DE102013209396A1 - Gleichspannungswandler und dessen Verwendung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler (1) zur Anpassung einer elektrischen Gleichspannung, umfassend mehrere unabhängig voneinander zu- und abschaltbare Wandlermodule (6 bis 10) und eine Steuerungseinheit (4), die zu einer leistungsabhängigen Zu- und Abschaltung von Wandlermodulen (6 bis 10) ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung wenigstens eines derartigen Gleichspannungswandlers (1) in einer außenluftunabhängigen Antriebsanlage eines Unterseebootes mit wenigstens einer Brennstoffzelle (12).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler zur Anpassung einer elektrischen Gleichspannung und dessen Verwendung in einer außenluftunabhängigen Antriebsanlage eines Unterseebootes.
  • Unter einem Gleichspannungswandler, auch DC-DC-Wandler genannt, wird hier eine elektrische Schaltungsanordnung verstanden, die eine eingangsseitige elektrische Gleichspannung in eine davon verschiedene ausgangsseitige Gleichspannung anpasst.
  • Der Wirkungsgrad von Gleichspannungswandlern ist lastabhängig. Sie weisen nur bei einer bestimmten Belastung den maximalen Wirkungsgrad auf. Unterhalb oder oberhalb dieses spezifischen Arbeitspunktes sinkt der Wirkungsgrad teilweise stark. Die Verluste werden in Wärme umgesetzt und die Betriebstemperatur des Gerätes muss durch eine entsprechende Kühlung, mit zusätzlichem Energieaufwand, innerhalb des zulässigen Bereiches gehalten werden.
  • Gleichspannungswandler werden insbesondere in Antriebsanlagen mit Brennstoffzellen eingesetzt, um die von den Brennstoffzellen erzeugte elektrische Gleichspannung anzupassen, beispielsweise in Antriebsanlagen von Unterseebooten zur Anpassung an eine Bordnetzspannung. Brennstoffzellen haben einen großen Spannungshub, d.h. eine besonders hohe Differenz zwischen einem Minimum und einem Maximum der von ihnen erzeugten elektrischen Spannung, so dass die dabei eingesetzten Gleichspannungswandler hinsichtlich ihrer Eingangsspannung flexibel ausgelegt sein müssen. Die oben genannte Lastabhängigkeit des Wirkungsgrades von Gleichspannungswandlern wirkt sich daher besonders kritisch bei Gleichspannungswandlern aus, die zur Anpassung einer von Brennstoffzellen erzeugten Gleichspannung eingesetzt werden. Gerade bei Antriebsanlagen von Unterseebooten spielt der Wirkungsgrad eine entscheidende Rolle, da er die verfügbare Einsatzzeit des Unterseebootes, insbesondere die Tauchzeit, wesentlich beeinflusst.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hinsichtlich des lastabhängigen Wirkungsgrades verbesserten Gleichspannungswandler anzugeben. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verwendung eines derartigen Gleichspannungswandlers in einer Antriebsanlage eines Unterseebootes mit wenigstens einer Brennstoffzelle anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Gleichspannungswandlers durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Verwendung durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein erfindungsgemäßer Gleichspannungswandler zur Anpassung einer elektrischen Gleichspannung umfasst mehrere unabhängig voneinander zu- und abschaltbare Wandlermodule und eine Steuerungseinheit, die zu einer leistungsabhängigen Zu- und Abschaltung von Wandlermodulen ausgebildet ist.
  • Ein erfindungsgemäßer Gleichspannungswandler ist also modular aus mehreren Wandlermodulen aufgebaut, die unabhängig voneinander mittels einer Steuerungseinheit zu- und abschaltbar sind und auf die die Gesamtleistung des Gleichspannungswandlers aufteilbar ist. Dies ermöglicht vorteilhaft, lastabhängig Wandlermodule zu- und abzuschalten, um den Gleichspannungswandler mit einer für eine jeweilige momentane Last hinsichtlich des Wirkungsgrades optimalen Kombination von Wandlermodulen zu betreiben.
  • Der modulare Aufbau des Gleichspannungswandlers ermöglicht es außerdem vorteilhaft, dass der Gleichspannungswandler bei dem Ausfall eines Wandlermoduls oder mehrerer Wandlermodule nicht vollständig ausfällt, sondern mit den verbleibenden funktionstüchtigen Wandlermodulen (möglicherweise mit verminderter Leistung) weiter betrieben werden kann. Ausgefallene Wandlermodule können ferner vorteilhaft während des Betriebes des Gleichspannungswandlers durch funktionstüchtige Wandlermodule ersetzt werden, ohne dass der gesamte Gleichspannungswandler abgeschaltet werden muss.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung sind alle Wandlermodule zur Abgabe einer gleichen elektrischen Maximalleistung ausgebildet.
  • Dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Ausführung und Steuerung des Gleichspannungswandlers, da alle Wandlermodule gleich ausgelegt sind.
  • Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens zwei Wandlermodule sich voneinander hinsichtlich ihrer elektrischen Maximalleistung unterscheiden.
  • Diese Ausgestaltung ermöglicht es, die Anzahl möglicher Kombinationen von Wandlermodulen mit verschiedenen Maximalleistungen gegenüber der vorgenannten Ausgestaltung der Erfindung zu erhöhen. Dadurch wird vorteilhaft eine noch flexiblere Anpassung des Wirkungsgrades des Gleichspannungswandlers an die jeweilige momentan geforderte Leistung ermöglicht.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Steuerungseinheit eine speicherprogrammierbare Steuerung und/oder eine programmierbare Steuerung mit wenigstens einem Mikroprozessor zur Zu- und Abschaltung einer flexiblen Anzahl von Wandlermodulen aufweist.
  • Die Verwendung einer speicherprogrammierbaren Steuerung oder einer programmierbaren Steuerung mit wenigstens einem Mikroprozessor zur Zu- und Abschaltung einer flexiblen Anzahl von Wandlermodulen ermöglicht es vorteilhaft, die Anzahl von Wandlermodulen des Gleichspannungswandlers zu verändern und an verschiedene Erfordernisse anzupassen. Beispielsweise kann der Gleichspannungswandler auf diese Weise an Antriebsanlagen von Unterseebooten verschiedener Typen angepasst werden, ohne für jeden Typ einen speziellen Gleichspannungswandler konstruieren zu müssen.
  • Eine Weitergestaltung dieser Ausgestaltung sieht ein gemeinsames Gehäuse für die Wandlermodule und die speicherprogrammierbare Steuerung und/oder die programmierbare Steuerung vor.
  • Diese Weitergestaltung ermöglicht eine kompakte, bauraumsparende Ausbildung des Gleichspannungswandlers und erleichtert ferner vorteilhaft die Montage des Gleichspannungswandlers.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Gleichspannungswandler wenigstens ein redundantes Wandlermodul aufweist.
  • Diese Ausgestaltung der Erfindung sieht also vor, dass der Gleichspannungswandler wenigstens ein Wandlermodul mehr aufweist als eigentlich für seinen Betrieb benötigt wird (redundantes Wandlermodul). Auf diese Weise kann auf den Ausfall eines Wandlermoduls immer durch Zuschaltung eines redundanten Wandlermoduls reagiert werden. Wenn ein zusätzliches Wandlermodul so gewählt wird, dass seine Maximalleistung der Maximalleistung der anderen Wandlermodulen des Gleichspannungswandlers entspricht, kann sogar erreicht werden, dass der Ausfall eines der anderen Wandlermodule des Gleichspannungswandlers ohne Leistungseinbuße kompensiert werden kann.
  • Erfindungsgemäße Gleichspannungswandler eignen sich insbesondere zur Verwendung in einer außenluftunabhängigen Antriebsanlage eines Unterseebootes mit einer Brennstoffzellenanlage, die wenigstens eine Brennstoffzelle umfasst, zur Anpassung der von der wenigstens einen Brennstoffzelle erzeugten Gleichspannung.
  • Gleichspannungswandler für eine Antriebsanlage eines Unterseebootes mit wenigstens einer Brennstoffzelle zur Anpassung der von der wenigstens einen Brennstoffzelle erzeugten Gleichspannung an die Bordnetzspannung müssen besonders flexibel hinsichtlich ihrer Eingangsspannung sein, da, wie oben bereits erwähnt wurde, der Spannungshub einer Brennstoffzelle besonders hoch ist. Erfindungsgemäße Gleichspannungswandler eignen sich für diesen Zweck besonders vorteilhaft, da ein erfindungsgemäßer Gleichspannungswandler es ermöglicht, seinen Wirkungsgrad flexibel an die von der wenigstens einen Brennstoffzelle erzeugte Gleichspannung anzupassen, indem er mit einer dafür optimierten Kombination seiner Wandlermodule betrieben wird. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad der Antriebsanlage des Unterseebootes verbessert und die Einsatzfähigkeit des Unterseebootes (insbesondere die verfügbare maximale Tauchzeit) wird erhöht.
  • Bei dieser Verwendung eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers wird vorzugsweise eine von der Brennstoffzellenanlage momentan abzugebende Leistung ermittelt und für die ermittelte momentan abzugebende Leistung werden diejenigen Modulkombinationen von Wandlermodulen des Gleichspannungswandlers, mittels derer die ermittelte abzugebende Leistung jeweils erbracht werden kann, ermittelt und hinsichtlich ihres Wirkungsgrades miteinander verglichen. Weiterhin wird eine optimale Modulkombination von Wandlermodulen ermittelt, die unter den ermittelten und miteinander verglichenen Modulkombinationen einen maximalen Wirkungsgrad aufweist und die Brennstoffzellenanlage wird mit der ermittelten optimalen Modulkombination von Wandlermodulen des Gleichspannungswandlers betrieben.
  • Dies ermöglicht vorteilhaft einen Betrieb der Brennstoffzellenanlage, der hinsichtlich des Wirkungsgrades des verwendeten Gleichspannungswandlers für die von der Brennstoffzellenanlage momentan abzugebende Leistung optimiert ist.
  • Ferner können auch mehrere zueinander elektrisch parallel geschaltete Gleichspannungswandler verwendet werden und bei einem Ausfall eines Wandlermoduls kann statt des ausgefallenen Wandlermoduls ein Wandlermodul eines anderen Gleichspannungswandlers eingesetzt werden. Entsprechend kann bei der Verwendung mehrerer zueinander elektrisch parallel geschalteter Gleichspannungswandler bei einem Ausfall eines Gleichspannungswandlers statt des ausgefallenen Gleichspannungswandlers ein anderer Gleichspannungswandler eingesetzt werden.
  • Diese Ausgestaltungen ermöglichen vorteilhaft, die Antriebsanlage auch dann weiter zu betreiben, wenn ein Wandlermodul oder ein ganzer Gleichspannungswandler ausfällt.
  • Ferner wird bei einem Ausfall eines Wandlermoduls das ausgefallene Wandlermodul vorzugsweise abgeschaltet, aus dem Gleichspannungswandler ausgebaut und durch ein funktionsfähiges Wandlermodul ersetzt.
  • Dies ermöglicht vorteilhaft, ein ausgefallenes Wandlermodul des Gleichspannungswandlers mit relativ geringem Aufwand zu ersetzen. Insbesondere kann diese Ersetzung aufgrund der speziellen Ausführung eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers auch in dessen laufendem Betrieb erfolgen, ohne dass der Gleichspannungswandler zumindest temporär abgeschaltet werden muss.
  • Im Falle einer Brennstoffzellenanlage mit mehreren Brennstoffzellen werden ferner vorzugsweise lastabhängige Wirkungsgradverläufe der Brennstoffzellen erfasst und die Brennstoffzellenanlage wird in Abhängigkeit von der ermittelten momentan abzugebenden Leistung und der erfassten lastabhängigen Wirkungsgradverläufe der Brennstoffzellen derart gesteuert, dass der Wirkungsgrad der Brennstoffzellenanlage maximal ist.
  • Diese Ausgestaltung berücksichtigt, dass der Wirkungsgrad der Brennstoffzellenanlage mit mehreren Brennstoffzellen dadurch weiter verbessert werden kann, dass bei der Steuerung des Betriebs der Brennstoffzellenanlage auch die Lastabhängigkeit der Wirkungsgrade der Brennstoffzellen berücksichtigt wird. Typischerweise ist der Wirkungsgrad von Brennstoffzellen in einem unteren Bereich ihrer Leistungsfähigkeit maximal. Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung kann eine Brennstoffzellenanlage also mit einer Kombination von Brennstoffzellen betrieben werden, so dass möglichst viele Brennstoffzellen dieser Kombination im Bereich ihres maximalen Wirkungsgrades betrieben werden.
  • Im Falle einer Brennstoffzellenanlage mit mehreren Brennstoffzellen wird ferner vorzugsweise bei einem Ausfall eines Anlagenteils der Brennstoffzellenanlage der ausgefallene Anlagenteil abgeschaltet und stattdessen, sofern für die Leistungserbringung nicht alle Anlagenteile benötigt werden, ein funktionsfähiger Anlagenteil zugeschaltet.
  • Auf diese Weise kann vorteilhaft ein Ausfall eines Anlagenteils der Brennstoffzellenanlage kompensiert werden.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Gleichspannungswandlers mit vier Wandlermodulen,
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gleichspannungswandlers mit vier Wandlermodulen,
  • 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzellenanlage und daran gekoppelte Gleichspannungswandler, und
  • 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzellenanlage und daran gekoppelte Gleichspannungswandler.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Gleichspannungswandlers 1 mit einem Eingang 2, einem Ausgang 3, einer Steuerungseinheit 4, einer Busverbindung 5 und vier Wandlermodulen 6.
  • Alle Wandlermodule 6 dieses Ausführungsbeispiels sind gleichartig ausgebildet und ermöglichen daher die Abgabe einer gleichen elektrischen Maximalleistung. Die Wandlermodule 6 sind mittels der Steuerungseinheit 4 unabhängig voneinander zu- und abschaltbar, sodass die maximale elektrische Gesamtleistung des Gleichspannungswandlers 1 das Vierfache der Maximalleistung jedes Wandlermoduls 6 beträgt.
  • Zur Zu- und Abschaltung der Wandlermodule 6 mittels der Steuerungseinheit 4 sind die Wandlermodule 6 mit der Steuerungseinheit 4 über die Busverbindung 5 verbunden. Die Busverbindung 5 kann beliebig ausgeführt sein, beispielsweise kupfergebunden oder als Lichtwellenleiter, und mit jeder Art von Kommunikationsprotokoll betrieben werden. Die Steuerungseinheit 4 weist vorzugsweise eine Kommunikationsschnittstelle des Gleichspannungswandlers 1 nach außen auf.
  • Mittels der Steuerungseinheit 4 wird die von dem Gleichspannungswandler 1 zu erbringende Leistung auf die Wandlermodule 6 derart aufgeteilt, dass sich unter den möglichen Aufteilungen ein optimaler Wirkungsgrad ergibt.
  • Dazu wird eine von dem Gleichspannungswandler 1 momentan abzugebende Leistung ermittelt. Für die ermittelte momentan abzugebende Leistung werden diejenigen Modulkombinationen von Wandlermodulen 6 des Gleichspannungswandlers 1, mittels derer die ermittelte abzugebende Leistung jeweils erbracht werden kann, ermittelt und hinsichtlich ihres Wirkungsgrades miteinander verglichen. Es wird dann eine optimale Modulkombination von Wandlermodulen 6 ermittelt, die unter den ermittelten und miteinander verglichenen Modulkombinationen einen maximalen Wirkungsgrad aufweist, und der Gleichspannungswandler 1 wird mit der ermittelten optimalen Modulkombination von Wandlermodulen 6 betrieben.
  • Beträgt die von dem Gleichspannungswandler 1 abzugebende Leistung beispielsweise höchstens 25% seiner maximalen Gesamtleistung, so genügt es, den Gleichspannungswandler 1 mit nur einem Wandlermodul 6 zu betreiben und die anderen Wandlermodule 6 können abgeschaltet werden. Beträgt die von dem Gleichspannungswandler 1 abzugebende Leistung dagegen mehr als 25% seiner maximalen Gesamtleistung, so wird der Gleichspannungswandler 1 mit wenigstens zwei Wandlermodulen 6 betrieben, wobei nicht benötigte Wandlermodule 6 abgeschaltet werden. Erst wenn die von dem Gleichspannungswandler 1 abzugebende Leistung mehr als 75% seiner maximalen Gesamtleistung beträgt, werden alle vier Wandlermodule 6 benötigt.
  • Meldet eines der jeweils zugeschalteten Wandlermodule 6 einen Fehler, wird es von der Steuerungseinheit 4 abgeschaltet und, sofern verfügbar, wird stattdessen ein anderes Wandlermodul 6 zugeschaltet, ohne dass der Gleichspannungswandler 1 abgeschaltet werden muss. Steht aufgrund der Höhe der Lastanforderung kein weiteres Wandlermodul 6 zur Verfügung, kann der Gleichspannungswandler 1 auch mit reduzierter Leistung weiter betrieben werden. Auf diese Weise wird durch die modulare Struktur des Gleichspannungswandlers 1 auch eine erhöhte Ausfallsicherheit erreicht.
  • 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gleichspannungswandlers 1, das ebenfalls vier Wandlermodule 7 bis 10 aufweist, wobei die Wandlermodule 7 bis 10 im Unterschied zu dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel jedoch zur Abgabe voneinander verschiedener elektrischer Maximalleistungen ausgebildet sind. Beispielsweise sind ein erstes Wandlermodul 7 zur Abgabe einer Maximalleistung von 10%, eine zweites Wandlermodul 8 zur Abgabe einer Maximalleistung von 20%, eine drittes Wandlermodul 9 zur Abgabe einer Maximalleistung von 30% und das vierte Wandlermodul 10 zur Abgabe einer Maximalleistung von 40% der maximalen Gesamtleistung des Gleichspannungswandlers 1 ausgebildet.
  • Durch eine derartige Auslegung der Wandlermodule 7 bis 10 kann der Gleichspannungswandler 1 flexibler an die von ihm abzugebende Leistung angepasst werden als in dem ersten Ausführungsbeispiel. Entsprechend kann der Wirkungsgrad des Gleichspannungswandlers 1 gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von der angeforderten Leistung weiter verbessert werden, da mehr Kombinationen von unterschiedlichen mit den Wandlermodulen 7 bis 10 erzielbaren Maximalleistungen existieren und damit eine feinere Abstufung des Wirkungsgrades des Gleichspannungswandlers 1 als in dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden kann.
  • In beiden Ausführungsbeispielen sind die Wandlermodule 6 bis 10 und optional auch die Steuerungseinheit 4 vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse, beispielsweise einem Schrankgehäuse, angeordnet. Vorzugsweise weist das Gehäuse Einschubfächer für die Wandlermodule 6 bis 10 auf und die Wandlermodule 6 bis 10 sind jeweils mit geeigneten Steckverbindungen anschließbar. Dadurch werden eine einfache Montage und Erweiterbarkeit des Gleichspannungswandlers 1 sowie ein einfacher Austausch von Wandlermodulen 6 bis 10 ermöglicht.
  • Ferner kann die Steuerungseinheit 4 in beiden Ausführungsbeispielen entweder eine speicherprogrammierbare Steuerung oder eine programmierbare Steuerung mit wenigstens einem Mikroprozessor zur Zu- und Abschaltung einer flexiblen Anzahl von Wandlermodulen 6 bis 10 aufweisen, so dass der Gleichspannungswandler 1 in einfacher Weise um weitere Wandlermodule 6 bis 10 erweiterbar und dadurch verschiedenen Anforderungen anpassbar ist. Außerdem kann der Gleichspannungswandler 1 wenigstens ein redundantes Wandlermodul 6 bis 10 aufweisen, um den Ausfall eines Wandlermoduls 6 bis 10 kompensieren zu können.
  • Die 3 und 4 zeigen schematisch jeweils eine Brennstoffzellenanlage 11 einer außenluftunabhängigen Antriebsanlage eines Unterseebootes. Die Brennstoffzellenanlagen 11 weisen jeweils mehrere Brennstoffzellen 12 auf, die an Gleichspannungswandler 1 zur Anpassung einer von den Brennstoffzellen 12 erzeugten elektrischen Gleichspannung an ein Bordnetz 13 des Unterseebootes gekoppelt sind. Die Gleichspannungswandler 1 sind jeweils wie in den 1 oder 2 ausgebildet.
  • Die Brennstoffzellen 12 der in 3 dargestellten Brennstoffzellenanlage 11 sind jeweils unabhängig voneinander an jeweils einen Gleichspannungswandler 1 gekoppelt, dessen Eingang 2 die von der wenigstens einen Brennstoffzelle erzeugte elektrische Spannung zugeführt wird und dessen Ausgang 3 an das Bordnetz 13 angeschlossen ist.
  • Die Brennstoffzellen 12 der in 4 dargestellten Brennstoffzellenanlage 11 sind miteinander verschaltbar und der Ausgang mindestens einer Brennstoffzelle 12 ist an vier parallel zueinander geschaltete Gleichspannungswandler 1 gekoppelt, deren Ausgänge 3 mit dem Bordnetz 13 verbunden sind.
  • Der Wirkungsgrad der in den 3 und 4 dargestellten Brennstoffzellenanlagen 11 wird dabei vorzugsweise dadurch verbessert, dass lastabhängige Wirkungsgradverläufe der Brennstoffzellen 12 mittels einer entsprechenden Automatik, die beispielsweise in die Steuerungseinheit 4 von einem der Gleichspannungswandler 1 integriert sein kann, erfasst werden und die Brennstoffzellenanlagen 11 in Abhängigkeit von der für sie jeweils ermittelten momentan abzugebenden Leistung und der erfassten lastabhängigen Wirkungsgradverläufe der Brennstoffzellen 12 derart gesteuert werden, dass der Wirkungsgrad der Brennstoffzellenanlagen 11 maximal ist.
  • Die Gleichspannungswandler 1 werden wie oben beschrieben mit einer optimalen Modulkombination von Wandlermodulen 6 bis 10 betrieben. Dabei können die Wandlermodule 6 bis 10 einiger Gleichspannungswandler 1 auch komplett abgeschaltet sein, z.B. in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, wenn die zugehörigen Brennstoffzellen 12 nicht betrieben werden, und in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, wenn nicht alle parallel geschalteten Gleichspannungswandler 1 benötigt werden.
  • Bei einem Ausfall einer Brennstoffzelle 12 oder eines kompletten Gleichspannungswandlers 1 wird der defekte Anlagenteil während des Betriebs abgeschaltet und auf einen anderen Anlagenteil umgeschaltet. Dies ermöglicht vorteilhaft, dass die Brennstoffzellenanlage 11, eventuell mit verringerter Leistung, selbst bei einem Ausfall einer Teilanlage weiter betrieben werden kann und somit die Versorgung des Unterseebootes sichergestellt ist.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (15)

  1. Gleichspannungswandler (1) zur Anpassung einer elektrischen Gleichspannung, umfassend – mehrere unabhängig voneinander zu- und abschaltbare Wandlermodule (6 bis 10) – und eine Steuerungseinheit (4), die zu einer leistungsabhängigen Zu- und Abschaltung von Wandlermodulen (6 bis 10) ausgebildet ist.
  2. Gleichspannungswandler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Wandlermodule (6 bis 10) zur Abgabe einer gleichen elektrischen Maximalleistung ausgebildet sind.
  3. Gleichspannungswandler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Wandlermodule (6 bis 10) sich voneinander hinsichtlich ihrer elektrischen Maximalleistung unterscheiden.
  4. Gleichspannungswandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (4) eine speicherprogrammierbare Steuerung zur Zu- und Abschaltung einer flexiblen Anzahl von Wandlermodulen (6 bis 10) aufweist.
  5. Gleichspannungswandler (1) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein gemeinsames Gehäuse für die Wandlermodule (6 bis 10) und die speicherprogrammierbare Steuerung.
  6. Gleichspannungswandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (4) eine programmierbare Steuerung mit wenigstens einem Mikroprozessor zur Zu- und Abschaltung einer flexiblen Anzahl von Wandlermodulen (6 bis 10) aufweist.
  7. Gleichspannungswandler (1) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein gemeinsames Gehäuse für die Wandlermodule (6 bis 10) und die programmierbare Steuerung.
  8. Gleichspannungswandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein redundantes Wandlermodul (6 bis 10).
  9. Verwendung wenigstens eines Gleichspannungswandlers (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in einer außenluftunabhängigen Antriebsanlage eines Unterseebootes mit einer Brennstoffzellenanlage (11), die wenigstens eine Brennstoffzelle (12) aufweist, zur Anpassung einer von der wenigstens einen Brennstoffzelle (12) erzeugten Gleichspannung.
  10. Verwendung nach Anspruch 9, wobei – eine von der Brennstoffzellenanlage (11) momentan abzugebende Leistung ermittelt wird, und – für die ermittelte momentan abzugebende Leistung diejenigen Modulkombinationen von Wandlermodulen (6 bis 10) des wenigstens einen Gleichspannungswandlers (1), mittels derer die ermittelte abzugebende Leistung jeweils erbracht werden kann, ermittelt und hinsichtlich ihres Wirkungsgrades miteinander verglichen werden, – eine optimale Modulkombination von Wandlermodulen (6 bis 10) ermittelt wird, die unter den ermittelten und miteinander verglichenen Modulkombinationen einen maximalen Wirkungsgrad aufweist, – und die Brennstoffzellenanlage (11) mit der ermittelten optimalen Modulkombination von Wandlermodulen (6 bis 10) des wenigstens einen Gleichspannungswandlers (1) betrieben wird.
  11. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Gleichspannungswandler (1) bei einem Ausfall eines der ermittelten optimalen Modulkombination angehörenden Wandlermoduls (6 bis 10) mit einer anderen Modulkombination, der das ausgefallene Wandlermodul (6 bis 10) nicht angehört, betrieben wird.
  12. Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ausfall eines Wandlermoduls (6 bis 10) das ausgefallene Wandlermodul (6 bis 10) abgeschaltet, aus dem zugehörigen Gleichspannungswandler (1) ausgebaut und durch ein funktionsfähiges Wandlermodul (6 bis 10) ersetzt wird.
  13. Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Brennstoffzellenanlage (11) mit mehreren Brennstoffzellen (12) lastabhängige Wirkungsgradverläufe der Brennstoffzellen (12) erfasst werden und die Brennstoffzellenanlage (11) in Abhängigkeit von der ermittelten momentan abzugebenden Leistung und der erfassten lastabhängigen Wirkungsgradverläufe der Brennstoffzellen (12) derart gesteuert wird, dass der Wirkungsgrad der Brennstoffzellenanlage (11) maximal ist.
  14. Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Brennstoffzellenanlage (11) mit mehreren Brennstoffzellen (12) bei einem Ausfall eines Anlagenteils der Brennstoffzellenanlage (11) der ausgefallene Anlagenteil abgeschaltet wird und stattdessen, wenn nicht alle Anlagenteile für die Leistungserbringung erforderlich sind, ein funktionsfähiger Anlagenteil zugeschaltet wird.
  15. Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gleichspannungswandler (1) mit jeweils einem eigenen Gehäuse verwendet werden.
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