WO2020239278A1 - Power supply device - Google Patents

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WO2020239278A1 PCT/EP2020/055578 EP2020055578W WO2020239278A1 WO 2020239278 A1 WO2020239278 A1 WO 2020239278A1 EP 2020055578 W EP2020055578 W EP 2020055578W WO 2020239278 A1 WO2020239278 A1 WO 2020239278A1
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Abstract

The invention relates to a method for operating a power supply device (12), wherein: - mechanical energy is provided to a crankshaft (22) of a two-stroke diesel engine (20), - the mechanical energy is converted into electric energy by means of at least one first rotating electric machine (24), and - the electric energy is supplied to an adjustable electric energy sink (28) which is electrically coupled to a power distribution grid (26). According to the invention: - a target rotational speed (38) is specified for the two-stroke diesel engine (20), - on the basis of the target rotational speed and at least one machine model of the two-stroke diesel engine (20), a rotational speed range (30) is ascertained which comprises the target rotational speed, - a current rotational speed of the crankshaft (22) of the two-stroke diesel engine (20) is detected by means of a rotational speed sensor (32), - the detected rotational speed is compared with the target rotational speed (38), and - the energy sink (28) is adjusted at least on the basis of the comparison such that the energy sink (28) provides an electric load in the ascertained rotational speed range (30), said electric load increasing at least overproportionally to the detected rotational speed.

Description

Beschreibung description
Energieversorgungseinrichtung Energy supply device
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungseinrichtung, bei dem mechanische Energie an einer Kurbelwelle eines Zweitakt-Dieselmotors bereitgestellt wird, die mechanische Energie mittels wenigstens einer ersten rotierenden elektrischen Maschine, die mechanisch mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, in elektrische Energie gewandelt wird, und die elektrische Energie zumindest teilweise einer mit dem Energieverteilungsnetz elektrisch gekoppelten, ein stellbaren elektrischen Energiesenke zugeführt wird. Weiter hin betrifft die Erfindung eine Energieversorgungseinrich tung, mit einem Zweitakt-Dieselmotor, der mechanische Energie an einer Kurbelwelle des Zweitakt-Dieselmotors bereitstellt , wenigstens einer ersten rotierenden elektrischen Maschine, die elektrische Energie an einem Maschinenanschluss bereit stellt und die zum Wandeln der mechanischen Energie in die elektrische Energie eine mit der Kurbelwelle mechanisch ge koppelte Läuferwelle aufweist, und eine Steuereinheit zum Steuern zumindest des Zweitakt-Dieselmotors und/oder der ers ten rotierenden elektrischen Maschine. Schließlich betrifft die Erfindung ein Wasserfahrzeug mit einer Energieversor gungseinrichtung und einer mit der Energieversorgungseinrich tung elektrisch koppelbaren elektrischen Antriebseinrichtung, wobei die elektrische Antriebseinrichtung eine zweite rotie rende elektrische Maschine umfasst, die mechanisch mit einem Antriebspropeller des Wasserfahrzeugs gekoppelt ist. The invention relates to a method for operating an energy supply device in which mechanical energy is provided on a crankshaft of a two-stroke diesel engine, the mechanical energy is converted into electrical energy by means of at least one first rotating electrical machine that is mechanically coupled to the crankshaft, and the electrical energy is at least partially fed to an adjustable electrical energy sink that is electrically coupled to the energy distribution network. The invention further relates to a power supply device with a two-stroke diesel engine that provides mechanical energy to a crankshaft of the two-stroke diesel engine, at least one first rotating electrical machine that provides electrical energy at a machine connection and that is used to convert the mechanical energy into the electrical energy has a rotor shaft mechanically coupled to the crankshaft, and a control unit for controlling at least the two-stroke diesel engine and / or the first rotating electrical machine. Finally, the invention relates to a watercraft with an energy supply device and an electrical drive device that can be electrically coupled to the energy supply device, the electrical drive device comprising a second rotating electrical machine that is mechanically coupled to a propeller of the watercraft.
Zweitakt-Dieselmotoren, Energieversorgungseinrichtungen zum Bereitstellen von elektrischer Energie sowie auch Verfahren zu deren Betrieb sind im Stand der Technik umfänglich be kannt, so dass es eines gesonderten druckschriftlichen Nach weises hierfür nicht bedarf. Two-stroke diesel engines, energy supply devices for providing electrical energy and also methods for their operation are extensively known in the prior art, so that separate documentary evidence is not required for this.
Energieversorgungseinrichtungen der gattungsgemäßen Art die nen insbesondere dazu, elektrische Energie für einen bestim- mungsgemäßen Betrieb von elektrischen Verbrauchern, die an der Energieversorgungseinrichtung angeschlossen sind, bereit zustellen. Die Energieversorgungseinrichtung kann zu diesem Zweck an einem Energieversorgungsnetz angeschlossen sein, an dem auch weitere Energieversorgungseinrichtungen und elektri sche Verbraucher angeschlossen sein können. Das Energiever sorgungsnetz kann somit auch der Verteilung von elektrischer Energie dienen. Energy supply devices of the generic type are used in particular to generate electrical energy for a certain Provide proper operation of electrical loads that are connected to the energy supply device. For this purpose, the energy supply device can be connected to an energy supply network to which other energy supply devices and electrical consumers can also be connected. The Energiever supply network can therefore also be used to distribute electrical energy.
Zum Bereitstellen der elektrischen Energie ist es bekannt, dass die Energieversorgungseinrichtung zumindest eine Ver brennungskraftmaschine umfasst, die mit einer rotierenden elektrischen Maschine mechanisch gekoppelt ist. Die rotieren de elektrische Maschine dient dazu, die an einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellte mechanische Energie in elektrische Energie umzuformen beziehungsweise zu wandeln, sodass die Energieversorgungseinrichtung, die die Verbrennungskraftmaschine und die rotierende elektrische Ma schine umfasst, in gewünschter Weise die elektrische Energie bereitzustellen vermag. To provide the electrical energy, it is known that the energy supply device comprises at least one internal combustion engine that is mechanically coupled to a rotating electrical machine. The rotating de electrical machine is used to convert or convert the mechanical energy provided on a crankshaft of the internal combustion engine into electrical energy, so that the energy supply device, which includes the internal combustion engine and the rotating electrical machine, is able to provide the electrical energy in the desired manner.
Eine besondere Situation für gattungsgemäße Energieversor gungseinrichtungen ergibt sich, wenn als Verbrennungskraftma schine ein Zweitakt-Dieselmotor eingesetzt werden soll. Die Nutzung von Zweitakt-Dieselmotoren ist insbesondere im Be reich von Schiffsantrieben weit verbreitet. Zweitakt-Diesel- motorensind Verbrennungskraftmaschinen, mit denen ein großer Wirkungsgrad in Bezug auf eine Brennstoffnutzung erreicht werden kann. Darüber hinaus sind sie vergleichsweise war tungsarm und zuverlässig im bestimmungsgemäßen Betrieb gegen über anderen Verbrennungskraftmaschinen. A special situation for generic energy supply equipment arises when a two-stroke diesel engine is to be used as the internal combustion engine. The use of two-stroke diesel engines is particularly widespread in the area of marine propulsion systems. Two-stroke diesel engines are internal combustion engines with which a high degree of efficiency with regard to fuel use can be achieved. In addition, they are comparatively low-maintenance and reliable in normal operation compared to other internal combustion engines.
Zweitakt-Dieselmotoren sind in der Regel als Zweitakt- Großdieselmotoren ausgebildet und häufig für einen Leistungs bereich von zum Beispiel etwa 6 MW bis etwa 80 MW konstru iert. Bei Schiffsantrieben dienen die Zweitakt-Dieselmotoren dazu, Propeller von Schiffsantrieben anzutreiben, und zwar vorzugsweise unmittelbar anzutreiben. Der Zweitakt-Dieselmotor ist ein nach dem Zweitakt-Prinzip arbeitender Dieselmotor. Die Funktion des Zweitakt-Diesel motors wird als bekannt vorausgesetzt, weshalb vorliegend von weiteren detaillierten Ausführungen in Bezug auf dessen Funk tion abgesehen wird. Two-stroke diesel engines are usually designed as two-stroke large diesel engines and are often constructed for a power range of, for example, about 6 MW to about 80 MW. In the case of ship propulsion systems, the two-stroke diesel engines are used to drive propellers of ship propulsion systems, preferably to drive them directly. The two-stroke diesel engine is a diesel engine that works according to the two-stroke principle. The function of the two-stroke diesel engine is assumed to be known, which is why further detailed explanations regarding its function are not provided here.
Der Einsatz von Zweitakt-Dieselmotoren, insbesondere bei Schiffsantrieben, hat sich bewährt, zumal die Zweitakt- Dieselmotoren den besonders hohen Wirkungsgrad erreichen kön nen. Zweitakt-Dieselmotoren sind in der Regel als langsam laufende Motoren ausgebildet. Sie sind üblicherweise als Rei henmotoren, vorzugsweise mit einer ungeraden Anzahl von Zy lindern ausgebildet. Im bestimmungsgemäßen Betrieb werden derartige Zweitakt-Dieselmotoren häufig mit einer Drehzahl in einem Bereich von etwa 60 bis etwa 120 Umdrehungen pro Minu te, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 80 bis etwa 100 Umdrehungen pro Minute betrieben. Typische Maße von Bohrungen von Zylindern solcher Zweitakt-Dieselmotoren reichen von ei nigen Dezimetern bis zu etwa 1 m oder mehr. Ein Zylinderhub kann zum Beispiel in einem Bereich von einigen Dezimetern bis zu etwa 3,5 m, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 50 cm bis zu etwa 1 m liegen. The use of two-stroke diesel engines, especially in ship propulsion, has proven itself, especially since the two-stroke diesel engines can achieve the particularly high degree of efficiency. Two-stroke diesel engines are usually designed as slow-running engines. They are usually designed as Rei henmotoren, preferably alleviate with an odd number of Zy. In normal operation, such two-stroke diesel engines are often operated at a speed in a range from about 60 to about 120 revolutions per minute, preferably in a range from about 80 to about 100 revolutions per minute. Typical dimensions of the bores of cylinders of such two-stroke diesel engines range from a few decimeters to about 1 m or more. A cylinder stroke can, for example, be in a range from a few decimeters to approximately 3.5 m, preferably in a range from approximately 50 cm to approximately 1 m.
Die Nutzung von Zweitakt-Dieselmotoren zur Erzeugung von elektrischer Energie ist derzeit nur sehr begrenzt vorgese hen. Obwohl Zweitakt-Großdieselmotoren einen deutlich besse ren Wirkungsgrad als beispielsweise Viertakt-Dieselmotoren haben, sind Zweitakt-Dieselmotoren bislang aufgrund physika lischer Umstände kaum für die Nutzung der Erzeugung elektri scher Energie in Betracht gezogen worden. Ein wichtiger Grund ist, dass - anders als bei Nutzung des Zweitakt-Dieselmotors zum Antrieb eines Propellers eines Wasserfahrzeugs - die elektrische Maschine kein geeignetes Trägheitsmoment zur Drehzahlstabilisierung und damit auch als Überdrehzahlschutz bereitzustellen vermag. Darüber hinaus erweist es sich als ungünstig, dass Zweitakt-Dieselmotoren im bestimmungsgemäßen Betrieb in der Regel bei Drehzahlen betrieben werden, die üb licherweise kleiner als etwa 100 Umdrehungen pro Minute sind. Daraus resultiert, dass die rotierende elektrische Maschine eine hohe Polzahl benötigt, wodurch eine bauliche Umsetzung der rotierenden elektrischen Maschine und damit der Energie versorgungseinrichtung insgesamt ungünstig werden würde. The use of two-stroke diesel engines to generate electrical energy is currently only very limited. Although two-stroke large diesel engines have a significantly better efficiency than, for example, four-stroke diesel engines, two-stroke diesel engines have so far hardly been considered for the generation of electrical energy due to physical circumstances. An important reason is that - unlike when using the two-stroke diesel engine to drive a propeller of a watercraft - the electric machine is unable to provide a suitable moment of inertia for speed stabilization and thus also for overspeed protection. In addition, it proves to be unfavorable that two-stroke diesel engines are usually operated in normal operation at speeds that are usually less than about 100 revolutions per minute. The result is that the rotating electrical machine requires a large number of poles, as a result of which a structural implementation of the rotating electrical machine and thus the energy supply device would be disadvantageous overall.
Nicht zuletzt erweisen sich Drehmomentschwankungen bedingt durch die vergleichsweise kleine Drehzahl und die Zündfolgen als ungünstig, die zu großen Schwankungen bei einer Genera torfrequenz führen können und infolgedessen ungünstige Aus wirkungen auf einen entsprechenden Stromverlauf eines Last but not least, torque fluctuations prove to be unfavorable due to the comparatively low speed and the firing sequences, which can lead to large fluctuations in a generator frequency and consequently unfavorable effects on a corresponding current curve
elektrischen Stroms nach sich ziehen können. electrical current.
Bei Nutzung einer Energieversorgungseinrichtung, die einen Zweitakt-Dieselmotor im Bereich von Wasserfahrzeugen umfasst, ist eine Lösung der vorgenannten Probleme nicht bekannt. Bei landgestützten Energieversorgungseinrichtungen gattungsgemä ßer Art werden große massereiche Schwungräder eingesetzt, um DrehzahlSchwankungen des Zweitakt-Dieselmotors zu reduzieren. Diese Lösung ist jedoch sehr aufwendig und für Fahrzeuge jeg licher Art ungeeignet. When using an energy supply device that includes a two-stroke diesel engine in the field of watercraft, a solution to the aforementioned problems is not known. In the case of land-based energy supply facilities of the generic type, large, massive flywheels are used to reduce fluctuations in the speed of the two-stroke diesel engine. However, this solution is very complex and unsuitable for vehicles of any kind.
Als besonders kritisch erweist es sich, wenn die rotierende elektrische Maschine und/oder deren elektrische Kopplung mit dem Energieversorgungsnetz, welches vorzugsweise ein Gleich spannungsnetz ist, plötzlich ausfällt. Aufgrund des großen Hubraums sowie der niedrigen Drehzahl kann dann nämlich das Problem auftreten, dass ein bereits mit Brennstoff gefüllter Zylinder zündet und seine Energie freisetzt, die freigesetzte Energie jedoch nicht durch die rotierende elektrische Maschi ne aufgenommen werden kann. Bei den hierbei umgesetzten gro ßen Energiemengen kann eine erhebliche Beschädigung zumindest des Zweitakt-Dieselmotors die Folge sein. It proves to be particularly critical if the rotating electrical machine and / or its electrical coupling with the energy supply network, which is preferably a direct voltage network, suddenly fails. Because of the large displacement and the low speed, the problem can arise that a cylinder that is already filled with fuel ignites and releases its energy, but the released energy cannot be absorbed by the rotating electrical machine. Considerable damage to at least the two-stroke diesel engine can result from the large amounts of energy used in this process.
Darüber hinaus kann in sehr kurzer Zeit eine zulässige maxi male Drehzahl der Kurbelwelle überschritten werden, sodass der Zweitakt-Dieselmotor den Bereich der Überdrehzahl er reicht. Hier kann eine nachhaltige Schädigung des Zweitakt- Dieselmotors die Folge sein. Bei den hier behandelten Großma- schinen ist dies nicht nur außerordentlich gefährlich, son dern auch außerordentlich kostenintensiv. In addition, a permissible maximum speed of the crankshaft can be exceeded in a very short time, so that the two-stroke diesel engine reaches the overspeed range. This can result in lasting damage to the two-stroke diesel engine. In the case of the major This is not only extremely dangerous for machines, it is also extremely cost-intensive.
Der Betrieb des Zweitakt-Dieselmotors als Schiffsantrieb, um einen Propeller des Schiffs anzutreiben, ist in Bezug auf den Zweitakt-Dieselmotor eine günstige Anwendung. Dies ergibt sich dadurch, dass ein drehzahlabhängiges Lastverhalten des Propellers einen quadratischen bis kubischen Verlauf in Bezug auf eine Kennlinie bezüglich eines Drehmoments und/oder einer Leistung bereitstellt , was dazu führt, dass der Zweitakt- Dieselmotor bei Drehzahlabweichungen von einer vorgegebenen Soll -Drehzahl eine entsprechende Drehmoment- beziehungsweise Leistungsänderung als Last erfährt. Dadurch kann auf einfache Weise ein stabiler Arbeitspunkt bezüglich einer vorgegebenen Drehzahl erreicht werden. The operation of the two-stroke diesel engine as a marine propulsion system to drive a propeller of the ship is a beneficial application with respect to the two-stroke diesel engine. This results from the fact that a speed-dependent load behavior of the propeller provides a quadratic to cubic curve in relation to a characteristic curve with regard to a torque and / or a power, which means that the two-stroke diesel engine generates a corresponding speed in the event of speed deviations from a specified target speed Experience changes in torque or power as a load. As a result, a stable operating point with respect to a predetermined speed can be achieved in a simple manner.
Wird hingegen der Zweitakt-Dieselmotor dazu genutzt, eine elektrische Maschine in einem Generatorbetrieb zu betreiben, ändern sich die Bedingungen entscheidend. Dient die elektri sche Maschine zur elektrischen Energieversorgung eines Bord netzes als Energieversorgungsnetz und ist üblicherweise eine Leistung als Last im Wesentlichen konstant, ergibt sich hier durch ein ungünstiges Lastverhalten bezüglich des Drehmomen tes, da sich die durch die elektrische Maschine bereitge stellte Belastung kaum ändert, insbesondere im Wesentlichen konstant bleibt. Hierdurch kann ein starkes Schwanken bezüg lich einer aktuellen Drehzahl der Kurbelwelle des Zweitakt- Dieselmotors auftreten, welches auch als „Speed Hunting" be zeichnet wird. Dies ist jedoch für den Betrieb der elektri schen Maschine als Generator sehr nachteilig und kann darüber hinaus zu Instabilitäten in Bezug auf eine Drehzahlregelung für den Zweitakt-Dieselmotor führen. Die Probleme können sich somit auch gegenseitig verstärken. If, on the other hand, the two-stroke diesel engine is used to operate an electrical machine in generator mode, the conditions change significantly. If the electrical machine is used to supply electrical energy to an on-board network as an energy supply network and if power is usually essentially constant as a load, this results in an unfavorable load behavior with regard to the torque, since the load provided by the electrical machine hardly changes, in particular remains essentially constant. This can result in a strong fluctuation with regard to the current speed of the crankshaft of the two-stroke diesel engine, which is also referred to as "speed hunting". However, this is very disadvantageous for the operation of the electrical machine as a generator and can also lead to instabilities in With respect to a speed control for the two-stroke diesel engine, the problems can therefore also be mutually reinforcing.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Energieversorgungsvorrichtung, ein Verfahren zu deren Betrieb sowie ein Wasserfahrzeug zu verbessern, so dass ein zuverläs- siger dauerhafter Betrieb für eine Energieversorgung gewähr leistet werden kann. The invention is based on the object of improving a generic energy supply device, a method for its operation and a watercraft, so that a reliable siger permanent operation for an energy supply can be guaranteed.
Als Lösung werden mit der Erfindung eine Energieversorgungs einrichtung sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen An sprüchen vorgeschlagen. As a solution, a power supply device and a method according to the independent claims are proposed with the invention.
In Bezug auf ein gattungsgemäßes Verfahren wird insbesondere vorgeschlagen, dass eine Soll -Drehzahl für den Zweitakt- Dieselmotor vorgegeben wird, abhängig von der Soll -Drehzahl und zumindest einem Maschinenmodell des Zweitakt-Dieselmotors ein Drehzahlbereich ermittelt wird, der die Soll -Drehzahl um fasst, mittels eines Drehzahlsensors eine aktuelle Drehzahl der Kurbelwelle des Zweitakt-Dieselmotors erfasst wird, die erfasste Drehzahl mit der Soll -Drehzahl verglichen wird, und die Energiesenke zumindest abhängig von dem Vergleich einge stellt wird, sodass die Energiesenke in dem ermittelten Dreh zahlbereich eine elektrische Belastung bereitstellt , bei der die elektrische Belastung einen von der erfassten Drehzahl abhängigen Verlauf hat, sodass die elektrische Belastung zu mindest überproportional mit der erfassten Drehzahl zunimmt. With regard to a generic method, it is proposed in particular that a target speed for the two-stroke diesel engine is specified, depending on the target speed and at least one machine model of the two-stroke diesel engine, a speed range is determined which includes the target speed, a current speed of the crankshaft of the two-stroke diesel engine is detected by means of a speed sensor, the detected speed is compared with the target speed, and the energy sink is set at least as a function of the comparison so that the energy sink provides an electrical load in the determined speed range , in which the electrical load has a course that depends on the detected speed, so that the electrical load increases at least disproportionately with the detected speed.
Bezüglich einer gattungsgemäße Energieversorgungsvorrichtung wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Energieversorgungs- vorrichtung eine mit dem Maschinenanschluss elektrisch gekop pelte, einstellbare elektrische Energiesenke zum zumindest teilweise Aufnehmen der elektrischen Energie aufweist, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, eine Soll -Drehzahl für den Zweitakt-Dieselmotor vorzugeben, abhängig von der Soll- Drehzahl und zumindest einem Maschinenmodell des Zweitakt- Dieselmotors einen Drehzahlbereich zu ermitteln, der die Soll -Drehzahl umfasst, mittels eines Drehzahlsensors eine ak tuelle Drehzahl der Kurbelwelle des Zweitakt-Dieselmotors zu erfassen, die erfasste Drehzahl mit der Soll -Drehzahl zu ver gleichen, und die Energiesenke zumindest abhängig von dem Vergleich einzustellen, sodass die Energiesenke in dem ermit telten Drehzahlbereich eine elektrische Belastung bereit stellt, bei der die elektrische Belastung einen von der er- fassten Drehzahl abhängigen Verlauf hat, sodass die elektri sche Belastung zumindest überproportional mit der erfassten Drehzahl zunimmt . With regard to a generic energy supply device, it is proposed in particular that the energy supply device have an adjustable electrical energy sink that is electrically coupled to the machine connection for at least partially absorbing the electrical energy, the control unit being designed to specify a setpoint speed for the two-stroke diesel engine, depending on the target speed and at least one machine model of the two-stroke diesel engine, determine a speed range that includes the target speed, using a speed sensor to detect an actual speed of the crankshaft of the two-stroke diesel engine, the detected speed with the target speed to compare, and to set the energy sink at least depending on the comparison, so that the energy sink provides an electrical load in the determined speed range at which the electrical load is one of the recorded speed-dependent curve, so that the electrical load increases at least disproportionately with the recorded speed.
Bezüglich eines gattungsgemäßen Wasserfahrzeugs wird insbe sondere vorgeschlagen, dass die Energieversorgungsvorrichtung gemäß der Erfindung ausgebildet ist. With regard to a generic watercraft, it is proposed in particular that the energy supply device is designed according to the invention.
Die Erfindung basiert unter anderem auf dem Gedanken, dass der Betrieb der Energieversorgungseinrichtung, die einen mit einer rotierenden elektrischen Maschine mechanisch gekoppel ten Zweitakt-Dieselmotor umfasst, dadurch verbessert werden kann, dass die rotierende elektrische Maschine elektrisch mit einer elektrischen Energiesenke gekoppelt werden kann, die einstellbar ist. Dabei sieht die Erfindung vor, dass die Energiesenke derart eingestellt werden kann, dass sie eine überproportionale elektrische Belastung in Bezug auf eine Drehzahl der Kurbelwelle bereitstellt , sodass für den ermit telten Drehzahlbereich eine von der konstanten Belastung ab weichende mit zunehmender Drehzahl zunehmende elektrische Be lastung erreicht werden kann. Dadurch ist es möglich, die Energieversorgungseinrichtung erheblich stabiler zu betreiben und insbesondere das störende „Speed Hunting" zu reduzieren. The invention is based, inter alia, on the idea that the operation of the energy supply device, which comprises a two-stroke diesel engine mechanically coupled with a rotating electrical machine, can be improved in that the rotating electrical machine can be electrically coupled to an electrical energy sink that is adjustable. The invention provides that the energy sink can be set in such a way that it provides a disproportionate electrical load in relation to a speed of the crankshaft, so that for the determined speed range an electrical load that deviates from the constant load and increases with increasing speed is achieved can be. This makes it possible to operate the energy supply device in a considerably more stable manner and, in particular, to reduce the disruptive "speed hunting".
Zu diesem Zweck wird der Drehzahlbereich ermittelt, und zwar abhängig von einer Soll -Drehzahl , die zum Beispiel von einer übergeordneten Steuerung der Energieversorgungseinrichtung, insbesondere einer Steuereinheit der Energieversorgungsein richtung, vorgegeben werden kann, um unter Berücksichtigung von Eigenschaften der rotierenden elektrischen Maschine eine elektrische Leistung und/oder eine elektrische Spannung, die durch die rotierende elektrische Maschine bereitgestellt wer den soll, erreichen zu können. Unter Berücksichtigung eines Maschinenmodells des Zweitakt-Dieselmotors kann nun der Dreh zahlbereich ermittelt werden. Das Maschinenmodell kann Be triebseigenschaften des Zweitakt-Dieselmotors umfassen, ins besondere auch eine Motorregelung, beispielsweise in Bezug auf eine Brennstoffzufuhr oder dergleichen. Darüber hinaus kann das Maschinenmodell auch physikalische Größen wie zum Beispiel Trägheitsmomente, zu bewegende Massen, Geometrien, insbesondere in Bezug auf Abmessungen und/oder dergleichen umfassen. Darüber hinaus kann natürlich auch ein Maschinenmo dell der wenigstens einen rotierenden elektrischen Maschine ergänzend berücksichtigt werden, um den Drehzahlbereich zu ermitteln. Vorzugsweise wird der Drehzahlbereich so ermit telt, dass unter Berücksichtigung der Gesamteigenschaften ei ne Stabilisierung in Bezug auf die erfasste Drehzahl erreicht werden kann. For this purpose, the speed range is determined depending on a target speed, which can be specified, for example, by a higher-level control of the energy supply device, in particular a control unit of the energy supply device, in order to generate electrical power taking into account properties of the rotating electrical machine and / or an electrical voltage that should be provided by the rotating electrical machine. The speed range can now be determined taking into account a machine model of the two-stroke diesel engine. The machine model can include operating properties of the two-stroke diesel engine, in particular also an engine control, for example in relation to a fuel supply or the like. Furthermore The machine model can also include physical quantities such as moments of inertia, masses to be moved, geometries, in particular with regard to dimensions and / or the like. In addition, a machine model of the at least one rotating electrical machine can of course also be taken into account in order to determine the speed range. The speed range is preferably determined in such a way that, taking into account the overall properties, a stabilization with respect to the detected speed can be achieved.
Die Energiesenke ist vorliegend einstellbar ausgebildet und kann zum Beispiel einen oder mehrere elektrische Verbraucher, einen oder mehrere elektrische Energiespeicher, Kombinationen hiervon und/oder dergleichen umfassen. Darüber hinaus kann die Energiesenke natürlich auch ein weiteres Energieversor gungsnetz sein, welches mit der Energiesenke elektrisch kop pelbar ist, um elektrische Energie in entsprechender Weise abführen zu können. Mit der Energiesenke kann eine einstell bare Belastung der wenigstens einen rotierenden elektrischen Maschine erreicht werden, sodass mittels der rotierenden elektrischen Maschine eine entsprechende Belastung des Zwei takt-Dieselmotors bereitgestellt werden kann. Durch Einstel len einer entsprechenden Charakteristik beziehungsweise ent sprechendes Steuern der Energiesenke kann somit die gewünsch te Belastung in Bezug auf den Zweitakt-Dieselmotor erreicht werden, sodass eine Stabilisierung des bestimmungsgemäßen Be triebs während der Nutzung der Energieversorgungseinrichtung erreicht werden kann. Die Energiesenke kann unmittelbar an der wenigstens einen rotierenden elektrischen Maschine ange schlossen sein. In alternativen Ausgestaltungen kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die wenigstens eine rotierende elektrische Maschine mit einem Energieversorgungsnetz In the present case, the energy sink is designed to be adjustable and can include, for example, one or more electrical consumers, one or more electrical energy stores, combinations thereof and / or the like. In addition, the energy sink can of course also be a further energy supply network which can be electrically coupled to the energy sink in order to be able to dissipate electrical energy in a corresponding manner. With the energy sink, an adjustable load on the at least one rotating electrical machine can be achieved, so that a corresponding load on the two-stroke diesel engine can be provided by means of the rotating electrical machine. By setting a corresponding characteristic or controlling the energy sink accordingly, the desired load with regard to the two-stroke diesel engine can be achieved, so that the intended operation can be stabilized while the energy supply device is in use. The energy sink can be connected directly to the at least one rotating electrical machine. In alternative configurations, however, it can also be provided that the at least one rotating electrical machine is connected to an energy supply network
elektrisch gekoppelt ist und auf diese Weise elektrische Energie zur Versorgung von an dem Energieversorgungsnetz an geschlossenen elektrischen Einheiten oder elektrischen Ein richtungen dienen kann. An dem Energieversorgungsetz kann dann auch die einstellbare elektrische Energiesenke ange- schlossen sein. Die elektrische Energiesenke braucht also nicht dafür ausgelegt zu sein, die vollständige durch die we nigstens eine rotierende elektrische Maschine bereitgestellte elektrische Energie aufnehmen zu können. Abhängig vom Be triebszustand der Energieversorgungseinrichtung sowie Eigen schaften insbesondere des Zweitakt-Dieselmotors, gegebenen falls unter Berücksichtigung seiner Regelung, braucht die einstellbare elektrische Energiesenke unter Umständen nur für einen entsprechenden Anteil der bereitgestellten elektrischen Energie ausgelegt zu sein. is electrically coupled and in this way electrical energy can be used to supply the power supply network to closed electrical units or electrical devices. The adjustable electrical energy sink can then also be connected to the energy supply network. be closed. The electrical energy sink therefore does not need to be designed to be able to absorb the full electrical energy provided by the at least one rotating electrical machine. Depending on the operating state of the energy supply device and the properties of the two-stroke diesel engine in particular, if necessary taking into account its control, the adjustable electrical energy sink may only need to be designed for a corresponding proportion of the electrical energy provided.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die einstellbare elektrische Energiesenke für eine elektrische Leistung als Belastung ausgelegt ist, die etwa 20 % einer maximalen durch die Energieversorgungseinrichtung bereitstellbaren elektri schen Leistung ist oder dergleichen. Die einstellbare elekt rische Energiesenke kann dazu dienen, in hochdynamischer Wei se hinsichtlich der elektrischen Belastung vorzugsweise über ihren gesamtmöglichen Einstellbereich eingestellt zu werden. Die Energiesenke selbst kann zum Beispiel die aufgenommene elektrische Energie in eine andere Energieform umwandeln, beispielsweise in Wärme oder dergleichen. In diesem Fall kann die bereitgestellte Wärme zum Beispiel für Heizzwecke genutzt werden, beispielsweise, um bei einem Wasserfahrzeug Kabinen zu beheizen, einen Treibstofftank zu beheizen und/oder der gleichen. Darüber hinaus kann die Energiesenke die elektri sche Energie natürlich auch für andere, weitere Zwecke nutz bar machen, indem sie die elektrische Energie entsprechend umformt und für spezifische Verbraucher zur Verfügung stellt, die diese Energie nutzen können. Schließlich kann die Ener giesenke auch einen Energiespeicher umfassen, der es ermög licht, eine pulsierende Energieaufnahme zu vergleichmäßigen oder dergleichen. For example, it can be provided that the adjustable electrical energy sink is designed for an electrical power as a load that is approximately 20% of a maximum electrical power that can be provided by the energy supply device or the like. The adjustable electrical energy sink can serve to be set in a highly dynamic manner with regard to the electrical load, preferably over its entire possible setting range. The energy sink itself can, for example, convert the electrical energy consumed into another form of energy, for example into heat or the like. In this case, the heat provided can be used, for example, for heating purposes, for example to heat cabins in a watercraft, to heat a fuel tank and / or the like. In addition, the energy sink can of course make the electrical energy usable for other, additional purposes by converting the electrical energy accordingly and making it available to specific consumers who can use this energy. Finally, the energy sink can also include an energy store, which makes it possible to equalize a pulsating energy consumption or the like.
Die Energiesenke ist vorzugsweise mittels einer oder mehrerer geeigneter Steuersignale durch eine Steuereinheit einstell bar. Die Steuereinheit steuert die Energiesenke derart, dass die Energiesenke in dem ermittelten Drehzahlbereich eine elektrische Belastung bereitstellt , bei der die elektrische Belastung einen von der erfassten Drehzahl abhängigen Ver lauft hat, sodass die elektrische Belastung zumindest über proportional mit der erfassten Drehzahl zunimmt. Überpropor tional ist ein Verlauf, der zum Beispiel quadratisch, kubisch oder dergleichen ist. Natürlich können auch Kombinationen hiervon vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der Verlauf mit zu nehmender Drehzahl zumindest monoton steigend. The energy sink is preferably adjustable by means of one or more suitable control signals by a control unit. The control unit controls the energy sink in such a way that the energy sink is in the determined speed range Provides electrical load, in which the electrical load has a dependent of the detected speed has run, so that the electrical load increases at least over proportionally with the detected speed. A course that is square, cubic or the like, for example, is disproportionately high. Combinations of these can of course also be provided. The course is preferably at least monotonically increasing with increasing speed.
Durch die entsprechende Einstellung der elektrischen Energie senke kann somit eine überproportionale Belastung des Zwei- takt-Dieselmotors bei steigender Drehzahl erreicht werden. Entsprechend wird eine Entlastung bei sich reduzierender Drehzahl bereitgestellt. Insgesamt ergibt sich dadurch eine Stabilisierung eines bestimmten Arbeitspunkts des Zweitakt- Dieselmotors im bestimmungsgemäßen Betrieb der Energieversor gungseinrichtung . With the appropriate setting of the electrical energy sink, a disproportionate load on the two-stroke diesel engine can be achieved with increasing speed. Relief is accordingly provided when the speed is reduced. Overall, this results in a stabilization of a specific operating point of the two-stroke diesel engine in normal operation of the energy supply device.
Dadurch ist es möglich, die Energieversorgungseinrichtung mit einem Zweitakt-Dieselmotor verbessert zu realisieren und die energietechnischen Vorteile des Zweitakt-Dieselmotors gegen über Viertakt-Motoren für die Bereitstellung von elektrischer Energie zu nutzen. Dabei erlaubt es die Erfindung, dass auf die Nutzung von Schwungrädern weitgehend verzichtet werden kann, weil nämlich die entsprechende geeignete Belastung durch die Energiesenke realisiert werden kann. This makes it possible to implement the energy supply device with a two-stroke diesel engine in an improved manner and to use the energy-related advantages of the two-stroke diesel engine over four-stroke engines for the provision of electrical energy. The invention allows the use of flywheels to be largely dispensed with, because the corresponding suitable load can be implemented by the energy sink.
Das Energieversorgungsnetz kann vorzugsweise ein Gleichspan nungsnetz, insbesondere ein Gleichspannungsenergieversor gungsnetz sein, welches zum Beispiel einen Gleichspannungs- zwischenkreis umfassen kann. Natürlich kann das Gleichspan nungsnetz auch mit weiteren Energieversorgungsnetzen gekop pelt sein, beispielsweise Wechselspannungsnetzen wie einem öffentlichen Energieversorgungsnetz oder dergleichen, und zwar vorzugsweise unter Nutzung geeigneter Energiewandler. An dem Gleichspannungsnetz können aber auch ein oder mehrere elektrische Verbraucher angeschlossen sein, die elektrische Energie für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb benötigen. Dar- über hinaus kann das Gleichspannungsnetz natürlich auch einen oder mehrere elektrische Energiespeicher, beispielsweise nach Art von Akkumulatoren oder dergleichen umfassen. The energy supply network can preferably be a DC voltage network, in particular a DC voltage energy supply network, which can comprise a DC voltage intermediate circuit, for example. Of course, the DC voltage network can also be coupled to other energy supply networks, for example AC voltage networks such as a public energy supply network or the like, preferably using suitable energy converters. However, one or more electrical loads that require electrical energy for their intended operation can also be connected to the DC voltage network. Dar- In addition, the DC voltage network can of course also include one or more electrical energy stores, for example in the manner of accumulators or the like.
Die rotierende elektrische Maschine ist vorzugsweise unmit telbar mit dem Gleichspannungsnetz elektrisch gekoppelt. In diesem Fall kann die rotierende elektrische Maschine bei spielsweise als eine Gleichspannungsmaschine oder dergleichen ausgebildet sein. Natürlich kann die Gleichspannungsmaschine eine Steuereinheit umfassen, mittels der die bereitgestellte Gleichspannung eingestellt und/oder geregelt werden kann. Be sonders vorteilhaft ist die rotierende elektrische Maschine jedoch durch eine Wechselspannungsmaschine gebildet. In die sem Fall ist die rotierende elektrische Maschine mittelbar mit dem Gleichspannungsnetz elektrisch gekoppelt, und zwar beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Energiewandlers wie einem Gleichrichter oder dergleichen. The rotating electrical machine is preferably directly electrically coupled to the DC voltage network. In this case, the rotating electrical machine can be designed as a DC voltage machine or the like, for example. Of course, the DC voltage machine can include a control unit by means of which the DC voltage provided can be set and / or regulated. However, the rotating electrical machine is particularly advantageously formed by an AC voltage machine. In this case, the rotating electrical machine is indirectly electrically coupled to the DC voltage network, for example with the interposition of an energy converter such as a rectifier or the like.
Die rotierende elektrische Maschine weist wenigstens eine Wicklung auf, die im Ständer oder im Läufer angeordnet sein kann. Die Wicklung kann jedoch auch sowohl im Ständer als auch im Läufer angeordnet sein. Dies ist abhängig von einer jeweiligen Konstruktion der rotierenden elektrischen Maschi ne. Die Funktion der rotierenden elektrischen Maschine wird ebenfalls als bekannt vorausgesetzt, sodass von detaillierten Erläuterungen abgesehen wird. The rotating electrical machine has at least one winding which can be arranged in the stator or in the rotor. However, the winding can also be arranged both in the stator and in the rotor. This depends on a particular construction of the rotating electrical machine. The function of the rotating electrical machine is also assumed to be known, so that detailed explanations are not provided.
Die elektrische Kopplung ist natürlich für die entsprechende elektrische Belastung auszulegen. Wird zum Beispiel die elektrische Kopplung mittels eines jeweiligen diodenbasierten Gleichrichters realisiert, sollten die Dioden auch für die auftretende Leistung ausgelegt sein. The electrical coupling must of course be designed for the corresponding electrical load. If, for example, the electrical coupling is implemented by means of a respective diode-based rectifier, the diodes should also be designed for the power that occurs.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die erste rotierende elektrische Maschine als mehrphasige Synchronmaschine ausge bildet ist. Mehrphasige Synchronmaschinen eignen sich beson ders für die Bereitstellung von elektrischer Energie. Sie sind besonders günstig regelbar. Die mehrphasige Synchronma- schine ist vorzugsweise eine dreiphasige Synchronmaschine, wodurch auf insbesondere verfügbare elektrische Maschinen günstig zurückgegriffen werden kann. Darüber hinaus können in alternativen Ausgestaltungen bedarfsweise eine oder zwei der rotierenden elektrischen Maschinen auch als Asynchronmaschi ne, insbesondere doppeltgespeiste Asynchronmaschine, oder auch als Gleichstrommaschine ausgebildet sein. It is also proposed that the first rotating electrical machine is designed as a multi-phase synchronous machine. Multi-phase synchronous machines are particularly suitable for the provision of electrical energy. They can be regulated particularly cheaply. The multi-phase synchronous Machine is preferably a three-phase synchronous machine, so that particularly available electrical machines can be used at low cost. In addition, in alternative configurations, one or two of the rotating electrical machines can, if necessary, also be designed as asynchronous machines, in particular double-fed asynchronous machines, or also as direct current machines.
Gemäß einer Weiterbildung weist die Energieversorgungsein richtung wenigstens einen Energiewandler zum elektrischen Koppeln der ersten elektrischen Wicklung mit dem Energiever sorgungsnetz auf. Der Energiewandler kann bei einer rotieren den elektrischen Maschine, die als Wechselspannungsmaschine ausgebildet ist, beispielsweise einer mehrphasigen Synchron maschine, als Gleichrichtereinheit, insbesondere als Brücken gleichrichter, beispielsweise unter Nutzung von Dioden, Thy ristoren, Transistoren und/oder dergleichen ausgebildet sein. Vorzugsweise ist für die rotierende elektrische Maschine ein separater Energiewandler vorgesehen. Ist der Energiewandler als Gleichrichter ausgebildet, kann er darüber hinaus auch einen Spannungswandler umfassen, mittels dem eine von der Gleichrichtereinheit bereitgestellte pulsierende Gleichspan nung in eine für das Gleichspannungsnetz vorgesehene Gleich spannung gewandelt werden kann. Der Energiewandler kann aber auch beispielsweise ein Umrichter, insbesondere ein Wechsel richter oder dergleichen sein. Je nach Art der rotierenden elektrischen Maschine kann der Energiewandler auch ein DC/DC- Wandler, ein AC/DC-Wandler oder dergleichen sein. Je nach Art und Anwendung der rotierenden elektrischen Maschine können auch Kombinationen hiervon vorgesehen sein. According to a development, the energy supply device has at least one energy converter for electrically coupling the first electrical winding to the energy supply network. The energy converter can be designed as a rectifier unit, in particular as a bridge rectifier, for example using diodes, thyristors, transistors and / or the like in a rotating electrical machine that is designed as an alternating voltage machine, for example a polyphase synchronous machine. A separate energy converter is preferably provided for the rotating electrical machine. If the energy converter is designed as a rectifier, it can also include a voltage converter, by means of which a pulsating DC voltage provided by the rectifier unit can be converted into a DC voltage provided for the DC voltage network. The energy converter can also be, for example, a converter, in particular an inverter or the like. Depending on the type of rotating electrical machine, the energy converter can also be a DC / DC converter, an AC / DC converter or the like. Depending on the type and application of the rotating electrical machine, combinations thereof can also be provided.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Energieversorgungseinrichtung wenigstens eine elektrische Schalteinheit zum Koppeln der elektrischen Wicklung mit dem Energieversorgungsnetz aufweist. Durch die Schalteinheit kann eine vorgegebene elektrische Kopplung der Wicklung mit dem Energieversorgungsnetz erreicht werden. Die Schalteinheit kann zu diesem Zweck zum Beispiel als eine Umschalteinheit ausgebildet sein, die jeweils entweder die Wicklung der ro tierenden elektrischen Maschine mit dem Energieversorgungs netz elektrisch koppelt. Darüber hinaus kann natürlich vorge sehen sein, dass für die Wicklung der rotierenden elektri schen Maschine eine Schalteinheit vorgesehen ist, mittels der in vorgebbarer Weise die elektrische Kopplung hergestellt werden kann. Die Schalteinheit kann zum Beispiel als elektro mechanische Schalteinheit mit hierfür geeigneten elektrome chanischen Schaltelementen, wie zum Beispiel Schaltkontakten oder dergleichen, ausgebildet sein. Darüber hinaus kann die Schalteinheit natürlich auch als elektronische Schalteinheit ausgebildet sein und zu diesem Zweck elektronische Schaltele mente umfassen. According to a further development, it is proposed that the energy supply device have at least one electrical switching unit for coupling the electrical winding to the energy supply network. A predetermined electrical coupling of the winding to the energy supply network can be achieved by the switching unit. For this purpose, the switching unit can be used, for example, as a switching unit be designed, each of which either electrically couples the winding of the rotating electrical machine to the power supply network. In addition, it can of course be provided that a switching unit is provided for the winding of the rotating electrical machine, by means of which the electrical coupling can be established in a predeterminable manner. The switching unit can be designed, for example, as an electro-mechanical switching unit with suitable electro-mechanical switching elements, such as switching contacts or the like, for example. In addition, the switching unit can of course also be designed as an electronic switching unit and for this purpose comprise electronic switching elements.
Ein Schaltelement im Sinne dieser Offenbarung ist dabei vor zugsweise ein steuerbares elektronisches Schaltelement, bei spielsweise ein steuerbarer elektronischer Halbleiterschalter der vorzugsweise zum bidirektionalen Sperren ausgebildet ist, indem beispielsweise zwei Transistoren antiseriell geschaltet vom Schaltelement umfasst sind, zwei antiparallel geschaltete Thyristoren vom Schaltelement umfasst sind, Kombinations schaltungen hiervon, insbesondere mit parallelgeschalteten Inversdioden, beispielsweise unter Nutzung von Gate-Turn-Off- Thyristoren (GTO) , unter Nutzung von Insulated-Gate-Bipolar- Transistoren (IGBT) , Kombinationen hiervon oder dergleichen. Dem Grunde nach kann das Schaltelement jedoch auch Feldef fekttransistoren umfassen, insbesondere Metalloxide- Semiconductor-Field-Effect-Transistoren (MOSFET) oder der gleichen . A switching element within the meaning of this disclosure is preferably a controllable electronic switching element, for example a controllable electronic semiconductor switch which is preferably designed for bidirectional blocking by, for example, two transistors connected in antiseries are included in the switching element, two antiparallel-connected thyristors are included in the switching element, combinations circuits thereof, in particular with parallel-connected inverse diodes, for example using gate turn-off thyristors (GTO), using insulated gate bipolar transistors (IGBT), combinations thereof or the like. Basically, however, the switching element can also comprise field effect transistors, in particular metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFET) or the like.
Zur Bereitstellung der gewünschten Energiewandlungsfunktiona lität des Energiewandlers werden die Schaltelemente im To provide the desired energy conversion functionality of the energy converter, the switching elements in the
Schaltbetrieb betrieben. In Bezug auf ein elektronisches Schaltelement wie einen Halbleiterschalter unter Nutzung ei nes Transistors bedeutet der Schaltbetrieb, dass der Transis tor in einem eingeschalteten Schaltzustand zwischen den eine Schaltstrecke bildenden Anschlüssen des Transistors einen sehr kleinen elektrischen Widerstand bereitstellt , sodass ein hoher Stromfluss bei sehr kleiner Restspannung möglich ist.Switching operation operated. With regard to an electronic switching element such as a semiconductor switch using a transistor, the switching mode means that the transistor, when switched on, provides a very small electrical resistance between the terminals of the transistor that form a switching path, so that a high current flow is possible with very low residual voltage.
In einem ausgeschalteten Schaltzustand ist hingegen die In a switched-off switching state, however, the
Schaltstrecke des Transistors hochohmig, das heißt, sie stellt einen hohen elektrischen Widerstand bereit, sodass auch bei hoher, an der Schaltstrecke anliegender elektrischer Spannung im Wesentlichen kein oder nur ein sehr geringer, insbesondere vernachlässigbarer, Stromfluss vorliegt. Hiervon unterscheidet sich ein Linearbetrieb bei Transistoren, der aber bei Umrichtern der gattungsgemäßen Art in der Regel nicht zum Einsatz kommt. Switching path of the transistor has a high resistance, that is, it provides a high electrical resistance, so that even with a high electrical voltage applied to the switching path, there is essentially no or only a very low, in particular negligible, current flow. This differs from linear operation in transistors, which, however, is generally not used in converters of the generic type.
Das Schaltelement weist zur Realisierung der Schaltfunktiona- lität wenigstens einen Steueranschluss auf, an dem es mit von einer Steuereinrichtung bereitgestellten Schaltsignalen be aufschlagbar ist, sodass die gewünschte Schaltfunktion des Schaltelements realisiert werden kann. Das Schaltsignal kann ein binäres Schaltsignal sein, welches zwei Zustandswerte einnehmen kann, um die gewünschte Schaltfunktion des Schalt elements bereitstellen zu können. Beispielsweise kann das Schaltsignal eine Impulsfolge umfassen, mittels der der Steu eranschluss beaufschlagt wird. Dies ist vor allem bei Thyris toren und GTO zweckmäßig. Darüber hinaus kann bei Transisto ren vorgesehen sein, dass das Schaltsignal als Rechtecksignal ausgebildet ist, wobei ein jeweiliger Schaltzustand des In order to implement the switching functionality, the switching element has at least one control connection to which it can be acted upon with switching signals provided by a control device, so that the desired switching function of the switching element can be implemented. The switching signal can be a binary switching signal which can assume two status values in order to be able to provide the desired switching function of the switching element. For example, the switching signal can comprise a pulse train by means of which the control connection is applied. This is especially useful for thyristors and GTO. In addition, it can be provided with transistors that the switching signal is designed as a square-wave signal, with a respective switching state of the
Schaltelements einem der elektrischen Potentiale des Recht ecksignals zugeordnet werden kann. Ein solches Signal ist beispielsweise für Transistoren, insbesondere für bipolare Transistoren, Feldeffekttransistoren oder dergleichen zweck mäßig. Ein zeitliches Verhältnis der beiden elektrischen Po tentiale bestimmt in der Regel das Tastverhältnis. Switching element can be assigned to one of the electrical potentials of the rectangular signal. Such a signal is useful, for example, for transistors, in particular for bipolar transistors, field effect transistors or the like. A time relationship between the two electrical potentials usually determines the duty cycle.
Vorzugsweise umfasst die Energieversorgungseinrichtung eine Steuereinheit zum Steuern der rotierenden elektrischen Ma schine und/oder des wenigstens einen Energiewandlers und/oder der wenigstens einen elektrischen Schalteinheit sowie insbe sondere der Energiesenke. Dadurch kann die Energieversor gungseinrichtung in geeigneter Weise gesteuert werden. Insbe sondere kann mit der Steuereinheit der bestimmungsgemäße Be- trieb der ersten und/oder der zweiten rotierenden elektri schen Maschine überwacht werden. Die Steuereinheit ist vor zugsweise dazu ausgebildet, den Drehzahlbereich zu ermitteln und unter Berücksichtigung eines Vergleichs der Soll -Drehzahl mit einer erfassten Drehzahl, die vorzugsweise einer aktuel len oder momentanen Drehzahl der Kurbelwelle entspricht, we nigstens ein Steuersignal für die Energiesenke bereitzustel len. Der bestimmungsgemäße Betrieb der rotierenden elektri schen Maschine sowie gegebenenfalls auch der Energiesenke kann beispielsweise mittels einem oder mehrerer geeigneter Sensoren erfasst werden, zum Beispiel indem eine geeignete elektrische Größe, beispielsweise ein elektrischer Strom, ei ne elektrische Leistung, oder auch eine mechanische Größe, beispielsweise ein Drehmoment oder dergleichen, erfasst wird. Natürlich kann auch eine Kombination hiervon vorgesehen sein. The energy supply device preferably comprises a control unit for controlling the rotating electrical machine and / or the at least one energy converter and / or the at least one electrical switching unit and in particular the energy sink. As a result, the energy supply device can be controlled in a suitable manner. In particular, the control unit can be used for the intended Drive of the first and / or the second rotating electrical machine's are monitored. The control unit is preferably designed to determine the speed range and, taking into account a comparison of the target speed with a detected speed, which preferably corresponds to a current or instantaneous speed of the crankshaft, at least one control signal for the energy sink is available. The intended operation of the rotating electrical machine and possibly also the energy sink can be detected, for example, by means of one or more suitable sensors, for example by adding a suitable electrical variable, for example an electric current, an electrical power, or a mechanical variable, for example a Torque or the like is detected. A combination of these can of course also be provided.
Die Steuereinheit kann ferner insbesondere Steuersignale wie Schaltsignale für die Schaltelemente für den wenigstens einen Energiewandler und/oder die Schalteinheit bereitstellen . The control unit can furthermore in particular provide control signals such as switching signals for the switching elements for the at least one energy converter and / or the switching unit.
Nicht nur zu diesem Zweck kann die Steuereinrichtung eine Hardwareschaltung und/oder eine programmgesteuerte Rech nereinheit oder dergleichen umfassen. Natürlich kann die Steuereinheit als separate vorzugsweise elektronische Bau gruppe ausgebildet sein. Die Steuereinheit kann darüber hin aus zumindest teilweise auch von einer übergeordneten Steue rung zum Beispiel für das Energieversorgungsnetz, beispiels weise eine Steuerung einer Antriebseinrichtung, die durch das Energieversorgungsnetz mit elektrischer Energie versorgt wird, oder dergleichen, umfasst sein. Not only for this purpose, the control device can comprise a hardware circuit and / or a program-controlled computer unit or the like. Of course, the control unit can be designed as a separate preferably electronic assembly group. In addition, the control unit can at least partially also be comprised of a higher-level controller, for example for the energy supply network, for example a control of a drive device that is supplied with electrical energy by the energy supply network, or the like.
Der Drehzahlbereich kann von der Soll -Drehzahl und/oder der erfassten Drehzahl abhängig sein. Bei einer großen Soll- Drehzahl beziehungsweise bei einer großen erfassten Drehzahl kann auch der Drehzahlbereich entsprechend groß gewählt sein. Natürlich kann der Drehzahlbereich auch unabhängig von der erfassten Drehzahl sein. Der Drehzahlbereich kann über einen Bereich von vorgebbaren Soll -Drehzahlen konstant sein. Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Ener giesenke ergänzend abhängig von der erfassten Drehzahl einge stellt wird. Dadurch kann die Regelung gemäß der Erfindung weiter verbessert werden, weil die Energiesenke schneller und genauer eingestellt werden kann. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit das für die Energiesenke bereitgestellte Steu ersignal ergänzend abhängig von der erfassten Drehzahl be- reitstellen . The speed range can be dependent on the target speed and / or the detected speed. In the case of a high setpoint speed or a large detected speed, the speed range can also be selected to be correspondingly large. Of course, the speed range can also be independent of the detected speed. The speed range can be constant over a range of predeterminable target speeds. According to a further development, it is proposed that the energy sink is additionally set as a function of the detected speed. As a result, the regulation according to the invention can be further improved because the energy sink can be adjusted more quickly and more precisely. For this purpose, the control unit can also provide the control signal provided for the energy sink as a function of the detected speed.
Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass mittels der Energiesenke als Belastung ein Lastverhalten eines Pro pellers eines Wasserfahrzeugs in einem bestimmungsgemäßen Fährbetrieb simuliert wird. Dadurch kann ein Lastverhalten erreicht werden, welches innerhalb des Drehzahlbereichs dem des Propellers entspricht. Dies erlaubt es, die für den An trieb eines Propellers günstigen Eigenschaften des Zweitakt- Dieselmotors, die sich bei einem gewöhnlichen Betrieb zum An treiben der rotierenden elektrischen Maschine im Generatorbe trieb als ungünstig erweisen, gut kompensiert werden können. Dadurch kann insgesamt die Stabilität im bestimmungsgemäßen Betrieb der Energieversorgungseinrichtung weiter verbessert werden . According to a further development, it is proposed that a load behavior of a propeller of a watercraft in an intended ferry operation is simulated by means of the energy sink as a load. In this way, a load behavior can be achieved which corresponds to that of the propeller within the speed range. This allows the properties of the two-stroke diesel engine, which are favorable for driving a propeller and which turn out to be unfavorable in normal operation for driving the rotating electrical machine in the generator, can be compensated for. As a result, the overall stability in the intended operation of the energy supply device can be further improved.
Gemäß einer Weiterbildung kann der Drehzahlbereich eine obere und eine untere Drehzahlgrenze umfassen, wobei ein erster Ab stand zwischen der unteren Drehzahlgrenze und der Soll- Drehzahl einem zweiten Abstand zwischen der oberen Drehzahl - grenze und der Soll -Drehzahl entspricht. Der Drehzahlbereich umfasst also die Soll -Drehzahl in einem etwa mittleren Be reich. Je nach Ausgestaltung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Drehzahlbereich in Bezug auf die Soll -Drehzahl unsymmetrisch positioniert ist, um gegebene Besonderheiten im Bereich der Energieversorgungseinrichtung, insbesondere in Bezug auf ein Steuern beziehungsweise Regeln des Zweitakt- Dieselmotors besser berücksichtigen zu können. According to one development, the speed range can include an upper and a lower speed limit, a first distance between the lower speed limit and the target speed corresponding to a second distance between the upper speed limit and the target speed. The speed range thus includes the target speed in an approximately medium range. Depending on the configuration, however, it can also be provided that the speed range is positioned asymmetrically with respect to the target speed in order to be able to better take into account given particularities in the area of the energy supply device, in particular with regard to controlling or regulating the two-stroke diesel engine.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass für die Energiesenke eine elektrische Belastung vorgegeben wird und der Drehzahl- bereich ergänzend abhängig von der vorgegebenen elektrischen Belastung ermittelt wird. Dadurch kann ergänzend berücksich tigt werden, dass die mit der Energiesenke zu verarbeitenden Energiemengen von der Soll -Drehzahl und/oder der erfassten Drehzahl abhängig sein können. Darüber hinaus kann natürlich berücksichtigt werden, für welche Leistung die Energieversor gungseinrichtung ausgebildet ist beziehungsweise welche die Leistung die Energieversorgungseinrichtung aktuell bereit stellt. Die Stabilisierung durch die Funktion der Erfindung kann dadurch weiter verbessert werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Drehzahlbereich bei einer großen elektrischen Belastung, die durch die Energiesenke bereitzu stellen ist, größer ermittelt wird, als bei einer kleinen elektrischen Belastung, die die Energiesenke bereitstellen soll. Dem Grunde nach kann in einer alternativen Ausgestal tung natürlich vorgesehen sein, dass die Energiesenke unab hängig von der vorgegebenen elektrischen Belastung ermittelt wird . In addition, it is proposed that an electrical load is specified for the energy sink and the speed area is additionally determined depending on the specified electrical load. As a result, it can also be taken into account that the amounts of energy to be processed with the energy sink can be dependent on the target speed and / or the detected speed. In addition, it is of course possible to take into account which power the energy supply device is designed for or which power the energy supply device is currently providing. The stabilization through the function of the invention can thereby be further improved. For example, it can be provided that the speed range is determined to be greater in the case of a high electrical load that is to be provided by the energy sink than in the case of a small electrical load that the energy sink is intended to provide. Basically, in an alternative embodiment it can of course be provided that the energy sink is determined independently of the predetermined electrical load.
Der Drehzahlbereich ist vorzugsweise möglichst klein gewählt, um den bestimmungsgemäßen Betrieb möglichst wenig zu beein flussen. Daher wird gemäß einer weiteren Weiterbildung vorge schlagen, dass der Drehzahlbereich 5 Umdrehungen pro Minute, insbesondere 3 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise 2 Umdre hungen pro Minute umfasst. Besonders für Zweitakt-Dieselmo toren, die in einem bestimmungsgemäßen Betrieb mit einer Drehzahl in einem Bereich von etwa 60 Umdrehungen pro Minute bis etwa 120 Umdrehungen pro Minute betrieben werden, erweist sich ein derartiger Drehzahlbereich als ausreichend, um die Stabilität des Betriebs der Energieversorgungseinrichtung insgesamt zu verbessern. The speed range is preferably selected to be as small as possible in order to influence the normal operation as little as possible. Therefore, according to a further development, it is proposed that the speed range comprises 5 revolutions per minute, in particular 3 revolutions per minute, preferably 2 revolutions per minute. Especially for two-stroke diesel engines that are operated in a normal operation at a speed in a range of about 60 revolutions per minute to about 120 revolutions per minute, such a speed range proves to be sufficient to the overall stability of the operation of the energy supply improve.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Energiesenke wenigs tens einen elektrischen Energiespeicher umfasst. Dies erlaubt es, Energieschwankungen bei der Aufnahme von elektrischer Energie durch die Energiesenke besser verarbeiten zu können. Darüber hinaus kann die Energiesenke die Energie natürlich auch für weitere Zwecke bereitstellen, beispielsweise für die Nutzung durch einen oder mehrere elektrische Verbraucher oder dergleichen. In diesem Fall kann also die Energie, die durch die Energiesenke aufgenommen wird, einer weiteren Nutzung zu geführt werden. It is also proposed that the energy sink comprises at least one electrical energy store. This allows energy fluctuations in the absorption of electrical energy by the energy sink to be better processed. In addition, the energy sink can of course also provide the energy for other purposes, for example for Use by one or more electrical consumers or the like. In this case, the energy that is absorbed by the energy sink can be used for further use.
Bezüglich des Wasserfahrzeugs wird ergänzend ausgeführt, dass dies die Energieversorgungseinrichtung der Erfindung umfassen kann. Das Wasserfahrzeug ist vorzugsweise ein Schiff, bei spielsweise für einen Transport von Personen, ein Versor gungsschiff, ein Containerschiff oder dergleichen. Dem Grunde nach kann das Wasserfahrzeug natürlich auch eine Fähre oder dergleichen sein. Vorzugsweise umfasst das Wasserfahrzeug ei ne mit der Energieversorgungseinrichtung elektrisch koppelba re elektrische Antriebseinrichtung. Die elektrische Antriebs einrichtung kann zu diesem Zweck eine zweite rotierende elektrische Maschine umfassen, die mechanisch mit einem An triebspropeller des Wasserfahrzeugs gekoppelt ist. die zweite rotierende elektrische Maschine wird also in einem Motorbe trieb betrieben, wenn das Wasserfahrzeug im Fährbetrieb ist. Bei dieser Ausgestaltung erweist es sich als vorteilhaft, wenn die elektrische Energiesenke die elektrische Antriebs einrichtung zumindest teilweise umfasst. In dem Fall ist es nämlich besonders einfach realisierbar, durch die Energiesen ke die gewünschte Belastung im ermittelten Drehzahlbereich für den Zweitakt-Dieselmotor beziehungsweise die Energiever sorgungseinrichtung bereitstellen zu können. Es braucht dem Grunde nach lediglich die Antriebsleistung der Antriebsein richtung entsprechend eingestellt zu werden, sodass die ge wünschte Kennlinie beziehungsweise der gewünschte Verlauf der elektrischen Belastung abhängig von der erfassten Drehzahl realisiert werden kann. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass die zweite rotierende elektrische Maschine nicht unmit telbar mit der Energieversorgungseinrichtung elektrisch ge koppelt ist, sondern über einen Energiewandler, beispielswei se einen Wechselrichter, wenn das Energieversorgungsnetz be ziehungsweise die Energieversorgungseinrichtung eine Gleich spannung bereitstellt oder dergleichen. Die für das erfindungsgemäße Verfahren angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten natürlich auch im gleichen Maß für die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung sowie das mit der erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung ausgerüs tete Wasserfahrzeug und umgekehrt. Daher können Verfahrens merkmale auch als Vorrichtungsmerkmale oder umgekehrt formu liert sein. With regard to the watercraft, it is additionally stated that this can include the energy supply device of the invention. The watercraft is preferably a ship, for example for transporting people, a supply ship, a container ship or the like. Basically, the watercraft can of course also be a ferry or the like. The watercraft preferably comprises an electrical drive device that can be electrically coupled to the energy supply device. For this purpose, the electric drive device can comprise a second rotating electric machine which is mechanically coupled to a propeller of the watercraft. the second rotating electrical machine is operated in a Motorbe when the watercraft is in ferry operation. In this embodiment, it has proven to be advantageous if the electrical energy sink at least partially encompasses the electrical drive device. In that case, it is particularly easy to implement, through the energy giant ke, to be able to provide the desired load in the determined speed range for the two-stroke diesel engine or the energy supply device. Basically, only the drive power of the drive device needs to be set accordingly, so that the desired characteristic curve or the desired course of the electrical load can be implemented depending on the detected speed. For this purpose, it can be provided that the second rotating electrical machine is not electrically coupled directly to the energy supply device, but via an energy converter, for example an inverter, when the energy supply network or the energy supply device provides direct voltage or the like. The advantages and effects specified for the method according to the invention naturally also apply to the same extent to the energy supply device according to the invention and the watercraft equipped with the energy supply device according to the invention, and vice versa. Process features can therefore also be formulated as device features or vice versa.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus dem im Folgen den beschriebenen Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Figuren. In den FIG bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen. Further advantages and features emerge from the exemplary embodiment described below with reference to the accompanying figures. In the figures, the same reference symbols denote the same features and functions.
Es zeigen: Show it:
FIG 1 eine schematische Blockdarstellung eines an einem 1 shows a schematic block diagram of one on one
Gleichspannungsnetz angeschlossenen Energieversor gungssystem mit einer elektrischen Antriebseinrich tung für das Wasserfahrzeug; DC power system connected to the energy supply system with an electric drive device for the watercraft;
FIG 2 eine schematische Diagrammdarstellung einer Propel lerkurve eines Antriebspropellers des Wasserfahr zeugs gemäß FIG 1, wobei eine Ordinate einer Leis tung beziehungsweise einem Drehmoment eines Zwei- takt-Dieselmotors bei Belastung durch einen An triebspropeller abhängig von der Drehzahl darge stellt ist; 2 shows a schematic diagram representation of a propeller curve of a drive propeller of the watercraft according to FIG. 1, an ordinate of a power or a torque of a two-stroke diesel engine when loaded by a drive propeller as a function of the speed is shown;
FIG 3 eine schematische Diagrammdarstellung wie FIG 2, bei der nunmehr der Verlauf bei Belastung mit einer im Generatorbetrieb betriebenen Synchronmaschine dargestellt ist; und FIG. 3 shows a schematic diagram representation as in FIG. 2, in which the course is now shown when there is a load with a synchronous machine operated in generator mode; and
FIG 4 eine schematische Diagrammdarstellung wie FIG 2, 3, bei der ein Drehzahlbereich dargestellt ist, inner halb dessen die Belastung eines Propellers mittels einer Energiesenke simuliert ist. FIG 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Wasser fahrzeug 10 mit einer Energieversorgungseinrichtung 12 und einer mit der Energieversorgungseinrichtung 12 elektrisch koppelbaren elektrischen Antriebseinrichtung 14. Die elektri sche Antriebseinrichtung 14 umfasst eine Asynchronmaschine 16, die mechanisch mit einem Antriebspropeller 18 des Wasser fahrzeugs 10 gekoppelt ist. 4 shows a schematic diagram representation as in FIGS. 2, 3, in which a speed range is shown, within which the load on a propeller is simulated by means of an energy sink. 1 shows a schematic representation of a watercraft 10 with an energy supply device 12 and an electrical drive device 14 that can be electrically coupled to the energy supply device 12. The electrical drive device 14 comprises an asynchronous machine 16 which is mechanically coupled to a drive propeller 18 of the watercraft 10.
Die Asynchronmaschine 16 ist in der vorliegenden Ausgestal tung als fünfphasige rotierende elektrische Maschine ausge bildet, deren Läufer unmittelbar mit einer Propellerwelle 48 gekoppelt ist, an deren gegenüberliegenden Ende der Antriebs propeller 18 befestigt ist. The asynchronous machine 16 is in the present Ausgestal device as a five-phase rotating electrical machine forms, the rotor is directly coupled to a propeller shaft 48, at the opposite end of the propeller drive 18 is attached.
Die Asynchronmaschine 16 weist einen nicht weiter dargestell ten Ständer mit einer entsprechend fünfphasig ausgebildeten Wicklung auf, die an einen entsprechend ausgebildeten Wech selrichter 46 als Energiewandler angeschlossen ist. Der Ener giewandler 46 ist zum Zwecke der Energieversorgung an ein Gleichspannungsnetz 26 angeschlossen, welches der Verteilung von elektrischer Energie dient. An das Gleichspannungsnetz 26 sind ferner Verbraucher angeschlossen, von denen lediglich beispielhaft einer mit dem Bezugszeichen 50 in der FIG 1 dar gestellt ist. Der elektrische Verbraucher 50 kann eine nahezu beliebige elektrische Einrichtung beziehungsweise elektrische Einheit sein, beispielsweise eine Schiffsbeleuchtung, eine elektrische Heizung, eine Klimaanlage und/oder dergleichen. The asynchronous machine 16 has a not further dargestell th stator with a corresponding five-phase winding, which is connected to a correspondingly designed inverter 46 as an energy converter. The energy converter 46 is connected to a DC voltage network 26 for the purpose of supplying energy, which is used to distribute electrical energy. Consumers are also connected to the DC voltage network 26, of which only one is shown by way of example with the reference numeral 50 in FIG. The electrical consumer 50 can be almost any electrical device or electrical unit, for example ship lighting, electrical heating, air conditioning and / or the like.
Sowohl die Asynchronmaschine 16 als auch der Wechselrichter 46 sind kommunikationstechnisch mit einer Steuereinheit 44 gekoppelt, die den bestimmungsgemäßen Betrieb der Antriebs einrichtung 14 überwacht und steuert. Vorliegend liefert die Steuereinheit 44 Steuersignale an den Wechselrichter 46, der mittels Schaltelementen, die in der FIG nicht dargestellt sind, eine entsprechende Energiewandlung vornimmt, sodass die Wicklung der Asynchronmaschine 16 mit elektrischer Energie entsprechend des gewünschten bestimmungsgemäßen Betriebs be aufschlagt werden kann. Zum Zweck der elektrischen Energieversorgung ist das Gleich spannungsnetz 26 an eine Energieversorgungseinrichtung 12 an geschlossen. Die Energieversorgungseinrichtung 12 stellt die elektrische Energie zur Verfügung, die die Antriebseinrich tung 14 sowie die Verbraucher 50 für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb benötigen. Both the asynchronous machine 16 and the inverter 46 are communicatively coupled to a control unit 44 which monitors and controls the intended operation of the drive device 14. In the present case, the control unit 44 supplies control signals to the inverter 46, which converts energy accordingly using switching elements that are not shown in the figure, so that the winding of the asynchronous machine 16 can be supplied with electrical energy in accordance with the desired intended operation. For the purpose of supplying electrical energy, the DC voltage network 26 is connected to an energy supply device 12. The energy supply device 12 provides the electrical energy that the drive device 14 and the loads 50 need for their intended operation.
Die Energieversorgungseinrichtung 12 umfasst vorliegend einen Zweitakt-Dieselmotor 20, der elektrische Energie an einer Kurbelwelle 22 des Zweitakt-Dieselmotors 20 bereitstellt . Ferner umfasst die Energieversorgungseinrichtung 12 eine Syn chronmaschine 24 als rotierende elektrische Maschine, die elektrische Energie an einem Maschinenanschluss 40 bereit stellt. Zu diesem Zweck ist die Synchronmaschine 24 als per manenterregte Synchronmaschine ausgebildet. In alternativen Ausgestaltungen kann anstelle der permanenterregten Synchron maschine natürlich auch eine fremderregte Synchronmaschine oder eine andere rotierende elektrische Maschine genutzt wer den . In the present case, the energy supply device 12 comprises a two-stroke diesel engine 20, which provides electrical energy to a crankshaft 22 of the two-stroke diesel engine 20. The energy supply device 12 also comprises a synchronous machine 24 as a rotating electrical machine, which provides electrical energy at a machine connection 40. For this purpose, the synchronous machine 24 is designed as a manually excited synchronous machine. In alternative configurations, a separately excited synchronous machine or another rotating electrical machine can of course also be used instead of the permanent magnet synchronous machine.
Die Synchronmaschine 24 weist ferner eine Läuferwelle 42 auf, die mit der Kurbelwelle 22 mechanisch unmittelbar gekoppelt ist. Dadurch wird die von dem Zweitakt-Dieselmotor 20 bereit gestellte mechanische Energie der Synchronmaschine 24 zuge führt, welche die mechanische Energie in elektrische Energie wandelt . The synchronous machine 24 also has a rotor shaft 42 which is mechanically directly coupled to the crankshaft 22. As a result, the mechanical energy provided by the two-stroke diesel engine 20 is supplied to the synchronous machine 24, which converts the mechanical energy into electrical energy.
Die Synchronmaschine 24 ist vorliegend als dreiphasige elekt rische Maschine ausgebildet und stellt die elektrische Ener gie als dreiphasiges Wechselspannungsnetz zur Verfügung. Um nun die Synchronmaschine 24 mit dem Gleichspannungsnetz 26 elektrisch zu koppeln, damit die elektrische Energie dem Gleichspannungsnetz 26 zugeführt werden kann, ist die Wick lung der Synchronmaschine 24 über einen Brückengleichrichter 52, der für eine dreiphasige Brückengleichrichtung ausgebil det ist, mit dem Gleichspannungsnetz 26 elektrisch gekoppelt. An der Kurbelwelle 22 ist ferner ein Drehzahlsensor 32 ange schlossen, der seinerseits kommunikationstechnisch mit der Steuereinheit 44 verbunden ist. Ebenfalls sind der Brücken gleichrichter 52, die Synchronmaschine 24 und der Zweitakt- Dieselmotor 20 kommunikationstechnisch mit der Steuereinheit 44 verbunden. Der Brückengleichrichter 52 ist somit am Ma schinenanschluss 40 mit seinem Wechselspannungsanschluss an geschlossen . The synchronous machine 24 is in the present case designed as a three-phase electric machine and provides the electrical energy as a three-phase AC voltage network. In order to electrically couple the synchronous machine 24 to the DC voltage network 26 so that the electrical energy can be fed to the DC voltage network 26, the winding of the synchronous machine 24 is electrically connected to the DC voltage network 26 via a bridge rectifier 52, which is designed for a three-phase bridge rectification coupled. A speed sensor 32 is also connected to the crankshaft 22, which in turn is connected to the control unit 44 for communication purposes. The bridge rectifier 52, the synchronous machine 24 and the two-stroke diesel engine 20 are likewise connected to the control unit 44 for communication purposes. The bridge rectifier 52 is thus connected to the machine connection 40 with its AC voltage connection.
FIG 2 zeigt nun in einer schematischen Diagrammdarstellung ein Diagramm, dessen Abszisse einer Drehzahl n der Kurbelwel le 22 und deren Ordinate einer Leistung P beziehungsweise ei nem Drehmoment Q an der Kurbelwelle 22 zugeordnet ist. In dem Diagramm sind das Drehmoment mit Q, die elektrische Leistung mit P und die Drehzahl mit n bezeichnet. Mit einem Graphen 54 ist ein Leistungsverlauf und mit einem Graphen 56 ein Drehmo mentverlauf dargestellt, und zwar für den Fall, dass der Zweitakt-Dieselmotor 20 mit seiner Kurbelwelle 22 unmittelbar und ausschließlich mit der Propellerwelle 48 verbunden ist. FIG. 2 now shows a schematic diagram representation of a diagram, the abscissa of which is assigned to a speed n of the crankshaft 22 and the ordinate of which is assigned to a power P or a torque Q at the crankshaft 22. In the diagram, the torque is denoted by Q, the electrical power by P and the speed by n. A graph 54 shows a power curve and a graph 56 shows a torque curve, specifically for the case that the two-stroke diesel engine 20 is connected with its crankshaft 22 directly and exclusively to the propeller shaft 48.
Zu erkennen ist, dass die Graphen 54, 56 überproportional an steigende Kurvenverläufe haben, die vorliegend etwa quadra tisch bis kubisch sind. Durch diese überproportional mit zu nehmender Drehzahl zunehmenden Belastung kann erreicht wer den, dass der Zweitakt-Dieselmotor 20 in einem bestimmten Ar beitspunkt, und zwar bei einer Soll -Drehzahl 38 (FIG 4), ei nen im Wesentlichen stabilen Arbeitspunkt hat. Daher eignet sich der Zweitakt-Dieselmotor 20 besonders für den unmittel baren Antrieb von Propellerwellen 48. It can be seen that the graphs 54, 56 have a disproportionately increasing curve shape, which in the present case is roughly square to cubic. This load, which increases disproportionately with increasing speed, ensures that the two-stroke diesel engine 20 has an essentially stable operating point at a certain operating point, namely at a setpoint speed 38 (FIG. 4). The two-stroke diesel engine 20 is therefore particularly suitable for the direct drive of propeller shafts 48.
FIG 3 zeigt in einem Diagramm wie FIG 2 die Verhältnisse, wenn mit dem Zweitakt-Dieselmotor 20 anstelle des Antriebs propellers 18 eine elektrische Maschine, wie die Synchronma schine 24 zum Zweck der Energieversorgung eines Energiever sorgungsnetzes, angetrieben wird. Aus FIG 3 ist ersichtlich, dass mit dem Graphen 54 nunmehr eine im Wesentlichen konstan te Belastung bereitgestellt wird, die durch das Gleichspan nungsnetz 26 realisiert ist. Zu erkennen ist auch, dass mit steigender Drehzahl das mit dem Graphen 56 dargestellte Dreh moment Q abnimmt. Hieraus ergibt sich, dass der Betrieb des Zweitakt-Dieselmotors 20 bei einer derartigen Belastung in stabil ist, sodass es zu dem sehr unerwünschten „Speed 3 shows in a diagram like FIG. 2 the relationships when the two-stroke diesel engine 20 instead of the drive propeller 18 is an electrical machine, such as the Synchronma machine 24 for the purpose of supplying energy to an energy supply network. It can be seen from FIG. 3 that the graph 54 now provides an essentially constant load which is implemented by the DC voltage network 26. It can also be seen that with increasing speed, the torque Q shown by graph 56 decreases. It follows from this that the operation of the two-stroke diesel engine 20 is stable under such a load, so that the very undesirable “speed
Hunting" kommt. Hunting "is coming.
FIG 4 zeigt nun in einer schematischen Diagrammdarstellung wie die FIG 2 und 3 eine erfindungsgemäße Regelung, mit der der Betrieb des Zweitakt-Dieselmotors 20 stabilisiert werden kann . FIG. 4 now shows, in a schematic diagram, like FIGS. 2 and 3, a control system according to the invention with which the operation of the two-stroke diesel engine 20 can be stabilized.
Zu diesem Zweck ist die Steuereinheit 44 ausgebildet, eine Soll -Drehzahl 38 für den Zweitakt-Dieselmotor 20 vorzugeben. Die Soll -Drehzahl 38 kann abhängig von einer gewünschten mittleren Leistung und/oder dergleichen vorgegeben sein. For this purpose, the control unit 44 is designed to specify a setpoint speed 38 for the two-stroke diesel engine 20. The target speed 38 can be specified as a function of a desired average power and / or the like.
Abhängig von der Soll -Drehzahl 38 und zumindest einem Maschi nenmodell des Zweitakt-Dieselmotors 20 kann die Steuereinheit 44 einen Drehzahlbereich 30 ermitteln, der die Soll -Drehzahl 38 umfasst. Das Maschinenmodell kann dabei spezifische Eigen schaften des Zweitakt-Dieselmotors 20, beispielsweise bewegte Massen, Trägheitsmomente, Treibstoffregelungen, Verbrennungs eigenschaften und/oder dergleichen berücksichtigen. Depending on the target speed 38 and at least one machine model of the two-stroke diesel engine 20, the control unit 44 can determine a speed range 30 that includes the target speed 38. The machine model can take into account specific properties of the two-stroke diesel engine 20, for example moving masses, moments of inertia, fuel controls, combustion properties and / or the like.
In der vorliegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Soll -Drehzahl 38 etwa 80 Umdrehungen pro Minuten ist. Der Drehzahlbereich 30 erstreckt sich vorliegend von einer unte ren Drehzahlgrenze 36, die vorliegend bei etwa 78 Umdrehungen pro Minute liegt, bis zu einer oberen Drehzahlgrenze 34, die vorliegend bei einer Drehzahl von etwa 82 Umdrehungen pro Mi nute liegt. In the present embodiment, it is provided that the target speed 38 is approximately 80 revolutions per minute. The speed range 30 extends from a lower speed limit 36, which is present at about 78 revolutions per minute, to an upper speed limit 34, which is present at a speed of about 82 revolutions per minute.
Mittels des Drehzahlsensors 32 wird die aktuelle Drehzahl der Kurbelwelle 22 des Zweitakt-Dieselmotors 20 erfasst. Die Steuereinheit 44 vergleicht die erfasste Drehzahl mit der Soll -Drehzahl 38. Abhängig von dem Vergleich stellt die Steu ereinheit 44 mittels eines geeigneten Steuersignals eine Energiesenke 28, die vorliegend die Antriebseinrichtung 14 und den Wechselrichter 46 umfasst, entsprechend ein, sodass die Energiesenke 28 in dem ermittelten Drehzahlbereich einge stellt wird. Die Energiesenke 28 ist vorliegend von der Ener gieversorgungseinrichtung 12 umfasst. The current speed of the crankshaft 22 of the two-stroke diesel engine 20 is detected by means of the speed sensor 32. The control unit 44 compares the detected speed with the setpoint speed 38. Depending on the comparison, the control unit 44 uses a suitable control signal to set an energy sink 28, which in the present case is the drive device 14 and the inverter 46 includes, accordingly, so that the energy sink 28 is set in the determined speed range. In the present case, the energy sink 28 is comprised by the energy supply device 12.
Die Energiesenke 28 hat im Drehzahlbereich 30, das heißt, in dem Bereich zwischen der oberen Drehzahlgrenze 34 und der un teren Drehzahlgrenze 36, bei der die elektrische Belastung einen von der erfassten Drehzahl abhängigen Verlauf, sodass die elektrische Belastung zumindest überproportional mit der Drehzahl zunimmt . The energy sink 28 has in the speed range 30, that is, in the range between the upper speed limit 34 and the lower speed limit 36, at which the electrical load is dependent on the detected speed, so that the electrical load increases at least disproportionately with the speed.
Vorliegend ist vorgesehen, dass mittels der Energiesenke 28 als elektrische Belastung ein Lastverhalten des Antriebspro pellers 18 des Wasserfahrzeugs 10 im bestimmungsgemäßen Fähr betrieb simuliert wird. Dies ist mit einem Graphen 58 in FIG 4 dargestellt. Der Graph 58 bezieht sich auf ein Drehmoment. Dem Grunde nach kann aber auch die Leistung in Betracht gezo gen werden. Mit einem Graphen 60 ist eine Bordnetzbelastung, die durch die Verbraucher, wie dem Verbraucher 50 bereitge stellt wird, dargestellt. Die Bordnetzbelastung ist im vor liegenden Fall im Wesentlichen konstant und unabhängig von der Drehzahl. Mit dem Graphen 54 ist die Leistung P darge stellt, die die Bordnetzleistung und die Leistung der An triebseinrichtung 14 umfasst. Auch hier ist die Leistung im Wesentlichen konstant gegenüber der Drehzahl. In the present case it is provided that a load behavior of the propeller 18 of the watercraft 10 in the intended ferry operation is simulated by means of the energy sink 28 as an electrical load. This is shown with a graph 58 in FIG. The graph 58 relates to a torque. Basically, however, the performance can also be taken into account. A graph 60 shows an on-board network load that is provided by the consumer, such as the consumer 50. In the present case, the on-board network load is essentially constant and independent of the speed. With the graph 54, the power P is Darge, which includes the vehicle electrical system power and the power of the drive device 14. Here, too, the power is essentially constant compared to the speed.
Die Leistung ist also gemäß des Graphen 54 außerhalb des Drehzahlbereichs 30 im Wesentlichen konstant. Lediglich in nerhalb des Drehzahlbereichs 30 ist die Leistung variabel, das heißt, sie nimmt mit zunehmender Drehzahl n zu, weshalb natürlich auch das Drehmoment Q innerhalb des Drehzahlbe reichs 30 mit zunehmender Drehzahl n entsprechend zunimmt. According to graph 54, the power is therefore essentially constant outside of speed range 30. Only within the speed range 30 is the power variable, that is, it increases with increasing speed n, which is why the torque Q within the speed range 30 naturally also increases with increasing speed n.
Vorliegend ist ferner vorgesehen, dass der Drehzahlbereich 30 die obere und die untere Drehzahlgrenze 34, 36 umfasst, wobei ein erster Abstand zwischen der unteren Drehzahlgrenze 36 und der Soll -Drehzahl 38 einem zweiten Abstand zwischen der obe- ren Drehzahlgrenze 34 und der Soll -Drehzahl 38 im Wesentli chen entspricht. Die Soll -Drehzahl 38 ist somit im Wesentli chen etwa mittig im Drehzahlbereich 30 angeordnet. In the present case it is also provided that the speed range 30 includes the upper and lower speed limits 34, 36, with a first distance between the lower speed limit 36 and the target speed 38 a second distance between the upper Ren speed limit 34 and the target speed 38 corresponds substantially. The target speed 38 is thus essentially arranged approximately centrally in the speed range 30.
In der vorliegenden Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass der Drehzahlbereich 30 bei variierender Soll -Drehzahl 38 im Wesentlichen mitgeführt wird. Die obere und die untere Dreh zahlgrenze 34, 36 werden also entsprechend mitgeführt, das heißt, ihre Werte in Bezug auf die Drehzahl entsprechend an gepasst. Es braucht der Drehzahlbereich 30 in diesem Fall al so nicht neu ermittelt zu werden. Es reicht also aus, den Drehzahlbereich 30 einmal, beispielsweise bei einer Inbe triebnahme oder auch bei einer Wartung zu ermitteln und fest vorzugeben . In the present embodiment, it is also provided that the speed range 30 is essentially carried along with a varying setpoint speed 38. The upper and lower speed limits 34, 36 are therefore carried along accordingly, that is, their values with respect to the speed are adjusted accordingly. In this case, the speed range 30 does not need to be determined anew. It is therefore sufficient to determine the speed range 30 once, for example during commissioning or during maintenance, and to specify it in a fixed manner.
In alternativen Ausgestaltungen kann natürlich auch vorgese hen sein, dass der Drehzahlbereich 30 für eine jeweilige neue Soll -Drehzahl 38 jeweils neu ermittelt wird. Hierdurch können spezifische Eigenschaften bei unterschiedlichen Soll-Dreh zahlen 38 berücksichtigt werden, wenn beispielsweise die Energieversorgungseinrichtung 12, insbesondere der Zweitakt- Dieselmotor 20, von der Soll -Drehzahl 38 abhängige Eigen schaften aufweisen. In diesem Fall kann zum Beispiel auch vorgesehen sein, dass die Abstände zwischen der Soll -Drehzahl 38 und den Drehzahlgrenzen 34, 36 nicht gleich zu sein brau chen. Auch diese können gegebenenfalls variieren. In alternative configurations it can of course also be provided that the speed range 30 is determined anew for a respective new setpoint speed 38. In this way, specific properties at different target speeds 38 can be taken into account if, for example, the energy supply device 12, in particular the two-stroke diesel engine 20, have properties that are dependent on the target speed 38. In this case, it can also be provided, for example, that the intervals between the setpoint speed 38 and the speed limits 34, 36 need not be the same. These can also vary if necessary.
Durch die dynamische Nachbildung der Propellerlast kann ins besondere in Bezug auf eine bereits vorhandene Maschinenrege lung beispielsweise einer übergeordneten Steuerung, insbeson dere in Bezug auf den Zweitakt-Dieselmotor 20, das gewohnte Verhalten in Bezug auf eine Drehzahlstabilität erreicht wer den. Die Erfindung ist dabei jedoch nicht nur bei der Anwen dung auf Wasserfahrzeuge 10 beschränkt, sondern kann auch zum Beispiel im Bereich von Kraftwerken zum Einsatz kommen. Due to the dynamic simulation of the propeller load, the usual behavior with regard to speed stability can be achieved, in particular with regard to an already existing machine regulation, for example a higher-level control, in particular with regard to the two-stroke diesel engine 20. However, the invention is not only limited in the application to watercraft 10, but can also be used, for example, in the field of power plants.
Die Erfindung kann vorzugsweise durch Nachbildung einer übli chen Propellerkurve in einer Fahrantriebsregelung als Regel - große für einen bereits existierenden Drehzahlregler des Zweitakt-Dieselmotors 20 realisiert sein. Besonders vorteil haft erweist es sich, dass die erfindungsgemäße Verfahrens führung auch durch ein Rechnerprogramm bereitgestellt werden kann, wenn die Steuereinheit beziehungsweise die Steuerein richtung eine entsprechende geeignete Rechnereinrichtung um fasst. Auf diese Weise kann die Erfindung besonders einfach, auch nachträglich, realisiert werden. Das Ausführungsbeispiel dient ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken. The invention can preferably be implemented by simulating a customary propeller curve in a traction drive control as a rule - large for an already existing speed controller of the two-stroke diesel engine 20. It has proven to be particularly advantageous that the method management according to the invention can also be provided by a computer program if the control unit or the control device includes a suitable computer device. In this way, the invention can be implemented in a particularly simple manner, even afterwards. The exemplary embodiment serves exclusively to explain the invention and is not intended to restrict it.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungseinrich tung (12), bei dem: 1. A method for operating an energy supply device (12), in which:
- mechanische Energie an einer Kurbelwelle (22) eines Zwei takt-Dieselmotors (20) bereitgestellt wird, - mechanical energy is provided on a crankshaft (22) of a two-stroke diesel engine (20),
- die mechanische Energie mittels wenigstens einer ersten ro tierenden elektrischen Maschine (24), die mechanisch mit der Kurbelwelle (22) gekoppelt ist, in elektrische Energie gewan delt wird, und - The mechanical energy is converted into electrical energy by means of at least one first rotating electrical machine (24), which is mechanically coupled to the crankshaft (22), and
- die elektrische Energie zumindest teilweise einer mit dem Energieverteilungsnetz (26) elektrisch gekoppelten, einstell baren elektrischen Energiesenke (28) zugeführt wird, - The electrical energy is at least partially fed to an adjustable electrical energy sink (28) that is electrically coupled to the energy distribution network (26),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
- eine Soll -Drehzahl (38) für den Zweitakt-Dieselmotor (20) vorgegeben wird, - A target speed (38) for the two-stroke diesel engine (20) is specified,
- abhängig von der Soll -Drehzahl und zumindest einem Maschi nenmodell des Zweitakt-Dieselmotors (20) ein Drehzahlbereich (30) ermittelt wird, der die Soll -Drehzahl umfasst, - Depending on the target speed and at least one machine model of the two-stroke diesel engine (20), a speed range (30) is determined which includes the target speed,
- mittels eines Drehzahlsensors (32) eine aktuelle Drehzahl der Kurbelwelle (22) des Zweitakt-Dieselmotors (20) erfasst wird, - A current speed of the crankshaft (22) of the two-stroke diesel engine (20) is detected by means of a speed sensor (32),
- die erfasste Drehzahl mit der Soll -Drehzahl (38) verglichen wird, und - The detected speed is compared with the target speed (38), and
- die Energiesenke (28) zumindest abhängig von dem Vergleich eingestellt wird, sodass die Energiesenke (28) in dem ermit telten Drehzahlbereich (30) eine elektrische Belastung be reitstellt, bei der die elektrische Belastung einen von der erfassten Drehzahl abhängigen Verlauf hat, sodass die elekt rische Belastung zumindest überproportional mit der erfassten Drehzahl zunimmt . - The energy sink (28) is set at least as a function of the comparison, so that the energy sink (28) in the determined speed range (30) provides an electrical load in which the electrical load has a course that depends on the detected speed, so that the electrical load increases at least disproportionately with the detected speed.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiesenke (28) ergänzend abhängig von der erfassten Drehzahl eingestellt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the energy sink (28) is additionally set as a function of the detected speed.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Energiesenke (28) als elekt- rische Belastung ein Lastverhalten eines Antriebspropellers (18) eines Wasserfahrzeugs (10) in einem bestimmungsgemäßen Fährbetrieb simuliert wird. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that by means of the energy sink (28) as an electrical A load behavior of a drive propeller (18) of a watercraft (10) is simulated in an intended ferry operation.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlbereich (30) eine obere und eine untere Drehzahlgrenze (34, 36) umfasst, wobei ein erster Abstand zwischen der unteren Drehzahlgrenze (36) und der Soll -Drehzahl (38) einem zweiten Abstand zwischen der oberen Drehzahlgrenze (34) und der Soll -Drehzahl (38) entspricht. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the speed range (30) comprises an upper and a lower speed limit (34, 36), wherein a first distance between the lower speed limit (36) and the target speed (38) a second distance between the upper speed limit (34) and the target speed (38) corresponds.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Energiesenke (28) eine elektri sche Belastung vorgegeben wird und der Drehzahlbereich (30) ergänzend abhängig von der vorgegebenen elektrischen Belas tung ermittelt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an electrical load is specified for the energy sink (28) and the speed range (30) is additionally determined as a function of the specified electrical load device.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlbereich (30) 5 Umdrehungen pro Minute, insbesondere 3 Umdrehungen pro Minute, vorzugs weise 2 Umdrehungen pro Minute umfasst. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the speed range (30) comprises 5 revolutions per minute, in particular 3 revolutions per minute, preferably 2 revolutions per minute.
7. Energieversorgungseinrichtung (12), mit: 7. Energy supply device (12), with:
- einem Zweitakt-Dieselmotor (20) , der mechanische Energie an einer Kurbelwelle (22) des Zweitakt-Dieselmotors (20) bereit stellt, - A two-stroke diesel engine (20) which provides mechanical energy on a crankshaft (22) of the two-stroke diesel engine (20),
- wenigstens einer ersten rotierenden elektrischen Maschine (24), die elektrische Energie an einem Maschinenanschluss (40) bereitstellt und die zum Wandeln der mechanischen Ener gie in die elektrische Energie eine mit der Kurbelwelle (22) mechanisch gekoppelte Läuferwelle (42) aufweist, und - At least one first rotating electrical machine (24) which provides electrical energy at a machine connection (40) and which has a rotor shaft (42) mechanically coupled to the crankshaft (22) for converting the mechanical energy into electrical energy, and
- eine Steuereinheit (44) zum Steuern zumindest des Zweitakt- Dieselmotors (20) und/oder der ersten rotierenden elektri schen Maschine (24), - A control unit (44) for controlling at least the two-stroke diesel engine (20) and / or the first rotating electrical machine (24),
gekennzeichnet durch marked by
- eine mit dem Maschinenanschluss (40) elektrisch gekoppelte, einstellbare elektrische Energiesenke (28) zum zumindest teilweisen Aufnehmen der elektrischen Energie, wobei die Steuereinheit (44) ausgebildet ist, - an adjustable electrical energy sink (28) electrically coupled to the machine connection (40) for at least partial absorption of the electrical energy, wherein the control unit (44) is designed,
- eine Soll -Drehzahl (38) für den Zweitakt-Dieselmotor (20) vorzugeben, - to specify a target speed (38) for the two-stroke diesel engine (20),
- abhängig von der Soll -Drehzahl (38) und zumindest einem Ma schinenmodell des Zweitakt-Dieselmotors (20) einen Drehzahl bereich (30) zu ermitteln, der die Soll -Drehzahl (38) um fasst , - Depending on the target speed (38) and at least one machine model of the two-stroke diesel engine (20) to determine a speed range (30) that includes the target speed (38),
- mittels eines Drehzahlsensors (32) eine aktuelle Drehzahl der Kurbelwelle (22) des Zweitakt-Dieselmotors (20) zu erfas sen, - A current speed of the crankshaft (22) of the two-stroke diesel engine (20) to detect using a speed sensor (32),
- die erfasste Drehzahl mit der Soll -Drehzahl (38) zu ver gleichen, und - To compare the detected speed with the target speed (38), and
- die Energiesenke (28) zumindest abhängig von dem Vergleich einzustellen, sodass die Energiesenke (28) in dem ermittelten Drehzahlbereich (30) eine elektrische Belastung bereitstellt , bei der die elektrische Belastung einen von der erfassten Drehzahl abhängigen Verlauf hat, sodass die elektrische Be lastung zumindest überproportional mit der erfassten Drehzahl zunimmt . - Set the energy sink (28) at least as a function of the comparison so that the energy sink (28) provides an electrical load in the determined speed range (30), in which the electrical load has a course that is dependent on the detected speed, so that the electrical load increases at least disproportionately with the detected speed.
8. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die Energiesenke (28) wenigstens einen elektrischen Energiespeicher umfasst. 8. Energy supply device according to claim 7, characterized in that the energy sink (28) comprises at least one electrical energy store.
9. Wasserfahrzeug (10) mit einer Energieversorgungseinrich tung (12) und einer mit der Energieversorgungseinrichtung (12) elektrisch koppelbaren elektrischen Antriebseinrichtung (14), wobei die elektrische Antriebseinrichtung (14) eine zweite rotierende elektrische Maschine (16) umfasst, die me chanisch mit einem Antriebspropeller (18) des Wasserfahrzeugs (10) gekoppelt ist, 9. Watercraft (10) with an energy supply device (12) and an electrical drive device (14) that can be electrically coupled to the energy supply device (12), the electrical drive device (14) comprising a second rotating electrical machine (16) which is mechanically connected to me a drive propeller (18) of the watercraft (10) is coupled,
dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinrich tung (12) gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8 ausgebildet ist. characterized in that the energy supply device (12) is designed according to one of claims 7 or 8.
10. Wasserfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energiesenke die elektrische Antriebs einrichtung (12) zumindest teilweise umfasst. 10. Watercraft according to claim 9, characterized in that the electrical energy sink at least partially comprises the electrical drive device (12).
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002072418A1 (en) * 2001-03-13 2002-09-19 Man B & W Diesel A/S Propulsion system for maritime craft
US20060042590A1 (en) * 2002-07-12 2006-03-02 Uplap Rahul R Start-up control of internal combustion engines
US20060089233A1 (en) * 2004-10-25 2006-04-27 Kokusan Denki Co., Ltd. Control device for engine driven vehicle incorporating generator
US20130293003A1 (en) * 2010-12-31 2013-11-07 Abb Oy Propulsion system
GB2551875A (en) * 2016-04-22 2018-01-03 Emb Advanced Tech Ltd Power supply apparatus and method
EP3626953A1 (en) * 2018-09-18 2020-03-25 Winterthur Gas & Diesel AG Method for operating a drive assembly for a shaft and drive assembly

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH667627A5 (en) * 1985-09-03 1988-10-31 Sulzer Ag SHIP DRIVE.
DE102005062583A1 (en) * 2005-12-27 2007-07-05 Siemens Ag Method for operating an energy system of a cargo ship comprises providing energy necessary for driving a ships propeller and for an electrical network by controlling the direction and size of the energy flow

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002072418A1 (en) * 2001-03-13 2002-09-19 Man B & W Diesel A/S Propulsion system for maritime craft
US20060042590A1 (en) * 2002-07-12 2006-03-02 Uplap Rahul R Start-up control of internal combustion engines
US20060089233A1 (en) * 2004-10-25 2006-04-27 Kokusan Denki Co., Ltd. Control device for engine driven vehicle incorporating generator
US20130293003A1 (en) * 2010-12-31 2013-11-07 Abb Oy Propulsion system
GB2551875A (en) * 2016-04-22 2018-01-03 Emb Advanced Tech Ltd Power supply apparatus and method
EP3626953A1 (en) * 2018-09-18 2020-03-25 Winterthur Gas & Diesel AG Method for operating a drive assembly for a shaft and drive assembly

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