WO2014072074A1 - Boot mit elektroantrieb - Google Patents

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WO2014072074A1
WO2014072074A1 PCT/EP2013/003395 EP2013003395W WO2014072074A1 WO 2014072074 A1 WO2014072074 A1 WO 2014072074A1 EP 2013003395 W EP2013003395 W EP 2013003395W WO 2014072074 A1 WO2014072074 A1 WO 2014072074A1
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boat
voltage
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Philipp Krieger
Marc Hartmeyer
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Torqeedo GmbH
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a boat with an electric drive and a
  • Main power source that provides power for the electric drive and with an auxiliary power source that provides energy for at least one additional component. Furthermore, the invention relates to a method for charging an auxiliary power source located on a boat with an electric drive, which provides energy for at least one additional component, wherein on the boat
  • Main power source which provides power for the electric drive.
  • the invention is concerned with a boat with electric drive with associated
  • Components in particular drive components and with a further DC voltage source for powering, for example, control and
  • Energy storage such as batteries to provide. The need of
  • the boat is a main source of power for
  • Power supply of the power components e.g. of the electric drive, in particular of the electric motor, and an auxiliary voltage source for supplying power to the exemplary control components. Since the power components have the higher energy requirement, the energy content of the main power source is greater than the energy content of the auxiliary power source.
  • the object of the present invention is to propose an apparatus and a method for charging the auxiliary voltage source of a boat. This object is achieved by a boat having the features of claim 1 and by a method having the features of claim 5.
  • the boat is connected to a shore power source.
  • the invention enables the charging of the auxiliary voltage source from the main voltage source.
  • the auxiliary power source therefore need not be connected to a shore power supply. Therefore, only one interface / connection point between the electrical system on board the boat and the country has to be produced.
  • the boat To use the boat, the boat must be disconnected from the shore supply, so that charging of the main power source is stopped. After disconnecting the shore connection, a further charging of the auxiliary voltage source from the main voltage source is possible according to the invention.
  • a sufficient state of charge of the auxiliary voltage source and thus a safe
  • Driving control or a GPS connected to the auxiliary power source.
  • auxiliary voltage source On the other hand, comfort components such as e.g. Cooling units, heating elements, lighting, connected to the auxiliary voltage source.
  • auxiliary voltage source There is a risk that the auxiliary voltage source will be so heavily loaded and discharged by these additional electrical consumers that their energy content drops to a level that is no longer sufficient to the auxiliary voltage source.
  • the safety components are used, for example, to de-energize the terminals of a high-voltage power source in the event of problems.
  • a safety component the electrical Connection between the cells of the main power source and the terminals of the main power source are interrupted, so that the electric drive connected to the terminals is no longer supplied with power, although the main power source still has a sufficient energy content.
  • the boat will no longer be manoeuvrable, which may create a dangerous situation for the crew of the boat. According to the invention then there is the possibility of the auxiliary voltage source on board the boat from the
  • Main voltage source to load In a boat with an electric drive of greater power, the electric drive is usually designed as a high-voltage system to the current level in the drive system
  • control, monitoring and safety devices used to control, monitor and protect the electric drive are not power components and are therefore usually designed as low-voltage systems. In one embodiment of the invention is therefore as
  • Main power source a high-voltage power source and provided as an auxiliary power source, a low-voltage power source.
  • Voltage sources with a terminal voltage of more than 60 volts, more than 100 volts or more than 200 volts should be referred to as high-voltage power source.
  • a low-voltage power source should preferably have a maximum of 48 volts, a maximum of 24 volts or a maximum of 12 volts terminal voltage.
  • the auxiliary voltage source in particular a
  • Auxiliary voltage source provided, which to the main voltage source
  • Main power source loads For example, if one is
  • Auxiliary voltage source can be transformed.
  • the main voltage source is used to power the electric drive, in particular an electric motor.
  • the electric drive has a significantly higher output than the auxiliary units connected to the auxiliary voltage source.
  • the main source of voltage has a much larger one
  • Main power source also has correspondingly much greater power than a charger for charging the auxiliary power source.
  • the auxiliary power source also has correspondingly much greater power than a charger for charging the auxiliary power source.
  • Main charger designed so that it can simultaneously charge the main power source and the auxiliary voltage source connected to the main power source in a given period of time. Since the main charger only has to generate slightly more power compared to charging the main power source, the main charger can be designed with little additional effort so that it can also supply the auxiliary power source. Both the main voltage source and the auxiliary voltage source are
  • Lithium batteries, lithium ion batteries, lithium manganese batteries or lithium manganese cobalt batteries are preferably used as voltage sources, as the main and / or auxiliary voltage source.
  • High voltage power sources usually have their own control device. This controller is often powered from a low voltage source.
  • a control device can be provided which ensures that the high-voltage power source can switch its voltage only at its terminals when it is supplied with a low-voltage power source. That is, the low voltage power source must already be available prior to starting the high voltage power source.
  • a low-voltage power source is provided, which has an energy content that is sufficiently large that it can be taken into consideration by additional components and other consumers as well as in
  • Low-voltage power source has a charge of at least 30 Ah, preferably at least 40 Ah.
  • a sports boat would have a suitable battery, for example at least 44Ah.
  • Low-voltage power source can be charged from the high-voltage power source.
  • Main charger are loaded.
  • High-voltage power source should therefore have a power suitable for charging the high-voltage and low-voltage power source simultaneously.
  • the main power source can be charged with a main charger located on the boat or in the countryside. Is this located?
  • Is to be used is an electrical decoupling of the power supply of the additional components and the power supply system and
  • Auxiliary voltage source used and the safety-related components are advantageously powered by a DC / DC converter from the main power source with power.
  • the power supply via the auxiliary voltage source ensures that the additional components are supplied safely even with impulsive power requirements become.
  • the operation of an auxiliary motor for trimming and / or tilting an outboard motor represents a typical impulse load imposed by the
  • Auxiliary voltage source must be buffered. Should there be a short-term overload of the auxiliary voltage source, the operation of the safety-relevant components is not endangered, since these
  • Auxiliary voltage source are decoupled by a switch or a reverse-blocking valve.
  • a reverse blocking valve in particular a diode can be used.
  • the diode can be replaced by an inversely operated MOSFET whose channel is additionally turned on when the current flows through the inverse diode.
  • the safety-related components can not be supplied via the DC / DC converter from the main power source.
  • the main power source is not yet switched on, especially if the voltage is not yet applied to the terminals of the main power source, the safety-related components can not be supplied via the DC / DC converter from the main power source. In this case, the
  • Auxiliary voltage source to the safety-related components and not vice versa before switching on the main power source, the safety-relevant components are supplied from the auxiliary power source via a switch or a reverse-blocking valve. Because the main power source often has a safety-related component, e.g. a protection and control circuit is secured and can only be turned on when the corresponding safety-relevant component enables the switch-on, it is ensured that the main power source can be switched on and after switching on a power supply of safety-related components via the DC / DC converter ,
  • a safety-related component e.g. a protection and control circuit is secured and can only be turned on when the corresponding safety-relevant component enables the switch-on
  • the method according to the invention for charging the auxiliary voltage source makes it possible to charge the main voltage source and the auxiliary voltage source at different times.
  • the auxiliary voltage source can be used independently of the charging of the Main power source are loaded.
  • the auxiliary power source can also be charged if the boat has not landed.
  • FIG. 1 shows a power supply according to the invention on a boat
  • FIG. 2 shows another embodiment of the invention.
  • a boat with an electric drive 1 has a high-voltage power source 2, to which the electric drive 1 is connected.
  • the high-voltage power source 2 is a rechargeable lithium-ion battery having a maximum charge of, for example, 80 Ah, 100 Ah, 150 Ah or 200 Ah and has a nominal voltage of more than 200 V, for example 300 V, 350 V or 400 V.
  • Other power consumers can also be connected to those connected to the high-voltage power source 2
  • the high-voltage power source 2 can be charged via a main charger 4 located on the boat and connected to the supply line 3.
  • the main charger 4 is connected to a power supply, not shown in the figure, which is outside the boat, for example, on land. The interface between the electrical
  • a low-voltage power source 5 which has a terminal voltage of, for example, 12 V, 24 V or 48 V.
  • Low-voltage power source 5 are several serving the comfort of the boat crew electrical components and safety-related components, such as
  • Control devices a navigation system and in particular a
  • Supply line 3 connects or disconnects.
  • an auxiliary charger 6 is provided on board, which is connected to the supply line 3.
  • the auxiliary charger 6 includes a DC / DC converter and allows the charging of the low-voltage power source 5 from the
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the circuit according to the invention.
  • the same components are provided in both figures with the same reference numerals.
  • the circuit of electric motor 1, high-voltage power source 2, main charger 4, low-voltage power source 5 and auxiliary charger 6 corresponds to the circuit of Figure 1.
  • a safety circuit is provided by way of example for a safety-relevant component 9, which, if required, opens the switches 12 and thus switches off the connection terminals of the high-voltage power source 2 without voltage.
  • the additional components 8 are connected directly to the low-voltage source 5 and are supplied from this with power. According to the invention on board
  • Auxiliary charger 6 is provided, which is connected to the supply line 3.
  • the auxiliary charger 6 includes a DC / DC converter and allows the loading of the
  • Low-voltage power source 5 from the high-voltage power source 2.
  • the low-voltage power source 5 also serves to supply additional components 9. In this case, it is favorable to provide electrical decoupling of the power supply of the additional components and of the power supply
  • the safety-relevant components 9 are supplied with power via a further DC / DC converter 10, which is connected to the supply line 3.
  • a reverse blocking valve 11 for example a diode, is used.
  • a DC / DC converter 10 is used, the low-voltage for the safety-relevant components of the
  • High voltage power source 2 provides.
  • the safety-relevant components 9 are thus decoupled from the other additional components 8 and decoupled from the low-voltage power source 5 supplies. Should there be a short-term overload of the low-voltage power source 5 by connected additional components 8, the operation of the
  • the reverse blocking valve 11 may be a diode in the simplest case.
  • the diode can be replaced by an inversely operated MOSFET whose channel is additionally turned on when the current flows through the inverse diode.
  • Low-voltage power source 5 ensures a secure supply of the additional components 8 at pulse power requirement.
  • the operation of an auxiliary motor for trimming and / or tilting an outboard motor represents a typical such impulse load that must be buffered by the low voltage power source 5.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Boot mit einem Elektroantrieb und einer Hauptspannungsquelle, die Energie für den Elektroantrieb zur Verfügung stellt und mit einer Hilfsspannungsquelle, die Energie für mindestens eine Zusatzkomponente bereitstellt. Erfindungsgemäß ist eine Ladeeinrichtung zum Laden der Hilfsspannungsquelle vorgesehen, wobei die Ladeeinrichtung an die Hauptspannungsquelle angeschlossen ist.

Description

Beschreibung
Boot mit Elektroantrieb
Die Erfindung betrifft ein Boot mit einem Elektroantrieb und einer
Hauptspannungsquelle, die Energie für den Elektroantrieb zur Verfügung stellt und mit einer Hilfsspannungsquelle, die Energie für mindestens eine Zusatzkomponente bereitstellt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Laden einer auf einem Boot mit einem Elektroantrieb befindlichen Hilfsspannungsquelle, die Energie für mindestens eine Zusatzkomponente bereitstellt, wobei sich auf dem Boot eine
Hauptspannungsquelle befindet, die Energie für den Elektroantrieb zur Verfügung stellt.
Die Erfindung befasst sich mit einem Boot mit Elektroantrieb mit zugeordneter
Gleichspannungsquelle zur Leistungsversorgung verschiedener elektrischer
Komponenten, insbesondere Antriebskomponenten und mit einer weiteren- Gleichspannungsquelle zur Stromversorgung von beispielsweise Steuer- und
Überwachungskomponenten.
Häufig ist es notwendig, in einem Boot mit Elektroantrieb zwei separate
Energiespeicher, beispielsweise Batterien, vorzusehen. Die Notwendigkeit der
Verwendung zweier Energiespeicher kann sich z.B. aus unterschiedlichen
Anforderungen hinsichtlich der Verfügbarkeit für die Antriebs- / Leistungskomponenten sowie der Steuerkomponenten ergeben. Meistens haben auch Komponenten des Leistungskreises und Komponenten des Steuerkreises unterschiedliche Anforderungen an die Höhe der Versorgungsspannung, so dass Energiespeicher mit unterschiedlicher Spannung bereit gestellt werden müssen.
Aus diesem Grund werden auf dem Boot eine Hauptspannungsquelle zur
Stromversorgung der Leistungskomponenten, z.B. des Elektroantriebs, insbesondere des Elektromotors, und eine Hilfsspannungsquelle zur Stromversorgung der beispielsweisen Steuerkomponenten vorgesehen. Da die Leistungskomponenten über den höheren Energiebedarf verfügen, ist der Energieinhalt der Hauptspannungsquelle größer als der Energieinhalt der Hilfsspannungsquelle.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Laden der Hilfsspannungsquelle eines Bootes vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird durch ein Boot mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 5 gelöst.
Zum Laden der Hauptspannungsquelle wird das Boot mit einer Spannungsquelle an Land verbunden. Die Erfindung ermöglicht das Laden der Hilfsspannungsquelle aus der Hauptspannungsquelle. Die Hilfsspannungsquelle muss daher nicht mit einer Stromversorgung an Land verbunden werden. Es muss daher nur eine Schnittstelle / Verbindungsstelle zwischen der elektrischen Anlage an Bord des Bootes und dem Land hergestellt werden. Zur Benutzung des Bootes muss das Boot vom Landanschluss getrennt werden, so dass das Laden der Hauptspannungsquelle eingestellt wird. Nach dem Trennen des Landanschlusses ist erfindungsgemäß ein weiteres Laden der Hilfsspannungsquelle aus der Hauptspannungsquelle möglich. Somit kann auch während des Fahrens ein ausreichender Ladezustand der Hilfsspannungsquelle und damit eine sichere
Versorgung der Steuerungs- und insbesondere der Sicherheitskomponenten sichergestellt werden.
Auf einem Boot sind in der Regel alle sicherheitsrelevanten Komponenten, wie zum Beispiel eine Notausschleife, ein Isolationswächter, ein Wasserwächter, eine
Fahrsteuerung oder ein GPS, an die Hilfsspannungsquelle angeschlossen.
Andererseits werden üblicherweise auch dem Komfort dienende Zusatzkomponenten, wie z.B. Kühlaggregate, Heizelemente, Beleuchtung, an die Hilfsspannungsquelle angeschlossen. Es besteht die Gefahr, dass die Hilfsspannungsquelle durch diese zusätzlichen elektrischen Verbraucher so stark belastet und entladen wird, dass deren Energieinhalt auf einen Wert absinkt, der nicht mehr ausreicht, um die
Sicherheitskomponenten mit Strom zu versorgen.
Die Sicherheitskomponenten dienen beispielsweise dazu, die Anschlussklemmen einer Hochvoltspannungsquelle beim Auftreten von Problemen spannungsfrei zu schalten. So kann beispielsweise bei einem Ausfall einer Sicherheitskomponente die elektrische Verbindung zwischen den Zellen der Hauptspannungsquelle und den Anschlussklemmen der Hauptspannungsquelle unterbrochen werden, so dass der an die Anschlussklemmen angeschlossene Elektroantrieb nicht mehr mit Strom versorgt wird, obwohl die Hauptspannungsquelle noch einen ausreichenden Energieinhalt aufweist. Das Boot wird nicht mehr manövrierfähig, wodurch eine für die Besatzung des Bootes gefährliche Situation entstehen kann. Erfindungsgemäß besteht dann die Möglichkeit, die Hilfsspannungsquelle an Bord des Bootes aus der
Hauptspannungsquelle zu laden. Bei einem Boot mit einem Elektroantrieb größerer Leistung wird der Elektroantrieb meist als Hochvoltsystem ausgeführt, um die Stromhöhe im Antriebssystem
beherrschbar zu halten. Die Steuer-, Überwachungs- und Sicherheitseinrichtungen, mit denen der Elektroantrieb gesteuert, überwacht und abgesichert wird, sind dagegen keine Leistungskomponenten und werden daher meistens als Niedervoltsysteme ausgeführt. In einer Ausführungsform der Erfindung wird daher als
Hauptspannungsquelle eine Hochvoltspannungsquelle und als Hilfsspannungsquelle eine Niedervoltspannungsquelle vorgesehen.
Als Hochvoltspannungsquelle sollen insbesondere Spannungsquellen mit einer Klemmenspannung von mehr als 60 Volt, mehr als 100 Volt oder mehr als 200 Volt bezeichnet werden. Eine Niedervoltspannungsquelle soll vorzugsweise maximal 48 Volt, maximal 24 Volt oder maximal 12 Volt Klemmenspannung aufweisen.
Erfindungsgemäß wird die Hilfsspannungsquelle, insbesondere eine
Niedervoltspannungsquelle, aus der Hauptspannungsquelle, insbesondere einer Hochvoltspannungsquelle, geladen. Hierzu ist ein Hilfsladegerät für die
Hilfsspannungsquelle vorgesehen, welches an die Hauptspannungsquelle
angeschlossen wird und welches die Hilfsspannungsquelle aus der
Hauptspannungsquelle lädt. So ist beispielsweise bei einer als
Hochvoltspannungsquelle ausgeführten Hauptspannungsquelle und einer als
Niedervoltspannungsquelle ausgeführten Hilfsspannungsquelle das Hilfsladegerät mit einem DC-DC-Wandler versehen, mit dessen Hilfe die höhere Spannung der
Hochvoltspannungsquelle auf das niedrigere Spannungsniveau der
Hilfsspannungsquelle transformiert werden kann. Die Hauptspannungsquelle dient zur Stromversorgung des elektrischen Antriebs, insbesondere eines Elektromotors. Der elektrische Antrieb hat eine deutlich höhere Leistung als die an die Hilfsspannungsquelle angeschlossenen Hilfsaggregate.
Entsprechend besitzt die Hauptspannungsquelle einen wesentlich größeren
Energieinhalt als die Hilfsspannungsquelle. Das Hauptladegerät zum Laden der
Hauptspannungsquelle hat entsprechend ebenfalls eine deutlich größere Leistung als ein Ladegerät zum Laden der Hilfsspannungsquelle. Vorzugsweise wird das
Hauptladegerät so ausgelegt, dass es in einer vorgegebenen Zeitspanne gleichzeitig die Hauptspannungsquelle und die an die Hauptspannungsquelle angeschlossene Hilfsspannungsquelle laden kann. Da das Hauptladegerät hierfür, im Vergleich zum Laden der Hauptspannungsquelle allein, nur geringfügig mehr Leistung aufbringen muss, kann das Hauptladegerät mit geringem Mehraufwand so ausgelegt werden, dass es zusätzlich auch die Hilfsspannungsquelle versorgen kann. Sowohl die Hauptspannungsquelle als auch die Hilfsspannungsquelle sind
vorzugsweise als wiederaufladbare Batterien oder Akkumulatoren ausgeführt. Die Erfindung kann bei Batterien mit beliebiger Zellchemie eingesetzt werden. Bevorzugt werden als Spannungsquellen, als Haupt- und/oder Hilfsspannungsquelle, Lithium- Batterien, Lithium-Ionen-Batterien, Lithium-Mangan-Batterien oder Lithium-Mangan- Kobalt-Batterien eingesetzt.
Hochvoltspannungsquellen verfügen meistens über eine eigene Steuereinrichtung. Diese Steuereinrichtung wird häufig aus einer Niederspannungsquelle versorgt. Zur Sicherheit der Nutzer kann z.B. eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, welche sicherstellt, dass die Hochvoltspannungsquelle ihre Spannung nur dann an deren Anschlussklemmen schalten kann, wenn sie mit einer Niedervoltspannungsquelle versorgt wird. Das heißt, die Niedervoltspannungsquelle muss bereits vor dem Beginn des Ladens der Hochvoltspannungsquelle verfügbar sein. Vorzugsweise wird eine Niedervoltspannungsquelle vorgesehen, welche einen Energieinhalt besitzt, der ausreichend groß ist, dass er bei zu berücksichtigender Entladung durch Zusatzkomponenten und weitere Verbraucher sowie bei
anzunehmender Selbstentladung die Zuschaltung der Hochvoltspannungsquelle nach einer üblichen Zeitspanne noch möglich macht. Vorzugsweise besitzt die
Niedervoltspannungsquelle eine Ladung von mindestens 30 Ah, bevorzugt mindestens 40 Ah. Bei einem Sportboot hätte eine hierfür geeignete Batterie z.B. mindestens 44Ah.
Nach dem Zuschalten der Hochvoltspannungsquelle kann die
Niedervoltspannungsquelle aus der Hochvoltspannungsquelle geladen werden.
Gleichzeitig kann aber auch die Hochvoltspannungsquelle mittels eines
Hauptladegeräts geladen werden. Das Hauptladegerät für die
Hochvoltspannungsquelle sollte deshalb über eine Leistung verfügen, die zum gleichzeitigen Laden der Hochvolt- und Niedervoltspannungsquelle geeignet ist.
Die Hauptspannungsquelle kann mit einem Hauptladegerät, welches sich auf dem Boot oder welches sich auf dem Land befindet, geladen werden. Befindet sich das
Hauptladegerät auf dem Land, ist eine Gleichspannungsverbindung zwischen dem Land und dem Boot erforderlich. Befindet sich das Ladegerät für die
Hauptspannungsquelle auf dem Boot, ist eine Wechselspannungsverbindung zwischen dem Land und dem Boot erforderlich.
Da die Hilfsspannungsquelle auch zur Versorgung von Zusatzkomponenten
Verwendung finden soll, ist eine elektrische Entkopplung der Spannungsversorgung der Zusatzkomponenten und der Spannungsversorgung der system- und
sicherheitsrelevanten Komponenten von Vorteil.
Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Spannungsversorgung der
Zusatzkomponenten und die Spannungskomponenten der sicherheitsrelevanten Komponenten mittels eines Schalters oder eines rückwärts sperrenden Ventils, wie zum Beispiel mittels einer Diode, voneinander entkoppelt werden, so dass ein
Einbrechen der Spannungsversorgung der Zusatzkomponenten durch erhöhte
Leistungsentnahme nicht auf die Spannungsversorgung der sicherheitsrelevanten Komponenten durchschlägt.
Als Spannungsversorgung für die Zusatzkomponenten wird vorzugsweise die
Hilfsspannungsquelle eingesetzt und die sicherheitsrelevanten Komponenten werden von Vorteil über einen DC/DC-Wandler aus der Hauptspannungsquelle mit Strom versorgt. Die Spannungsversorgung über die Hilfsspannungsquelle stellt sicher, dass die Zusatzkomponenten auch bei impulsförmigem Leistungsbedarf sicher versorgt werden. Der Betrieb eines Hilfsmotors für das Trimmen und / oder das Tilten eine Außenbordmotors stellt eine typische Impulslast dar, die durch die
Hilfsspannungsquelle gepuffert werden muss. Sollte es zu einer kurzfristigen Überlastung der Hilfsspannungsquelle kommen, ist der Betrieb der sicherheitsrelevanten Komponenten nicht gefährdet, da diese
Komponenten über eine eigene Spannungsversorgung verfügen und von der
Hilfsspannungsquelle durch einen Schalter oder ein rückwärts sperrendes Ventil entkoppelt sind.
Als rückwärts sperrendes Ventil kann insbesondere eine Diode eingesetzt werden. Zur Reduzierung der Durchlassverluste kann die Diode durch einen invers betriebenen MOSFET ersetzt werden, dessen Kanal beim Stromfluss über die Inversdiode zusätzlich eingeschaltet wird.
Solange die Hauptspannungsquelle noch nicht zugeschaltet ist, insbesondere wenn die Spannung noch nicht an den Anschlussklemmen der Hauptspannungsquelle anliegt, können die sicherheitsrelevanten Komponenten auch nicht über den DC/DC-Wandler aus der Hauptspannungsquelle versorgt werden. In diesem Fall erfolgt die
Spannungsversorgung der sicherheitsrelevanten Komponenten über das rückwärts sperrfähige Ventil, welches den Stromfluss nur in Richtung von der
Hilfsspannungsquelle zu den sicherheitsrelevanten Komponenten und nicht umgekehrt durchlässt. Das heißt, vor dem Einschalten der Hauptspannungsquelle werden die sicherheitsrelevanten Komponenten über einen Schalter oder ein rückwärts sperrendes Ventil aus der Hilfsspannungsquelle versorgt. Da die Hauptspannungsquelle häufig über eine sicherheitsrelevante Komponente, z.B. eine Schutz- und Steuerschaltung, abgesichert ist und nur eingeschaltet werden kann, wenn die entsprechende sicherheitsrelevante Komponente das Einschalten frei gibt, ist sichergestellt, dass die Hauptspannungsquelle eingeschaltet werden kann und nach dem Einschalten eine Spannungsversorgung der sicherheitsrelevanten Komponenten über den DC/DC- Wandler erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Laden der Hilfsspannungsquelle ermöglicht das Laden von Hauptspannungsquelle und die Hilfsspannungsquelle zu unterschiedlichen Zeiten. Die Hilfsspannungsquelle kann unabhängig vom Laden der Hauptspannungsquelle geladen werden. Insbesondere kann die Hilfsspannungsquelle auch geladen werden, wenn das Boot nicht an Land angelegt hat.
Die Erfindung sowie weitere Details der Erfindung werden in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel näher erläutert. Hierbei zeigen
Figur 1 eine erfindungsgemäße Stromversorgung auf einem Boot und
Figur 2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Ein Boot mit einem Elektroantrieb 1 weist eine Hochvoltspannungsquelle 2 auf, an die der Elektroantrieb 1 angeschlossen ist. Die Hochvoltspannungsquelle 2 ist eine aufladbare Lithium-Ionen-Batterie, die eine maximale Ladung von beispielsweise 80 Ah, 100 Ah, 150 Ah oder 200 Ah besitzt und eine Nominalspannung von mehr als 200 V, beispielsweise 300 V, 350 V oder 400 V aufweist. Weitere Leistungsverbraucher können ebenfalls an die mit der Hochvoltspannungsquelle 2 verbundene
Versorgungsleitung 3 angeschlossen sein.
Die Hochvoltspannungsquelle 2 kann über ein auf dem Boot befindliches und an die Versorgungsleitung 3 angeschlossenes Hauptladegerät 4 geladen werden. Zum Laden der Hochvoltspannungsquelle 2 wird das Hauptladegerät 4 mit einer in der Figur nicht dargestellten Stromversorgung verbunden, welche sich außerhalb des Bootes, beispielsweise an Land, befindet. Die Schnittstelle zwischen den elektrischen
Systemen auf dem Boot und denen an Land ist mit dem Bezugszeichen 7
gekennzeichnet.
Auf dem Boot ist weiterhin eine Niedervoltspannungsquelle 5 vorgesehen, welche eine Klemmenspannung von beispielsweise 12 V, 24 V oder 48 V aufweist. An die
Niedervoltspannungsquelle 5 sind mehrere dem Komfort der Bootsbesatzung dienende elektrische Komponenten sowie sicherheitsrelevante Komponenten, wie
Steuereinrichtungen, ein Navigationssystem und insbesondere eine
Sicherheitsschaltung, welche die Hochvoltspannungsquelle 2 mit der
Versorgungsleitung 3 verbindet oder von dieser trennt. Erfindungsgemäß ist an Bord ein Hilfsladegerät 6 vorgesehen, welches mit der Versorgungsleitung 3 verbunden ist. Das Hilfsladegerät 6 umfasst einen DC/DC- Wandler und ermöglicht das Laden der Niedervoltspannungsquelle 5 aus der
Hochvoltspannungsquelle 2.
In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung gezeigt. Gleiche Komponenten sind in beiden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Schaltung von Elektromotor 1 , Hochvoltspannungsquelle 2, Hauptladegerät 4, Niedervoltspannungsquelle 5 und Hilfsladegerät 6 entspricht der Schaltung nach Figur 1.
An die Niedervoltspannungsquelle 5 sind zum einen Zusatzkomponenten 8, wie zum Beispiel Beleuchtung oder Unterhaltungselektronik, zum anderen sicherheitsrelevante Komponenten 9 angeschlossen. In Figur 2 ist beispielhaft für eine sicherheitsrelevante Komponente 9 eine Sicherheitsschaltung vorgesehen, welche im Bedarfsfall die Schalter 12 öffnet und so die Anschlussklemmen der Hochvoltspannungsquelle 2 spannungsfrei schaltet.
Die Zusatzkomponenten 8 sind direkt an die Niederspannungsquelle 5 angeschlossen und werden aus dieser mit Strom versorgt. Erfindungsgemäß ist an Bord ein
Hilfsladegerät 6 vorgesehen, welches mit der Versorgungsleitung 3 verbunden ist. Das Hilfsladegerät 6 umfasst einen DC/DC-Wandler und ermöglicht das Laden der
Niedervoltspannungsquelle 5 aus der Hochvoltspannungsquelle 2.
In der Ausführungsform nach Figur 2 dient die Niedervoltspannungsquelle 5 auch zur Versorgung von Zusatzkomponenten 9. In diesem Fall ist es günstig, eine elektrische Entkopplung der Spannungsversorgung der Zusatzkomponenten und der
Spannungsversorgung der System- und sicherheitsrelevanten Komponenten vorzusehen.
Die sicherheitsrelevanten Komponenten 9 werden über einen weiteren DC/DC- Wandler 10, der an die Versorgungsleitung 3 angeschlossen ist, mit Strom versorgt. Zur elektrischen Entkopplung wird ein rückwärts sperrendes Ventil 11 , beispielsweise eine Diode, eingesetzt. Für die elektrische Spannungsversorgung der
sicherheitsrelevanten Komponenten wird ein DC/DC-Wandler 10 eingesetzt, der die Niedervoltspannung für die sicherheitsrelevanten Komponenten aus der
Hochvoltspannungsquelle 2 bereitstellt.
Die sicherheitsrelevanten Komponenten 9 werden damit entkoppelt von den sonstigen Zusatzkomponenten 8 und entkoppelt von der Niedervoltspannungsquelle 5 versorgt. Sollte es zu einer kurzfristigen Überlastung der Niedervoltspannungsquelle 5 durch angeschlossene Zusatzkomponenten 8 kommen, wäre der Betrieb der
sicherheitsrelevanten Steuerungen 9 nicht gefährdet, da diese Steuerungen 9 über eine eigene Versorgung 10 verfügen und von der Niedervoltspannungsquelle 5 durch das rückwärts sperrfähige Ventil 11 entkoppelt sind.
Das rückwärts sperrfähige Ventil 11 kann im einfachsten Fall eine Diode sein. Zur Reduzierung der Durchlassverluste kann die Diode durch einen invers betriebenen MOSFET ersetzt werden, dessen Kanal beim Stromfluss über die Inversdiode zusätzlich eingeschaltet wird.
Durch die Verbindung des primären Niedervoltkreises mit der
Niedervoltspannungsquelle 5 wird eine sichere Versorgung der Zusatzkomponenten 8 bei impulsförmigem Leistungsbedarf sichergestellt. Der Betrieb eines Hilfsmotors für das Trimmen und / oder das Tilten eine Außenbordmotors stellt eine typische solche Impulslast dar, die durch die Niedervoltspannungsquelle 5 gepuffert werden muss.

Claims

Patentansprüche
1. Boot mit einem Elektroantrieb (1) und einer Hauptspannungsquelle (2), die Energie für den Elektroantrieb (1) zur Verfügung stellt und mit einer
Hilfsspannungsquelle (5), die Energie für mindestens eine Zusatzkomponente (8) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladeeinrichtung (6) zum Laden der Hilfsspannungsquelle (5) vorgesehen ist, wobei die Ladeeinrichtung (6) an die Hauptspannungsquelle (2) angeschlossen ist.
2. Boot nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Hauptspannungsquelle (2) eine Hochvoltspannungsquelle, insbesondere eine Hochspannungsquelle mit einer Klemmenspannung von mehr als 60 V, mehr als 100 V oder mehr als 200 V, und die Hilfsspannungsquelle (5) eine
Niedervoltspannungsquelle, insbesondere eine Niedervoltspannungsquelle mit einer Klemmenspannung von maximal 48 V, maximal 24 V oder maximal 12 V, sind.
3. Boot nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptspannungsquelle (2) und die Hilfsspannungsquelle (5) aufladbare Batterien sind.
4. Boot nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Boot eine Schutz- und Steuerschaltung (9) für die
Hauptspannungsquelle (2) und ein Ladegerät für die Hauptspannungsquelle (2) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutz- und
Steuerschaltung (9) für die Hauptspannungsquelle und / oder das Ladegerät an die Hilfsspannungsquelle (5) angeschlossen sind.
5. Boot nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ladegerät für die Hauptspannungsquelle (2) vorgesehen ist, wobei das Ladegerät für die Hauptspannungsquelle (2) eine Leistung besitzt, die das Erreichen der Ladeendspannung der Hauptspannungsquelle (2) in gewünschter Zeit und das gleichzeitige das Laden der Hilfsspannungsquelle (5) bis zu deren Ladeendspannung aus der Hauptspannungsquelle (2) ermöglicht.
6. Verfahren zum Laden einer auf einem Boot mit einem Elektroantrieb (1) befindlichen Hilfsspannungsquelle (5), die Energie für mindestens eine
Zusatzkomponente (8) bereitstellt, wobei sich auf dem Boot eine
Hauptspannungsquelle (2) befindet, die Energie für den Elektroantrieb (1) zur Verfügung stellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsspannungsquelle (5) mittels der Hauptspannungsquelle (2) geladen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hauptspannungsquelle (2) eine Klemmenspannung von mehr als 60 V, mehr als 100 V oder mehr als 200 V aufweist, und die Hilfsspannungsquelle (5) eine Klemmenspannung von maximal 48 V, maximal 24 V oder maximal 12 V, aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptspannungsquelle (2) und die Hilfsspannungsquelle (5) zu
unterschiedlichen Zeiten geladen werden.
9. Verfahren einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Boot eine Schutz- und Steuerschaltung (9) für die Hauptspannungsquelle (2) und ein Ladegerät für die Hauptspannungsquelle (2) vorgesehen sind, wobei die Schutz- und Steuerschaltung (9) für die Hauptspannungsquelle (2) und / oder das Ladegerät von der Hilfsspannungsquelle (5) mit Strom versorgt werden.
10. Verfahren einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederspannungsquelle (5) über eine Ladung von mindestens 30 Ah, vorzugsweise mindestens 40 Ah verfügt. 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptspannungsquelle (2) eine Schutz und/oder Steuerschaltung (9) besitzt, wobei die Schutz- und/oder Steuerschaltung (9) zur
Spannungsversorgung über einen DC/DC-Wandler (10) an die
Hauptspannungsquelle (2) angeschlossen ist und dass die Schutz- und/oder Steuerschaltung (9) über einen Schalter oder ein rückwärts sperrendes Ventil
(11) mit der Hilfsspannungsquelle (5) verbunden ist.
12. Verfahren nach Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet, dass das rückwärts sperrende Ventil (11) eine Diode ist.
13. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das rückwärts sperrende Ventil (11) ein MOSFET, insbesondere ein in Inversrichtung betriebener MOSFET, ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das rückwärts sperrende Ventil (11) ein Schaltkreis auf der Basis einer MOSFET-Struktur ist, bei dem im leitenden Zustand der MOSFET-Kanal eingeschaltet wird
(Synchrongleichrichtung), so dass die Durchlassverluste reduziert werden.
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