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Die Erfindung betrifft eine elektrische Energieversorgungsvorrichtung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
DE 10 2015 104 104 A1 beschrieben, eine redundante Elektrizität für autonome Fahrzeuge bekannt. Ein System enthält eine erste Batterie, die konfiguriert ist zum Bestromen mindestens eines Fahrzeugteilsystems, und eine zweite Batterie, die konfiguriert ist zum Bestromen eines Elektromotors, um ein Fahrzeug anzutreiben. Eine Verarbeitungseinrichtung ist konfiguriert zum Detektieren eines von der ersten Batterie an das mindestens eine Fahrzeugteilsystem gelieferten inadäquaten Leistungspegels und selektiven Partitionieren der zweiten Batterie, um das mindestens eine Fahrzeugteilsystem zu bestromen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte elektrische Energieversorgungsvorrichtung anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrische Energieversorgungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine elektrische Energieversorgungsvorrichtung umfasst eine Mehrzahl von elektrochemischen Energiespeichern.
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Erfindungsgemäß umfasst die elektrische Energieversorgungsvorrichtung eine elektrische Schaltungsanordnung, welche eine Mehrzahl von Schaltungsvarianten zur elektrischen Kopplung einer Anzahl der elektrochemischen Energiespeicher mit einer Anzahl von elektrischen Verbrauchern ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Lösung stellt einen redundanten Energiespeicher bereit, d. h. eine redundante elektrische Energieversorgung in Form der Mehrzahl von elektrochemischen Energiespeichern, welche variabel mit einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern elektrisch verschaltbar sind. Derartige redundante elektrische Energieversorgungen sind insbesondere für einen Betrieb von Fahrzeugen jeglicher Art vorteilhaft, bei denen für einen Fahrbetrieb ein redundanter elektrischer Energiespeicher und/oder eine redundante Antriebsquelle erforderlich ist bzw. sind. Bei derartigen Fahrzeugen kann es sich beispielsweise um ein Flugzeug, um ein Schiff oder um ein Landfahrzeug handeln.
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die redundante Energieversorgung, vorteilhafterweise mit einem skalierbaren Energievorrat und mit umschaltbaren elektrischen Energiequellen, d. h. elektrochemischen Energiespeichern, bei auftretenden Störungen. Alternativ oder zusätzlich ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung eine unabhängige elektrische Energieversorgung für zwei oder mehr elektrische Antriebsmaschinen des Fahrzeugs. Die erfindungsgemäße Lösung bedeutet somit eine Zukunftssicherung in der Fahrzeug- und Antriebstechnik insbesondere für autonom fahrende Fahrzeuge.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine Ausführungsform einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung,
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2 schematisch eine weitere Ausführungsform einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung,
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3 schematisch eine weitere Ausführungsform einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung,
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4 schematisch eine weitere Ausführungsform einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung,
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5 schematisch eine weitere Ausführungsform einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung,
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6 schematisch eine weitere Ausführungsform einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung,
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7 schematisch eine weitere Ausführungsform einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung,
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8 schematisch eine weitere Ausführungsform einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung,
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9 schematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung, umfassend eine Ausführungsform einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung,
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10 schematisch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung, umfassend eine Ausführungsform einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung,
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11 schematisch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung, umfassend eine Ausführungsform einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung,
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12 schematisch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung, umfassend eine Ausführungsform einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung,
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13 schematisch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung, umfassend eine Ausführungsform einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung,
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14 schematisch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung, umfassend eine Ausführungsform einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung,
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15 schematisch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung, umfassend eine Ausführungsform einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung,
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16 schematisch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung, umfassend eine Ausführungsform einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung, und
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17 schematisch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung, umfassend eine Ausführungsform einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 bis 8 zeigen beispielhafte Ausführungsformen einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1. Die 9 bis 17 zeigen beispielhafte Ausführungsforme einer Vorrichtung 2, welche vorteilhafterweise eine der in den 1 bis 8 dargestellten Ausführungsformen der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 umfasst.
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Die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 umfasst in allen dargestellten Ausführungsformen eine Mehrzahl von elektrochemischen Energiespeichern 3 sowie eine elektrische Schaltungsanordnung 4, welche eine Mehrzahl von Schaltungsvarianten zur elektrischen Kopplung einer Anzahl der elektrochemischen Energiespeicher 3 mit einer Anzahl von elektrischen Verbrauchern 5 ermöglicht. D. h. mittels der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 und ihrer elektrischen Schaltungsanordnung 4 wird es ermöglicht, einen der elektrochemischen Energiespeicher 3 oder mehrere der elektrochemischen Energiespeicher 3 oder alle vorhandenen elektrochemischen Energiespeicher 3 mit einem elektrischen Verbraucher 5 oder mehren elektrischen Verbrauchern 5 oder mit allen vorhandenen elektrischen Verbrauchern 5 elektrisch zu koppeln. Beispielhafte elektrische Verbraucher 5 sind in den 12 und 14 bis 17 gezeigt.
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Der große Vorteil dieser elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 und insbesondere ihrer elektrischen Schaltungsanordnung 4 ist somit die ermöglichte große Variabilität der elektrischen Verschaltung des elektrischen Verbrauchers 5 oder der mehreren elektrischen Verbraucher 5 mit den elektrochemischen Energiespeichern 3. Dadurch wird insbesondere eine redundante elektrische Energieversorgung des jeweiligen elektrischen Verbrauchers 5 sichergestellt, da der jeweilige elektrische Verbraucher 5 bei Ausfall eines elektrochemischen Energiespeichers 3 oder mehrerer elektrochemischer Energiespeicher 3 mit einem oder mehreren anderen der vorhandenen elektrochemischen Energiespeicher 3 elektrisch gekoppelt werden kann. Dadurch wird ein energieverlustbedingter Ausfall des jeweiligen elektrischen Verbrauchers 5 sicher vermieden oder diese Gefahr zumindest erheblich reduziert. Des Weiteren wird durch diese elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 und insbesondere durch deren elektrische Schaltungsanordnung 4 ein skalierbarer Energievorrat zum Betrieb des jeweiligen elektrischen Verbrauchers 5 ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich wird durch diese elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 und insbesondere durch deren elektrische Schaltungsanordnung 4 eine elektrische Energieversorgung für zwei oder mehr unabhängige elektrische Verbraucher 5 ermöglicht.
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Der jeweilige elektrische Verbraucher 5 ist vorteilhafterweise als elektrische Antriebsmaschine eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Landfahrzeugs, Flugzeugs oder Schiffs, ausgebildet, beispielsweise als eine mehrphasige elektrische Maschine. Die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 eignet sich somit besonders für derartige Fahrzeuge, bei welchen für deren Betrieb, insbesondere Fahrbetrieb, eine redundante elektrische Energieversorgung und/oder ein redundanter elektrischer Antrieb vorteilhaft oder erforderlich sind. Besonders vorteilhaft wird die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 in einem für einen autonomen Fahrbetrieb vorgesehenen Fahrzeug verwendet. Weitere Beispiele von elektrischen Verbrauchern 5, welche mittels dieser elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 auf die oben beschriebene Weise mit elektrischer Energie versorgbar sind, sind beispielsweise Sensoren, Aktoren oder andere elektrische Module, welche insbesondere ein Bestandteil eines Fahrzeugs sind.
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Die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 weist in allen Ausführungsformen eine Mehrzahl von elektrochemischen Energiespeichern 3, d. h. eine Mehrzahl von Batterien, und zudem eine Mehrzahl von elektrischen Schalteinheiten 6 auf, um die elektrochemischen Energiespeicher 3 in verschiedenen Schaltungskonstellationen mit einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern 5 elektrisch koppeln zu können. Die elektrochemischen Energiespeicher 3 umfassen beispielsweise jeweils eine Mehrzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter elektrochemischer Einzelzellen. Die elektrischen Schalteinheiten 6 sind jeweils beispielsweise als ein Relais, als ein Schalter, als ein elektronischer Schalter, als ein Transistor, als ein Transistor-Array oder als ein Halbleiterschalter ausgebildet. Des Weiteren sind zweckmäßigerweise ein oder mehrere elektrische Sicherungen 7 vorgesehen, um eine elektrische Überlastung des jeweiligen elektrischen Verbrauchers 5 und/oder zwischen der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 und dem jeweiligen elektrischen Verbraucher 5 angeordneter Komponenten und/oder eine Überlastung des jeweiligen elektrochemischen Energiespeichers 3 zu vermeiden.
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Zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 sind elektrische Anschlusskontakte 8 vorgesehen, wobei der jeweilige elektrische Anschlusskontakt 8 auch als ein Messpunkt verwendet werden kann.
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Bei den in den 9 bis 17 dargestellten Ausführungsformen der Vorrichtung 2, welche jeweils eine Ausführungsform der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 umfasst, sind auch außerhalb der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 derartige elektrische Schalteinheiten 6 und elektrische Anschlusskontakte 8 vorgesehen. Mittels dieser elektrischen Schalteinheiten 6 werden beispielsweise weitere Schaltungsvarianten zur Verschaltung der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 und somit deren elektrochemischen Energiespeichern 3 mit einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern 5 ermöglicht. Die elektrischen Anschlusskontakte 8 dienen auch hier der elektrischen Kontaktierung und/oder als Messpunkt.
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Die 1 und 2 zeigen Ausführungsformen der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 mit zwei Batteriezweigen, welche jeweils eine Mehrzahl von als Batteriemodul miteinander elektrisch verschalteten elektrochemischen Energiespeichern 3 aufweisen. Mittels der elektrischen Schalteinheiten 6 ist jedes Batteriemodul einzeln oder sind beide Batteriemodule mit einem jeweiligen über die elektrischen Anschlusskontakte 8 mit der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 elektrisch gekoppelten elektrischen Verbraucher 5 elektrisch verbindbar. In 1 sind in beiden Verbindungsleitungen der beiden als Batteriemodul ausgebildeten elektrochemischen Energiespeicher 3 elektrische Schalteinheiten 6 vorhanden, während in 2 nur in einem der beiden Verbindungsleitungen eine elektrische Schalteinheit 6 vorhanden ist.
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Die 3 und 4 zeigen ähnliche elektrische Energieversorgungsvorrichtungen 1 wie die 1 und 2, jedoch sind hier die elektrochemischen Energiespeicher 3 nicht als elektrisch miteinander verbundene Batteriemodule, sondern jeweils als eine einzelne Batterie ausgebildet. Auch hier sind in 3 in beiden Verbindungsleitungen der beiden als Batterie ausgebildeten elektrochemischen Energiespeicher 3 elektrische Schalteinheiten 6 vorhanden, während in 2 nur in einer der beiden Verbindungsleitungen eine elektrische Schalteinheit 6 vorhanden ist.
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Die 5 bis 8 zeigen ähnliche Ausführungsformen der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 wie die 1 bis 4, jedoch sind hier mehr als zwei Batteriezweige vorhanden, welche einzeln oder in Kombination miteinander mit einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern 5 verschaltet werden können.
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Die 5 und 6 zeigen dabei die Variante mit Batteriemodulen aus miteinander elektrisch verschalteten Batterien im jeweiligen Batteriezweig, während die 7 und 8 die Variante mit einzelnen Batterien im jeweiligen Batteriezweig zeigen. In den 5 und 7 sind in allen Verbindungsleitungen elektrische Schalteinheiten 6 vorhanden, während in den 6 und 8 nur in einigen elektrischen Verbindungsleitungen, im dargestellten jeweiligen Beispiel in den zur Verbindung von Pluspolen der elektrochemischen Energiespeicher 3 vorgesehenen Verbindungsleitungen, elektrische Schalteinheiten 6 vorhanden sind.
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9 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung 2, welche eine Ausführungsform der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 umfasst, wobei die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 mit zwei Gleichspannungswandlern 9, auch als DC-DC-Converter bezeichnet, elektrisch gekoppelt ist. Über diese Gleichspannungswandler 9 ist die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 beispielsweise mit zwei elektrischen Verbrauchern 5 elektrisch koppelbar oder gekoppelt, wobei jeder elektrische Verbraucher 5 an einem der Gleichspannungswandler 9 angeschlossen ist. Wie bereits erwähnt, sind hier auch außerhalb der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 elektrische Schalteinheiten 6 vorgesehen. Diese elektrischen Schalteinheiten 6 ermöglichen es im hier dargestellten Beispiel, die elektrischen Verbraucher 5 wahlweise mit dem einen, dem anderen oder beiden Gleichspannungswandlern 9 elektrisch zu verschalten.
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10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 2, welche eine Ausführungsform der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 umfasst, wobei die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 hier mit vier Gleichspannungswandlern 9 elektrisch gekoppelt ist, von denen jeweils zwei elektrisch parallel geschaltet sind. Auch hier sind außerhalb der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 elektrische Schalteinheiten 6 vorgesehen, welche eine Vielzahl elektrischer Verschaltungsvarianten der Gleichspannungswandler 9 mit einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern 5 ermöglicht. Beispielsweise können hier jeweils zwei der Gleichspannungswandler 9 miteinander verschaltet werden, zum Beispiel die beiden unten dargestellten Gleichspannungswandler 9 und die beiden oben dargestellten Gleichspannungswandler 9.
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11 zeigt eine ähnliche Ausführungsform der Vorrichtung 2 wie 10, jedoch sind hier zwei Gleichspannungswandler 9 und zwei Wechselrichter 10 vorgesehen, wobei jeweils ein Gleichspannungswandler 9 und ein Wechselrichter 10 elektrisch parallel geschaltet mit der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 verbunden sind. Dadurch wird es ermöglicht, über die Gleichspannungswandler 9 Gleichspannungsverbraucher und über die Wechselrichter 10 Wechselspannungsverbraucher mit der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 elektrisch zu koppeln und somit über diese mit elektrischer Energie zu versorgen. Auch hier sind außerhalb der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 elektrische Schalteinheiten 6 vorgesehen, welche eine Vielzahl elektrischer Verschaltungsvarianten der Gleichspannungswandler 9 und Wechselrichter 10 mit einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern 5 ermöglichen. Beispielsweise können hier die Gleichspannungswandler 9 miteinander verschaltet werden und die Wechselrichter 10 können miteinander verschaltet werden.
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12 zeigt die Ausführungsform der Vorrichtung 2 gemäß 11, wobei hier ein elektrischer Verbraucher 5, insbesondere ein gesteuerter und geschalteter elektrischer Verbraucher 5, gezeigt ist, welcher beispielsweise als Sensor, als Aktor oder als ein anderes elektrisches Modul ausgebildet ist. In elektrischen Zuleitungen des elektrischen Verbrauchers 5 sind weitere elektrische Schalteinheiten 6 vorgesehen, so dass hier auch ein Trennen dieser elektrischen Zuleitungen zum elektrischen Verbraucher 5 ermöglicht wird.
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Über die elektrischen Schalteinheiten 6 der Vorrichtung 2, d. h. über die außerhalb und innerhalb der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 vorgesehenen elektrischen Schalteinheiten 6, sind eine Vielzahl von Verschaltungsmöglichkeiten zur elektrischen Kopplung von elektrischen Verbrauchern 5 mit einem oder mehreren elektrochemischen Energiespeichern 3 der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 über einen oder mehrere der Gleichspannungswandler 9 oder Wechselrichter 10 möglich. Im hier dargestellten Beispiel kann der elektrische Verbraucher 5 aufgrund seines Anschlusses an den hier dargestellten unteren linken äußeren elektrischen Anschlusskontakten 8, je nach Verschaltung, beispielsweise mit einem oder mit beiden Gleichspannungswandlern 9 elektrisch gekoppelt werden.
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13 zeigt eine ähnliche Ausführungsform der Vorrichtung 2 wie 11, wobei hier vier zusätzliche elektrische Schalteinheiten 6 vorgesehen sind, so dass weitere Schaltungsvarianten ermöglicht sind. Beispielsweise ist es hier möglich, jeden der äußeren elektrischen Anschlusskontakte 8 mit jedem der Gleichspannungswandler 9 zu verbinden.
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14 zeigt im Wesentlichen die gleiche Ausführungsform der Vorrichtung 2 wie 12. Hier ist lediglich der elektrische Verbraucher 5 mit anderen äußeren elektrischen Anschlusskontakten 8 elektrisch gekoppelt. Aufgrund dieses Anschlusses des elektrischen Verbrauchers 5 an den hier dargestellten oberen linken äußeren elektrischen Anschlusskontakten 8 kann der elektrische Verbraucher 5, je nach Verschaltung, beispielsweise mit einem oder mit beiden Wechselrichtern 10 elektrisch gekoppelt werden.
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15 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 2, wobei hier vier Wechselrichter 10 vorgesehen sind, von denen jeweils zwei elektrisch parallel geschaltet sind. Die elektrischen Verbraucher 5 sind hier beispielsweise als mehrphasige elektrische Maschinen, insbesondere elektrische Antriebsmaschinen, ausgebildet. Jeder elektrische Verbraucher 5 ist über einen der Wechselrichter 10 mit der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 elektrisch gekoppelt und, entsprechend der internen Verschaltung der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1, welche zweckmäßigerweise gemäß einem der Ausführungsbeispiele der 1 bis 8 ausgebildet ist, ist der jeweilige elektrische Verbraucher 5 mit einem oder mehreren elektrochemischen Energiespeichern 3 der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 gekoppelt, wobei diese Kopplung mittels der elektrischen Schalteinheiten 6 der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 umschaltbar ist, beispielsweise auf einen oder mehrere andere elektrochemischen Energiespeicher 3 der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1. Diese Ausführungsform der Vorrichtung 2 ermöglicht beispielsweise die unabhängige elektrische Energieversorgung der vier jeweils als elektrische Antriebsmaschine ausgebildeten elektrischen Verbraucher 5.
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16 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 2, wobei hier zwei Wechselrichter 10 vorgesehen sind, die jeweils mit einem beispielsweise als mehrphasige elektrische Maschinen, insbesondere elektrische Antriebsmaschinen, ausgebildeten elektrischen Verbraucher 5 elektrisch gekoppelt sind. Jeder elektrische Verbraucher 5 ist über einen der Wechselrichter 10 mit der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 elektrisch gekoppelt und, entsprechend der internen Verschaltung der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1, welche zweckmäßigerweise gemäß einem der Ausführungsbeispiele der 1 bis 8 ausgebildet ist, ist der jeweilige elektrische Verbraucher 5 mit einem oder mehreren elektrochemischen Energiespeichern 3 der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 gekoppelt, wobei diese Kopplung mittels der elektrischen Schalteinheiten 6 der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 umschaltbar ist, beispielsweise auf einen oder mehrere andere elektrochemischen Energiespeichern 3 der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1. Diese Ausführungsform der Vorrichtung 2 ermöglicht beispielsweise die unabhängige elektrische Energieversorgung der beiden jeweils als elektrische Antriebsmaschine ausgebildeten elektrischen Verbraucher 5.
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17 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 2, wobei der Gleichspannungswandler 9 hier als ein so genannter multiswitched DC-DC-Converter, also als ein mehrfachgeschalteter Gleichspannungswandler 9, ausgebildet ist, über welchen ein elektrischer Verbraucher 5, beispielsweise eine mehrphasige elektrische Maschine, insbesondere elektrische Antriebsmaschine, mit der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 elektrisch gekoppelt ist. Der elektrische Verbraucher 5 ist auf diese Weise mit der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 elektrisch gekoppelt und, entsprechend der internen Verschaltung der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1, welche zweckmäßigerweise gemäß einem der Ausführungsbeispiele der 1 bis 8 ausgebildet ist, ist der elektrische Verbraucher 5 mit einem oder mehreren elektrochemischen Energiespeichern 3 der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 gekoppelt, wobei diese Kopplung mittels der elektrischen Schalteinheiten 6 der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 umschaltbar ist, beispielsweise auf einen oder mehrere andere elektrochemischen Energiespeicher 3 der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1. Diese Ausführungsform der Vorrichtung 2 ermöglicht beispielsweise die redundante elektrische Energieversorgung des beispielsweise als elektrische Antriebsmaschine ausgebildeten elektrischen Verbrauchers 5.
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Die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen sind, wie bereits erwähnt, nur Beispiele. In anderen Ausführungsformen können mehr oder weniger elektrische Schalteinheiten 6 oder Vereinfachungen oder Zusammenfassungen von elektrischen Schalteinheiten 6 vorgesehen sein.
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Die in den Figuren dargestellten elektrischen Schalteinheiten 6 werden zweckmäßigerweise jeweils gesteuert über ein so genanntes high voltage switch board, d. h. über eine Hochvoltschalteinheit, und/oder über ein so genanntes high voltage controller board, d. h. über eine Hochvoltsteuereinheit, und/oder über ein so genanntes common switch board, d. h. über eine normale Schalteinheit, und/oder über ein so genanntes common controller board, d. h. über eine normale Steuereinheit. Es kann auch eine gemeinsame Schalteinheit oder Steuereinheit für mehrere oder alle elektrischen Schalteinheiten 6 vorgesehen sein.
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Die in den Figuren dargestellten Zweierverbünde und Clusterlösungen, insbesondere der Gleichspannungswandler 9 und Wechselrichter 10, können auch auf ein Netz eines n-Energiewandlers erweitert werden. Anstelle von individuellen Abschaltern der elektrischen Verbraucher 5, d. h. anstelle von individuellen Aktor-, Sensor-, Modulabschaltern, können durch Integration in Cluster auch Clusterlösungen und Clusterabschaltungen realisiert werden. Die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 und somit auch die die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 umfassende Vorrichtung 2 kann mit zwei oder mehr elektrochemischen Energiespeichern 3 realisiert werden, d. h. Ausbaustufen mit einer größeren Anzahl elektrochemischer Energiespeicher 3 sind beliebig skalierbar.
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Die elektrochemischen Energiespeicher 3, d. h. die Batterien oder Batteriemodule, können auf zwei oder mehr Ausgänge der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 umgeschaltet werden. Eine Zusammenschaltung der elektrochemischen Energiespeicher 3 auf die Ausgänge ist frei gestaltbar. Bei erkannten Störungen in den elektrochemischen Energiespeichern 3 können diese abgeschaltet werden. Die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 ermöglicht eine elektrische Energieversorgung aus mindestens zwei unabhängigen Energiequellen in Form der elektrochemischen Energiespeicher 3. Energieausgänge für Folgenetze können kaskadiert zu- und abgeschaltet werden. Weisen die elektrochemischen Energiespeicher 3 keine Störung auf, so können sie elektrisch parallel geschaltet werden. Es können mehrere unterschiedliche Spannungsebenen geschaltet werden. Dies gilt auch für elektrochemische Energiespeicher 3, welche nur eine Einzelzelle aufweisen, d. h. für einzellige Batterien. Die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 und somit auch die diese elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 umfassende Vorrichtung 2 ist robust bei Unterbrechungen sowie gegenüber Kurz- und Nebenschlüssen gegenüber allen Potentialen und robust gegenüber Überspannungen. Vorteilhafterweise konfiguriert sich die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 und zweckmäßigerweise somit auch die diese umfassende Vorrichtung 2 intelligent für alle vorstellbaren Fälle. Die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 und/oder die diese umfassende Vorrichtung 2 wird zweckmäßigerweise überwacht und gesteuert durch einen oder mehrere Prozessoren oder Schaltkreise.
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Die elektrischen Anschlusskontakte 8, auch als Post bezeichnet, sind beispielsweise Sensierpunkte für die Spannungsüberwachung. Sie können gegen Kurzschluss und/oder Nebenschluss und/oder Überspannung überwacht werden. Sie werden zweckmäßigerweise über eine Multilogik und/oder Multiprozessoreinheit gelesen und ausgewertet.
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Die Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 2, in welchen Gleichspannungswandler 9 enthalten sind, ermöglichen eine umschaltbare redundante Gleichspannungsversorgung mit einer mittels eines oder mehrerer Gleichspannungswandler 9 gewandelten Gleichspannung. An zwei oder mehr Ausgängen der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 können Gleichspannungswandler 9 mit gleichen oder unterschiedlichen Spannungslagen angeschlossen werden. Gleichspannungswandler 9 mit gleichen Spannungslagen können elektrisch parallel geschaltet werden. Liegen keine Störungen vor, können die elektrischen Energiequellen, d. h. die elektrochemischen Energiespeicher 3, und/oder die Gleichspannungswandler 9 elektrisch parallel geschaltet werden. Bei Ausfall eines Gleichspannungswandlers 9 kann der durch diesen Gleichspannungswandler 9 versorgte elektrische Verbraucher 5 durch den elektrisch parallel geschalteten anderen Gleichspannungswandler 9 übernommen werden. Bei erkannten Störungen in einem Gleichspannungswandlerpfad kann dieser komplett abgeschaltet werden. Bei erkannten Störungen in den elektrochemischen Energiespeichern 3 können diese abgeschaltet werden. Bei erkannten Störungen in den Gleichspannungswandlern 9 können diese abgeschaltet werden. Bei erkannten Störungen in der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 kann diese abgeschaltet werden. Bei erkannten Störungen in der Vorrichtung 2 kann die gesamte Vorrichtung 2 abgeschaltet werden. Die Zusammenschaltung der elektrochemischen Energiespeicher 3 auf die Ausgänge der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 ist frei gestaltbar. Die Zusammenschaltung der Gleichspannungswandler 9 auf die Ausgänge der Vorrichtung 2 ist frei gestaltbar. Die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 und die diese umfassende Vorrichtung 2 ermöglichen eine elektrische Energieversorgung aus mindestens zwei unabhängigen Gleichspannungswandlern 9. Energieausgänge für Folgenetze können kaskadiert zu- und abgeschaltet werden. Es können mehrere unterschiedliche Spannungsebenen geschaltet werden. Die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 und die diese umfassende Vorrichtung 2 ist robust bei Unterbrechungen, gegenüber Kurz- und Nebenschlüssen gegenüber allen Potentialen und robust gegenüber Überspannungen. Vorteilhafterweise konfiguriert sich die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 und zweckmäßigerweise somit auch die diese umfassende Vorrichtung 2 intelligent für alle vorstellbaren Fälle. Die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 und/oder die diese umfassende Vorrichtung 2 wird zweckmäßigerweise überwacht und gesteuert durch einen oder mehrere Prozessoren oder Schaltkreise.
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Die Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 2, in welchen Wechselrichter 10 enthalten sind, ermöglichen eine umschaltbare redundante Wechselspannungsversorgung mit einer mittels eines oder mehrerer Wechselrichter 10 erzeugten Wechselspannung. An zwei oder mehr Ausgängen der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 können Wechselrichter 10 mit gleichen oder unterschiedlichen Spannungslagen angeschlossen werden. Wechselrichter 10 mit gleichen Spannungslagen können über eine Synchronisierung elektrisch parallel geschaltet werden. Liegen keine Störungen vor, können die elektrischen Energiequellen, d. h. die elektrochemischen Energiespeicher 3, und/oder die Wechselrichter 10 elektrisch parallel geschaltet werden. Bei Ausfall eines Wechselrichters 10 kann der durch diesen Wechselrichter 10 versorgte elektrische Verbraucher 5 durch den elektrisch parallel geschalteten anderen Wechselrichter 10 übernommen werden. Bei erkannten Störungen in einem Wechselrichterpfad kann dieser komplett abgeschaltet werden. Bei erkannten Störungen in den elektrochemischen Energiespeichern 3 können diese abgeschaltet werden. Bei erkannten Störungen in den Wechselrichtern 10 können diese abgeschaltet werden. Bei erkannten Störungen in der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 kann diese abgeschaltet werden. Bei erkannten Störungen in der Vorrichtung 2 kann die gesamte Vorrichtung 2 abgeschaltet werden. Die Zusammenschaltung der elektrochemischen Energiespeicher 3 auf die Ausgänge der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung 1 ist frei gestaltbar. Die Zusammenschaltung der Wechselrichter 10 auf die Ausgänge der Vorrichtung 2 ist frei gestaltbar. Die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 und die diese umfassende Vorrichtung 2 ermöglichen eine elektrische Energieversorgung aus mindestens zwei unabhängigen Wechselrichtern 10. Energieausgänge für Folgenetze können kaskadiert zu- und abgeschaltet werden. Es können mehrere unterschiedliche Spannungsebenen geschaltet werden. Die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 und die diese umfassende Vorrichtung 2 ist robust bei Unterbrechungen, gegenüber Kurz- und Nebenschlüssen gegenüber allen Potentialen und robust gegenüber Überspannungen. Vorteilhafterweise konfiguriert sich die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 und zweckmäßigerweise somit auch die diese umfassende Vorrichtung 2 intelligent für alle vorstellbaren Fälle. Die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 und/oder die diese umfassende Vorrichtung 2 wird zweckmäßigerweise überwacht und gesteuert durch einen oder mehrere Prozessoren oder Schaltkreise.
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Einige der in den Figuren dargestellten Ausführungsformen ermöglichen alternativ abschaltbare Gleichspannungsverbraucher und Wechselspannungsverbraucher. Die elektrischen Verbraucher 5 auf den verschiedenen Spannungsebenen sind optional überwachbar und/oder abschaltbar. Die Überwachung und Steuerung erfolgt durch einen oder mehrere Prozessoren oder Schaltkreise. Vorteilhafterweise konfiguriert sich die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 und zweckmäßigerweise somit auch die diese umfassende Vorrichtung 2 intelligent für alle vorstellbaren Fälle. Die elektrischen Verbraucher 5, Aktoren und Sensoren können redundant ausgeführt werden. Bei erkannten Störungen in den elektrochemischen Energiespeichern 3 und/oder in anderen Komponenten der Vorrichtung 2, beispielsweise in den Gleichspannungswandlern 9 und Wechselrichtern 10, können diese jeweils abgeschaltet werden. Die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 1 und die diese umfassende Vorrichtung 2 ist robust bei Unterbrechungen, gegenüber Kurz- und Nebenschlüssen gegenüber allen Potentialen und robust gegenüber Überspannungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Energieversorgungsvorrichtung
- 2
- Vorrichtung
- 3
- Energiespeicher
- 4
- elektrische Schaltungsanordnung
- 5
- Verbraucher
- 6
- elektrische Schalteinheit
- 7
- Sicherung
- 8
- Anschlusskontakt
- 9
- Gleichspannungswandler
- 10
- Wechselrichter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015104104 A1 [0002]
