DE102012209179A1 - Energy storage device i.e. lithium-ion battery for producing power supply voltage for electric machine that is utilized e.g. electric car, has switch switching cell modules in power supply lines to provide supply voltage to output terminal - Google Patents

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Peter Feuerstack
Erik Weissenborn
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Abstract

The device (1) has two power supply lines (10a, 10b) coupled with an output terminal of the device over respective storage inductors (2a, 2b). Each power supply line comprises energy storage modules (3), which consist of respective energy storage device cell modules with energy storage cells and a switch i.e. full bridge circuit, multiple coupling elements, where the switch selectively switches or bridges the energy storage cell modules in the power supply lines such that the power supply lines provide a power supply voltage to the output terminal of the device. The energy storage cells are formed as series switched battery cells such as lithium-ion battery cells. An independent claim is also included for a method for providing a power supply voltage into an energy storage device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinrichtung, ein System mit einer Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung, insbesondere in Batteriedirektumrichterschaltungen und Batteriekonverterschaltungen zur Spannungsversorgung elektrischer Maschinen, beispielsweise in elektrischen Antriebssystemen elektrisch betriebener Fahrzeuge.The invention relates to an energy storage device, a system having an energy storage device and method for providing a supply voltage, in particular in Batterieiedirektumrichterschaltungen and battery converter circuits for powering electrical machines, for example, in electric drive systems electrically powered vehicles.

Stand der TechnikState 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 Elektrofahrzeugen, vermehrt elektronische Systeme zum Einsatz kommen, die neue Energiespeichertechnologien mit elektrischer Antriebstechnik kombinieren.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 electric vehicles, increasingly electronic systems are used that combine new energy storage technologies with electric drive technology.

Zur Einspeisung von Drehstrom in eine elektrische Maschine wird herkömmlicherweise über einen Umrichter in Form eines Pulswechselrichters eine von einem Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellte Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung umgerichtet. Der Gleichspannungszwischenkreis wird 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. Ein derartiges Energiespeichersystem findet beispielsweise häufig Verwendung in elektrisch betriebenen Fahrzeugen.To feed three-phase current into an electrical machine, a DC voltage provided by a DC voltage intermediate circuit is conventionally converted into a three-phase AC voltage via a converter in the form of a pulse-controlled inverter. The DC link is powered 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. For example, such an energy storage system is often used in electrically powered vehicles.

Die Serienschaltung mehrerer Batteriemodule bringt das Problem mit sich, dass der gesamte Strang ausfällt, wenn ein einziges Batteriemodul ausfällt. Ein solcher Ausfall des Energieversorgungsstrangs kann zu einem Ausfall des Gesamtsystems führen. Weiterhin können temporär oder permanent auftretende Leistungsminderungen eines einzelnen Batteriemoduls zu Leistungsminderungen im gesamten Energieversorgungsstrang führen.The series connection of several battery modules involves the problem that the entire string fails if a single battery module fails. Such a failure of the power supply string can lead to a failure of the entire system. Furthermore, temporarily or permanently occurring power reductions of a single battery module can lead to power reductions in the entire power supply line.

Die Druckschrift US 5,422,558 A offenbart ein modulares Batteriezellmanagementsystem, bei dem mehrere Batteriezellen selektiv zur Energieversorgung einer Last parallel geschaltet werden können.The publication US 5,422,558 A discloses a modular battery cell management system in which multiple battery cells can be selectively connected in parallel to power a load.

Die Druckschrift US 2010/0213897 A1 offenbart ein Managementsystem für modular verschaltete Batteriezellen, welches einzelne Batteriezellen über Synchronwandler selektiv parallel mit einem Gleichspannungszwischenkreis koppelt.The publication US 2010/0213897 A1 discloses a management system for modularly interconnected battery cells, which selectively couples individual battery cells via synchronous converters in parallel with a DC link.

In der Druckschrift US 5,642,275 A1 ist ein Batteriesystem mit integrierter Wechselrichterfunktion beschrieben. Systeme dieser Art sind unter dem Namen Multilevel Cascaded Inverter oder auch Battery Direct Inverter (Batteriedirektumrichter, BDI) bekannt. Solche Systeme umfassen Gleichstromquellen in mehreren Energiespeichermodulsträngen, welche direkt an eine elektrische Maschine oder ein elektrisches Netz anschließbar sind. Dabei können einphasige oder mehrphasige Versorgungsspannungen generiert werden. Die Energiespeichermodulstränge weisen 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 den jeweiligen Energiespeichermodulstrang zu unterbrechen oder die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle zu überbrücken oder die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle in den jeweiligen Energiespeichermodulstrang zu schalten. Durch geeignete Ansteuerung der Koppeleinheiten, z.B. mit Hilfe von Pulsweitenmodulation, können auch geeignete Phasensignale zur Steuerung der Phasenausgangsspannung bereitgestellt werden, so dass auf einen separaten Pulswechselrichter verzichtet werden kann. Der zur Steuerung der Phasenausgangsspannung erforderliche Pulswechselrichter ist damit in die Batterie integriert.In the publication US 5,642,275 A1 a battery system with integrated inverter function is described. Systems of this type are known under the name Multilevel Cascaded Inverter or Battery Direct Inverter (Battery Direct Inverter, BDI). Such systems include DC sources in multiple energy storage module strings which are directly connectable to an electrical machine or electrical network. In this case, single-phase or multi-phase supply voltages can be generated. The energy storage module strands in this case have a plurality of energy storage modules connected in series, wherein each energy storage module has at least one battery cell and an associated controllable coupling unit, which makes it possible to interrupt the respective energy storage module string depending on control signals or to bridge the respectively associated at least one battery cell or each associated with at least one battery cell in the respective energy storage module string to switch. By suitable control of the coupling units, for example by means of pulse width modulation, it is also possible to provide suitable phase signals for controlling the phase output voltage, so that a separate pulse inverter can be dispensed with. The required for controlling the phase output voltage pulse inverter is thus integrated into the battery.

Als Alternative offenbaren die Druckschriften DE 10 2010 027 857 A1 und DE 10 2010 027 861 A1 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. Solche Systeme umfassen Gleichstromquellen in einem Energiespeichermodulstrang, welche an einen Gleichspannungszwischenkreis zur elektrischen Energieversorgung einer elektrischen Maschine oder eines elektrischen Netzes über einen Pulswechselrichter anschließbar sind.As an alternative, the publications disclose DE 10 2010 027 857 A1 and DE 10 2010 027 861 A1 modularly interconnected battery cells in energy storage devices that 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). Such systems include DC sources in an energy storage module string, which can be connected to a DC voltage intermediate circuit for the electrical power supply of an electrical machine or an electrical network via a pulse inverter.

BDCs und BDIs weisen üblicherweise einen höheren Wirkungsgrad und eine höhere Ausfallsicherheit gegenüber herkömmlichen Systemen auf. Die Ausfallsicherheit wird unter anderem dadurch gewährleistet, dass defekte, ausgefallene oder nicht voll leistungsfähige Batteriezellen durch geeignete Überbrückungsansteuerung der Koppeleinheiten aus den Energieversorgungssträngen herausgeschaltet werden können.BDCs and BDIs typically have higher efficiency and higher reliability over conventional systems. The reliability is ensured, inter alia, that defective, failed or not fully efficient battery cells can be switched out by suitable bridging control of the coupling units from the power supply lines.

Die Energiespeichermodulstränge weisen 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 Energiespeichermodulstrang zu schalten oder auch den jeweiligen Energiespeichermodulstrang zu unterbrechen.In this case, the energy storage module strings have 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 the respectively assigned at least one battery to be dependent on control signals Battery cell to bypass or switch the associated at least one battery cell in the respective energy storage module string. Optionally, the coupling unit can be designed such that it additionally allows to switch the respective assigned at least one battery cell with inverse polarity in the respective energy storage module string or to interrupt the respective energy storage module string.

Die Gesamtausgangsspannung von BDCs und BDIs wird durch den Ansteuerzustand der Koppeleinheiten bestimmt und kann stufig eingestellt werden, wobei die Stufung der Gesamtausgangsspannung von den Einzelspannungen der Energiespeichermodule abhängig ist. Die Ausgangsströme hingegen sind durch Anzahl und Typ der Batteriezellen in den Energiespeichermodulsträngen begrenzt. Für Anwendungen mit erhöhtem Leistungsbedarf ist es wünschenswert, die Leistungsfähigkeit von BDCs und BDIs zu verbessern. Es besteht daher ein Bedarf an Energiespeichereinrichtungen, welche eine verbesserte maximal mögliche Ausgangsleistung aufweisen, geringe Anforderungen an die Auslegung der übrigen Systemkomponenten stellen und eine verbesserte Systemverfügbarkeit bereitstellen.The total output voltage of BDCs and BDIs is determined by the driving state of the coupling units and can be set in stages, wherein the gradation of the total output voltage of the individual voltages of the energy storage modules is dependent. The output currents, however, are limited by the number and type of battery cells in the energy storage module strings. For higher power applications, it is desirable to improve the performance of BDCs and BDIs. There is therefore a need for energy storage devices that have improved maximum possible output power, low requirements for the design of other system components and provide improved system availability.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einer Ausführungsform eine Energiespeichereinrichtung zum Erzeugen einer Versorgungsspannung für eine elektrische Maschine, mit einem ersten Energieversorgungsstrang, welcher über eine erste Speicherinduktivität mit einem ersten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung gekoppelt ist, und einem zweiten Energieversorgungsstrang, welcher über eine zweite Speicherinduktivität mit dem ersten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung gekoppelt ist, und welcher parallel zu dem ersten Energieversorgungsstrang geschaltet ist. Dabei weist jeder der Energieversorgungsstränge ein oder mehrere Energiespeichermodule, welche jeweils ein Energiespeicherzellenmodul mit mindestens einer Energiespeicherzelle und eine Koppeleinrichtung mit einer Vielzahl von Koppelelementen, welche dazu ausgelegt ist, das Energiespeicherzellenmodul selektiv in den jeweiligen Energieversorgungsstrang zu schalten oder zu überbrücken, auf. Die ersten und zweiten Energieversorgungsstränge sind dazu ausgelegt sind, eine Versorgungsspannung an dem ersten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung bereitzustellen.According to one embodiment, the present invention provides an energy storage device for generating a supply voltage for an electrical machine, having a first power supply line, which is coupled via a first storage inductance to a first output terminal of the energy storage device, and a second power supply train, which has a second storage inductance with the first Output terminal of the energy storage device is coupled, and which is connected in parallel to the first power supply line. In this case, each of the energy supply strands has one or more energy storage modules, each of which has an energy storage cell module with at least one energy storage cell and a coupling device with a multiplicity of coupling elements, which is designed to switch or to bypass the energy storage cell module selectively into the respective energy supply strand. The first and second power supply lines are configured to provide a supply voltage at the first output terminal of the energy storage device.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform schafft die vorliegende Erfindung ein System, mit einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung, und einer Steuereinrichtung, welche mit der Energiespeichereinrichtung gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, die Koppeleinrichtungen der Energiespeichermodule zum Einstellen einer Versorgungsspannung an dem ersten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung anzusteuern.According to a further embodiment, the present invention provides a system having an energy storage device according to the invention, and a control device which is coupled to the energy storage device and which is designed to control the coupling devices of the energy storage modules for setting a supply voltage at the first output connection of the energy storage device.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung, mit den Schritten des Ansteuerns der Koppeleinrichtungen einer ersten Anzahl von Energiespeichermodulen des ersten Energieversorgungsstrangs zum Schalten der jeweiligen Energiespeicherzellenmodule in den ersten Energieversorgungsstrang, des Ansteuerns der Koppeleinrichtungen einer zweiten Anzahl von Energiespeichermodulen des zweiten Energieversorgungsstrangs zum Schalten der jeweiligen Energiespeicherzellenmodule in den zweiten Energieversorgungsstrang, und des Bereitstellens einer Ausgangsspannung an dem ersten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung durch die angesteuerten Energiespeicherzellenmodule in den ersten und zweiten Energieversorgungssträngen.According to a further embodiment, the present invention provides a method for providing a supply voltage in an energy storage device according to the invention, comprising the steps of driving the coupling devices of a first number of energy storage modules of the first power supply line for switching the respective energy storage cell modules in the first power supply line, driving the coupling devices of a second A number of energy storage modules of the second power supply line for switching the respective energy storage cell modules in the second power supply line, and providing an output voltage at the first output terminal of the energy storage device by the driven energy storage cell modules in the first and second power supply lines.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, eine Energiespeichereinrichtung mit modular aufgebauten Energieversorgungssträngen aus einer Serienschaltung von Energiespeichermodulen auszugestalten, wobei jeweils mehrere der Energieversorgungsstränge parallel zu einem Energieversorgungsstrangverbund verschaltet werden. Die Energieversorgungsstränge eines Energieversorgungsstrangverbunds können dabei zur Kontrolle der zwischen den Energieversorgungssträngen fließenden Ausgleichsströme über Koppelinduktivitäten verbunden werden. Die Energiespeichereinrichtung kann dabei einen oder mehrere dieser Energieversorgungsstrangverbunde zur Bereitstellung einer ein- oder mehrphasigen Gesamtausgangsspannung umfassen.One idea of the present invention is to configure an energy storage device with modularly constructed energy supply strands from a series circuit of energy storage modules, wherein in each case a plurality of the energy supply strands are connected in parallel to a power supply network. The power supply lines of a power supply line network can be connected to control the flowing between the power supply lines compensating currents via coupling inductances. The energy storage device may include one or more of these power supply string assemblies for providing a single or multi-phase total output voltage.

Durch die Parallelschaltung der Energieversorgungsstränge zu einem Energieversorgungsstrangverbund kann der Energieinhalt des Energieversorgungsstrangverbunds in vorteilhafter Weise erhöht werden, ohne dass die über die jeweiligen Energieversorgungsstränge abfallenden Gesamtspannungen erhöht werden müssen.By the parallel connection of the power supply lines to a power supply network, the energy content of the power supply network can be increased in an advantageous manner, without the over the respective power supply lines sloping total voltages must be increased.

Vorteilhafterweise können Verluste in den Energiespeicherzellen der Energiespeichermodule dadurch reduziert werden, dass deren Innenwiderstände über die Energieversorgungsstränge im Energieversorgungsstrangverbund parallel geschaltet werden. Dies ermöglicht die Bereitstellung hoher Ausgangsströme ohne damit verbundene Verluste in den Energiespeicherzellen. Damit zeichnet sich die Energiespeichereinrichtung besonders bei einem Einsatz in Systemen aus, in denen hohe Stromstärken erforderlich sind, beispielsweise in elektrischen Antriebssystemen für elektrisch betriebene Fahrzeuge, bei denen für Anfahr- oder Beschleunigungssituationen ein hoher Eingangsstrom für die elektrische Maschine benötigt wird, oder bei Maschinen mit hoher Last wie beispielsweise Schiffs-Antriebseinheiten. Es kann dabei auch möglich sein, die Energiespeichereinrichtung in stationären Systemen einzusetzen, beispielsweise in Kraftwerken, in elektrischen Energiegewinnungsanlagen wie zum Beispiel Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen oder Kraftwärmekopplungsanlagen, in Energiespeicheranlagen wie zum Beispiel Druckluftspeicherkraftwerken, Batteriespeicherkraftwerken, Schwungradspeichern, Pumpspeichern oder ähnlichen Systemen.Advantageously, losses in the energy storage cells of the energy storage modules can be reduced in that their internal resistances are connected in parallel via the energy supply strands in the energy supply network. This allows the provision of high output currents without associated losses in the energy storage cells. Thus, the energy storage device is particularly suitable for use in systems in which high Amperages are required, for example, in electric drive systems for electrically powered vehicles, where for start-up or acceleration situations, a high input current for the electric machine is required, or in high-load machines such as marine propulsion units. It may also be possible to use the energy storage device in stationary systems, for example in power plants, such as wind turbines, photovoltaic systems or combined heat and power plants, in energy storage systems such as compressed air storage plants, battery storage power plants, flywheel storage, pumped storage or similar systems.

Überdies kann durch die Parallelschaltung der Energieversorgungsstränge erreicht werden, dass Teilstränge, die die geforderte Spannung beispielsweise aufgrund ihrer Alterung oder wegen Defekten nicht mehr bereitstellen können, temporär oder dauerhaft abgeschaltet werden können, ohne die prinzipielle Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems wesentlich zu beeinträchtigen. Weiter kann durch gezielte Be- und Entlastung einzelner Stränge eine optimierte Alterungsstrategie über die Energieversorgungsstränge hinweg umgesetzt werden. Die Parallelisierung erleichtert zudem den Austausch zu ersetzender Zellen, Module oder Teilstränge, was durch die Möglichkeit des Wegschaltens des betroffenen Teilstranges auch im aktiven Betrieb der gesamten Energieversorgungseinheit möglich ist. Diese Unabhängigkeit der Teilstränge ermöglicht auch einen Mischbetrieb, bei dem zur gleichen Zeit bestimmte Stränge Energie an den Verbraucher liefern und andere wiederum über eine Ladeeinheit nachgeladen werden.Moreover, can be achieved by the parallel connection of the power supply strands that sub-strands that can no longer provide the required voltage, for example due to their aging or because of defects can be switched off temporarily or permanently, without significantly affecting the basic functionality of the overall system. Furthermore, through targeted loading and unloading of individual strands, an optimized aging strategy can be implemented across the energy supply strands. The parallelization also facilitates the replacement of cells to be replaced, modules or sub-strands, which is possible by the possibility of disconnecting the affected sub-string in the active operation of the entire power supply unit. This independence of the sub-strings also allows a mixed operation in which at the same time supply certain strands of energy to the consumer and others are recharged via a charging unit.

Durch die Parallelschaltung der Energieversorgungsstränge können Ausgleichsströme, die zwischen den parallel geschalteten Energieversorgungssträngen fließen, geregelt und zum Ladungsausgleich herangezogen werden. Die einzelnen Energieversorgungsstränge können auch über Regelung der einzelnen Beiträge zu der gesamten Ausgangsleistung angesteuert werden. Die Rekuperationsleistung kann auf die einzelnen Energieversorgungsstränge im generatorischen Betrieb der Maschine aufgeteilt werden.By the parallel connection of the power supply lines compensation currents that flow between the parallel-connected power supply lines, regulated and used for charge equalization. The individual power supply lines can also be controlled by regulating the individual contributions to the total output power. The recuperation power can be divided between the individual power supply lines during regenerative operation of the machine.

In einem System mit einem Gleichspannungszwischenkreis kann aufgrund der den parallel geschalteten Energieversorgungssträngen jeweils zugeordneten Speicherinduktivitäten auf eine zusätzliche, den Summenstrom der parallel geschalteten Energieversorgungsstränge führenden Speicherdrossel vor dem Gleichspannungszwischenkreis verzichtet werden. Dies führt auch dazu, dass eine potentielle Schwingneigung beim Zusammenspiel einer derartigen Speicherdrossel mit einem Gleichspannungszwischenkreiskondensator entfällt.In a system with a DC intermediate circuit can be dispensed with before the DC intermediate circuit due to the parallel-connected power supply strands respectively associated storage inductances on an additional, the sum of the parallel-connected power supply lines leading storage choke. This also leads to a potential tendency to oscillate in the interaction of such a storage inductor is eliminated with a DC voltage intermediate capacitor.

Dadurch, dass die Änderungen des Stroms in den Energiespeicherzellen aufgrund der Zwischenspeicherung der Energie in den strangeigenen Speicherinduktivitäten auf geringe Werte begrenzt sind, sind die Wechselstromverluste in den einzelnen Energiespeichermodulen der parallel geschalteten Energieversorgungsstränge ebenfalls begrenzt. Dadurch ergeben sich zum einen eine erhöhte Lebensdauer der Energiespeicherzellen, und zum anderen eine verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit.Due to the fact that the changes in the current in the energy storage cells are limited to low values due to the buffering of the energy in the strange-state storage inductances, the AC losses in the individual energy storage modules of the parallel-connected energy supply strings are likewise limited. This results in a longer life of the energy storage cells, and on the other hand, an improved electromagnetic compatibility.

Schließlich macht der modulare Aufbau der Energiespeichermodule eine feine Stufung des Gesamtausgangsstroms möglich, beispielsweise durch die phasenversetzte Ansteuerung der jeweiligen Koppeleinheiten für die einzelnen Energiespeicherzellen. Dadurch sinkt in vorteilhafter Weise die Belastung durch Stromschwankungen auf den Zwischenkreiskondensator, was wiederum in verringerten Spannungsschwankungen resultiert. Dies ermöglicht die Verwendung von Zwischenkreiskondensatoren mit geringerer Spannungsfestigkeit.Finally, the modular design of the energy storage modules makes a fine grading of the total output current possible, for example, by the phase-offset control of the respective coupling units for the individual energy storage cells. This advantageously reduces the load due to current fluctuations on the DC link capacitor, which in turn results in reduced voltage fluctuations. This allows the use of DC bus capacitors with lower dielectric strength.

Mit einer modular aufgebauten Energiespeichereinrichtung gemäß der Erfindung kann die Spannung des Gleichspannungszwischenkreises stabilisiert oder variabel an den Arbeitspunkt des Systems angepasst werden. Durch diese Stabilisierung ist eine effektivere und günstigere Auslegung aller Komponenten des Gesamtsystems möglich. Die elektrische Maschine, der Inverter und mögliche Zusatzkomponenten wie zum Beispiel ein Bordnetzgleichspannungswandler können mit höherem Wirkungsgrad ausgelegt werden. Die elektrische Maschine benötigt dadurch weniger Bauraum und der Inverter weist eine geringere Verlustleistung auf. Die Batteriezellen können flexibler ausgewählt werden, da die Kapazität und die Nennspannung der Zellen besser aufeinander abgestimmt werden können.With a modular energy storage device according to the invention, the voltage of the DC intermediate circuit can be stabilized or variably adjusted to the operating point of the system. This stabilization makes possible a more effective and more favorable design of all components of the overall system. The electrical machine, the inverter and possible additional components such as an on-board DC voltage converter can be designed with higher efficiency. The electrical machine requires less space and the inverter has a lower power loss. The battery cells can be selected more flexibly, since the capacity and the nominal voltage of the cells can be better coordinated.

Ein variabel an den Arbeitspunkt eines eine erfindungsgemäße Energiespeichereinrichtung nutzenden Systems angepasste Zwischenkreisspannung ermöglicht es, die Verluste im Inverter zu reduzieren, wenn im Arbeitspunkt nur eine geringe Spannung erforderlich ist. Dadurch können günstige Bauelemente mit niedrigen Leistungs- und/oder Entwärmungsanforderungen eingesetzt werden.A variable intermediate circuit voltage adapted to the operating point of a system using an energy storage device according to the invention makes it possible to reduce the losses in the inverter when only a low voltage is required at the operating point. As a result, low-cost components with low power and / or cooling requirements can be used.

Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung kann die Energiespeichereinrichtung weiterhin eine Schalteinrichtung umfassen, welche die ersten und zweiten Speicherinduktivitäten schaltbar mit dem ersten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung koppelt. Dadurch kann eine phasenversetzte Ansteuerung der Energieversorgungsstränge realisiert werden, was in vorteilhafter Weise die Stromschwankungen an einem angeschlossenen Gleichspannungszwischenkreis und somit die resultierenden Spannungsschwankungen minimieren kann.According to one embodiment of the energy storage device according to the invention, the energy storage device may further comprise a switching device which switchably couples the first and second storage inductances to the first output terminal of the energy storage device. This allows a phase-offset control of the power supply lines be realized, which can advantageously minimize the current fluctuations on a connected DC voltage intermediate circuit and thus the resulting voltage fluctuations.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung kann die Schalteinrichtung einen ersten Verbindungsschalter, welcher zwischen die erste Speicherinduktivität und den ersten Ausgangsanschluss gekoppelt ist, einen ersten Rückflussschalter, welcher einen Knotenpunkt zwischen dem ersten Verbindungsschalter und der ersten Speicherinduktivität mit einem zweiten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung koppelt, einen zweiten Verbindungsschalter, welcher zwischen die zweite Speicherinduktivität und den ersten Ausgangsanschluss gekoppelt ist, und einen zweiten Rückflussschalter aufweisen, welcher einen Knotenpunkt zwischen dem zweiten Verbindungsschalter und der zweiten Speicherinduktivität mit einem zweiten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung koppelt. Dabei können die Speicherinduktivitäten gemeinsam mit den jeweiligen Rückflussschaltern und Verbindungsschaltern jeweils eine Hochsetzstellerfunktion für die Ausgangsspannung der jeweiligen Energieversorgungsstränge realisieren. Dies bietet den Vorteil, dass die Energieversorgungsstränge als variable Stromquellen betrieben werden können, die eine höhere Spannung bereitstellen können als die nominale Summe der Einzelspannungen ihrer Energiespeichermodule.According to a further embodiment of the energy storage device according to the invention, the switching device may include a first connection switch coupled between the first storage inductor and the first output terminal, a first return flow switch coupling a node between the first connection switch and the first storage inductor to a second output terminal of the energy storage device second connection switch, which is coupled between the second storage inductance and the first output terminal, and a second return flow switch, which couples a node between the second connection switch and the second storage inductance with a second output terminal of the energy storage device. In this case, the storage inductances together with the respective return flow switches and connection switches can each realize a step-up converter function for the output voltage of the respective energy supply lines. This offers the advantage that the power supply lines can be operated as variable current sources, which can provide a higher voltage than the nominal sum of the individual voltages of their energy storage modules.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung kann die Energiespeichereinrichtung weiterhin eine Vielzahl von parallel geschalteten ersten und zweiten Energieversorgungssträngen aufweisen, die jeweils über erste und zweite Speicherinduktivitäten mit einem einer Vielzahl von ersten Ausgangsanschlüssen gekoppelt sind, wobei die ersten und zweiten Energieversorgungsstränge jeweils dazu ausgelegt sind, eine Phasenspannung an den jeweiligen der Vielzahl von ersten Ausgangsanschlüssen der Energiespeichereinrichtung bereitzustellen. Hierüber lässt sich vorteilhafterweise eine Batteriedirektumrichterfunktionalität für die direkte Spannungsversorgung mehrphasiger elektrischer Maschinen implementieren.According to a further embodiment of the energy storage device according to the invention, the energy storage device may further comprise a plurality of first and second power supply strings connected in parallel, each coupled via first and second storage inductances to one of a plurality of first output terminals, the first and second power supply strings being respectively adapted to provide a phase voltage to the respective one of the plurality of first output terminals of the energy storage device. This can advantageously implement a battery direct converter functionality for the direct voltage supply of multiphase electrical machines.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems kann das System weiterhin einen Inverter, welcher mit dem Gleichspannungszwischenkreis gekoppelt ist, und eine elektrische Maschine, welche mit dem Inverter gekoppelt ist, umfassen. Dabei kann der Inverter dazu ausgelegt sein, die Spannung des Gleichspannungszwischenkreises in eine Eingangsspannung für die elektrische Maschine zu wandeln.According to an embodiment of the system according to the invention, the system may further comprise an inverter coupled to the DC link and an electrical machine coupled to the inverter. In this case, the inverter can be designed to convert the voltage of the DC intermediate circuit into an input voltage for the electrical machine.

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 ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic representation of a system with an energy storage device according to an embodiment of the present invention;

2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Energiespeichermoduls einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2 a schematic representation of an embodiment of an energy storage module of an energy storage device according to another embodiment of the present invention;

3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Energiespeichermoduls einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 3 a schematic representation of another embodiment of an energy storage module of an energy storage device according to another embodiment of the present invention

4 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 4 a schematic representation of a system with an energy storage device according to another embodiment of the present invention;

5 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 5 a schematic representation of a system with an energy storage device according to another embodiment of the present invention; and

6 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung mit einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6 a schematic representation of a method for providing a supply voltage with an energy storage device according to another embodiment of the present invention.

1 zeigt ein System 100, welches eine Energiespeichereinrichtung 1 zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung durch parallel schaltbare Energieversorgungsstränge 10a, 10b zwischen zwei Ausgangsanschlüssen der Energiespeichereinrichtung 1 umfasst. Die Energieversorgungsstränge 10a, 10b weisen jeweils Stranganschlüsse 1a und 1b auf. Die Energiespeichereinrichtung 1 weist mindestens zwei parallel geschaltete Energieversorgungsstränge 10a, 10b auf. Beispielhaft beträgt die Anzahl der Energieversorgungsstränge 10a, 10b in 1 zwei, wobei jedoch jede andere größere Anzahl von Energieversorgungsstränge 10a, 10b ebenso möglich ist. Da die Energieversorgungsstränge 10a, 10b über die Stranganschlüsse 1a, 1b der Energieversorgungsstränge 10a, 10b parallel geschaltet werden können, wirken die Energieversorgungsstränge 10a, 10b als Stromquellen variablen Ausgangsstroms. Die Ausgangsströme der Energieversorgungsstränge 10a, 10b summieren sich dabei an dem Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung 1 zu einem Gesamtausgangsstrom. 1 shows a system 100 which is an energy storage device 1 for providing a supply voltage by parallel switchable power supply lines 10a . 10b between two output terminals of the energy storage device 1 includes. The power supply lines 10a . 10b each have strand connections 1a and 1b on. The energy storage device 1 has at least two power supply lines connected in parallel 10a . 10b on. By way of example, the number of power supply lines 10a . 10b in 1 two, but with each other having a larger number of power supply strings 10a . 10b is also possible. Because the power supply lines 10a . 10b over the strand connections 1a . 1b the power supply lines 10a . 10b can be connected in parallel, the power supply lines act 10a . 10b as current sources variable output current. The output currents of Energy supply lines 10a . 10b in this case add up to the output terminal of the energy storage device 1 to a total output current.

Die Energieversorgungsstränge 10a, 10b sind dabei jeweils über Speicherinduktivitäten 2a, 2b mit dem Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung 1 gekoppelt. Die Speicherinduktivitäten 2a, 2b können beispielsweise konzentrierte oder verteilte Bauelemente sein. Alternativ können auch parasitäre Induktivitäten der Energieversorgungsstränge 10a, 10b als Speicherinduktivitäten 2a, 2b eingesetzt werden. Durch entsprechende Ansteuerung der Energieversorgungsstränge 10a, 10b kann der Stromfluss in den Gleichspannungszwischenkreis 9 gesteuert werden. Ist die mittlere Spannung vor dem Speicherinduktivitäten 2a, 2b höher als die momentane Zwischenkreisspannung, erfolgt ein Stromfluss in den Gleichspannungszwischenkreis 9, ist die mittlere Spannung vor dem Speicherinduktivitäten 2a, 2b hingegen niedriger als die momentane Zwischenkreisspannung, erfolgt ein Stromfluss in den Energieversorgungsstrang 10a bzw. 10b. Der maximale Strom wird dabei durch die Speicherinduktivitäten 2a, 2b im Zusammenspiel mit dem Gleichspannungszwischenkreis 9 begrenzt.The power supply lines 10a . 10b are each about memory inductances 2a . 2 B to the output terminal of the energy storage device 1 coupled. The storage inductances 2a . 2 B For example, they may be concentrated or distributed components. Alternatively, parasitic inductances of the power supply lines 10a . 10b as storage inductances 2a . 2 B be used. By appropriate control of the power supply lines 10a . 10b can the current flow in the DC voltage intermediate circuit 9 to be controlled. Is the mean voltage before the storage inductances 2a . 2 B higher than the instantaneous intermediate circuit voltage, there is a current flow in the DC voltage intermediate circuit 9 , is the mean voltage before the storage inductances 2a . 2 B however, lower than the instantaneous DC link voltage, there is a current flow in the power supply line 10a respectively. 10b , The maximum current is thereby through the storage inductances 2a . 2 B in interaction with the DC voltage intermediate circuit 9 limited.

Auf diese Art und Weise wirkt jeder Energieversorgungsstrang 10a bzw. 10b über die Speicherinduktivitäten 2a, 2b als variable Stromquelle, die sich sowohl für eine Parallelschaltung als auch zur Realisierung von Stromzwischenkreisen eignen.In this way, each power supply line acts 10a respectively. 10b about the storage inductances 2a . 2 B as a variable current source, which are suitable both for parallel connection and for the realization of current intermediate circuits.

Jeder der Energieversorgungsstränge 10a, 10b weist mindestens zwei in Reihe geschaltete Energiespeichermodule 3 auf. Beispielhaft beträgt die Anzahl der Energiespeichermodule 3 pro Energieversorgungsstrang in 1 zwei, wobei jedoch jede andere Anzahl von Energiespeichermodulen 3 ebenso möglich ist. Vorzugsweise umfasst dabei jeder der Energieversorgungsstränge 10a, 10b die gleiche Anzahl an Energiespeichermodulen 3, wobei es jedoch auch möglich ist, für jeden Energieversorgungsstrang 10a, 10b eine unterschiedliche Anzahl an Energiespeichermodulen 3 vorzusehen. Die Energiespeichermodule 3 weisen jeweils zwei Ausgangsanschlüsse 3a und 3b auf, über welche eine Ausgangsspannung der Energiespeichermodule 3 bereitgestellt werden kann.Each of the power supply lines 10a . 10b has at least two energy storage modules connected in series 3 on. By way of example, the number of energy storage modules 3 per power supply line in 1 two, but any other number of energy storage modules 3 is also possible. Preferably, each of the power supply lines comprises 10a . 10b the same number of energy storage modules 3 However, it is also possible for each power supply line 10a . 10b a different number of energy storage modules 3 provided. The energy storage modules 3 each have two output terminals 3a and 3b on, over which an output voltage of the energy storage modules 3 can be provided.

Beispielhafte Aufbauformen der Energiespeichermodule 3 sind in den 2 und 3 in größerem Detail gezeigt. Die Energiespeichermodule 3 umfassen jeweils eine Koppeleinrichtung 7 mit mehreren Koppelelementen 7a und 7c sowie gegebenenfalls 7b und 7d. Die Energiespeichermodule 3 umfassen weiterhin jeweils ein Energiespeicherzellenmodul 5 mit einem oder mehreren in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen 5a, 5k.Exemplary construction forms of the energy storage modules 3 are in the 2 and 3 shown in greater detail. The energy storage modules 3 each comprise a coupling device 7 with several coupling elements 7a and 7c and optionally 7b and 7d , The energy storage modules 3 each further comprise an energy storage cell module 5 with one or more energy storage cells connected in series 5a . 5k ,

Das Energiespeicherzellenmodul 5 kann dabei beispielsweise in Reihe geschaltete Batterien 5a bis 5k, beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien oder -Akkumulatoren aufweisen. Dabei beträgt die Anzahl der Energiespeicherzellen 5a bis 5k in dem in 2 gezeigten Energiespeichermodul 3 beispielhaft zwei, wobei jedoch jede andere Zahl von Energiespeicherzellen 5a bis 5k ebenso möglich ist.The energy storage cell module 5 can, for example, in series batteries 5a to 5k , For example, lithium-ion batteries or accumulators have. The number of energy storage cells is 5a to 5k in the 2 shown energy storage module 3 two by way of example, but with every other number of energy storage cells 5a to 5k is also possible.

Die Energiespeicherzellenmodule 5 sind über Verbindungsleitungen mit Eingangsanschlüssen der zugehörigen Koppeleinrichtung 7 verbunden. Die Koppeleinrichtung 7 ist in 2 beispielhaft als Vollbrückenschaltung mit je zwei Koppelelementen 7a, 7c und zwei Koppelelementen 7b, 7d ausgebildet. Die Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d können dabei jeweils ein aktives Schaltelement, beispielsweise einen Halbleiterschalter, und eine dazu parallel geschaltete Freilaufdiode aufweisen. Die Halbleiterschalter können beispielsweise Feldeffekttransistoren (FETs) aufweisen. In diesem Fall können die Freilaufdioden auch jeweils in die Halbleiterschalter integriert sein.The energy storage cell modules 5 are via connection lines with input terminals of the associated coupling device 7 connected. The coupling device 7 is in 2 by way of example as a full bridge circuit with two coupling elements each 7a . 7c and two coupling elements 7b . 7d educated. The coupling elements 7a . 7b . 7c . 7d can each have an active switching element, such as a semiconductor switch, and a parallel-connected freewheeling diode. The semiconductor switches may comprise field effect transistors (FETs), for example. In this case, the freewheeling diodes can also be integrated in each case in the semiconductor switches.

Die Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d in 2 können derart angesteuert werden, beispielsweise mithilfe der Steuereinrichtung 11 in 1, dass das Energiespeicherzellenmodul 5 selektiv zwischen die Ausgangsanschlüsse 3a und 3b geschaltet wird oder dass das Energiespeicherzellenmodul 5 überbrückt wird. Durch geeignetes Ansteuern der Koppeleinrichtungen 7 können daher einzelne Energiespeicherzellenmodule 5 der Energiespeichermodule 3 gezielt in die Reihenschaltung eines Energieversorgungsstrangs 10a, 10b integriert werden.The coupling elements 7a . 7b . 7c . 7d in 2 can be controlled in such a way, for example by means of the control device 11 in 1 in that the energy storage cell module 5 selectively between the output terminals 3a and 3b is switched or that the energy storage cell module 5 is bridged. By suitable activation of the coupling devices 7 can therefore individual energy storage cell modules 5 the energy storage modules 3 specifically in the series connection of a power supply line 10a . 10b to get integrated.

Mit Bezug auf 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 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 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.Regarding 2 can the energy storage cell module 5 for example, in the forward direction between the output terminals 3a and 3b be switched by the active switching element of the coupling element 7d and the active switching element of the coupling element 7a be placed in a closed state, while the two remaining active switching elements of the coupling elements 7b and 7c be put in an open state. In this case lies between the output terminals 3a and 3b the coupling device 7 the voltage U M on. A bridging state can be set, for example, by virtue of the fact that the two active switching elements of the coupling elements 7a and 7b be placed in the closed state, while the two active switching elements of the coupling elements 7c and 7d kept open. A second bridging state can be set, for example, by virtue of the fact that the two active switches of the coupling elements 7c and 7d be placed in the closed state, while the active switching elements of the coupling elements 7a and 7b kept open. In both bridging states lies between the two output terminals 3a and 3b of the coupling device 7 the voltage 0. Likewise, the energy storage cell module 5 in the reverse direction between the output terminals 3a and 3b the coupling device 7 be switched by the active switching elements of the coupling elements 7b and 7c be placed in the closed state, while the active switching elements of the coupling elements 7a and 7d be put in the open state. In this case lies between the two output terminals 3a and 3b the coupling device 7 the voltage -U M on.

Die Gesamtausgangsspannung eines Energieversorgungsstrangs 10a, 10b kann dabei jeweils in Stufen eingestellt werden, wobei die Anzahl der Stufen mit der Anzahl der Energiespeichermodule 3 skaliert. Bei einer Anzahl von n ersten und zweiten Energiespeichermodulen 3 kann die Gesamt-Ausgangsspannung des Energieversorgungsstrangs 10a, 10b in 2n + 1 Stufen zwischen –n·UM, ..., 0, ..., +n·UM eingestellt werden.The total output voltage of a power supply string 10a . 10b can be set in each case in stages, the number of stages with the number of energy storage modules 3 scaled. For a number of n first and second energy storage modules 3 may be the total output voltage of the power supply string 10a . 10b be set in 2n + 1 stages between -n * U M , ..., 0, ..., + n · U M.

3 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Energiespeichermoduls 3. Das in 3 gezeigte Energiespeichermodul 3 unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten Energiespeichermodul 3 nur dadurch, dass die Koppeleinrichtung 7 zwei statt vier Koppelelemente aufweist, die in Halbbrückenschaltung statt in Vollbrückenschaltung verschaltet sind. 3 shows a further exemplary embodiment of an energy storage module 3 , This in 3 shown energy storage module 3 is different from the one in 2 shown energy storage module 3 only in that the coupling device 7 having two instead of four coupling elements, which are connected in half-bridge circuit instead of full-bridge circuit.

In den dargestellten Ausführungsvarianten können die aktiven Schaltelemente als Leistungshalbleiterschalter, zum Beispiel in Form von IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), JFETs (Junction Field-Effect Transistors) oder als MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors), ausgeführt sein.In the illustrated embodiments, the active switching elements as a power semiconductor switch, for example in the form of IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), JFETs (junction field-effect transistors) or as MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors) be executed.

Mit den Koppelelementen 7a, 7b, 7c, 7d kann die Ausgangsspannung jedes der Energieversorgungsstränge 10a, 10b über eine geeignete Ansteuerung in Stufen von einem negativen Maximalwert bis hin zu einem positiven Maximalwert variiert werden. Die Abstufung der Spannungslevel ergibt sich hierbei in Abhängigkeit von der Stufung der einzelnen Energiespeicherzellenmodule 5. Um beispielsweise einen mittleren Spannungswert zwischen zwei durch die Stufung der Energiespeicherzellenmodule 5 vorgegebenen Spannungsstufen zu erhalten, können die Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d eines Energiespeichermoduls 3 getaktet angesteuert werden, beispielsweise in einer Pulsbreitenmodulation (PWM), so dass das betreffende Energiespeichermodul 3 im zeitlichen Mittel eine Modulspannung liefert, welche einen Wert zwischen Null und der durch die Energiespeicherzellen 5a bis 5k bestimmten, maximal möglichen Modulspannung aufweisen kann. Die Ansteuerung der Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d kann dabei beispielsweise eine Steuereinrichtung, wie die Steuereinrichtung 11 in 1, vornehmen, welche dazu ausgelegt ist, zum Beispiel eine Stromregelung mit einer untergelagerten Spannungssteuerung durchzuführen, so dass ein stufiges Zu- oder Abschalten von einzelnen Energiespeichermodulen 3 erfolgen kann.With the coupling elements 7a . 7b . 7c . 7d can be the output voltage of each of the power supply strings 10a . 10b be varied over a suitable control in stages from a negative maximum value to a positive maximum value. The gradation of the voltage level results here depending on the gradation of the individual energy storage cell modules 5 , For example, a mean voltage value between two by the gradation of the energy storage cell modules 5 To obtain predetermined voltage levels, the coupling elements 7a . 7b . 7c . 7d an energy storage module 3 be controlled clocked, for example in a pulse width modulation (PWM), so that the relevant energy storage module 3 delivers a module voltage on average over time, which has a value between zero and that through the energy storage cells 5a to 5k certain maximum module voltage can have. The control of the coupling elements 7a . 7b . 7c . 7d can, for example, a control device, such as the control device 11 in 1 , Which is designed to perform, for example, a current control with a lower voltage control, so that a gradual connection or disconnection of individual energy storage modules 3 can be done.

Das System 100 umfasst neben der Energiespeichereinrichtung 1 mit den Energieversorgungssträngen 10a, 10b weiterhin einen Gleichspannungszwischenkreis 9, einen Inverter 4 sowie eine elektrische Maschine 4. Beispielhaft dient das System 100 in 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 verwendet wird. Alternativ kann die elektrische Maschine 6 auch eine Synchron- oder Asynchronmaschine, eine Reluktanzmaschine oder ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC, „brushless DC motor“) sein. Es kann dabei auch möglich sein, die Energiespeichereinrichtung 1 in stationären Systemen einzusetzen, beispielsweise in Kraftwerken, in elektrischen Energiegewinnungsanlagen wie zum Beispiel Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen oder Kraftwärmekopplungsanlagen, in Energiespeicheranlagen wie zum Beispiel Druckluftspeicherkraftwerken, Batteriespeicherkraftwerken, Schwungradspeichern, Pumpspeichern oder ähnlichen Systemen.The system 100 includes in addition to the energy storage device 1 with the power supply lines 10a . 10b furthermore a DC voltage intermediate circuit 9 , an inverter 4 as well as an electric machine 4 , The system is exemplary 100 in 1 for feeding a three-phase electric machine 6 , However, it can also be provided that the energy storage device 1 is used to generate electricity for a power grid. Alternatively, the electric machine 6 also a synchronous or asynchronous machine, a reluctance machine or a brushless DC motor (BLDC). It may also be possible, the energy storage device 1 Use in stationary systems, for example in power plants, in electrical energy production systems such as wind turbines, photovoltaic systems or cogeneration plants, in energy storage systems such as compressed air storage plants, battery storage power plants, flywheel storage, pumped storage or similar systems.

Der Gleichspannungszwischenkreis 9 speist in der beispielhaften Ausführungsform in 1 einen Pulswechselrichter 4, welcher aus der Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises 9 eine dreiphasige Wechselspannung für die elektrische Maschine 6 bereitstellt. Es kann jedoch auch jeder andere Wandlertyp für den Inverter 4 verwendet werden, je nach erforderlicher Spannungsversorgung für die elektrische Maschine 6, zum Beispiel einen Gleichspannungswandler. Der Inverter 4 kann beispielsweise in raumzeigermodulierter Pulsbreitenmodulation (SVPWM, „space vector pulse width modulation“) betrieben werden.The DC voltage intermediate circuit 9 in the exemplary embodiment in FIG 1 a pulse inverter 4 , which from the DC voltage of the DC intermediate circuit 9 a three-phase AC voltage for the electric machine 6 provides. However, it can also be any other converter type for the inverter 4 be used, depending on the required power supply for the electric machine 6 , for example, a DC-DC converter. The inverter 4 can for example be operated in space vector modulated pulse width modulation (SVPWM).

Das System 100 kann weiterhin eine Steuereinrichtung 11 umfassen, welche mit der Energiespeichereinrichtung 1 verbunden ist, und mithilfe derer die Energiespeichereinrichtung 1 gesteuert werden kann, um die gewünschte Gesamtausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung 1 an den jeweiligen Ausgangsanschlüssen für den zwischen die Ausgangsanschlüsse gekoppelten Gleichspannungszwischenkreis 9 bereitzustellen. Zudem kann die Steuereinrichtung 11 dazu ausgelegt sein, bei einem Laden der Energiespeicherzellen 5 der Energiespeichereinrichtung 1 die jeweiligen Koppelelemente bzw. aktiven Schaltelemente der Energiespeichermodule 3 der Energieversorgungsstränge 10a, 10b anzusteuern.The system 100 can continue a control device 11 comprising, which with the energy storage device 1 is connected, and by means of which the energy storage device 1 can be controlled to the desired total output voltage of the energy storage device 1 at the respective output terminals for the DC intermediate circuit coupled between the output terminals 9 provide. In addition, the control device 11 be designed to charge the energy storage cells 5 the energy storage device 1 the respective coupling elements or active switching elements of the energy storage modules 3 the power supply lines 10a . 10b head for.

Die Energiespeichereinrichtung 1 kann beispielsweise auch eine Schalteinrichtung 8 umfassen, welche zwischen die Speicherinduktivitäten 2a und 2b sowie den ersten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung 1 gekoppelt ist. Die Schalteinrichtung 8 kann dazu ausgelegt sein, die ersten und zweiten Speicherinduktivitäten 2a, 2b schaltbar mit dem ersten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung 1 zu koppeln. The energy storage device 1 For example, a switching device 8th which are between the memory inductances 2a and 2 B and the first output terminal of the energy storage device 1 is coupled. The switching device 8th may be configured to the first and second storage inductances 2a . 2 B switchable with the first output terminal of the energy storage device 1 to pair.

Dadurch kann die Energiespeichereinrichtung 1 kann beispielsweise im nicht lückenden Ansteuerbetrieb (CCM, „continuous current mode“) betrieben werden, so dass der Ausgangsstrom eines Energieversorgungsstrangs 10a, 10b jeweils ein Gleichstrom mit überlagertem Hochfrequenzanteil ist. Die Amplitude des Hochfrequenzanteils bestimmt dabei die Stromschwankungen jedes einzelnen Energieversorgungsstrangs 10a, 10b. Die am Gleichspannungszwischenkreis 9 anliegende Spannung kann durch einen phasenversetzten Ansteuerbetrieb jedes der Energieversorgungsstränge 10a, 10b eingestellt werden. Durch eine geeignete Wahl der Phasenverschiebung in der Ansteuerung der einzelnen Energieversorgungsstränge 10a, 10b können die hochfrequenten Stromschwankungen des Gesamtausgangsstroms teilweise zur destruktiven Interferenz gebracht und dadurch minimiert werden. Dies senkt die Anforderungen an die Auslegung des Kondensators für den Gleichspannungszwischenkreis 9.As a result, the energy storage device 1 For example, it can be operated in the non-latching drive mode (CCM, "continuous current mode"), so that the output current of a power supply line 10a . 10b each is a DC with superimposed high frequency component. The amplitude of the high-frequency component determines the current fluctuations of each individual power supply line 10a . 10b , The at the DC voltage intermediate circuit 9 applied voltage can be achieved by a phase-shifted driving operation of each of the power supply lines 10a . 10b be set. By a suitable choice of the phase shift in the control of the individual power supply lines 10a . 10b For example, the high-frequency current fluctuations of the total output current can be partially caused to destructive interference and thereby minimized. This lowers the requirements for the design of the capacitor for the DC link 9 ,

Die maximal speicherbare Energie kann bei der Energiespeichereinrichtung 1 durch die Parallelschaltung von Energieversorgungssträngen 10a, 10b erreicht werden, ohne dass daraus resultierend die Gesamtausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung 1 mit entsprechenden Konsequenzen für die Auslegung der nachfolgenden Komponenten wie beispielsweise Gleichspannungszwischenkreiskondensator 9, Inverter 4 oder elektrische Maschine 6 steigt.The maximum storable energy can in the energy storage device 1 by the parallel connection of power supply lines 10a . 10b be achieved without resulting in the total output voltage of the energy storage device 1 with corresponding consequences for the design of the following components such as DC link capacitor 9 , Inverter 4 or electric machine 6 increases.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 100 mit einer Energiespeichereinrichtung 1 in größerem Detail. Die Schalteinrichtung 8 umfasst dabei einen Versorgungsschalter 18a, welcher zwischen die Speicherinduktivitäten 2a bzw. 2b und den ersten Ausgangsanschluss gekoppelt ist, und einen Rückflussschalter 18b, welcher parallel zu dem Energieversorgungsstrang 10a bzw. 10b einen Knoten zwischen dem Versorgungsschalter 18a und dem zweiten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung 1 gekoppelt ist. 4 shows a schematic representation of a system 100 with an energy storage device 1 in greater detail. The switching device 8th includes a supply switch 18a which is between the storage inductances 2a respectively. 2 B and the first output port is coupled, and a return flow switch 18b , which is parallel to the power supply line 10a respectively. 10b a node between the supply switch 18a and the second output terminal of the energy storage device 1 is coupled.

Die Versorgungsschalter 18a und die Rückflussschalter 18b können jeweils einen Leistungstransistorschalter 16a bzw. 16b sowie eine parallel zu dem Leistungstransistorschalter geschaltete Freilaufdiode 17a bzw. 17b aufweisen. Die Versorgungsschalter 18a und die Rückflussschalter 18b können beispielsweise Feldeffekttransistoren (FETs), Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) oder andere geeignete Transistortypen aufweisen.The supply switches 18a and the return flow switches 18b can each have a power transistor switch 16a respectively. 16b and a freewheeling diode connected in parallel with the power transistor switch 17a respectively. 17b exhibit. The supply switches 18a and the return flow switches 18b For example, they may include field effect transistors (FETs), insulated gate bipolar transistors (IGBTs), or other suitable transistor types.

Durch die Kopplung mit den Versorgungsschaltern 18a und den Rückflussschaltern 18b können die Speicherinduktivitäten 2a, 2b dabei als Speicherelement für einen Synchronwandler genutzt werden, das heißt, die Versorgungsschalter 18a und die Rückflussschalter 18b wirken mit den Speicherinduktivitäten 2a, 2b jeweils als Synchronwandler 3 zusammen.By coupling with the supply switches 18a and the return switches 18b can the memory inductances 2a . 2 B are used as storage element for a synchronous converter, that is, the supply switch 18a and the return flow switches 18b interact with the storage inductances 2a . 2 B each as a synchronous converter 3 together.

5 zeigt ein System 200 zur Spannungswandlung von durch Energiespeichermodule 3 bereitgestellter Gleichspannung in eine n-phasige Wechselspannung. Das System 200 umfasst eine Energiespeichereinrichtung 1 mit Energiespeichermodulen 3, welche in Energieversorgungszweigen 11a, 11b, 11c mit parallel geschalteten Energieversorgungssträngen 10a, 10b in Serie geschaltet sind. Beispielhaft sind in 5 drei Energieversorgungszweige 11a, 11b, 11c gezeigt, welche zur Erzeugung einer dreiphasigen Wechselspannung, beispielsweise für eine Drehstrommaschine, geeignet sind. Es ist jedoch klar, dass jede andere Anzahl an Energieversorgungszweigen ebenso möglich sein kann. Die Energiespeichereinrichtung 1 verfügt an jedem Energieversorgungszweig über einen Ausgangsanschluss 12a, 12b, 12c, welche jeweils an Phasenleitungen 6a, 6b bzw. 6c angeschlossen sind, die die Energiespeichereinrichtung 1 mit einer elektrischen Maschine 6 koppeln. Beispielhaft dient das System 200 in 5 zur Speisung einer elektrischen Maschine 6. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Energiespeichereinrichtung 1 zur Erzeugung von elektrischem Strom für ein Energieversorgungsnetz verwendet wird. 5 shows a system 200 for voltage conversion by energy storage modules 3 provided DC voltage in an n-phase AC voltage. The system 200 includes an energy storage device 1 with energy storage modules 3 which are in energy supply branches 11a . 11b . 11c with parallel-connected power supply lines 10a . 10b are connected in series. Exemplary are in 5 three energy supply branches 11a . 11b . 11c shown, which are suitable for generating a three-phase AC voltage, for example for a three-phase machine. However, it is clear that any other number of power supply branches may be possible as well. The energy storage device 1 has an output connection at each power supply branch 12a . 12b . 12c , which in each case to phase lines 6a . 6b respectively. 6c connected to the energy storage device 1 with an electric machine 6 couple. The system is exemplary 200 in 5 for feeding an electric machine 6 , However, it can also be provided that the energy storage device 1 is used to generate electricity for a power grid.

Die Energieversorgungszweige 11a, 11b, 11c können an ihrem Ende mit einem Bezugspotential verbunden werden. Diese kann in Bezug auf die Phasenleitungen 6a, 6b, 6c der elektrischen Maschine 6 ein mittleres Potential führen und beispielsweise mit einem Massepotential verbunden werden. Jeder der Energieversorgungszweige 11a, 11b, 11c weist mindestens zwei parallel geschaltete Energieversorgungsstränge 10a, 10b auf. Beispielhaft beträgt die Anzahl der Energieversorgungsstränge 10a, 10b pro Energieversorgungszweig in 5 zwei, wobei jedoch jede andere Anzahl von Energieversorgungssträngen 10a, 10b ebenso möglich ist. Vorzugsweise umfasst dabei jeder der Energieversorgungszweige 11a, 11b, 11c die gleiche Anzahl an Energieversorgungssträngen 10a, 10b, wobei es jedoch auch möglich ist, für jeden Energieversorgungszweig 11a, 11b, 11c eine unterschiedliche Anzahl an Energieversorgungssträngen 10a, 10b vorzusehen.The energy supply branches 11a . 11b . 11c can be connected at their end to a reference potential. This may be in relation to the phase lines 6a . 6b . 6c the electric machine 6 lead an average potential and connected, for example, with a ground potential. Each of the power supply branches 11a . 11b . 11c has at least two power supply lines connected in parallel 10a . 10b on. By way of example, the number of power supply lines 10a . 10b per energy supply branch in 5 two, but with any other number of power supply lines 10a . 10b is also possible. In this case, each of the energy supply branches preferably comprises 11a . 11b . 11c the same number of power supply lines 10a . 10b However, it is also possible for each power supply branch 11a . 11b . 11c a different number of power supply lines 10a . 10b provided.

6 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Verfahrens 30 zum Betreiben einer Energiespeichereinrichtung, insbesondere einer Energiespeichereinrichtung 1, wie im Zusammenhang mit den 1 bis 5 erläutert. Mit dem Verfahren 30 kann in einer Variante ein Gleichspannungszwischenkreis 9 mit einer Versorgungsspannung gespeist werden, welche zur Speisung eines Wechselrichters 4 für eine elektrische Maschine 6 dienen kann. Alternativ kann das Verfahren 30 dazu dienen, eine mehrphasige Versorgungsspannung bereitzustellen, die jeweils direkt in Phasenanschlüsse einer mehrphasigen elektrischen Maschine 6 eingespeist werden kann. 6 shows a schematic representation of an exemplary method 30 to operate an energy storage device, in particular an energy storage device 1 , as related to the 1 to 5 explained. With the procedure 30 In one variant, a DC voltage intermediate circuit 9 be supplied with a supply voltage which is used to power an inverter 4 for an electric machine 6 can serve. Alternatively, the method 30 serve to provide a multi-phase supply voltage, each directly in phase terminals of a multi-phase electric machine 6 can be fed.

In einem ersten Schritt 31 erfolgt ein Ansteuern der Koppeleinrichtungen 7 einer ersten Anzahl von Energiespeichermodulen 3 des ersten Energieversorgungsstrangs 10a zum Schalten der jeweiligen Energiespeicherzellenmodule 5 in den ersten Energieversorgungsstrang 10a. Parallel dazu kann in einem zweiten Schritt ein Ansteuern der Koppeleinrichtungen 7 einer zweiten Anzahl von Energiespeichermodulen 3 des zweiten Energieversorgungsstrangs 10b zum Schalten der jeweiligen Energiespeicherzellenmodule 5 in den ersten Energieversorgungsstrang 10b erfolgen. Die Auswahl der ersten und zweiten Anzahl von Energiespeichermodulen 3 kann dabei beispielsweise in Abhängigkeit vom Leistungsbedarf der elektrischen Maschine 6 oder von der aktuellen Zwischenkreisspannung des Gleichspannungszwischenkreises 9 erfolgen. Weiterhin kann über den Tastgrad der Koppeleinrichtungen 7 der Energiespeichermodule 3 die Belastung der einzelnen Energieversorgungsstränge 10a, 10b angepasst werden.In a first step 31 there is a driving of the coupling devices 7 a first number of energy storage modules 3 of the first power supply string 10a for switching the respective energy storage cell modules 5 in the first power supply line 10a , In parallel, in a second step, a driving of the coupling devices 7 a second number of energy storage modules 3 of the second power supply string 10b for switching the respective energy storage cell modules 5 in the first power supply line 10b respectively. The selection of the first and second number of energy storage modules 3 can, for example, depending on the power requirements of the electric machine 6 or from the current intermediate circuit voltage of the DC intermediate circuit 9 respectively. Furthermore, on the duty cycle of the coupling devices 7 the energy storage modules 3 the load on the individual power supply lines 10a . 10b be adjusted.

Dadurch kann in einem dritten Schritt 33 ein Bereitstellen einer Ausgangsspannung an dem ersten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung 1 durch die angesteuerten Energiespeicherzellenmodule 5 in den ersten und zweiten Energieversorgungssträngen 10a, 10b erfolgen. Der Ausgangsstrom, der an dem ersten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung 1 ausgegeben wird, ist dabei durch die Summe der Ausgangsströme der einzelnen Energieversorgungsstränge 10a, 10b vorgegeben. Durch die ersten und zweiten Speicherinduktivitäten 2a, 2b bzw. deren elektrische Eigenschaften können diese Ausgangsströme begrenzt werden.This can be done in a third step 33 providing an output voltage at the first output terminal of the energy storage device 1 through the controlled energy storage cell modules 5 in the first and second power supply lines 10a . 10b respectively. The output current flowing at the first output terminal of the energy storage device 1 is output, is thereby by the sum of the output currents of the individual power supply lines 10a . 10b specified. Through the first and second storage inductances 2a . 2 B or their electrical properties, these output currents can be limited.

Durch dieses Verfahren 30 kann eine Auslegung einer mit der Energiespeichereinrichtung 1 versorgten elektrischen Maschine 6 auf die durch die Ansteuerung der Energieversorgungsstränge 10a, 10b geregelte Zwischenkreisspannung eines Gleichspannungszwischenkreises erfolgen. Weitere optionale Komponenten, wie beispielsweise ein Gleichspannungswandler zur Versorgung eines Niedervoltnetzes, zum Beispiel eines 14-Volt-Bordnetzes, können ebenfalls günstig ausgelegt werden, da die große Spannungsspreizung bei der geregelten Zwischenkreisspannung entfällt.By this procedure 30 may be a design of one with the energy storage device 1 supplied electric machine 6 on by the control of the power supply lines 10a . 10b regulated DC link voltage of a DC intermediate circuit done. Other optional components, such as a DC-DC converter for supplying a low-voltage network, for example, a 14-volt electrical system, can also be designed low, since the large voltage difference in the regulated DC link voltage is eliminated.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens 30 ist die Möglichkeit zur Anpassung der Versorgungsspannung der Energiespeichereinrichtung 1 auf die Drehzahl der elektrischen Maschine 6. Bei permanenterregten Maschinen ist die Polradspannung der Maschine proportional zur Drehzahl. Daher wird bei geringen Drehzahlen nur eine geringe Phasenspannung benötigt. Der Phasenstrom wird maßgeblich durch das darzustellende Moment bestimmt. Durch die durchstimmbare Versorgungsspannung der Energiespeichereinrichtung 1 kann die Versorgungsspannung des Inverters and die Polradspannung der elektrischen Maschine 6 angepasst werden. Besonders bei geringen Drehzahlen und hohem Moment können die Verluste in der Energiespeichereinrichtung 1 erheblich reduziert werden, da eine Parallelschaltung der Energieversorgungsstränge eine geringe Ausgangsspannung bei gleichzeitig hohem Ausgangsstrom ermöglicht.Another advantage of the process 30 is the possibility to adapt the supply voltage of the energy storage device 1 on the speed of the electric machine 6 , In permanent-magnet machines, the flywheel voltage of the machine is proportional to the speed. Therefore, only a small phase voltage is needed at low speeds. The phase current is largely determined by the torque to be displayed. Due to the tunable supply voltage of the energy storage device 1 may be the supply voltage of the inverter and the Polradspannung the electric machine 6 be adjusted. Especially at low speeds and high moment, the losses in the energy storage device 1 can be significantly reduced because a parallel connection of the power supply lines allows a low output voltage with a high output current.

Die oben dargestellten Systeme 100 bzw. 200 eignen sich auch für einen Rückspeisebetrieb, beispielsweise zum Aufladen bzw. Umladen der Energiespeicherzellen 5. Dabei wird die jeweils vor den Energieversorgungsstrang 10a bzw. 10b gekoppelte Speicherinduktivität 2a bzw. 2b als stromglättende Drossel verwendet, die einen gleichbleibenden Ladestrom in die Energiespeichermodule ermöglicht. In einem Rückspeisebetrieb des Systems 100 in 3 beispielsweise können die durch die Speicherinduktivität 2a bzw. 2b, den Verbindungsschalter 18a und den Rückflussschalter 18b gebildeten Synchronwandler der jeweiligen Energieversorgungsstränge 10a, 10b als Tiefsetzsteller in Rückwärtsrichtung betrieben werden. Dabei wird der Strom über den Tastgrad der Verbindungsschalter 18a bestimmt und die Speicherinduktivität 2a bzw. 2b dient zur Glättung des Stroms.The systems presented above 100 respectively. 200 They are also suitable for a regenerative operation, for example for charging or recharging the energy storage cells 5 , Here, the front of the power supply line 10a respectively. 10b coupled storage inductance 2a respectively. 2 B used as a current-smoothing inductor, which allows a constant charging current in the energy storage modules. In a regenerative operation of the system 100 in 3 for example, those due to the storage inductance 2a respectively. 2 B , the connection switch 18a and the return flow switch 18b formed synchronous converter of the respective power supply lines 10a . 10b operated as a buck converter in the reverse direction. The current over the duty cycle of the connection switch 18a determined and the storage inductance 2a respectively. 2 B serves to smooth the current.

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Claims (9)

Energiespeichereinrichtung (1) zum Erzeugen einer Versorgungsspannung für eine elektrische Maschine (6), mit: einem ersten Energieversorgungsstrang (10a), welcher über eine erste Speicherinduktivität (2a) mit einem ersten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung (1) gekoppelt ist; und einem zweiten Energieversorgungsstrang (10b), welcher über eine zweite Speicherinduktivität (2b) mit dem ersten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung (1) gekoppelt ist, und welcher parallel zu dem ersten Energieversorgungsstrang (10a) geschaltet ist, wobei jeder der Energieversorgungsstränge (10a; 10b) aufweist: ein oder mehrere Energiespeichermodule (3), welche jeweils ein Energiespeicherzellenmodul (5) mit mindestens einer Energiespeicherzelle (5a, 5k) und eine Koppeleinrichtung (7) mit einer Vielzahl von Koppelelementen (7a, 7b, 7c, 7d), welche dazu ausgelegt ist, das Energiespeicherzellenmodul (5) selektiv in den jeweiligen Energieversorgungsstrang (10a; 10b) zu schalten oder zu überbrücken, aufweisen; und wobei die ersten und zweiten Energieversorgungsstränge (10a; 10b) dazu ausgelegt sind, eine Versorgungsspannung an dem ersten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung (1) bereitzustellen.Energy storage device ( 1 ) for generating a supply voltage for an electric machine ( 6 ), comprising: a first power supply string ( 10a ), which has a first storage inductance ( 2a ) with a first output terminal of the energy storage device ( 1 ) is coupled; and a second power supply string ( 10b ), which has a second storage inductance ( 2 B ) to the first output terminal of the energy storage device ( 1 ), and which is parallel to the first power supply line ( 10a ), each of the power supply lines ( 10a ; 10b ): one or more energy storage modules ( 3 ), each of which is an energy storage cell module ( 5 ) with at least one energy storage cell ( 5a . 5k ) and a coupling device ( 7 ) with a plurality of coupling elements ( 7a . 7b . 7c . 7d ), which is adapted to the energy storage cell module ( 5 ) selectively into the respective power supply line ( 10a ; 10b ) to switch or bridge; and wherein the first and second power supply strings ( 10a ; 10b ) are adapted to supply a supply voltage at the first output terminal of the energy storage device ( 1 ). Energiespeichereinrichtung (1) nach Anspruch 1, weiterhin mit: einer Schalteinrichtung (8), welche die ersten und zweiten Speicherinduktivitäten (2a, 2b) schaltbar mit dem ersten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung (1) koppelt.Energy storage device ( 1 ) according to claim 1, further comprising: a switching device ( 8th ) containing the first and second storage inductances ( 2a . 2 B ) switchable with the first output terminal of the energy storage device ( 1 ) couples. Energiespeichereinrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die Schalteinrichtung (8) aufweist: einen ersten Verbindungsschalter (18a), welcher zwischen die erste Speicherinduktivität (2a) und den ersten Ausgangsanschluss gekoppelt ist; einen ersten Rückflussschalter (18b), welcher einen Knotenpunkt zwischen dem ersten Verbindungsschalter (18a) und der ersten Speicherinduktivität (2a) mit einem zweiten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung (1) koppelt; einen zweiten Verbindungsschalter (18b), welcher zwischen die zweite Speicherinduktivität (2b) und den ersten Ausgangsanschluss gekoppelt ist; und einen zweiten Rückflussschalter (18b), welcher einen Knotenpunkt zwischen dem zweiten Verbindungsschalter (18a) und der zweiten Speicherinduktivität (2b) mit einem zweiten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung (1) koppelt, wobei die Speicherinduktivitäten (2a, 2b) gemeinsam mit den jeweiligen Rückflussschaltern (18b) und Verbindungsschaltern (18a) jeweils eine Hochsetzstellerfunktion für die Ausgangsspannung der jeweiligen Energieversorgungsstränge (10a; 10b) realisieren.Energy storage device ( 1 ) according to claim 2, wherein the switching device ( 8th ) comprises: a first connection switch ( 18a ), which between the first storage inductance ( 2a ) and the first output terminal is coupled; a first return flow switch ( 18b ), which connects a node between the first connection switch ( 18a ) and the first storage inductance ( 2a ) with a second output terminal of the energy storage device ( 1 ) couples; a second connection switch ( 18b ), which between the second storage inductance ( 2 B ) and the first output terminal is coupled; and a second return flow switch ( 18b ), which connects a node between the second connection switch ( 18a ) and the second storage inductance ( 2 B ) with a second output terminal of the energy storage device ( 1 ), the memory inductances ( 2a . 2 B ) together with the respective return flow switches ( 18b ) and connection switches ( 18a ) each have a boost converter function for the output voltage of the respective power supply lines ( 10a ; 10b ) realize. Energiespeichereinrichtung (1) nach Anspruch 1, weiterhin mit: einer Vielzahl von parallel geschalteten ersten und zweiten Energieversorgungsstränge (10a; 10b), die jeweils über erste und zweite Speicherinduktivitäten (2a, 2b) mit einem einer Vielzahl von ersten Ausgangsanschlüssen (12a, 12b, 12c) gekoppelt sind, wobei die ersten und zweiten Energieversorgungsstränge (10a; 10b) jeweils dazu ausgelegt sind, eine Phasenspannung an den jeweiligen der Vielzahl von ersten Ausgangsanschlüssen (12a, 12b, 12c) der Energiespeichereinrichtung (1) bereitzustellen.Energy storage device ( 1 ) according to claim 1, further comprising: a plurality of parallel connected first and second power supply strings ( 10a ; 10b ), each having first and second storage inductances ( 2a . 2 B ) with one of a plurality of first output terminals ( 12a . 12b . 12c ), the first and second power supply strings ( 10a ; 10b ) are each adapted to apply a phase voltage to the respective one of the plurality of first output terminals ( 12a . 12b . 12c ) of the energy storage device ( 1 ). System (100; 200), mit: einer Energiespeichereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4; und einer Steuereinrichtung (11), welche mit der Energiespeichereinrichtung (1) gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, die Koppeleinrichtungen (7) der Energiespeichermodule (3) zum Einstellen einer Versorgungsspannung an dem ersten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung (1) anzusteuern.System ( 100 ; 200 ), comprising: an energy storage device ( 1 ) according to any one of claims 1 to 4; and a control device ( 11 ) associated with the energy storage device ( 1 ) and which is adapted to connect the coupling devices ( 7 ) of the energy storage modules ( 3 ) for adjusting a supply voltage at the first output terminal of the energy storage device ( 1 ) head for. System (100) nach Anspruch 5, weiterhin mit: einem Gleichspannungszwischenkreis (9), welcher mit dem ersten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung (1) gekoppelt ist.System ( 100 ) according to claim 5, further comprising: a DC voltage intermediate circuit ( 9 ) connected to the first output terminal of the energy storage device ( 1 ) is coupled. System (100) nach Anspruch 6, weiterhin mit: einem Inverter (4), welcher mit dem Gleichspannungszwischenkreis (9) gekoppelt ist; und einer elektrischen Maschine (6), welche mit dem Inverter (4) gekoppelt ist, wobei der Inverter (4) dazu ausgelegt ist, die Spannung des Gleichspannungszwischenkreises (9) in eine Eingangsspannung für die elektrische Maschine (6) zu wandeln.System ( 100 ) according to claim 6, further comprising: an inverter ( 4 ), which with the DC voltage intermediate circuit ( 9 ) is coupled; and an electric machine ( 6 ), which with the inverter ( 4 ), wherein the inverter ( 4 ) is adapted to the voltage of the DC intermediate circuit ( 9 ) in an input voltage for the electric machine ( 6 ) to transform. System (200) nach Anspruch 5, wobei die Energiespeichereinrichtung (1) nach Anspruch 4 ausgestaltet ist, weiterhin mit: einer n-phasigen elektrischen Maschine (6), mit n > 1, deren Phasenanschlüsse (6a, 6b, 6c) jeweils mit einem der Vielzahl von ersten Ausgangsanschlüssen (12a, 12b, 12c) gekoppelt sind, wobei die Energiespeichereinrichtung (1) dazu ausgelegt ist, eine n-phasige Versorgungsspannung für die elektrische Maschine (6) bereitzustellen.System ( 200 ) according to claim 5, wherein the energy storage device ( 1 ) according to claim 4, further comprising: an n-phase electric machine ( 6 ), where n> 1, whose phase connections ( 6a . 6b . 6c ) each with one of the plurality of first output terminals ( 12a . 12b . 12c ), wherein the energy storage device ( 1 ) is adapted to an n-phase supply voltage for the electric machine ( 6 ). Verfahren (30) zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung in einer Energiespeichereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit den Schritten: Ansteuern (31) der Koppeleinrichtungen (7) einer ersten Anzahl von Energiespeichermodulen (3) des ersten Energieversorgungsstrangs (10a) zum Schalten der jeweiligen Energiespeicherzellenmodule (5) in den ersten Energieversorgungsstrang (10a); Ansteuern (32) der Koppeleinrichtungen (7) einer zweiten Anzahl von Energiespeichermodulen (3) des zweiten Energieversorgungsstrangs (10b) zum Schalten der jeweiligen Energiespeicherzellenmodule (5) in den zweiten Energieversorgungsstrang (10b); und Bereitstellen (33) einer Ausgangsspannung an dem ersten Ausgangsanschluss der Energiespeichereinrichtung durch die angesteuerten Energiespeicherzellenmodule (5) in den ersten und zweiten Energieversorgungssträngen (10a, 10b).Procedure ( 30 ) for providing a supply voltage in an energy storage device ( 1 ) according to any one of claims 1 to 4, comprising the steps of: driving ( 31 ) of the coupling devices ( 7 ) a first number of energy storage modules ( 3 ) of the first power supply string ( 10a ) for switching the respective energy storage cell modules ( 5 ) in the first power supply line ( 10a ); Drive ( 32 ) of the coupling devices ( 7 ) a second number of energy storage modules ( 3 ) of the second power supply string ( 10b ) for switching the respective energy storage cell modules ( 5 ) in the second power supply line ( 10b ); and deploy ( 33 ) an output voltage at the first output terminal of the energy storage device by the driven energy storage cell modules ( 5 ) in the first and second power supply lines ( 10a . 10b ).
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