CH713423A2 - Schiffs- oder Kraftwerksspannungsversorgungssystem. - Google Patents

Schiffs- oder Kraftwerksspannungsversorgungssystem. Download PDF

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CH713423A2 CH00125/18A CH1252018A CH713423A2 CH 713423 A2 CH713423 A2 CH 713423A2 CH 00125/18 A CH00125/18 A CH 00125/18A CH 1252018 A CH1252018 A CH 1252018A CH 713423 A2 CH713423 A2 CH 713423A2
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schiffsspannungsversorgungssystem (10) zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers eines Schiffs mit einer elektrischen Ziel-Spannung und einer elektrischen Ziel-Energie, mit mehreren Automobil-Traktionsbatteriemodulen (11). Jedes Automobil-Traktionsbatteriemodul (11) weist eine elektrische Ist-Spannung und eine elektrische Ist-Energie auf. Die Automobil-Traktionsbatteriemodule (11) sind abhängig von der elektrischen Ziel-Spannung, der elektrischen Ist-Spannung, der elektrischen Ziel-Energie und der elektrischen Ist-Energie in Reihenschaltungen zu mehreren Traktionsbatteriemodul-Untergruppen (17a, 17b, 17c) und/oder in einer Parallelschaltung zu mindestens einer Traktionsbatteriemodul-Gruppe (12a, 12b, 12c) verschaltet. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftwerksspannungsversorgungssystem.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Schiffsspannungsversorgungssystem oder Kraftwerksspannungsversorgungssystem.
[0002] Auch auf Schiffen spielen elektrische Antriebe z.B. zur Hybridisierung des Antriebssystems eine immer stärkere Rolle. Zum Betrieb elektrischer Verbraucher eines Schiffs, wie zum Beispiel zum Betrieb von elektrischen Maschinen, die dem Antrieb des Schiffs dienen, werden elektrische Schiffsspannungsversorgungssystem benötigt, um die elektrische Maschine bzw. den elektrischen Verbraucher mit einer ausreichenden elektrischen Spannung bzw. ausreichenden elektrischen Energie zu versorgen. Es besteht Bedarf an einen Schiffsspannungsversorgungs-system, das mit geringem Aufwand und demnach mit geringen Kosten einem elektrischen Verbraucher eines Schiffs eine gewünschte elektrische Ziel-Spannung und eine gewünschte elektrische Ziel-Energie bereitstellen kann. Auch bei stationären Anwendungen in Kraftwerken existieren vergleichbare Anforderungen. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Schiffs- oder Kraftwerksspannungsversorgungssystem zu schaffen.
[0003] Diese Aufgabe wird durch ein Schiffsspannungsversorgungssystem nach Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemässe Schiffsspannungsversorgungssystem weist mehreren Automobil-Traktionsbatteriemodule auf, wobei jedes Automobil-Traktionsbatteriemodul eine elektrische Ist-Spannung und eine elektrischen Ist-Energie aufweist. Die mehreren Automobil-Traktionsbatteriemodule sind abhängig von der elektrischen Ziel-Spannung, der elektrischen Ist-Spannung, der elektrischen Ziel-Energie und der elektrischen Ist-Energie in Reihenschaltungen zu mehreren Traktionsbatteriemodul-Untergruppen und/oder in einer Parallelschaltung zu mindestens einer Traktionsbatteriemodul-Gruppe verschaltet.
[0004] Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, in einem Schiffsspannungsversorgungssystem auf Automobil-Traktionsbatteriemodule zurückzugreifen, die aus automobilen Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich bekannt sind. Da derartige Automobil-Traktionsbatteriemodule jedoch hinsichtlich ihrer elektrischen Ist-Spannung und/oder elektrischen Ist-Energie von der Ziel-Spannung und/oder der Ziel-Energie des elektrischen Verbrauchers des Schiffs abweichen, schlägt die Erfindung eine definierte Verschaltung der Automobil-Traktionsbatteriemodule vor. Die Erfindung ermöglicht es, mit einfachem Aufwand unter Verwendung von Automobil-Traktionsbatteriemodulen ein Schiffsspannungsversorgungssystem bereitzustellen, welches einen elektrischen Verbraucher des Schiffs, so zum Beispiel eine dem Antrieb des Schiffs dienende elektrische Maschine, mit einer gewünschten elektrischen Ziel-Spannung sowie elektrischen Ziel-Energie versorgt.
[0005] Dann, wenn die elektrische Ist-Spannung der Automobil-Traktionsbatteriemodule der elektrischen Ziel-Spannung des elektrischen Verbrauchers entspricht, sind mehrere Automobil-Traktionsbatteriemodule zu mindestens einer Traktionsbatteriemodul-Gruppe parallel geschaltet. Dann, wenn die elektrische Ist-Spannung der Automobil-Traktionsbatteriemodule kleiner als die elektrische Ziel-Spannung des elektrischen Verbrauchers ist, sind mehrere AutomobilTraktionsbatteriemodule zu einer Traktionsbatteriemodul-Untergruppe in Reihe geschaltet und mehrere Traktionsbatteriemodul-Untergruppen zu mindestens einer Traktionsbatteriemodul-Gruppe parallel geschaltet. Eine solche elektrische Verschaltung der Automobil-Traktionsbatteriemodule ist bevorzugt, um den elektrischen Verbraucher des Schiffs mit der elektrischen Ziel-Spannung und elektrischen Ziel-Energie zu versorgen.
[0006] Vorzugsweise sind die Automobil-Traktionsbatteriemodule über ein Automobil-CAN-Bussystem ansteuerbar. Hiermit kann mit geringem Aufwand und Verwendung von Automobil-CAN-Bussystemen eine Ansteuerung der AutomobilTraktionsbatteriemodule erfolgen. Hierdurch kann ein einfaches und kostengünstiges Schiffsspannungsversorgungssystem bereitgestellt werden.
[0007] Nach einer Weiterbildung weist das Schiffsspannungsversorgungssystem mehrere elektrisch parallel geschaltete Traktionsbatteriemodul-Gruppen auf, wobei die Anzahl der Automobil-Traktionsbatteriemodule je TraktionsbatteriemodulGruppe von der Steuersignalkapazität des Automobil-CAN-Bussystems abhängig ist, wobei die Automobil-Traktionsbatteriemodule jeder Traktionsbatteriemodul-Gruppe jeweils an ein gruppenindividuelles Automobil-CAN-Bussystem angeschlossen sind, wobei die Anzahl der Traktionsbatteriemodul-Gruppen von der elektrischen Ziel-Energie des elektrischen Verbrauchers abhängig ist, und wobei die gruppenindividuellen Automobil-CAN-Bussysteme an eine übergeordnete Steuerungseinrichtung angeschlossen sind. Diese Weiterbildung ist besonders bevorzugt, um unter Verwendung von AutomobilTraktionsbatteriemodulen sowie Automobil-CAN-Bussystemen ein Schiffsspannungsversorgungssystem bereitzustellen, welches einem elektrischen Verbraucher des Schiffs die gewünschte elektrische Ziel-Spannung und elektrische Ziel-Energie bereitstellt.
[0008] Das erfindungsgemässe Kraftwerksspannungsversorgungssystem ist in Anspruch 8 definiert.
[0009] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine erstes erfindungsgemässes Schiffsspannungsversorgungssystem; und Fig. 2 ein zweites erfindungsgemässes Schiffsspannungsversorgungssystem.
[0010] Die Erfindung betrifft ein Schiffsspannungsversorgungssystem 10 zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers eines Schiffs mit einer elektrischen Ziel-Spannung und einer elektrischen Ziel-Energie.
CH 713 423 A2 [0011] Die Erfindung betrifft auch ein Kraftwerksspannungsversorgungssystem zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers eines Kraftwerksmit einer elektrischen Ziel-Spannung und einer elektrischen Ziel-Energie. Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Schiffsspannungsversorgungssysteme beschrieben. Die Erfindungen gelten jedoch auch für Kraftwerksspannungsversorgungssysteme.
[0012] Das Schiffsspannungsversorgungssystem 10 weist mehrere Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 auf, wobei jedes Automobil-Traktionsbatteriemodul 11 eine elektrische Ist-Spannung und eine elektrische Ist-Energie aufweist bzw. bereitstellt.
[0013] Die Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 sind abhängig von der elektrischen Ziel-Spannung, der elektrischen Ist-Spannung, der elektrischen Ziel-Energie und der elektrischen Ist-Energie zu mehreren Traktionsbatteriemodul-Untergruppen in Reihenschaltungen und/oder zu mindestens einer Traktionsbatteriemodul-Gruppe in einer Parallelschaltung verschaltet.
[0014] Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Schiffsspannungsversorgungssystems 10 mit mehreren Automobil-Traktionsbatteriemodulen 11, wobei in Fig. 1 exemplarisch fünf derartige Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 gezeigt sind. Sämtliche Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 sind im Sinne von Parallelschaltungen zu mindestens einer Traktionsbatteriemodul-Gruppe verschaltet, nämlich in Fig. 1 zu zwei Traktionsbatteriemodul-Gruppen 12a, 12b, wobei die Traktionsbatteriemodul-Gruppe 12a in Fig. 1 drei Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 und die Traktionsbatteriemodul-Gruppe 12b zwei Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 umfasst.
[0015] In Fig. 1 sind nicht nur die Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 der jeweiligen Traktionsbatteriemodul-Gruppe 12a, 12b jeweils parallel zueinander geschaltet, vielmehr sind auch die Traktionsbatteriemodul-Gruppen 12a, 12b parallel zueinander geschaltet, sodass sämtliche Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 der Traktionsbatteriemodul-Gruppen 12a, 12b im Sinne einer Parallelschaltung an eine gemeinsame Spannungsversorgungsleitung 18 geschaltet sind, über die mindestens ein elektrischer Verbraucher des Schiffs, insbesondere eine als Antriebsquelle dienende elektrische Maschine, mit der gewünschten Ziel-Spannung und der gewünschten Ziel-Energie versorgt werden kann.
[0016] In Fig. 1 entspricht die Ist-Spannung der Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 der elektrischen Ziel-Spannung des elektrischen Verbrauchers, die Anzahl der parallel miteinander verschalteten Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 hängt von der benötigten elektrischen Ziel-Energie ab.
[0017] Die Ansteuerung der Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 erfolgt über Automobil-CAN-Bussysteme. Derartige Automobil-CAN-Bussysteme verfügen über eine beschränkte Steuersignalkapazität. Daher werden die AutomobilTraktionsbatteriemodule 11 einer jeden Traktionsbatteriemodul-Gruppe 12a, 12b jeweils über ein gruppenindividuelles Automobil-CAN-Bussystem 13a, 13b angesteuert, nämlich die Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 der Traktionsbatteriemodul-Gruppe 12a über das Automobil-CAN-Bussystem 13a und die Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 der Traktionsbatteriemodul-Gruppe 12b überdas Automobil-CAN-Bussysteme 13b. Buscontroller 14a, 14b koordinieren die Übertragung der Steuersignale über das jeweilige Automobil-CAN-Bussystem 13a, 13b, wobei die Automobil-CAN-Bussysteme 13a, 13b bzw. die Bus-Controller 14a, 14b an ein übergeordnetes Bussystem 15 angeschlossen sind, um über dieses übergeordnete Bussystem 15 mit einer übergeordneten Steuerungseirichtung 16 Daten auszutauschen.
[0018] Ein weiteres erfindungsgemässes Schiffsspannungsversorgungssystem 10 zeigt Fig. 2. Beim Schiffsspannungsversorgungssystem 10 der Fig. 2 sind insgesamt zwölf Automobil-Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 vorhanden, wobei jeweils vier der Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 zu einer Traktionsbatteriemodul-Gruppe 12a, 12b, 12c verschaltet sind. Innerhalb jeder Traktionsbatteriemodul-Gruppe 12a, 12b und 12c sind jeweils zwei der vier Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 im Sinne einer Reihenschaltung zu Traktionsbatteriemodul-Untergruppen 17a, 17b bzw. 17c verschaltet, wobei die Traktionsbatteriemodul-Untergruppen 17a, 17b bzw. 17c im Sinne einer Parallelschaltung zu der jeweiligen Traktionsbatteriemodul-Gruppe 12a, 12b bzw. 12c verschaltet sind.
[0019] In Fig. 2 ist demnach die elektrische Ist-Spannung der Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 kleiner als die elektrische Ziel-Spannung des elektrischen Verbrauchers des Schiffs, wobei die Anzahl der in einer Reihe verschalteten und zu einer Traktionsbatteriemodul-Untergruppe 17a, 17b bzw. 17b verschalteten Automobil-Traktionsbatteriemodule 11a vom Verhältnis der Ist-Spannung zur Ziel-Spannung abhängig ist.
[0020] Die Anzahl der Traktionsbatteriemodul-Gruppen 12a, 12b, 12c ist vom Verhältnis der Ist-Energie zur benötigten Ziel-Energie abhängig. Die parallel geschalteten Traktionsbatteriemodul-Gruppen 12a, 12b, 12c sind an eine gemeinsame Spannungsversorgungsleitung 18 angeschlossen.
[0021] Mit jeder Traktionsbatteriemodul-Gruppe 12a, 12b, 12c wirkt wiederum ein gruppenindividuelles Automobil-CANBussystem 13a, 13b bzw. 13c zusammen, wobei diesbezüglich Buscontroller 14a, 14b, 14c mit einem übergeordneten Busssystem 15 gekoppelt sind, um mit der übergeordneten Steuerungseinrichtung 16 zu kommunizieren. Die Anzahl der Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 je Traktionsbatteriemodul-Gruppe 12a, 12b, 12c hängt dabei wiederum von der Steuersignalkapazität des Automobil-CAN-Bussystems ab.
[0022] Die Erfindung erlaubt es unter Verwendung bekannter und verfügbarer Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 sowie bekannter und verfügbarer Automobil-CAN-Bussysteme 13, 15 ein elektrisches Schiffsspannungsversorgungssystem 10 aufzubauen, um mindestens einen elektrischen Verbraucher eines Schiffs mit einer gewünschten elektrischen Ziel3
CH 713 423 A2
Spannung und einer gewünschten elektrischen Ziel-Energie zu versorgen, sodass das Schiffsspannungsversorgungssystem 10 kostengünstig und zuverlässig unter Verwendung an sich bekannter Baugruppen aufgebaut werden kann. Die elektrische Ist-Energie bekannter Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 liegt zwischen 10 kWh und 100 kWh, insbesondere in der Grössenordnung von 20 kWh. Die elektrische Ziel-Energie des elektrischen Verbrauchers des Schiffs ist typischerweise grösser als 1000 kWh, liegt typischerweise in der Grössenordnung mehrerer MWh.
[0023] Bei der parallelen Anordnungen der Automobil-Traktionsbatteriemodule 11 (siehe Fig. 1) und bei der parallelen Anordnungen von in Serie geschalteten Automobil-Traktionsbatteriemodulen 11 bzw. bei der parallelen Anordnungen von Traktionsbatteriemodul-Untergruppen 17 (siehe Fig. 2) ergibt sich eine sehr hohe Redundanz. Kommt es zu einem Fehler in einem Automobil-Traktionsbatteriemodul 11 und muss dieses in Folge zum Schutz abgeschaltet werden, kann die elektrische Spannungsversorgung weiter aufrecht werden. Bei entsprechend grosser Anzahl an parallelen Automobil-Traktionsbatteriemodulen 11 oder parallelen Traktionsbatteriemodul-Untergruppen 17 ist ein Leistungs- bzw. Energiemalus gering. Ein solcher Fehlerfall wird über das Automobil-CAN-Bussystem erkannt. Der Ausfall von Automobil-Traktionsbatteriemodulen 11 wird entsprechend an ein übergeordnetes Leitsystem gemeldet.
Bezugszeichenliste
[0024]
10 Schiffsspannungsversorgungssystem
11 Automobil-Traktionsbatteriemodul
12a Traktionsbatteriemodul-Gruppe
12b Traktionsbatteriemodul-Gruppe
12c Traktionsbatteriemodul-Gruppe
13a Automobil-CAN-Bussystem
13b Automobil-CAN-Bussystem
13c Automobil-CAN-Bussystem
14a Buscontroller
14b Buscontroller
14c Buscontroller
15 Bussystem
16 Steuerungseinrichtung
17 Traktionsbatteriemodul-Untergruppe
17b Traktionsbatteriemodul-Untergruppen
17c Traktionsbatteriemodul-Untergruppen
18 Spannungsversorgungsleitung

Claims (9)

  1. Patentansprüche
    1. Schiffsspannungsversorgungssystem (10) zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers eines Schiffs mit einer elektrischen Ziel-Spannung und einer elektrischen Ziel-Energie, mit mehreren Automobil-Traktionsbatteriemodulen (11), wobei jedes Automobil-Traktionsbatteriemodul (11) eine elektrische Ist-Spannung und eine elektrischen Ist-Energie aufweist;
    wobei die Automobil-Traktionsbatteriemodule (11) anhängig von der elektrischen Ziel-Spannung, der elektrischen IstSpannung, der elektrischen Ziel-Energie und der elektrischen Ist-Energie in Reihenschaltungen zu mehreren Traktionsbatteriemodul-Untergruppen (17a, 17b, 17c) und/oder in einer Parallelschaltung zu mindestens einer Traktionsbatteriemodul-Gruppe (12a, 12b, 12c) verschaltet sind.
  2. 2. Schiffsspannungsversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die elektrische Ist-Spannung der Automobil-Traktionsbatteriemodule (11) der elektrischen Ziel-Spannung des elektrischen Verbrauchers entspricht, mehrere Automobil-Traktionsbatteriemodule (11) zu mindestens einer Traktionsbatteriemodul-Gruppe (12a, 12b) parallel geschaltet sind.
    CH 713 423 A2
  3. 3. Schiffsspannungsversorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die elektrische Ist-Spannung der Automobil-Traktionsbatteriemodule (11) kleiner als die elektrische Ziel-Spannung des elektrischen Verbrauchers ist, mehrere Automobil-Traktionsbatteriemodule (11) zu einer Traktionsbatteriemodul-Untergruppe (17a, 17b, 17c) in Reihe geschaltet und mehrere Traktionsbatteriemodul-Untergruppen (17a, 17b, 17c) zu mindestens einer Traktionsbatteriemodul-Gruppe (12a, 12b, 12c) parallel geschaltet sind.
  4. 4. Schiffsspannungsversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Automobil-Traktionsbatteriemodule (12a, 12b, 12c) über ein Automobil-CAN-Bussystem (13a, 13b, 13b) ansteuerbar sind.
  5. 5. Schiffsspannungsversorgungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der AutomobilTraktionsbatteriemodule (11) je Traktionsbatteriemodul-Gruppe (12a, 12b, 12c) von der Steuersignalkapazität des Automobil-CAN-Bussystems (13a, 13b, 13c) abhängig ist.
  6. 6. Schiffsspannungsversorgungssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe mehrere elektrisch parallel geschaltete Traktionsbatteriemodul-Gruppen (12a, 12b, 12c) aufweist, wobei die Anzahl der Automobil-Traktionsbatteriemodule (11) je Traktionsbatteriemodul-Gruppe (12a, 12b, 12c) von der Steuersignalkapazität des Automobil-CAN-Bussystems (13a, 13b, 13c) abhängig ist, wobei die Automobil-Traktionsbatteriemodule (11) jeder Traktionsbatteriemodul-Gruppe (12a, 12b, 12c) jeweils an ein gruppenindividuelles Automobil-CAN-Bussystem (13a, 13b, 13c) angeschlossen sind, wobei die Anzahl der Traktionsbatteriemodul-Gruppen (12a, 12b, 12c) von der Ziel-Energie des elektrischen Verbrauchers abhängig ist, wobei die gruppenindividuellen Automobil-CAN-Bussysteme (13a, 13b, 13c) an eine übergeordnete Steuerungseinrichtung (16) angeschlossen sind.
  7. 7. Schiffsspannungsversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Energie einer jeden Automobil-Traktionsbatteriemoduls (11) zwischen 10 bis 100 kWh beträgt, und dass die Ziel-Energie des elektrischen Verbrauchers grösser als 1000 kWh ist.
  8. 8. Kraftwerksspannungsversorgungssystem zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers eines Kraftwerksmit einer elektrischen Ziel-Spannung und einer elektrischen Ziel-Energie, mit mehreren Automobil-Traktionsbatteriemodulen, wobei jedes Automobil-Traktionsbatteriemodul eine elektrische Ist-Spannung und eine elektrischen Ist-Energie aufweist;
    wobei die Automobil-Traktionsbatteriemodule anhängig von der elektrischen Ziel-Spannung, der elektrischen IstSpannung, der elektrischen Ziel-Energie und der elektrischen Ist-Energie in Reihenschaltungen zu mehreren Traktionsbatteriemodul-Untergruppen und/oder in einer Parallelschaltung zu mindestens einer TraktionsbatteriemodulGruppe verschaltet sind.
  9. 9. Kraftwerksspannungsversorgungssystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Merkmale nach einem der Ansprüche 2 bis 7.
    CH 713 423 A2 s
    /2a s
    /S
    CH 713 423 A2
    -fy- 2L
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