DE102015004517A1 - Electric energy storage system - Google Patents

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Abstract

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Vorrichtung für elektrische Stromversorgungen und elektrische Speichersysteme. Während konventionelle Speichersysteme, beispielsweise Batterien sehr limitierte elektrische Eigenschaften liefern, beispielsweise Gleichspannung mit einer vom Batteriedesign und dem Ladungszustand vorgegebenen Spannung, kann die Erfindung innerhalb bestimmter Grenzen, beispielsweise einer Maximalspannung und einem Maximalstrom, nahezu beliebige Strom- und Spannungsverläufe bereitstellen, ohne eine separate leistungselektronische Umrichterschaltung zu benötigen. Gleichzeitig kann die Erfindung nicht nur Energie in nahezu beliebiger Form abgeben sondern auch aufnehmen und seine integrierten elektrischen Energiespeicher, beispielsweise Kondensatoren, Batterien, Akkumulatoren und dergleichen unter Einhaltung vorgegebener Ladeeigenschaften, beispielsweise bestimmten zeitlichen Strom-, Spannungsverläufen, oder Leistungsverläufen (beispielsweise konstant, ansteigend mit einem bestimmten Verlauf oder abfallend mit einem bestimmten Verlauf) aufladen.The present invention is a device for electrical power supplies and electrical storage systems. While conventional storage systems, such as batteries, provide very limited electrical characteristics, such as DC with a voltage dictated by battery design and state of charge, within certain limits, such as maximum voltage and current, the invention can provide virtually any current and voltage waveforms without a separate power electronics To require converter circuit. At the same time, the invention can not only deliver energy in almost any form but also record and its integrated electrical energy storage, such as capacitors, batteries, accumulators and the like while maintaining predetermined charging characteristics, such as certain temporal current, voltage characteristics, or performance curves (for example, constant, increasing with a certain course or falling with a certain course).

Description

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Vorrichtung für elektrische Stromversorgungen und elektrische Energiespeichersysteme. Während konventionelle Energiespeichersysteme, beispielsweise Batterien, sehr limitierte elektrische Eigenschaften liefern, beispielsweise Gleichspannung mit einer vom Batteriedesign und dem Ladungszustand vorgegebenen Spannung, kann die Erfindung innerhalb bestimmter Grenzen, beispielsweise einer Maximalspannung und einem Maximalstrom, nahezu beliebige Strom- und Spannungsverläufe, beispielsweise in Sinusform, bereitstellen, ohne eine separate leistungselektronische Umrichterschaltung zu benötigen. Gleichzeitig kann die Erfindung nicht nur Energie in nahezu beliebiger Form abgeben sondern auch aufnehmen und seine integrierten elektrischen Energiespeicher, beispielsweise Kondensatoren, Batterien, Akkumulatoren und dergleichen unter Einhaltung vorgegebener Ladeeigenschaften, beispielsweise bestimmten zeitlichen Stromverläufen, Spannungsverläufen, oder Leistungsverläufen (beispielsweise konstant, ansteigend mit einem bestimmten Verlauf oder abfallend mit einem bestimmten Verlauf) aufladen.The present invention is a device for electrical power supplies and electrical energy storage systems. While conventional energy storage systems, for example batteries, provide very limited electrical properties, for example DC voltage with a voltage determined by the battery design and the charge state, the invention can within certain limits, for example a maximum voltage and a maximum current, almost any current and voltage waveforms, for example in sinusoidal form, without requiring a separate power electronic converter circuit. At the same time, the invention can not only deliver energy in almost any form but also record and its integrated electrical energy storage, such as capacitors, batteries, accumulators and the like while maintaining predetermined charging characteristics, such as certain temporal current curves, voltage curves, or power curves (for example, constantly increasing with a certain course or falling with a certain course).

Bestehende Systeme aus dem Stand der Technik, beispielsweise der modulare Multilevelconverter M2C ( US 7,269,037 ; DE 101 03 031 ), der modulare Multilevelconverter M2SPC ( WO 2012 072197 ; DE 10 2010 052 934 ; WO 2012 072168 ; WO 2012 072197 ; EP 2011 0179321 ; DE 2010 10 52934 ; WO 2013 017186 ; DE 10 2011 108 920 ) sowie diverse Modifikationen (beispielsweise US 13/990,463 ; US 14/235,812 ; DE 10 2010 008 978 ; DE 10 2009 057 288 ; US 3,581,212 ) können zwar ähnlich der vorliegenden Erfindung einzelne elektrische Energiespeicher dynamisch miteinander kombinieren, um eine Energieabgabe oder Energieaufnahme mit nahezu beliebigen Strom- und Spannungseigenschaften an den Anschlüssen des Systems zu ermöglichen. Allerdings muss bei diesen bekannten Lösungen jeder elektrische Energiespeicher in ein eigenes Modul implementiert werden. Die elektrischen Schalter der untereinander elektrisch verbundenen Module erlauben durch geeignete Aktivierung, die elektrische Verschaltung der in die jeweiligen Module integrierte elektrischen Energiespeicher dynamisch zu verändern, beispielsweise zwischen elektrisch serieller Verschaltung der elektrischen Energiespeicher unterschiedlicher Module, elektrisch paralleler Verschaltung der elektrischen Energiespeicher unterschiedlicher Module oder einer Umgehung (einem sogenannten Bypass) der elektrischen Energiespeicher mindestens eines Moduls, wodurch der Strom durch geeignete Aktivierung der elektrischen Schalter um den elektrischen Energiespeicher herumgeleitet wird, dass dieser nicht in den Stromkreis eingebunden ist und somit zumindest zeitweise weder geladen noch entladen wird. Ein korrekter Betrieb kann jedoch jedes Modul nur einen elektrischen Energiespeicher enthalten. Eine Kombination mehrerer elektrischer Energiespeicher in einem Modul kann keine Ungleichheiten in den einzelnen elektrischen Energiespeichern korrigieren, die beispielsweise durch Alterungsprozesse oder durch Fertigungstoleranzen entstehen. Ferner können auch nicht unterschiedliche elektrische Energiespeicher, beispielsweise eine Batterie und ein Kondensator, in ein Modul integriert werden. Die Notwendigkeit für jeden einzelnen elektrischen Energiespeicher ein eigenes Modul vorzusehen verursacht hohe Kosten aufgrund der notwendigen zusätzlichen elektronischen Bauelementen, wie beispielsweise Transistoren und galvanisch trennenden beispielsweise optischen Übertragern, und benötigt eine komplizierte Ansteuerung aufgrund der hohen Zahl von zu steuerbaren elektrischen Schaltern. Ferner muss eine hohe Anzahl von Messdetektoren, beispielsweise für die Modulspannung und/oder den Modulstrom, in das System integriert werden.Existing systems of the prior art, for example the modular multilevel converter M2C ( US 7,269,037 ; DE 101 03 031 ), the modular multilevel converter M2SPC ( WO 2012 072197 ; DE 10 2010 052 934 ; WO 2012 072168 ; WO 2012 072197 ; EP 2011 0179321 ; DE 2010 10 52934 ; WO 2013 017186 ; DE 10 2011 108 920 ) as well as various modifications (for example US 13 / 990,463 ; US 14 / 235,812 ; DE 10 2010 008 978 ; DE 10 2009 057 288 ; US 3,581,212 Although similar to the present invention, individual electrical energy accumulators can be dynamically combined with one another in order to enable an energy release or energy absorption with virtually any desired current and voltage characteristics at the terminals of the system. However, in these known solutions, each electrical energy store must be implemented in a separate module. The electrical switches of the electrically interconnected modules allow by suitable activation to dynamically change the electrical circuitry of the electrical energy storage integrated in the respective modules, for example, between electrically serial interconnection of the electrical energy storage different modules, electrically parallel interconnection of electrical energy storage different modules or bypassing (a so-called bypass) of the electrical energy storage at least one module, whereby the current is passed around by appropriate activation of the electrical switch to the electrical energy storage that this is not involved in the circuit and thus at least temporarily neither charged nor discharged. Proper operation, however, each module can contain only one electrical energy storage. A combination of multiple electrical energy storage in a module can not correct any inequalities in the individual electrical energy storage, resulting for example by aging processes or manufacturing tolerances. Further, not different electrical energy storage, such as a battery and a capacitor can be integrated into a module. The need for each individual electrical energy storage to provide a separate module causes high costs due to the necessary additional electronic components, such as transistors and galvanically isolating example, optical transformers, and requires a complicated control due to the large number of controllable electrical switches. Furthermore, a high number of measurement detectors, for example for the module voltage and / or the module current, must be integrated into the system.

Die vorliegende Erfindung behebt diesen Mangel durch eine geeignete Schaltung, die als Microtopologie für M2C-, M2SPC- und ähnliche Schaltungen verwendet werden kann.The present invention overcomes this deficiency by a suitable circuit that can be used as a microtopology for M2C, M2SPC and similar circuits.

Figurencharacters

1 zeigt eine Makrotopologie des M2SPC aus dem Stand der Technik. Die Makrotopologie des M2SPC beschreibt die Verschaltung einzelner Module, die wiederum durch die Microtopologie definiert werden. 1 shows a macro topology of the M2SPC of the prior art. The macro topology of the M2SPC describes the interconnection of individual modules, which in turn are defined by the microtopology.

2 zeigt drei beispielhafte Microtopologien, folglich Modultopologien der M2C-Technologie aus dem Stand der Technik. Elektrische Energiespeicher oder Modulspeicher (202, 204, 206) sind in ein von elektronischen Schaltern mit zwei Modulterminals (207, 208), (209, 210) und (211, 212) so verschaltet, dass der Modulspeicher (202, 204, 206) in mehreren Zuständen in unterschiedlicher Weise mit den zwei Modulterminals (207, 208), (209, 210) und (211, 212) elektrisch leitend verbunden werden kann. Alle drei dargestellten Module verfügen mindestens über einen Bypass-Zustand und einen Seriell-Zustand. Im Bypass-Zustand wird der Strom über die elektrischen Schalter von einem Modulterminal (207, 209, 211) zum zweiten (208, 210, 212) so am elektrischen Modulspeicher (202, 204, 206) vorbeigeleitet, dass nur maximal einer der beiden Anschlüsse des elektrischen Modulspeichers mit irgendeinem der Modulterminals elektrisch leitend verbunden ist, während der andere Anschluss des elektrischen Modulspeichers (202, 204, 206) durch die elektrischen Schalter von den Modulterminals getrennt ist, sodass der elektrische Modulspeicher nicht an einem Stromkreis mit den Modulterminals teilnimmt und weder entladen noch aufgeladen wird. Im Seriell-Zustand wird der eine der beiden Anschlüsse des elektrischen Modulspeichers (202, 204, 206) durch die elektrischen Schalter mit einem der beiden Modulterminals (207, 208), (209, 210) und (211, 212) elektrisch leitend verbunden; ferner wird der andere der beiden Anschlüsse des elektrischen Modulspeichers (202, 204, 206) mit dem anderen der beiden Modulterminals (207, 208), (209, 210) und (211, 212) elektrisch leitend verbunden. Dadurch ist der elektrische Modulspeicher im Seriell-Zustand elektrisch leitend zwischen die beiden Modulterminals geschaltet und wird durch den fließenden Strom entweder geladen oder entladen. Die Spannung zwischen den beiden Modulterminals entspricht dabei der Spannung des elektrischen Modulspeichers. Neben dem elektrischen Modulspeicher können die Module weitere elektrische Elemente enthalten, wie hier durch schwarze Kästen (201, 202, 203) angedeutet ist. 2 Figure 3 shows three exemplary microtopologies, hence module topologies of M2C technology of the prior art. Electrical energy storage or module memory ( 202 . 204 . 206 ) are in one of electronic switches with two module terminals ( 207 . 208 ) 209 . 210 ) and ( 211 . 212 ) so that the module memory ( 202 . 204 . 206 ) in different states in different ways with the two module terminals ( 207 . 208 ) 209 . 210 ) and ( 211 . 212 ) can be electrically connected. All three modules shown have at least one bypass state and one serial state. In the bypass state, the power is supplied via the electrical switch from a module terminal ( 207 . 209 . 211 ) second ( 208 . 210 . 212 ) so on the electrical module memory ( 202 . 204 . 206 ) that only a maximum of one of the two terminals of the electrical module memory is electrically connected to any of the module terminals, while the other terminal of the electrical module memory ( 202 . 204 . 206 ) is separated by the electrical switch from the module terminals, so that the electrical module memory does not participate in a circuit with the module terminals and neither unloaded is still charged. In the serial state, one of the two connections of the electrical module memory ( 202 . 204 . 206 ) through the electrical switches with one of the two module terminals ( 207 . 208 ) 209 . 210 ) and ( 211 . 212 ) electrically conductively connected; Furthermore, the other of the two terminals of the electrical module memory ( 202 . 204 . 206 ) with the other of the two module terminals ( 207 . 208 ) 209 . 210 ) and ( 211 . 212 ) electrically conductively connected. As a result, the electrical module memory in the serial state is electrically connected between the two module terminals and is either charged or discharged by the flowing current. The voltage between the two module terminals corresponds to the voltage of the electrical module memory. In addition to the electrical module memory, the modules may contain other electrical elements, such as here by black boxes ( 201 . 202 . 203 ) is indicated.

3 zeigt drei beispielhafte Microtopologien der M2SPC-Technologie. Diese Module weisen neben den bereits genannten Zuständen ferner mindestens einen Parallelzustand auf, der ermöglicht, die elektrischen Modulspeicher zweier unterschiedlicher Module mit geeigneter Aktivierung der elektrischen Schalter der Module miteinander elektrisch parallel zu schalten. 3 shows three exemplary microtopologies of M2SPC technology. In addition to the states already mentioned, these modules furthermore have at least one parallel state, which makes it possible to electrically connect the electrical module memory of two different modules to one another with suitable activation of the electrical switches of the modules.

4 zeigt eine beispielhafte Verschaltung von M2SPC-Modulen zu einem Converter-Arm. 4 shows an exemplary interconnection of M2SPC modules to a converter arm.

5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Beispielhaft wurde eines der M2SPC-Module aus 3 als Ausgangsbasis gewählt. Der elektrische Energiespeicher (302) wird hier durch eine elektrische Speichereinheit (1817) ersetzt, die aus mindestens zwei Einzelspeichern (1806, 1807, 1808) und zugehörigen Korrekturelementen (1809, 1810, 1811) besteht. Die elektrische Speichereinheit (1817) kann in andere Modultopologien wie beispielsweise jene aus US 7,269,037 ; DE 101 03 031 ; WO 2012 072197 ; DE 10 2010 052 934 ; WO 2012 072168 ; WO 2012 072197 ; EP 2011 0179321 ; DE 2010 1052934 ; WO 2013 017186 ; DE 10 2011 108 920 ; US 13/990,463 ; US 14/235,812 ; DE 10 2010 008 978 ; DE 10 2009 057 288 ; US 3,581,212 integriert werden. 5 shows an embodiment of the invention. One of the M2SPC modules became an example 3 chosen as starting point. The electrical energy store ( 302 ) is here by an electrical storage unit ( 1817 ), which consists of at least two individual memories ( 1806 . 1807 . 1808 ) and associated correction elements ( 1809 . 1810 . 1811 ) consists. The electric storage unit ( 1817 ) can turn into other module topologies such as those US 7,269,037 ; DE 101 03 031 ; WO 2012 072197 ; DE 10 2010 052 934 ; WO 2012 072168 ; WO 2012 072197 ; EP 2011 0179321 ; DE 2010 1052934 ; WO 2013 017186 ; DE 10 2011 108 920 ; US 13 / 990,463 ; US 14 / 235,812 ; DE 10 2010 008 978 ; DE 10 2009 057 288 ; US 3,581,212 to get integrated.

6 zeigt Implementierungen der Korrekturelemente (1809, 1810, 1811, 1901). Eine Korrektureinheit enthält mindestens zwei elektrische Anschlüsse (1902, 1903) und erlaubt kontrollierten Stromfluss bei erfüllen bestimmter Bedingungen. 6 shows implementations of the correction elements ( 1809 . 1810 . 1811 . 1901 ). A correction unit contains at least two electrical connections ( 1902 . 1903 ) and allows controlled flow of current under certain conditions.

7 zeigt weitere Implementierungen für Korrekturelemente (1809, 1810, 1811, 1901, 2001, 2005, 2010, 2016, 2022). 7 shows further implementations for correction elements ( 1809 . 1810 . 1811 . 1901 . 2001 . 2005 . 2010 . 2016 . 2022 ).

8 zeigt eine besondere Ausführungsform der Erfindung mit mindestens einer Korrektureinheit (2116), die mindestens zwei Korrekturelemente umfasst. 8th shows a particular embodiment of the invention with at least one correction unit ( 2116 ) comprising at least two correction elements.

9 zeigt eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung mit mindestens einer Korrektureinheit (2216), die mindestens zwei Korrekturelemente und mindestens zwei Spannungssensoren umfasst, wobei mindestens zwei der Korrekturelemente mit jeweils unterschiedlichen elektrischen Energiespeichern elektrisch parallel verbunden sind. 9 shows a further particular embodiment of the invention with at least one correction unit ( 2216 ), which comprises at least two correction elements and at least two voltage sensors, wherein at least two of the correction elements are electrically connected in parallel with respective different electrical energy stores.

10 stellt ein Modul einer besonderen Ausführungsform der Erfindung mit einer alternativen Korrektureinheit (2336) dar. 10 illustrates a module of a particular embodiment of the invention with an alternative correction unit ( 2336 ).

11 zeigt ein Modul einer besonderen Ausführungsform der Erfindung mit alternativen Korrektureinheiten (2431–2442), die maximale Flexibilität bietet. 11 shows a module of a particular embodiment of the invention with alternative correction units ( 2431 - 2442 ), which offers maximum flexibility.

12 zeigt ein Modul einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung. 12 shows a module of another particular embodiment of the invention.

13 zeigt ein Modul einer besonderen Ausführungsform der Erfindung mit verringerter Anzahl an alternativen Korrektureinheiten (2631, 2636, 2639). 13 shows a module of a particular embodiment of the invention with a reduced number of alternative correction units ( 2631 . 2636 . 2639 ).

14 zeigt ein Modul einer besonderen Ausführungsform der Erfindung mit bidirektionellen elektrischen Schaltern. 14 shows a module of a particular embodiment of the invention with bidirectional electrical switches.

Ausführliche Beschreibung und AusführungsformenDetailed description and embodiments

Die vorliegende Erfindung besteht aus einer Zusammenschaltung von Modulen, deren elektrische Schaltung durch die sogenannte Microtopologie beschrieben wird. Diese Diese Module werden in der Makrotopologie zu größeren Einheiten zusammengeschaltet. Beispiele für Macrotopologien sind die sogenannte Marquardt-Topologie (siehe z. B. US 7,269,037 und S. Goetz, A. Peterchev, T. Weyh (2015). Modular Multilevel Converter With Series and Parallel Module Connectivity: Topology and Control. IEEE Transactions on Power Electronics, 30(1): 203–215. ), die für die M2SPC-Schaltung in 1 dargestellt ist, oder ein einfacher sogenannter Converter-Arm, der aus der Zusammenschaltung von mindestens zwei Modulen entsteht. Module werden dabei in der Regel so in Serie geschaltet, dass ein Teil der Modulanschlüsse eines Moduls mit einem Teil der Modulanschlüsse eines weiteren Moduls elektrisch leitend verbunden werden (siehe beispielsweise 4). Ohne Einschränkung des Konzepts stellt 4 eine Makrotopologie dar, bei der Module über deren Modulanschlüsse zu einer Kette verbunden sind; folglich ist jedes Modul außer den beiden randständigen mit exakt zwei anderen Modulen verbunden. Während diese in der Lage ist beliebige Spannungsformen zwischen den Enden der Kette zu erzeugen, können auch beliebige andere Makrotopologien durch geeignete elektrische Verbindung von Modulanschlüssen erzeugt werden. Vorteilhaft ist eine Makrotopologie, bei der alle möglichen Paare von zwei Modulen entweder unmittelbar elektrisch miteinander verbunden sind oder jeweils mit demselben Aggregat von Modulen und somit mittelbar elektrisch verbunden sind. In einer Makrotpologie können auch unterschiedliche Modultypen, also Module unterschiedlicher Microtopologien, kombiniert werden. Jedoch sollten die kombinierten Module mindestens zwei gemeinsame Zustände aufweisen. Der Zustand der Module determiniert wie die zugehörigen elektrischen Energiespeicher oder elektrische Energiespeichereinheiten unterschiedlicher Module durch geeignete Aktivierung der zugehörigen elektrischen Schalter der Module miteinander elektrisch verbunden sind. Die elektrische Verschaltung von mehreren elektrischen Energiespeichern oder elektrischen Energiespeichereinheiten mithilfe geeigneter Aktivierung der elektrischen Schalter in den zugehörigen Modulen elektrische in Serie, elektrisch parallel, elektrisch bypass oder dergleichen, wird als Konnektivität bezeichnet. Durch die Verwendung schneller elektrischer Schalter kann die Konnektivität dynamisch sehr schnell verändert werden. Vorzugsweise kann eine dynamische Änderung der Konnektivität schneller als eine Millisekunde erfolgen, besonders vorteilhaft ist die Erfindung, wenn eine dynamische Änderung der Konnektivität in weniger als 5 μs erfolgt.The present invention consists of an interconnection of modules whose electrical circuit is described by the so-called microtopology. These modules are interconnected into larger units in macro topology. Examples of macrotopologies are the so-called Marquardt topology (see eg US 7,269,037 and S. Goetz, A. Peterchev, T. Weyh (2015). Modular Multilevel Converter With Series and Parallel Modules Connectivity: Topology and Control. IEEE Transactions on Power Electronics, 30 (1): 203-215. ), which for the M2SPC circuit in 1 is shown, or a simple so-called converter arm, which arises from the interconnection of at least two modules. As a rule, modules are connected in series such that part of the module connections of one module are electrically conductively connected to one part of the module connections of another module (see, for example, US Pat 4 ). Without limiting the concept 4 a macro topology in which modules are connected via their module connections to a chain; consequently, every module except for the two marginal ones has exactly two other modules connected. While capable of generating any voltage forms between the ends of the chain, any other macro topologies can be generated by suitable electrical connection of module terminals. Advantageous is a macro topology in which all possible pairs of two modules are either directly electrically connected to each other or are each electrically connected to the same aggregate of modules and thus indirectly. In a macrotpology, different types of modules, ie modules of different microtopologies, can be combined. However, the combined modules should have at least two common states. The state of the modules determines how the associated electrical energy storage devices or electrical energy storage units of different modules are electrically connected to one another by suitable activation of the associated electrical switches of the modules. The electrical connection of several electrical energy storage units or electrical energy storage units by means of suitable activation of the electrical switches in the associated modules electrical in series, electrically parallel, electrical bypass or the like, is referred to as connectivity. By using fast electrical switches, the connectivity can be dynamically changed very quickly. Preferably, a dynamic change in connectivity can be made faster than a millisecond, and the invention is particularly advantageous when there is a dynamic change in connectivity in less than 5 μs.

Im Folgenden umfasse der Begriff elektrischer Energiespeicher auch elektrische Energiespeichereinheiten.In the following, the term electrical energy storage also includes electrical energy storage units.

Durch die Änderung der Konnektivität mehrerer miteinander elektrisch verschalteter Module, beispielsweise in einer Marquardt-Topologie (siehe 1) oder auch eines einfachen Stranges (oft als Converter-Arm bezeichnet, bei dem Anschlüsse für eine externe elektrische Systeme wie Lasten, Quellen oder elektrische Netze zumeist an den beiden Enden des Stranges vorliegen) kann die Spannung an den Anschlüssen (in 1 (125, 126, 129, 130, 131, 132)) dynamisch beliebig eingestellt werden. Die Einstellung der Spannung kann in Stufen erfolgen, die den Modulspannungen, also der von den elektrischen Energiespeichern der Module bereitgestellten Spannung, entsprechen; ferner können durch schnelles Wechseln zwischen mehreren derartigen Stufen auch feine Zwischenniveaus in der Spannung an den Anschlüssen erzeugt werden. Wie bereits dargelegt wurde, kann das System Ladung zwischen den elektrischen Energiespeichereinheiten unterschiedlicher Module austauschen, um beispielsweise einen Ladungsausgleich, Energieumrichtung oder Energieumformung, und eine bestimmte Lastverteilung innerhalb aller elektrischen Energiespeichereinheiten und/oder elektrischen Energiespeicher zu ermöglichen. Die Erfindung bietet ferner die Möglichkeit zur dynamischen Rekonfigurierung der elektrischen Energiespeichereinheiten und/oder elektrischen Energiespeicher in eine Mischung aus Serien- und, abhängig von der verwendeten Microtopologie, in eine Parallelverschaltung. Wegen der relativ hohen Innenwiderstände vieler elektrischer Energiespeicher und deren begrenzte Dynamik ist der Parallelzustand eine besonders vorteilhafte Eigenschaft zur Verteilung einer elektrischen Last auf mehrere Module oder elektrische Energiespeicher und zum Ausgleich des Ladungszustandes mehrerer einzelner Zellen, um die Gesamteffizienz des Systems zu erhöhen.By changing the connectivity of several electrically interconnected modules, for example, in a Marquardt topology (see 1 ) or even a simple strand (often referred to as a converter arm, in which connections for an external electrical systems such as loads, sources or electrical networks are usually present at the two ends of the strand), the voltage at the terminals (in 1 ( 125 . 126 . 129 . 130 . 131 . 132 )) can be set dynamically as desired. The adjustment of the voltage can be carried out in stages which correspond to the module voltages, that is to say the voltage provided by the electrical energy stores of the modules; furthermore, by rapidly switching between a plurality of such stages, fine intermediate levels in the voltage at the terminals can also be generated. As has already been stated, the system can exchange charge between the electrical energy storage units of different modules, for example to enable charge equalization, energy conversion or energy conversion, and a specific load distribution within all electrical energy storage units and / or electrical energy storage. The invention further provides the possibility for dynamic reconfiguration of the electrical energy storage units and / or electrical energy storage in a mixture of series and, depending on the microtopology used, in a parallel connection. Because of the relatively high internal resistances of many electrical energy storage devices and their limited dynamics, the parallel state is a particularly advantageous property for distributing an electrical load to a plurality of modules or electrical energy storage and for balancing the charge state of a plurality of individual cells in order to increase the overall efficiency of the system.

Ein paralleler Zustand, folglich eine mögliche parallele Konnektivität zwischen elektrischen Energiespeichern und/oder elektrischen Energiespeichereinheiten, kann weiter zwei Vorteile haben. Er erhöht die Strombelastbarkeit des Systems durch Verringerung des effektiven Innenwiderstandes. Zusätzlich bietet der parallele Zustand eine Methode zum Ausgleich der Ladung einzelner Module ohne die Notwendigkeit, elektrische Parameter, wie beispielsweise die Modulspannung, zu messen und zu überwachen. Da die Erfindung keine genaue Information über den Ladungszufluss und Ladungsabfluss in den Modulen benötigt, kann es einen ausgeglichenen Zustand des Systems sogar ohne geschlossene Regelschleife in einer open-loop-Steuerung bieten und beispielsweise die Ladungsüberwachung im gesamten System vereinfachen.A parallel state, hence possible parallel connectivity between electrical energy stores and / or electrical energy storage units, can further have two advantages. It increases the current carrying capacity of the system by reducing the effective internal resistance. In addition, the parallel state provides a way to balance the charge of individual modules without the need to measure and monitor electrical parameters such as the module voltage. Since the invention does not require accurate information about charge flow and charge drainage in the modules, it can provide a balanced state of the system even without a closed-loop control in open-loop control and, for example, simplify charge monitoring throughout the system.

Unter besonderen Bedingungen ist es vorteilhaft mehr als einen elektrischen Energiespeicher in ein einzelnes Modul zu integrieren. Vorteilhafter Weise können diese mehreren elektrischen Energiespeicher elektrisch in Serie geschaltet werden, um eine gemeinsame höhere Spannung als ein einzelner elektrischer Energiespeicher zu erzeugen. Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die einzelnen dabei in einem Modul kombinierten elektrischen Energiespeicher nicht gleichen Typs sind oder in ihrem Betriebsverhalten oder ihren Eigenschaften (Spannung, Kapazität, verträgliche Maximalspannung, Temperatur) zumindest geringfügig voneinander abweichen. Diese geringfügige Abweichung ist bereits durch mindestens 5% Abweichung der einzelnen in einem Modul kombinierten elektrischen Energiespeicher in einem der genannten Parameter voneinander gegeben. Vorteilhafterweise ist eine geringfügige Abweichung bei 10% Abweichung der einzelnen in einem Modul kombinierten elektrischen Energiespeicher in einem der genannten Parameter gegeben. Ein Gegenüber Lösungen aus dem Stand der Technik spart die vorliegende Erfindung Bauelemente sowie Module, vereinfacht die Steuerung und verringert die Verluste, die bei einer hohen Zahl von einzelnen Modulen in der Ansteuerung der Module und der galvanisch getrennten Übertragung von Signalen von und zu den Modulen entstehen.Under special conditions, it is advantageous to integrate more than one electrical energy storage in a single module. Advantageously, these multiple electrical energy storage can be electrically connected in series to produce a common higher voltage than a single electrical energy storage. Furthermore, it may be advantageous if the individual electrical energy accumulators combined in a module are not of the same type or differ at least slightly in their operating behavior or their properties (voltage, capacitance, tolerable maximum voltage, temperature). This slight deviation is already given by at least 5% deviation of the individual combined in a module electrical energy storage in one of these parameters from each other. Advantageously, a slight deviation is given at 10% deviation of the individual combined in a module electrical energy storage in one of said parameters. A solution over prior art solutions, the present invention saves components and modules, simplifies the control and reduces the losses associated with a large number of individual modules in the control of the modules and the galvanically isolated transmission of signals from and to the modules arise.

In 5 ist ein beispielhaftes Modul gemäß der Erfindung dargestellt. Es enthält mehrere elektrische Energiespeicher (1806, 1807, 1808), die jeweils elektrisch parallel mit einem zugehörigen Korrekturelement (1809, 1810, 1811) verbunden sind. Mehrere paarweise Einheiten aus elektrischen Energiespeicher und zugehörigem Korrekturelement sind elektrisch in Serie geschaltet und bilden eine elektrische Speichereinheit (1817). In einer elektrischen Energiespeichereinheit (1817) müssen die einzelnen elektrischen Energiespeicher nicht ausschließlich in Serie geschaltet sein. Jeder einzelne elektrische Energiespeicher kann auch durch weitere elektrische Energiespeicher, die elektrisch zu ersterem parallel geschaltet sind, verstärkt werden. Wie bereits dargelegt kann die elektrische Energiespeichereinheit (1817) auch mit anderen Microtopologien, beispielsweise jenen aus den 2 und 3, gemäß der Erfindung kombiniert werden. Die elektrische Energiespeichereinheit ersetzt oder ergänzt dabei den elektrischen Energiespeicher, beispielsweise (202, 204, 206, 302, 304, 306), in der Microtopologie.In 5 an exemplary module according to the invention is shown. It contains several electrical energy stores ( 1806 . 1807 . 1808 ), each electrically parallel with an associated correction element ( 1809 . 1810 . 1811 ) are connected. Several pairs of units of electrical energy storage and associated correction element are electrically connected in series and form an electrical storage unit ( 1817 ). In an electrical energy storage unit ( 1817 ), the individual electrical energy storage must not be connected exclusively in series. Each individual electrical energy store can also be amplified by further electrical energy stores, which are connected in parallel electrically to the first. As already stated, the electrical energy storage unit ( 1817 ) with other microtopologies, such as those from the 2 and 3 to be combined according to the invention. The electrical energy storage unit replaces or supplements the electrical energy storage, for example ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ), in microtopology.

Ferner können auch mehrere gleichartige oder unterschiedliche elektrische Energiespeichereinheiten miteinander elektrisch parallel oder elektrisch seriell geschaltet und anschließend in ein Modul integriert werden. Die entstehende Kombination von elektrischen Energiespeichereinheiten ist wiederum eine elektrische Energiespeichereinheit im Sinne der Erfindung.Furthermore, a plurality of identical or different electrical energy storage units can also be electrically connected in parallel or electrically in series with one another and subsequently integrated into a module. The resulting combination of electrical energy storage units is in turn an electrical energy storage unit in the context of the invention.

Eine typische Anforderung an ein Korrekturelement ist das Abführen von Ladung, auch Ableiten genannt, von dazu parallel geschalteten elektrischen Energiespeichern, um Spannungsstress auf einen elektrischen Energiespeicher zu verringern, indem beispielsweise die Spitzenspannung, die je über die Anschlüsse des elektrischen Energiespeichers auftreten, unterhalb einer vorgegebenen Grenze gehalten werden, und/oder um die elektrische Last eines elektrischen Energiespeichers zu begrenzen und/oder um die Temperatur eines elektrischen Energiespeichers zu begrenzen. Die Steuerung oder Regelung eines Korrekturelements kann von einer gesonderten elektronischen Steuereinheit bewerkstelligt werden, die ein Signal für einen oder mehrere elektrische Schalter in dem Korrekturelement und/oder steuerbare Impedanzen in dem Korrekturelement liefert; ferner kann die Steuerung oder Regelung eines Korrekturelements auch passiv erfolgen, das heißt, dass keine gesonderte elektrische Steuereinheit benötigt wird, sondern dass physikalische oder chemische Eigenschaften eines oder mehrerer Elemente des Korrekturelements, beispielsweise eine bestimmte Temperatur- oder Spannungsabhängigkeit eines Widerstandes, einer Impedanz, oder eines Halbleiters, zu einer Steuerung oder Regelung des Korrekturelements führen.A typical requirement for a correction element is the removal of charge, also called deriving, from electrical energy stores connected in parallel therewith, in order to reduce voltage stress on an electrical energy store, for example by reducing the peak voltage that occurs across the terminals of the electrical energy store below a predetermined level Limit be kept, and / or to limit the electrical load of an electrical energy storage and / or to limit the temperature of an electrical energy storage. The control of a correction element may be accomplished by a separate electronic control unit which provides a signal for one or more electrical switches in the correction element and / or controllable impedances in the correction element; Furthermore, the control or regulation of a correction element can also be passive, that is, that no separate electrical control unit is needed, but that physical or chemical properties of one or more elements of the correction element, such as a specific temperature or voltage dependence of a resistor, an impedance, or a semiconductor, lead to a control or regulation of the correction element.

Die Korrekturelemente (1809, 1810, 1811) können beispielsweise wie in den 6 und 7 dargestellt implementiert werden. Korrekturelemente können elektrische Zweipole mit elektrischen Anschlüssen (1902) und (1903) sein. Für eine Spannungslimitierung mit gleichzeitiger Ladungsentnahme können beispielsweise die folgenden elektrischen Elemente genutzt werden:

  • (a) Zener-Dioden (1908) und elektrisch ähnliche Elemente mit einem niedrigen Widerstand für Spannungen über einer bestimmten Grenze;
  • (b) Suppressor-Dioden (1904);
  • (c) Spannungs-abhängige (gewöhnlich nichtlinear) komplexe Impedanzen (d. h. mit resistivem und/oder reaktiven Anteilen) (1905);
  • (d) Arrestoren (1909) oder andere Spannungs- oder Temperatur-abhängige Impedanzen, die resistive und/oder reaktive Anteile enthalten können;
  • (e) elektrische Schalter oder steuerbare Impedanzen (unter anderem Relais, Feld-Effekt-Transistoren, Bipolartransistoren und andere steuerbare Widerstände) (1911);
  • (f) elektrische Schalter oder steuerbare Impedanzen kombiniert mit komplexen Impedanzen (1912, 1913), die resistive und/oder reaktive Anteile haben und nichtlinear sein können.
The correction elements ( 1809 . 1810 . 1811 ) can, for example, as in the 6 and 7 shown implemented. Correction elements can be electrical two-pole with electrical connections ( 1902 ) and ( 1903 ) be. For a voltage limitation with simultaneous charge removal, for example, the following electrical elements can be used:
  • (a) Zener diodes ( 1908 ) and electrically similar elements with a low resistance for voltages above a certain limit;
  • (b) suppressor diodes ( 1904 );
  • (c) voltage-dependent (usually non-linear) complex impedances (ie, resistive and / or reactive components) ( 1905 );
  • (d) arrestors ( 1909 ) or other voltage or temperature dependent impedances which may contain resistive and / or reactive components;
  • (e) electrical switches or controllable impedances (including relays, field-effect transistors, bipolar transistors and other controllable resistors) ( 1911 );
  • (f) electrical switches or controllable impedances combined with complex impedances ( 1912 . 1913 ) which have resistive and / or reactive components and may be non-linear.

Beispiele für steuerbare Impedanzen sind elektrische Schalter und Halbleiterelemente, die nicht als Schalter (d. h. mit lediglich zwei Zuständen: einem geschlossenen, elektrisch gut leitenden [weniger als 1 Ω effektiver Widerstand, vorteilhaft weniger als 0.1 Ω effektiver Widerstand] und einem offenen; elektrisch schlecht leitenden [größer als 1000 Ω effektiver Widerstand; vorteilhafter Weise wenigstens 1000'000 Ω effektiver Widerstand] Zustand) sondern in deren Widerstandsbereich dazwischen betrieben werden, oder Schalter, die zwischen mehreren Widerständen oder Impedanzen umschalten, und steuerbare Zener-Dioden (sogenannte adjustable Zener diodes). Für Lösungen, die einen elektrischen Schalter oder eine steuerbare Impedanz (1911, 1912/1913) beinhalten, kann eine Steuereinheit ein Steuersignal bereitstellen und/oder eine closed-loop-Regelung oder open-loop-Steuerung durchführen.Examples of controllable impedances are electrical switches and semiconductor elements which do not function as switches (ie with only two states: a closed, electrically well conducting [less than 1 Ω effective resistance, advantageously less than 0.1 Ω effective resistance] and one open, poorly electrically conductive [greater than 1000 Ω effective resistance, advantageously at least 1000'000 Ω effective resistance] state) but in the resistance region between them are operated, or switches that switch between multiple resistors or impedances, and controllable Zener diodes (so-called Zener adjustable diodes) , For solutions that have an electrical switch or a controllable impedance ( 1911 . 1912 / 1913 ), a control unit may provide a control signal and / or perform closed-loop control or open-loop control.

Passive Lösungen, d. h. insbesondere Lösungen, die keine separate Mess-, Überwachungs- und/oder Steuereinheit benötigen, haben wichtige Vorteile, reduzieren Kosten und begrenzen die Komplexität. 7 zeigt einige Ausführungsformen, die Schalter oder steuerbare Impedanzen zusammen mit Mitteln implementieren, die diese steuern und beispielsweise die Spannung eines oder mehrer bestimmter Energiespeicher als Teil einer Energiespeichereinheit begrenzen können. Eine Spannungsbegrenzung (2001) kann als Schalter oder steuerbare Impedanz, hier als Feld-Effekt-Transistor (2002), Widerstand (2004) sowie einer Zener-Diode (alternativ auch Voltage-Suppressor, Arrestor oder dergleichen) (2003) dargestellt, implementiert werden. Die Gate-Spannung des Transistors wird von einer Spannung Vs kontrolliert, die um eine bestimmte Spannungsstufe, die durch das Element (2003) festgelegt ist, kleiner ist als die Spannung des dem Korrekturelement zugehörigen Energiespeichers. Durch geeignete Auswahl der Schwellenspannung Vt des Transistors und der Durchbruchspannung des Elementes (2003) Vs kann die maximale Spannung des Energiespeichers auf etwa Vt + Vs begrenzt werden. Eine Freilaufdiode antiparallel zum Schalter oder steuerbarer Impedanz (2002) kann Spannungsspitzen aufgrund reaktiver Ströme unterbinden.Passive solutions, in particular solutions that do not require a separate measurement, monitoring and / or control unit, have important benefits, reduce costs and limit complexity. 7 FIG. 12 shows some embodiments that implement switches or controllable impedances along with means that can control them and, for example, limit the voltage of one or more particular energy stores as part of an energy storage unit. A Voltage limitation ( 2001 ) can be used as a switch or controllable impedance, here as a field-effect transistor ( 2002 ), Resistance ( 2004 ) as well as a zener diode (alternatively also voltage suppressor, arrestor or the like) ( 2003 ) are implemented. The gate voltage of the transistor is controlled by a voltage V s, which to a certain voltage level, which (through the element 2003 ) is smaller than the voltage of the correction element associated energy storage. By suitable selection of the threshold voltage V t of the transistor and the breakdown voltage of the element ( 2003 ) V s , the maximum voltage of the energy storage can be limited to about V t + V s . A freewheeling diode antiparallel to the switch or controllable impedance ( 2002 ) can prevent voltage spikes due to reactive currents.

Element (2003) kann ebenfalls durch einen traditionellen Widerstand ersetzt werden. Ferner kann eine Impedanz (2006) in den Strompfad des elektrischen Schalters oder der steuerbaren Impedanz (2007) eingefügt werden, wie in (2005) dargestellt. In (2010) und (2016) ist der elektrische Schalter oder die steuerbare Impedanz als Bipolartransistor (2012, 2018) ausgeführt; in (2022) ist der elektrische Schalter oder die steuerbare Impedanz als steuerbare Zener-Diode (auch als adjustable Zener Diode bezeichnet) (2024), die Änderungen ihrer Durchbruchspannung durch mindestens einen Steuereingang erlaubt und von mehreren Herstellern kommerziell angeboten wird, ausgeführt.Element ( 2003 ) can also be replaced by a traditional resistor. Furthermore, an impedance ( 2006 ) into the current path of the electrical switch or the controllable impedance ( 2007 ), as in ( 2005 ). In ( 2010 ) and ( 2016 ) is the electrical switch or the controllable impedance as a bipolar transistor ( 2012 . 2018 ) executed; in ( 2022 ) is the electrical switch or controllable impedance as a controllable zener diode (also referred to as Zener adjustable diode) ( 2024 ), which allows changes in its breakdown voltage through at least one control input and is offered commercially by several manufacturers.

Die Impedanzen (2006, 2011, 2017, 2023) sind optional und können nahe oder gleich null sein. Ebenso können Gate-, Basis- und ähnliche Eingangs-Widerstände (2013, 2019, 2025) nahe oder gleich null sein.The impedances ( 2006 . 2011 . 2017 . 2023 ) are optional and can be close to or equal to zero. Similarly, gate, base and similar input resistors ( 2013 . 2019 . 2025 ) be close to or equal to zero.

Die Korrekturelemente mindestens zweier elektrischer Energiespeicher (2113, 2114, 2115; 2213, 2214, 2215) desselben Moduls, die jeweils beispielsweise mindestens einen Transistor und vorzugsweise ferner jeweils mindestens eine Impedanz umfassen, können zusammen eine Korrektureinheit (2116; 2216) formen (siehe beispielsweise 8 and 9). Vorzugsweise umfasst eine Korrektureinheit ferner mindestens zwei Spannungssensoren (siehe 9). Ein solcher Spannungssensor kann sowohl die Spannung eines einzelnen elektrischen Energiespeichers als auch eine elektrische Kombination, beispielsweise in Serie oder parallel, mehrerer elektrischer Energiespeicher messen. Die mindestens zwei Spannungssensoren können ferner auch als einzelner Spannungssensor mit Multiplexer ausgeformt werden. Eine solche Kombination von Multiplexer und Sensor wird aufgrund des ähnlichen Verhaltens im Sinne dieser Erfindung als mehrere Sensoren interpretiert. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind zu jeweils mindestens zwei elektrischen Energiespeichern mindestens zweier Module mindestens je eine Korrektureinheit und mindestens je ein Spannungssensor elektrisch parallel verbunden. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Korrektureinheit mindestens einen Stromsensor, der den Strom misst, der in oder aus mindestens einem elektrischen Energiespeicher des zugehörigen Moduls fließt.The correction elements of at least two electrical energy stores ( 2113 . 2114 . 2115 ; 2213 . 2214 . 2215 ) of the same module, which in each case comprise, for example, at least one transistor and preferably also each in each case at least one impedance, can together comprise a correction unit ( 2116 ; 2216 ) forms (see for example 8th and 9 ). Preferably, a correction unit further comprises at least two voltage sensors (see 9 ). Such a voltage sensor can measure both the voltage of a single electrical energy store and an electrical combination, for example, in series or in parallel, a plurality of electrical energy storage. The at least two voltage sensors can also be formed as a single voltage sensor with multiplexer. Such a combination of multiplexer and sensor is interpreted as multiple sensors due to similar behavior in the sense of this invention. In a particular embodiment of the invention, in each case at least two electrical energy stores of at least two modules at least one correction unit and at least one voltage sensor are electrically connected in parallel. In another embodiment of the invention, a correction unit comprises at least one current sensor which measures the current flowing into or out of at least one electrical energy store of the associated module.

Wie 10 darstellt, kann ein Korrekturelement alternativ einen elektrischen Schalter (2336) umfassen, der bei Aktivierung einen Verbindungsknoten (2324) mindestens zweier elektrischer Energiespeicher (2314, 2315) elektrisch leitend mit einem Modulterminal (2310) verbindet. Auf diese Weise können die elektrischen Energiespeicher zwischen dem genannten Verbindungsknoten (2324) und der positiven Modulsammelschiene (2361) und die elektrischen Energiespeicher zwischen dem genannten Verbindungsknoten (2324) und der negativen Modulsammelschiene (2362) unterschiedlich stark entladen oder aufgeladen werden, indem der durch den oder die Modulterminals fließenden Strom, der beispielsweise von einem anderen Modul oder einer elektrischen Last stammt, teilweise oder vollumfänglich über den elektrischen Schalter (2336) in oder aus dem genannten Verbindungsknoten (2324) geleitet oder entnommen wird. Somit lassen sich unterschiedliche Ladungszustände und ebenfalls eingangs genannte physikalische und/oder chemische Unterschiede der in ein Modul integrierter elektrischen Energiespeicher ausgleichen. Wie in 11 beispielhaft für ein Modul mit vier Modulterminals (2409, 2410, 2411, 2412) gezeigt, können die Korrekturelemente so ausgeführt sein, dass jeder Verbindungsknoten (2423, 2424, 2425) mindestens zweier elektrischer Energiespeicher, der nicht unmittelbar mit einer positiven Modulsammelschiene (2461) oder negativen Modulsammelschiene (2462) identisch ist, über je mindestens einen elektrischen Schalter (2431–2442) mit jedem der Modulterminals (2409–2412) zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden werden. Für ein Modul mit lediglich zwei Modulterminals (2509, 2511) für diesen Fall ist wie in 12 gezeigt entsprechend eine geringere Anzahl von elektrischen Schaltern (2531, 2533, 2535, 2537, 2539, 2541) notwendig, für eine höhere Anzahl an Modulterminals steigt die Zahl entsprechend, wie der Fachmann erkennen kann. Der Erfinder hat ferner erkannt, dass die Bereitstellung je eines dezidierten elektrischen Schalters zwischen jedem Verbindungsknoten mindestens zweier elektrischer Energiespeicher, der nicht zugleich einer Sammelschiene entspricht, und jedem Modulterminal zwar umfassende Flexibilität bietet, jedoch nicht notwendig ist, um eine unabhängige Ladung und Entladung der elektrischen Energiespeicher eines Moduls sicherzustellen. Aus oben beschriebenen Varianten, die umfassende schaltbare elektrische Verbindungen von Verbindungsknoten mit Modulterminals bereitstellen, lassen sich zum Teil mehr als die Hälfte aller elektrischen Schalter einsparen. Bevorzugt sind Ausführungsformen, in welchen jeder Verbindungsknoten mindestens zweier elektrischer Energiespeicher, der nicht zugleich einer Sammelschiene entspricht – welche selbst bereits über einen elektrischen Schalter zumindest zeitweise mit einem Modulterminal elektrisch leitend verbunden werden kann – über mindestens einen elektrischen Schalter zumindest zeitweise mit mindestens einem beliebigen Modulterminal elektrisch leitend verbunden werden kann. Um eine hohe Anzahl von Schaltern zu vermeiden, kann auch nur ein Teil der Verbindungsknoten mindestens zweier elektrischer Energiespeicher über elektrische Schalter mit mindestens einem Modulterminal elektrisch leitend verbunden werden. 13 stellt eine zufällig gewählte Ausführungsform dar, bei der mindestens dreier, vorzugsweise jeder Verbindungsknoten mindestens zweier elektrischer Energiespeicher (2613, 2614, 2615) über mindestens einen elektrischen Schalter (2631, 2636, 2639) mit mindestens einem Modulterminal (2609, 2610) zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden werden kann. In 13 verbinden die elektrischen Schalter beispielhaft zur Verdeutlichung der Flexibilität hinsichtlich möglicher Kombinationen zwei der drei dargestellten Verbindungsknoten mit unterschiedlichen Modulterminals (2609, 2610). Ferner kann mindestens ein elektrischer Energiespeicher (2613, 2614, 2615) über je mindestens einen Spannungssensor (2651, 2652, 2653) verfügen. Vorzugsweise ist mindestens ein Spannungssensor elektrisch parallel zu jedem elektrischen Energiespeicher eines Moduls verbunden. Ein solcher Spannungssensor kann sowohl die Spannung eines einzelnen elektrischen Energiespeichers als auch eine elektrische Kombination, beispielsweise in Serie oder parallel, mehrerer elektrischer Energiespeicher messen. Da nur sehr geringe Ausgleichströme über die genannten elektrischen Schalter zwischen den Verbindungsknoten mindestens zweier elektrischer Energiespeicher und mindestens einem Modulterminal fließen müssen, können die elektrischen Schalter sehr kostengünstig ausgeführt werden. Mit steigender Schaltgeschwindigkeit und dem damit verbundenen schnellen Ausgleich ungleichmäßiger Entladung oder Ladung von elektrischen Energiespeichern kann die Stromtragfähigkeit der genannten elektrischen Schalter weiter verringert werden. Die nötige Spannungsfestigkeit der genannten elektrischen Schalter ist, je nach Anschlussort des Schalters an einen Verbindungsknoten mindestens zweier elektrischer Energiespeicher, geringer als die Modulspannung. Beispielsweise ist die höchste Spannung, die ein elektrischer Schalter zwischen dem mittleren Verbindungsknoten aus einer elektrisch seriellen Verschaltung von vier elektrischen Energiespeichern gleicher Spannung und einem Modulterminal lediglich etwa die halbe Modulspannung. Die elektrischen Schalter zwischen Verbindungsknoten mindestens zweier elektrischer Energiespeicher und Modulterminals können als mechanische elektrische Schalter ausgeführt sein. Bevorzugter Weise sind die genannten Schalter Halbleiterschalter, die neben einfachem Aktivieren und Deaktivieren der elektrischen Leitung auch Schaltmodulation, beispielsweise Pulsweitenmodulation (PWM), zur Regelung von Spannung oder Stromfluss und damit trotz hoher Lastströme an den Modulterminals einen geringen Ausgleichsstrom zum Ausgleich unterschiedlicher Ladung oder Entladung der elektrischen Energiespeicher ermöglichen. Insbesondere Halbleiterschalter können sowohl als Schalter implementiert sein, die Strom lediglich unidirektional schalten, als auch als solche, die Strom auch bidirektional schalten können. 14 stellt beispielhaft drei elektrische Schalter (2731, 2736, 2739) dar, die bidirektional Strom zu schalten vermögen. Bidirektionale Schalter bieten den Vorteil, dass Strom in beiden Richtungen und somit sowohl im Quellenbetrieb als auch im Ladebetrieb der elektrischen Energiespeicher des Moduls kontrolliert werden kann.As 10 a correction element may alternatively comprise an electrical switch ( 2336 ) which, when activated, comprises a connection node ( 2324 ) at least two electrical energy storage ( 2314 . 2315 ) electrically conductive with a module terminal ( 2310 ) connects. In this way, the electrical energy stores between the said connection node ( 2324 ) and the positive module busbar ( 2361 ) and the electrical energy storage between said connection node ( 2324 ) and the negative module busbar ( 2362 ) can be discharged or charged to a different degree by the current flowing through the module terminal (s) originating, for example, from another module or an electrical load, partially or completely via the electrical switch (FIG. 2336 ) in or out of said connection node ( 2324 ) is guided or removed. Thus, different charge states and physical and / or chemical differences also mentioned at the outset of the integrated in a module electrical energy storage can be compensated. As in 11 an example of a module with four module terminals ( 2409 . 2410 . 2411 . 2412 ), the correction elements may be implemented such that each connection node ( 2423 . 2424 . 2425 ) at least two electrical energy storage, not directly with a positive module busbar ( 2461 ) or negative module busbar ( 2462 ) is identical, via at least one electrical switch ( 2431 - 2442 ) with each of the module terminals ( 2409 - 2412 ) are at least temporarily electrically connected. For a module with only two module terminals ( 2509 . 2511 ) for this case is as in 12 shown correspondingly a smaller number of electrical switches ( 2531 . 2533 . 2535 . 2537 . 2539 . 2541 ), for a higher number of module terminals, the number increases accordingly, as the skilled person can recognize. The inventor has also recognized that providing each one dedicated electrical switch between each node of at least two electrical energy storage devices that does not simultaneously correspond to a busbar and each module terminal provides extensive flexibility but is not necessary to provide independent charging and discharging of the electrical To ensure energy storage of a module. From above-described variants which provide comprehensive switchable electrical connections of connection nodes with module terminals, In some cases more than half of all electrical switches can be saved. Embodiments in which each connection node of at least two electrical energy stores, which does not at the same time correspond to a busbar - which can already be electrically conductively connected to a module terminal via an electrical switch at least temporarily - are preferably at least temporarily connected to at least one arbitrary module terminal via at least one electrical switch can be electrically connected. In order to avoid a large number of switches, only a part of the connection nodes of at least two electrical energy stores can be electrically conductively connected via electrical switches to at least one module terminal. 13 represents a randomly selected embodiment in which at least three, preferably each connection node of at least two electrical energy stores ( 2613 . 2614 . 2615 ) via at least one electrical switch ( 2631 . 2636 . 2639 ) with at least one module terminal ( 2609 . 2610 ) At least temporarily electrically conductive can be connected. In 13 By way of example, in order to illustrate the flexibility with regard to possible combinations, the electrical switches connect two of the three illustrated connection nodes to different module terminals ( 2609 . 2610 ). Furthermore, at least one electrical energy store ( 2613 . 2614 . 2615 ) via at least one voltage sensor ( 2651 . 2652 . 2653 ) feature. Preferably, at least one voltage sensor is electrically connected in parallel to each electrical energy store of a module. Such a voltage sensor can measure both the voltage of a single electrical energy store and an electrical combination, for example, in series or in parallel, a plurality of electrical energy storage. Since only very small balancing currents have to flow via the electrical switches mentioned between the connection nodes of at least two electrical energy storage devices and at least one module terminal, the electrical switches can be designed very inexpensively. With increasing switching speed and the associated rapid compensation of uneven discharge or charge of electrical energy storage, the current carrying capacity of said electrical switch can be further reduced. The required dielectric strength of said electrical switch is, depending on the location of the switch to a connection node at least two electrical energy storage, lower than the module voltage. For example, the highest voltage, which is an electrical switch between the middle connection node of an electrical serial interconnection of four electrical energy storage devices of the same voltage and a module terminal only about half the module voltage. The electrical switch between connection nodes at least two electrical energy storage and module terminals can be designed as a mechanical electrical switch. Preferably, the switches mentioned are semiconductor switches which, in addition to simply activating and deactivating the electrical line, also have switching modulation, for example pulse width modulation (PWM), for regulating voltage or current flow and thus, despite high load currents at the module terminals, a small compensating current for equalizing different charges or discharges allow electrical energy storage. In particular, semiconductor switches can be implemented both as switches that only switch current unidirectionally, as well as those that can switch current bidirectionally. 14 exemplifies three electrical switches ( 2731 . 2736 . 2739 ), which are able to switch bidirectional power. Bidirectional switches offer the advantage that current can be controlled in both directions, and thus both in source operation and during charging of the electrical energy storage of the module.

Eine Kombination von Korrekturelementen, die elektrische Schalter umfassen, die zeitweise Verbindungsknoten mindestens zweier elektrischer Energiespeicher und mindestens einem Modulterminal elektrisch leitend verbinden können (siehe 10–14), und Korrekturelementen, die parallel zu einzelnen elektrischen Energiespeichern oder zu einer, beispielsweise seriellen oder parallelen, Kombination mehrerer elektrischer Energiespeicher angeordnet sind (siehe 5–9), können außerordentliche Vorteile haben. Beispielsweise sind erstere Korrekturelemente in der Lage einzelne elektrische Energiespeicher stärker als andere zu laden, können aber je nach eingesetzten Bauelementen höhere Produktionskosten erzeugen, während letztere Korrekturelemente vor allem eine Entladung erzwingen können und derzeit preisgünstig herstellbar sind. Eine Kombination kann die Vorteile beider kombinieren.A combination of correction elements that comprise electrical switches that can temporarily connect connection nodes of at least two electrical energy stores and at least one module terminal in an electrically conductive manner (see 10 - 14 ), and correction elements which are arranged parallel to individual electrical energy storage or to one, for example, serial or parallel, combination of a plurality of electrical energy storage (see 5 - 9 ), can have extraordinary advantages. For example, the former correction elements are able to charge individual electrical energy storage more than others, but can produce higher production costs depending on the components used, while the latter correction elements can force a discharge and are currently inexpensive to produce. A combination can combine the benefits of both.

Eine Ausführungsform der Erfindung beinhaltet mehrere ähnlichartige elektrisch miteinander verbundene Module (101–124), die jeweils mindestens einen elektrischen Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit (1817) und mindestens einen elektrischen Schalter (213–317, 318–328; 1801, 1802, 1803, 1804, 1812, 1813, 1814, 1815) aufweisen, derart beschaffen, dass
mindestens ein Modul (101–124) eine elektrische Energiespeichereinheit (1817) aufweist, die mindestens zwei in elektrisch Serie geschaltete elektrische Energiespeicher (1806, 1807, 1808) aufweist, wobei jeder dieser elektrischen Energiespeicher (1806, 1807, 1808) ein elektrisch parallel geschaltetes Korrekturelement (1809, 1810, 1811) aufweist, das in der Lage ist, elektrische Ladung aus dem jeweils elektrisch parallel geschalteten elektrischen Energiespeicher (1806, 1807, 1808) abzuleiten und/oder hineinzuleiten,
wobei die mehreren Module als ähnlichartig gelten, wenn diese durch geeignete Aktivierung des jeweils mindestens einen elektrischen Schalters (213–317, 318–328; 1801, 1802, 1803, 1804, 1812, 1813, 1814, 1815) mindestens zwei der folgenden drei Zustände darstellen können:
der mindestens eine elektrische Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit (1817) eines Moduls wird mit dem mindestens einen elektrischen Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit (1817) eines weiteren Moduls in Serie geschaltet;
der mindestens eine elektrische Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit (1817) eines Moduls wird mit dem mindestens einen elektrischen Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit (1817) eines weiteren Moduls parallel geschaltet;
der mindestens eine elektrische Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit (1817) eines Moduls wird derart gebypasst, dass der mindestens eine elektrische Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit (1817) eines Moduls nur mit maximal einem seiner mindestens zwei elektrischen Kontakte mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder mindestens einer elektrischen Energiespeichereinheit (1817) eines weiteren Moduls elektrisch leitend verbunden ist und kein geschlossener Stromkreis mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder mindestens einer elektrischen Energiespeichereinheit (1817) eines weiteren Moduls vorliegt.An embodiment of the invention includes a plurality of similar electrically interconnected modules ( 101 - 124 ), each having at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) and at least one electrical switch ( 213 - 317 . 318 - 328 ; 1801 . 1802 . 1803 . 1804 . 1812 . 1813 . 1814 . 1815 ), such that
at least one module ( 101 - 124 ) an electrical energy storage unit ( 1817 ), which has at least two in electrical series connected electrical Energy storage ( 1806 . 1807 . 1808 ), each of these electrical energy stores ( 1806 . 1807 . 1808 ) an electrically paralleled correction element ( 1809 . 1810 . 1811 ), which is capable of electrical charge from each electrically connected in parallel electrical energy storage ( 1806 . 1807 . 1808 ) derive and / or infer,
wherein the plurality of modules are considered similar if, by suitable activation of the respective at least one electrical switch ( 213 - 317 . 318 - 328 ; 1801 . 1802 . 1803 . 1804 . 1812 . 1813 . 1814 . 1815 ) can represent at least two of the following three states:
the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of a module is connected to the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of another module connected in series;
the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of a module is connected to the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) connected in parallel to another module;
the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of a module is bypassed in such a way that the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of a module only with a maximum of one of its at least two electrical contacts with at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of another module is electrically conductively connected and no closed circuit with at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of another module is present.

Eine alternative Ausführungsform der Erfindung beinhaltet mehrere ähnlichartige elektrisch miteinander verbundene Module (101–124), die jeweils mindestens einen elektrischen Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit (1817) und mindestens zwei elektrische Schalter (213–317, 318–328; 1801, 1802, 1803, 1804, 1812, 1813, 1814, 1815) umfassen, die das Wechseln der Konnektivität des mindestens einen elektrischen Energiespeichers (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder der mindestens einen Energiespeichereinheit (1817) gegenüber den Energiespeichern (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder Energiespeichereinheiten (1817) anderer Module ermöglichen, derart beschaffen, dass mindestens ein Modul (101–124) eine elektrische Energiespeichereinheit (1817) umfasst, die mindestens zwei in elektrisch Serie geschaltete elektrische Energiespeicher (1806, 1807, 1808) umfasst, wobei jeder dieser elektrischen Energiespeicher (1806, 1807, 1808) ein Korrekturelement (1809, 1810, 1811; 2336; 2431–2442; 2531, 2535, 2539; 2631, 2636, 2639) aufweist, das in der Lage ist, elektrische Ladung so aus der elektrischen Energiespeichereinheit (1817) abzuleiten und/oder in die elektrische Energiespeichereinheit (1817) hineinzuleiten, dass ein Teil der elektrischen Energiespeicher der elektrischen Energiespeichereinheit (1817) mit einem geringeren Strom belastet wird als die übrigen elektrischen Energiespeicher der Energiespeichereinheit (1817),
wobei die mehreren Module als ähnlichartig gelten, wenn diese durch geeignete Aktivierung der jeweils mindestens zwei elektrischen Schalter (213–317, 318–328; 1801, 1802, 1803, 1804, 1812, 1813, 1814, 1815) mindestens die folgenden Schaltzustände darstellen können:
der mindestens eine elektrische Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit (1817) eines Moduls wird mit dem mindestens einen elektrischen Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit (1817) eines weiteren Moduls in Serie geschaltet;
der mindestens eine elektrische Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit (1817) eines Moduls wird derart gebypasst, dass der mindestens eine elektrische Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit (1817) des Moduls nur mit maximal einem seiner mindestens zwei elektrischen Kontakte mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder mindestens einer elektrischen Energiespeichereinheit (1817) eines weiteren Moduls elektrisch leitend verbunden ist und kein geschlossener Stromkreis mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder mindestens einer elektrischen Energiespeichereinheit (1817) eines weiteren Moduls vorliegt.An alternative embodiment of the invention includes a plurality of similar electrically interconnected modules ( 101 - 124 ), each having at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) and at least two electrical switches ( 213 - 317 . 318 - 328 ; 1801 . 1802 . 1803 . 1804 . 1812 . 1813 . 1814 . 1815 ), which include changing the connectivity of the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one energy storage unit ( 1817 ) opposite the energy storage devices ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or energy storage units ( 1817 ) of other modules, such that at least one module ( 101 - 124 ) an electrical energy storage unit ( 1817 ) comprising at least two electrical energy storage devices ( 1806 . 1807 . 1808 ), each of these electrical energy stores ( 1806 . 1807 . 1808 ) a correction element ( 1809 . 1810 . 1811 ; 2336 ; 2431 - 2442 ; 2531 . 2535 . 2539 ; 2631 . 2636 . 2639 ), which is capable of electrical charge so from the electrical energy storage unit ( 1817 ) and / or into the electrical energy storage unit ( 1817 ) in that a part of the electrical energy storage of the electrical energy storage unit ( 1817 ) is charged with a lower current than the remaining electrical energy storage of the energy storage unit ( 1817 )
wherein the plurality of modules are considered to be similar if, by suitable activation of the respective at least two electrical switches ( 213 - 317 . 318 - 328 ; 1801 . 1802 . 1803 . 1804 . 1812 . 1813 . 1814 . 1815 ) can represent at least the following switching states:
the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of a module is connected to the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of another module connected in series;
the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of a module is bypassed in such a way that the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of the module only with a maximum of one of its at least two electrical contacts with at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of another module is electrically conductively connected and no closed circuit with at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of another module is present.

Bevorzugter Weise erlauben mindestens zwei Module ferner zusätzlich einen Schaltzustand, bei welchem der mindestens eine elektrische Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit (1817) eines Moduls wird mit dem mindestens einen elektrischen Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit (1817) eines weiteren Moduls parallel geschaltet;Furthermore, at least two modules preferably additionally allow a switching state in which the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of a module is connected to the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) connected in parallel to another module;

In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Korrekturelement (1809, 1810, 1811) elektrisch parallel zu mindestens einem elektrischen Energiespeicher (1806, 1807, 1808) ausgeführt.In a preferred embodiment, at least one correction element ( 1809 . 1810 . 1811 ) electrically parallel to at least one electrical energy store ( 1806 . 1807 . 1808 ).

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist mindestens ein Korrekturelement mindestens einen elektrischen Schalter auf, der mindestens einen Verbindungsknoten mindestens zweier elektrischer Energiespeicher zeitweise elektrisch leitend mit mindestens einem Modulterminal verbinden kann. In a further preferred embodiment, at least one correction element has at least one electrical switch which can temporarily connect at least one connection node of at least two electrical energy stores to at least one module terminal in an electrically conductive manner.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform begrenzt mindestens eines der Korrekturelemente (1809, 1810, 1811) die Spannung des mindestens einen dazu elektrisch parallel geschalteten Energiespeichers (1806, 1807, 1808) auf einen vorgegebenen Bereich. Für die genannte Begrenzung der Spannung kann die Erfindung beispielsweise eine spannungs- und/oder temperaturabhängige Impedanz umfassen.In a further preferred embodiment, at least one of the correction elements ( 1809 . 1810 . 1811 ) the voltage of the at least one electrically connected in parallel energy storage ( 1806 . 1807 . 1808 ) to a predetermined area. For the mentioned limitation of the voltage, the invention may include, for example, a voltage and / or temperature-dependent impedance.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist mindestens eines der Korrekturelemente mindestens ein elektrisch steuerbares Element (1907, 1911, 1913, 2002, 2007, 2011, 2018, 2024) und mindestens eine Impedanz (1905, 1912, 2006, 2011, 2017) auf, wobei das mindestens eine elektrisch steuerbare Element (1907, 1911, 1913, 2002, 2007, 2011, 2018, 2024) als elektrischer Schalter mit mindestens zwei Zuständen, einem elektrisch gut leitenden und einem elektrisch schlecht leitenden, ausgeführt ist.In a further preferred embodiment, at least one of the correction elements has at least one electrically controllable element ( 1907 . 1911 . 1913 . 2002 . 2007 . 2011 . 2018 . 2024 ) and at least one impedance ( 1905 . 1912 . 2006 . 2011 . 2017 ), wherein the at least one electrically controllable element ( 1907 . 1911 . 1913 . 2002 . 2007 . 2011 . 2018 . 2024 ) is designed as an electrical switch with at least two states, a good electrical conductivity and a poor electrical conductivity.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine elektrisch steuerbare Element (1907, 1911, 1913, 2002, 2007, 2011, 2018, 2024) als elektrisch steuerbare Impedanz ausgeführt.In a particularly preferred embodiment, the at least one electrically controllable element ( 1907 . 1911 . 1913 . 2002 . 2007 . 2011 . 2018 . 2024 ) designed as electrically controllable impedance.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das mindestens eine elektrisch steuerbare Element (1907, 1911, 1913, 2002, 2007, 2011, 2018, 2024) durch eine elektronische Steuereinheit angesteuert.In a further preferred embodiment, the at least one electrically controllable element ( 1907 . 1911 . 1913 . 2002 . 2007 . 2011 . 2018 . 2024 ) is controlled by an electronic control unit.

In einer alternativen Ausführungsform wird das mindestens eine elektrisch steuerbare Element (1907, 1911, 1913, 2002, 2007, 2011, 2018, 2024) durch eine Schaltung gesteuert, die mindestens ein Impedanzelement enthält, das seine Impedanz aufgrund äußerer physikalischer oder chemischer Einwirkungen verändert.In an alternative embodiment, the at least one electrically controllable element ( 1907 . 1911 . 1913 . 2002 . 2007 . 2011 . 2018 . 2024 ) is controlled by a circuit that includes at least one impedance element that changes its impedance due to external physical or chemical effects.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das mindestens eine Impedanzelement, das seine Impedanz aufgrund äußerer physikalischer oder chemischer Einwirkungen verändert, eine spannungsabhängige oder temperaturabhängige Impedanz auf.In a particularly preferred embodiment, the at least one impedance element, which changes its impedance due to external physical or chemical effects, has a voltage-dependent or temperature-dependent impedance.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die elektronische Steuereinheit, die mindestens ein Korrekturelement (1809, 1810, 1811) einer elektrischen Energiespeichereinheit (1817) steuert oder regelt, mit der mindestens einen Ausgangsleitung mindestens eines Spannungssensors verbunden, der die Spannung mindestens eines elektrischen Energiespeichers (1806, 1807, 1808) der zugehörigen elektrischen Energiespeichereinheit (1817) detektiert.In a further preferred embodiment, the electronic control unit is the at least one correction element ( 1809 . 1810 . 1811 ) an electrical energy storage unit ( 1817 ) controls or regulates, connected to the at least one output line of at least one voltage sensor, the voltage of at least one electrical energy storage ( 1806 . 1807 . 1808 ) of the associated electrical energy storage unit ( 1817 ) detected.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die elektronische Steuereinheit, die mindestens ein Korrekturelement (1809, 1810, 1811) einer elektrischen Energiespeichereinheit (1817) steuert oder regelt, mit der mindestens einen Ausgangsleitung mindestens eines Temperatursensors verbunden, der die Temperatur mindestens eines elektrischen Energiespeichers (1806, 1807, 1808) der zugehörigen elektrischen Energiespeichereinheit (1817) detektiert.In a further preferred embodiment, the electronic control unit is the at least one correction element ( 1809 . 1810 . 1811 ) an electrical energy storage unit ( 1817 ) controls or regulates, connected to the at least one output line of at least one temperature sensor, the temperature of at least one electrical energy storage ( 1806 . 1807 . 1808 ) of the associated electrical energy storage unit ( 1817 ) detected.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Elektrische Schaltung, die mehrere gleichartige elektrisch miteinander verbundene Module (101–124) umfasst, die jeweils mindestens einen elektrischen Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit (1817) und mindestens zwei elektrische Schalter (213–317, 318–328; 1801, 1802, 1803, 1804, 1812, 1813, 1814, 1815) aufweisen, die das Wechseln der Konnektivität des mindestens einen elektrischen Energiespeichers (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder der mindestens einen Energiespeichereinheit (1817) gegenüber den Energiespeichern (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder Energiespeichereinheiten (1817) anderer Module ermöglichen, derart beschaffen, dass mindestens ein Modul (101–124) eine elektrische Energiespeichereinheit (1817) umfasst, die mindestens zwei elektrisch in Serie geschaltete elektrische Energiespeicher (1806, 1807, 1808) aufweist, wobei jeder dieser elektrischen Energiespeicher (1806, 1807, 1808) ein Korrekturelement (1809, 1810, 1811; 2336; 2431–2442; 2531, 2535, 2539; 2631, 2636, 2639) aufweist, das in der Lage ist, elektrische Ladung so aus der Energiespeichereinheit (1817) abzuleiten und/oder in die Energiespeichereinheit (1817) hineinzuleiten, dass ein Teil der elektrischen Energiespeicher der Energiespeichereinheit (1817) von einem geringeren elektrischen Strom durchflossen wird als die übrigen elektrischen Energiespeicher der Energiespeichereinheit (1817), wobei die mehreren Module durch geeignete Aktivierung der jeweils mindestens zwei elektrischen Schalter (213–317, 318–328; 1801, 1802, 1803, 1804, 1812, 1813, 1814, 1815) mindestens zwei der folgenden drei Zustände darstellen können: der mindestens eine elektrische Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit (1817) eines Moduls wird mit dem mindestens einen elektrischen Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit (1817) eines weiteren Moduls in Serie geschaltet; der mindestens eine elektrische Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit (1817) eines Moduls wird mit dem mindestens einen elektrischen Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit (1817) eines weiteren Moduls parallel geschaltet; der mindestens eine elektrische Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit (1817) eines Moduls wird derart gebypasst, dass der mindestens eine elektrische Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit (1817) eines Moduls nur mit maximal einem seiner mindestens zwei elektrischen Kontakte mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder mindestens einer elektrischen Energiespeichereinheit (1817) eines weiteren Moduls elektrisch leitend verbunden ist und kein geschlossener Stromkreis mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher (202, 204, 206, 302, 304, 306) oder mindestens einer elektrischen Energiespeichereinheit (1817) eines weiteren Moduls vorliegt.Electric circuit comprising a plurality of similar electrically interconnected modules ( 101 - 124 ), each having at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) and at least two electrical switches ( 213 - 317 . 318 - 328 ; 1801 . 1802 . 1803 . 1804 . 1812 . 1813 . 1814 . 1815 ), the changing of the connectivity of the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one energy storage unit ( 1817 ) opposite the energy storage devices ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or energy storage units ( 1817 ) of other modules, such that at least one module ( 101 - 124 ) an electrical energy storage unit ( 1817 ), which comprises at least two electrical energy stores ( 1806 . 1807 . 1808 ), each of these electrical energy stores ( 1806 . 1807 . 1808 ) a correction element ( 1809 . 1810 . 1811 ; 2336 ; 2431 - 2442 ; 2531 . 2535 . 2539 ; 2631 . 2636 . 2639 ), which is able to charge electrical charge from the energy storage unit ( 1817 ) and / or into the energy storage unit ( 1817 ) in that a part of the electrical energy storage of the energy storage unit ( 1817 ) flows through a lower electrical current than the other electrical energy storage of the energy storage unit ( 1817 ), wherein the plurality of modules by suitable activation of each at least two electrical switches ( 213 - 317 . 318 - 328 ; 1801 . 1802 . 1803 . 1804 . 1812 . 1813 . 1814 . 1815 ) at least two of the following three states: the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of a module is connected to the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of another module connected in series; the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of a module is connected to the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) connected in parallel to another module; the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of a module is bypassed in such a way that the at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or the at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of a module only with a maximum of one of its at least two electrical contacts with at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of another module is electrically conductively connected and no closed circuit with at least one electrical energy store ( 202 . 204 . 206 . 302 . 304 . 306 ) or at least one electrical energy storage unit ( 1817 ) of another module is present. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Korrekturelement (1809, 1810, 1811) elektrisch parallel zu mindestens einem elektrischen Energiespeicher (1806, 1807, 1808) ausgeführt ist.Electrical circuit according to claim 1, wherein at least one correction element ( 1809 . 1810 . 1811 ) electrically parallel to at least one electrical energy store ( 1806 . 1807 . 1808 ) is executed. Elektrische Schaltung nach Anspruch 2, wobei mindestens eines der Korrekturelemente (1809, 1810, 1811) die Spannung des mindestens einen dazu elektrisch parallel verbundenen Energiespeichers (1806, 1807, 1808) auf einen vorgegebenen Bereich begrenzt.Electrical circuit according to claim 2, wherein at least one of the correction elements ( 1809 . 1810 . 1811 ) the voltage of the at least one electrically connected in parallel energy storage ( 1806 . 1807 . 1808 ) is limited to a predetermined range. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 2–3, wobei mindestens eines der Korrekturelemente eine spannungs- oder temperaturabhängige Impedanz aufweist.Electrical circuit according to one of claims 2-3, wherein at least one of the correction elements has a voltage or temperature-dependent impedance. Elektrische Schaltung nach Anspruch 2, wobei mindestens eines der Korrekturelemente mindestens ein elektrisch steuerbares Element (1907, 1911, 1913, 2002, 2007, 2011, 2018, 2024) und mindestens eine Impedanz (1905, 1912, 2006, 2011, 2017) aufweist, wobei das mindestens eine elektrisch steuerbare Element (1907, 1911, 1913, 2002, 2007, 2011, 2018, 2024) als elektrischer Schalter mit mindestens zwei Zuständen, einem elektrisch gut leitenden und einem elektrisch schlecht leitenden, ausgeführt ist.Electrical circuit according to claim 2, wherein at least one of the correction elements at least one electrically controllable element ( 1907 . 1911 . 1913 . 2002 . 2007 . 2011 . 2018 . 2024 ) and at least one impedance ( 1905 . 1912 . 2006 . 2011 . 2017 ), wherein the at least one electrically controllable element ( 1907 . 1911 . 1913 . 2002 . 2007 . 2011 . 2018 . 2024 ) is designed as an electrical switch with at least two states, a good electrical conductivity and a poor electrical conductivity. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, wobei mindestens eines der genannten Korrekturelemente mindestens einen elektrischen Schalter aufweist, der mindestens einen Verbindungsknoten mindestens zweier elektrischer Energiespeicher zeitweise elektrisch leitend mit mindestens einem Modulterminal verbinden kann.Electrical circuit according to claim 1, wherein at least one of said correction elements has at least one electrical switch, which can connect at least one connection node of at least two electrical energy storage temporarily electrically conductive with at least one module terminal. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Schaltung ferner mindestens eine elektronische Steuereinheit umfasst.Electrical circuit according to one of claims 4 to 6, wherein the circuit further comprises at least one electronic control unit. Elektrische Schaltung nach Anspruch 7, wobei die mindestens eine elektronische Steuereinheit mindestens ein Korrekturelement ansteuert.Electrical circuit according to claim 7, wherein the at least one electronic control unit controls at least one correction element. Elektrische Schaltung nach Anspruch 8, wobei die elektrische Schaltung ferner mindestens zwei Spannungssensoren umfasst, welche die Spannung von elektrischen Energiespeichern detektieren und mindestens einer elektronischen Steuereinheit übermitteln.Electrical circuit according to claim 8, wherein the electrical circuit further comprises at least two voltage sensors, which detect the voltage of electrical energy storage and transmit at least one electronic control unit. Elektrische Schaltung nach Anspruch 7, wobei die elektronische Steuereinheit, die mindestens ein Korrekturelement (1809, 1810, 1811) einer elektrischen Energiespeichereinheit (1817) steuert, mit der mindestens einen Ausgangsleitung mindestens eines Temperatursensors verbunden ist, der die Temperatur mindestens eines elektrischen Energiespeichers (1806, 1807, 1808) der zugehörigen elektrischen Energiespeichereinheit (1817) detektiert.Electrical circuit according to claim 7, wherein the electronic control unit, the at least one correction element ( 1809 . 1810 . 1811 ) an electrical energy storage unit ( 1817 ), is connected to the at least one output line of at least one temperature sensor, the temperature of at least one electrical energy storage ( 1806 . 1807 . 1808 ) of the associated electrical energy storage unit ( 1817 ) detected.
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