DE102016226153A1 - Electric charge equalization in strings from energy storage modules - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum elektrischen Ladungsausgleich in zumindest einem Strang (S1, ..., Sn) aus in Serie geschalteten Energiespeichermodulen (E1, ..., En), wobei die Energiespeichermodule (E1, ..., En) jeweils mehrere in Serie und/oder parallel geschaltete Energiespeicherzellen (C1, ...,Cn) aufweisen, aufweisend zumindest einen Gleichspannungswandler (DCDC1, ..., DCDCn). Um eine Vorrichtung anzugeben, die es ermöglicht, einen elektrischen Ladungsausgleich in einem Strang aus in Serie geschalteten Energiespeichermodulen aufwandsarm und effizient durchzuführen wird vorgeschlagen, dass der Gleichspannungswandler (DCDC1, ..., DCDCn) derart in Verbindung mit zumindest einem ersten Energiespeichermodul (E1) und einem zweiten Energiespeichermodul (E2) steht, dass elektrische Ladung zumindest vom ersten Energiespeichermodul (E1) in das zweite Energiespeichermodul (E2) ladbar ist, wobei das erste Energiespeichermodul (E1) und das zweite Energiespeichermodul (E2) direkt in Serie geschaltet sind.

Figure DE102016226153A1_0000
The invention relates to a device (1) for electrical charge compensation in at least one strand (S1, ..., Sn) of series-connected energy storage modules (E1, ..., En), wherein the energy storage modules (E1, ..., En ) each having a plurality of series-connected and / or parallel energy storage cells (C1, ..., Cn), comprising at least one DC-DC converter (DCDC1, ..., DCDCn). In order to provide a device which makes it possible to carry out electrical charge balancing in a string of series-connected energy storage modules with little effort and efficiently, it is proposed that the DC-DC converter (DCDC1,..., DCDCn) be connected in this way in conjunction with at least one first energy storage module (E1). and a second energy storage module (E2) is that electrical charge at least from the first energy storage module (E1) in the second energy storage module (E2) is loadable, wherein the first energy storage module (E1) and the second energy storage module (E2) are connected directly in series.
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrischen Ladungsausgleich in zumindest einem Strang aus in Serie geschalteten Energiespeichermodulen, wobei die Energiespeichermodule jeweils mehrere in Serie und/oder parallel geschaltete Energiespeicherzellen aufweisen. Die Vorrichtung weist weiterhin zumindest einen Gleichspannungswandler auf. Die Erfindung betrifft weiter einen Wechselrichter, insbesondere einen Matrix-Wechselrichter mit einer derartigen Vorrichtung.The invention relates to a device for electrical charge balance in at least one strand of series-connected energy storage modules, wherein the energy storage modules each have a plurality of series-connected and / or parallel energy storage cells. The device furthermore has at least one DC-DC converter. The invention further relates to an inverter, in particular a matrix inverter with such a device.

Eine derartige Vorrichtung sowie derartige Wechselrichter kommen beispielsweise in Energieversorgungsnetzen und/oder in Hochvoltenergiespeichern mit Spannungen im kV-Bereich zur Sicherstellung der Netzstabilität zum Einsatz.Such a device and such inverters are used, for example, in energy supply networks and / or in high-voltage energy storage systems with voltages in the kV range to ensure grid stability.

Eine Zelle oder Energiespeicherzelle ist der eigentliche Energiespeicher und wird meist ohne jegliche Zusatzelektronik ausgeliefert. Energiespeicherzellen sind als Handelsware in verschiedenen Ausführungen erhältlich. Als Ausführungsform kann sie z.B. als Doppelschichtkondensator oder als Lithium-Ionen- Akkumulator realisiert sein. Je nach verwendeter Zellchemie liegt die Zellspannung für einen Doppelschichtkondensator im Bereich von ca. 2,5V und die Zellspannung für einen Lithium-Ionen-Akkumulator bei ca. 3,8V. Im Vergleich zur Spannung eines Energieverteilungsnetzes (z.B. >1kV, 10kV, usw.) sind die Spannungen der Energiespeicherzelle als extrem niedrig anzusehen.A cell or energy storage cell is the actual energy storage and is usually delivered without any additional electronics. Energy storage cells are available as merchandise in various designs. As an embodiment, it may e.g. be realized as a double-layer capacitor or as a lithium-ion accumulator. Depending on the cell chemistry used, the cell voltage for a double-layer capacitor is in the range of approximately 2.5V and the cell voltage for a lithium-ion secondary battery is approximately 3.8V. Compared with the voltage of a power distribution network (e.g.,> 1kV, 10kV, etc.), the voltages of the energy storage cell are considered to be extremely low.

Ein Energiespeichermodul ist Schaltung aus seriell und parallel verschalteten Energiespeicherzellen mit dazugehöriger Steuerelektronik zur Überwachung, Diagnose und Symmetrierung der einzelnen Energiespeicherzellen. Diese Steuerelektronik wird als Batterie-Management-System (BMS) bzw. Capacitor-Management-System (CMS), bei der Verwendung von Kondensatoren als Energiespeicher, bezeichnet. Ein Energiespeichermodul ist in verschiedenen Formfaktoren und/oder Energiespeichermodulspannungen z.B. 12V, 24V, 48V, 125V erhältlich. Der Formfaktor des Energiespeichermoduls wird im Wesentlichen durch den physikalisch-technisch speicherbaren Energieinhalt je Einheit Raumvolumen bestimmt. Im Vergleich zur Spannung eines Energieverteilungsnetzes (z.B. >1kV, 10kV, usw.) sind die Spannungen der Energiespeichermodule als niedrig anzusehen. Die Steuerelektronik benötigt eine Speisespannung, die entweder auf Energiespeichermodulebene erzeugt wird oder extern an das Energiespeichermodul angelegt werden muss. Das Energiespeichermodul kann auch über einen Kommunikationsanschluss verfügen, über den die Daten des Energiespeichermoduls in eine übergeordnete Steuerung zur weiteren Verarbeitung übertragen werden können. In Energiespeichermodulen kommen häufig komplexe Verfahren zum Einsatz, die den Ladezustand (auch State of Charge, kurz SoC) der einzelnen Zellen bestimmen und einen potentiellen Ladungsausgleich (auch Balancing) zwischen den Zellen ermöglichen.An energy storage module is a circuit of serially and in parallel interconnected energy storage cells with associated control electronics for monitoring, diagnosis and balancing of the individual energy storage cells. This control electronics is referred to as Battery Management System (BMS) or Capacitor Management System (CMS), when using capacitors as energy storage. An energy storage module is available in various form factors and / or energy storage module voltages, e.g. 12V, 24V, 48V, 125V available. The form factor of the energy storage module is essentially determined by the physically-technically storable energy content per unit room volume. Compared with the voltage of a power distribution network (e.g.,> 1kV, 10kV, etc.), the voltages of the energy storage modules are considered to be low. The control electronics require a supply voltage that is either generated at the energy storage module level or must be externally applied to the energy storage module. The energy storage module may also have a communication port, via which the data of the energy storage module can be transferred to a higher-level control for further processing. In energy storage modules complex procedures are often used, which determine the state of charge (also known as the state of charge, or SoC) of the individual cells and enable potential charge balancing (also balancing) between the cells.

Ein Strang ist dabei eine Serienschaltung von mehreren Modulen. Es ist denkbar, dass mehrere Stränge parallel betrieben werden um die Leistung zu erhöhen.One strand is a series connection of several modules. It is conceivable that several strands are operated in parallel to increase the power.

Aus US 2011/0115436 A1 ist ein System zum Ladungsausgleich zwischen Leistungsmodulen bekannt, wobei die Leistungsmodule jeweils eine Mehrzahl an Leistungszellen aufweisen, wobei das System ein aktives Leistungsmodul-Balancing-System zum Ladungsausgleich zwischen zwei Leistungsmodulen aufweist, wobei zum Ladungsausgleich zumindest eines der Leistungsmodule aufgeladen und/oder eines der Leistungsmodule entladen wird. Der Ladungsausgleich kann dabei über einen Gleichstrombus mittels eines DCDC Wandlers pro Modul durchgeführt werden.Out US 2011/0115436 A1 discloses a system for charge balancing between power modules, the power modules each having a plurality of power cells, the system having an active power module balancing system for charge balancing between two power modules, wherein at least one of the power modules is charged for charge balancing and / or one of the power modules unloaded. The charge balance can be carried out via a DC bus by means of a DCDC converter per module.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Zell-Balancing-Systeme erfordern eine komplexe Ansteuerung, die stets festlegt, welche Zelle elektrische Energie in welche weitere Zelle lädt. Alternativ wird die Überschüssige Energie über einen Widerstand thermisch verbraucht, was den Wirkungsgrad senkt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird Ladung primär zwischen zwei direkt in Serie geschalteten Modulen ausgetauscht. Über die Zeit verteilt sich so im ganzen Strang die Ladung gleichmäßig, da ein einzelnes Modul seine Ladung immer mit seinen beiden Nachbarn austauschen kann.The known from the prior art cell balancing systems require a complex control, which always determines which cell electrical energy in which another cell loads. Alternatively, the excess energy is thermally consumed through a resistor, which lowers the efficiency. With the device according to the invention, charge is exchanged primarily between two modules connected directly in series. Over time, the charge spreads evenly throughout the strand, as a single module can always exchange its charge with its two neighbors.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung anzugeben, die es ermöglicht, einen elektrischen Ladungsausgleich in einem Strang aus in Serie geschalteten Energiespeichermodulen aufwandsarm und effizient durchzuführen. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung einen Wechselrichter anzugeben, der eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft einsetzt.The object of the present invention is to provide a device which makes it possible to carry out an electric charge balance in a string of series-connected energy storage modules with little effort and efficiently. Furthermore, it is an object of the invention to provide an inverter, which advantageously uses a device according to the invention.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu weist die Vorrichtung einen Gleichspannungswandler auf, der derart in Verbindung mit zumindest einem ersten Energiespeichermodul und einem zweiten Energiespeichermodul steht, dass elektrische Ladung zumindest vom ersten Energiespeichermodul in das zweite Energiespeichermodul ladbar ist, wobei das erste Energiespeichermodul und das zweite Energiespeichermodul direkt in Serie geschaltet sind.The object is achieved by a device having the features of claim 1. For this purpose, the device has a DC-DC converter, which is in connection with at least a first energy storage module and a second energy storage module that electrical charge at least from the first energy storage module in the second energy storage module can be loaded, wherein the first energy storage module and the second energy storage module are connected directly in series ,

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet sich für Anwendungen an, bei denen die Zeitkonstante für das Modulbalancing entsprechend groß ist. Für Anwendungen in denen die zeitlichen Anforderungen an das Modulbalancing höher sind, kann die Vorrichtung einfach gemäß den in den Unteransprüchen angegebenen Weiterbildungen erweitert werden.The device according to the invention lends itself to applications in which the time constant for the Modulbalancing is correspondingly large. For Applications in which the time requirements for the Modulbalancing are higher, the device can be easily extended according to the developments specified in the dependent claims.

In Abhängigkeit von der Leistungsfähigkeit der Gleichspannungswandler lässt sich der Ladungsausgleich zwischen den Energiespeichermodulen auch deutlich beschleunigen. Im Vergleich zu einem resistiven Ladungsausgleich, also dem Verbrauchen von überschüssiger Energie durch einen Widerstand, lässt sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur Energie sparen, folglich also den Wirkungsgrad erhöhen, sondern auch eine höhere Geschwindigkeit erreichen, da vorhandene Energie umgeladen werden kann.Depending on the performance of the DC-DC converter, the charge balance between the energy storage modules can also be significantly accelerated. In comparison to a resistive charge equalization, ie the consumption of excess energy by a resistor, not only energy can be saved by the device according to the invention, thus consequently increasing the efficiency, but also achieving a higher speed, since existing energy can be reloaded.

Der Gleichspannungswandler stellt dabei seine Ausgangsspannung derart ein, dass je nach gewünschter Richtung des Ladungsausgleichs eine entsprechende Potentialdifferenz zwischen der Spannung des Energiespeichermoduls und der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers entsteht und somit ein entsprechender Stromfluss in die gewünschte Richtung entsteht. Die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers ist dabei abhängig von dessen Betriebsmodus, z.B. Ansteuerung durch das Tastverhältnis einer Halbbrücke. Es ist denkbar, dass der Gleichspannungswandler in beide Richtungen, also vom ersten Energiespeichermodul in das zweite Energiespeichermodul und umgekehrt Ladung überträgt.The DC-DC converter sets its output voltage such that, depending on the desired direction of the charge equalization, a corresponding potential difference between the voltage of the energy storage module and the output voltage of the DC-DC converter is formed and thus a corresponding current flow in the desired direction. The output voltage of the DC-DC converter is dependent on its operating mode, e.g. Triggered by the duty cycle of a half-bridge. It is conceivable that the DC-DC converter transmits charge in both directions, that is to say from the first energy storage module into the second energy storage module and vice versa.

Zwei Energiespeichermodule sind dann direkt in Serie geschaltet, wenn ihre Spannungen sich direkt addieren und keine weiteren Energiespeichermodule zwischen die beiden Energiespeichermodule geschaltet sind.Two energy storage modules are then directly connected in series if their voltages add directly and no further energy storage modules are connected between the two energy storage modules.

Werden besonders hohe Spannung benötigt, so ist es denkbar, dass auch mehrere Stränge mit mehreren Vorrichtungen in Serie geschaltet werden.If particularly high voltage is required, it is conceivable that several strings are connected in series with several devices.

In einer einfachen Ausführungsform der Vorrichtung kann der Gleichspannungswandler mittels eines Spannungsvergleichs des ersten und des zweiten Energiespeichermoduls feststellen, welches der Module geladen werden muss. Der Spannungsvergleich kann dabei mit einfachen spannungsmessenden Bauteilen durchgeführt werden, die dann entsprechend den Gleichspannungswandler triggern. Es ist denkbar, dass nicht jederzeit ein Ladungsausgleich stattfindet, sondern erst wenn eine gewisse Spannungsdifferenz vorliegt oder eine weitere Differenz von anderen für den Ladezustand charakteristischen Werten überschritten wird. In dieser einfachen Ausführungsform kann beispielsweise ein Mikrocontroller für die notwendige Ansteuerung des Gleichspannungswandlers vorgesehen werden. Dieser Mikrocontroller kann dabei z.B. in den Gleichspannungswandler integriert werden.In a simple embodiment of the device, the DC-DC converter by means of a voltage comparison of the first and the second energy storage module determine which of the modules must be loaded. The voltage comparison can be carried out with simple voltage-measuring components, which then triggers according to the DC-DC converter. It is conceivable that charge equalization does not take place at all times, but only when there is a certain voltage difference or when a further difference is exceeded by other values characteristic for the state of charge. In this simple embodiment, for example, a microcontroller for the necessary control of the DC-DC converter can be provided. This microcontroller can e.g. be integrated into the DC-DC converter.

In einer Weiterbildung der Vorrichtung ist der Gleichspannungswandler zum bidirektionalen Austausch von elektrischer Ladung zwischen dem ersten Energiespeichermodul und dem zweiten Energiespeichermodul ausgebildet. Je nach Topologie des Gleichspannungswandlers kann dieser Energie in beide Richtungen oder nur in eine Richtung bewegen. Für gewisse Anwendungsfälle kann es sich anbieten, einen bidirektionalen Gleichspannungswandler einzusetzen. Es kann sich aber ebenso anbieten, zwei Gleichspannungswandler zu verwenden, die nur unidirektional Energie verteilen können, dafür aber günstiger sind.In a development of the device, the DC-DC converter is designed for the bidirectional exchange of electrical charge between the first energy storage module and the second energy storage module. Depending on the topology of the DC-DC converter this energy can move in both directions or only in one direction. For certain applications, it may be appropriate to use a bidirectional DC-DC converter. However, it may also be appropriate to use two DC-DC converters, which can only distribute energy unidirectionally, but are cheaper.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung ferner eine Steuereinheit auf, die zur Ansteuerung des zumindest einen Gleichspannungswandlers ausgebildet ist. Die Steuereinheit kann derart ausgebildet sein, dass sie mehrere Gleichspannungswandler koordiniert und somit ein Ladungsausgleich über den ganzen Strang hinweg ermöglicht.In a further advantageous embodiment, the device further has a control unit, which is designed to control the at least one DC-DC converter. The control unit may be designed such that it coordinates a plurality of DC-DC converters and thus enables charge compensation over the entire string.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine erste Kommunikationsschnittstelle auf, die zur Kommunikation der Vorrichtungen untereinander und/oder der Vorrichtung mit einer übergeordneten Steuerung ausgebildet ist. Diese erste Kommunikationsschnittstelle kann dabei in eine Steuereinheit integriert sein und ermöglicht ein Einbinden von Steuereinheiten bzw. Vorrichtungen einzelner Stränge in ein übergeordnetes Verwaltungssystem, das die Ladungszustände der Vielzahl an Energiespeichermodulen im Überblick behält und ggf. einen Ladungsausgleich anstößt. Es ist ebenso denkbar, dass die Steuereinheit über die Kommunikationsschnittstelle Befehle von einer übergeordneten Steuerung erhält, was den Vorteil hat, dass in der übergeordneten Ebene systemweite Informationen vorliegen und somit ein Balancing auf die Systembedürfnisse angepasst werden kann. Diese Bedürfnisse können beispielsweise Sperrzeiten für das Balancing in besonders kritischen Phasen der Netzbelastung sein.In a further advantageous embodiment, the device has a first communication interface, which is designed to communicate the devices with each other and / or the device with a higher-level controller. This first communication interface can be integrated in a control unit and allows integration of control units or devices of individual strands in a higher-level management system, which keeps track of the charge states of the plurality of energy storage modules at a glance and possibly initiates a charge equalization. It is also conceivable that the control unit receives commands from a higher-level controller via the communication interface, which has the advantage that system-wide information is available in the higher level and thus balancing can be adapted to the system requirements. These needs can be, for example, blocking periods for balancing in particularly critical phases of the network load.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit derart ausgebildet, dass sie einen Ladungsausgleich zwischen Energiespeichermodulen eines Strangs autark durchführt. Autark soll hier bedeuten, dass die Steuereinheit nicht auf externe Signale angewiesen ist, um einen Ladungsausgleich durchzuführen. Dies hat den Vorteil, dass keine übergeordnete Steuerung notwendig ist um einen Ladungsausgleich anzustoßen und/oder dass ein Ladungsausgleich auch beim Ausfall einer übergeordneten Steuerung möglich ist.In a further embodiment, the control unit is designed such that it autonomously performs a charge equalization between energy storage modules of a string. Autarkic here means that the control unit is not dependent on external signals to perform a charge equalization. This has the advantage that no higher-level control is necessary to initiate a charge compensation and / or that a charge equalization is possible even in the event of failure of a higher-level control.

In einer weiteren Ausführungsform weist der zumindest eine Gleichspannungswandler einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss sowie einen Mittelpunkt auf. Das erste Energiespeichermodul ist mit dem ersten Anschluss und dem Mittelpunkt verbunden und das zweite Energiespeichermodul ist mit zweiten Anschluss und dem Mittelpunkt verbunden. Diese Topologie ermöglicht einen bidirektionalen Austausch mit einem einzigen Gleichspannungswandler. Diese Topologie weiterhin ermöglicht einen besonders günstigen und robusten Aufbau der vorliegenden Vorrichtung. In a further embodiment, the at least one DC-DC converter has a first connection, a second connection and a center point. The first energy storage module is connected to the first port and the center, and the second energy storage module is connected to the second port and the center. This topology allows bidirectional replacement with a single DC-DC converter. This topology further allows a particularly favorable and robust construction of the present device.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Erfassungseinrichtung auf, die zum Erfassen einer für den Ladezustand der Energiespeichermodule charakteristischen Größe ausgebildet ist. Darunter fällt beispielsweise die Modulspannung, der Ladezustand oder weitere Größen, die eine Aussage über den Ladezustand des Moduls ermöglichen. Dabei ist anzumerken, dass auf Modulebene die Spannung durchaus als Indikator für den Ladezustand herangezogen werden kann, was insbesondere bei Lithium-Ionen-Zellen auf Zellniveau nur schwierig möglich ist, da sich die Spannung dort über weite Ladezustandsbereiche nur wenig verändert. Weil die Module aus vielen in Serie geschalteten Zellen bestehen ist die Spannung und der Spannungshub, der durch Schwankungen des Ladezustands entsteht, ausreichend groß und lässt Rückschlüsse auf den Ladezustand des Energiespeichermoduls zu. Es ist ebenso denkbar, dass durch Strommessung eine Ladungsbilanzierung durchgeführt wird oder andere Algorithmen zum Einsatz kommen. Weiterhin ist denkbar, dass das modulinterne Batteriemanagementsystem schlichtweg die Informationen zum Ladezustand liefert.In a further advantageous embodiment, the device has a detection device, which is designed to detect a characteristic of the state of charge of the energy storage module size. This includes, for example, the module voltage, the state of charge or other variables that allow a statement about the state of charge of the module. It should be noted that at the module level, the voltage can certainly be used as an indicator of the state of charge, which is difficult, especially in lithium-ion cells at cell level, since the voltage changes little over wide charge state ranges. Because the modules consist of many cells connected in series, the voltage and the voltage swing caused by fluctuations in the state of charge are sufficiently large and allow conclusions to be drawn about the state of charge of the energy storage module. It is also conceivable that charge balance is performed by current measurement or other algorithms are used. Furthermore, it is conceivable that the module-internal battery management system simply provides the information about the state of charge.

Es besteht die Möglichkeit, einen differenzgesteuerten Ladungsausgleich zu implementieren. Differenzgesteuert soll hier bedeuten, dass je nach Vorzeichen der Differenz des Ladezustands bzw. einer charakteristischen Größe die Ladung umverteilt wird.It is possible to implement a differential charge compensation. Differential controlled means here that, depending on the sign of the difference of the state of charge or a characteristic size, the charge is redistributed.

In besonders vorteilhaften Weiterbildungen der Vorrichtung weisen die Energiespeichermodule eine Modulspannung von zumindest 40V, insbesondere mindestens 100V auf. Oft sind Spannungen von über 80V pro Energiespeichermodul gebräuchlich. Die Stränge weisen eine Strangspannung von zumindest 1500 V, insbesondere zumindest 5kV, derzeit sind Spannungen bis 30kV denkbar, die Vorrichtung kann aber durch ihren Vorteilhaften Aufbau auch jenseits der 30kV eingesetzt werden.In particularly advantageous developments of the device, the energy storage modules have a module voltage of at least 40V, in particular at least 100V. Often voltages of over 80V per energy storage module are common. The strands have a strand voltage of at least 1500 V, in particular at least 5kV, currently voltages up to 30kV are conceivable, but the device can be used by its advantageous construction beyond the 30kV.

In einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung weist diese ein zweites Kommunikationsmodul auf, das zur Kommunikation mit den Energiespeichermodulen ausgebildet ist. Das zweite Kommunikationsmodul kann dabei z.B. auf Werte des modulinternen Batteriemanagementsystems zugreifen und ermöglicht es der Vorrichtung ohne eigene Sensorik ein Balancing durchzuführen. Es ist ebenso denkbar, dass eine vorrichtungsinterne Sensorik mittels der Daten des Batteriemanagementsystems aus den Energiespeichermodulen plausibilisiert wird.In a further embodiment of a device, this has a second communication module, which is designed for communication with the energy storage modules. The second communication module may be e.g. access values of the module-internal battery management system and allows the device to perform a balancing without its own sensors. It is also conceivable that a device-internal sensor system is made plausible from the energy storage modules by means of the data of the battery management system.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Gleichspannungswandler zur Spannungsversorgung durch zumindest eines der Energiespeichermodule ausgebildet. Der Gleichspannungswandler kann so nicht nur die Energie von einem in ein weiteres Energiespeichermodul laden, er kann auch die für sich selbst notwendige Energie zur Ansteuerung, z.B. seiner Leistungsschalter, aus einem der Energiespeichermodule oder aus beiden Energiespeichermodulen beziehen.In a further advantageous embodiment, the DC-DC converter is designed for voltage supply by at least one of the energy storage modules. The DC-DC converter can thus not only charge the energy from one into another energy storage module, it can also the energy necessary for itself for driving, e.g. its circuit breaker, from one of the energy storage modules or from both energy storage modules relate.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Gleichspannungswandler zur Spannungsversorgung durch zumindest eine externe Spannungsquelle ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Energiespeichermodule nicht durch den Betrieb der Gleichspannungswandler entladen werden. Es ist aber ebenso denkbar, dass eine Spannungsversorgung durch die Energiespeichermodule mit einer externen Spannungsversorgung kombiniert wird, um eine Redundanz zu ermöglichen und um entsprechend weit entladene Energiespeichermodule vom Betrieb der Gleichspannungswandler zu entlasten.In a further embodiment, the DC-DC converter is designed for voltage supply by at least one external voltage source. This has the advantage that the energy storage modules are not discharged by the operation of the DC-DC converter. However, it is also conceivable that a power supply is combined by the energy storage modules with an external power supply to allow redundancy and to relieve correspondingly far discharged energy storage modules from the operation of the DC-DC converter.

Die Aufgabe wird weiterhin auch einen Wechselrichter gelöst, der insbesondere als ein Matrixwechselrichter ausgebildet ist. Der Wechselrichter weist zumindest einen Zwischenkreis und der Zwischenkreis zumindest einen Strang aus in Serie geschalteten Energiespeichermodulen auf. Der Strang weist ferner zumindest eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum elektrischen Ladungsausgleich auf. Ein derartiger Wechselrichter kann vorzugsweise als Netzwechselrichter eingesetzt werden, wie sie durch erneuerbare Energiequellen immer häufiger notwendig werden. Die Stützung des Netzes durch entsprechende Energiespeicher in den Netzwechselrichtern ermöglicht es, trotz stark schwankender Energieversorgung durch die erneuerbaren Energien, eine zuverlässige Netzversorgung und Netzstabilität zu erreichen.The object is also solved an inverter, which is designed in particular as a matrix inverter. The inverter has at least one intermediate circuit and the intermediate circuit at least one strand of series-connected energy storage modules. The strand furthermore has at least one device according to the invention for electrical charge compensation. Such an inverter can preferably be used as a grid inverter, as they are increasingly necessary by renewable energy sources. Supporting the grid by means of appropriate energy storage in the grid inverters makes it possible to achieve a reliable grid supply and grid stability despite strongly fluctuating energy supply through the renewable energies.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eines Wechselrichters weist dieser zusätzlich zu den Strängen aus in Serie geschalteten Energiespeichermodulen einen Zwischenkreiskondensator auf. Dieser Zwischenkreiskondensator kann dabei aus mehreren Kondensatoren bestehen und auf extrem kurzfristige Anforderungen von Leistungen ausgelegt sein. So ergänzen sich der Energiespeicher mit der Vorrichtung zum elektrischen Ladungsausgleich und der Zwischenkreiskondensator ideal.In a further advantageous embodiment of an inverter, in addition to the strings of energy storage modules connected in series, this has an intermediate circuit capacitor. This DC link capacitor can consist of several capacitors and be designed for extremely short-term requirements of services. Thus, the energy storage with the device for electrical charge compensation and the DC link capacitor complement each other ideally.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

  • 1 einen Gleichspannungswandler, der mit zwei in Serie geschalteten Energiespeichermodulen verschaltet ist,
  • 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum elektrischen Ladungsausgleich,
  • 3 einen Wechselrichter mit einer Vorrichtung zum elektrischen Ladungsausgleich
  • 4 einen Wechselrichter mit einer Vorrichtung zum elektrischen Ladungsausgleich und einem Zwischenkreiskondensator und
  • 5 eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zum elektrischen Ladungsausgleich, wobei diese wahlweise zum Ladungsausgleich innerhalb von zwei Strängen ausgebildet ist.
In the following the invention will be described and explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the figures. Show it:
  • 1 a DC-DC converter, which is connected to two series-connected energy storage modules,
  • 2 a schematic representation of an apparatus for electrical charge compensation,
  • 3 an inverter with a device for electrical charge compensation
  • 4 an inverter with an apparatus for electrical charge compensation and a DC link capacitor and
  • 5 a further embodiment of an apparatus for electrical charge compensation, which is optionally designed for charge equalization within two strands.

1 zeigt einen Gleichspannungswandler DCDC, der mit zwei in Serie geschalteten Energiespeichermodulen E1, E2 verschaltet ist. 1 shows a DC-DC converter DCDC, which is connected to two series-connected energy storage modules E1, E2.

Der Gleichspannungswandler DCDC weist einen ersten Ausgang DC+, einen zweiten Ausgang DC- sowie einen Mittelpunktausgang DCM auf. Des Weiteren weist der Gleichspannungswandler DCDC zwei Schaltelemente SW1, SW2 sowie eine Drossel L auf. Die Schaltelemente SE1, SE2 werden über zwei Steuereingänge CSW1, CSW2 angesteuert. Die Energiespeichermodule E1, E2 weisen jeweils eine Vielzahl von in Serien und parallel geschalteten Zellen C1, ..., Cn auf. Jedes der Energiespeichermodule E1, E2 weist einen positiven Abgriff E1+, E2+ sowie einen negativen Abgriff E1-, E2- auf. Der Strang S1 besteht dabei aus den zwei Energiespeichermodulen E1, E2 sowie, durch jeweils drei Punkte angedeutet, einer Vielzahl von weiteren Modulen, je nach erforderlicher Spannung. Durch entsprechende Ansteuerung der Steuereingänge CSW1, CSW2, beispielsweise mittels PWM, kann Energie vom ersten Energiespeichermodul E1 in das zweite Energiespeichermodul E2 geladen werden. Es ist ebenso denkbar, dass Energie vom zweiten Energiespeichermodul E2 in das erste Energiespeichermodul E1 geladen werden kann.The DC-DC converter DCDC has a first output DC +, a second output DC- and a midpoint output DCM. Furthermore, the DC-DC converter DCDC has two switching elements SW1, SW2 and a throttle L. The switching elements SE1, SE2 are controlled via two control inputs CSW1, CSW2. The energy storage modules E1, E2 each have a multiplicity of cells C1,..., Cn connected in series and in parallel. Each of the energy storage modules E1, E2 has a positive tap E1 +, E2 + and a negative tap E1-, E2- on. The strand S1 consists of the two energy storage modules E1, E2 and, indicated by three points, a variety of other modules, depending on the required voltage. By appropriate control of the control inputs CSW1, CSW2, for example by means of PWM, energy can be loaded from the first energy storage module E1 into the second energy storage module E2. It is also conceivable that energy from the second energy storage module E2 can be loaded into the first energy storage module E1.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zum elektrischen Ladungsausgleich zwischen in Serie geschalteten Energiespeichermodulen E1, E2, E3 und E4. In dieser Ausführungsform weist die Vorrichtung 1 drei Gleichspannungswandler DCDC1, DCDC2 und DCDC3 auf. Die Gleichspannungswandler DCDC1, DCDC2, DCDC3 sind dabei derart angeordnet, dass jeweils zwischen zwei benachbarten Energiespeichermodulen E1, E2, E3 und E4 Energie ausgetauscht werden kann. Weist nun beispielsweise das Energiespeichermodul E2 einen zu niedrigen Ladezustand auf, so kann Energie aus dem Energiespeichermodul E1 sowie aus den Energiespeichermodul E3 in das Energiespeichermodul E2 geladen werden. Dies kann gleichzeitig geschehen. Wenn die Gleichspannungswandler DCDC1, DCDC2 und DCDC3 nur zum unidirektionalen Energieaustausch ausgebildet sind, so ist es nur möglich mit einem der jeweiligen Partner Energie auszutauschen. So verteilt sich die Energie je nach Richtung entweder abwärts gleichmäßig im Strang S1 oder auswärts gleichmäßig im Strang S1. Um eine vollständige Kette zu erreichen, ist es bei einer unidirektionalen Ausführung der Gleichspannungswandler DCDC1, DCDC2, DCDC3 denkbar, dass das letzte Energiespeichermodul E4 mit dem ersten Energiespeichermodul E1 über einen weiteren, hier nicht gezeigten Gleichspannungswandler verbunden ist. 2 shows a schematic representation of a device 1 for electrical charge compensation between series-connected energy storage modules E1, E2, E3 and E4. In this embodiment, the device 1 three DC-DC converters DCDC1, DCDC2 and DCDC3. The DC-DC converter DCDC1, DCDC2, DCDC3 are arranged such that in each case energy can be exchanged between two adjacent energy storage modules E1, E2, E3 and E4. For example, if the energy storage module E2 has a too low state of charge, then energy can be loaded from the energy storage module E1 as well as from the energy storage module E3 into the energy storage module E2. This can happen at the same time. If the DC-DC converters DCDC1, DCDC2 and DCDC3 are designed only for unidirectional energy exchange, then it is only possible to exchange energy with one of the respective partners. Thus, depending on the direction, the energy is distributed either evenly down the line S1 or outwards evenly in the line S1. In order to achieve a complete chain, it is conceivable in a unidirectional embodiment of the DC-DC converter DCDC1, DCDC2, DCDC3 that the last energy storage module E4 is connected to the first energy storage module E1 via a further, not shown DC-DC converter.

Die Vorrichtung 1 weist des Weiteren eine Steuereinheit CTRL sowie erste Kommunikationsschnittstelle COM1 und eine zweite Kommunikationsschnittstelle COM2 auf. Die Steuereinheit CTRL ist direkt mit der ersten Kommunikationsschnittstelle COM1 verbunden. Die erste Kommunikationsschnittstelle COM1 kann dabei beispielsweise zum Einbinden von Steuereinheiten CTRL einzelner Stränge S1, ..., Sn in übergeordnete Steuersysteme verwendet werden. Auch mehrere Steuereinheiten CTRL in einem einzelnen Strang S1 können so untereinander kommunizieren. Die zweite Kommunikationsschnittstelle COM2 weist dabei Verbindungen zu jedem der Energiespeichermodule E1, ..., E4 des Strangs S1 auf. Auf diese Weise können Daten, die im Energiespeichermodul E1, ..., E4 bereits vorliegen, auch in der Vorrichtung verwendet werden. Dabei kann es sich z.B. um Daten eines Batteriemanagementsystems in den Energiespeichermodulen E1, ..., E4 handeln. Weiterhin ist denkbar, dass die Steuereinheiten als Datenaggregatoren fungieren und die Daten der untergeordneten Energiespeichermodule sammeln oder sogar aufbereiten und schließlich für übergeordnete Steuerungen zur Verfügung stellen.The device 1 furthermore has a control unit CTRL and first communication interface COM1 and a second communication interface COM2. The control unit CTRL is directly connected to the first communication interface COM1. The first communication interface COM1 can be used for example for integrating control units CTRL individual strands S1, ..., Sn in higher-level control systems. Also, several control units CTRL in a single strand S1 can communicate with each other. In this case, the second communication interface COM2 has connections to each of the energy storage modules E1,..., E4 of the string S1. In this way, data already present in the energy storage module E1,..., E4 can also be used in the device. This may be, for example, data from a battery management system in the energy storage modules E1,..., E4. It is also conceivable that the control units act as data aggregators and collect or even process the data of the subordinate energy storage modules and finally make them available for higher-level control systems.

3 zeigt einen Wechselrichter INV, der ein dreiphasiges Netz über seine Schaltelemente mit einem Gleichspannungszwischenkreis DCL+, DCL-, dessen positiver Schiene DCL+ und dessen negativer Schiene DCL- verbindet. Die Schaltelemente sind in diesem Fall Thyristoren, alternativ sind entsprechend weitere Bauteile der Leistungselektronik für Hochvoltanwendungen, wie IGBTs, GTOs, etc., denkbar. Im Zwischenkreis DCL+, DCL- befinden sich beispielhaft zwei Stränge S1, S2, wobei durch die Punkte angedeutet ist, dass sich im Zwischenkreis DCL+, DCL-, je nach Leistungsbedarf, noch weitere Stränge befinden können. Die Stränge S1, S2 sind durch die Energiespeichermodule E11, ..., E24 aufgebaut. Die Stränge S1, S2 weisen jeweils eine Vorrichtung 1 auf, die zum elektrischen Ladungsausgleich zwischen den Energiespeichermodulen E11, ..., E14 innerhalb des ersten Strangs S1 und den Energiespeichermodulen E21, ..., E24 innerhalb des zweiten Strangs S2 ausgebildet sind. Die Vorrichtungen 1 zum elektrischen Ladungsausgleich weisen jeweils eine Steuereinheit CTRL sowie eine zweite Kommunikationsschnittstelle COM2 zur Kommunikation mit den jeweiligen Modulen E11, ..., E24 des jeweiligen Strangs S1, S2 auf. Nicht gezeigt, aber ebenso möglich ist es, dass die Vorrichtung 1 eine oder mehrere erste Kommunikationsschnittstellen COM1 aufweist. Diese erste Kommunikationsschnittstelle COM1 kann dazu ausgebildet sein, mit weiteren Vorrichtungen von anderen Strängen S1, S2 zu kommunizieren und/oder die Vorrichtung 1 in eine übergeordnete Steuerung einzubinden. Für die Kommunikationsschnittstellen COM1, COM2 ist es denkbar, dass diese als gängige industrielle Schnittstellen ausgebildet sind. Hierbei wären zu nennen: PROFIBUS, PROFINET, weitere Ethernet-basierte Schnittstellen, oder weitere Bussysteme. Es ist ebenso denkbar, dass eine der beiden Kommunikationsschnittstellen COM1, COM2 die Vorrichtung zur Einbindung in ein cyberphysisches System ertüchtigt. 3 shows an inverter INV, which connects a three-phase network via its switching elements with a DC intermediate circuit DCL +, DCL-, its positive rail DCL + and its negative rail DCL-. The switching elements are in this case thyristors, alternatively, further components of the power electronics for high-voltage applications, such as IGBTs, GTOs, etc., conceivable. In the intermediate circuit DCL +, DCL- there are two strings S1, S2 by way of example, it being indicated by the dots that in the intermediate circuit DCL +, DCL-, depending on the power requirement, even more strings can be located. The strings S1, S2 are constructed by the energy storage modules E11, ..., E24. The strands S1, S2 each have a device 1 on, for the electrical charge balance between the energy storage modules E11, ..., E14 within the first strand S1 and the energy storage modules E21, ..., E24 are formed within the second strand S2. The devices 1 For electrical charge equalization, a control unit CTRL and a second communication interface COM2 each have a communication with the respective modules E11,..., E24 of the respective string S1, S2. Not shown, but equally possible is that the device 1 has one or more first communication interfaces COM1. This first communication interface COM1 can be designed to communicate with other devices of other strands S1, S2 and / or the device 1 into a higher-level control system. For the communication interfaces COM1, COM2, it is conceivable that these are designed as common industrial interfaces. These include: PROFIBUS, PROFINET, further Ethernet-based interfaces, or other bus systems. It is also conceivable that one of the two communication interfaces COM1, COM2 upgrades the device for integration into a cyber-physical system.

4 zeigt den Umrichter INV aus 3, der um einen Zwischenkreiskondensator CDCL erweitert wurde. Der Zwischenkreiskondensator CDCL kann dabei als eine Kondensatorbank aus mehreren Kondensatoren ausgebildet sein. Der Zwischenkreiskondensator ermöglicht es Lastspitzen besser abzudecken und die Energiespeichermodule können dementsprechend bezüglich Lastspitzenfestigkeit etwas konservativer ausgelegt werden, womit sich u.U. ein günstigeres System erreichen lässt. 4 shows the inverter INV 3 , which was extended by a DC link capacitor CDCL. The DC link capacitor CDCL can be designed as a capacitor bank of a plurality of capacitors. The DC link capacitor makes it possible to better cover peak loads, and the energy storage modules can accordingly be made somewhat more conservative in terms of load peak strength, which may allow a more favorable system to be achieved.

5 zeigt zwei Stränge S1, S2, wobei die Energiespeichermodule E11, ..., E24 der beiden Stränge S1, S2 mit einer einzigen Vorrichtung verbunden sind. Die Vorrichtung 1 kann dabei derart ausgebildet sein, dass sie wahlweise Energiespeichermodule E11, ..., E14 des ersten Strangs S1 oder die Energiespeichermodule E21, ..., E24 des zweiten Strangs S2 einen Ladungsausgleich durchführt. Auf diese Art und Weise können mit einem Gleichspannungswandler und einer entsprechenden Umschaltelektronik abwechselnd jeweils zwei Energiespeichermodule E11, ..., E14 des ersten Strangs S1 und zwei Energiespeichermodule E21, ..., E24 des zweiten Strangs S2 ein Ladungsausgleich durchgeführt werden. Die Anzahl der notwendigen Gleichspannungswandler reduziert sich also dementsprechend. 5 shows two strands S1, S2, wherein the energy storage modules E11, ..., E24 of the two strands S1, S2 are connected to a single device. The device 1 In this case, it can be embodied such that it optionally carries out charge equalization of energy storage modules E11,..., E14 of first strand S1 or energy storage modules E21,..., E24 of second strand S2. In this way, two energy storage modules E11,..., E14 of the first strand S1 and two energy storage modules E21,..., E24 of the second strand S2 can alternately carry out a charge equalization with a DC-DC converter and corresponding switching electronics. The number of required DC-DC converter thus reduces accordingly.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Vorrichtung 1 zum elektrischen Ladungsausgleich in zumindest einem Strang S1, ..., Sn aus in Serie geschalteten Energiespeichermodulen E1, ..., En, wobei die Energiespeichermodule E1, ..., En jeweils mehrere in Serie und/oder parallel geschaltete Energiespeicherzellen C1, ...,Cn aufweisen, aufweisend zumindest einen Gleichspannungswandler DCDC1, ..., DCDCn. Um eine Vorrichtung anzugeben, die es ermöglicht, einen elektrischen Ladungsausgleich in einem Strang aus in Serie geschalteten Energiespeichermodulen aufwandsarm und effizient durchzuführen wird vorgeschlagen, dass der Gleichspannungswandler DCDC1, ..., DCDCn derart in Verbindung mit zumindest einem ersten Energiespeichermodul E1 und einem zweiten Energiespeichermodul E2 steht, dass elektrische Ladung zumindest vom ersten Energiespeichermodul E1 in das zweite Energiespeichermodul E2 ladbar ist, wobei das erste Energiespeichermodul E1 und das zweite Energiespeichermodul E2 direkt in Serie geschaltet sind.In summary, the invention relates to a device 1 for electrical charge equalization in at least one string S1,..., Sn from series-connected energy storage modules E1,..., En, the energy storage modules E1,..., En each having a plurality of energy storage cells C1, C1 connected in series and / or in parallel. .., Cn, comprising at least one DC-DC converter DCDC1, ..., DCDCn. In order to provide a device which makes it possible to carry out electrical charge balancing in a string of series-connected energy storage modules with little effort and efficiently, it is proposed that the DC-DC converter DCDC1,..., DCDCn in such a way in conjunction with at least a first energy storage module E1 and a second energy storage module E2 is that electrical charge can be charged at least from the first energy storage module E1 in the second energy storage module E2, wherein the first energy storage module E1 and the second energy storage module E2 are connected directly in series.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2011/0115436 A1 [0006]US 2011/0115436 A1 [0006]

Claims (14)

Vorrichtung (1) zum elektrischen Ladungsausgleich in zumindest einem Strang (S1, ..., Sn) aus in Serie geschalteten Energiespeichermodulen (E1, ..., En), wobei die Energiespeichermodule (E1, ..., En) jeweils mehrere in Serie und/oder parallel geschaltete Energiespeicherzellen (C1, ..., Cn) aufweisen, aufweisend zumindest einen Gleichspannungswandler (DCDC1, ..., DCDCn), dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (DCDC1, ..., DCDCn) derart in Verbindung mit zumindest einem ersten Energiespeichermodul (E1) und einem zweiten Energiespeichermodul (E2) steht, dass elektrische Ladung zumindest vom ersten Energiespeichermodul (E1) in das zweite Energiespeichermodul (E2) ladbar ist, wobei das erste Energiespeichermodul (E1) und das zweite Energiespeichermodul (E2) direkt in Serie geschaltet sind.Device (1) for electrical charge compensation in at least one strand (S1, ..., Sn) from series-connected energy storage modules (E1, ..., En), wherein the energy storage modules (E1, ..., En) each have several in Series and / or parallel-connected energy storage cells (C1, ..., Cn), comprising at least one DC-DC converter (DCDC1, ..., DCDCn), characterized in that the DC-DC converter (DCDC1, ..., DCDCn) in such a way with at least one first energy storage module (E1) and a second energy storage module (E2) is that electrical charge at least from the first energy storage module (E1) in the second energy storage module (E2) can be loaded, wherein the first energy storage module (E1) and the second energy storage module (E2 ) are connected directly in series. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Gleichspannungswandler (DCDC1, ..., DCDCn) zum bidirektionalen Austausch von elektrischer Ladung zwischen dem ersten Energiespeichermodul (E1) und dem zweiten Energiespeichermodul (E2) ausgebildet ist.Device after Claim 1 , wherein the DC-DC converter (DCDC1, ..., DCDCn) for bidirectional exchange of electrical charge between the first energy storage module (E1) and the second energy storage module (E2) is formed. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Steuereinheit (CTRL), die zur Ansteuerung des zumindest einen Gleichspannungswandlers (DCDC1, ..., DCDCn) ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, further comprising a control unit (CTRL), which is designed to control the at least one DC-DC converter (DCDC1, ..., DCDCn). Vorrichtung nach Anspruch 3, ferner aufweisend eine erste Kommunikationsschnittstelle (COM1), die zur Kommunikation der Vorrichtungen (1) untereinander und/oder der Vorrichtung (1) mit einer übergeordneten Steuerung ausgebildet ist.Device after Claim 3 , further comprising a first communication interface (COM1), which is designed to communicate the devices (1) with each other and / or the device (1) with a higher-level controller. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Steuereinheit (CTRL) derart ausgebildet ist, dass sie einen Ladungsausgleich zwischen Energiespeichermodulen (E1, ..., En) in einem Strang (S1, ..., Sn) autark durchführt.Device after Claim 3 or 4 , wherein the control unit (CTRL) is designed such that it carries out a charge equalization between energy storage modules (E1, ..., En) in a train (S1, ..., Sn) autonomously. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Gleichspannungswandler (DCDC1, ..., DCDCn) einen ersten Anschluss (DC+) einen zweiten Anschluss (DC-) und einen Mittelpunkt (DCM) aufweist, wobei das erste Energiespeichermodul (E1) mit dem ersten Anschluss (DC+) und dem Mittelpunkt (DCM) verbunden ist und das zweite Energiespeichermodul (E2) mit dem zweiten Anschluss (DC-) und dem Mittelpunkt (DCM) verbunden ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the at least one DC-DC converter (DCDC1, ..., DCDCn) has a first terminal (DC +) a second terminal (DC) and a center (DCM), wherein the first energy storage module (E1) with the first terminal (DC +) and the center (DCM) is connected and the second energy storage module (E2) to the second terminal (DC) and the center (DCM) is connected. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend zumindest eine Erfassungseinrichtung, die zum Erfassen einer für den Ladezustand der Energiespeichermodule (E1, ..., En) charakteristischen Größe ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, further comprising at least one detection device, which is designed to detect a characteristic of the state of charge of the energy storage modules (E1, ..., En) size. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Energiespeichermodul (E1, ..., En) eine Modulspannung von zumindest 40V, insbesondere von zumindest 100V, aufweist.Device according to one of the preceding claims, wherein an energy storage module (E1, ..., En) has a module voltage of at least 40V, in particular of at least 100V. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Strang (S1, ..., Sn) eine Strangspannung von zumindest 1500V, insbesondere zumindest 5kV, aufweist.Device according to one of the preceding claims, wherein a strand (S1, ..., Sn) has a strand voltage of at least 1500V, in particular at least 5kV. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine zweite Kommunikationsschnittstelle (COM2), die zur Kommunikation mit den Energiespeichermodulen (E1, ..., En) ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, further comprising a second communication interface (COM2), which is designed for communication with the energy storage modules (E1, ..., En). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gleichspannungswandler (DCDC1, ..., DCDCn) zur Spannungsversorgung durch zumindest eines der Energiespeichermodule (E1, ..., En) ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the DC-DC converter (DCDC1, ..., DCDCn) for power supply by at least one of the energy storage modules (E1, ..., En) is formed. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gleichspannungswandler (DCDC1, ..., DCDCn) zur Spannungsversorgung durch zumindest eine externe Spannungsquelle ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the DC-DC converter (DCDC1, ..., DCDCn) is designed for power supply by at least one external voltage source. Wechselrichter (INV), insbesondere Matrix-Wechselrichter, aufweisend zumindest einen Zwischenkreis (DCL), wobei der Zwischenkreis (DCL) zumindest einen Strang (S1, ..., Sn) von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen (E1, ..., En) aufweist, wobei der Strang (S1, ..., Sn) zumindest eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-12 aufweist.Inverter (INV), in particular matrix inverter, having at least one intermediate circuit (DCL), wherein the intermediate circuit (DCL) at least one strand (S1, ..., Sn) of series-connected energy storage modules (E1, ..., En) wherein the strand (S1, ..., Sn) at least one device according to one of Claims 1 - 12 having. Wechselrichter nach Anspruch 13, wobei der Zwischenkreis zumindest einen Zwischenkreiskondensator (CDC) aufweist.Inverter after Claim 13 , wherein the intermediate circuit has at least one intermediate circuit capacitor (CDC).
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