DE102013205562A1 - Energy storage device and system with an energy storage device - Google Patents

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DE102013205562A1
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Alexander Schmidt
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinrichtung, welche zum Bereitstellen und/oder Aufnehmen elektrischer Energie in Form eines n-phasigen Stroms und einer n-phasigen Spannung ausgelegt ist, wobei n ≥ 1. Die Energiespeichereinrichtung umfasst n Energieversorgungszweige, wobei jeder der Energieversorgungszweige eine Vielzahl von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen aufweist. Die Energiespeichermodulen umfassen jeweils ein Energiespeicherzellenkoppelmodul mit Koppelmodulanschlüssen, und eine Koppeleinrichtung mit Koppelelementen, welche dazu ausgelegt sind, das Energiespeicherzellenmodul über die Koppelmodulanschlüsse selektiv in den jeweiligen Energieversorgungszweig zu schalten oder in dem jeweiligen Energieversorgungszweig zu umgehen. Jedes der Energiespeicherzellenkoppelmodule weist wiederum einen Koppelmodulstrang mit einer Vielzahl von in Serie geschalteten Energiespeicherzellenzweigmodulen auf, welche einen Energiespeicherzellenzweig mit einer Serienschaltung aus einem Energiespeicherzellenzweigkoppelelement und mindestens einer Energiespeicherzelle und ein parallel zu dem Energiespeicherzellenzweig geschaltetes Umgehungszweigkoppelelement aufweisen.The invention relates to an energy storage device which is designed to provide and / or receive electrical energy in the form of an n-phase current and an n-phase voltage, where n ≥ 1. The energy storage device comprises n energy supply branches, each of the energy supply branches having a plurality of in Has series connected energy storage modules. The energy storage modules each include an energy storage cell coupling module with coupling module connections and a coupling device with coupling elements which are designed to selectively switch the energy storage cell module via the coupling module connections into the respective energy supply branch or bypassing it in the respective energy supply branch. Each of the energy storage cell coupling modules in turn has a coupling module string with a plurality of energy storage cell branch modules connected in series, which have an energy storage cell branch with a series connection of an energy storage cell branch coupling element and at least one energy storage cell and a bypass branch coupling element connected in parallel to the energy storage cell branch.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinrichtung, insbesondere einer Energiespeichereinrichtung mit modularem Batteriesystem für beliebige stationäre und mobile Anwendungen, sowie ein System mit einer Energiespeichereinrichtung.The invention relates to an energy storage device, in particular an energy storage device with a modular battery system for any stationary and mobile applications, as well as a system with an energy storage device.

Stand der TechnikState of the art

Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie z.B. Windkraftanlagen oder Solaranlagen, als auch in Fahrzeugen, wie Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, vermehrt elektronische Systeme zum Einsatz kommen, die Elemente der Leistungselektronik in das Energiespeichersystem integrieren.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, integrate the elements of power electronics in the energy storage system.

Die Einspeisung von mehrphasigem Strom in eine elektrische Maschine wird üblicherweise durch einen Umrichter in Form eines Pulswechselrichters bewerkstelligt. Dazu kann eine von einem Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellte Gleichspannung in eine mehrphasige Wechselspannung, beispielsweise eine dreiphasige Wechselspannung umgerichtet werden. Der Gleichspannungszwischenkreis wird dabei von einem Strang aus seriell verschalteten Batteriemodulen oder beliebigen Gleichspannungsquellen gespeist.The feeding of multi-phase current into an electrical machine is usually accomplished by a converter in the form of a pulse-controlled inverter. For this purpose, a DC voltage provided by a DC voltage intermediate circuit can be converted into a multi-phase AC voltage, for example a three-phase AC voltage. The DC intermediate circuit is fed by a string of serially connected battery modules or any DC voltage sources.

Um die für eine jeweilige Anwendung gegebenen Anforderungen an Leistung und Energie erfüllen zu können, werden häufig mehrere Batteriemodule oder Batteriezellen in einem Energiespeichersystem in Serie geschaltet.In order to meet the power and energy requirements of a given application, multiple battery modules or battery cells are often connected in series in an energy storage system.

Die starre 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 rigid 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.

In den Druckschriften US 5,642,275 A1 und US 6,969,967 B2 sind Batteriesysteme mit integrierter Wechselrichterfunktion beschrieben. Systeme dieser Art sind unter dem Namen Cascaded Multilevel 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 Energiespeicherzelle und eine zugeordnete steuerbare Koppeleinheit aufweist, welche es erlaubt, in Abhängigkeit von Steuersignalen den jeweiligen Energiespeichermodulstrang zu unterbrechen oder die jeweils zugeordnete mindestens eine Energiespeicherzelle zu überbrücken oder die jeweils zugeordnete mindestens eine Energiespeicherzelle 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 sozusagen in den BDI integriert.In the pamphlets US 5,642,275 A1 and US 6,969,967 B2 Battery systems with integrated inverter function are described. Systems of this type are known under the name Cascaded Multilevel 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, each energy storage module having at least one energy storage cell and an associated controllable coupling unit, which makes it possible to interrupt the respective energy storage module strand depending on control signals or to bridge the respectively associated at least one energy storage cell or each associated with at least one energy storage cell to switch into the respective energy storage module string. 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 so to speak in the BDI.

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. Die Phasenausgangsspannung eines 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 Phasenausgangsspannung durch die Summe der Spannungen aller Energiespeichermodule eines Energiespeichermodulstrangs bestimmt wird.BDIs usually have higher efficiency and higher reliability compared to 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. The phase output voltage of an 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, wherein the maximum possible phase output voltage is determined by the sum of the voltages of all energy storage modules of an energy storage module string.

Die Druckschriften DE 10 2010 027 857 A1 und DE 10 2010 027 861 A1 beispielsweise offenbaren Batteriedirektinverter mit mehreren Batteriemodulsträngen, welche direkt an eine elektrische Maschine anschließbar sind.The pamphlets DE 10 2010 027 857 A1 and DE 10 2010 027 861 A1 For example, disclose battery direct inverter with multiple battery module strings, which are directly connected to an electric machine.

Die Energiespeichermodulstränge weisen dabei eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen auf, wobei jedes Energiespeichermodul mindestens eine Energiespeicherzelle und eine zugeordnete steuerbare Koppeleinheit aufweist, welche es erlaubt, in Abhängigkeit von Steuersignalen die jeweils zugeordnete mindestens eine Energiespeicherzelle zu überbrücken oder die jeweils zugeordnete mindestens eine Energiespeicherzelle in den jeweiligen Energiespeichermodulstrang zu schalten. Optional kann die Koppeleinheit derart gestaltet sein, dass sie es zusätzlich erlaubt, die jeweils zugeordnete mindestens eine Energiespeicherzelle auch mit inverser Polarität in den jeweiligen Energiespeichermodulstrang zu schalten oder auch den jeweiligen Energiespeichermodulstrang am Teilmodul zu unterbrechen und dieses gleichzeitg zu überbrücken oder auch die jeweils zugeordnete mindestens eine Energiespeicherzelle zu überbrücken.In this case, the energy storage module strands have a plurality of energy storage modules connected in series, each energy storage module having at least one energy storage cell and an associated controllable coupling unit, which allows the respective assigned at least one energy storage cell to be bridged as a function of control signals or the respectively assigned at least one energy storage cell to switch the respective energy storage module string. Optionally, the coupling unit can be designed such that it additionally allows to switch the respectively associated at least one energy storage cell with inverse polarity in the respective energy storage module string or to interrupt the respective energy storage module strand on the sub-module and this at the same time bridge or even to bridge the associated at least one energy storage cell.

Zur Einstellung einer Ausgangsspannung eines Energiespeichermoduls kann eine pulsweitenmodulierte (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.

BDIs mit einer hohen Anzahl von Koppeleinheiten weisen häufig höhere Durchlassverluste auf, die die Effizienz des BDI schmälern, insbesondere bei hohen Lastströmen.BDIs with a high number of coupling units often have higher forward losses, which reduce the efficiency of the BDI, especially at high load currents.

Es besteht daher ein Bedarf Lösungen für Energiespeichereinrichtungen mit modularem Aufbau, welche die Anzahl der notwendigen Leistungsschalter reduzieren, ohne pulsweitenmodulierte Ansteuerverfahren verwendet werden können und flexiblere Ladeansteuerstrategien ermöglichen.There is therefore a need for solutions for energy storage devices of modular design that can reduce the number of power switches required, can be used without pulse width modulated drive methods, and enable more flexible charge drive strategies.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt eine Energiespeichereinrichtung, welche zum Bereitstellen und/oder Aufnehmen elektrischer Energie in Form eines n-phasigen Stroms und einer n-phasigen Spannung ausgelegt ist, wobei n ≥ 1. Die Energiespeichereinrichtung umfasst n Phasen, wobei die Energiespeichereinrichtung beispielsweise drei Phasen in Stern- oder Dreiecksschaltung umfassen kann. Jede der Phasen umfasst eine Vielzahl von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen. Die Energiespeichermodule umfassen jeweils ein Energiespeicherzellenkoppelmodul mit Koppelmodulanschlüssen, und eine Koppeleinrichtung mit Koppelelementen, welche dazu ausgelegt sind, das Energiespeicherzellenmodul über die Koppelmodulanschlüsse selektiv in den jeweiligen Energieversorgungszweig zu schalten oder in dem jeweiligen Energieversorgungszweig zu umgehen. Jedes der Energiespeicherzellenkoppelmodule weist wiederum einen Koppelmodulstrang mit einer Vielzahl von in Serie geschalteten Energiespeicherzellenzweigmodulen auf, welche einen Energiespeicherzellenzweig mit einer Serienschaltung aus einem Energiespeicherzellenzweigkoppelelement und mindestens einer Energiespeicherzelle und ein parallel zu dem Energiespeicherzellenzweig geschaltetes Umgehungszweigkoppelelement aufweisen.The present invention provides, in one aspect, an energy storage device configured to provide and / or receive electrical energy in the form of an n-phase current and an n-phase voltage, where n ≥ 1. The energy storage device comprises n phases, the energy storage device, for example three phases in star or delta can include. Each of the phases includes a plurality of series connected energy storage modules. The energy storage modules each comprise an energy storage cell coupling module with coupling module connections, and a coupling device with coupling elements which are designed to selectively switch the energy storage cell module via the coupling module connections into the respective energy supply branch or to bypass the respective energy supply branch. Each of the energy storage cell coupling modules in turn has a coupling module string with a plurality of series-connected energy storage cell branch modules, which have an energy storage cell branch with a series circuit comprising an energy storage cell branch coupling element and at least one energy storage cell and a bypass branch coupling element connected in parallel to the energy storage cell branch.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein System, mit einer n-phasigen elektrischen Maschine, wobei n ≥ 1, einer Energiespeichereinrichtung, welche zum Bereitstellen und/oder Aufnehmen elektrischer Energie in Form eines n-phasigen Stroms und einer n-phasigen Spannung ausgelegt ist, und welche n parallel geschaltete Energieversorgungszweige aufweist, welche jeweils zwischen einen Ausgangsanschluss und eine Bezugspotentialschiene gekoppelt sind, wobei jeder der Energieversorgungszweige eine Vielzahl von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen aufweist. Die Energiespeichermodule umfassen jeweils ein Energiespeicherzellenmodul, welches mindestens eine Energiespeicherzelle aufweist, und eine Koppeleinrichtung mit Koppelelementen, welche dazu ausgelegt sind, das Energiespeicherzellenmodul selektiv in den jeweiligen Energieversorgungszweig zu schalten oder zu überbrücken. Das System umfasst weiterhin n Phasenleitungen, welche jeweils einen der Ausgangsanschlüsse der Energiespeichereinrichtung mit jeweils einem von n Phasenanschlüssen der n-phasigen elektrischen Maschine koppeln, und eine Steuereinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.In another aspect, the present invention provides a system comprising an n-phase electric machine, wherein n ≥ 1, an energy storage device configured to provide and / or receive electrical energy in the form of an n-phase current and an n-phase voltage and having n power supply branches connected in parallel, each coupled between an output terminal and a reference potential rail, each of the power supply branches having a plurality of series connected energy storage modules. The energy storage modules each comprise an energy storage cell module, which has at least one energy storage cell, and a coupling device with coupling elements, which are designed to selectively switch or bypass the energy storage cell module in the respective energy supply branch. The system further comprises n phase lines, each of which couples one of the output terminals of the energy storage device to each one of n phase terminals of the n-phase electric machine, and a control device configured to perform a method according to the invention.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Es ist Idee der vorliegenden Erfindung, eine modular aufgebaute Energiespeichereinrichtung derart aufzubauen, dass die Zahl der Koppeleinheiten minimiert werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die Energiespeicherzellenmodule jedes Energiespeichermoduls einer Energiespeichereinrichtung ihrerseits in einer Batteriedirektkonvertertopologie (BDC) aufgebaut werden. Batteriedirektkonvertertopologie bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Energiespeicherzellenmodule der einzelnen Energiespeichermodule eine Serienschaltung an Energiespeicherzellen aufweisen, die über speichermodulinterne zugeordnete Koppeleinheiten selektiv in die Serienschaltung zugeschaltet oder in dieser umgangen werden können. Dadurch weist die Energiespeichereinrichtung eine hierarchisch aufgebaute Schachtelungsstruktur auf, in der eine Vielzahl von BDCs als Energiespeicherzellenmodule in einem BDI zusammengeschlossen sind. Jedes der Energiespeichermodule kann in seiner Modulausgangsspannung variabilisiert werden, wodurch die Granularität der Gesamtausgangsspannung eines Energieversorgungsstrangs der Energiespeichereinrichtung wesentlich feiner eingestellt werden kann, ohne dass auf eine PWM-Ansteuerung einzelner Energiespeichermodule zurückgegriffen werden muss.It is an idea of the present invention to construct a modular energy storage device such that the number of coupling units can be minimized. This is achieved by constructing the energy storage cell modules of each energy storage module of an energy storage device in turn in a battery direct converter topology (BDC). Direct battery converter topology in this context means that the energy storage cell modules of the individual energy storage modules have a series circuit of energy storage cells that can be selectively switched on storage module-internal associated coupling units in the series circuit or bypassed in this. As a result, the energy storage device has a hierarchically structured nesting structure, in which a plurality of BDCs are combined as energy storage cell modules in a BDI. Each of the energy storage modules can be variabilized in its module output voltage, whereby the granularity of the total output voltage of a power supply line of the energy storage device can be set much finer, without having to resort to a PWM control of individual energy storage modules.

Dies hat den Vorteil, dass der Siliziumaufwand bei steigender Zahl von Energiespeicherzellen gegenüber bekannten Topologien mit Vollbrückenschaltungen für jede der Energiespeicherzellen verringert werden kann.This has the advantage that the silicon cost can be reduced with increasing number of energy storage cells over known topologies with full bridge circuits for each of the energy storage cells.

Ferner ist es vorteilhafterweise möglich, nahezu beliebige Ausgangsspannungen und Energiespeicherkapazitäten auf der Basis gleichartiger Bausteine für die Energiespeichermodule durch geeignete modulare hierarchische Strukturierung der Energiespeichereinrichtung zu realisieren.Furthermore, it is advantageously possible to realize almost any desired output voltages and energy storage capacities on the basis of similar components for the energy storage modules by suitable modular hierarchical structuring of the energy storage device.

Ein weiterer Vorteil dieser Topologie ist die Realisierung sehr kleiner Werte der Total Harmonic Distortion (THD) durch die der Sollspannung angepasst Stufung in der Ausgangsspannung. Diese adaptive Stufung kann durch Änderung der Zwischenkreisspannung bestimmter Energiespeichermodule und durch die Möglichkeit, mittels Vollbrücken Energiespeichermodule in positiver und negativer Polarität zu kaskadieren, realisiert werden. Another advantage of this topology is the realization of very small values of Total Harmonic Distortion (THD) by adjusting the set voltage in the output voltage. This adaptive gradation can be realized by changing the intermediate circuit voltage of certain energy storage modules and by the possibility of cascading energy storage modules in positive and negative polarity by means of full bridges.

Durch den hierarchischen Aufbau kann weiterhin innerhalb eines Energiespeichermoduls ein Ladevorgang für einzelne Energiespeicherzellen stattfinden, während das Energiespeichermodul selbst noch im Betrieb ist, d.h. andere der Energiespeicherzellen zur Ausgangsspannung eines Energieversorgungszweigs beitragen. Dadurch kann einerseits die Verfügbarkeit des gesamten Systems optimiert werden. Andererseits ist dadurch ein problemloses Balancing aufgrund von Alterungseffekten der einzelnen Energiespeicherzellen möglich, was die insgesamte Versorgungskapazität der Energiespeichereinrichtung beträchtlich verbessert. Zudem ist es möglich, die Wärmeverteilung innerhalb der Energiespeichereinrichtung sehr genau und flexibel zu regeln.Due to the hierarchical structure, a charging process for individual energy storage cells can continue to take place within an energy storage module while the energy storage module itself is still in operation, ie. others of the energy storage cells contribute to the output voltage of a power supply branch. As a result, on the one hand, the availability of the entire system can be optimized. On the other hand, thereby a trouble balancing due to aging effects of the individual energy storage cells is possible, which significantly improves the overall supply capacity of the energy storage device. In addition, it is possible to regulate the heat distribution within the energy storage device very precisely and flexibly.

Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung können die Koppeleinrichtungen Koppelelemente in Vollbrückenschaltung umfassen. Alternativ können die Koppeleinrichtungen Koppelelemente in Halbbrückenschaltung umfassen.According to one embodiment of the energy storage device according to the invention, the coupling devices may comprise coupling elements in full-bridge connection. Alternatively, the coupling devices may comprise coupling elements in a half-bridge circuit.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung können die Energiespeicherzellen Lithium-Ionen-Akkumulatoren, Doppelschichtkondensatoren, Elektrolytkondensatoren oder ähnliche Energiespeicherkomponenten umfassen.According to a further embodiment of the energy storage device according to the invention, the energy storage cells may comprise lithium-ion batteries, double-layer capacitors, electrolytic capacitors or similar energy storage components.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung können die Koppelelemente, die Energiespeicherzellenzweigkoppelelemente und/oder die Umgehungszweigkoppelelemente Leistungshalbleiterschalter umfassen.According to a further embodiment of the energy storage device according to the invention, the coupling elements, the energy storage cell branch coupling elements and / or the bypass branch coupling elements may comprise power semiconductor switches.

Dabei können gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung die Leistungshalbleiterschalter Bipolartransistoren mit isoliertem Gate, IGBT, Sperrschicht-Feldeffekttransistoren, JFET, oder Metalloxid-Halbleiterfeldeffekttransistoren, MOSFET, umfassen.In this case, according to a further embodiment of the energy storage device according to the invention, the power semiconductor switches may comprise insulated gate bipolar transistors, IGBTs, junction field effect transistors, JFETs, or metal oxide semiconductor field effect transistors, MOSFETs.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems kann die n-phasige elektrische Maschine eine Synchronmaschine oder eine geschaltete Reluktanzmaschine umfassen.According to one embodiment of the system according to the invention, the n-phase electric machine may comprise a synchronous machine or a switched reluctance 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 nach 1; 2 a schematic representation of an embodiment of an energy storage module of an energy storage device according to 1 ;

3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Energiespeichermoduls einer Energiespeichereinrichtung nach 1; 3 a schematic representation of another embodiment of an energy storage module of an energy storage device according to 1 ;

4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Energiespeicherzellenkoppelmoduls eines Energiespeichermoduls nach 2 oder 3; 4 a schematic representation of an embodiment of an energy storage cell coupling module of an energy storage module according to 2 or 3 ;

5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Energiespeicherzellenzweigmoduls eines Energiespeicherzellenkoppelmoduls nach 4; und 5 a schematic representation of an embodiment of an energy storage cell branch module of an energy storage cell coupling module according to 4 ; and

6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsvariante für eine Energiespeichereinrichtung. 6 a schematic representation of an embodiment for an energy storage device.

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 Energieversorgungszweigen in Serie geschaltet sind, wodurch elektrische Energie durch die Energiespeichereinrichtung 1 in Form eines n-phasigen Stroms und einer n-phasigen Spannung bereitgestellt und/oder aufgenommen werden kann. Beispielhaft sind in 1 drei Energieversorgungszweige Z1, Z2 und Z3 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 1a, 1b, 1c, welche jeweils an Phasenleitungen 2a, 2b bzw. 2c angeschlossen sind, die die Energiespeichereinrichtung 1 mit einer elektrischen Maschine 2 koppeln. Beispielhaft dient das System 100 in 1 zur Speisung einer elektrischen Maschine 2. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Energiespeichereinrichtung 1 zur Pufferung von elektrischem Strom für ein Energieversorgungsnetz 2 verwendet wird. 1 shows a system 100 for voltage conversion by energy storage modules 3 provided DC voltage in an n-phase AC voltage. The system 100 includes an energy storage device 1 with energy storage modules 3 which are connected in series in power supply branches, whereby electrical energy through the energy storage device 1 can be provided and / or recorded in the form of an n-phase current and an n-phase voltage. Exemplary are in 1 shown three power supply branches Z1, Z2 and Z3, 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 1a . 1b . 1c , which in each case to phase lines 2a . 2 B respectively. 2c connected to the energy storage device 1 with an electric machine 2 couple. The system is exemplary 100 in 1 for feeding an electric machine 2 , However, it can also be provided that the energy storage device 1 for buffering electric power for a power grid 2 is used.

Das System 100 kann weiterhin eine Steuereinrichtung 6 umfassen, welche mit der Energiespeichereinrichtung 1 verbunden ist, und mithilfe derer die Energiespeichereinrichtung 1 gesteuert werden kann, um die gewünschten Ausgangsspannungen an den jeweiligen Ausgangsanschlüssen 1a, 1b, 1c bereitzustellen.The system 100 can continue a control device 6 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 output voltages at the respective output terminals 1a . 1b . 1c provide.

Die Energieversorgungszweige Z1, Z2 und Z3 können an ihrem Ende mit einem Bezugspotential 4 (Bezugsschiene) verbunden werden. Diese kann in Bezug auf die Phasenleitungen 2a, 2b, 2c der elektrischen Maschine 2 ein mittleres Potential führen und beispielsweise mit einem Massepotential verbunden werden. Dabei kann das Bezugspotential 4 beispielsweise mit dem Sternpunkt 4a der elektrischen Maschine 2 gekoppelt werden. Jeder der Energieversorgungszweige Z1, Z2 und Z3 weist mindestens zwei in Reihe geschaltete Energiespeichermodule 3 auf. Beispielhaft beträgt die Anzahl der Energiespeichermodule 3 pro Energieversorgungszweig in 1 drei, wobei jedoch jede andere Anzahl von Energiespeichermodulen 3 ebenso möglich ist. Vorzugsweise umfasst dabei jeder der Energieversorgungszweige Z1, Z2 und Z3 die gleiche Anzahl an Energiespeichermodulen 3, wobei es jedoch auch möglich ist, für jeden Energieversorgungszweig Z1, Z2 und Z3 eine unterschiedliche Anzahl an Energiespeichermodulen 3 vorzusehen.The power supply branches Z1, Z2 and Z3 can at their end with a reference potential 4 (Reference rail) are connected. This may be in relation to the phase lines 2a . 2 B . 2c the electric machine 2 lead an average potential and connected, for example, with a ground potential. In this case, the reference potential 4 for example, with the star point 4a the electric machine 2 be coupled. Each of the power supply branches Z1, Z2 and Z3 has at least two series-connected energy storage modules 3 on. By way of example, the number of energy storage modules 3 per energy supply branch in 1 three, but with any other number of energy storage modules 3 is also possible. In this case, each of the energy supply branches Z1, Z2 and Z3 preferably comprises the same number of energy storage modules 3 However, it is also possible for each energy supply branch Z1, Z2 and Z3, a different number of energy storage modules 3 provided.

Die Energiespeichermodule 3 weisen jeweils zwei Ausgangsanschlüsse 3a und 3b auf, über welche eine Ausgangsspannung der Energiespeichermodule 3 bereitgestellt werden kann. Diese vorgenannte Ausgangsspannung kann unabhängig von der Spannungslage der Gleichspannungsquelle im Energiespeichermodul 3 eingestellt werden.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. This aforementioned output voltage can be independent of the voltage level of the DC voltage source in the energy storage module 3 be set.

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 Energiespeicherzellenkoppelmodul 5 mit einem oder mehreren in Reihe geschalteten Energiespeicherzellenzweigmodulen 15, wie im Zusammenhang mit den 4 und 5 weiter unten genauer erläutert.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 coupling module 5 with one or more series-connected energy storage cell branch modules 15 , as related to the 4 and 5 explained in more detail below.

Die Energiespeicherzellenkoppelmodule 5 sind über Koppelmodulanschlüsse 5a, 5b 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 Leistungshalbleiterschalter, und eine dazu parallel geschaltete Freilaufdiode aufweisen. Die Leistungshalbleiterschalter können beispielsweise Feldeffekttransistoren (FETs) aufweisen. In diesem Fall können die Freilaufdioden auch jeweils in die Leistungshalbleiterschalter integriert sein.The energy storage cell coupling modules 5 are via coupling module connections 5a . 5b 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 power semiconductor switch, and a parallel-connected freewheeling diode. The power 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 power semiconductor switch.

Die Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d in 2 können derart angesteuert werden, beispielsweise mithilfe der Steuereinrichtung 6 in 1, dass das Energiespeicherzellenkoppelmodul 5 selektiv zwischen die Ausgangsanschlüsse 3a und 3b geschaltet wird oder dass das Energiespeicherzellenkoppelmodul 5 in dem jeweiligen Energieversorgungszweig Z1, Z2, Z3 umgangen bzw. überbrückt wird. Beispielsweise kann das Energiespeicherzellenkoppelmodul 5 in Vorwärtsrichtung zwischen die Ausgangsanschlüsse 3a und 3b geschaltet werden, indem das Koppelelement 7d rechts unten und das Koppelelement 7a links oben in einen geschlossenen Zustand versetzt werden, während die beiden übrigen Koppelelemente in einen offenen Zustand versetzt werden. Ein Überbrückungszustand bzw. Umgehungszustand kann beispielsweise dadurch eingestellt werden, indem die beiden Koppelelemente 7a und 7b in geschlossenen Zustand versetzt werden, während die beiden Koppelelemente 7c und 7d in offenem Zustand gehalten 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 6 in 1 in that the energy storage cell coupling module 5 selectively between the output terminals 3a and 3b is switched or that the energy storage cell coupling module 5 is bypassed or bridged in the respective power supply branch Z1, Z2, Z3. For example, the energy storage cell coupling module 5 in the forward direction between the output terminals 3a and 3b be switched by the coupling element 7d bottom right and the coupling element 7a left up in a closed state, while the other two coupling elements are placed in an open state. A bypass state can be adjusted, for example, by the two coupling elements 7a and 7b be placed in the closed state, while the two coupling elements 7c and 7d kept open.

Durch geeignetes Ansteuern der Koppeleinrichtungen 7 können daher einzelne Energiespeicherzellenkoppelmodule 5 der Energiespeichermodule 3 gezielt in die Reihenschaltung eines Energieversorgungszweigs Z1 bis Z3 integriert werden.By suitable activation of the coupling devices 7 can therefore individual energy storage cell coupling modules 5 the energy storage modules 3 are specifically integrated into the series connection of a power supply branch Z1 to Z3.

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.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Energiespeicherzellenkoppelmoduls 5 eines Energiespeichermoduls 3 nach 2 oder 3. Das Energiespeicherzellenkoppelmodul 5 weist einen Koppelmodulstrang Z mit einer Vielzahl von in Serie geschalteten Energiespeicherzellenzweigmodulen 15 auf. Die Energiespeicherzellenzweigmodulen 15 weisen dabei jeweils Zweigmodulanschlüsse 15a, 15b auf, über welde die Energiespeicherzellenzweigmodulen 15 in Serie verbunden sind. Die Anzahl der Energiespeicherzellenzweigmodule 15 pro Energiespeicherzellenkoppelmodul 5 ist in 4 beispielhaft mit drei dargestellt, wobei jedoch jede andere Anzahl von Energiespeicherzellenzweigmodulen 15 pro Energiespeicherzellenkoppelmodul 5 ebenso möglich sein kann. 4 shows a schematic representation of an embodiment of an energy storage cell coupling module 5 an energy storage module 3 to 2 or 3 , The energy storage cell coupling module 5 has a coupling module string Z with a plurality of series-connected energy storage cell branch modules 15 on. The energy storage cell branch modules 15 each have branch module connections 15a . 15b on top of which the energy storage cell branch modules 15 connected in series. The number of energy storage cell branch modules 15 Per Energy storage cells coupling module 5 is in 4 by way of example with three, but with any other number of energy storage cell branch modules 15 per energy storage cell coupling module 5 may be possible as well.

Wie in 5 weiter gezeigt, umfasst jedes der Energiespeicherzellenzweigmodule 15 eine ähnliche Topologie wie das in 3 gezeigte Energiespeichermodul 3, d.h. die Energiespeicherzellenzweigmodule 15 umfassen jeweils einen Energiespeicherzellenzweig 16 und ein parallel zu dem Energiespeicherzellenzweig 16 geschaltetes Umgehungszweigkoppelelement 17a. Der Energiespeicherzellenzweig 16 umfasst dabei eine Serienschaltung aus einem Energiespeicherzellenzweigkoppelelement 17c und mindestens einer Energiespeicherzelle 16a, 16k. Das Energiespeicherzellenzweigkoppelelement 17c und das Umgehungszweigkoppelelement 17a bilden dabei eine Halbbrückenschaltung, über die der Energiespeicherzellenzweig 16 mit den Energiespeicherzellen 16a, 16k selektiv in den Koppelmodulstrang Z geschaltet oder in jenem überbrückt bzw. umgangen werden kann.As in 5 further shown, each of the energy storage cell branch modules comprises 15 a similar topology as the one in 3 shown energy storage module 3 ie the energy storage cell branch modules 15 each comprise an energy storage cell branch 16 and a parallel to the energy storage cell branch 16 switched bypass branch coupling element 17a , The energy storage cell branch 16 in this case comprises a series connection of an energy storage cell branch coupling element 17c and at least one energy storage cell 16a . 16k , The energy storage cell branch coupling element 17c and the bypass branch coupling element 17a form a half-bridge circuit through which the energy storage cell branch 16 with the energy storage cells 16a . 16k can be selectively switched to the coupling module string Z or bridged in that or bypassed.

Das Energiespeicherzellenzweigmodul 15 kann dabei beispielsweise in Reihe geschaltete Batterien 16a, 16k, beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien oder -Akkumulatoren, Doppelschichtkondensatoren oder Elektrolytkondensatoren aufweisen. Dabei beträgt die Anzahl der Energiespeicherzellen 16a, 16k in dem in 5 gezeigten Energiespeicherzellenzweigmodul 15 beispielhaft zwei, wobei jedoch jede andere Zahl von Energiespeicherzellen 16a, 16k ebenso möglich ist.The energy storage cell branch module 15 can, for example, in series batteries 16a . 16k For example, have lithium-ion batteries or accumulators, double-layer capacitors or electrolytic capacitors. The number of energy storage cells is 16a . 16k in the 5 shown energy storage cell branch module 15 two by way of example, but with every other number of energy storage cells 16a . 16k is also possible.

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 transistor) or as MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors), be executed.

Damit ist jedes der Energiespeicherzellenkoppelmodule 5 in sich gewissermaßen als Batteriedirektkonverter (BDC) aufgebaut. Durch das Einstellen verschiedener Koppelzustände der Energiespeicherzellenzweigkoppelelemente 17c und das Umgehungszweigkoppelelemente 17a pro Energiespeicherzellenzweigmodul 15 können verschiedene Ausgangsspannung für jedes der Energiespeicherzellenkoppelmodule 5 realisiert werden, ohne dass auf eine Pulsbreitenmodulationsverfahren (PWM) zurückgegriffen werden muss. Die Zahl der notwendigen Leistungshalbleiterschalter ist reduziert, da jeweils nur zwei Koppelelemente pro Energiespeicherzellenzweigmodul 15 notwendig sind. Dies bedingt automatisch auch eines Reduktion des Durchlasswiderstands jedes Energiespeicherzellenkoppelmoduls 5, da jede Energiespeicherzelle 16a, 16k im Koppelmodulstrang Z separat ein- und auskoppelbar ist.Thus, each of the energy storage cell coupling modules 5 in a sense built as a battery direct converter (BDC). By setting different coupling states of the energy storage cell branch coupling elements 17c and the bypass branch coupling elements 17a per energy storage cell branch module 15 can different output voltage for each of the energy storage cell coupling modules 5 can be realized without having to resort to a pulse width modulation (PWM). The number of power semiconductor switches required is reduced, since in each case only two coupling elements per energy storage cell branch module 15 necessary. This automatically also requires a reduction of the on resistance of each energy storage cell coupling module 5 because every energy storage cell 16a . 16k in the coupling module string Z is separately on and coupled out.

Innerhalb eines Energieversorgungszweigs Z1 bis Z3 ist damit ein gleichzeitiges Laden und Entladen von verschiedenen Energiespeicherzellen 16a, 16k möglich. Dies erhöht beispielsweise die Reichweite einer Traktionsbatterie, in der eine Energiespeichereinrichtung 1 eingesetzt wird, insbesondere bei unterschiedlich gealterten Innenwiderständen der Energiespeicherzellen 16a, 16k. Dazu können Energiespeicherzellenzweigmodule 15, deren Energiespeicherzellen 16a, 16k nahe der unteren Abbruchspannung eine überdurchschnittlich hohe Überspannung unter Last aufweisen, durch die übrigen Energiespeicherzellenzweigmodule 15 gestützt werden.Within a power supply branch Z1 to Z3 is thus a simultaneous charging and discharging of different energy storage cells 16a . 16k possible. This increases, for example, the range of a traction battery in which an energy storage device 1 is used, in particular at different aged internal resistances of the energy storage cells 16a . 16k , These can be energy storage cell branch modules 15 , their energy storage cells 16a . 16k have an above-average overvoltage under load near the lower termination voltage, through the remaining energy storage cell branch modules 15 be supported.

Durch den Einsatz einer derartigen Energiespeichereinrichtung 1 ist es möglich, eine n-phasige Versorgungsspannung, beispielsweise für eine elektrische Maschine 2 bereitzustellen. Dazu können Phasenleitungen 2a, 2b, 2c mit jeweiligen der Ausgangsanschlüsse 1a, 1b, 1c verbunden werden, wobei die Phasenleitungen 2a, 2b, 2c ihrerseits mit Phasenanschlüssen der elektrischen Maschine 2 verbunden werden können. Beispielsweise kann die elektrische Maschine 2 eine dreiphasige elektrische Maschine sein, zum Beispiel eine dreiphasige Asynchronmaschine, eine Synchronmaschine oder eine geschaltete Reluktanzmaschine, die über der Maschine 2 interne Induktivitäten 2d verfügt.Through the use of such energy storage device 1 It is possible, an n-phase supply voltage, for example for an electrical machine 2 provide. These can be phase lines 2a . 2 B . 2c with respective ones of the output terminals 1a . 1b . 1c be connected, the phase lines 2a . 2 B . 2c in turn with phase connections of the electric machine 2 can be connected. For example, the electric machine 2 a three-phase electric machine, for example, a three-phase asynchronous machine, a synchronous machine or a switched reluctance machine, which are above the machine 2 internal inductances 2d features.

Die Energiespeichereinrichtung 1 kann beispielsweise mit einer regenerativen Energiequelle, z.B. einem Photovoltaikmodul, und/oder einem lokalen oder zentralen Stromnetz, z.B. Hausanschluss des Energieversorgers, gekoppelt sein. Weiterhin kann die Energiespeichereinrichtung 1 mit dem elektrischen Generator eines gekoppelten Wärme-Kraft-Systems und/oder einem lokalen oder zentralen Stromnetz, z.B. Hausanschluss des Energieversorgers, verbunden werden. Selbstverständlich kann es auch möglich sein, die Energiespeichereinrichtung 1 mit beliebigen Kombinationen der Systeme der elektrischen Energieversorgung zu verbinden.The energy storage device 1 For example, it can be coupled with a regenerative energy source, eg a photovoltaic module, and / or a local or central power grid, eg house connection of the energy supplier. Furthermore, the energy storage device 1 be connected to the electric generator of a coupled heat-power system and / or a local or central power grid, such as house connection of the utility. Of course, it may also be possible, the energy storage device 1 To connect with any combination of systems of electrical power supply.

6 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsvariante einer Energiespeichereinrichtung beim Anschluss an eine dreiphasige elektrische Maschine. Beispielsweise kann die Energiespeichereinrichtung in 6 gemäß den technischen Vorgaben in Bezug auf die 1 bis 5 realisiert werden. 6 shows a schematic representation of an embodiment of an energy storage device when connecting to a three-phase electric machine. For example, the energy storage device in 6 according to the technical specifications regarding the 1 to 5 will be realized.

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Claims (10)

Energiespeichereinrichtung (1), welche zum Bereitstellen und/oder Aufnehmen elektrischer Energie in Form eines n-phasigen Stroms und einer n-phasigen Spannung ausgelegt ist, wobei n ≥ 1, mit: n Energieversorgungszweigen (Z1; Z2; Z3), wobei jeder der Energieversorgungszweige (Z1; Z2; Z3) eine Vielzahl von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen (3) aufweist, welche jeweils umfassen: ein Energiespeicherzellenkoppelmodul (5) mit Koppelmodulanschlüssen (5a, 5b), und eine Koppeleinrichtung (7) mit Koppelelementen (7a; ...; 7d), welche dazu ausgelegt sind, das Energiespeicherzellenmodul (5) über die Koppelmodulanschlüsse (5a, 5b) selektiv in den jeweiligen Energieversorgungszweig (Z1; Z2; Z3) zu schalten oder in dem jeweiligen Energieversorgungszweig (Z1; Z2; Z3) zu umgehen, wobei jedes der Energiespeicherzellenkoppelmodule (5) aufweist: einen Koppelmodulstrang (Z) mit einer Vielzahl von in Serie geschalteten Energiespeicherzellenzweigmodulen (15), welche einen Energiespeicherzellenzweig (16) mit einer Serienschaltung aus einem Energiespeicherzellenzweigkoppelelement (17c) und mindestens einer Energiespeicherzelle (16a, 16k) und ein parallel zu dem Energiespeicherzellenzweig (16) geschaltetes Umgehungszweigkoppelelement (17a) aufweist.Energy storage device ( 1 ) designed to provide and / or receive electrical energy in the form of an n-phase current and an n-phase voltage, where n ≥ 1, with: n power supply branches (Z1; Z2; Z3), each of the power supply branches (Z1 Z2, Z3) a plurality of series-connected energy storage modules ( 3 ), each comprising: an energy storage cell coupling module ( 5 ) with coupling module connections ( 5a . 5b ), and a coupling device ( 7 ) with coupling elements ( 7a ; ...; 7d ), which are adapted to the energy storage cell module ( 5 ) via the coupling module connections ( 5a . 5b ) in the respective energy supply branch (Z1; Z2; Z3) or in the respective energy supply branch (Z1; Z2; Z3), each of the energy storage cell coupling modules ( 5 ) comprises: a coupling module string (Z) having a multiplicity of energy storage cell branch modules ( 15 ) containing an energy storage cell branch ( 16 ) with a series connection of an energy storage cell branch coupling element ( 17c ) and at least one energy storage cell ( 16a . 16k ) and one parallel to the energy storage cell branch ( 16 ) bypass branching element ( 17a ) having. Energiespeichereinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Energiespeichereinrichtung (1) drei Phasen aufweist, die über Ausgangsanschlüsse (1a; 1b; 1c) mit einer elektrischen Maschine (2) in Stern- oder Dreieckschaltung verbindbar sind.Energy storage device ( 1 ) according to claim 1, wherein the energy storage device ( 1 ) has three phases connected via output terminals ( 1a ; 1b ; 1c ) with an electric machine ( 2 ) can be connected in star or delta connection. Energiespeichereinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Koppeleinrichtungen (7) Koppelelemente (7a; 7b; 7c; 7d) in Vollbrückenschaltung umfassen.Energy storage device ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the coupling devices ( 7 ) Coupling elements ( 7a ; 7b ; 7c ; 7d ) in full bridge connection. Energiespeichereinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Koppeleinrichtungen (7) Koppelelemente (7a; 7c) in Halbbrückenschaltung umfassen.Energy storage device ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the coupling devices ( 7 ) Coupling elements ( 7a ; 7c ) in half-bridge circuit. Energiespeichereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Energiespeicherzellen (16a, 16k) Lithium-Ionen-Akkumulatoren, Doppelschichtkondensatoren oder Elektrolytkondensatoren umfassen. Energy storage device ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the energy storage cells ( 16a . 16k ) Lithium-ion batteries, double-layer capacitors or electrolytic capacitors include. Energiespeichereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Koppelelemente (7a; ...; 7d), die Energiespeicherzellenzweigkoppelelemente (17c) und/oder die Umgehungszweigkoppelelemente (17a) Leistungshalbleiterschalter umfassen.Energy storage device ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, wherein the coupling elements ( 7a ; ...; 7d ), the energy storage cell branch coupling elements ( 17c ) and / or the bypass branching elements ( 17a ) Comprise power semiconductor switches. Energiespeichereinrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei die Leistungshalbleiterschalter Bipolartransistoren mit isoliertem Gate, IGBT, Sperrschicht-Feldeffekttransistoren, JFET, oder Metalloxid-Halbleiterfeldeffekttransistoren, MOSFET, umfassen.Energy storage device ( 1 ) according to claim 6, wherein the power semiconductor switches comprise insulated gate bipolar transistors, IGBTs, junction field effect transistors, JFETs, or metal oxide semiconductor field effect transistors, MOSFETs. Energiespeichereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Energiespeichereinrichtung (1) mit einer regenerativen Energiequelle, z.B. einem Photovoltaikmodul, und/oder einem lokalen oder zentralen Stromnetz, z.B. Hausanschluss des Energieversorgers, gekoppelt ist.Energy storage device ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, wherein the energy storage device ( 1 ) is coupled to a regenerative energy source, such as a photovoltaic module, and / or a local or central power grid, eg house connection of the energy supplier. System (100), mit: einer n-phasigen elektrischen Maschine (2), wobei n ≥ 1; einer Energiespeichereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und n Phasenleitungen (2a, 2b, 2c), welche jeweils einen der Ausgangsanschlüsse (1a, 1b, 1c) der Energiespeichereinrichtung (1) mit jeweils einem von n Phasenanschlüssen der n-phasigen elektrischen Maschine (2) koppeln.System ( 100 ), comprising: an n-phase electric machine ( 2 ), where n ≥ 1; an energy storage device ( 1 ) according to any one of claims 1 to 7; and n phase lines ( 2a . 2 B . 2c ), each one of the output terminals ( 1a . 1b . 1c ) of the energy storage device ( 1 ) each having one of n phase terminals of the n-phase electrical machine ( 2 ) couple. System (100) nach Anspruch 9, wobei die n-phasige elektrische Maschine (2) eine Synchronmaschine, eine Asynchronmaschine oder eine geschaltete Reluktanzmaschine umfasst.System ( 100 ) according to claim 9, wherein the n-phase electric machine ( 2 ) comprises a synchronous machine, an asynchronous machine or a switched reluctance machine.
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