DE102018210907A1 - Watercraft with two parallel DC-DC converters and method of operating such a watercraft - Google Patents

Watercraft with two parallel DC-DC converters and method of operating such a watercraft Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug mit einer Spannungsquelle (BZ), einem Fahrmotor (Mo), einem System (V) elektrischer Verbraucher und zwei Gleichspannungswandlern (G.1, G.2) sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Wasserfahrzeugs. Die Spannungsquelle (BZ) vermag Gleichstrom einer ersten Spannung (U1) bereitzustellen. Der Fahrmotor (Mo) verbraucht Gleichstrom einer zweiten Spannung (U2). Das System (V) elektrischer Verbraucher verbraucht Gleichstrom einer dritten Spannung (U3). Beide Gleichspannungswandler (G.1, G.2) sind mit der Spannungsquelle (BZ) verbunden und sind parallel zueinander geschaltet. Der erste Gleichspannungswandler (G.1) ist mit dem Fahrmotor (Mo) elektrisch verbunden, der zweite Gleichspannungswandler (G.2) mit dem System (V) elektrischer Verbraucher. Der erste Gleichspannungswandler (G.1) vermag Gleichstrom der ersten Spannung in Gleichstrom der zweiten Spannung (U.2) umzuwandeln. Der zweite Gleichspannungswandler (G.2) vermag Gleichstrom der ersten Spannung (U.1) in Gleichstrom der dritten Spannung (U3) umzuwandeln.The present invention relates to a watercraft with a voltage source (BZ), a traction motor (Mo), a system (V) electrical consumers and two DC-DC converters (G.1, G.2) and a method for operating such a watercraft. The voltage source (BZ) is able to provide direct current of a first voltage (U1). The traction motor (Mo) consumes DC of a second voltage (U2). The system (V) of electrical consumers consumes DC of a third voltage (U3). Both DC-DC converters (G.1, G.2) are connected to the voltage source (BZ) and are connected in parallel with each other. The first DC-DC converter (G.1) is electrically connected to the traction motor (Mo), the second DC-DC converter (G.2) to the system (V) electrical consumers. The first DC-DC converter (G.1) is able to convert direct current of the first voltage into direct current of the second voltage (U.2). The second DC-DC converter (G.2) is able to convert direct current of the first voltage (U.1) into direct current of the third voltage (U3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein bemanntes oder unbemanntes Unterwasserfahrzeug, mit einer Spannungsquelle, einem Fahrmotor, einem System elektrischer Verbraucher und zwei Gleichspannungswandlern sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Wasserfahrzeugs.The invention relates to a watercraft, in particular a manned or unmanned underwater vehicle, with a voltage source, a traction motor, a system of electrical load and two DC-DC converters and a method for operating such a watercraft.

Häufig treten an Bord eines elektrisch angetriebenen Wasserfahrzeugs mindestens drei verschiedene Spannungen auf. Eine Spannungsquelle liefert Gleichstrom einer ersten Spannung. Ein Fahrmotor, der über ein Fahrnetz gespeist wird, treibt das Wasserfahrzeug an und benötigt aus dem Fahrnetz Gleichstrom einer zweiten Spannung. Ein System elektrischer Verbraucher umfasst beispielsweise Stellantriebe und elektronische Geräte und benötigt Gleichstrom einer dritten Spannung. Daher werden mindestens zwei Gleichspannungswandler an Bord des Wasserfahrzeugs benötigt, um aus dem gelieferten Gleichstrom der ersten Spannung sowohl Gleichstrom der zweiten Spannung als auch Gleichstrom der dritten Spannung bereitstellen zu können. Eine Möglichkeit, diese Anforderung zu realisieren, ist die, dass ein Gleichspannungswandler den Gleichstrom der zweiten Spannung liefert und ein weiterer Gleichspannungswandler aus dem gelieferten Gleichstrom der zweiten Spannung Gleichstrom der dritten Spannung erzeugt.Frequently, at least three different voltages occur on board an electrically driven watercraft. A voltage source supplies DC current of a first voltage. A traction motor, which is powered by a network, drives the vessel and needs from the network DC power of a second voltage. A system of electrical consumers includes, for example, actuators and electronic devices and requires DC a third voltage. Therefore, at least two DC-DC converters are needed on board the vessel in order to be able to provide both the DC voltage of the first voltage and the DC voltage of the third voltage from the supplied DC voltage of the first voltage. One way to realize this requirement is that a DC-DC converter supplies the DC voltage of the second voltage and another DC-DC converter from the supplied DC voltage of the second voltage generates DC current of the third voltage.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wasserfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 12 bereitzustellen, welche zu geringeren Leistungsverlusten beim Betrieb der beiden Gleichspannungswandler führt als bei bekannten Wasserfahrzeugen.The object of the invention is to provide a watercraft having the features of the preamble of claim 1 and a method having the features of the preamble of claim 12, which leads to lower power losses during operation of the two DC-DC converter than in known watercraft.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Wasserfahrzeug mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch ein Verfahren mit den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.This object is achieved by a watercraft having the features specified in claim 1 and by a method having the features specified in claim 12. Advantageous developments emerge from the subclaims, the following description and the drawings.

Das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug umfasst

  • - eine erste Spannungsquelle,
  • - ein Fahrnetz mit einem Fahrmotor,
  • - ein System elektrischer Verbraucher,
  • - einen ersten Gleichspannungswandler und
  • - einen zweiten Gleichspannungswandler.
The watercraft according to the invention comprises
  • a first voltage source,
  • a driving net with a drive motor,
  • - a system of electrical consumers,
  • - A first DC-DC converter and
  • - A second DC-DC converter.

Die erste Spannungsquelle vermag Gleichstrom einer ersten Spannung bereitzustellen. Das Fahrnetz mit dem Fahrmotor verbraucht Gleichstrom einer zweiten Spannung. Das System elektrischer Verbraucher verbraucht Gleichstrom einer dritten Spannung. Die drei Spannungen sind paarweise verschieden.The first voltage source is capable of providing direct current to a first voltage. The drive network with the traction motor consumes DC of a second voltage. The system of electrical consumers consumes DC of a third voltage. The three voltages are different in pairs.

Beide Gleichspannungswandler sind mit der ersten Spannungsquelle verbunden und sind parallel zueinander geschaltet. Der erste Gleichspannungswandler ist mit dem Fahrmotor elektrisch verbunden, der zweite Gleichspannungswandler mit dem System elektrischer Verbraucher.Both DC-DC converters are connected to the first voltage source and are connected in parallel with each other. The first DC-DC converter is electrically connected to the traction motor, the second DC-DC converter with the system electrical loads.

Der erste Gleichspannungswandler vermag Gleichstrom der ersten Spannung (von der ersten Spannungsquelle geliefert) in Gleichstrom der zweiten Spannung (vom Fahrnetz verbraucht) umzuwandeln. Der zweite Gleichspannungswandler vermag Gleichstrom der ersten Spannung in Gleichstrom der dritten Spannung (vom System elektrischer Verbraucher verbraucht) umzuwandeln.The first DC-DC converter is capable of converting direct current of the first voltage (supplied from the first voltage source) into direct current of the second voltage (consumed by the driving network). The second DC-DC converter is capable of converting direct current of the first voltage into direct current of the third voltage (consumed by the system of electrical consumers).

Lösungsgemäß sind die beiden Gleichspannungswandler parallel geschaltet und wandeln den Gleichstrom der ersten Spannungsquelle direkt in denjenigen Gleichstrom um, den das Fahrnetz bzw. das System elektrischer Verbraucher benötigen. Diese Anordnung reduziert die Leistungsverluste verglichen mit einer Anordnung, bei welcher die beiden Gleichspannungswandler in Reihe geschaltet sind und daher der Gleichstrom von der ersten Spannungsquelle - je nach Konfiguration - einmal oder zweimal umgewandelt werden muss, um den Gleichstrom für den Fahrmotor oder den Gleichstrom für das System elektrische Verbraucher bereitzustellen. Geringere Leistungsverluste haben auch zur Folge, dass weniger Verlustwärme entsteht, die abgeführt werden muss. Das Abführen von Verlustwärme ist gerade an Bord eines Unterwasserfahrzeugs oft ein relevantes Problem. Geringere Leistungsverluste haben weiterhin die Folge, dass die Reichweite und / oder die Einsatzdauer des Wasserfahrzeugs vergrößert wird.According to the solution, the two DC-DC converters are connected in parallel and convert the direct current of the first voltage source directly into that direct current which the driving network or the system requires electrical consumers. This arrangement reduces the power losses compared to an arrangement in which the two DC-DC converters are connected in series and therefore the DC power from the first power source must be converted once or twice depending on the configuration to drive the direct current for the traction motor or the direct current for the DC motor System to provide electrical consumers. Lower power losses also result in less heat loss that must be dissipated. Dissipating heat loss is often a relevant issue, especially on board an underwater vehicle. Lower power losses also have the consequence that the range and / or duration of use of the vessel is increased.

Weil die beiden Gleichspannungswandler parallel geschaltet sind, wird die Last, welche das System elektrischer Verbraucher und das Fahrnetz mit dem Fahrmotor insgesamt verursachen, auf zwei Gleichspannungswandler verteilt.Because the two DC-DC converters are connected in parallel, the load that causes the system electrical load and the driving network with the traction motor as a whole, distributed to two DC-DC converter.

Dank der beiden parallel geschalteten Gleichspannungswandler werden die verschiedenen elektrischen Verbraucher im System elektrischer Verbraucher nicht über zwei in Reihe geschaltete Gleichspannungswandler versorgt. Vielmehr wird jede Umformung einer Spannung direkt von der ersten Spannungsquelle in die jeweils benötigte zweite oder dritte Spannung durchgeführt. Weiterhin hängen die elektrischen Verbraucher und das Fahrnetz nicht mehr alle an demselben Gleichspannungswandler, sondern an zwei verschiedenen Gleichspannungswandlern. Dank der lösungsgemäßen Anordnung lassen sich mehrere Teilnetze bilden, die unabhängig voneinander mit elektrischer Leistung versorgt werden. Bei einem Ausfall oder einem Kurzschluss in einem Teilnetz bleibt es möglich, das andere Teilnetz weiterhin mit Spannung zu versorgen. Dies erhöht die Redundanz.Thanks to the two DC-DC converters connected in parallel, the various electrical consumers in the electrical load system are not supplied by two DC-DC converters connected in series. Rather, each transformation of a voltage is performed directly from the first voltage source into the respectively required second or third voltage. Furthermore, the electrical loads and the driving network no longer all depend on the same DC-DC converter, but on two different DC-DC converters. Thanks to the arrangement according to the solution, it is possible to form several subnetworks which are supplied with electrical power independently of each other. In the event of a failure or a short circuit in one subnet, it remains possible to continue to supply the other subnet with voltage. This increases the redundancy.

In einer Ausgestaltung ist wenigstens ein Gleichspannungswandler bidirektional ausgeführt. Dank dieser Ausgestaltung lässt sich Gleichstrom sowohl von der höheren in die niedrigere als auch von der niedrigeren in die höhere Spannung umformen. Auch diese Ausgestaltung erhöht die Ausfallsicherheit: Falls eine Spannungsquelle ausgefallen ist oder falls ein Leitungsfehler aufgetreten ist, so lässt sich über die beiden Gleichspannungswandler ein alternativer Strompfad von einem Teilnetz in das andere Teilnetz herstellen, wobei bevorzugt mindestens ein bidirektionaler Gleichspannungswandler in der anderen Richtung als üblich betrieben wird. Nicht erforderlich ist es, eine zusätzliche redundante Verbindung bereitzustellen. Somit spart die Ausgestaltung mit den parallelen Gleichspannungswandlern, von denen mindestens einer ein bidirektionaler ist, eine weitere Verbindung ein.In one embodiment, at least one DC-DC converter is bidirectional. Thanks to this configuration, direct current can be transformed both from the higher to the lower and from the lower to the higher voltage. This refinement also increases the reliability: If a voltage source has failed or if a line fault has occurred, an alternative current path can be produced from one subnetwork to the other subnetwork via the two DC voltage converters, preferably at least one bidirectional DC voltage converter in the other direction than usual is operated. It is not necessary to provide an additional redundant connection. Thus, the embodiment with the parallel DC-DC converters, of which at least one is bidirectional, saves a further connection.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein dritter Gleichspannungswandler sowohl parallel zum ersten Gleichspannungswandler als auch parallel zum zweiten Gleichspannungswandler geschaltet. Dieser dritte Gleichspannungswandler ist mit der ersten Spannungsquelle und mit dem Fahrnetz elektrisch verbunden. Auch der dritte Gleichspannungswandler vermag Gleichstrom der ersten Spannung (von der ersten Spannungsquelle geliefert) in Gleichstrom der zweiten Spannung (vom Fahrnetz verbraucht) umzuwandeln.In an advantageous embodiment, a third DC-DC converter is connected both parallel to the first DC-DC converter and parallel to the second DC-DC converter. This third DC-DC converter is electrically connected to the first voltage source and to the driving network. Also, the third DC-DC converter is capable of converting direct current of the first voltage (supplied from the first voltage source) into direct current of the second voltage (consumed by the driving network).

Der parallel geschaltete dritte Gleichspannungswandler stellt Redundanz bereit. Falls der erste Gleichspannungswandler ausfällt, so versorgt der dritte Gleichspannungswandler das Fahrnetz mit dem Fahrmotor mit Gleichstrom der zweiten Spannung. Die lösungsgemäße Anordnung gemäß dieser Ausgestaltung stellt noch mehr Teilnetze bereit, die unabhängig voneinander mit elektrischer Leistung versorgt werden können.The parallel connected third DC-DC converter provides redundancy. If the first DC-DC converter fails, the third DC-DC converter supplies the driving network with the traction motor with direct current of the second voltage. The solution according to arrangement according to this embodiment provides even more subnets that can be supplied with electrical power independently.

Der erste Gleichspannungswandler und der dritte Gleichspannungswandler können gleichzeitig betrieben werden, so dass die zum Antreiben des Fahrmotors erforderliche Last auf diese beiden Gleichspannungswandler verteilt wird. Die Lastverteilung lässt sich im laufenden Betrieb einstellen und bei Bedarf verändern, beispielsweise wenn ein Gleichspannungswandler stärker als der andere Gleichspannungswandler erhitzt ist.The first DC-DC converter and the third DC-DC converter can be operated simultaneously, so that the load required for driving the traction motor is distributed to these two DC-DC converters. The load distribution can be adjusted during operation and changed if necessary, for example, when a DC-DC converter is heated more than the other DC-DC converter.

In einer Fortbildung dieser Ausgestaltung sind zwei dritte Gleichspannungswandler parallel zueinander und parallel zum ersten Gleichspannungswandler und parallel zum zweiten Gleichspannungswandler geschaltet. Diese Fortbildung erhöht weiter die Redundanz und ermöglicht eine noch bessere Lastverteilung, die sich dynamisch ändern lässt.In a development of this embodiment, two third DC-DC converter are connected in parallel to each other and parallel to the first DC-DC converter and in parallel with the second DC-DC converter. This training further increases the redundancy and allows an even better load distribution, which can be changed dynamically.

In einer Ausgestaltung mit mehreren dritten Gleichspannungswandlern wird ein dritter Gleichspannungswandler als bevorzugter dritter Gleichspannungswandler verwendet. Vorgegeben wird eine maximale elektrische Leistung, die der bevorzugte dritte Gleichspannungswandler im Dauerbetrieb aufzunehmen und umzuwandeln vermag. Solange die tatsächlich aufgenommene elektrische Leistung unterhalb einer vorgegebenen Leistungs-Schranke verbleibt, wird der oder jeder weitere dritte Gleichspannungswandler nicht verwendet. Die Leistungsschranke liegt oberhalb der Hälfte der vorgegebenen maximalen Leistung, bevorzugt oberhalb von 75 %, besonders bevorzugt oberhalb von 90 %. Sobald die tatsächlich aufgenommene elektrische Leistung die vorgegebenen Leistungs-Schranke erreicht oder übersteigt, wird der oder mindestens ein weiterer dritter Gleichspannungswandler angesteuert und wandelt zusätzlich zum bevorzugten dritten Gleichspannungswandler elektrische Spannung um. Die Last wird dann also auf zwei parallele dritte Gleichspannungswandler verteilt.In an embodiment with a plurality of third DC-DC converters, a third DC-DC converter is used as a preferred third DC-DC converter. It specifies a maximum electrical power which the preferred third DC-DC converter can pick up and convert in continuous operation. As long as the actually recorded electrical power remains below a predetermined power limit, the or each further third DC-DC converter is not used. The performance barrier is above half of the predetermined maximum power, preferably above 75%, more preferably above 90%. As soon as the actually received electrical power reaches or exceeds the predetermined power limit, the or at least one further third DC-DC converter is driven and converts electrical voltage in addition to the preferred third DC-DC converter. The load is then distributed to two parallel third DC-DC converter.

In einer weiteren Ausgestaltung vermag ein vierter Gleichspannungswandler Gleichstrom der zweiten Spannung (vom Fahrnetz benötigt) in Gleichstrom der dritten Spannung (vom System elektrischer Verbraucher benötigt) umzuwandeln. Dieser vierte Gleichspannungswandler ist mit dem ersten Gleichspannungswandler (liefert Gleichstrom der zweiten Spannung) und mit dem System elektrischer Verbraucher elektrisch verbunden.In a further embodiment, a fourth DC-DC converter can convert direct current of the second voltage (required by the driving network) into direct current of the third voltage (required by the system of electrical consumers). This fourth DC-DC converter is electrically connected to the first DC-DC converter (supplies DC of the second voltage) and to the electrical load system.

Der vierte Gleichspannungswandler stellt Redundanz bereit. Falls der zweite Gleichspannungswandler ausfällt, so versorgt der vierte Gleichspannungswandler das System elektrischer Verbraucher mit Spannung. Weil der vierte Gleichspannungswandler in Reihe mit dem ersten Gleichspannungswandler geschaltet ist, brauchen keine Gleichspannungswandler parallel geschaltet zu werden. Möglich ist auch, die Last auf den zweiten Spannungswandler einerseits und die in Reihe geschalteten ersten und vierten Spannungswandler andererseits zu verteilen.The fourth DC-DC converter provides redundancy. If the second DC-DC converter fails, the fourth DC-DC converter supplies the electrical load system with voltage. Because the fourth DC-DC converter is connected in series with the first DC-DC converter, no DC-DC converter need be connected in parallel. It is also possible to distribute the load on the second voltage converter on the one hand and the series-connected first and fourth voltage transformers on the other hand.

In einer Fortbildung der Ausgestaltung mit dem vierten Gleichspannungswandler umfasst das Wasserfahrzeug neben der ersten Spannungsquelle eine zweite Spannungsquelle. Diese zweite Spannungsquelle liefert Gleichstrom der zweiten Spannung (vom Fahrmotor verbraucht) und ist mit dem Fahrnetz verbunden.In a further development of the embodiment with the fourth DC-DC converter, the watercraft comprises a second voltage source in addition to the first voltage source. This second voltage source supplies DC of the second voltage (consumed by traction motor) and is connected to the driving network.

Der vierte Gleichspannungswandler stellt zusätzliche Redundanz bereit. Falls die erste Spannungsquelle ausgefallen ist oder nicht mehr genug elektrische Leistung oder Spannung bereitzustellen vermag, so wird das System elektrischer Verbraucher über die zweite Spannungsquelle (liefert Gleichstrom der zweiten Spannung) und den vierten Gleichspannungswandler elektrisch versorgt. The fourth DC-DC converter provides additional redundancy. If the first power source fails or is unable to provide enough electrical power or voltage, the electrical load system is powered by the second voltage source (providing DC of the second voltage) and the fourth DC-to-DC converter.

Solange die erste Spannungsquelle ausreichend Spannung bereitstellt, wird das System elektrischer Verbraucher wahlweise über den zweiten Gleichspannungswandler oder über den ersten Gleichspannungswandler und den vierten Gleichspannungswandler, die in Reihe geschaltet sind, versorgt. Möglich ist, die elektrische Last, welche das System elektrischer Verbraucher verursacht, auf die erste Spannungsquelle und die zweite Spannungsquelle aufzuteilen. Weiterhin ist es möglich, die Lastverteilung im Betrieb dynamisch zu verändern.As long as the first voltage source provides sufficient voltage, the system electrical load is optionally supplied via the second DC-DC converter or via the first DC-DC converter and the fourth DC-DC converter, which are connected in series. It is possible to divide the electrical load that causes the system electrical loads on the first voltage source and the second voltage source. Furthermore, it is possible to dynamically change the load distribution during operation.

Die erste Spannungsquelle ist in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Brennstoffzellenanlage, bevorzugt eine Brennstoffzellenanlage mit PEM-Brennstoffzellen (PEM = Proton Exchange Membrane). Andere Ausgestaltungen einer Brennstoffzellenanlage sind ebenfalls möglich.In a preferred embodiment, the first voltage source is a fuel cell system, preferably a fuel cell system with PEM fuel cells (PEM = Proton Exchange Membrane). Other embodiments of a fuel cell system are also possible.

In einer Ausgestaltung umfasst das Wasserfahrzeug eine zweite Spannungsquelle. Diese zweite Spannungsquelle liefert Gleichstrom der zweiten Spannung (vom Fahrnetz verbraucht). Beispielsweise ist die zweite Spannungsquelle ein System mit mehreren wiederaufladbaren Batterien. Der erste Gleichspannungswandler ist mit dem Fahrnetz und zusätzlich mit der zweiten Spannungsquelle elektrisch verbunden. Der erste Gleichspannungswandler ist bevorzugt als bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgestaltet, d.h. er kann sowohl Gleichstrom der ersten Spannung in Gleichstrom der zweiten Spannung als auch Gleichstrom der zweiten Spannung in Gleichstrom der ersten Spannung umwandeln. Auch ein weiterer Gleichspannungswandler kann als bidirektionaler Spannungswandler ausgestaltet sein.In one embodiment, the watercraft comprises a second voltage source. This second voltage source provides DC of the second voltage (consumed by the car network). For example, the second voltage source is a system with multiple rechargeable batteries. The first DC-DC converter is electrically connected to the driving network and additionally to the second voltage source. The first DC-DC converter is preferably designed as a bidirectional DC-DC converter, i. it can convert both direct current of the first voltage into direct current of the second voltage and direct current of the second voltage into direct current of the first voltage. A further DC-DC converter can also be designed as a bidirectional voltage converter.

Diese Ausgestaltung ermöglicht folgende Betriebsart: Das Fahrnetz mit dem Fahrmotor wird ausschließlich oder wenigstens überwiegend von der ersten Spannungsquelle versorgt. Das System elektrischer Verbraucher wird von der zweiten Spannungsquelle versorgt. Die umgekehrte Betriebsart ist ebenfalls möglich.This refinement allows the following operating mode: The driving network with the traction motor is supplied exclusively or at least predominantly by the first voltage source. The system of electrical consumers is powered by the second voltage source. The reverse mode is also possible.

In einer Ausgestaltung vermag die zweite Spannungsquelle (bevorzugt eine Batterieanlage) die maximal vom Fahrnetz benötigte elektrische Leistung bereitzustellen und bevorzugt gleichzeitig auch die vom System elektrischer Verbraucher benötigte elektrische Leistung. Die erste Spannungsquelle vermag hingegen nur so viel elektrische Leistung umzuwandeln und abzugeben, dass sie das Fahrnetz mit einem Teil der maximal benötigten elektrischen Leistung zu versorgen vermag. Dieser Teil reicht beispielsweise aus, um den Fahrmotor mit einer reduzierten Drehzahl zu betreiben und bevorzugt gleichzeitig das System elektrischer Verbraucher zu versorgen, reicht aber nicht aus, um den Fahrmotor mit der vollen Drehzahl arbeiten zu lassen. In dieser Ausgestaltung braucht ein Gleichspannungswandler, der nur mit der ersten Spannungsquelle elektrisch verbunden ist, aber nicht mit der zweiten Spannungsquelle, nur so ausgelegt zu sein, dass er die maximal von der ersten Spannungsquelle bereitgestellte elektrische Leistung aufzunehmen und umzuwandeln vermag.In one embodiment, the second voltage source (preferably a battery system) can provide the maximum electrical power required by the driving network and at the same time also prefers the electrical power required by the system of electrical consumers. By contrast, the first voltage source is only able to convert and deliver so much electric power that it is able to supply the transport network with a portion of the maximum required electrical power. This part is sufficient, for example, to operate the traction motor at a reduced speed and preferably at the same time to supply the system electrical consumers, but not sufficient to let the traction motor operate at full speed. In this embodiment, a DC-DC converter, which is electrically connected only to the first voltage source, but not to the second voltage source, only needs to be designed so that it can absorb and convert the maximum electrical power provided by the first voltage source.

Die Ausgestaltung mit der zweiten Spannungsquelle stellt Redundanz bereit, ohne einen zusätzlichen Gleichspannungswandler vorsehen zu müssen. Falls die erste Spannungsquelle nicht genug Spannung liefert oder ausgefallen oder stark erhitzt ist, so kann die zweite Spannungsquelle das System elektrischer Verbraucher versorgen, und zwar über den ersten Gleichspannungswandler und den zweiten Gleichspannungswandler, die bei dieser Versorgung in Reihe geschaltet sind. Der erste Gleichspannungswandler wandelt im inversen Betrieb Gleichstrom der zweiten Spannung in Gleichstrom der ersten Spannung um, welche dann an der elektrischen Verbindung zwischen der ersten Spannungsquelle und dem ersten Gleichspannungswandler anliegt. Der zweite Gleichspannungswandler wandelt weiterhin Gleichstrom der ersten Spannung in Gleichstrom der dritten Spannung um. Möglich ist auch, dass das System elektrischer Verbraucher sowohl von der ersten Spannungsquelle also von der zweiten Spannungsquelle mit Spannung versorgt wird. Weiterhin ist möglich, die Lastverteilung zwischen den beiden Spannungsquellen im laufenden Betrieb dynamisch zu verändern.The embodiment with the second voltage source provides redundancy without having to provide an additional DC-DC converter. If the first voltage source is not supplying enough voltage or has failed or is highly heated, the second voltage source may supply the system of electrical loads via the first DC-DC converter and the second DC-DC converter connected in series with this supply. In reverse operation, the first DC-DC converter converts DC current of the second voltage into DC current of the first voltage, which is then applied to the electrical connection between the first voltage source and the first DC-DC converter. The second DC-DC converter further converts DC of the first voltage to DC of the third voltage. It is also possible for the system of electrical consumers to be supplied with voltage both from the first voltage source and from the second voltage source. It is also possible to dynamically change the load distribution between the two voltage sources during operation.

In einer Ausgestaltung ist die zweite Spannungsquelle dazu ausgestaltet, elektrische Energie zu speichern. Der zweite Gleichspannungswandler ist zusätzlich mit der wiederaufladbaren zweiten Spannungsquelle verbunden und ist als bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgestaltet. Dank dieser Ausgestaltung ist es möglich, dass Strom, der im System elektrischer Verbraucher erzeugt wird, umgewandelt und in die zweite Spannungsquelle zurückgespeist wird.In one embodiment, the second voltage source is configured to store electrical energy. The second DC-DC converter is additionally connected to the rechargeable second voltage source and is designed as a bidirectional DC-DC converter. Thanks to this configuration, it is possible that current that is generated in the electrical load system, converted and fed back into the second voltage source.

Das lösungsgemäße Wasserfahrzeug ist insbesondere ein Unterwasserfahrzeug und kann ein bemanntes oder ein unbemanntes Wasserfahrzeug sein und kann für militärische und / oder für zivile Zwecke eingesetzt werden.In particular, the watercraft according to the invention is an underwater vehicle and may be a manned or an unmanned watercraft and may be used for military and / or civilian purposes.

Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen:

  • 1 einen schematischen Schaltplan für ein elektrisches Netz, in welchem die Erfindung nicht angewendet wird;
  • 2, auf welche Weise die Brennstoffzellenanlage in dem Netz gemäß 1 die Batterie versorgt;
  • 3, auf welche Weise die Batterie in dem Netz gemäß 1 die Verbraucher versorgt;
  • 4, auf welche Weise die Brennstoffzellenanlage in dem Netz gemäß 1 die Verbraucher versorgt;
  • 5 einen schematischen Schaltplan für ein elektrisches Netz, in welchem eine erste Ausführungsform der Erfindung angewendet wird;
  • 6, auf welche Weise die Brennstoffzellenanlage in dem Netz gemäß 5 die Batterie versorgt;
  • 7, auf welche Weise die Brennstoffzellenanlage in dem Netz gemäß 5 den Fahrmotor versorgt;
  • 8, auf welche Weise die Brennstoffzellenanlage in dem Netz gemäß 5 die Verbraucher versorgt;
  • 9, auf welche Weise die Batterie in dem Netz gemäß 5 die Verbraucher versorgt;
  • 10 einen schematischen Schaltplan für ein elektrisches Netz, in welchem eine zweite Ausführungsform der Erfindung angewendet wird;
  • 11, auf welche Weise die Batterie in dem Netz gemäß 10 die Verbraucher versorgt.
Below, the watercraft according to the invention is explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings. Hereby show:
  • 1 a schematic circuit diagram for an electrical network, in which the invention is not applied;
  • 2 in what way does the fuel cell plant in the network according to 1 the battery is powered;
  • 3 in what way the battery in the network according to 1 supplies the consumers;
  • 4 in what way does the fuel cell plant in the network according to 1 supplies the consumers;
  • 5 a schematic circuit diagram for an electrical network, in which a first embodiment of the invention is applied;
  • 6 in what way does the fuel cell plant in the network according to 5 the battery is powered;
  • 7 in what way does the fuel cell plant in the network according to 5 supplies the traction motor;
  • 8th in what way does the fuel cell plant in the network according to 5 supplies the consumers;
  • 9 in what way the battery in the network according to 5 supplies the consumers;
  • 10 a schematic circuit diagram for an electrical network, in which a second embodiment of the invention is applied;
  • 11 in what way the battery in the network according to 10 supplies the consumers.

In 1 wird ein schematischer Schaltplan für ein elektrisches Netz gezeigt, in welchem die Erfindung nicht angewendet wird. Dieses Netz ist an Bord eines Wasserfahrzeugs in Form eines bemannten oder unbemannten Unterwasserfahrzeugs angeordnet. Das Unterwasserfahrzeug soll in einem längeren Zeitraum operieren können, und zwar wenigstens zeitweise unter Wasser, ohne mit einer externen Spannungsquelle verbunden werden zu müssen.In 1 A schematic circuit diagram for an electrical network is shown in which the invention is not applied. This network is arranged on board a watercraft in the form of a manned or unmanned underwater vehicle. The underwater vehicle should be able to operate in a longer period of time, at least temporarily under water, without having to be connected to an external voltage source.

1 zeigt folgende Bestandteile dieses elektrischen Netzes:

  • - eine Brennstoffzellenanlage BZ, die als eine erste Spannungsquelle fungiert und Gleichstrom einer ersten Spannung U1 liefert,
  • - ein System Ba mit einer Menge von wiederaufladbaren Batterien, das als eine zweite Spannungsquelle fungiert und Gleichstrom einer zweiten Spannung U2 liefert,
  • - einen Generator G, der von einem nicht gezeigten Dieselmotor angetrieben wird und Gleichstrom der zweiten Spannung U2 liefert,
  • - einen elektrischer Fahrmotor Mo, der mindestens eine nicht gezeigte Welle für einen ebenfalls nicht gezeigten Propeller dreht, dadurch das Unterwasserfahrzeug antreibt und Gleichstrom der zweiten Spannung U2 aufnimmt,
  • - ein System V elektrischer Verbraucher, welches Gleichstrom einer dritten Spannung U3 aufnimmt und beispielsweise Stellantriebe für Ruder, Sehrohre und Klappen sowie Kühleinrichtungen und elektronische Schaltschränke umfasst,
  • - einen ersten Gleichspannungswandler G.1, der Gleichstrom der ersten Spannung U1 in Gleichstrom der zweiten Spannung U2 umwandelt,
  • - einen weiteren Gleichspannungswandler G.x, der Gleichstrom der zweiten Spannung U2 in Gleichstrom der dritten Spannung U3 umwandelt, und
  • - einen ersten Leistungsschalter LS.1, welcher den ersten Gleichspannungswandler G.1 wahlweise mit der Brennstoffzellenanlage BZ verbindet oder von ihr trennt.
1 shows the following components of this electrical network:
  • - a fuel cell system BZ acting as a first voltage source and DC of a first voltage U1 supplies,
  • - a system Ba with a quantity of rechargeable batteries acting as a second voltage source and DC of a second voltage U2 supplies,
  • - a generator G which is driven by a diesel engine, not shown, and DC of the second voltage U2 supplies,
  • - An electric traction motor Mo which rotates at least one shaft, not shown, for a propeller, also not shown, thereby driving the underwater vehicle and direct current of the second voltage U2 receives
  • - a system V electrical load, which DC a third voltage U3 includes, for example, actuators for rudders, periscopes and flaps and cooling devices and electronic control cabinets,
  • - a first DC-DC converter G.1 , the DC of the first voltage U1 in DC of the second voltage U2 converts,
  • - Another DC-DC converter Gx , the DC of the second voltage U2 in DC of the third voltage U3 converts, and
  • - a first circuit breaker LS.1 , which is the first DC-DC converter G.1 optionally with the fuel cell system BZ connects or separates from it.

Im Ausführungsbeispiel ist die erste Spannung U1 kleiner als die dritte Spannung U3, und die dritte Spannung U3 ist kleiner als die zweite Spannung U2. In einer Ausgestaltung ist die zweite Spannung U2 um den Faktor M größer als die erste Spannung U1. Die dritte Spannung U3 ist um den Faktor N größer als die erste Spannung U1, wobei N < M ist. Somit ist die zweite Spannung U2 um den Faktor O = M/N größer als die dritte Spannung U3.In the embodiment, the first voltage U1 less than the third voltage U3 , and the third tension U3 is smaller than the second voltage U2 , In one embodiment, the second voltage U2 by the factor M greater than the first voltage U1 , The third tension U3 is about the factor N greater than the first voltage U1 where N <M. Thus, the second voltage U2 by the factor O = M / N greater than the third voltage U3 ,

1 zeigt weiterhin die elektrischen Verbindungen zwischen diesen Bestandteilen des elektrischen Netzes als durchgezogene Linien. Knotenpunkte sind mit vollen Kreisen gekennzeichnet. 1 further shows the electrical connections between these components of the electrical network as solid lines. Nodes are marked with solid circles.

2 zeigt, auf welchem Wege die Brennstoffzellenanlage BZ im Netz gemäß 1 das Batterie-System Ba auflädt, wobei der erste Leistungsschalter LS.1 geschlossen ist. Der Strompfad ist durch durchgezogene Linien dargestellt. Der erste Gleichspannungswandler G.1 wandelt den Gleichstrom der ersten Spannung U1 in Gleichstrom der zweiten Spannung U2 um. Das Verhältnis zwischen der ersten Spannung U1 und der zweiten Spannung U2 liegt bei eins zu M, was durch die Bezeichnung 1:M angedeutet ist. Außerdem zeigt 2, wie die Brennstoffzellenanlage BZ auch den Fahrmotor Mo versorgt. 2 shows how the fuel cell system BZ in the network according to 1 the battery system Ba charging, being the first circuit breaker LS.1 closed is. The current path is shown by solid lines. The first DC-DC converter G.1 converts the direct current of the first voltage U1 in DC of the second voltage U2 around. The relationship between the first voltage U1 and the second voltage U2 is close to one M what's by the name 1 : M is indicated. Also shows 2 like the fuel cell plant BZ also the drive motor Mo provided.

3 zeigt, auf welchem Wege das Batterie-System Ba im Netz gemäß 1 das System V elektrischer Verbraucher elektrisch versorgt, insbesondere wenn der Leistungsschalter LS.1 geöffnet ist. Der weitere Gleichspannungswandler G.x wandelt den Gleichstrom der zweiten Spannung U2 in Gleichstrom der dritten Spannung U3 um. Das Verhältnis zwischen der zweiten Spannung U2 und der dritten Spannung U3 liegt bei N zu eins, was durch die Bezeichnung N:1 angedeutet ist. 3 shows how the battery system works Ba in the network according to 1 the system V electrically powered electrical consumer, especially if the circuit breaker LS.1 is open. The further DC-DC converter Gx converts the DC of the second voltage U2 in DC of the third voltage U3 around. The ratio between the second voltage U2 and the third voltage U3 is at N to one, which by the name N : 1 is indicated.

4 zeigt, auf welchem Wege die Brennstoffzellenanlage BZ das System V elektrischer Verbraucher versorgt. Zunächst wandelt der erste Gleichspannungswandler G.1 Gleichstrom der ersten Spannung U1 in Gleichstrom der zweiten Spannung U2 um. Anschließend wandelt der weitere Gleichspannungswandler G.x den Gleichstrom der zweiten Spannung U2 in Gleichstrom der dritten Spannung U3 um. 4 shows how the fuel cell system BZ the system V supplied electrical consumer. First, the first DC-DC converter converts G.1 DC of the first voltage U1 in DC of the second voltage U2 around. Subsequently, the other DC-DC converter converts Gx the DC of the second voltage U2 in DC of the third voltage U3 around.

Somit wird der Gleichstrom zweimal umgewandelt, nämlich zunächst mit dem Verhältnis eins zu M und anschließend mit dem Verhältnis N zu eins. Diese Reihenschaltung von zwei Gleichspannungswandlern verursacht relevante Leistungsverluste. Die Erfindung reduziert diese Leistungsverluste beim Versorgen des Systems V elektrischer Verbraucher.Thus, the direct current is converted twice, first with the ratio one to M and then with the ratio N to one. This series connection of two DC-DC converters causes relevant power losses. The invention reduces these power losses while providing the system V electrical consumer.

5 und 10 zeigen zwei Ausführungsformen des Netzes, in denen die Erfindung angewendet wird. Gleiche Bestandteile des Netzes haben die gleichen Bezeichnungen wie in 1. Der weitere Gleichspannungswandler G.x sowie der erste Leistungsschalter LS.1 von 1 werden in den Ausführungsformen gemäß 5 und 10 nicht verwendet. Die elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzellenanlage BZ einerseits und den beiden Gleichspannungswandlern G.1 und G.2 andererseits wird mit Vb bezeichnet. 5 and 10 show two embodiments of the network in which the invention is applied. Same components of the network have the same terms as in 1 , The further DC-DC converter Gx as well as the first circuit breaker LS.1 from 1 be in the embodiments according to 5 and 10 not used. The electrical connection between the fuel cell system BZ on the one hand and the two DC-DC converters G.1 and G.2 on the other hand, Vb is designated.

5 zeigt drei Gleichspannungswandler, die parallel geschaltet sind, nämlich die beiden Gleichspannungswandler G.1 und G.2, die auch in der Schaltung gemäß 1 verwendet werden, sowie einen dritten Gleichspannungswandler G.3, der genau wie der erste Gleichspannungswandler G.1 Gleichstrom der ersten Spannung U1 in Gleichstrom der zweiten Spannung U2 umwandelt, also im Verhältnis eins zu M. Der zweite Gleichspannungswandler G.2 wandelt Strom im Verhältnis 1:O um. 5 shows three DC-DC converter, which are connected in parallel, namely the two DC-DC converter G.1 and G.2 that also in the circuit according to 1 can be used, as well as a third DC-DC converter G.3 , the same as the first DC-DC converter G.1 DC of the first voltage U1 in DC of the second voltage U2 converts, so in the ratio one to M , The second DC-DC converter G.2 Converts electricity in the ratio 1: O.

Außerdem zeigt 5 einen zweiten Leistungsschalter LS.2, einen dritten Leistungsschalter LS.3 und einen optionalen vierten Leistungsschalter LS.4. Der zweite Leistungsschalter LS.2 vermag die beiden parallel angeordneten Gleichspannungswandler G.1 und G.2 und damit das System V elektrischer Verbraucher von der Brennstoffzellenanlage BZ zu trennen. Der dritte Leistungsschalter LS.3 vermag den dritten Gleichspannungswandler G.3 und damit das Batterie-System Ba, den Generator G und den Fahrmotor Mo von der Brennstoffzellenanlage BZ zu trennen. Der optionale vierte Leistungsschalter LS.4 vermag den ersten Gleichspannungswandler G.1 von den parallel geschalteten Bestandteilen Ba, G und Mo zu trennen.Also shows 5 a second circuit breaker LS.2 , a third circuit breaker LS.3 and an optional fourth power switch LS.4 , The second circuit breaker LS.2 can the two parallel DC-DC converter G.1 and G.2 and with it the system V electrical load from the fuel cell system BZ to separate. The third circuit breaker LS.3 capable of the third DC-DC converter G.3 and with it the battery system Ba , the generator G and the traction motor Mo from the fuel cell system BZ to separate. The optional fourth circuit breaker LS.4 is capable of the first DC-DC converter G.1 from the parallel components Ba . G and Mo to separate.

6 zeigt, auf welchem Wege die Brennstoffzellenanlage BZ in dem Netz gemäß 5 das Batterie-System Ba elektrisch versorgt. 7 zeigt, wie der Fahrmotor Mo in dem Netz gemäß 5 versorgt wird. Diese beiden Wege sind die gleichen wie der in 1. In einer Betriebsart ist der Leistungsschalter LS.4 geöffnet, und der Fahrmotor Mo wird ausschließlich von der Brennstoffzelle BZ versorgt. 6 shows how the fuel cell system BZ in the network according to 5 the battery system Ba electrically supplied. 7 shows how the traction motor Mo in the network according to 5 is supplied. These two ways are the same as the one in 1 , In one mode, the circuit breaker LS.4 opened, and the traction motor Mo is exclusively from the fuel cell BZ provided.

8 zeigt, wie im Netz gemäß 5 die Brennstoffzelle BZ das System V elektrischer Verbraucher mit Spannung versorgt, wobei der zweite Leistungsschalter LS.2 geschlossen ist. Der zweite Gleichspannungswandler G.2 wandelt den Gleichstrom der Spannung U1, den die Brennstoffzellenanlage BZ liefert, in Gleichstrom der dritten Spannung U3 um. Dadurch wird der Gleichstrom von der Brennstoffzellenanlage BZ durch eine einzige Umwandlung in den Gleichstrom, den das System V elektrischer Verbraucher aufnimmt, transformiert. Im Vergleich zur Anordnung von 1 werden damit die Leistungsverluste reduziert, weil nur ein Gleichspannungswandler G.2 anstelle zweier in Reihe geschalteter Gleichspannungswandler G.1 und G.x verwendet werden. 8th shows, as in the network according to 5 the fuel cell BZ the system V electrical consumer powered, the second circuit breaker LS.2 closed is. The second DC-DC converter G.2 converts the DC of the voltage U1 the fuel cell plant BZ supplies, in DC, the third voltage U3 around. This will cause the direct current from the fuel cell system BZ through a single conversion into the direct current that the system V electrical consumer receives transformed. Compared to the arrangement of 1 Thus, the power losses are reduced, because only a DC-DC converter G.2 instead of two series-connected DC-DC converters G.1 and Gx be used.

9 zeigt, wie im Netz gemäß 5 das Batterie-System Ba das System V elektrischer Verbraucher versorgt, insbesondere dann, wenn der Leistungsschalter LS.2 geöffnet ist. Der Leistungsschalter LS.4 ist geschlossen. Dieser Weg unterscheidet sich von dem Weg, der in 3 gezeigt wird. Zunächst (gesehen in Flussrichtung) wandelt der bidirektionale erste Gleichspannungswandler G.1 den Gleichstrom mit der zweiten Spannung U2, den die Batterie Ba liefert, in Gleichstrom der ersten Spannung U1 um. Anschließend wandelt der zweite Gleichspannungswandler G.2 Gleichstrom der ersten Spannung U1 in Gleichstrom der dritten Spannung U3 um. 9 shows, as in the network according to 5 the battery system Ba the system V supplied electrical consumer, especially when the circuit breaker LS.2 is open. The circuit breaker LS.4 is closed. This path is different from the way in 3 will be shown. First, as seen in the flow direction, the bidirectional first DC-DC converter converts G.1 the DC with the second voltage U2 the battery Ba supplies, in DC, the first voltage U1 around. Subsequently, the second DC-DC converter converts G.2 DC of the first voltage U1 in DC of the third voltage U3 around.

Falls also das System V elektrischer Verbraucher von dem Batterie-System Ba elektrisch versorgt wird, so wird der gelieferte Gleichstrom in der Ausführungsform von 5 und 5 zweimal umgewandelt, nämlich von den beiden in Reihe geschalteten Gleichspannungswandlern G.1 und G.2. Hierbei treten Leistungsverluste auf. Eine Möglichkeit, diese Leistungsverluste zu verringern, ist die, den optionalen Leistungsschalter LS.4 vorzusehen und diesen geöffnet zu lassen, solange die Brennstoffzellenanlage BZ das System V elektrischer Verbraucher zu versorgen vermag.So if the system V electrical load from the battery system Ba is supplied electrically, then the supplied direct current in the embodiment of 5 and 5 converted twice, namely from the two series-connected DC-DC converters G.1 and G.2 , This results in power losses. One way to reduce these power losses is to use the optional circuit breaker LS.4 provide and leave this open as long as the fuel cell system BZ the system V to supply electrical consumers.

10 zeigt eine alternative Ausgestaltung, bei welcher der vierte Leistungsschalter LS.4 nicht benötigt wird und bei der die Leistungsverluste im Vergleich zur 5 geringer sind, wenn das Batterie-System Ba das System V elektrischer Verbraucher versorgt. Der Vorteil der Anordnung von 5 bleibt erhalten, nämlich dass zwischen der Brennstoffzellenanlage BZ und dem System V elektrischer Verbraucher nur ein einziger Gleichspannungswandler G.2 angeordnet ist. 10 shows an alternative embodiment in which the fourth power switch LS.4 is not needed and in which the power losses compared to 5 are lower when the battery system Ba the system V supplied electrical consumer. The advantage of the arrangement of 5 remains intact, namely that between the fuel cell system BZ and the system V electrical load only a single DC-DC converter G.2 is arranged.

In 10 ist ein vierter Gleichspannungswandler G.4 vorgesehen, welcher Gleichstrom der zweiten Spannung U2 in Gleichstrom der dritten Spannung U3 umgewandelt, also mit einem Spannungsverhältnis von N zu eins wie der weitere Gleichspannungswandler G.x von 1. Der Eingang dieses vierten Gleichspannungswandlers G.4 ist mit der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Gleichspannungswandler G.1 und dem Fahrmotor Mo verbunden, der Ausgang mit der elektrischen Verbindung zwischen dem zweiten Gleichspannungswandler G.2 und dem System V elektrischer Verbraucher. 11 zeigt, auf welchem Wege in der Anordnung von 10 das System V elektrischer Verbraucher von dem Batterie-System Ba versorgt wird.In 10 is a fourth DC-DC converter G.4 provided, which direct current of the second voltage U2 in DC of the third voltage U3 converted, so with a tension of N to one like the other DC-DC converter Gx from 1 , The input of this fourth DC-DC converter G.4 is with the electrical connection between the first DC-DC converter G.1 and the traction motor Mo connected, the output with the electrical connection between the second DC-DC converter G.2 and the system V electrical consumer. 11 shows, in which way in the arrangement of 10 the system V electrical load from the battery system Ba is supplied.

In einer Ausgestaltung ist mindestens ein Gleichspannungswandler als bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgestaltet. Dies wird am Beispiel des vierten Gleichspannungswandlers G.4 von 10 erläutert. Möglich ist, dass das System V elektrischer Verbraucher zeitweise keine elektrische Energie verbraucht, sondern umgekehrt elektrische Energie liefert. Der vierte Gleichspannungswandler G.4 wandelt den Gleichstrom der dritten Spannung U3, welche das System V elektrischer Verbraucher liefert, in Gleichstrom der zweiten Spannung U2 um, mit welcher das Batterie-System Ba aufgeladen wird. Diese Ausgestaltung verlängert weiter die Einsatzdauer des Unterwasserfahrzeugs.In one embodiment, at least one DC-DC converter is designed as a bidirectional DC-DC converter. This is the example of the fourth DC-DC converter G.4 from 10 explained. It is possible that the system V electrical consumers temporarily consumed no electrical energy, but inversely supplies electrical energy. The fourth DC-DC converter G.4 converts the DC of the third voltage U3 which the system V electrical load supplies, in DC the second voltage U2 around, with which the battery system Ba is charged. This embodiment further extends the service life of the underwater vehicle.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

BaBa
System wiederaufladbarer Batterien, wird mit Gleichstrom der zweiten Spannung U2 beladen und gibt Gleichstrom der zweiten Spannung U2 ab, fungiert als die zweite SpannungsquelleSystem of rechargeable batteries, is powered by DC of the second voltage U2 charged and gives DC the second voltage U2 ab, acts as the second voltage source
BZBZ
Brennstoffzellenanlage, liefert Gleichstrom der ersten Spannung U1, fungiert als die erste SpannungsquelleFuel cell system, supplying DC of the first voltage U1 , acts as the first voltage source
GG
Generator, erzeugt Gleichstrom der zweiten Spannung U2 Generator, generates DC of the second voltage U2
G.1G.1
erster Gleichspannungswandler, wandelt Gleichstrom der ersten Spannung U1 in Gleichstrom der zweiten Spannung U2 umfirst DC-DC converter, converts DC to the first voltage U1 in DC of the second voltage U2 around
G.2G.2
zweiter Gleichspannungswandler, wandelt Gleichstrom der ersten Spannung U1 in Gleichstrom der dritten Spannung U3 um, parallel zum ersten Gleichspannungswandler G.1 geschaltetsecond DC-DC converter, converts DC of the first voltage U1 in DC of the third voltage U3 around, parallel to the first DC-DC converter G.1 switched
G.3G.3
dritter Gleichspannungswandler, wandelt Gleichstrom der ersten Spannung U1 in Gleichstrom der zweiten Spannung U2 um, parallel zum ersten Gleichspannungswandler G.1 geschaltetthird DC-DC converter, converts DC of the first voltage U1 in DC of the second voltage U2 around, parallel to the first DC-DC converter G.1 switched
G.4G.4
vierter Gleichspannungswandler, wandelt Gleichstrom der zweiten Spannung U2 in Gleichstrom der dritten Spannung U3 umfourth DC-DC converter, converts DC of the second voltage U2 in DC of the third voltage U3 around
G.xG.x
weiterer Gleichspannungswandler, wandelt Gleichstrom der zweiten Spannung U2 in Gleichstrom der dritten Spannung U3 umanother DC-DC converter, converts DC to the second voltage U2 in DC of the third voltage U3 around
LS.1LS.1
erster Leistungsschalter, welcher den ersten Gleichspannungswandler G.1 wahlweise mit der Brennstoffzellenanlage BZ verbindet oder von ihr trenntfirst circuit breaker, which the first DC-DC converter G.1 optionally with the fuel cell system BZ connects or separates from it
LS.2LS.2
zweiter Leistungsschalter, welcher den ersten Gleichspannungswandler G.1 und den zweiten Gleichspannungswandler G.2 wahlweise mit der Brennstoffzellenanlage BZ verbindet oder von ihr trenntsecond power switch, which the first DC-DC converter G.1 and the second DC-DC converter G.2 optionally with the fuel cell system BZ connects or separates from it
LS.3LS.3
dritter Leistungsschalter, welcher den dritten Gleichspannungswandler G.3 wahlweise mit der Brennstoffzellenanlage BZ verbindet oder von ihr trenntthird power switch, which the third DC-DC converter G.3 optionally with the fuel cell system BZ connects or separates from it
LS.4LS.4
vierter Leistungsschalter, welcher den ersten Gleichspannungswandler G.1 wahlweise mit den Bestandteilen BA, G, Mo verbindet oder von ihnen trenntfourth power switch, which the first DC-DC converter G.1 optionally with the components BA . G . Mo connects or separates from them
MM
Faktor, um den die zweite Spannung U2 größer ist als die erste Spannung U1 Factor to the second voltage U2 is greater than the first voltage U1
MoMo
Fahrmotor, nimmt Gleichstrom der zweiten Spannung U2 aufTraction motor, DC takes the second voltage U2 on
NN
Faktor, um den die dritte Spannung U3 größer ist als die erste Spannung U1 Factor to the third voltage U3 is greater than the first voltage U1
OO
Faktor, um den die zweite Spannung U2 größer ist als die dritte Spannung U3, O = M/NFactor to the second voltage U2 is greater than the third voltage U3 , O = M / N
U1U1
erste Spannung, Spannung des von der ersten Spannungsquelle (Brennstoffzellenanlage BZ) gelieferten Gleichstromsfirst voltage, voltage of the first voltage source (fuel cell system BZ ) supplied direct current
U2U2
zweite Spannung, Spannung des vom Fahrmotor aufgenommenen und von der zweiten Spannungsquelle (Batterie-System Ba) sowie vom Generator G gelieferten Gleichstromssecond voltage, voltage of the driver motor and the second voltage source (battery system Ba ) as well as from the generator G supplied direct current
U3U3
dritte Spannung, Spannung des vom System V elektrischer Verbraucher aufgenommenen Gleichstromsthird voltage, voltage of the system V electrical consumer recorded DC
VV
System elektrischer Verbraucher, nimmt Gleichstrom der dritten Spannung U3 aufSystem of electrical consumers, takes DC of the third voltage U3 on
VbVb
elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzellenanlage BZ und den beiden Gleichspannungswandlern G.1 und G.2 electrical connection between the fuel cell system BZ and the two DC-DC converters G.1 and G.2

Claims (12)

Wasserfahrzeug mit - einer ersten Spannungsquelle (BZ), - einem Fahrnetz mit einem Fahrmotor (Mo), - einem System (V) elektrischer Verbraucher, - einem ersten Gleichspannungswandler (G.1) und - einen zweiten Gleichspannungswandler (G.2), wobei die erste Spannungsquelle (BZ) dazu ausgestaltet ist, Gleichstrom einer ersten Spannung (U1) bereitzustellen, wobei das Fahrnetz mit dem Fahrmotor (Mo) dazu ausgestaltet ist, mit Gleichstrom einer zweiten Spannung (U2) betrieben zu werden, wobei das System (V) elektrischer Verbraucher dazu ausgestaltet ist, Gleichstrom einer dritten Spannung (U3) betrieben zu werden und wobei diese beide Spannungen (U2, U3) voneinander und von der ersten Spannung (U1) abweichen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gleichspannungswandler (G.1) - dazu ausgestaltet ist, Gleichstrom der ersten Spannung (U1) in Gleichstrom der zweiten Spannung (U2) umzuwandeln, und - mit der ersten Spannungsquelle (BZ) und mit dem Fahrnetz (Mo) elektrisch verbunden ist, und der zweite Gleichspannungswandler (G.2) - dazu ausgestaltet ist, Gleichstrom der ersten Spannung (U1) in Gleichstrom der dritten Spannung (U3) umzuwandeln, und - mit der ersten Spannungsquelle (BZ) und mit dem System (V) elektrischer Verbraucher elektrisch verbunden ist, und wobei die beiden Gleichspannungswandler (G.1, G.2) parallel zueinander geschaltet sind.Watercraft with - a first voltage source (BZ), - a driving network with a traction motor (Mo), - a system (V) electrical consumers, - a first DC-DC converter (G.1) and - a second DC-DC converter (G.2), wherein the first voltage source (BZ) is configured to provide direct current of a first voltage (U1), wherein the drive network with the drive motor (Mo) is configured to be operated with direct current of a second voltage (U2), the system (V) electrical load is designed to be operated DC of a third voltage (U3) and wherein these two voltages (U2, U3) differ from each other and from the first voltage (U1), characterized in that the first DC-DC converter (G.1) - is configured to convert direct current of the first voltage (U1) into direct current of the second voltage (U2), and - is electrically connected to the first voltage source (BZ) and to the driving network (Mo), and the zw DC-DC converter (G.2) - configured to convert direct current of the first voltage (U1) into direct current of the third voltage (U3), and - electrically connected to the first voltage source (BZ) and to the electrical load system (V) , and wherein the two DC-DC converters (G.1, G.2) are connected in parallel with each other. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannung (U1) kleiner als die dritte Spannung (U3) ist und die dritte Spannung (U3) kleiner als die zweite Spannung (U2) ist.Watercraft after Claim 1 , characterized in that the first voltage (U1) is smaller than the third voltage (U3) and the third voltage (U3) is smaller than the second voltage (U2). Wasserfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zeitweise der erste Gleichspannungswandler (G.1) eingeschaltet und gleichzeitig der zweite Gleichspannungswandler (G.2) ausgeschaltet ist oder mindestens zeitweise der zweite Gleichspannungswandler (G.2) eingeschaltet und gleichzeitig der erste Gleichspannungswandler (G.1) ausgeschaltet ist.Vessel according to one of the preceding claims, characterized in that at least temporarily turned on the first DC-DC converter (G.1) and simultaneously the second DC-DC converter (G.2) is switched off or at least temporarily the second DC-DC converter (G.2) and at the same time the first DC-DC converter (G.1) is switched off. Wasserfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug mindestens einen dritten Gleichspannungswandler (G.3) umfasst, der - dazu ausgestaltet ist, Gleichstrom der ersten Spannung (U1) in Gleichstrom der zweiten Spannung (U2) umzuwandeln, und - mit der ersten Spannungsquelle (BZ) und mit dem Fahrnetz (Mo) elektrisch verbunden ist, wobei der dritte Gleichspannungswandler (G.3) parallel zum ersten Gleichspannungswandler (G.1) und parallel zum zweiten Gleichspannungswandler (G.2) geschaltet ist.Vessel according to one of the preceding claims, characterized in that the vessel comprises at least a third DC-DC converter (G.3) which is - configured to convert direct current of the first voltage (U1) into direct current of the second voltage (U2), and - with the first voltage source (BZ) and to the driving network (Mo) is electrically connected, wherein the third DC-DC converter (G.3) is connected in parallel to the first DC-DC converter (G.1) and parallel to the second DC-DC converter (G.2). Wasserfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug zwei parallel geschaltete dritte Gleichspannungswandler (G.3) umfasst, wobei jeder dritte Gleichspannungswandler (G.3) - dazu ausgestaltet ist, Gleichstrom der ersten Spannung (U1) in Gleichstrom der zweiten Spannung (U2) umzuwandeln, und - mit der ersten Spannungsquelle (BZ) und mit dem Fahrnetz (Mo) elektrisch verbunden ist, wobei jeder dritte Gleichspannungswandler (G.3) parallel zum ersten Gleichspannungswandler (G.1) und parallel zum zweiten Gleichspannungswandler (G.2) geschaltet ist.Vessel according to one of the preceding claims, characterized in that the vessel comprises two parallel-connected third DC-DC converter (G.3), wherein each third DC-DC converter (G.3) - is configured to direct current of the first voltage (U1) in direct current of the second Voltage (U2), and - is electrically connected to the first voltage source (BZ) and with the driving network (Mo), each third DC-DC converter (G.3) parallel to the first DC-DC converter (G.1) and parallel to the second DC-DC converter ( G.2) is switched. Wasserfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zeitweise der eine dritte Gleichspannungswandler (G.3) eingeschaltet und gleichzeitig der andere dritte Gleichspannungswandler (G.3) ausgeschaltet ist.Watercraft after Claim 5 , characterized in that at least temporarily turned on a third DC-DC converter (G.3) and at the same time the other third DC-DC converter (G.3) is turned off. Wasserfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug einen vierten Gleichspannungswandler (G.4) umfasst, welcher - dazu ausgestaltet ist, Gleichstrom der zweiten Spannung (U2) in Gleichstrom der dritten Spannung (U3) umzuwandeln, und - mit dem ersten Gleichspannungswandler (G.1) und mit dem System (V) elektrischer Verbraucher elektrisch verbunden ist.Vessel according to one of the preceding claims, characterized in that the vessel comprises a fourth DC-DC converter (G.4) which is designed to convert direct current of the second voltage (U2) into direct current of the third voltage (U3), and - with the first DC-DC converter (G.1) and is electrically connected to the system (V) electrical loads. Wasserfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwasserfahrzeug eine zweite Spannungsquelle (Ba) umfasst, welche - Gleichstrom der zweite Spannung (U2) liefert und - mit dem Fahrnetz (Mo) verbunden ist, wobei der vierte Gleichspannungswandler (G.4) zusätzlich mit der zweiten Spannungsquelle (Ba) elektrisch verbunden ist.Watercraft after Claim 7 , characterized in that the underwater vehicle comprises a second voltage source (Ba) which - direct current supplies the second voltage (U2) and - is connected to the driving network (Mo), wherein the fourth DC-DC converter (G.4) in addition to the second voltage source (Ba) is electrically connected. Wasserfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannungsquelle (BZ) mindestens eine Brennstoffzelle umfasst.Watercraft according to one of the preceding claims, characterized in that the first voltage source (BZ) comprises at least one fuel cell. Wasserfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwasserfahrzeug eine zweite Spannungsquelle (Ba) umfasst, welche Gleichstrom der zweiten Spannung (U2) liefert, wobei der erste Gleichspannungswandler (G.1) - zusätzlich mit der zweiten Spannungsquelle (Ba) verbunden ist und - als bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgestaltet ist und wobei der zweite Gleichspannungswandler (G.2) mit der elektrischen Verbindung (Vb) zwischen der ersten Spannungsquelle (BZ) und dem ersten Spannungswandler (G.1) elektrisch verbunden ist.Vessel according to one of the preceding claims, characterized in that the underwater vehicle comprises a second voltage source (Ba) which supplies direct current of the second voltage (U2), wherein the first DC-DC converter (G.1) - additionally connected to the second voltage source (Ba) is and - is designed as a bidirectional DC-DC converter and wherein the second DC-DC converter (G.2) with the electrical connection (Vb) between the first voltage source (BZ) and the first voltage converter (G.1) is electrically connected. Wasserfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannungsquelle (Ba) dazu ausgestaltet ist, elektrische Energie zu speichern, und der zweite Gleichspannungswandler (G.2) - zusätzlich mit der zweiten Spannungsquelle (Ba) verbunden ist und - als bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgestaltet ist.Watercraft after Claim 10 , characterized in that the second voltage source (Ba) is adapted to store electrical energy, and the second DC-DC converter (G.2) - is additionally connected to the second voltage source (Ba) and - is designed as a bidirectional DC-DC converter. Verfahren zum Betreiben eines Wasserfahrzeugs, wobei das Wasserfahrzeug - eine ersten Spannungsquelle (BZ), - ein Fahrnetz mit einem Fahrmotor (Mo), - ein System (V) elektrischer Verbraucher, - einen ersten Gleichspannungswandler (G.1) und - einen zweiten Gleichspannungswandler (G.2) umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass - die erste Spannungsquelle (BZ) Gleichstrom einer ersten Spannung (U1) bereitstellt, - das Fahrnetz (Mo) Gleichstrom einer zweiten Spannung (U2) verbraucht und - das System (V) elektrischer Verbraucher Gleichstrom einer dritten Spannung (U3) verbraucht, wobei die zweite Spannung (U2) größer als die dritte Spannung (U3) ist und wobei diese beide Spannungen (U2, U3) von der ersten Spannung (U1) abweichen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gleichspannungswandler (G.1) mit der ersten Spannungsquelle (BZ) und mit dem Fahrnetz (Mo) elektrisch verbunden ist und der zweite Gleichspannungswandler (G.2) mit der ersten Spannungsquelle (BZ) und mit dem System (V) elektrischer Verbraucher elektrisch verbunden ist, wobei die beiden Gleichspannungswandler (G.1, G.2) parallel zueinander geschaltet sind und wobei das Verfahren die weiteren Schritte umfasst, dass - der erste Gleichspannungswandler (G.1) Gleichstrom der ersten Spannung (U1) in Gleichstrom der zweiten Spannung (U2) umwandelt - der zweite Gleichspannungswandler (G.2) Gleichstrom der ersten Spannung (U1) in Gleichstrom der dritten Spannung (U3) umwandelt.Method for operating a watercraft, wherein the watercraft - a first voltage source (BZ), - a driving network with a traction motor (Mo), - a system (V) electrical consumers, - a first DC-DC converter (G.1) and - a second DC-DC converter (G.2), the method comprising the steps of - providing the first voltage source (BZ) with direct current of a first voltage (U1), - consuming the driving network (Mo) with direct current of a second voltage (U2), and - the system ( V) consumes electrical load DC a third voltage (U3), wherein the second voltage (U2) is greater than the third voltage (U3) and wherein these two voltages (U2, U3) differ from the first voltage (U1), characterized in that the first DC-DC converter (G.1) is electrically connected to the first voltage source (BZ) and to the driving network (Mo) and the second DC-DC converter (G.2) to the first voltage source (BZ) and to the S ystem (V) electrical load is electrically connected, wherein the two DC-DC converter (G.1, G.2) are connected in parallel and wherein the method comprises the further steps that - the first DC-DC converter (G.1) DC of the first voltage (U1) converts to direct current of the second voltage (U2) - the second DC-DC converter (G.2) converts direct current of the first voltage (U1) into direct current of the third voltage (U3).
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