WO2019166298A1 - Energieversorgungssystem für ein unterwasserfahrzeug, verfahren zum betrieb eines energieversorgungssystems sowie unterwasserfahrzeug mit einem solchen energieversorgungssystem - Google Patents

Energieversorgungssystem für ein unterwasserfahrzeug, verfahren zum betrieb eines energieversorgungssystems sowie unterwasserfahrzeug mit einem solchen energieversorgungssystem Download PDF

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WO2019166298A1 PCT/EP2019/054212 EP2019054212W WO2019166298A1 WO 2019166298 A1 WO2019166298 A1 WO 2019166298A1 EP 2019054212 W EP2019054212 W EP 2019054212W WO 2019166298 A1 WO2019166298 A1 WO 2019166298A1
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Joachim Hoffmann
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • Energy supply system for an underwater vehicle method for operating an energy supply system and submersible with such a power supply system
  • the invention relates to an energy supply system for an underwater vehicle, in particular for a submarine or an un manned underwater vehicle, according to the preamble of Pa tent compressions 1.
  • the invention further relates to a procedural ren for operating a power supply system according to Oberbe handle of claim 9 and an underwater vehicle with a Such power supply system according to claim 17.
  • a fuel cell a hydrogen-containing gas - hereinafter referred to as fuel gas - and an oxygen-containing gas - in the following called oxidizing gas - fed.
  • fuel gas - a hydrogen-containing gas -
  • oxygen-containing gas - in the following called oxidizing gas - fed.
  • operating gases These two gases are referred to below as "operating gases.”
  • the fuel gas used is, for example, methane, natural gas, coal gas or pure hydrogen (H 2 ) .As the oxidizing gas, as a rule air, but also pure oxygen (0 2 ) is used.
  • a Be are operating gas systems for an underwater vehicle, in particular for a submarine or an unmanned underwater vehicle, be known, the container, a fuel cell system, a Radioactive Material, and a Gas collection device.
  • the gas receiving device is connected to the operating gas container and contains a Sorbtionssch for receiving boil-off gas from the operating gas container.
  • UUV Unmanned Underwater Vehicle
  • a power supply system and a method for operating an energy supply system for an underwater vehicle in particular special for a submarine or an unmanned Unterwasserfahr convincing indicate with which boil off-gas losses can be reduced and thus a long service life of the undersea serInstitutes can be made possible.
  • the solution of the object directed to the energy supply system is achieved by an energy supply system according to claim 1.
  • the solution to the process for operating an energy supply system directed object is achieved by a method according to claim 9.
  • An underwater vehicle with a power supply system according to the invention is subject matter of claim 17th Advantageous embodiments are depending Weil object of the dependent claims.
  • An inventive energy supply system for a sub-watercraft especially for a submarine or an un manned underwater vehicle, comprises a Brennstoffzellenan location, the substance with pure hydrogen or with a hydrogen-containing gas as the first operating gas and pure sour oxygen or with an oxygen-containing gas as the second Be operating gas is operable, and an operating gas container for one of the two operating gases, preferably one Be operating gas tank for each of the two operating gases, wherein the operating gas tank with the fuel cell system strö mungstechnisch is connected and wherein the operating gas is stored in the operating gas tank in a supercritical state Speicherv.
  • a supercritical state (sometimes referred to as a "supercritical" state) is meant a state above the critical point in the phase diagram of the substance, ie a state in which the gas contains both liquid and gaseous components no longer be distinguished.
  • the temperature of the operating gas is thus above the temperature, which is neces sary to obtain a liquid state. Compared to liquid operating gases, this can reduce the amount of boil-off gas produced. Compared to the accumulator in turn results in a significant Lich higher storage density and because of the higher pressure just in case a reduction in Boil-off losses.
  • the reduction of boil-off gas volumes allows meaningful recovery the released boil-off gases even when operating the underwater vehicle with low energy consumption, in the case of an unmanned underwater vehicle, for example, in a sleep phase in which only essential control and communication systems are in use.
  • the energy supply system and the consumers supplied therefrom can then be optimized to maximize the use of boil-off gases as needed by the respective operations management. It can thus be a high efficiency in the use of operating gases or with a specific storage filling a longer service life of the underwater vehicle allows.
  • the stored in the operating gas container with supercritical state operating gas can in principle be both the first operating gas or the second operating gas.
  • the advantages mentioned come into their own when the operating gas in the operating gas tank is pure hydrogen.
  • pure hydrogen is used as the operating gas, which is stored in a supercritical state in the loading gas tank.
  • the oxidizing gas is preferably pure oxygen used, which may also be stored in an operating gas container advantageous in a supercritical state.
  • the oxygen can also be stored conventionally, for example in liquid form.
  • the Energymakersssys system may have a gas sampling device.
  • the gas receiving device preferably contains a sorbent for acceptance of boil-off gas from the operating gas tank. Depending on the type of sorbent, it can either adsorb or absorb the boil-off gas. Examples and further details For this purpose, the above-mentioned EP 2,864,192 Bl take ent.
  • the gas receiving device is advantageously arranged such that a fluidic connection to Tungasbe container on the one hand and to the fuel cell system on the other side exists.
  • a main line that connects the operating gas tank with the fuel cell system
  • a secondary line With branches, so that the boil-off gas first flows into the main line and then tet in the secondary line becomes.
  • the operating gas container and the Gasryvorrich device are thus connected, so to speak, parallel to the fuel cell system, so that from both gas tanks independently vonei nander a gas supply to the fuel cell system can be done.
  • the fuel cell system comprises at least a first fuel cell device and a second fuel cell device, where in the first fuel cell device and the second fuel cell device fluidly separated from each other with the operating gas container and / or one or the gas receiving device for receiving boil-off gas can be connected from the operating gas tank.
  • the fuel cell system may also include one or more other fuel cell devices, the fluidically separated from each other and from the ers th and second fuel cell device with the operating gas tank and / or one or the gas receiving device for receiving boil-off gas from the Operating gas containers are connectable.
  • the amount of boil-off gas generated in the operating gas container or the amount of boil-off gas stored in the gas receiving device then, for example, only the first can be flexible Fuel cell device, only the second fuel cell device or both fuel cell devices together fluidly connected to the operating gas tank and / or the gas pickup device (or be connected) or be separated from it (or be separated).
  • the fuel cell plant can then be adjusted depending on the needs of the respective loading operating state to an optimized use of boil-off gases. For example, it can be optimally operated or adjusted to different operating modes of the underwater vehicle, each with un ferent energy consumption of the underwater vehicle and thus optimal use of boil-off gases, thus optimal use of the stored operating gas and thus a length re service life of the underwater vehicle enable.
  • a first mode of the underwater vehicle from the two fuel cell devices to at least the first fuel cell device with the loading operating gas tank and / or the gas receiving device for ei ne gas supply connected and in a second mode is only the second fuel cell device with the operating gas container of the two fuel cell devices and / or the gas receiving device for a gas supply ver prevented.
  • the second fuel cell device can then be either separate from the container Radiogasbe and / or the gas sampling device or also connected to the operating gas container and / or Gasaufnah mevorraum.
  • the first fuel cell device can then beispielswei se - possibly together with the second Brennstoffzelleneinrich device - serve as the main fuel cell device for a "Nor mal cleanliness" of the underwater vehicle and opti mated be formed in this case, then a normal gas supply of fuel cells from the Radiogasbenzol ter done
  • the second fuel cell device can serve as a "special operation" of the underwater vehicle and be optimized for this purpose.
  • fuel cells can be supplied with boil-off gas which is supplied to the second fuel cell device either from the operating gas container and / or from a gas intake device for boil-off gas.
  • the second fuel cell device in the second mode is preferably connected or connectable to the battery for charging. This allows the boil-off gas to be recharged, for example, for recharging the battery e.g. be used during a "special operation".
  • the first operating mode is an operation of the underwater vehicle with a first energy consumption, in particular an operation without an electric drive (for example an electric drive for propulsion of the underwater vehicle), and the second operating mode is an operation of the underwater vehicle with a second energy consumption , In particular, an operation without an electric drive (for example, without an electric drive for propulsion of the underwater vehicle), wherein the first energy consumption is greater than the second energy consumption.
  • the first fuel cell device may then be designed for maximum energy production at a normal or high energy consumption of the underwater vehicle, and the second fuel cell device may then be designed for optimal use of released boil-off gases with low power consumption of the underwater vehicle.
  • the first operating mode with the first (higher) energy consumption may, for example, be a ferry operation or a service operation in which all electrical systems including an electric drive for propulsion of the underwater vehicle are in operation.
  • the second operating mode with the second (lower) power consumption may, for example, be a "sleep mode" in which an electric drive for propulsion of the underwater vehicle is out of order and only essential operating and communication systems are in operation.
  • the operation of the underwater vehicle successively comprises the following modes: a first ferry for a trip to a destination, a sleep operation at the destination, a mission operation at the destination and a second ferry for a return from the destination, and the nature and Composition of the operating gas and the size of the operating gas tank or its filling with operating gas are adapted to this operation that at least during the first Fährbe operation and the sleep mode, preferably during operation, the operating gas is stored in the operating gas container in a supercritical state. It is thus an optimal utilization of boil-off gas guaranteed until the end of sleep. As a result, it can be ensured, for example, that even during the sleep state, a battery of the underwater vehicle remains largely charged, so that enough energy is available for any spontaneous actions that may be necessary (for example a "peak start").
  • the undersea ser poverty a fuel cell system for generating energy, wherein the fuel cell system with pure hydrogen or with a hydrogen-containing as the first Be operating gas and with pure oxygen or operated with an oxygen-containing gas as a second operating gas, which is stored in at least one of the two operating gases in a Be operating gas tank, preferably each of two operating gases in each case an operating gas tank ge stores, and from there the fuel cell system is supplied leads, the operating gas is stored in the operating gas tank in a supercritical state.
  • the advantage of the operating gas in the operating gas tank is pure hydrogen.
  • Boil-off gas is stored from the operating gas tank in a direction Gasareavor.
  • the fuel cell system comprises a first fuel cell device and a second fuel cell device, wherein the first fuel cell device and the second fuel cell device fluidly separated from each other in depen dence of an operating mode of the underwater vehicle with the operating gas container and / or the gas pickup device for boil-off gas connected or disconnected.
  • At least the first fuel cell device is supplied with gas from the operating gas container and / or the gas sampling device and in a second mode of the underwater vehicle of the two fuel cell devices only the second fuel cell device with gas from the operating gas container and / or the gas sampling device supplied.
  • the second fuel cell device advantageously charges the battery during the second mode of operation.
  • the first mode is an operation of the underwater serInstitutes with a first energy consumption, in particular an operation with an electric drive (eg electric drive for propulsion of the underwater vehicle), and the second mode is an operation of the underwater vehicle with a second energy consumption, in particular an operation without an electric drive (eg without an electric drive for propulsion of the underwater vehicle), wherein the first energy consumption is smaller than that second energy consumption.
  • a first energy consumption in particular an operation with an electric drive (eg electric drive for propulsion of the underwater vehicle)
  • the second mode is an operation of the underwater vehicle with a second energy consumption, in particular an operation without an electric drive (eg without an electric drive for propulsion of the underwater vehicle)
  • the first energy consumption is smaller than that second energy consumption.
  • a first ferry operation for a trip to a destination is preferably at least during the first Fumbler memories and the sleep mode, preferably also during betrie bes, the operating gas stored in the operating gas container in a supercritical state.
  • an energy supply system and operating method according to the invention can in principle be used very advantageously in all devices in which larger amounts of boil-off gases can arise, but where a release of these boil-off gases to the surrounding areas Atmosphere must be completely avoided or at least kept low (eg due to safety regulations).
  • These can be any kind of mobile or stationary devices.
  • these can be surface vessels, sea platforms and aircraft and spacecraft, since these are very high safety regulations.
  • a “small” consumption of operating gases is understood as meaning a consumption of less than 30% of the consumption of operating gases at nominal power of the fuel cell system. "Average” consumption is a consumption of more than 30% of the operating gas consumption at rated power the fuel cell system understood.
  • yachts in particular mega yachts, which are used for relatively short trips (for example 1 week) and are then in port for a longer period (for example 4 weeks).
  • FIG 1 shows an underwater vehicle with an inventive
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the energy supply system of FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of the energy supply system of FIG. 1,
  • FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of the energy supply system of FIG. 1,
  • FIG. 5 shows a fourth exemplary embodiment of the power supply system of FIG. 1, FIG.
  • FIG. 6 shows a fifth exemplary embodiment of the power supply system of FIG. 1, FIG.
  • FIG. 7 shows an exemplary method sequence for a loading operation of an unmanned underwater vehicle and 8 shows a surface vehicle with a power supply system according to the invention.
  • the underwater vehicle 1 has to propulsion or before a propeller 2, which is driven by an electric motor 3, which is powered by a power supply system 4 with electrical energy.
  • the Unterwasserfahr tool 1 further comprises a control system 5 and a communication system 6 Kom, which are also supplied by the power supply system 4 with electrical energy. Dane ben can of course also other systems of the energy supply system 4 supplied with electrical energy who the.
  • the power supply system 4 includes a fuel cell system 10, which includes a first fuel cell device 11 and a second fuel cell device 12. Both fuel cell devices 11, 12 each comprise a stack of stacked fuel cells, the
  • the Brennstoffzellenein devices 11, 12 are the output side electrically connected to an on-board network 9, from which the control system 5, the communication system 6 and the motor 3 are supplied with electrical energy.
  • the power supply system 4 additionally includes a connected to the electrical system 9 battery 7.
  • the motor 3 is connected via an inverter 8 to the electrical system attached.
  • the current II generated by the fuel cell device 11 and the current 12 generated by the fuel cell device 12 can, as shown, be direct, but also connected therebetween DC / DC controller are fed into the electrical system 9 (see FIG 3 - 6).
  • the fuel cells of the fuel cell devices 11, 12 are operable with pure hydrogen as the first operating gas and with pure oxygen as the second operating gas.
  • the hydrogen is stored in a working gas container 13, which is fluidically connected to the fuel cell devices 11, 12 via a pressure regulator 18 and a pressure regulator 19.
  • the hydrogen is stored in the operating gas tank 13 in a supercritical state, i. in a state above the critical point in the phase diagram of the substance, where the gas contains both liquid and gaseous components. Liquid and gas can not be distinguished there.
  • the gas in a supercritical state is depressurized and converted to a gaseous state.
  • the temperature of the hydrogen is above the tem perature, which is necessary to obtain a liquid state.
  • the expenditure and space required for the isolation of the operating gas container 13 can be reduced.
  • a simple Kryospei cher with double-walled design is sufficient. But it is also important that this can reduce the amount of boil-off gas compared to liquid operating gases. Compared to the pressure accumulator again results in a significantly higher storage density and because of the higher pressure, a reduction in Boil-off gas losses.
  • the power supply system 4 further comprises a Gasauf receiving device 14, which is arranged such that there is a fluidic connection to the operating gas tank 13 on the other side and the fuel cell system 10 on the other side.
  • a secondary line 16 is branched off from a main line 15 which connects the operating gas tank 13 with the fuel cell system 10.
  • a boil-off gas which arises in the operating tank 13 and which can not be consumed directly in the fuel cell system 10, can thereby be collected and stored in the gas sampling device 14.
  • both the operating gas container and the Gasauf receiving device gas storage which differ in structure, functionality and capacity differ from each other and are optimized in terms of their use.
  • the gas sampling device 14 preferably has a sorbent for this purpose.
  • the gas receiver 14 may then either adsorb or absorb the boil-off gas.
  • the use of adsorbers / absorbers therefore makes it possible to store a large amount of boil-off gas reversibly.
  • the boil-off gas is absorbed by the sorbent and under suitable physical conditions (pressure, temperature) in the operating system, the boil-off gas is released again and is then available for utilization in the fuel cell system 10.
  • a conventional accumulator can be stored in this way a larger amount of boil-off gas spei, which allows optimal utilization of the convincing underwater driving entrained operating gases.
  • the boil-off gas first flows into the main line 15 and is then introduced into the secondary line. Be the operating gas tank 13 and the gas pickup device 14 are thus, so to speak, parallel to the fuel cell system 10 ge switches, so that from two gas tanks 13, 14 independently of each other, a gas supply to the fuel cell system 10, he can follow.
  • the process is additionally simplified, since the operating gas container 13 and the gas receiving device 14, e.g. have a common pressure control 19.
  • the pressure in the main line 15 is reduced via the pressure regulator 19. Due to the rising pressure gradient, the boil-off gas in the gas receiver Desorbed device 14 and led into the fuel cell system 10.
  • Gaslessnessvor device 14 is coupled directly to the operating gas container, and / or that a separate line 17 of the gas intake device 14 into the fuel cell system 10 (or in the main line 15) opens.
  • the fuel cell system 10, the operating gas container 13 and the gas receiving device 14 are connected in series on the main line 15 in series.
  • the power supply system 4 shown in FIG 2 to 6 only illustrates the storage and supply of hydrogen to the fuel cell system 10.
  • the same or a similar arrangement of a Be operating gas tank 13 and a gas intake device 14 may be seen before.
  • the oxygen is also advantageous in egg nem supercritical state in a gas tank ge stores.
  • the oxygen can also be stored conventionally in example in liquid form.
  • the two fuel cell devices 11, 12 are each connected via separate lines 15 ', 15'', each with a valve disposed therein 22 and 23 parallel to the main line 15, the first Brennstoffzellenein device 11 and the second fuel cell device 12 are fluidically separated and thus independently connected to the operating gas container and the gas receiving device 14 for a gas supply.
  • the amount of boil-off gas generated in the operating gas tank 13 or the amount of boil off gas stored in the gas receiving device 14 then, for example, only the first fuel cell device 11, only the second fuel cell device 12 or both can be flexible Fuel cell devices 11, 12 together fluidly connected to the operating gas container 13 and / or the gas receiving device 14 for a gas supply.
  • the fuel cell system 10 can then be adjusted depending on the needs of the respective operating state to an opti mized use of boil-off gases.
  • the first fuel cell device 11 serves for this purpose - possibly also together with the second fuel cell device 12 - for a first operating mode of the underwater vehicle with a higher energy consumption of the underwater vehicle.
  • This first mode for example, be an operation in which all electrical systems including an electric drive supplied with electrical energy who need to, for example, a ferry operation, in which the electric drive is used to propel the underwater vehicle, or a deployment operation in which the electrical An For example, it is used for drilling.
  • the Brennstoffzel len worn 11 is designed optimized for this purpose. In the SEM operation, a normal gas supply of the fuel cells takes place from the operating gas tank thirteenth
  • the second fuel cell device 12 is used for a second mode of operation of the underwater vehicle with a lower energy consumption of the underwater vehicle than in the first mode.
  • This second mode of operation may, for example, be an operation in which only a few electrical systems, but no electric drive, have to be supplied with electrical energy, for example a sleep mode, in which only foodstable systems, such as, for example, the control system 5 or the compressor, are used. 6, must be supplied with electrical energy.
  • the fuel cell device 12 is formed optimized for this operation. In this operation, a supply of fuel cells with boil-off gas, which is supplied either from the operating gas container 13 and / or from the gas receiving device 14 to the second fuel cell device 12, is performed. The electrical energy generated by the fuel cell device 12 with the aid of the boil-off gas is then used for recharging the battery 7.
  • valve 22 is opened and the first fuel cell device 11 is fluidly connected to a gas supply to the operating gas container 13 and / or the Gasabilityvor device 14.
  • the valve 23 is closed and thus the second fuel cell device 12 from a gas supply from the Radiogasbenzol ter 13 and / or the gas receiving device 14 is disconnected.
  • the valve 23 is opened and thus the second fuel cell device 12 for a gas supply to the operating gas container 13 and / or the Gasaufnah mevorraum 14 connected.
  • the valve 23 is opened and the second fuel cell device 11 is for a Gaszu drove with the operating gas tank 13 and / or the gas receiving device 14 fluidly connected.
  • the valve 22 is closed, however, and thus the first fuel cell device 11 from a gas supply from the Radiogasbenzol ter 13 and / or the gas receiving device 14 separately.
  • the electrical system 9 has, for example, a nominal voltage in the range from 24 Vdc to 200 Vdc, in particular of 100 Vdc.
  • the fuel cell devices 11, 12 comprise an electrical series connection of so many fuel cells that a derar term nominal voltage is set at the output of the fuel cell devices 11, 12.
  • the Brennstoffzelleneinrichtun gen 11, 12 then usually have the same number to each electrically connected in series fuel cells, although the electrochemically active surface of the fuel cells of the fuel cell devices 11 is larger than in the fuel cell 12.
  • the space requirement of the fuel cell device 11 is thus larger than the Platzbe may the fuel cell device 12th
  • FIG 3 differs from the embodiment shown in FIG 2, characterized in that the fuel cell devices 11, 12 via a common DC / DC controller 30 to the electrical system 9 are electrically connected or connected. With the aid of the DC / DC controller 30, the output voltage of the fuel cell devices 11, 12 can be adapted to the rated voltage of the vehicle electrical system 9.
  • the fuel cell devices 11,12 can then output side produce a voltage that is smaller than the nominal voltage of the electrical system board 9, and is adapted by the DC / DC controller 31 to the rated voltage of the electrical system 9.
  • the fuel cell devices 11, 12 thus require less elec trically connected in series fuel cells than in the case of FIG 2 and thus have a smaller footprint.
  • FIG 4 differs from the embodiment shown in FIG 3, characterized in that only the fuel cell device 12 is connected via a DC / DC controller 31 to the electrical system.
  • the Brennstoffzellenein device 11, however, is connected without an interposed DC / DC controller to the electrical system.
  • the fuel cell device 12 then generates on the output side an output voltage which is smaller than the rated voltage of the on-board network 9, and is adapted by the DC / DC controller 31 to the nominal voltage voltage of the electrical system 9.
  • the fuel cell device 11 on the output side generates a nominal voltage which is equal to the nominal voltage of the vehicle electrical system 9.
  • the fuel cell device 12 thus requires less electrically connected in series fuel cells as in the case of FIG 2 and has a smaller footprint.
  • FIG 5 differs from the embodiment shown in FIG 4, characterized in that the second fuel cell device 12 is a part of the fuel cell 11 is fuel cell.
  • the second fuel cell device 12 is a partial stack 41 of fuel cells of the first fuel cell device 11, which can be supplied separately with operating gas.
  • the remaining de partial stack of the first fuel cell device 11 without the partial stack 41 is designated 42 in FIG.
  • the fuel cell device 12 can be supplied with gas from the operating gas container 13 and / or the gas receiving device 14 for the first operating mode via the line 15 ', the partial stack 42 and a connecting line 43 between the partial stack 42 and the partial stack 41.
  • the Ven valve 23 is closed and the valve 25 is open.
  • the fuel cell device 12 di rectly via the line 15 '' with gas from the Chengasbenzol ter 13 and / or the gas receiving device 14 can be supplied.
  • the valve 25 is closed and the valve 23 is open.
  • FIG. 6 differs from the exemplary embodiment according to FIG. 4 in that the vehicle electrical system 9 comprises a first subnet 9a and a second subnet 9b. To each of the two subnets 9a, 9b, a respective battery 7a and 7b is connected.
  • the essential systems such as the control system 5 and the communication system 6 are each via a switch 51 or 52 connectable to both the first subnet 9a and the second subnet 9b.
  • the electric drive 3 for the propeller 2 is ruled out only to the first subnet 9a sen and supplied from this with electrical energy.
  • the first fuel cell device 11 is connectable to the first subnetwork 9a
  • the second fuel cell device 12 is connectable to the second subnetwork 9b.
  • the first Brennstoffzellenein device 11 is connected via the DC / DC controller 30 a to the subnet 9 a.
  • the switch 51 is opened and the switch 52 is closed, so that the control system 5 and the communication system 6 are also electrically connected to the first subnet 9a, but are disconnected from the second subnet 9b.
  • the first fuel cell device 11 generates electrical energy and feeds it via the DC / DC controller 30a into the subnet 9a to charge the battery 7a or the electrical systems such as the battery. the electric drive 3, the control system 5 and the Ltdunikationssys system 6 to provide electrical energy.
  • the second fuel cell device 12 can additionally generate electrical energy and feed it via a DC / DC controller 30b into the second subsystem 9b, where then - with the switch 51 closed - together with the first fuel cell device 11 the batteries 7a,
  • the second fuel cell device 12 is connected via the DC / DC controller 30 b to the subnet 9 b.
  • the switch 52 is opened and the switch 51 is closed, so that the control system 5 and the communication system 6 are connected only to the second subnet 9b, but are disconnected from the first subnet 9a.
  • the first fuel cell device 11 is out of operation.
  • the second fuel cell device 12 generates electric energy from boil-off gas and feeds it via the DC / DC controller 30b into the subnet 9b to charge the battery 7b or the essential electrical systems such as the control system 5 and the communication system 6 to provide electrical energy.
  • FIG. 7 illustrates by way of example a method sequence for an operation of an unmanned underwater vehicle.
  • the operation of the underwater vehicle includes over time t successively the following modes of operation:
  • the period tl - t0 is 2 weeks
  • the period t2 - tl is for example 3 months
  • the time period t3 - t2 is for example 3 weeks
  • the period t4 - t3 is for example 2 weeks.
  • ferry mode Bl a large number of electrical systems, such as e.g. the electric drive 3, the control system 5 and the communication system 6 in operation.
  • the required (ma ximum) electrical energy El is jointly generated by the fuel cell units 11, 12, which are supplied with gas from the operating gas tank 13.
  • the required (minimum) electrical energy E2 is generated only by the fuel cell device 12, which is supplied with boil-off gas from the operating gas container 13 and / or the gas receiving device 14.
  • the required electrical energy E3 is less than the maximum energy El, but greater than the minimum energy E2, and is only generated by the fuel cell device 11, which is supplied with gas from the operating gas container 13.
  • the type and composition of the operating gas and the size of the operating gas tank 13 and its filling with operating gas are adapted to this operation, that at least during the first ferry operation Bl and sleep mode B2, preferably even in use operation B3, the Be operating gas in the Operating gas tank 13 is stored in a supercritical state. It is thus an optimal utilization of boil-off gas guaranteed at least until the end of sleep operation (preferably until the end of betrie bes). As a result, it can be administratge, for example, that even during the sleep state, the Bat terie 7 (see FIG 2) of the underwater vehicle 1 remains largely charged, so that also enough energy for any neces-ended spontaneous actions (eg, a "peak start") available is available.
  • the energy supply system 4 described with reference to FIG 1 to FIG 7 and the operating methods described can basically be used very advantageously in all facilities in which larger amounts of boil-off gases can arise, but with a release of these boil off-gases must be completely avoided or at least kept low to the surrounding atmosphere (eg due to safety regulations).
  • These can be any kind of mobile or stationary equipment. In particular, this can be surface vessels, sea platforms and aircraft and space vehicles, as these very high security
  • a “small” consumption of operating gases is understood to mean a consumption of less than 30% of the consumption of operating gases at rated power of the fuel cell system 10.
  • "Average” consumption is a consumption of more than 30% of the consumption of operating gases at rated power the fuel cell system 10 understood.
  • yachts in particular mega yachts, which are used for relatively short trips (for example 1 week) and are then in port for a longer period (for example 4 weeks).
  • FIG 8 shows this in a simplified representation of a Kochwas serhus 100, here a mega yacht.
  • the surface vehicle 100 has, for propulsion, a propeller 2, which is driven by an electric motor 3, which is driven by a power supply system 4 is supplied with electrical energy.
  • the surface vehicle 100 further comprises a control system 5 and a communication system 6, which are also supplied by the power supply system 4 with electrical energy.
  • other systems can be powered by the power supply system 4 with electrical energy.
  • For propulsion or before further propeller 2 may be present, which are each driven by an electric motor 3, which is supplied by the power supply system 4 with electrical energy.

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Abstract

Bei einem Energieversorgungssystem (4) für ein Unterwasserfahrzeug (1), insbesondere für ein U-Boot oder ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug, umfassend eine Brennstoffzellenanlage (10), die mit reinem Wasserstoff oder mit einem wasserstoffhaltigen Gas als erstem Betriebsgas sowie mit reinem Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas als zweitem Betriebsgas betreibbar ist, und mit einem Betriebsgasbehälter (13) für eines der beiden Betriebsgase, wobei der Betriebsgasbehälter (13) mit der Brennstoffzellenanlage (10) strömungstechnisch verbunden ist, ist das Betriebsgas in dem Betriebsgasbehälter (13) erfindungsgemäß in einem überkritischen Zustand gespeichert. Hierdurch können Boil-Off-Gas-Verluste reduziert werden und somit eine lange Einsatzdauer des Unterwasserfahrzeuges ermöglicht werden.

Description

Beschreibung
Energieversorgungssystem für ein Unterwasserfahrzeug, Verfah ren zum Betrieb eines Energieversorgungssystems sowie Unter wasserfahrzeug mit einem solchen Energieversorgungssystem
Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem für ein Unterwasserfahrzeug, insbesondere für ein U-Boot oder ein un bemanntes Unterwasserfahrzeug, gemäß Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfah ren zum Betrieb eines Energieversorgungssystems gemäß Oberbe griff des Patentanspruchs 9 sowie ein Unterwasserfahrzeug mit einem solchen Energieversorgungssystem gemäß Patentanspruch 17.
In einer Brennstoffzelle wird durch eine Zusammenführung von Wasserstoff und Sauerstoff in einer elektrochemischen Reakti on elektrische Energie und Wärme erzeugt, wobei Wasser als Reaktionsprodukt verbleibt.
Während des Betriebs werden einer Brennstoffzelle ein was serstoffhaltiges Gas - im Folgenden Brenngas genannt - und ein sauerstoffhaltiges Gas - im Folgenden Oxidationsgas ge nannt - zugeführt. Diese beiden Gase werden im Folgenden als „Betriebsgase" bezeichnet. Als Brenngas findet beispielsweise Methan, Erdgas, Kohlegas oder auch reiner Wasserstoff (H2) Verwendung. Als Oxidationsgas wird in der Regel Luft, aber auch reiner Sauerstoff (02) verwendet.
Es sind bereits Unterwasserfahrzeuge, wie z.B. U-Boote, mit Energieversorgungssystemen mit Brennstoffzellenanlagen be kannt, durch welche Energie für den Betrieb des Fahrzeugs er zeugt wird.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, diese Betriebsgase zu spei chern, z.B. in Form von komprimierten Gasen in Druckbehäl tern, in Form von verflüssigten Gasen in Kryotanks, oder im Fall von Wasserstoff ad-/absorbiert auf/in einem Trägermate rial, wie z.B. in einem Metallhydridspeicher.
In Bezug auf Metallhydridspeicher wird hierzu beispielhaft auf die EP 1 454 826 Al und in Bezug auf eine flüssige Spei cherung und eine Speicherung in Form von komprimierten Gasen in Druckbehältern wird auf den Aufsatz „Brennstoffzellen als außenluftunabhängige Antriebskomponente für U-Boote" von H. Pommer in Schiff & Hafen, Seehafen Verlag GmbH, Bd. 44, Nr.
8, 1. August 1992, Seiten 48-51, XP000288856, ISSN: 1436-8498 verwiesen .
Bei den komprimierten Gasen ist der Volumenbedarf für die er forderlichen Druckspeicher ungünstig hoch. Verflüssigte Gase weisen im Gegensatz dazu eine wesentlich höhere Dichte und in der Regel trotz der erforderlichen Isolation einen geringeren Platzbedarf auf (d.h. sie haben eine höhere Speicherdichte) .
Wird aber ein Gas in flüssiger Form gespeichert, verdampft immer eine kleine Menge des flüssigen Gases, ein sogenanntes Boil-Off-Gas, da sich die Wärmezufuhr nicht permanent unter drücken lässt. Solange man das verdampfte Gas an die umgeben de Atmosphäre entsorgen kann, entsteht daraus kein Problem. Problematisch ist jedoch die Situation, wenn die Verdampfung innerhalb eines geschlossenen Systems, wie z.B. eines Unter wasserfahrzeugs, stattfindet, welches keinen Austausch mit der Atmosphäre zulässt. In diesem Fall müssen die Boil-Off- Gase im Inneren des Fahrzeugs aufgenommen und gelagert wer den, sofern kein im Inneren des Fahrzeugs verfügbarer Prozess zum chemischen Aufbau der Gase (z.B. durch einen Umsatz in einer Brennstoffzellenreaktion oder bei Verbrennung) einge setzt werden kann.
Zum Speichern der Boil-Off-Gase werden in der Regel Druckbe hälter eingesetzt, in welche das freigesetzte Gas hinein strömt. Die Kapazität bzw. der maximal erzielbare Druck eines solchen Druckbehälters wird durch den Auslegungsdruck des Be hälters bestimmt. Alternativ lässt man die beiden Betriebs- gase Wasserstoff und Sauerstoff in kontrollierten Reaktionen (Verbrennung) abreagieren und erzeugt dabei das einfacher handhabbare Wasser als Produkt.
Aus der EP 2 864 192 Bl und der JP 2003 056799 A sind Be triebsgassysteme für ein Unterwasserfahrzeug, insbesondere für ein U-Boot oder ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug, be kannt, die eine Brennstoffzellenanlage, einen Betriebsgasbe hälter, der mit der Brennstoffzellenanlage strömungstechnisch verbunden ist, sowie eine Gasaufnahmevorrichtung umfassen.
Die Gasaufnahmevorrichtung ist mit dem Betriebsgasbehälter verbunden und enthält ein Sorbtionsmittel zur Aufnahme von Boil-Off-Gas aus dem Betriebsgasbehälter.
Jedoch ist bei reinen flüssigen Gasen die Abdampfrate so hoch, dass keine langfristige Verfügbarkeit der Gase zur Ver wertung in Brennstoffzellen gegeben ist. Dies ist besonders problematisch bei unbemannten Unterwasserfahrzeugen, häufig auch als „UUV" (Unmanned Underwater Vehicle) bezeichnet, die teilweise mehr als 3 Monate unterwegs sind und bei denen die limitierten räumlichen Verhältnisse das Mitführen größerer Brennstoff- und Sauerstoffmengen und damit auch die Einsatz dauer von mit Brennstoffzellen versorgten UUVs beschränken.
Aus der EP 2 151 377 Bl ist ein Verfahren zum Spülen einer Brennstoffzellenanlege eines Unterseebootes bekannt, bei dem Kohlendioxid als Spülgas eingesetzt wird. Das Kohlendioxid wird dabei in einem überkritischen Zustand gespeichert.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Energieversorgungssystem und ein Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungssystems für ein Unterwasserfahrzeug, insbe sondere für ein U-Boot oder ein unbemanntes Unterwasserfahr zeug, anzugeben, mit denen Boil-Off-Gas-Verluste reduziert werden können und somit eine lange Einsatzdauer des Unterwas serfahrzeuges ermöglicht werden kann. Die Lösung der auf das Energieversorgungssystem gerichteten Aufgabe gelingt durch ein Energieversorgungssystem gemäß An spruch 1. Die Lösung der auf das Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungssystems gerichteten Aufgabe gelingt durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9. Ein Unterwasserfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Energieversorgungssystem ist Gegen stand des Anspruchs 17. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind je weils Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßes Energieversorgungssystem für ein Unter wasserfahrzeug, insbesondere für ein U-Boot oder ein unbe manntes Unterwasserfahrzeug, umfasst eine Brennstoffzellenan lage, die mit reinem Wasserstoff oder mit einem wasserstoff haltigen Gas als erstem Betriebsgas sowie mit reinem Sauer stoff oder mit einem sauerstoffhaltigen Gas als zweitem Be triebsgas betreibbar ist, und einen Betriebsgasbehälter für eines der beiden Betriebsgase, vorzugsweise jeweils einen Be triebsgasbehälter für jedes der beiden Betriebsgase, wobei der Betriebsgasbehälter mit der Brennstoffzellenanlage strö mungstechnisch verbunden ist und wobei das Betriebsgas in dem Betriebsgasbehälter in einem überkritischen Zustand gespei chert ist.
Unter einem überkritischen Zustand (manchmal auch als „super kritischer" Zustand bezeichnet) wird dabei ein Zustand ober halb des kritischen Punktes im Phasendiagramm des Stoffes verstanden, d.h. ein Zustand bei dem das Gas sowohl flüssige als auch gasförmige Komponenten enthält. Flüssigkeit und Gas können dort nicht mehr unterschieden werden.
Die Temperatur des Betriebsgases liegt somit oberhalb der Temperatur, die zum Erhalt eines flüssigen Zustandes notwen dig ist. Im Vergleich zu flüssigen Betriebsgasen lässt sich hierdurch die anfallende Menge an Boil-Off-Gas reduzieren. Gegenüber dem Druckspeicher ergibt sich wiederum eine deut lich höhere Speicherdichte und wegen des höheren Drucks eben falls eine Verminderung der Boil-Off-Verluste . Die Reduzie rung der Boil-Off-Gasmengen erlaubt eine sinnvolle Verwertung der freigesetzten Boil-Off-Gase auch bei einem Betrieb des Unterwasserfahrzeuges mit nur geringem Energieverbrauch, im Falle eines unbemannten Unterwasserfahrzeuges beispielsweise in einer Schlafphase, in der nur noch essentielle Steuerungs und Kommunikationssysteme im Einsatz sind. Das Energieversor gungssystem und die davon versorgten Verbraucher können dann in Hinblick auf eine maximale Nutzung der Boil-Off-Gase nach Bedarf der jeweiligen Betriebsführung optimiert werden. Es kann somit eine hohe Effizienz bei der Nutzung der Betriebs gase bzw. mit einer bestimmten Speicherfüllung eine längere Einsatzdauer des Unterwasserfahrzeuges ermöglicht werden.
Gegenüber einer Speicherung im flüssigen Zustand lässt sich zudem der Aufwand und Platzbedarf für die Isolation des Gas behälters reduzieren. Ein einfacher Kryospeicher mit doppel wandiger Ausführung ist ausreichend.
Das in dem Betriebsgasbehälter mit überkritischem Zustand ge speicherte Betriebsgas kann grundsätzlich sowohl das erste Betriebsgas oder das zweite Betriebsgas sein. Die genannten Vorteile kommen aber besonders dann zur Geltung, wenn das Be triebsgas in dem Betriebsgasbehälter reiner Wasserstoff ist. Mit anderen Worten kommt reiner Wasserstoff als Betriebsgas zum Einsatz, der in einem überkritischen Zustand in dem Be triebsgasbehälter gespeichert ist. Als Oxidationsgas kommt vorzugsweise reiner Sauerstoff zum Einsatz, der von Vorteil ebenfalls in einem überkritischen Zustand in einem Betriebs gasbehälter gespeichert sein kann. Der Sauerstoff kann aber auch konventionell beispielsweise in flüssiger Form gespei chert sein.
Zur Aufnahme von Boil-Off-Gas aus dem Betriebsgasbehälter und zu dessen Zwischenspeicherung kann das Energieversorgungssys tem eine Gasaufnahmevorrichtung aufweisen. Die Gasaufnahme vorrichtung enthält vorzugsweise ein Sorbtionsmittel zur Auf nahme von Boil-Off-Gas aus dem Betriebsgasbehälter. Je nach Art des Sorptionsmittels kann es das Boil-Off-Gas entweder adsorbieren oder absorbieren. Beispiele und weitere Details hierfür sind der eingangs genannten EP 2 864 192 Bl zu ent nehmen .
Die Gasaufnahmevorrichtung ist von Vorteil derart angeordnet, dass eine strömungstechnische Verbindung zum Betriebsgasbe hälter auf der einen Seite sowie zur Brennstoffzellenanlage auf der anderen Seite, existiert. Am Einfachsten lässt sich eine solche strömungstechnische Verbindung hersteilen, indem von einer Hauptleitung, die den Betriebsgasbehälter mit der Brennstoffzellenanlage verbindet, eine Nebenleitung abge zweigt ist, so dass das Boil-Off-Gas zunächst in die Haupt leitung strömt und anschließend in die Nebenleitung eingelei tet wird. Der Betriebsgasbehälter und die Gasaufnahmevorrich tung sind somit sozusagen parallel zur Brennstoffzellenanlage geschaltet, so dass von beiden Gasspeichern unabhängig vonei nander eine Gaszufuhr zur Brennstoffzellenanlage erfolgen kann .
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Brennstoffzellenanlage zumindest eine erste Brennstoffzellen einrichtung und eine zweite Brennstoffzelleneinrichtung, wo bei die erste Brennstoffzelleneinrichtung und die zweite Brennstoffzelleneinrichtung strömungstechnisch getrennt von einander mit dem Betriebsgasbehälter und/oder einer bzw. der Gasaufnahmevorrichtung zur Aufnahme von Boil-Off-Gas aus dem Betriebsgasbehälter verbindbar sind. Zur weiteren Erhöhung der Flexibilität kann die Brennstoffzellenanlage auch eine oder mehrere weitere Brennstoffzelleneinrichtungen umfassen, die strömungstechnisch getrennt voneinander und von der ers ten und zweiten Brennstoffzelleneinrichtung mit dem Betriebs gasbehälter und/oder einer bzw. der Gasaufnahmevorrichtung zur Aufnahme von Boil-Off-Gas aus dem Betriebsgasbehälter verbindbar sind.
Je nach Betriebsart des Unterwasserfahrzeuges, der Menge in dem Betriebsgasbehälter erzeugten Boil-Off-Gases oder der Menge in der Gasaufnahmevorrichtung gespeicherten Boil-Off- Gases können dann flexibel beispielsweise nur die erste Brennstoffzelleneinrichtung, nur die zweite Brennstoffzellen einrichtung oder beide Brennstoffzelleneinrichtungen zusammen strömungstechnisch mit dem Betriebsgasbehälter und/oder der Gasaufnahmevorrichtung verbunden sein (bzw. verbunden werden) oder davon getrennt sein (bzw. getrennt werden) . Die Brenn stoffzellenanlage kann dann je nach Bedarf des jeweiligen Be triebszustandes auf eine optimierte Nutzung der Boil-Off-Gase eingestellt werden. Beispielsweise kann sie auf unterschied liche Betriebsarten des Unterwasserfahrzeuges mit jeweils un terschiedlichen Energieverbräuchen des Unterwasserfahrzeuges optimiert betrieben bzw. eingestellt werden und somit eine optimale Nutzung der Boil-Off-Gase, damit eine optimale Aus nutzung des gespeicherten Betriebsgases und somit eine länge re Einsatzdauer des Unterwasserfahrzeuges ermöglichen.
Von Vorteil ist bei einer ersten Betriebsart des Unterwasser fahrzeuges von den beiden Brennstoffzelleneinrichtungen zu mindest die erste Brennstoffzelleneinrichtung mit dem Be triebsgasbehälter und/oder der Gasaufnahmevorrichtung für ei ne Gaszufuhr verbunden und bei einer zweiten Betriebsart ist von den beiden Brennstoffzelleneinrichtungen nur die zweite Brennstoffzelleneinrichtung mit dem Betriebsgasbehälter und/oder der Gasaufnahmevorrichtung für eine Gaszufuhr ver bunden. Im Fall der ersten Betriebsart kann die zweite Brenn stoffzelleneinrichtung dann entweder von dem Betriebsgasbe hälter und/oder der Gasaufnahmevorrichtung getrennt sein oder ebenfalls mit dem Betriebsgasbehälter und/oder der Gasaufnah mevorrichtung verbunden sein .
Die erste Brennstoffzelleneinrichtung kann dann beispielswei se - ggf. zusammen mit der zweiten Brennstoffzelleneinrich tung - als Hauptbrennstoffzelleneinrichtung für einen „Nor malbetrieb" des Unterwasserfahrzeuges dienen und dafür opti miert ausgebildet sein. In diesem Fall kann dann eine normale Gasversorgung der Brennstoffzellen aus dem Betriebsgasbehäl ter erfolgen. Die zweite Brennstoffzelleneinrichtung kann da gegen für einen „Sonderbetrieb" des Unterwasserfahrzeuges dienen und dafür optimiert ausgebildet sein. In diesem Fall kann beispielsweise eine Versorgung der Brennstoffzellen mit Boil-off-Gas erfolgen, das entweder aus dem Betriebsgasbehäl ter und/oder aus einer Gasaufnahmevorrichtung für Boil-Off- Gas der zweiten Brennstoffzelleneinrichtung zugeführt wird.
Wenn das Energieversorgungssystem eine Batterie zur Energie versorgung elektrischer Systeme des Unterwasserfahrzeuges um fasst, ist die zweite Brennstoffzelleeinrichtung in der zwei ten Betriebsart vorzugsweise mit der Batterie zu deren Ladung verbunden oder verbindbar. Hierdurch kann das Boil-Off-Gas beispielsweise für ein Nachladen der Batterie z.B. während eines „Sonderbetriebes" genutzt werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Betriebsart ein Betrieb des Unterwasserfahrzeuges mit einem ersten Energieverbrauch, insbesondere ein Betrieb ohne einen elektrischen Antrieb (zum Beispiel einen elektrischen Antrieb zum Vortrieb des Unterwasserfahrzeuges), und die zweite Betriebsart ist ein Betrieb des Unterwasserfahrzeuges mit einem zweiten Energieverbrauch, insbesondere ein Betrieb ohne einen elektrischen Antrieb (zum Beispiel ohne einen elektrischen Antrieb zum Vortrieb des Unterwasserfahrzeuges) , wobei der erste Energieverbrauch größer ist als der zweite Energieverbrauch .
Die erste Brennstoffzelleneinrichtung kann dann für eine op timale Energieerzeugung bei einem normalen oder hohen Ener gieverbrauch des Unterwasserfahrzeuges ausgebildet sein und die zweite Brennstoffzelleneinrichtung kann dann für eine op timale Verwertung von freigesetzten Boil-Off-Gasen bei einem niedrigen Energieverbrauch des Unterwasserfahrzeuges ausge bildet sein.
Bei der ersten Betriebsart mit dem ersten (höheren) Energie verbrauch kann es sich zum Beispiel um einen Fährbetrieb oder einen Einsatzbetrieb handeln, in dem alle elektrischen Syste me einschließlich eines elektrischen Antriebs zum Vortrieb des Unterwasserfahrzeuges in Betrieb sind. Bei der zweiten Betriebsart mit dem zweiten (niedrigeren) Energieverbrauch kann es sich zum Beispiel um einen „Schlaf betrieb" handeln, in dem ein elektrischer Antrieb zum Vor trieb des Unterwasserfahrzeuges außer Betrieb ist und nur es sentielle Steuerungs- und Kommunikationssysteme im Betrieb sind .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Betrieb des Unterwasserfahrzeuges nacheinander die folgenden Betriebsarten: einen ersten Fährbetrieb für eine Hinfahrt zu einem Zielort, einen Schlafbetrieb am Zielort, einen Einsatz betrieb am Zielort und einen zweiten Fährbetrieb für eine Rückfahrt von dem Zielort, und die Art und Zusammensetzung des Betriebsgases sowie die Größe des Betriebsgasbehälters bzw. dessen Füllung mit Betriebsgas sind derart auf diesen Betrieb angepasst, dass zumindest während des ersten Fährbe triebes und des Schlafbetriebs, vorzugsweise auch während des Einsatzbetriebes, das Betriebsgas in dem Betriebsgasbehälter in einem überkritischen Zustand gespeichert ist. Es ist somit eine optimale Verwertung von Boil-Off- Gas bis zum Ende des Schlafbetriebs gewährleistet. Hierdurch kann beispielsweise sichergestellt werden, dass auch während des Schlafzustandes eine Batterie des Unterwasserfahrzeuges weitgehend geladen bleibt, so dass auch genug Energie für etwaig notwendige spontane Aktionen (z.B. einen „Peak-Start") zur Verfügung steht .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Energieversorgung ei nes Unterwasserfahrzeuges, insbesondere eines U-Boots oder eines unbemannten Unterwasserfahrzeuges, wobei das Unterwas serfahrzeug eine Brennstoffzellenanlage zur Erzeugung von Energie aufweist, wobei die Brennstoffzellenanlage mit reinem Wasserstoff oder mit einem wasserstoffhaltigen als erstem Be triebsgas sowie mit reinem Sauerstoff oder mit einem sauer stoffhaltigen Gas als zweitem Betriebsgas betrieben wird, wo bei zumindest eines der beiden Betriebsgase in einem Be triebsgasbehälter gespeichert wird, vorzugsweise jedes der beiden Betriebsgase in jeweils einem Betriebsgasbehälter ge speichert wird, und von dort der Brennstoffzellenanlage zuge führt wird, wird das Betriebsgas in dem Betriebsgasbehälter in einem überkritischen Zustand gespeichert.
Von Vorteil ist das Betriebsgas in dem Betriebsgasbehälter reiner Wasserstoff.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird Boil- Off-Gas aus dem Betriebsgasbehälter in einer Gasaufnahmevor richtung gespeichert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Brennstoffzellenanlage eine erste Brennstoffzelleneinrichtung und eine zweite Brennstoffzelleneinrichtung, wobei die erste Brennstoffzelleneinrichtung und die zweite Brennstoffzellen einrichtung strömungstechnisch getrennt voneinander in Abhän gigkeit von einer Betriebsart des Unterwasserfahrzeuges mit dem Betriebsgasbehälter und/oder der Gasaufnahmevorrichtung für Boil-Off-Gas verbunden oder davon getrennt werden.
Bevorzugt wird bei einer ersten Betriebsart von den beiden Brennstoffzelleneinrichtungen zumindest die erste Brennstoff zelleneinrichtung mit Gas aus dem Betriebsgasbehälter und/oder der Gasaufnahmevorrichtung versorgt und bei einer zweiten Betriebsart des Unterwasserfahrzeuges wird von den beiden Brennstoffzelleneinrichtungen nur die zweite Brenn stoffzelleneinrichtung mit Gas aus dem Betriebsgasbehälter und/oder der Gasaufnahmevorrichtung versorgt.
Wenn das Energieversorgungssystem eine Batterie zur Energie versorgung elektrischer Systeme des Unterwasserfahrzeuges um fasst, lädt die zweite Brennstoffzelleeinrichtung während der zweiten Betriebsart von Vorteil die Batterie.
Bevorzugt ist die erste Betriebsart ein Betrieb des Unterwas serfahrzeuges mit einem ersten Energieverbrauch, insbesondere ein Betrieb mit einem elektrischen Antrieb (z.B. einem elektrischen Antrieb zum Vortrieb des Unterwasserfahrzeuges) , und die zweite Betriebsart ist ein Betrieb des Unterwasser fahrzeuges mit einem zweiten Energieverbrauch, insbesondere ein Betrieb ohne einen elektrischen Antrieb (z.B. ohne einen elektrischen Antrieb zum Vortrieb des Unterwasserfahrzeuges) , wobei der erste Energieverbrauch kleiner ist als der zweite Energieverbrauch .
Wenn beim Betrieb des Unterwasserfahrzeuges nacheinander die folgenden Betriebsarten durchlaufen werden: ein erster Fähr betrieb für eine Hinfahrt zu einem Zielort, ein Schlafbetrieb am Zielort, ein Einsatzbetrieb am Zielort und ein zweiter Fährbetrieb für eine Rückfahrt von dem Zielort, wird vorzugs weise zumindest während des ersten Fährbetriebes und des Schlafbetriebs, vorzugsweise auch während des Einsatzbetrie bes, das Betriebsgas in dem Betriebsgasbehälter in einem überkritischen Zustand gespeichert.
Die für das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem und dessen vorteilhafte Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in entsprechender Weise für das erfindungsgemäße Verfahren und dessen jeweils korrespondierenden vorteilhaften Ausge staltungen .
Wie sich herausgestellt hat, kann ein erfindungsgemäßes Ener gieversorgungssystem und Betriebsverfahren grundsätzlich sehr vorteilhaft bei allen Einrichtungen zum Einsatz kommen, bei denen größere Mengen an Boil-Off-Gasen entstehen können, wo bei aber eine Freisetzung dieser Boil-Off-Gase an die umge bende Atmosphäre ganz vermieden oder zumindest gering gehal ten werden muss (z.B. aufgrund von Sicherheitsvorschriften) . Dies können jegliche Arten von mobilen oder stationären Ein richtungen sein. Insbesondere können dies Überwasserschiffe, Meeresplattformen und Luft- und Raumfahrzeuge sein, da bei diesen sehr hohe Sicherheitsvorschriften bestehen.
Größere Mengen an Boil-Off-Gasen können insbesondere dann entstehen, wenn Betriebszeiten der Brennstoffzellenanlage mit keinem oder einem nur kleinen Verbrauch an Betriebsgasen zeitlich länger sind (insbesondere zeitlich mehr als doppelt so lange sind) als Betriebszeiten der Brennstoffzelleanlage mit einem mittleren oder einem hohen Verbrauch an Betriebsga sen .
Unter einem „kleinen" Verbrauch an Betriebsgasen wird dabei ein Verbrauch von weniger als 30 % des Verbrauchs an Be triebsgasen bei Nennleistung der Brennstoffzellenanlage ver standen. Unter einem „mittleren" Verbrauch wird ein Verbrauch von mehr als 30 % des Verbrauchs an Betriebsgasen bei Nenn leistung der Brennstoffzellenanlage verstanden.
Ein Beispiel hierfür sind Yachten, insbesondere Megayachten, die für zeitlich relativ kurze Ausfahrten (z.B. 1 Woche) ge nutzt werden und danach längere Zeit (z.B. 4 Wochen) im Hafen liegen .
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Fol genden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
FIG 1 ein Unterwasserfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen
EnergieversorgungsSystem,
FIG 2 ein erstes Ausführungsbeispiel für das Energieversor gungssystem von FIG 1,
FIG 3 ein zweites Ausführungsbeispiel für das Energiever sorgungssystem von FIG 1,
FIG 4 ein drittes Ausführungsbeispiel für das Energiever sorgungssystem von FIG 1,
FIG 5 ein viertes Ausführungsbeispiel für das Energiever sorgungssystem von FIG 1,
FIG 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel für das Energiever sorgungssystem von FIG 1,
FIG 7 einen beispielhaften Verfahrensablauf für einen Be trieb eines unbemannten Unterwasserfahrzeuges und FIG 8 ein Überwasserfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen EnergieversorgungsSystem .
FIG 1 zeigt in vereinfachter Darstellung ein Unterwasserfahr zeug 1, hier ein autonomes unbemanntes Unterwasserfahrzeug (UUV) . Das Unterwasserfahrzeug 1 weist zum Antrieb bzw. Vor trieb einen Propeller 2 auf, der von einem elektrischen Motor 3 angetrieben wird, der von einem Energieversorgungssystem 4 mit elektrischer Energie versorgt wird. Das Unterwasserfahr zeug 1 umfasst weiterhin ein Steuerungssystem 5 und ein Kom munikationssystem 6, die ebenfalls von dem Energieversor gungssystem 4 mit elektrischer Energie versorgt werden. Dane ben können natürlich auch noch weitere Systeme von dem Ener gieversorgungssystem 4 mit elektrischer Energie versorgt wer den .
FIG 2 zeigt in vereinfachter Darstellung ein erstes Ausfüh rungsbeispiel für das Energieversorgungssystem 4 von FIG 1. Das Energieversorgungssystem 4 umfasst eine Brennstoffzellen anlage 10, die eine erste Brennstoffzelleneinrichtung 11 und eine zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 umfasst. Beide Brennstoffzelleneinrichtungen 11, 12 umfassen jeweils einen Stapel aufeinander gestapelter Brennstoffzellen, die
elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Brennstoffzellenein richtungen 11, 12 sind ausgangsseitig elektrisch an ein Bord netz 9 angeschlossen, aus dem das Steuerungssystem 5, das Kommunikationssystem 6 und der Motor 3 mit elektrischer Ener gie versorgt werden. Zur Zwischenspeicherung von elektrischer Energie umfasst das Energieversorgungssystem 4 zusätzlich noch eine an das Bordnetz 9 angeschlossene Batterie 7. Der Motor 3 ist über einen Wechselrichter 8 an das Bordnetz ange schlossen. In der Praxis werden eine ganze Reihe zusätzlicher Systeme und Verbraucher an das Bordnetz 9 angeschlossen sein und hieraus mit elektrischer Energie versorgt werden. Der von der Brennstoffzelleneinrichtung 11 erzeugte Strom II und der von der Brennstoffzelleneinrichtung 12 erzeugte Strom 12 kann wie dargestellt direkt, aber auch über dazwischen geschaltete DC/DC-Steller in das Bordnetz 9 eingespeist werden (siehe FIG 3 - 6) .
Die Brennstoffzellen der Brennstoffzelleneinrichtungen 11, 12 sind mit reinem Wasserstoff als erstem Betriebsgas sowie mit reinem Sauerstoff als zweitem Betriebsgas betreibbar ist. Der Wasserstoff ist in einem Betriebsgasbehälter 13 gespeichert, der mit den Brennstoffzelleneinrichtungen 11, 12 über einen Entspanner 18 und einen Druckregler 19 strömungstechnisch verbunden ist. Der Wasserstoff ist in dem Betriebsgasbehälter 13 in einem überkritischen Zustand gespeichert, d.h. in einem Zustand oberhalb des kritischen Punktes im Phasendiagramm des Stoffes, bei dem das Gas sowohl flüssige als auch gasförmige Komponenten enthält. Flüssigkeit und Gas können dort nicht mehr unterschieden werden. In dem Entspanner 18 wird das in einem überkritischen Zustand befindliche Gas entspannt und in einen gasförmigen Zustand überführt.
Die Temperatur des Wasserstoffs liegt dabei oberhalb der Tem peratur, die zum Erhalt eines flüssigen Zustandes notwendig ist. Somit lässt sich gegenüber einer Speicherung im flüssi gen Zustand der Aufwand und Platzbedarf für die Isolation des Betriebsgasbehälters 13 reduzieren. Ein einfacher Kryospei cher mit doppelwandiger Ausführung ist ausreichend. Wichtig ist aber auch, dass sich hierdurch im Vergleich zu flüssigen Betriebsgasen die anfallenden Mengen an Boil-Off-Gas reduzie ren lassen. Gegenüber dem Druckspeicher ergibt sich wiederum eine deutlich höhere Speicherdichte und wegen des höheren Drucks eine Verminderung der Boil-Off-Gas Verluste.
Das Energieversorgungssystem 4 umfasst weiterhin eine Gasauf nahmevorrichtung 14, die derart angeordnet ist, dass eine strömungstechnische Verbindung zum Betriebsgasbehälter 13 auf der anderen Seite sowie zur Brennstoffzellenanlage 10 auf der anderen Seite existiert. Hierzu ist von einer Hauptleitung 15, die den Betriebsgasbehälter 13 mit der Brennstoffzellen anlage 10 verbindet, eine Nebenleitung 16 abgezweigt. Ein Boil-Off-Gas, welches im Betriebsbehälter 13 entsteht und welches nicht unmittelbar in der Brennstoffzellenanlage 10 verbraucht werden kann, kann hierdurch aufgesammelt und in der Gasaufnahmevorrichtung 14 gespeichert werden. Hierbei stellen sowohl der Betriebsgasbehälter als auch die Gasauf nahmevorrichtung Gasspeicher dar, die sich bezüglich Aufbau, Funktionalität und Kapazität voneinander unterscheiden und im Hinblick auf ihre Verwendung optimiert sind.
Die Gasaufnahmevorrichtung 14 weist hierzu vorzugsweis ein Sorptionsmittel auf. Je nach Art des Sorptionsmittels kann die Gasaufnahmevorrichtung 14 dann das Boil-Off-Gas entweder adsorbieren oder absorbieren. Durch den Einsatz von Ad-/Ab- sorbern besteht somit die Möglichkeit eine große Menge an Boil-Off-Gas reversibel zu speichern. Das Boil-Off-Gas wird vom Sorptionsmittel aufgenommen und unter geeigneten physika lischen Bedingungen (Druck, Temperatur) im Betriebssystem wird das Boil-Off-Gas wieder freigesetzt und steht dann zu einer Verwertung in der Brennstoffzellenanlage 10 zur Verfü gung. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Druckspeicher lässt sich auf diese Weise eine größere Menge an Boil-Off-Gas spei chern, was eine optimale Ausnutzung der im Unterwasserfahr zeug mitgeführten Betriebsgase ermöglicht.
Das Boil-Off-Gas strömt zunächst in die Hauptleitung 15 und wird anschließend in die Nebenleitung eingeleitet. Der Be triebsgasbehälter 13 und die Gasaufnahmevorrichtung 14 sind somit sozusagen parallel zur Brennstoffzellenanlage 10 ge schaltet, so dass von beiden Gasspeichern 13, 14 unabhängig voneinander eine Gaszufuhr zur Brennstoffzellenanlage 10 er folgen kann. Der Vorgang ist zusätzlich vereinfacht, da der Betriebsgasbehälter 13 und die Gasaufnahmevorrichtung 14 z.B. über eine gemeinsame Druckregelung 19 verfügen.
Wenn das Boil-Off-Gas für die Reaktion in der Brennstoffzel lenanlage 10 benötigt ist, wird über den Druckregler 19 der Druck in der Hauptleitung 15 herabgesetzt. Durch das entste hende Druckgefälle wird das Boil-Off-Gas in der Gasaufnahme- Vorrichtung 14 desorbiert und in die Brennstoffzellenanlage 10 hineingeleitet.
Alternativ ist jedoch auch möglich, dass die Gasaufnahmevor richtung 14 direkt an den Betriebsgasbehälter gekoppelt ist, und/oder dass eine separate Leitung 17 von der Gasaufnahme vorrichtung 14 in die Brennstoffzellenanlage 10 (oder in die Hauptleitung 15) mündet.
Durch ein entsprechendes Armaturensystem mit den steuerbaren Ventilen 20, 21, 22, 23 (und falls vorhanden 24) werden die verschiedenen Leitungen 15, 16 (und falls vorhanden 17) bzw. Bereiche dieser Leitungen geöffnet bzw. gesperrt.
Es ist auch möglich, dass die Brennstoffzellenanlage 10, der Betriebsgasbehälter 13 und die Gasaufnahmevorrichtung 14 in Reihe an der Hauptleitung 15 hintereinander geschaltet sind.
Das in FIG 2 bis FIG 6 gezeigte Energieversorgungssystem 4 veranschaulicht lediglich die Speicherung und die Zufuhr von Wasserstoff zur Brennstoffzellenanlage 10. Für den Sauerstoff kann die gleiche oder eine ähnliche Anordnung von einem Be triebsgasbehälter 13 und einer Gasaufnahmevorrichtung 14 vor gesehen sein. Der Sauerstoff ist von Vorteil ebenfalls in ei nem überkritischen Zustand in einem Betriebsgasbehälter ge speichert. Der Sauerstoff kann aber auch konventionell bei spielsweise in flüssiger Form gespeichert sein.
Da die beiden Brennstoffzelleneinrichtungen 11, 12 über je weils gesonderte Leitungen 15', 15'' mit jeweils einem darin angeordneten Ventil 22 bzw. 23 parallel an die Hauptleitung 15 angeschlossen sind, sind die erste Brennstoffzellenein richtung 11 und die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 strömungstechnisch getrennt und somit unabhängig voneinander mit dem Betriebsgasbehälter und der Gasaufnahmevorrichtung 14 für eine Gaszufuhr verbindbar. Je nach Betriebsart des Unterwasserfahrzeuges 1, der Menge in dem Betriebsgasbehälter 13 erzeugten Boil-Off-Gases oder der Menge in der Gasaufnahmevorrichtung 14 gespeicherten Boil- Off-Gases kann dann flexibel beispielsweise nur die erste Brennstoffzelleneinrichtung 11, nur die zweite Brennstoffzel leneinrichtung 12 oder beide Brennstoffzelleneinrichtungen 11, 12 zusammen strömungstechnisch für eine Gaszufuhr mit dem Betriebsgasbehälter 13 und/oder der Gasaufnahmevorrichtung 14 verbunden sein. Die Brennstoffzellenanlage 10 kann dann je nach Bedarf des jeweiligen Betriebszustandes auf eine opti mierte Nutzung der Boil-Off-Gase eingestellt werden.
Die erste Brennstoffzelleneinrichtung 11 dient hierzu - ggf. auch zusammen mit der zweiten Brennstoffzelleneinrichtung 12 - für eine erste Betriebsart des Unterwasserfahrzeuges mit einem höheren Energieverbrauch des Unterwasserfahrzeuges.
Diese erste Betriebsart kann beispielsweise ein Betrieb sein, bei dem alle elektrische Systeme einschließlich eines elektrischen Antriebs mit elektrischer Energie versorgt wer den müssen, beispielsweise ein Fährbetrieb, bei dem der elektrische Antrieb zum Vortrieb des Unterwasserfahrzeuges dient, oder ein Einsatzbetrieb, bei dem der elektrische An trieb zum Beispiel für eine Bohrung dient. Die Brennstoffzel leneinrichtung 11 ist hierfür optimiert ausgebildet. In die sem Betrieb erfolgt eine normale Gasversorgung der Brenn stoffzellen aus dem Betriebsgasbehälter 13.
Die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 dient für eine zweite Betriebsart des Unterwasserfahrzeuges mit einem nied rigeren Energieverbrauch des Unterwasserfahrzeuges als in der ersten Betriebsart .
Diese zweite Betriebsart kann beispielsweise ein Betrieb sein, bei dem nur wenige elektrische Systeme, aber kein elek trischer Antrieb, mit elektrischer Energie versorgt werden müssen, beispielsweise ein Schlafbetrieb, bei dem nur essen tielle Systeme, wie z.B. das Steuerungssystem 5 oder das Kom- munikationssystem 6, mit elektrischer Energie versorgt werden müssen .
Die Brennstoffzelleneinrichtung 12 ist für diesen Betrieb op timiert ausgebildet. In diesem Betrieb erfolgt eine Versor gung der Brennstoffzellen mit Boil-Off-Gas, das entweder aus dem Betriebsgasbehälter 13 und/oder aus der Gasaufnahmevor richtung 14 der zweiten Brennstoffzelleneinrichtung 12 zuge führt wird. Die von der Brennstoffzelleneinrichtung 12 mit Hilfe des Boil-Off-Gases erzeugte elektrische Energie wird dann für ein Nachladen der Batterie 7 genutzt.
Bei der ersten Betriebsart ist das Ventil 22 geöffnet und die erste Brennstoffzelleneinrichtung 11 ist für eine Gaszufuhr mit dem Betriebsgasbehälter 13 und/oder der Gasaufnahmevor richtung 14 strömungstechnisch verbunden.
Falls die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 in der ersten Betriebsart keine elektrische Energie erzeugen soll, ist das Ventil 23 geschlossen und somit die zweite Brennstoffzellen einrichtung 12 von einer Gaszufuhr aus dem Betriebsgasbehäl ter 13 und/oder der Gasaufnahmevorrichtung 14 getrennt.
Falls die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 aber zusammen mit der ersten Brennstoffzelleneinrichtung 11 elektrische Energie erzeugen soll, ist das Ventil 23 dagegen geöffnet und somit die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 für eine Gas zufuhr mit dem Betriebsgasbehälter 13 und/oder der Gasaufnah mevorrichtung 14 verbunden.
Bei der zweiten Betriebsart ist das Ventil 23 geöffnet und die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 11 ist für eine Gaszu fuhr mit dem Betriebsgasbehälter 13 und/oder der Gasaufnahme vorrichtung 14 strömungstechnisch verbunden. Das Ventil 22 ist dagegen geschlossen und somit die erste Brennstoffzellen einrichtung 11 von einer Gaszufuhr aus dem Betriebsgasbehäl ter 13 und/oder der Gasaufnahmevorrichtung 14 getrennt. Das Bordnetz 9 hat beispielsweise eine Nennspannung im Be reich von 24 Vdc bis 200 Vdc, insbesondere von 100 Vdc . Die Brennstoffzelleneinrichtungen 11,12 umfassen eine elektrische Reihenschaltung derart vieler Brennstoffzellen, dass sich am Ausgang der Brennstoffzelleneinrichtungen 11, 12 eine derar tige Nennspannung einstellt. Die Brennstoffzelleneinrichtun gen 11, 12 weisen dann in der Regel die jeweils gleiche An zahl elektrisch in Reihe geschalteter Brennstoffzellen auf, wobei allerdings die elektrochemisch aktive Fläche der Brenn stoffzellen der Brennstoffzelleneinrichtungen 11 größer ist als bei den Brennstoffzellen 12. Der Platzbedarf der Brenn stoffzelleneinrichtung 11 ist somit größer als der Platzbe darf der Brennstoffzelleneinrichtung 12.
Ein in FIG 3 gezeigtes Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 2 dadurch, dass die Brennstoffzelleneinrichtungen 11, 12 über einen gemeinsamen DC/DC-Steller 30 mit dem Bordnetz 9 elektrisch verbindbar bzw. verbunden sind. Mit Hilfe des DC/DC-Stellers 30 ist die Ausgangsspannung der Brennstoffzelleneinrichtungen 11, 12 an die Nennspannung des Bordnetzes 9 anpassbar.
Die Brennstoffzelleneinrichtungen 11,12 können dann ausgangs seitig eine Spannung erzeugen, die kleiner als die Nennspan nung des Bordnetzes 9 ist, und von dem DC/DC-Steller 31 an die Nennspannung des Bordnetzes 9 angepasst wird. Die Brenn stoffzelleneinrichtungen 11, 12 benötigen somit weniger elek trisch in Reihe geschaltete Brennstoffzellen als im Fall von FIG 2 und haben dadurch einen geringeren Platzbedarf.
Ein in FIG 4 gezeigtes Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 3 dadurch, dass nur die Brennstoffzelleneinrichtung 12 über einen DC/DC-Steller 31 an das Bordnetz 9 angeschlossen ist. Die Brennstoffzellenein richtung 11 ist dagegen ohne einen dazwischen geschalteten DC/DC-Steller an das Bordnetz 9 angeschlossen. Die Brenn stoffzelleneinrichtung 12 erzeugt dann ausgangsseitig eine Ausgangsspannung, die kleiner als die Nennspannung des Bord- netzes 9 ist, und von dem DC/DC-Steller 31 an die Nennspan nung des Bordnetzes 9 angepasst wird. Die Brennstoffzellen einrichtung 11 erzeugt ausgangsseitig eine Nennspannung, die gleich der Nennspannung des Bordnetzes 9 ist. Die Brennstoff zelleneinrichtung 12 benötigt somit weniger elektrisch in Reihe geschaltete Brennstoffzellen als im Fall von FIG 2 und hat einen geringeren Platzbedarf.
Ein in FIG 5 gezeigtes Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 4 dadurch, dass die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 ein Teil der Brenn stoffzelleneinrichtung 11 ist. Beispielsweise ist die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 ein Teilstapel 41 von Brenn stoffzellen der ersten Brennstoffzelleneinrichtung 11, der separat mit Betriebsgas versorgt werden kann. Der verbleiben de Teilstapel der ersten Brennstoffzelleneinrichtung 11 ohne den Teilstapel 41 ist in FIG 5 mit 42 bezeichnet.
Die Brennstoffzelleneinrichtung 12 ist hierzu für die erste Betriebsart über die Leitung 15', den Teilstapel 42 und eine Verbindungsleitung 43 zwischen dem Teilstapel 42 und dem Teilstapel 41 mit Gas aus dem Betriebsgasbehälter 13 und/oder der Gasaufnahmevorrichtung 14 versorgbar. Hierzu ist das Ven til 23 geschlossen und das Ventil 25 ist geöffnet. Für die zweite Betriebsart ist die Brennstoffzelleneinrichtung 12 di rekt über die Leitung 15'' mit Gas aus dem Betriebsgasbehäl ter 13 und/oder der Gasaufnahmevorrichtung 14 versorgbar. Hierzu ist das Ventil 25 geschlossen und das Ventil 23 ist geöffnet .
Ein in FIG 6 gezeigtes Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 4 dadurch, dass das Bordnetz 9 eine erstes Teilnetz 9a und ein zweites Teilnetz 9b umfasst. An jedes der beiden Teilnetze 9a, 9b ist jeweils eine Batterie 7a bzw. 7b angeschlossen.
Die essentiellen Systeme wie das Steuerungssystem 5 und das Kommunikationssystem 6 sind über jeweils einen Schalter 51 bzw. 52 sowohl mit dem ersten Teilnetz 9a als auch mit dem zweiten Teilnetz 9b verbindbar. Der elektrische Antrieb 3 für den Propeller 2 ist nur an das erste Teilnetz 9a angeschlos sen und aus diesem mit elektrischer Energie versorgbar.
Die erste Brennstoffzelleneinrichtung 11 ist mit dem ersten Teilnetz 9a und die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 ist mit dem zweiten Teilnetz 9b verbindbar bzw. verbunden.
In der ersten Betriebsart ist die erste Brennstoffzellenein richtung 11 über den DC/DC-Steller 30a mit dem Teilnetz 9a verbunden. Der Schalter 51 ist geöffnet und der Schalter 52 ist geschlossen, so dass das Steuerungssystem 5 und das Kom munikationssystem 6 ebenfalls elektrisch mit dem ersten Teil netz 9a verbunden sind, aber dagegen vom dem zweiten Teilnetz 9b getrennt sind. Die erste Brennstoffzelleneinrichtung 11 erzeugt elektrische Energie und speist diese über den DC/DC- Steller 30a in das Teilnetz 9a ein, um die Batterie 7a zu la den bzw. die elektrischen Systeme wie z.B. den elektrischen Antrieb 3, das Steuerungssystem 5 und das Kommunikationssys tem 6 mit elektrischer Energie zu versorgen. Die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 ist dagegen außer Betrieb.
Alternativ kann zusätzlich die zweite Brennstoffzellenein richtung 12 elektrische Energie erzeugen und über einen DC/DC-Steller 30b in das zweite Teilnetz 9b einspeisen, wo rüber dann - bei geschlossenem Schalter 51 - gemeinsam mit der ersten Brennstoffzelleneinrichtung 11 die Batterien 7a,
7b geladen werden bzw. die elektrischen System wie z.B. der elektrische Antrieb 3, das Steuerungssystem 5 und das Kommu nikationssystem 6 mit elektrischer Energie versorgt werden.
In der zweiten Betriebsart ist die zweite Brennstoffzellen einrichtung 12 über den DC/DC-Steller 30b mit dem Teilnetz 9b verbunden. Der Schalter 52 ist geöffnet und der Schalter 51 ist geschlossen, so dass das Steuerungssystem 5 und das Kom munikationssystem 6 nur mit dem zweiten Teilnetz 9b verbunden sind, aber dagegen vom dem ersten Teilnetz 9a getrennt sind. Die erste Brennstoffzelleneinrichtung 11 ist dagegen außer Betrieb. Die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 erzeugt aus Boil-Off-Gas elektrische Energie und speist diese über den DC/DC-Steller 30b in das Teilnetz 9b ein, um die Batterie 7b zu laden bzw. die essentiellen elektrischen Systeme wie z.B. das Steuerungssystem 5 und das Kommunikationssystem 6 mit elektrischer Energie zu versorgen.
FIG 7 veranschaulicht beispielhaft einen Verfahrensablauf für einen Betrieb eines unbemannten Unterwasserfahrzeuges. Der Betrieb des Unterwasserfahrzeuges umfasst über der Zeit t nacheinander die folgenden Betriebsarten:
einen ersten Fährbetrieb Bl für eine Hinfahrt zu einem Zielort von einem Zeitpunkt tO bis zu einem Zeitpunkt tl mit einem Energieverbrauch El,
einen Schlafbetrieb B2 am Zielort von einem Zeitpunkt tl bis zu einem Zeitpunkt t2 mit einem Energieverbrauch E2, einen Einsatzbetrieb B3 am Zielort von einem Zeitpunkt t2 bis zu einem Zeitpunkt t3 mit einem Energieverbrauch E3 und
einen zweiten Fährbetrieb B4 für eine Rückfahrt von dem Zielort von einem Zeitpunkt t3 bis zu einem Zeitpunkt t4 mit einem Energieverbrauch E4.
Der Zeitraum tl - tO beträgt beispielsweise 2 Wochen, der Zeitraum t2 - tl beträgt beispielsweise 3 Monate, der Zeit raum t3 - t2 beträgt beispielsweise 3 Wochen und der Zeitraum t4 - t3 beträgt beispielsweise 2 Wochen.
Im Fährbetrieb Bl sind eine große Zahl elektrischer Systeme wie z.B. der elektrische Antrieb 3, das Steuerungssystem 5 und das Kommunikationssystem 6 im Betrieb. Die benötigte (ma ximale) elektrische Energie El wird gemeinsam von den Brenn stoffzelleneinrichtungen 11, 12 erzeugt, die mit Gas aus dem Betriebsgasbehälter 13 versorgt werden.
Im anschließenden Schlafbetrieb B2 sind nur die essentiellen Systeme wie z.B. das Steuerungssystem 5 und das Kommunikati- onssystem 6 im Betrieb. Die benötigte (minimale) elektrische Energie E2 wird nur von der Brennstoffzelleneinrichtung 12 erzeugt, die mit Boil-Off-Gas aus dem Betriebsgasbehälter 13 und/oder der Gasaufnahmevorrichtung 14 versorgt wird.
Im anschließenden Einsatzbetrieb B3 sind eine große Zahl elektrischer Systeme wie z.B. der elektrische Antrieb 3 und/oder ein anderer elektrischer Antrieb, das Steuerungssys tem 5 und das Kommunikationssystem 6 im Betrieb. Die benötig te elektrische Energie E3 ist kleiner als die maximale Ener gie El, aber größer als die minimale Energie E2 und wird nur von der Brennstoffzelleneinrichtung 11 erzeugt, die mit Gas aus dem Betriebsgasbehälter 13 versorgt wird.
Im anschließenden (Rück- ) Fährbetrieb B4 sind eine große Zahl elektrischer Systeme wie z.B. der elektrische Antrieb 3, das Steuerungssystem 5 und das Kommunikationssystem 6 im Betrieb. Die benötigte (maximale) elektrische Energie E4 wird gemein sam von den Brennstoffzelleneinrichtungen 11, 12 erzeugt, die mit Gas aus dem Betriebsgasbehälter 13 versorgt werden.
Die Art und Zusammensetzung des Betriebsgases sowie die Größe des Betriebsgasbehälters 13 bzw. dessen Füllung mit Betriebs gas sind derart auf diesen Betrieb angepasst, dass zumindest während des ersten Fährbetriebes Bl und des Schlafbetriebs B2, vorzugsweise auch noch im Einsatzbetrieb B3, das Be triebsgas in dem Betriebsgasbehälter 13 in einem überkriti schen Zustand gespeichert ist. Es ist somit eine optimale Verwertung von Boil-Off- Gas zumindest bis zum Ende des Schlafbetriebs (vorzugsweise bis zum Ende des Einsatzbetrie bes) gewährleistet. Hierdurch kann beispielsweise sicherge stellt werden, dass auch während des Schlafzustandes die Bat terie 7 (siehe FIG 2) des Unterwasserfahrzeuges 1 weitgehend geladen bleibt, so dass auch genug Energie für etwaig notwen dige spontane Aktionen (z.B. einen „Peak-Start") zur Verfü gung steht. Das anhand der FIG 1 bis FIG 7 beschriebene Energieversor gungssystem 4 und die beschriebenen Betriebsverfahren können grundsätzlich sehr vorteilhaft bei allen Einrichtungen zum Einsatz kommen, bei denen größere Mengen an Boil-Off-Gasen entstehen können, wobei aber eine Freisetzung dieser Boil- Off-Gase an die umgebende Atmosphäre ganz vermieden oder zu mindest gering gehalten werden muss (z.B. aufgrund von Si cherheitsvorschriften) . Dies können jegliche Arten von mobi len oder stationären Einrichtungen sein. Insbesondere können dies Überwasserschiffe, Meeresplattformen und Luft- und Raum fahrzeuge sein, da bei diesen sehr hohe Sicherheits
vorschriften bestehen.
Größere Mengen an Boil-Off-Gasen können insbesondere dann entstehen, wenn Betriebszeiten der Brennstoffzellenanlage 10 mit keinem oder einem nur kleinen Verbrauch an Betriebsgasen zeitlich länger sind (insbesondere zeitlich mehr als doppelt so lange sind) als Betriebszeiten der Brennstoffzellenanlage 10 mit einem mittleren oder einem hohen Verbrauch an Be triebsgasen .
Unter einem „kleinen" Verbrauch an Betriebsgasen wird dabei ein Verbrauch von weniger als 30 % des Verbrauchs an Be triebsgasen bei Nennleistung der Brennstoffzellenanlage 10 verstanden. Unter einem „mittleren" Verbrauch wird ein Ver brauch von mehr als 30 % des Verbrauchs an Betriebsgasen bei Nennleistung der Brennstoffzellenanlage 10 verstanden.
Ein Beispiel hierfür sind Yachten, insbesondere Megayachten, die für zeitlich relativ kurze Ausfahrten (z.B. 1 Woche) ge nutzt werden und danach längere Zeit (z.B. 4 Wochen) im Hafen liegen .
FIG 8 zeigt hierzu in vereinfachter Darstellung ein Überwas serfahrzeug 100, hier eine Megayacht. Das Überwasserfahrzeug 100 weist zum Antrieb bzw. Vortrieb einen Propeller 2 auf, der von einem elektrischen Motor 3 angetrieben wird, der von einem Energieversorgungssystem 4 mit elektrischer Energie versorgt wird. Das Überwasserfahrzeug 100 umfasst weiterhin ein Steuerungssystem 5 und ein Kommunikationssystem 6, die ebenfalls von dem Energieversorgungssystem 4 mit elektrischer Energie versorgt werden. Daneben können natürlich auch noch weitere Systeme von dem Energieversorgungssystem 4 mit elektrischer Energie versorgt werden. Zum Antrieb bzw. Vor trieb können auch noch weitere Propeller 2 vorhanden sein, die von jeweils einem elektrischen Motor 3 angetrieben wer- den, der von dem Energieversorgungssystem 4 mit elektrischer Energie versorgt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Energieversorgungssystem (4) für ein Unterwasserfahrzeug (1), insbesondere für ein U-Boot oder ein unbemanntes Unter wasserfahrzeug, umfassend eine Brennstoffzellenanlage (10), die mit reinem Wasserstoff oder mit einem wasserstoffhaltigen Gas als erstem Betriebsgas sowie mit reinem Sauerstoff oder mit einem sauerstoffhaltigen Gas als zweitem Betriebsgas be treibbar ist, und mit einem Betriebsgasbehälter (13) für ei nes der beiden Betriebsgase, vorzugsweise mit jeweils einem Betriebsgasbehälter für jedes der beiden Betriebsgase, wobei der Betriebsgasbehälter (13) mit der Brennstoffzellenanlage (10) strömungstechnisch verbunden ist, dadurch gekennzeich net, dass das Betriebsgas in dem Betriebsgasbehälter (13) in einem überkritischen Zustand gespeichert ist.
2. Energieversorgungssystem (4) nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass das Betriebsgas in dem Betriebsgasbehälter
(13) reiner Wasserstoff ist.
3. Energieversorgungssystem (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Gasaufnahmevorrichtung
(14) zur Aufnahme von Boil-Off-Gas aus dem Betriebsgasbehäl ter (13) umfasst.
4. Energieversorgungssystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenanla ge (10) zumindest
eine erste Brennstoffzelleneinrichtung (11) und
eine zweite Brennstoffzelleneinrichtung (12)
umfasst und wobei die erste Brennstoffzelleneinrichtung (11) und die zweite Brennstoffzelleneinrichtung (12) strömungs technisch getrennt voneinander mit dem Betriebsgasbehälter (13) und/oder einer bzw. der Gasaufnahmevorrichtung (14) zur Aufnahme von Boil-Off-Gas aus dem Betriebsgasbehälter (13) verbindbar sind.
5. Energieversorgungssystem (4) nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass bei einer ersten Betriebsart des Unterwas serfahrzeuges von den beiden Brennstoffzelleneinrichtungen (11, 12) zumindest die erste Brennstoffzelleneinrichtung (11) mit dem Betriebsgasbehälter (13) und/oder der Gasaufnahmevor richtung (14) für eine Gaszufuhr verbunden ist und wobei bei einer zweiten Betriebsart von den beiden Brennstoffzellenein richtungen (11, 12) nur die zweite Brennstoffzelleneinrich tung (12) mit dem Betriebsgasbehälter und/oder der Gasaufnah mevorrichtung (7) für eine Gaszufuhr verbunden ist.
6. Energieversorgungssystem (4) nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, dass es eine Batterie (7) zur Energieversorgung elektrischer Systeme (3, 5, 6) des Unterwasserfahrzeuges (1) umfasst und dass die zweite Brennstoffzelleneinrichtung (12) in der zweiten Betriebsart mit der Batterie (7) zu deren La dung verbunden oder verbindbar ist.
7. Energieversorgungssystem (4) nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Betriebsart ein Betrieb des Unterwasserfahrzeuges (1) mit einem ersten Ener gieverbrauch, insbesondere ein Betrieb mit einem elektrischen Antrieb (3), ist, und dass die zweite Betriebsart ein Betrieb des Unterwasserfahrzeuges (1) mit einem zweiten Energiever brauch, insbesondere ein Betrieb ohne einen elektrischen An trieb (3) , ist, und wobei der erste Energieverbrauch größer ist als der zweite Energieverbrauch.
8. Energieversorgungssystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb des Unterwas serfahrzeuges (1) nacheinander die folgenden Betriebsarten umfasst: einen ersten Fährbetrieb (Bl) für eine Hinfahrt zu einem Zielort, einen Schlafbetrieb (B2) am Zielort, einen Einsatzbetrieb (B3) am Zielort und einen zweiten Fährbetrieb (B4) für eine Rückfahrt von dem Zielort, und dass die Art und Zusammensetzung des Betriebsgases sowie die Größe des Be triebsgasbehälters (13) bzw. dessen Füllung mit Betriebsgas derart auf diesen Betrieb angepasst ist, dass zumindest wäh- rend des ersten Fährbetriebes (Bl) und des Schlafbetriebs (B2), vorzugsweise auch während des Einsatzbetriebes (B3) , das Betriebsgas in dem Betriebsgasbehälter (13) in einem überkritischen Zustand gespeichert ist.
9. Verfahren zur Energieversorgung eines Unterwasserfahrzeu ges (1), insbesondere eines U-Boots oder eines unbemannten Unterwasserfahrzeuges, wobei das Unterwasserfahrzeug eine Brennstoffzellenanlage (10) zur Erzeugung von Energie auf weist, wobei die Brennstoffzellenanlage (10) mit reinem Was serstoff oder mit einem wasserstoffhaltigen Gas als erstem Betriebsgas sowie mit reinem Sauerstoff oder mit einem sauer stoffhaltigen Gas als zweitem Betriebsgas betrieben wird, wo bei zumindest eines der beiden Betriebsgase in einem Be triebsgasbehälter (13) gespeichert wird, vorzugsweise jedes der beiden Betriebsgase in jeweils einem Betriebsgasbehälter gespeichert wird, und von dort der Brennstoffzellenanlage (10) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Be triebsgas in dem Betriebsgasbehälter (13) in einem überkriti schen Zustand gespeichert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsgas in dem Betriebsgasbehälter (13) reiner Was serstoff ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich net, dass Boil-Off-Gas aus dem Betriebsgasbehälter (13) in einer Gasaufnahmevorrichtung (14) gespeichert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, dass die Brennstoffzellenanlage (10) zumindest eine erste Brennstoffzelleneinrichtung (11) und
eine zweite Brennstoffzelleneinrichtung (12)
umfasst und dass die erste Brennstoffzelleneinrichtung (11) und die zweite Brennstoffzelleneinrichtung (12) strömungs technisch getrennt voneinander in Abhängigkeit von einer Be triebsart des Unterwasserfahrzeuges mit dem Betriebsgasbehäl- ter (13) und/oder der Gasaufnahmevorrichtung (14) für Boil- Off-Gas verbunden werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ersten Betriebsart von den beiden Brennstoffzellen einrichtungen (11, 12) zumindest die erste Brennstoffzellen einrichtung (11) mit Gas aus dem Betriebsgasbehälter (13) und/oder der Gasaufnahmevorrichtung (14) versorgt wird und dass bei einer zweiten Betriebsart des Unterwasserfahrzeuges (1) von den beiden Brennstoffzelleneinrichtungen (11, 12) nur die zweite Brennstoffzelleneinrichtung (12) mit Gas aus dem Betriebsgasbehälter (13) und/oder der Gasaufnahmevorrichtung (14) versorgt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieversorgungssystem (4) eine Batterie (7) zur Ener gieversorgung elektrischer Systeme (3, 5, 6) des Unterwasser fahrzeuges (1) umfasst und dass die zweite Brennstoffzellen einrichtung (12) während der zweiten Betriebsart die Batterie (7) lädt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, dass die erste Betriebsart ein Betrieb des Un terwasserfahrzeuges (1) mit einem ersten Energieverbrauch, insbesondere ein Betrieb mit einem elektrischen Antrieb (3) ist, und dass die zweite Betriebsart ein Betrieb des Unter wasserfahrzeuges (1) mit einem zweiten Energieverbrauch, ins besondere ein Betrieb ohne einen elektrischen Antrieb (3), ist, wobei der erste Energieverbrauch größer ist als der zweite Energieverbrauch.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, dass beim Betrieb des Unterwasserfahrzeuges (1) nacheinander die folgenden Betriebsarten durchlaufen werden: ein erster Fährbetrieb (Bl) für eine Hinfahrt zu einem Zie lort, ein Schlafbetrieb (B2) am Zielort, ein Einsatzbetrieb (B3) am Zielort und ein zweiter Fährbetrieb (B4) für eine Rückfahrt von dem Zielort, und dass zumindest während des ersten Fährbetriebes (Bl) und des Schlafbetriebs (B2), vor zugsweise auch während des Einsatzbetriebs (B3), das Be triebsgas in dem Betriebsgasbehälter (13) in einem überkriti schen Zustand gespeichert wird.
17. Unterwasserfahrzeug (1), insbesondere U-Boot oder unbe manntes Unterwasserfahrzeug, mit einem Energieversorgungssys tem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
18. Überwasserfahrzeug (100) oder Meeresplattform mit einem
Energieversorgungssystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis
8.
PCT/EP2019/054212 2018-02-28 2019-02-20 Energieversorgungssystem für ein unterwasserfahrzeug, verfahren zum betrieb eines energieversorgungssystems sowie unterwasserfahrzeug mit einem solchen energieversorgungssystem WO2019166298A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114394217A (zh) * 2022-03-03 2022-04-26 华中科技大学 一种长续航水下航行器及其控制方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002027849A1 (de) * 2000-09-27 2002-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Brennstoffzellenanlage
JP2003056799A (ja) 2001-08-09 2003-02-26 Honda Motor Co Ltd ボイルオフガス処理装置
EP1454826A1 (de) 2003-03-07 2004-09-08 Howaldtswerke-Deutsche Werft Ag Unterseeboot mit Brennstoffzelle Module
US20050075014A1 (en) * 2003-10-02 2005-04-07 Lockheed Martin Corporation Combination ac motor drive and electrolyzer supply for marine vessel
DE202009017419U1 (de) * 2009-12-23 2010-03-11 Proton Motor Fuel Cell Gmbh Schwimmfähiges System zur Stromversorgung von Wasserfahrzeugen
WO2012097925A1 (de) * 2011-01-21 2012-07-26 Siemens Aktiengesellschaft Schwimmende oder tauchende einrichtung mit einem elektrolyseur
EP2700572A1 (de) * 2012-08-23 2014-02-26 Siemens Aktiengesellschaft Betriebsgassystem für ein Unterwasserfahrzeug, Verfahren zum Betrieb eines solchen Betriebsgassystems sowie ein Unterwasserfahrzeug mit einem solchen Betriebsgassystem
EP2840018A1 (de) * 2013-08-21 2015-02-25 Siemens Aktiengesellschaft Antriebssystem für ein Wasserfahrzeug, Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems sowie Wasserfahrzeug mit einem Antriebssystem
EP2151377B1 (de) 2008-08-08 2016-08-31 ThyssenKrupp Marine Systems GmbH Verfahren zum Spülen zumindest eines Teils einer Antriebsanlage eines Fahrzeugs

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002027849A1 (de) * 2000-09-27 2002-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Brennstoffzellenanlage
JP2003056799A (ja) 2001-08-09 2003-02-26 Honda Motor Co Ltd ボイルオフガス処理装置
EP1454826A1 (de) 2003-03-07 2004-09-08 Howaldtswerke-Deutsche Werft Ag Unterseeboot mit Brennstoffzelle Module
US20050075014A1 (en) * 2003-10-02 2005-04-07 Lockheed Martin Corporation Combination ac motor drive and electrolyzer supply for marine vessel
EP2151377B1 (de) 2008-08-08 2016-08-31 ThyssenKrupp Marine Systems GmbH Verfahren zum Spülen zumindest eines Teils einer Antriebsanlage eines Fahrzeugs
DE202009017419U1 (de) * 2009-12-23 2010-03-11 Proton Motor Fuel Cell Gmbh Schwimmfähiges System zur Stromversorgung von Wasserfahrzeugen
WO2012097925A1 (de) * 2011-01-21 2012-07-26 Siemens Aktiengesellschaft Schwimmende oder tauchende einrichtung mit einem elektrolyseur
EP2700572A1 (de) * 2012-08-23 2014-02-26 Siemens Aktiengesellschaft Betriebsgassystem für ein Unterwasserfahrzeug, Verfahren zum Betrieb eines solchen Betriebsgassystems sowie ein Unterwasserfahrzeug mit einem solchen Betriebsgassystem
EP2864192B1 (de) 2012-08-23 2016-05-04 Siemens Aktiengesellschaft Betriebsgassystem für ein unterwasserfahrzeug, verfahren zum betrieb eines solchen betriebsgassystems sowie ein unterwasserfahrzeug mit einem solchen betriebsgassystem
EP2840018A1 (de) * 2013-08-21 2015-02-25 Siemens Aktiengesellschaft Antriebssystem für ein Wasserfahrzeug, Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems sowie Wasserfahrzeug mit einem Antriebssystem

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
VON H. POMMER: "Schiff & Hafen", vol. 44, 1 August 1992, SEEHAFEN VERLAG GMBH, article "Brennstoffzellen als außenluftunabhängige Antriebskomponente für U-Boote", pages: 48 - 51

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114394217A (zh) * 2022-03-03 2022-04-26 华中科技大学 一种长续航水下航行器及其控制方法

Also Published As

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