DE102020006803A1

DE102020006803A1 - Vorrichtung zur Wandlung von Energie aus dem Quantenvakuum

Info

Publication number: DE102020006803A1
Application number: DE102020006803.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Nesch
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: 1886Ventures GmbH
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2022-05-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wandlung von Energie aus dem Quantenvakuum als eine elektrische Infrastruktur (26) für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, umfassend eine Erzeugungsvorrichtung (21) mit mindestens einer Spule (1, 3), eine Schaltung zur Erzeugung eines pulsierenden Gleichstroms durch die Spule (1, 3) und einen an die Spule (1, 3) angeschlossenen elektrischen Verbraucher (R, R1, R2), wobei die Schaltung zur Erzeugung des pulsierenden Gleichstroms so ausgebildet ist, dass die Spule (1, 3) während eines Gleichstrompulses bis zur magnetischen Sättigung geführt wird und der Gleichstrompuls dann endet und in der Spule (1, 3) eine Selbstinduktion stattfindet. Dabei ist eine Rückführvorrichtung (20) an einen Ausgang (21A) sowie an einen Eingang (21E) der Erzeugungsvorrichtung (21) angeschlossen und dazu konfiguriert, zumindest einen Teil der nicht zurückgeführten Energie an einen Verbraucher (R) und/oder an eine Batterie (32) abzugeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wandlung von Energie aus dem Quantenvakuum gemäß Anspruch 1.
Die US 6,362,718 B1 offenbart einen elektromagnetischen Generator ohne bewegliche Teile, umfassend einen Permanentmagneten und einen Magnetkern mit ersten und zweiten Magnetpfaden. Eine erste Eingangsspule und eine erste Ausgangsspule erstrecken sich um Teile des ersten Magnetpfades, während sich eine zweite Eingangsspule und eine zweite Ausgangsspule um Teile des zweiten Magnetpfades erstrecken. Die Eingangsspulen werden alternativ gepulst, um induzierte Stromimpulse in den Ausgangsspulen bereitzustellen. Das Ansteuern von elektrischem Strom durch jede der Eingangsspulen verringert den Fluss des Permanentmagneten innerhalb des Magnetpfades, um den sich die Eingangsspule erstreckt. In einer alternativen Ausführungsform eines elektromagnetischen Generators umfasst der Magnetkern ringförmig beabstandete Platten mit Pfosten und Permanentmagneten, die sich abwechselnd zwischen den Platten erstrecken. Um jeden dieser Pfosten erstreckt sich eine Ausgangsspule. Eingangsspulen, die sich um Teile der Platten erstrecken, werden gepulst, um die Induktion von Strom innerhalb der Ausgangsspulen zu bewirken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Wandlung von Energie aus dem Quantenvakuum anzugeben, welches zur Energieversorgung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug genutzt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Wandlung von Energie aus dem Quantenvakuum mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wandlung von Energie aus dem Quantenvakuum umfasst eine Erzeugungsvorrichtung mit mindestens eine Spule, eine Schaltung zur Erzeugung eines pulsierenden Gleichstroms durch die Spule und einen an die Spule angeschlossenen elektrischen Verbraucher. Die Schaltung zur Erzeugung des pulsierenden Gleichstroms ist so ausgebildet, dass die Spule während eines Gleichstrompulses bis zur magnetischen Sättigung geführt wird und der Gleichstrompuls dann endet und in der Spule eine Selbstinduktion stattfindet.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Nutzung von durch mindestens eine Erzeugungsvorrichtung wie oben beschrieben bereitgestellter Energie angegeben. Dazu ist eine Rückführvorrichtung zum Bezug elektrischer Energie an einen Ausgang der Erzeugungsvorrichtung angeschlossen und ist zur Rückführung eines Teils dieser Energie an einen Eingang der Erzeugungsvorrichtung angeschlossen, wobei die Rückführvorrichtung dazu konfiguriert ist, zumindest einen Teil der nicht zurückgeführten Energie an einen Verbraucher und/oder an eine Batterie abzugeben. Der an den Eingang der Erzeugungsvorrichtung zurückgeführte Teil deckt deren Energiebedarf zu 100%. Da die Vorrichtung dem Quantenvakuum Energie entnimmt, beträgt die von der Erzeugungsvorrichtung an deren Ausgang abgegebene Energie mehr als der an ihrem Eingang bereitgestellten Energie. Der darüber liegende Überschuss kann an einem Ausgang der Rückführvorrichtung als frei zur Verfügung stehende Energie abgegeben werden, beispielsweise an einen elektrischen Verbraucher. Alternativ kann diese Energie in einer Batterie zwischengespeichert werden.
Dabei ist die Vorrichtung als eine elektrische Infrastruktur für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug ausgebildet.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Energie, die im Magnetfeld der Spule steckt, aus dem Quantenvakuum kommt. Diese Energie korreliert direkt mit dem Strom, der die Spule durchfließt. Die Energie, die der Spule zugeführt wird, um das Magnetfeld aufzubauen, ist nicht die Energie, die danach im Magnetfeld der Spule steckt und beim Ausschalten der Primärspule wieder durch Selbstinduktion frei wird, sondern lediglich die Energie, die aufgebracht werden musste, um gegen die Selbstinduktionsspannung nach der Lenzschen Regel den elektrischen Strom aufzubauen (also die Energie gegen die „abstoßende Kraft“ der Primärspule, den eigenen Strom zu erhöhen).
Beim Einschalten der Spule wird ein Magnetfeld in der Spule aufgebaut, das mehr Energie beinhaltet, als tatsächlich Arbeit gegen die Selbstinduktionsspannung verrichtet wurde, um den Strom in der Spule zu erhöhen und daher das Magnetfeld zu verstärken.
Beim Ausschalten der Spule bricht das Magnetfeld zusammen und induziert die sogenannte Selbstinduktionsspannung, wodurch der Stromfluss in der Primärspule in dieselbe Richtung erhalten bleibt. Die dabei abgegebene Energie ist größer, als die im Magnetfeld gespeicherte Energie, weil wiederum die Gegenspannung, die durch den Zusammenbruch des Magnetfeldes erzeugt wird und dem Strom entgegengerichtet ist, zeitverzögert auftritt (analog wie beim Einschalten).
Dadurch, dass beim Einschalten der Spule weniger elektrische Energie benötigt wird, um das Magnetfeld aufzubauen und beim Ausschalten der Primärspule mehr elektrische Energie frei wird, als im Magnetfeld gespeichert ist, ergibt sich folgende freiwerdende Energie aus dem Quantenvakuum:

In einer Ausführungsform ist die Spule um einen ferromagnetischen Kern angeordnet. Durch das Einbauen eines geschlossenen ferromagnetischen Kerns in die Spule wird das Magnetfeld und daher auch die Komponente des Magnetfeldes aus dem Quantenvakuum, für deren Aufbau keine Energie aus dem Quantenvakuum verwendet werden musste, verstärkt.

In einer Ausführungsform ist mindestens eine Sekundärspule um den ferromagnetischen Kern angeordnet. Das Transformator-Prinzip erlaubt, dass über den vorhanden ferromagnetischen Kern sowohl die elektrische Energieausbeute an der Spule oder Primärspule, als auch der Anteil der magnetischen Energie aus dem Quantenvakuum, gegen die keine Arbeit verrichtet werden musste, maximiert wird und dadurch die elektrische Energieausbeute über die Sekundärspule, anhand des magnetischen Flusses der Primärspule, gegen den keine Arbeit verrichtet werden musste, maximiert wird.
Weiterhin ist es möglich, eine Tertiär-Spule oder weitere Spulen vorzusehen.
In einer Ausführungsform weist die Sekundärspule eine größere Windungszahl auf als die Spule oder Primärspule.
In einer Ausführungsform ist mindestens ein Gleichrichter zum Gleichrichten eines von der Spule aufgrund der Selbstinduktion abgegebenen Stroms vorgesehen.
In einer Ausführungsform ist mindestens ein Kondensator zur Glättung einer vom Gleichrichter bereitgestellten Spannung vorgesehen.
In einer Ausführungsform ist die Schaltung zur Erzeugung des pulsierenden Gleichstroms so ausgebildet, dass Pausen zwischen den Gleichstromimpulsen höchstens so lang sind wie das Fünffache der Zeitkonstante τ der Schaltung aus Spule und elektrischem Verbraucher. Zu diesem Zeitpunkt ist der Selbstinduktionsstrom auf ein niedriges Niveau abgefallen.
In einer Ausführungsform ist die Schaltung zur Erzeugung des pulsierenden Gleichstroms zur alternierenden Erzeugung positiver und negativer Gleichstromimpulse ausgebildet. Dies ist insbesondere bei Verwendung eines ferromagnetischen Kerns vorteilhaft. Aufgrund der Permeabilität des ferromagnetischen Kerns würde sich nach dem ersten Gleichstromimpuls ein stehendes Magnetfeld im ferromagnetischen Kern bilden. Da dies nachteilig für die hier gewollte Funktion ist, soll gegengepulst werden, das heißt, die Beaufschlagung mit Strompulsen erfolgt alternierend mit einem positiven und einem negativen Impuls.
In einer Ausführungsform ist ein Wechselrichter vorgesehen, um eine vom Gleichrichter bereitgestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und einem Wechselspanungsnetz zuzuführen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Wandlung von Energie aus dem Quantenvakuum wird mit einer Vorrichtung wie oben beschrieben durchgeführt. Dabei wird der pulsierende Gleichstrom mit Gleichstrompulsen einer solchen Pulslänge betrieben, dass die Spule während eines Gleichstrompulses bis zur magnetischen Sättigung geführt wird und der Gleichstrompuls dann endet und in der Spule eine Selbstinduktion stattfindet.
In einer Ausführungsform ist als elektrischer Verbraucher mindestens ein Antriebsmotor des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs und/oder mindestens ein Gleichspannungsmotor und/oder mindestens eine Fahrzeuglampe vorgesehen.
In einer Ausführungsform ist eine Vielzahl der Erzeugungsvorrichtungen zum Aufladen mindestens einer Batterie und/oder zur Stromversorgung des mindestens einen elektrischen Verbrauchers vorgesehen.
In einer Ausführungsform umfasst die mindestens eine Batterie eine Hochvolt-Batterie zur Versorgung des Antriebsmotors, wobei die elektrische Infrastruktur so konfiguriert ist, dass die Hochvolt-Batterie ausschließlich von der Vielzahl der Erzeugungsvorrichtungen aufladbar ist. Auf diese Weise dient die Vielzahl der Erzeugungsvorrichtungen als alleinige Lösung für die Energiezufuhr zum Fahrzeug. Die Hochvolt-Batterie kann entsprechend kleiner dimensioniert werden.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst die mindestens eine Batterie eine Hochvolt-Batterie zur Versorgung des Antriebsmotors, wobei die elektrische Infrastruktur so konfiguriert ist, dass die Hochvolt-Batterie von der Vielzahl der Erzeugungsvorrichtungen und/oder über einen Fahrzeugstecker aufladbar ist, wobei eine Regeleinheit zur Regelung der Einspeisung von der Vielzahl der Erzeugungsvorrichtungen in die Hochvolt-Batterie vorgesehen ist. Auf diese Weise kann die Vielzahl der Erzeugungsvorrichtungen als Range-Extender und zum Laden der Hochvolt-Batterie, insbesondere über Nacht, verwendet werden.
In einer Ausführungsform ist die mindestens eine Vorrichtung jeweils in einer Quantenvakuum-Wandler-Zelle angeordnet, wobei jede Quantenvakuum-Wandler-Zelle Steckverbinder zur modularen Verbindung zu anderen Quantenvakuum-Wandler-Zellen aufweisen kann.
In einer Ausführungsform ist die Quantenvakuum-Wandler-Zelle quaderförmig oder würfelförmig ausgebildet, um insbesondere bei Anordnung einer Vielzahl von Quantenvakuum-Wandler-Zellen eine bestmögliche Ausnutzung von im Fahrzeug verfügbarem Bauraum zu ermöglichen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer Primärspule sowie eines Diagramms mit einem Strom, mit dem die Primärspule beaufschlagt wird,
2 eine schematische Ansicht der Primärspule, wobei als erste zeitverzögerte Reaktion auf den Anstieg des Stroms in der Primärspule ein eigenes Magnetfeld mit einem magnetischen Fluss der Primärspule zeitverzögert zum ansteigenden Strom aufgebaut wird,
3 eine schematische Ansicht der Primärspule, wobei als zweite zeitverzögerte Reaktion die durch Selbstinduktion des sich in der Primärspule aufbauenden Magnetfeldes gemäß der Lenzschen Regel hervorgerufene Selbstinduktionsspannung, zeitverzögert zum eigenen Magnetfeld aufgebaut wird,
4 ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Energieverhältnisse in der Primärspule über der Zeit beim Einschalten eines Stromimpulses,
5 ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Energieverhältnisse in der Primärspule beim Abschalten des Stromimpulses,
6 eine schematische Ansicht der Primärspule an einem ferromagnetischen Kern,
7 eine schematische Ansicht eines Transformators, umfassend die Primärspule, den ferromagnetischen Kern und eine Sekundärspule,
8 eine schematische Ansicht einer elektrischen Schaltung für eine Primärseite des Transformators,
9 ein schematisches Diagramm von Spannungspulsen über der Zeit,
10 eine schematische Ansicht einer elektrischen Schaltung für eine Sekundärseite des Transformators,
11 ein Impulsdiagramm, in dem die an die Schaltung der Primärseite angelegte Spannung, sowie Steuerimpulse für Gates der elektronischen Schalter dargestellt sind,
12 eine schematische Ansicht einer weiteren, einfachen Ausführungsform einer Schaltung zur Wandlung von Energie aus dem Quantenvakuum,
13 eine schematische Ansicht einer Anordnung zur Nutzung von Energie aus dem Quantenvakuum,
14 eine schematische Ansicht einer Quantenvakuum-Wandler-Zelle,
15 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Quantenvakuum-Wandler-Zelle,
16 eine schematische Ansicht einer Moduleinheit, umfassend mehrere Quantenvakuum-Wandler-Zellen,
17 ein schematisches Diagramm, in dem eine Nettoleistung der Quantenvakuum-Wandler-Zellen und eine Dauer einer Maximalleistung in Abhängigkeit von einem Volumenanteil der Quantenvakuum-Wandler-Zellen gemäß 14 an einem verfügbaren Bauraum eines beispielhaften Fahrzeugs dargestellt ist,
18 ein schematisches Diagramm, in dem eine Nettoleistung der Quantenvakuum-Wandler-Zellen und eine Dauer der Maximalleistung in Abhängigkeit von einem Volumenanteil der Quantenvakuum-Wandler-Zellen gemäß 15 am verfügbaren Bauraum des beispielhaften Fahrzeugs dargestellt ist,
19 eine schematische Ansicht einer elektrischen Infrastruktur in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug,
20 eine schematische Ansicht einer elektrischen Infrastruktur in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug bei Verwendung von Quantenvakuum-Wandler-Zellen als Range-Extender und zum Laden,
21 eine schematische Ansicht einer elektrischen Infrastruktur in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug bei Verwendung von Quantenvakuum-Wandler-Zellen zum Laden als alleinige Lösung, und
22 eine schematische Ansicht eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit der elektrischen Infrastruktur.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Wandlung von Energie aus dem Quantenvakuum.
1 ist eine schematische Ansicht einer Primärspule 1 sowie eines Diagramms mit einem Strom I, mit dem die Primärspule 1 beaufschlagt wird.
Die Primärspule 1 erzeugt Energie aus dem Quantenvakuum, indem die Primärspule 1 mit sehr kurzen, aber leistungsstarken Gleichstromimpulsen aus einer elektrischen Quelle beaufschlagt wird, denen jeweils eine Pause (ohne Energiezugabe aus der elektrischen Quelle) folgt, die wesentlich länger ist als die Gleichstromimpulse lang sind. Durch die Sprungänderung (idealisiert ein unendlich schneller Wechsel von 0 nach 1) des Stroms I wird bewirkt, dass ein Anstieg des Stroms I in der Primärspule 1 stattfindet (Aktion) und sich dadurch resultierende Reaktionen zeitverzögert ereignen:

2 ist eine schematische Ansicht der Primärspule 1, wobei als erste zeitverzögerte Reaktion auf den Anstieg des Stroms I in der Primärspule 1 ein eigenes Magnetfeld mit einem magnetischen Fluss Φ der Primärspule 1 zeitverzögert zum ansteigenden Strom I aufgebaut wird.
3 ist eine schematische Ansicht der Primärspule 1, wobei als zweite zeitverzögerte Reaktion die durch Selbstinduktion des sich in der Primärspule 1 aufbauenden Magnetfeldes gemäß der Lenzschen Regel hervorgerufene Selbstinduktionsspannung U_s, die gegen die Spannung der Quelle wirkt, zeitverzögert zum eigenen Magnetfeld aufgebaut wird und daher zeitverzögert zum ansteigenden Strom I, der hier - aufgrund der Sprungänderung - idealisiert gesehen, mit unendlicher Geschwindigkeit ansteigt, aufgebaut wird.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Energie, die im Magnetfeld steckt, aus dem Quantenvakuum kommt. Diese Energie korreliert direkt mit dem Strom I, der die Primärspule 1 durchfließt. Die Energie, die der Primärspule 1 zugeführt wird, um das Magnetfeld aufzubauen, ist nicht die Energie, die danach im Magnetfeld der Primärspule 1 steckt und beim Ausschalten der Primärspule 1 wieder durch Selbstinduktion frei wird, sondern lediglich die Energie, die aufgebracht werden musste, um gegen die Selbstinduktionsspannung U_s nach der Lenzschen Regel den elektrischen Strom I aufzubauen (also die Energie gegen die „abstoßende Kraft“ der Primärspule 1, den eigenen Strom zu erhöhen).
4 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Energieverhältnisse in der Primärspule 1 über der Zeit t beim Einschalten eines Stromimpulses.
Beim Einschalten der Primärspule 1 wird ein Magnetfeld in der Primärspule 1 aufgebaut, das mehr Energie W_M beinhaltet, als tatsächlich Arbeit Wz gegen die Selbstinduktionsspannung U_s verrichtet wurde, um den Strom I in der Primärspule 1 zu erhöhen und daher das Magnetfeld zu verstärken. Für die Energie W_M gilt W=1/2 * L * I², wobei L die Induktivität der Primärspule 1 ist.
5 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Energieverhältnisse in der Primärspule 1 beim Abschalten des Stromimpulses.
Beim Ausschalten der Primärspule 1 bricht das Magnetfeld zusammen und induziert die sogenannte Selbstinduktionsspannung Us, wodurch der Stromfluss in der Primärspule 1 in dieselbe Richtung erhalten bleibt. Die dabei abgegebene Energie W_A ist größer, als die im Magnetfeld gespeicherte Energie W_M, weil wiederum die Gegenspannung, die durch den Zusammenbruch des Magnetfeldes erzeugt wird und dem Strom I entgegengerichtet ist, zeitverzögert auftritt (analog wie beim Einschalten).
Die Energiebilanz wird wie folgt gebildet:
Dadurch, dass beim Einschalten der Primärspule 1 weniger elektrische Energie W_Z benötigt wird, um das Magnetfeld aufzubauen und beim Ausschalten der Primärspule 1 mehr elektrische Energie W_A frei wird, als im Magnetfeld gespeichert ist, ergibt sich folgende freiwerdende Energie W_F aus dem Quantenvakuum: $\begin{array}{l} [Freiwerdende Energie aus Quantenvakuum] = [Energie weniger benotigt f \ddot{u} r Aufbau \\ Magnetfeld] + [Mehr freiwerdende elektrische Energie, als im Magnetfeld gespeichert] . \end{array}$
6 ist eine schematische Ansicht der Primärspule 1 an einem ferromagnetischen Kern 2.
Durch das Einbauen eines geschlossenen ferromagnetischen Kerns 2 in die Primärspule 1 wird das Magnetfeld und daher auch die Komponente des Magnetfeldes aus dem Quantenvakuum, für deren Aufbau keine Energie W_K aus dem Quantenvakuum verwendet werden musste, verstärkt.
7 ist eine schematische Ansicht eines Transformators 4, umfassend die Primärspule 1, den ferromagnetischen Kern 2 und eine Sekundärspule 3.
Das Transformator-Prinzip erlaubt, dass über den vorhanden ferromagnetischen Kern 2 sowohl die elektrische Energieausbeute an der Primärspule 1, als auch der Anteil der magnetischen Energie W_K aus dem Quantenvakuum, gegen die keine Arbeit verrichtet werden musste, maximiert wird und dadurch die elektrische Energieausbeute über die Sekundärspule 3, anhand des magnetischen Flusses ϕ der Primärspule 1, gegen den keine Arbeit verrichtet werden musste, maximiert wird.
Weiterhin ist es möglich, eine Tertiär-Spule oder weitere Spulen einzubauen. Die Anzahl weiterer Spulen ist dadurch limitiert, dass der magnetische Widerstand des Systems zu hoch wird, der den Anteil des magnetischen Flusses ϕ, gegen den keine Arbeit verrichtet werden musste, minimiert. Bei dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel wird daher mit einem Transformator-Prinzip gearbeitet (Primärspule 1 und eine Spule zur Verstärkung (Sekundärspule 3)).
8 ist eine schematische Ansicht einer elektrischen Schaltung für eine Primärseite des Transformators 4, umfassend einen Brückengleichrichter 5 aus vier Dioden D1, D2, D3, D4 und in deren Brückenzweig eine Parallelschaltung aus einem Kondensator C1 und einem ohmschen Verbraucher R1, der einstellbar sein kann. Die Eingänge des Brückengleichrichters 5 sind mit der Primärspule 1 parallel geschaltet, wobei einer der Eingänge direkt mit der Primärspule 1 verbunden ist und der andere Eingang über einen elektronischen Schalter 6 mit der Primärspule 1 verbunden ist. Diese Parallelschaltung liegt im Brückenzweig einer aus vier elektronischen Schaltern 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 gebildeten H-Brücke 9.
Aufgrund der Permeabilität des ferromagnetischen Kerns 2 würde sich nach dem ersten Gleichstromimpuls ein stehendes Magnetfeld im ferromagnetischen Kern 2 bilden. Da dies nachteilig für die hier gewollte Funktion ist, soll gegengepulst werden, das heißt, die Beaufschlagung mit Strompulsen erfolgt alternierend mit einem positiven und einem negativen Impuls. 9 ist ein schematisches Diagramm der Spannungspulse über der Zeit t.
Die Schaltung soll möglichst in der Lage sein, die durch Selbstinduktion der Primärspule 1 erzeugte Energie der Primärspule 1 einem elektrischen Verbraucher R1 in geglätteter Form zuzuführen. Dabei soll die Schaltung so ausgelegt sein, dass das abfallende Magnetfeld beider Richtungen (aufgrund des Gegenpulsens) und daher die elektrische Selbstinduktions-Energie mit beiden Stromrichtungen I1 und I2 - gleichgerichtet - dem Kondensator C1 zugeführt wird.
Der in 8 dargestellte Brückengleichrichter 5 erlaubt, dass sowohl eine Stromrichtung 11, als auch eine entgegengesetzte Stromrichtung I2 so gleichgerichtet werden, dass der Kondensator C1 immer mit derselben Polarität geladen wird. Der Kondensator C1 bewirkt, dass das Spannungs-Niveau geglättet wird, so dass über dem ohmschen Verbraucher R eine im Wesentlichen konstante Spannung anliegt. Der elektronische Schalter 6 bewirkt, dass per Signalgenerator gesteuert werden kann, wann der Brückengleichrichter 5 eingeschaltet wird und wann nicht. Dies ist wichtig, da der Brückengleichrichter 5 nur aktiv sein soll, wenn die Selbstinduktions-Energie der Primärspule 1 verarbeitet werden soll, also nur beim Abschalten der Primärspule 1 von der externen Energiequelle und nicht beim Einschalten der Primärspule 1 (d. h. beim Aufladen der Primärspule 1 durch die externe Energiequelle).
10 ist eine schematische Ansicht einer elektrischen Schaltung für eine Sekundärseite des Transformators 4, umfassend einen Brückengleichrichter 7 aus vier Dioden D5, D6, D7, D8 und einer Parallelschaltung aus einem Kondensator C2 und einem ohmschen Verbraucher R2, der einstellbar sein kann.
Die Schaltung soll in der Lage sein, die durch Selbstinduktion der Sekundärspule 3 erzeugte elektrische Energie einem elektrischen Verbraucher R2 in geglätteter Form zuzuführen. Dabei soll die Schaltung so ausgelegt sein, dass das abfallende Magnetfeld beider Richtung (aufgrund des Gegenpulsens) und daher die elektrische Selbstinduktions-Energie mit beiden Stromrichtungen I1 und I2 gleichgerichtet dem Kondensator C2 zugeführt werden. Der Brückengleichrichter 7 erlaubt, dass sowohl die Stromrichtung I1, als auch die Stromrichtung I2 so gleichgerichtet werden, dass diese immer den Kondensator C2 mit derselben Polarität laden. Der Kondensator C2 bewirkt, dass das Spannungs-Niveau geglättet wird, so dass über dem ohmschen Verbraucher R2 eine im Wesentlichen konstante Spannung anliegt.
Alle aktiv beteiligten elektronischen Bauteile (das heißt alle Bauteile, außer den Bauteilen, die für die Ansteuerung der elektronischen Schalter 6 (MOSFET) verantwortlich sind), sollen hohe Ströme von beispielsweise bis zu etwa 20A aushalten. Hierzu können die elektronischen Schalter 6 mit einem Kühlkörper ausgestattet sein.
In einem Zeitraum t₀ bis t₁ wird die Primärspule 1 über die elektronischen Schalter 8.2, 8.3 mit der externen Energiequelle verbunden. Dabei wird ein positiver Impuls eingeschaltet, wie in 11 gezeigt. Dadurch wird das Magnetfeld in der Primärspule 1 aufgebaut.
In einem Zeitraum t₁ bis t₂ wird die Primärspule 1 von der externen Energiequelle getrennt, indem die elektronischen Schalter 8.2, 8.3 wieder ausgeschaltet werden. Dabei wird der positive Impuls abgeschaltet, wie in 11 gezeigt. Dadurch bricht das Magnetfeld der Primärspule 1 zusammen und in der Primärspule 1 findet daher eine Selbstinduktion statt.
Der elektronische Schalter 6 wird eingeschaltet, so dass die Energie der Selbstinduktion dem Kondensator C1 zugeleitet wird und in geglätteter Form dem elektrischen Verbraucher R1 zur Verfügung steht.
In einem Zeitraum t₂ bis t₃ wird die Primärspule 1 über die elektronischen Schalter 8.1, 8.4 an die externe Energiequelle angeschaltet. Dabei wird ein negativer Impuls angeschaltet, wie in 11 gezeigt.
Durch die Beschaltung mit den elektronischen Schaltern 8.1, 8.4 fließt der Strom I nun in der dem positiven Impuls entgegengesetzten Richtung. Dadurch wird ein Magnetfeld mit umgekehrter Richtung in der Primärspule 1 aufgebaut. Dadurch wird das durch den vorherigen positiven Impuls vorhandene stehende Magnetfeld im ferromagnetischen Kern 2 umgekehrt (dieser wurde durch die Beaufschlagung mit dem positiven Impuls aufgeladen).
In einem Zeitraum t₃ bis t₄ wird die Primärspule 1 von der externen Energiequelle getrennt, indem die elektronischen Schalter 8.1, 8.4 wieder ausgeschaltet werden. Dabei wird der negative Impuls abgeschaltet, wie in 11 gezeigt. Dadurch bricht das Magnetfeld der Primärspule 1 zusammen und in der Primärspule 1 findet daher eine Selbstinduktion statt.
Der elektronische Schalter 6 wird eingeschaltet, so dass die Energie der Selbstinduktion dem Kondensator C1 zugeleitet wird und in geglätteter Form dem elektrischen Verbraucher R1 zur Verfügung steht.
11 ist ein Impulsdiagramm, in dem die an die Schaltung der Primärseite angelegte Spannung U, sowie Steuerimpulse G6, G8.1, G8.2, G8.3, G8.4 für Steuereingänge oder Gates G der elektronischen Schalter 6, 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 dargestellt sind.
Die Schaltung auf der Sekundärseite besteht aus dem Brückengleichrichter 7 mit dem angeschlossen Kondensator C2. Die Schaltung hat folgende Funktion:

Beim Einschalten der Primärspule 1 mit einem positiven Impuls durchfließt das Magnetfeld der Primärspule 1 auch die Sekundärspule 3 (aufgrund des ferromagnetischen Kerns 2). Durch das sich aufbauende Magnetfeld wird durch die Sekundärspule 3 ein Strom I induziert, der dem Kondensator C2 in gleichgerichteter Form zugeleitet wird. Das Spannungsniveau wird durch den Kondensator C2 im Wesentlichen konstant gehalten, wodurch am elektrischen Verbraucher R2 eine im Wesentlichen konstante Spannung anliegt.

Beim Abschalten des positiven Impulses an der Primärspule 1 bricht das Magnetfeld auch in der Sekundärspule 3 zusammen. Dadurch wird durch die Sekundärspule 3 ein Strom I in entgegengesetzter Richtung induziert, der dem Kondensator C2 in gleichgerichteter Form zugeleitet wird. Das Spannungsniveau wird durch den Kondensator C2 im Wesentlichen konstant gehalten, wodurch am elektrischen Verbraucher R2 eine im Wesentlichen konstante Spannung anliegt.
Beim Einschalten der Primärspule 1 durch den negativen Impuls durchfließt das Magnetfeld der Primärspule 1 auch die Sekundärspule 3 (aufgrund des ferromagnetischen Kerns 2). Durch das sich aufbauende Magnetfeld wird durch die Sekundärspule 3 ein Strom I induziert, der dem Kondensator C2 in gleichgerichteter Form zugeleitet wird. Das Spannungsniveau wird durch den Kondensator C2 im Wesentlichen konstant gehalten, wodurch am elektrischen Verbraucher R2 eine im Wesentlichen konstante Spannung anliegt.
Beim Abschalten des negativen Impulses an der Primärspule 1 bricht auch das Magnetfeld der Sekundärspule 3 zusammen. Dadurch wird durch die Sekundärspule 3 ein Strom I induziert (jetzt entgegengesetzt wie beim Aufbau des Magnetfeldes durch den negativen Impuls), der dem Kondensator C2 in gleichgerichteter Form zugeleitet wird. Das Spannungsniveau wird durch den Kondensator C2 im Wesentlichen konstant gehalten, wodurch am elektrischen Verbraucher R2 eine im Wesentlichen konstante Spannung anliegt.
In Summe kann also gesagt werden, dass die Schaltung der Sekundärseite jeweils die Selbstinduktionsspannung U_s der Sekundärspule 3 - hervorgerufen durch eine Sprungänderung der angelegten Spannung an der Primärspule 1 (Einschalten und Abschalten der externen Energiequelle, jeweils mit positiven und negativen Impulsen) - einem elektrischen Verbraucher R2 in gleichgerichteter und wegen des Kondensators C2 geglätteter Form zugeleitet wird. Das geschieht pro Periodendauer viermal:

- Sprungänderung „Einschalten positives Signal“ an Primärspule 1
- Sprungänderung „Ausschalten positives Signal“ an Primärspule 1
- Sprungänderung „Einschalten negatives Signal“ an Primärspule 1
- Sprungänderung „Ausschalten negatives Signal“ an Primärspule 1

12 ist eine schematische Ansicht einer weiteren, einfachen Ausführungsform einer Schaltung zur Wandlung von Energie aus dem Quantenvakuum, umfassend eine Energiequelle zur Bereitstellung einer Spannung U an einer Parallelschaltung aus einer Spule 1 und einer Reihenschaltung aus einer Diode D und einem elektrischen Verbraucher R. Ein Schalter, insbesondere ein elektronischer Schalter 8, ist zum Ein- und Ausschalten der Spannung U an dieser Parallelschaltung vorgesehen. Damit die Wandlung von elektrischer Energie aus dem Quantenvakuum in messbare Bereiche kommt, soll die Schaltfrequenz des Schalters ausreichend groß sein, das heißt der Schalter soll sehr schnell geschlossen und wieder geöffnet werden.
Alle Ausführungsformen können mit oder ohne einen ferromagnetischen Kern 2 ausgebildet sein. Auch ohne ferromagnetischen Kern 2 können eine Sekundärspule 3 und auch weitere Spulen eingebracht werden, beispielsweise indem die Spulen ineinander gewickelt werden.
Es ist auch möglich, einen Quantenvakuum-Wandler basierend auf dem elektrostatischen Feld aufzubauen. Das zentrale Bauteil wäre dann nicht eine Spule 1 sondern ein Kondensator. Allerdings erreicht man bei einem elektrostatischen Quantenvakuum-Wandler geringere Energieausbeuten als bei einem magnetischen Quantenvakuum-Wandler mit einer Spule 1 wie in den gezeigten Ausführungsbeispielen.
Die beiden elektrischen Verbraucher R, R1, R2 sind als ohmsche Widerstände, d. h. Verbraucher, die elektrische Energie in Wärme umwandeln, dargestellt. Dies ist lediglich eine beispielhafte Verwendung der elektrischen Energie. Genauso können andere, beliebige, Verbraucher angeschlossen werden, wie zum Beispiel ein Gleichstrommotor. Ebenfalls wäre es unproblematisch, den Strom I wechselzurichten, zu transformieren und beispielsweise dem allgemeinen Stromnetz mit 230V AC zuzuführen. Abhängig vom anzuschließenden Verbraucher kann auf einen Kondensator C1, C2 zur Glättung verzichtet werden.
Ebenso können elektrische Verbraucher in einem Kraftfahrzeug versorgt werden, beispielsweise ein Gleichstrommotor oder ein Laptop-Computer.
Der als Ausgangsgröße erhaltene elektrische Strom I beim Entladen der Spule 1, 3 ist zunächst hoch und nimmt dann exponentiell ab. Dieser Strom I kann ohne Glättung durch einen Kondensator C1 direkt einem Verbraucher zugeleitet werden, der daraus Wärme produziert, beispielsweise einem als Heizung dienenden ohmschen Widerstand, der die elektrische Energie in Wärme umwandelt. Die Heizung wird dabei kontinuierlich heizen, da die Gleichstromimpulse kurz sind und der Spannungs- und Stromverlauf am Ausgang sehr oft stattfindet. Heizungen sind träge und daher kann auch mit dieser Stromart am Ausgang auf eine konstante Temperatur geregelt werden.
13 ist eine schematische Ansicht einer Rückführvorrichtung 20 zur Nutzung von Energie, die mittels einer Erzeugungsvorrichtung 21 zur Wandlung von Energie aus dem Quantenvakuum QV gemäß der obenstehenden Beschreibung betrieben wird. Die Rückführvorrichtung 20 bezieht elektrische Energie von einem Ausgang 21A der Erzeugungsvorrichtung 21 zur Wandlung von Energie aus dem Quantenvakuum QV und führt einen Teil dieser Energie an einen Eingang 21E der Erzeugungsvorrichtung 21 zurück. Der an den Eingang 21E der Erzeugungsvorrichtung 21 zurückgeführte Teil deckt deren Energiebedarf zu 100%. Da die Erzeugungsvorrichtung 21 dem Quantenvakuum QV Energie entnimmt beträgt die von der Erzeugungsvorrichtung 21 an deren Ausgang 21A abgegebene Energie mehr als 100% der an ihrem Eingang 21E bereitgestellten Energie. Der über 100% liegende Überschuss kann an einem Ausgang 20A der Rückführvorrichtung 20 als frei zur Verfügung stehende Energie abgegeben werden, beispielsweise an einen elektrischen Verbraucher. Alternativ kann diese Energie in einer Batterie zwischengespeichert werden.
14 zeigt schematische Ansichten einer kompakten Quantenvakuum-Wandler-Zelle 22, umfassend beispielsweise den ferromagnetischen Kern 2, beispielsweise einen Eisenkern, mit der Primärspule 1 und der Sekundärspule 3, einer elektronischen Schaltung 23 zur Ansteuerung von Primärspule 1 und/oder Sekundärspule 3 und für eine Lastschaltung von Primärseite und Sekundärseite, die beispielsweise wie in den 8 und 10 ausgebildet sein kann, sowie beispielsweise einer Rückführeinheit 37 zur Rückführung der Energie von der Primärspule 1 und Sekundärspule 3 zum Eingang der Primärseite. Die Quantenvakuum-Wandler-Zelle 22 kann beispielsweise quaderförmig oder würfelförmig mit einer Breite und Höhe von je etwa zehn cm und einer Tiefe von etwa fünf cm ausgebildet sein, so dass sie ein Volumen von etwa 500 cm³ benötigt, insbesondere so, dass der ferromagnetische Kern 2 mit der Primärspule 1 und der Sekundärspule 3 in Tiefenrichtung hinter der elektronischen Schaltung 23 und der Rückführeinheit 37 angeordnet ist. Die Quantenvakuum-Wandler-Zelle 22 kann jedoch auch jede andere Form und/oder Größe und/oder Anordnung aufweisen. Die Quantenvakuum-Wandler-Zelle 22 kann beispielsweise für eine Leistungsabgabe von etwa 0,1 kW konfiguriert sein.
15 zeigt eine schematische Ansicht einer kompakten Quantenvakuum-Wandler-Zelle 22, umfassend beispielsweise den ferromagnetischen Kern 2, beispielsweise einen Eisenkern, mit der Primärspule 1 und der Sekundärspule 3, einer elektronischen Schaltung 23 zur Ansteuerung von Primärspule 1 und Sekundärspule 3 und für eine Lastschaltung sowie beispielsweise einer Rückführeinheit 37 zur Rückführung der Energie von der Sekundärspule 3 zur Primärspule 1. Die Quantenvakuum-Wandler-Zelle 22 kann beispielsweise quaderförmig oder würfelförmig mit einer Kantenlänge von etwa zehn cm ausgebildet sein, so dass sie bei einer Würfelform ein Volumen von etwa 1000 cm³ benötigt, insbesondere so, dass der ferromagnetische Kern 2 mit der Primärspule 1 und der Sekundärspule 3 neben der elektronischen Schaltung 23 und der Rückführeinheit 37 angeordnet ist. Die Quantenvakuum-Wandler-Zelle 22 kann jedoch auch jede andere Form und/oder Größe und/oder Anordnung aufweisen. Die Quantenvakuum-Wandler-Zelle 22 kann beispielsweise für eine Leistungsabgabe von etwa 0,1 kW konfiguriert sein.
16 ist eine schematische Ansicht einer Moduleinheit 24, in der vier Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 angeordnet sind. Hierfür kann ein Verbindermodul 25 vorgesehen sein. Die Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 können Steckverbinder zur einfachen Verbindung untereinander und/oder mit dem Verbindermodul 25 aufweisen.
In einem beispielhaften, elektrisch angetriebenen, Fahrzeug 39 ist für eine Pufferbatterie ein Bauraum mit einer Länge von 2 m, einer Breite von 1,5 m und einer Höhe von 0,3 m, das heißt mit einem Volumen von 0,9 m³ verfügbar. Die Quantenvakuum-Wandler-Zelle 22 gemäß 14 benötigt einen Bauraum von 0,0005 m³ und weist eine Nettoleistung von 0,1 kW auf. Ferner sollen für das beispielhafte Fahrzeug 39 folgende Werte angenommen werden:

Batteriekapazität einer Pufferbatterie: 80 kWh
Durchschnittlicher Leistungsbedarf: 22 kW
Maximalleistung: 300 kW
Maximale Dauerleistung: 150 kW

Wenn der verfügbare Bauraum von 0,9m³ ganz oder teilweise mit Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 belegt wird, ergeben sich unter anderem folgende Möglichkeiten:

Wenn der im Fahrzeug 39 verfügbare Bauraum von 0,9 m³ vollständig mit Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 gemäß 14 belegt wird und keine Pufferbatterie vorgesehen ist, so finden dort 1800 Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 Platz, so dass eine Gesamtleistung von 180 kW verfügbar ist. Das Fahrzeug 39 hätte somit 40% weniger Maximalleistung bei unendlicher Reichweite.

Wenn der im Fahrzeug 39 verfügbare Bauraum von 0,9 m³ so mit Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 gemäß 14 belegt wird, dass damit der durchschnittliche Leistungsbedarf von 22 kW gedeckt werden kann, so sind dafür 220 Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 erforderlich, die 12,22% des Volumens des verfügbaren Bauraums einnehmen. Die übrigen 87,78% des Bauraums stehen für die Pufferbatterie zur Verfügung. Die Maximalleistung von 300 kW könnte daher über eine Dauer t_max=0,8778*80kWh/(300kW-22kW)= 15 Minuten und 9,3 Sekunden abgerufen werden. Die Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 können so als Range-Extender verwendet werden, mit denen bei moderatem Fahrverhalten unendliche Reichweite möglich ist und die Maximalleistung für 15 Minuten und 9,3 Sekunden abrufbar wäre.
Wenn der im Fahrzeug 39 verfügbare Bauraum von 0,9 m³ so mit Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 gemäß 14 belegt wird, dass damit die maximale Dauerleistung von 150 kW gedeckt werden kann, so sind dafür 1500 Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 erforderlich, die 83,33% des Volumens des verfügbaren Bauraums einnehmen. Die übrigen 16,66% des Bauraums stehen für die Pufferbatterie zur Verfügung. Die Maximalleistung von 300 kW könnte daher über eine Dauer t_max=0,1666*80kWh/(300kW-150kW)= 3 Minuten und 44 Sekunden abgerufen werden. Die Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 ermöglichen so bei maximaler Dauerbelastung des Antriebsstrangs unendliche Reichweite und die Maximalleistung wäre für 3 Minuten und 44 Sekunden abrufbar.
17 ist ein schematisches Diagramm, in dem eine Nettoleistung P_QV der Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 und eine Dauer tmax der Maximalleistung in Abhängigkeit von einem Volumenanteil φ der Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 gemäß 14 am verfügbaren Bauraum des beispielhaften Fahrzeugs 39 dargestellt ist. Ferner ist der Durchschnittsverbrauch nach WLTP als gestrichelte Linie eingezeichnet.
Wenn der im Fahrzeug 39 verfügbare Bauraum von 0,9 m³ vollständig mit Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 gemäß 15 belegt wird und keine Pufferbatterie vorgesehen ist, so finden dort 900 Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 Platz, so dass eine Gesamtleistung von 90 kW verfügbar ist. Das Fahrzeug 39 hätte somit 70% weniger Maximalleistung bei unendlicher Reichweite.
Wenn der im Fahrzeug 39 verfügbare Bauraum von 0,9 m³ so mit Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 gemäß 15 belegt wird, dass damit der durchschnittliche Leistungsbedarf von 22 kW gedeckt werden kann, so sind dafür 220 Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 erforderlich, die 24,44% des Volumens des verfügbaren Bauraums einnehmen. Die übrigen 75,56% des Bauraums stehen für die Pufferbatterie zur Verfügung. Die Maximalleistung von 300 kW könnte daher über eine Dauer t_max=0,7556*80kWh/(300kW-22kW)= 13 Minuten und 3 Sekunden abgerufen werden. Die Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 können so als Range-Extender verwendet werden, mit denen bei moderatem Fahrverhalten unendliche Reichweite möglich ist und die Maximalleistung für 13 Minuten und 3 Sekunden abrufbar wäre.
Wenn der im Fahrzeug 39 verfügbare Bauraum von 0,9 m³ so mit Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 gemäß 15 belegt werden soll, dass damit die maximale Dauerleistung von 150 kW gedeckt werden kann, so wären dafür 1500 Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 erforderlich, die 166,66% des Volumens des verfügbaren Bauraums erfordern würden, so dass der verfügbare Bauraum nicht ausreichen würde. Die Maximalleistung von 300 kW könnte daher nicht abgerufen werden.
18 ist ein schematisches Diagramm, in dem eine Nettoleistung P_QV der Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 und eine Dauer tmax der Maximalleistung in Abhängigkeit von einem Volumenanteil φ der Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 gemäß 15 am verfügbaren Bauraum des beispielhaften Fahrzeugs 39 dargestellt ist. Ferner ist der Durchschnittsverbrauch nach WLTP als gestrichelte Linie eingezeichnet.
19 ist eine schematische Ansicht einer elektrischen Infrastruktur 26 in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug 39. Eine Hochvolt-Batterie 27, beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer Nennspannung von 405 V und einer Batteriekapazität von 80 kWh kann über einen Fahrzeugstecker 28 geladen werden und versorgt über einen DC/DC-Wandler 29 eine Niedervolt-Batterie 30, die beispielsweise eine Nennspannung von 12 V oder 24 V aufweist. Die Hochvolt-Batterie 27 versorgt über einen Wechselrichter 31 einen Antriebsmotor 32, beispielsweise einen Dreiphasen-Drehstrommotor, des Fahrzeugs 39. Die Niedervolt-Batterie 30 versorgt andere elektrische Verbraucher R, beispielsweise ein oder mehrere Fahrzeuglampen 33 und/oder ein oder mehrere Gleichspannungsmotoren 34, beispielsweise Fensterhebermotoren. Ferner ist ein Hochvolt-Batteriemanagement-System 35 vorgesehen, das zur Erfassung zumindest eines Batteriefüllstands (SOC), einer Leistungsabgabe, einer Leistungsaufnahme und eines Spannungs-Niveaus der Hochvolt-Batterie 27 konfiguriert ist. Ferner ist das Hochvolt-Batteriemanagement-System 35 zumindest zur Steuerung und/oder Regelung einer maximalen Leistungsaufnahme der Hochvolt-Batterie 27 beim Laden, einer maximalen Leistungsabgabe der Hochvolt-Batterie 27 beim Entladen, eines Schutzes der Hochvolt-Batterie 27 vor Unterentladung und eines Schutzes der Hochvolt-Batterie 27 vor Ladung mit falscher, insbesondere zu hoher, Spannung konfiguriert. Weiter ist ein Niedervolt-Batteriemanagement-System 36 vorgesehen, das zumindest zur Steuerung und/oder Regelung einer maximalen Leistungsaufnahme der Niedervolt-Batterie 30 beim Laden, einer maximalen Leistungsabgabe der Niedervolt-Batterie 30 beim Entladen, eines Schutzes der Niedervolt-Batterie 30 vor Unterentladung und eines Schutzes der Niedervolt-Batterie 30 vor Ladung mit falscher, insbesondere zu hoher, Spannung konfiguriert ist.
20 ist eine schematische Ansicht einer elektrischen Infrastruktur 26 in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug 39 bei Verwendung von Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 als Range-Extender und zum Laden, beispielsweise über Nacht. Beispielsweise sind Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 mit einer Nettoleistung von 22 kW vorgesehen.
Eine Hochvolt-Batterie 27, beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer Nennspannung von 405 V und einer Batteriekapazität von 70,2 kWh kann über einen Fahrzeugstecker 28 oder durch die Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22, die beispielsweise in einer Moduleinheit 24 angeordnet sind, geladen werden. Ferner ist eine Niedervolt-Batterie 30 vorgesehen, die beispielsweise eine Nennspannung von 12 V oder 24 V aufweist und wie in 19 über einen hier nicht dargestellten DC/DC-Wandler 29 versorgt werden kann. Die Hochvolt-Batterie 27 versorgt über einen Wechselrichter 31 einen Antriebsmotor 32, beispielsweise einen Dreiphasen-Drehstrommotor, des Fahrzeugs 39. Die Niedervolt-Batterie 30 versorgt andere elektrische Verbraucher R, beispielsweise ein oder mehrere Fahrzeuglampen 33 und/oder ein oder mehrere Gleichspannungsmotoren 34, beispielsweise Fensterhebermotoren. Ferner ist ein Hochvolt-Batteriemanagement-System 35 vorgesehen, das zur Erfassung zumindest eines Batteriefüllstands (SOC), einer Leistungsabgabe, einer Leistungsaufnahme und eines Spannungs-Niveaus der Hochvolt-Batterie 27 konfiguriert ist. Ferner ist das Hochvolt-Batteriemanagement-System 35 zumindest zur Steuerung und/oder Regelung einer maximalen Leistungsaufnahme der Hochvolt-Batterie 27 beim Laden, einer maximalen Leistungsabgabe der Hochvolt-Batterie 27 beim Entladen, eines Schutzes der Hochvolt-Batterie 27 vor Unterentladung und eines Schutzes der Hochvolt-Batterie 27 vor Ladung mit falscher, insbesondere zu hoher, Spannung konfiguriert. Weiter ist ein Niedervolt-Batteriemanagement-System 36 vorgesehen, das zumindest zur Steuerung und/oder Regelung einer maximalen Leistungsaufnahme der Niedervolt-Batterie 30 beim Laden, einer maximalen Leistungsabgabe der Niedervolt-Batterie 30 beim Entladen, eines Schutzes der Niedervolt-Batterie 30 vor Unterentladung und eines Schutzes der Niedervolt-Batterie 30 vor Ladung mit falscher, insbesondere zu hoher, Spannung konfiguriert ist.
Eine weitere Regeleinheit 38 kann vorgesehen sein, um die Einspeisung von den Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 in die Hochvolt-Batterie 27 zu regeln.
21 ist eine schematische Ansicht einer elektrischen Infrastruktur 26 in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug 39 bei Verwendung von Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 zum Laden als alleinige Lösung. Beispielsweise sind Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 mit einer Nettoleistung von 150 kW vorgesehen.
Eine Hochvolt-Batterie 27, beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer Nennspannung von 405 V und einer Batteriekapazität von 13,3 kWh kann durch die Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22, die beispielsweise in einer Moduleinheit 24 angeordnet sind, geladen werden. Ferner ist eine Niedervolt-Batterie 30 vorgesehen, die beispielsweise eine Nennspannung von 12 V oder 24 V aufweist und wie in 19 über einen hier nicht dargestellten DC/DC-Wandler 29 versorgt werden kann. Die Hochvolt-Batterie 27 versorgt über einen Wechselrichter 31 einen Antriebsmotor 32, beispielsweise einen Dreiphasen-Drehstrommotor, des Fahrzeugs 39. Die Niedervolt-Batterie 30 versorgt andere elektrische Verbraucher R, beispielsweise ein oder mehrere Fahrzeuglampen 33 und/oder ein oder mehrere Gleichspannungsmotoren 34, beispielsweise Fensterhebermotoren. Ferner ist ein Hochvolt-Batteriemanagement-System 35 vorgesehen, das zur Erfassung zumindest eines Batteriefüllstands (SOC), einer Leistungsabgabe, einer Leistungsaufnahme und eines Spannungs-Niveaus der Hochvolt-Batterie 27 konfiguriert ist. Ferner ist das Hochvolt-Batteriemanagement-System 35 zumindest zur Steuerung und/oder Regelung einer maximalen Leistungsaufnahme der Hochvolt-Batterie 27 beim Laden, einer maximalen Leistungsabgabe der Hochvolt-Batterie 27 beim Entladen, eines Schutzes der Hochvolt-Batterie 27 vor Unterentladung und eines Schutzes der Hochvolt-Batterie 27 vor Ladung mit falscher, insbesondere zu hoher, Spannung konfiguriert. Weiter ist ein Niedervolt-Batteriemanagement-System 36 vorgesehen, das zumindest zur Steuerung und/oder Regelung einer maximalen Leistungsaufnahme der Niedervolt-Batterie 30 beim Laden, einer maximalen Leistungsabgabe der Niedervolt-Batterie 30 beim Entladen, eines Schutzes der Niedervolt-Batterie 30 vor Unterentladung und eines Schutzes der Niedervolt-Batterie 30 vor Ladung mit falscher, insbesondere zu hoher, Spannung konfiguriert ist.
Die Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22 erzeugen eine Nettoleistung von 150 kW, was der maximalen Dauerleistung des oben beispielhaft beschriebenen Fahrzeugs 39 entspricht. Darüber hinaus kann für eine Dauer t_max von 3 Minuten und 44 Sekunden die Maximalleistung von 300 kW abgegeben werden, da die Hochvolt-Batterie 27 über diesen Zeitraum weitere 150 kW bereitstellen kann.
22 zeigt eine schematische Ansicht eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges 39 mit der elektrischen Infrastruktur 26, die gemäß einem der oben beschriebenen Beispiele, jedoch auch mit abweichenden technischen Daten, insbesondere anderen Leistungen und Anzahlen von Quantenvakuum-Wandler-Zellen 22, ausgebildet sein kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6362718 B1 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Wandlung von Energie aus dem Quantenvakuum als eine elektrische Infrastruktur (26) für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, umfassend eine Erzeugungsvorrichtung (21) mit mindestens einer Spule (1, 3), einer Schaltung zur Erzeugung eines pulsierenden Gleichstroms durch die Spule (1, 3) und einen an die Spule (1, 3) angeschlossenen elektrischen Verbraucher (R, R1, R2) sowie eine Rückführvorrichtung (20) zur Rückführung eines Teils dieser Energie, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zur Erzeugung des pulsierenden Gleichstroms so ausgebildet ist, dass die Spule (1, 3) während eines Gleichstrompulses bis zur magnetischen Sättigung geführt wird und der Gleichstrompuls dann endet und in der Spule (1, 3) eine Selbstinduktion stattfindet, wobei die Rückführvorrichtung (20) an einen Ausgang (21A) sowie an einen Eingang (21E) der Erzeugungsvorrichtung (21) angeschlossen ist und dazu konfiguriert ist, zumindest einen Teil der nicht zurückgeführten Energie an einen Verbraucher (R) und/oder an eine Batterie (32) abzugeben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (1, 3) um einen ferromagnetischen Kern (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Sekundärspule (3) um den ferromagnetischen Kern (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule (3) eine größere Windungszahl aufweist als die Spule (1).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gleichrichter zum Gleichrichten eines von der Spule (1, 3) aufgrund der Selbstinduktion abgegebenen Stroms (I) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kondensator (C1, C2) zur Glättung einer vom Gleichrichter bereitgestellten Spannung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zur Erzeugung des pulsierenden Gleichstroms so ausgebildet ist, dass Pausen zwischen den Gleichstromimpulsen höchstens so lang sind wie das Fünffache der Zeitkonstante τ der Schaltung aus Spule (1, 3) und elektrischem Verbraucher (R, R1, R2).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zur Erzeugung des pulsierenden Gleichstroms zur alternierenden Erzeugung positiver und negativer Gleichstromimpulse ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechselrichter vorgesehen ist, um eine vom Gleichrichter bereitgestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und einem Wechselspanungsnetz zuzuführen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrischer Verbraucher (R) mindestens ein Antriebsmotor (32) und/oder mindestens ein Gleichspannungsmotor (34) und/oder mindestens eine Fahrzeuglampe (33) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl der Erzeugungsvorrichtungen (21) zum Aufladen mindestens einer Batterie (27, 30) und/oder zur Stromversorgung des mindestens einen elektrischen Verbrauchers (R) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Batterie (27, 30) eine Hochvolt-Batterie (27) zur Versorgung des Antriebsmotors (32) umfasst, wobei die elektrische Infrastruktur (26) so konfiguriert ist, dass die Hochvolt-Batterie (27) ausschließlich von der Vielzahl der Erzeugungsvorrichtungen (21) aufladbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Batterie (27, 30) eine Hochvolt-Batterie (27) zur Versorgung des Antriebsmotors (32) umfasst, wobei die elektrische Infrastruktur (26) so konfiguriert ist, dass die Hochvolt-Batterie (27) von der Vielzahl der Erzeugungsvorrichtungen (21) und/oder über einen Fahrzeugstecker (28) aufladbar ist, wobei eine Regeleinheit (38) zur Regelung der Einspeisung von der Vielzahl der Erzeugungsvorrichtungen (21) in die Hochvolt-Batterie (27) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Erzeugungsvorrichtung (21) jeweils in einer Quantenvakuum-Wandler-Zelle (22) angeordnet ist, wobei jede Quantenvakuum-Wandler-Zelle (22) Steckverbinder zur modularen Verbindung zu anderen Quantenvakuum-Wandler-Zellen (22) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Quantenvakuum-Wandler-Zelle (22) quaderförmig oder würfelförmig ausgebildet ist.
Verfahren zur Wandlung von Energie aus dem Quantenvakuum mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pulsierende Gleichstrom mit Gleichstrompulsen einer solchen Pulslänge betrieben wird, dass die Spule (1, 3) während eines Gleichstrompulses bis zur magnetischen Sättigung geführt wird und der Gleichstrompuls dann endet und in der Spule (1, 3) eine Selbstinduktion stattfindet.