Titel

ANTRIEBSSYSTEM MIT GLEICHSPANNUNGSNETZ FÜR EIN U-BOOT

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein U-Boot aufweisend ein Gleichspannungsnetz zur Versorgung eines Antriebs des U-Boots mit elektrischer Energie und mehrere

Batteriestränge, welche jeweils eine Vielzahl in Reihe geschalteter Batteriemodule aufweisen, wobei die Batteriestränge jeweils mit einer Stranganbindungseinheit verbunden sind, über welche der Batteriestrang wahlweise mit dem Gleichspannungsnetz verbindbar oder von dem Gleichspannungsnetz trennbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Antriebssystems.

Antriebssysteme von Unterseebooten (U-Booten) weisen zur Speisung der elektrischen Antriebe der U-Boote, beispielsweise zur Speisung von Propellerantrieben, in der Regel ein Gleichspannungsnetz auf. An das Gleichspannungsnetz sind oftmals als Batterien ausgebildete Energiespeicher angebunden. Die Batterien werden üblicherweise in

Batteriemodulen zusammengefasst und mehrere solcher Batteriemodule werden in Reihe zu einem Batteriestrang verschaltet. Um die zur Versorgung von Antrieben in U-Booten erforderlichen hohen Batteriekapazitäten bereitstellen zu können, ist es üblich, mehrere Batteriestränge parallel zu schalten. Ein derartiges Antriebssystem für ein U-Boot ist beispielsweise aus der DE 10 2007 053 229 A1 bekannt. Das Antriebssystem weist neben einem Gleichspannungsnetz mehrere

Batteriestränge auf, die jeweils eine Vielzahl in Reihe geschalteter Batteriemodule umfassen. Die Batteriestränge sind jeweils über eine Stranganbindungseinheit mit dem

Gleichspannungsnetz verbunden, über welche der Batteriestrang wahlweise mit dem

Gleichspannungsnetz verbunden oder von dem Gleichspannungsnetz getrennt werden kann. Somit ist es beim Auftreten eines erhöhten Stroms in dem Batteriestrang, beispielsweise infolge eines Kurzschlusses, möglich, den Batteriestrang durch die Stranganbindungseinheit von dem Gleichspannungsnetz zu trennen. Das bekannte Antriebssystem hat sich als Kurzschlussschutz in der Praxis durchaus bewährt. Allerdings hat sich herausgestellt, dass bei dem bekannten Antriebssystem

Überladungen und/oder Tiefentladungen der Batteriestränge nicht wirksam verhindert werden können. Dies stellt sich insbesondere dann als problematisch heraus, wenn als Lithium-Ionen-Batterien ausgebildete Batteriemodule verwendet werden sollen. Durch das Überladen bzw. Tiefentladen der Batteriemodule kann es zu irreversiblen Schäden in den Batteriemodulen kommen, z. B. aufgrund von exothermen Zersetzungsreaktionen. Hierdurch werden die Lebensdauer der Batteriemodule und die Verfügbarkeit des Antriebssystems reduziert.

Offenbarung der Erfindung Vor diesem Hintergrund stellt sich die Erfindung die Aufgabe, die Verfügbarkeit des

Antriebssystems zu erhöhen.

Bei einem Antriebssystem der eingangs genannten Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der in dem Batteriestrang fließende Strangstrom durch die Stranganbindungseinheit einstellbar ist.

Durch die Stranganbindungseinheit kann der Strom beim Laden des Batteriestrangs eingestellt werden, um einer Überladung vorzubeugen. Ferner kann der Strom beim

Entladen eingestellt werden, so dass sichergestellt werden kann, dass es nicht zu einer Tiefentladung des Batteriestrangs kommt. Somit können unerwünschte Über- und/oder Tiefentladungen verhindert werden, wodurch sich die Lebensdauer der Batteriemodule und damit auch die Verfügbarkeit des Antriebssystems erhöht.

Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem erfüllt die Stranganbindungseinheit eine Doppelfunktion. Durch die Stranganbindungseinheit kann der Batteriestrang wahlweise an das Gleichspannungsnetz zugeschaltet oder von dem Gleichspannungsnetz getrennt werden und der Strangstrom des zugeschalteten Batteriestrangs kann eingestellt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Stranganbindungseinheit einen Spannungswandler aufweist. Der Spannungswandler kann derart zwischen das Gleichspannungsnetz und den Batteriestrang geschaltet sein, dass eine auf der Seite des Gleichspannungsnetzes anliegende Netzspannung in eine auf der Seite des Batteriestrangs anliegende Strangspannung gewandelt werden kann und umgekehrt. Der

Spannungswandler ist bevorzugt bidirektional ausgebildet, so dass wahlweise Energie von dem Gleichspannungsnetz in den Batteriestrang oder von dem Batteriestrang in das

Gleichspannungsnetz transportiert werden kann. Über den bidirektionalen Spannungswandler können Lade- und Entladevorgänge des mit der Stranganbindungseinheit verbundenen Batteriestrangs geregelt werden. Bevorzugt ist der Spannungswandler als Gleichspannungswandler (auch DC/DC-Wandler oder Gleichstromsteller) ausgebildet. Über einen Gleichspannungswandler kann eine an einem Anschluss des

Gleichspannungswandlers anliegende Gleichspannung in eine betragsmäßig veränderte Gleichspannung an einem zweiten Anschluss des Gleichspannungswandlers umgesetzt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Spannungswandler derart ausgebildet ist, dass eine Netzspannung des Gleichspannungsnetzes wahlweise in eine höhere oder in eine niedrigere Strangspannung des Batteriestrangs wandelbar ist. Durch wahlweises Einstellen der an den Batteriemodulen anliegenden Strangspannung kann eine Regelung der

Spannungen an den einzelnen Batteriemodulen erfolgen. Beispielsweise kann es ermöglicht werden, die Entladeströme einzelner Stränge bei gleicher Gesamtleistung der Batterie zu beeinflussen. Falls das Antriebssystem zusätzlich eine mit dem Gleichspannungsnetz verbundene Brennstoffzelle aufweist, kann durch Regelung der Netzspannung die

Einstellung des Arbeitspunkts vereinfacht werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Spannungswandler derart ausgebildet ist, dass sowohl die Netzspannung des Spannungsnetzes als auch die Strangspannung des Batteriestrangs einstellbar sind.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Stranganbindungseinheit derart ausgebildet ist, dass der Batteriestrang von dem Gleichspannungsnetz getrennt werden kann. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass ein Stromfluss zwischen dem

Gleichspannungsnetz und dem Batteriestrang unterbunden werden kann. Bevorzugt ist der Batteriestrang galvanisch von dem Gleichspannungsnetz trennbar. Eine galvanische

Trennung von dem Gleichspannungsnetz kann beispielsweise erforderlich sein, um

Instandhaltungsmaßnahmen an dem Batteriestrang durchzuführen. Bevorzugt weist die Stranganbindungseinheit einen in Serie mit dem

Gleichspannungswandler geschaltete Schalteinrichtung zur galvanischen Trennung des Batteriestrangs von dem Gleichspannungsnetz auf. Die Schalteinrichtung kann

beispielsweise einen Leistungsschalter aufweisen. Als vorteilhaft hat sich ferner eine Ausgestaltung erwiesen, bei welcher die

Stranganbindungseinheit ein gemeinsames Gehäuse für den Spannungswandler und die Schalteinrichtung aufweist. Durch die Anordnung in einem gemeinsamen Gehäuse können Kabelwege zwischen Spannungswandler und Schalteinrichtung kurz gehalten werden.

Zudem wird somit eine kompakte Ausgestaltung der Stranganbindungseinheit ermöglicht, was vor dem Hintergrund des beschränkten Raumangebots in U-Booten vorteilhaft ist.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Stranganbindungseinheit nach Art eines Nachrüstteils, so dass die Stranganbindungseinheit in vorhandene Antriebssysteme integriert werden kann.

Vorteilhaft ist es, wenn die Batteriemodule Lithium-Ionen-Batterien aufweisen. Lithium-Ionen- Batterien weisen im Vergleich zu herkömmlichen Bleibatterien eine höhere Energiedichte auf und sind wartungsfrei, bringen aber auch den Nachteil einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber Tiefentladungen und Überladungen mit sich. Durch den Spannungswandler der

Stranganbindungseinheit können Lithium-Ionen-Batterien vor Tiefentladungen und

Überladungen geschützt werden. Somit ist es möglich, die Vorteile von Lithium-Ionen- Batterien in dem Antriebsystem zu nutzen.

Bevorzugt sind die Stranganbindungseinheiten des Antriebssystems unabhängig

voneinander steuerbar, so dass in verschiedenen Batteriesträngen unterschiedliche

Strangspannungen und/oder Strangströme eingestellt werden können. Hierdurch können zwischen den einzelnen Batteriesträngen fließende Ausgleichsströme verringert werden. Solche Ausgleichsströme können sich beispielsweise aufgrund unterschiedlicher

Ladezustände verschiedener Batteriestränge ergeben. Durch eine unabhängige Steuerung der Stranganbindungseinheiten, insbesondere der Spannungswandler der

Stranganbindungseinheiten, ist es möglich, die Strangspannungen und /oder Strangströme der Batteriestränge derart einzustellen, dass Ausgleichströme unterdrückt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Stranganbindungseinheiten über eine Antriebssteuereinheit steuerbar sind. Die Antriebssteuereinheit kann eine zentrale

Steuereinheit sein, durch welche alle Stranganbindungseinheiten gesteuert werden können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Antriebssteuereinheit eine Bedienerschnittstelle aufweist, über welche ein Bediener Befehle zur Steuerung der Stranganbindungseinheiten geben kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass einzelne Batteriestränge über die Antriebssteuereinheit, insbesondere über die Bedienerschnittstelle der Antriebssteuereinheit, wahlweise zuschaltbar oder abschaltbar sind. In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Stranganbindungseinheiten jeweils über eine dem Strang zugeordnete Strangsteuereinheit steuerbar ist, welche gegenüber der Antriebssteuereinheit Vorrang hat. Durch den Vorrang der Strangsteuereinheit kann verhindert werden, dass Befehle der Strangsteuereinheit aufgrund anderslautender Befehle der Antriebssteuereinheit in der Stranganbindungseinheit nicht umgesetzt werden können. Die Strangsteuereinheit kann beispielsweise als Batterie- Management-System ausgebildet sein, welches aufgrund von Messungen von

Batteriekenngrößen einen Arbeitspunkt des Batteriestrangs einstellt. Optional kann vorgesehen sein, dass das Trennen bzw. Verbinden des Batteriestrangs von dem

Gleichspannungsnetz durch die Strangsteuereinheit steuerbar ist. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass beim Auftreten unerwünschter Betriebszustände der Batteriemodule, wie beispielsweise eines Kurzschlusses, einer Überhitzung oder eines unerwünschten

Ladezustands, der Batteriestrang von dem Gleichspannungsnetz getrennt werden kann, um die Batteriemodule vor weiterem Schaden zu schützen und/oder den Betrieb des

Antriebssystems aufrechtzuerhalten. Vorteilhafterweise ist durch die Strangsteuereinheit ein Freigabesignal erzeugbar, welches die Steuerung der Stranganbindungseinheit durch die Antriebssteuereinheit freigibt.

Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher mit dem Gleichspannungsnetz eine

Brennstoffzelle verbunden ist. Über die Brennstoffzelle kann das Antriebssystem mit Energie versorgt werden. Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art trägt es zur Lösung der Aufgabe bei, wenn der in dem Batteriestrang fließende Strangstrom durch die Stranganbindungseinheit eingestellt wird. Es ergeben sich dieselben Vorteile wie sie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben worden sind. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Stranganbindungseinheit, insbesondere ein Spannungswandler der Strangstromeinheit, den Strangstrom begrenzt, wenn der Strangstrom einen vorgegeben ersten Grenzwert überschreitet. Der

Spannungswandler kann derart gesteuert werden, dass der Strangstrom - egal ob in Richtung des Gleichspannungsnetzes oder in Richtung des Batteriestrangs fließend - begrenzt wird, sofern ein erster Grenzwert überschritten wird. Hierdurch können

Stromerhöhungen wirksam begrenzt werden, die durch Ausgleichsströme zwischen verschiedenen Batteriesträngen oder durch Batteriemoduldefekte bedingt sind. Zudem kann auch der Anstieg von Kurzschlussströmen gemindert werden. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass die Stranganbindungseinheit den

Batteriestrang von dem Gleichspannungsnetz trennt, wenn der Strangstrom einen vorgegebenen zweiten Grenzwert überschreitet, der betragsmäßig größer ist als der erste Grenzwert. Durch ein derartiges gestaffeltes Verfahren, können solche Strangströme, die nicht durch den Spannungswandler begrenzt werden können, abgeschaltet werden.

Bei dem Verfahren können alternativ oder zusätzlich auch die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem beschriebenen Merkmale Verwendung finden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den

Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten

Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.

Kurze Beschreibung der Figuren Die Figur 1 zeigt ein Antriebssystem für ein U-Boot gemäß der Erfindung in einem schematischen Blockschaltbild.

Die Figur 2 zeigt ein einen Batteriestrang in einem schematischen Blockschaltbild. Die Figur 3 zeigt eine erste Ausgestaltung einer Stranganbindungseinheit in einem schematischen Blockschaltbild.

Die Figur 4 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer Stranganbindungseinheit in einem schematischen Blockschaltbild.

Die Figur 5 zeigt ein Schaltbild eines bidirektionalen Spannungswandlers.

Ausführungsformen der Erfindung In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

In der Figur 1 ist ein Antriebssystem 1 eines U-Boots dargestellt. Das Antriebssystem weist einen beispielsweise als Propellerantrieb ausgebildeten Antrieb 3 auf, über welchen das U- Boot angetrieben werden kann. Der Antrieb 3 ist mit einem Gleichspannungsnetz 2 verbunden, welches auch als Fahrnetz bezeichnet wird. Über das Gleichspannungsnetz 2 kann der Antrieb 3 mit elektrischer Energie versorgt werden. Die zum Antrieb des U-Boots erforderliche Energie kann verschiedenen Energiequellen 4, 5, 6 entnommen werden, die nachfolgend beschrieben werden sollen. Eine erste Energiequelle ist als Generator 4, beispielsweise als Dieselgenerator, ausgebildet. Ferner ist eine zweite Energiequelle vorgesehen, die als Brennstoffzelle 5 ausgebildet ist. Brennstoffzellen bringen den Vorteil mit sich, dass sie geräuschlos betrieben werden können, weshalb sie bevorzugt bei Schleichfahrten des U-Boots betrieben werden. Das Antriebssystem gemäß dem

Ausführungsbeispiel weist ferner einen Ladeanschluss 6 auf, über welchen eine externe Energiequelle mit dem Antriebssystem 1 verbindbar ist. Über den Ladenanschluss kann das Antriebssystem beispielsweise mit einem externen Spannungsnetz verbunden werden, während das U-Boot in einem Stützpunkt liegt.

Optional kann an dem Gleichspannungsnetz 2 ein Bordnetz des U-Boots angebunden sein, über welches weitere elektrische Verbraucher versorgt werden können.

Ferner ist in dem Antriebssystem 1 ein Energiespeicher vorgesehen, der mehrere

Batteriestränge 7 aufweist. Beispielsweise können 25-50 Batteriestränge vorgesehen sein. Die Batteriestränge 7 sind aus einer Vielzahl in Reihe geschalteter Batteriemodule 8 gebildet, vgl. Figur 2. Die Batteriemodule 8 weisen mehrere Batteriezellen auf, die beispielsweise als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet sein können. Wie der Figur 1 weiter zu entnehmen ist, sind die Batteriestränge 7 jeweils über eine

Stranganbindungseinheit 10 mit dem Gleichspannungsnetz 2 verbunden.

Bei dem Antriebssystem 1 übernehmen die Stranganbindungseinheiten 10 eine

Doppelfunktion. Durch die Stranganbindungseinheiten 10 können die Batteriestränge 7 wahlweise mit dem Gleichspannungsnetz 2 galvanisch verbunden oder von dem

Gleichspannungsnetz 2 galvanisch getrennt werden und der jeweilige Strangstrom der Batteriestränge 7 kann eingestellt werden. Durch die Stranganbindungseinheit 10 kann der Strom beim Laden des Batteriestrangs eingestellt werden, um einer Überladung

vorzubeugen. Ferner kann der Strom beim Entladen eingestellt werden, so dass

sichergestellt werden kann, dass es nicht zu einer Tiefentladung des Batteriestrangs kommt. Somit können unerwünschte Über- und/oder Tiefentladungen verhindert werden, wodurch sich die Lebensdauer der Batteriemodule 8 und damit auch die Verfügbarkeit des

Antriebssystems 1 erhöht.

Die Stranganbindungseinheiten 10 des Antriebssystems 1 sind unabhängig voneinander steuerbar, so dass in verschiedenen Batteriesträngen 7 unterschiedliche Strangspannungen und/oder Strangströme eingestellt werden können. Jeder Batteriestrang 7 ist über Leitungen 20 mit einer dem Batteriestrang 7 zugeordneten Sensorik 13 verbunden, über welche z :B. die Spannung der einzelnen Batteriemodule 8 erfasst werden kann. Die Sensorik 13 ist über eine Leitung 21 mit einer Strangsteuereinheit 14 verbunden, welcher die von der Sensorik 13 erfassten Messwerte zugeführt werden. Für jeden Batteriestrang 7 bzw. jede

Stranganbindungseinheit 10 ist eine eigene Strangsteuereinheit 14 vorgesehen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Strangsteuereinheit 14 als Batterie-Management-System ausgebildet, welches aufgrund der von der Sensorik 13 erfassten Messwerte einen

Arbeitspunkt des Batteriestrangs einstellt. Zudem ist auch das Trennen bzw. Verbinden des Batteriestrangs 7 von dem Gleichspannungsnetz 2 durch die Strangsteuereinheit 14 steuerbar ist. Hierdurch kann beim Auftreten unerwünschter Betriebszustände der

Batteriemodule 8, wie beispielsweise eines Kurzschlusses, einer Überhitzung oder eines unerwünschten Ladezustands, der Batteriestrang 7 von dem Gleichspannungsnetz 2 getrennt werden, um die Batteriemodule 8 vor weiterem Schaden zu schützen und/oder den Betrieb des Antriebssystems 1 aufrechtzuerhalten.

Ferner ist in dem Antriebssystem 1 eine zentrale Antriebssteuereinheit 15 vorgesehen, welche über Leitungen 23 mit den Strangsteuereinheiten 14 für die einzelnen

Batteriestränge 7 sowie über Leitungen 25 mit den Stranganbindungseinheiten 10 verbunden ist. Über die Antriebssteuereinheit 15 können sämtliche Stranganbindungseinheiten 10 des Antriebssystems 1 gesteuert werden. Um Probleme mit der gleichzeitigen Ansteuerung der Stranganbindungseinheiten 10 durch die Strangsteuereinheiten 14 und die zentrale

Antriebssteuereinheit 15 zu vermeiden, ist eine Vorrangsregelung implementiert. Die der jeweiligen Stranganbindungseinheit 10 zugeordnete Strangsteuereinheit 14 hat bei der Steuerung der Stranganbindungseinheit 10 immer Vorrang gegenüber der

Antriebssteuereinheit 15. Hierzu ist durch die Strangsteuereinheiten 14 jeweils ein

Freigabesignal für die zugeordnete Stranganbindungseinheit 10 erzeugbar. Liegt das Freigabesignal an der Stranganbindungseinheit 10 nicht vor, so wird der Batteriestrang 7 durch die Stranganbindungseinheit 10 von dem Gleichspannungsnetz 2 getrennt. Erzeugt die Strangsteuereinheit 14 hingegen ein Freigabesignal, so wird die Steuerung der

Stranganbindungseinheit 10 durch die Antriebssteuereinheit15 freigegeben, so dass das Anschalten und Trennen des Batteriestrangs 7 durch die Antriebssteuereinheit 15 beeinflusst werden kann. Die Antriebssteuereinheit 15 weist eine Bedienerschnittstelle auf, über welche ein Bediener Befehle zur Steuerung der Stranganbindungseinheiten 10 geben kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass einzelne Batteriestränge 10 über die Bedienerschnittstelle der Antriebssteuereinheit 15 wahlweise zugeschaltet oder abgeschaltet werden können. Ein Abschalten einzelner Stränge kann beispielsweise zu Wartungs- oder

Instandhaltungszwecken erforderlich sein. Optional kann vorgesehen sein, dass die Stranganbindungseinheiten 10 derart ausgebildet sind, dass sie miteinander kommunizieren können. Hierzu können die

Stranganbindungseinheiten 10 über Leitungen 26 verbunden sein.

Das Antriebssystem 1 kann derart betrieben werden, dass die in den Batteriesträngen 7 fließenden Strangströme jeweils durch die Stranganbindungseinheiten 10 eingestellt werden.

Zur Begrenzung der Strangströme kommt bevorzugt ein Verfahren zum Einsatz, bei welchem ein erster Grenzwert sowie ein zweiter Grenzwert für den Strom vorgegeben sind, wobei der zweite Grenzwert betragsmäßig größer als der erste Grenzwert ist. Der

Strangstrom wird insbesondere kontinuierlich gemessen. Sofern der Strangstrom den ersten Grenzwert überschreitet, wird der Strangstrom durch die Stranganbindungseinheit 10, begrenzt. Sollte der Strangstrom im Folgenden trotz der Begrenzung durch die

Stranganbindungseinheit 10 betragsmäßig ansteigen, so wird beim Überschreiten des zweiten Grenzwerts der Batteriestrang 7 durch die Stranganbindungseinheit 10 von dem Gleichspannungsnetz 2 getrennt.

In der Figur 3 ist eine erste Ausgestaltung einer Stranganbindungseinheit 10 gemäß der Erfindung dargestellt. Die Stranganbindungseinheit 10 weist einen bidirektionalen

Spannungswandler 1 1 sowie eine in Reihe mit dem Spannungswandler 1 1 geschaltete Schalteinrichtung 12 auf, über welche der Batteriestrang 7 galvanisch von dem

Gleichspannungsnetz 2 getrennt werden kann.

Hierzu weist die Stranganbindungseinheit 10 einen bidirektionalen Spannungswandler 1 1 auf, über welchen die auf der Seite des Gleichspannungsnetzes 2 anliegende Netzspannung in eine auf der Seite des Batteriestrangs 7 anliegende Strangspannung gewandelt werden kann und umgekehrt. Da der Spannungswandler 1 1 bidirektional ausgebildet ist, kann wahlweise Energie von dem Gleichspannungsnetz 2 in den Batteriestrang 7 oder von dem Batteriestrang 7 in das Gleichspannungsnetz 2 transportiert werden. Der

Spannungswandler 1 1 bringt den Vorteil mit sich, dass Lade- und Entladevorgänge des Batteriestrangs 7 geregelt werden können. Insbesondere ist es möglich, Ladeströme beim Laden des Batteriestrangs 7 zu einzustellen und/oder zu begrenzen, um einer Überladung der Batteriemodule 8 vorzubeugen. Ferner kann der Strom beim Entladen eingestellt und/oder begrenzt werden, so dass sichergestellt werden kann, dass es nicht zu einer Tiefentladung der Batteriemodule 8 kommt. Zudem kann ein infolge eines Kurzschlusses erhöhter der Strom durch den Spannungswandler 1 1 begrenzt werden. Ferner ist in der Stranganbindungseinheit 10 gemäß Fig. 3 eine Schalteinrichtung 12 vorgesehen welche beispielsweise einen Leistungsschalter aufweisen kann. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der Spannungswandler 1 1 unmittelbar mit dem

Gleichspannungsnetz 2 verbunden und die Schalteinrichtung 12 unmittelbar mit dem

Batteriestrang 7. Alternativ kann der Spannungswandler 1 1 unmittelbar mit dem

Batteriestrang 7 und die Schalteinrichtung 12 mit dem Gleichspannungsnetz 2 verbunden sein. Bevorzugt kann der Spannungswandler 1 1 die Spannung des Gleichspannungsnetzes 2 entsprechend einer Sollwertvorgabe einstellen.

Spannungswandler 1 1 und Schalteinrichtung 12 sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, so dass Kabelwege zwischen dem Spannungswandler 1 1 und der

Schalteinrichtung 12 kurz gehalten werden können.

Die Figur 4 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer Stranganbindungseinheit 10 gemäß der Erfindung. Die Stranganbindungseinheit 10 gemäß der zweiten Ausgestaltung ist derart ausgebildet, dass der Spannungswandler 1 1 eine Schalteinrichtung 12 aufweist, über welche der Batteriestrang 7 galvanisch von dem Gleichspannungsnetz 2 getrennt werden kann.

In der Figur 5 ist ein Spannungswandler 1 1 dargestellt, welcher in einer vorstehend beschriebenen Stranganbindungseinheit 10 verwendet werden kann. Der

Spannungswandler 1 1 ist derart ausgebildet, dass eine Netzspannung des

Gleichspannungsnetzes 2 wahlweise in eine höhere oder in eine niedrigere Strangspannung des Batteriestrangs 7 wandelbar ist. Ferner ist durch den Spannungswandler 1 1 sowohl die Netzspannung des Spannungsnetzes 2 als auch die Strangspannung des Batteriestrangs 1 1 einstellbar. Insofern kann der Spannungswandler 1 1 in beiden Richtungen wahlweise als Hochsetzsteller und/oder als Tiefsetzsteller betrieben werden.

Der Spannungswandler 1 1 weist einen ersten Anschluss 50 auf, welcher mit dem

Gleichspannungsnetz 2 verbunden werden kann und einen zweiten Anschluss 51 , welcher mit dem Batteriestrang 7 verbunden werden kann. Mit dem Anschluss 50 ist ein als stromkompensierte Drossel ausgebildetes Filter 52 verbunden, über welches Störemissionen gedämpft werden können. Der Spannungswandler 1 1 weist einen symmetrischen Aufbau auf. Parallel zu dem ersten Anschluss 50 ist ein erster Kondensator 53 geschaltet. Parallel zu dem zweiten Anschluss 51 ist ein zweiter Kondensator 54 vorgesehen. In einer Parallelschaltung zu dem ersten

Kondensator 53 ist ein erster Schalterzweig 56 angeordnet. Parallel zu dem zweiten

Kondensator 54 ist ein zweiter Schalterzweig 55 vorgesehen. Die Schalterzweige 55, 56 sind identisch ausgebildet. Die Schalterzweige 55, 56 weisen jeweils einen ersten Schalter 57, 59 auf, der in Reihe mit einem zweiten Schalter 58, 60 angeordnet ist. Parallel zu den ersten Schaltern 57, 59 und zweiten Schaltern 58, 60 sind jeweils Dioden 61 , 62, 63, 64

angeordnet. Die Schalterzweige 55, 56 weisen jeweils einen zwischen dem ersten

Schalter 57, 59 und dem zweiten Schalter 58, 60 angeordneten Abgriff auf. Die Abgriffe der beiden Schalterzweige 55, 56 sind über eine Induktivität 65 miteinander verbunden.

Die Schalter können als Halbleiterschalter, insbesondere als MOSFET, IGBT oder Gate- Turn-Off-Thyristor, ausgebildet sein.

Im Folgenden sollen verschiedene Zustände beschrieben werden, in welchen der

Spannungswandler 1 1 betrieben werden kann. Hierbei wird der Zustand eines Schalters 57, 58, 59, 60, in welchem der Schalter 57, 58, 59, 60 einen elektrischen Strom führen kann, als „geschlossen" bezeichnet. Ein als IGBT ausgebildeter Schalter ist in diesem Zustand leitend. Der Zustand eines Schalters 57, 58, 59, 60, in welchem der Schalter 57, 58, 59, 60 isoliert, also keinen Strom führen kann, wird als„geöffnet" bezeichnet. Ein als IGBT ausgebildeter Schalter ist sperrend.

In einem ersten Betriebszustand des Spannungswandlers 1 1 können Kurzschlussströme und/oder Entladeströme eingestellt und begrenzt werden. Der Leistungsfluss erfolgt von dem Batteriestrang 7 am zweiten Anschluss 51 zu dem Gleichspannungsnetz 2 an dem ersten Anschluss 50. In dem ersten Betriebszustand ist der erste Schalter 57 des ersten

Schalterzweigs 55 geöffnet und der zweite Schalter 58 des ersten Schalterzweigs 55 geöffnet, so dass die Ausgangseite der Induktivität 65 über die erste Freilaufdiode 61 des ersten Schalterzweigs 55 mit der am Anschluss 50 anliegenden Netzspannung des

Gleichspannungsnetzes 2 verbunden ist. Der zweite Schalter 60 des zweiten Schalterzweigs 56 bleibt geöffnet, während der erste Schalter 59 des zweiten Schalterzweigs 56 alternierend geöffnet und geschlossen wird, um die Eingangsseite der Induktivität 65 abwechselnd mit der Strangspannung des Batteriestrangs 7 und über die Diode 64 mit Masse zu verbinden. Insofern wird die Funktion eines Tiefsetzstellers in Richtung des Gleichspannungsnetzes 2 bereitgestellt. In einem zweiten Betriebszustand des Spannungswandlers 1 1 können Ladeströme eingestellt und/oder begrenzt werden. Der Leistungsfluss erfolgt von dem

Gleichspannungsnetz 2 am ersten Anschluss 50 zu dem Batteriestrang 7 am zweiten Anschluss 51 . In dem zweiten Betriebszustand ist der erste Schalter 59 des zweiten

Schalterzweigs 56 geöffnet und der zweite Schalter 60 des zweiten Schalterzweigs 56 geöffnet, so dass die Ausgangseite der Induktivität 65 über die erste Freilaufdiode 62 des zweiten Schalterzweigs 56 mit der am Anschluss 51 anliegenden Strangspannung des Batteriestrangs 7 verbunden ist. Der zweite Schalter 58 des ersten Schalterzweigs 55 bleibt geöffnet, während der erste Schalter 57 des ersten Schalterzweigs 55 alternierend geöffnet und geschlossen wird, um die Eingangsseite der Induktivität 65 abwechselnd mit der Netzspannung des Gleichspannungsnetzes 2 und über die Diode 63 mit Masse zu verbinden. Insofern wird die Funktion eines Tiefsetzstellers in Richtung des Batteriestrangs 7 bereitgestellt. In einem dritten Betriebszustand des Spannungswandlers 1 1 kann die Netzspannung des Gleichspannungsnetzes 2 hochgesetzt werden, beispielsweise um den Betrieb der

Brennstoffzelle 5 zu stützen. Der Leistungsfluss erfolgt von dem Gleichspannungsnetz 2 am ersten Anschluss 50 zu dem Batteriestrang 7 am zweiten Anschluss 51 . In dem dritten Betriebszustand ist der erste Schalter 59 des zweiten Schalterzweigs 56 geschlossen und der zweite Schalter 60 des zweiten Schalterzweigs 56 geöffnet, so dass die Ausgangseite der Induktivität 65 mit der am Anschluss 51 anliegenden Strangspannung des Batteriestrangs 7 verbunden ist. Der erste Schalter 57des ersten Schalterzweigs 55 bleibt geöffnet, während der zweite Schalter 58 des ersten Schalterzweigs 55 alternierend geöffnet und geschlossen wird, um die Eingangsseite der Induktivität 65 abwechselnd mit Masse und über die Diode 61 mit der Netzspannung des Gleichspannungsnetzes 2 zu verbinden.

Insofern wird die Funktion eines Hochsetzstellers in Richtung des Batteriestrangs 7 bereitgestellt. Das vorstehend beschriebene Antriebssystem 1 für ein U-Boot umfasst ein

Gleichspannungsnetz 2 zur Versorgung eines Antriebs 3 des U-Boots mit elektrischer Energie und mehrere Batteriestränge 7, welche jeweils eine Vielzahl in Reihe geschalteter Batteriemodule 8 aufweisen, wobei die Batteriestränge 7 jeweils mit einer

Stranganbindungseinheit 10 verbunden sind, über die der Batteriestrang 7 wahlweise mit dem Gleichspannungsnetz 2 verbunden oder von dem Gleichspannungsnetz 2 getrennt werden kann und wobei der in dem Batteriestrang 7 fließende Strangstrom durch die Stranganbindungseinheit 10 einstellbar ist. Hierdurch können unerwünschte Über- und/oder Tiefentladungen der Batteriestränge 7 verhindert werden, wodurch sich die Lebensdauer der Batteriestränge 7 und damit auch die Verfügbarkeit des Antriebssystems 1 erhöht.

Zudem ergeben sich die folgenden Vorteile: Kurzschlussströme eines Batteriestrangs 7 können durch Regelung des Strangstroms begrenzt werden. Die Kurzschlussströme können abgeschaltet werden. Es ist möglich, die Batteriestränge 7 galvanisch freizuschalten.

Batteriestränge 7 können betriebsmäßig zu und abgeschaltet werden. Der Strangstrom schlechter Batteriestränge 7 kann beim Laden und/oder Entladen begrenzt werden, um Über- und Tiefentladung zu verhindern und damit die maximal mögliche Energie aus den Batteriesträngen zur Verfügung zu stellen. Mögliche Ausgleichsströme beim

Zusammenschalten ungleich geladener Batteriestränge 7 können geregelt und begrenzt werden. Die Spannung der Batteriestränge 7 kann erhöht und/oder geregelt werden, um einen optimalen Arbeitspunkt mit der Brennstoffzelle 5 einzustellen. Bei einem

Antriebssystem 1 mit Fahrtstufen können Ausgleichsströme begrenzt werden und

Batteriestränge 7 nach Parallelschaltung auf eine gemeinsame Spannung ausgeregelt werden.

Bezugszeichenliste

1 Antriebssystem

2 Gleichspannungsnetz

5 3 Antrieb

4 Generator

5 Brennstoffzelle

6 Ladeanschluss

7 Batteriestrang

10 8 Batteriemodul

10 Stranganbindungseinheit

1 1 Spannungswandler

12 Schalteinrichtung

13 Sensor

15 14 Strangsteuereinheit

15 Antriebssteuereinheit

16 Bootsautomation

20, 21 , 22, 23, 24, 25, 26 Leitung

50, 51 Anschluss

20 52 Filter

53, 54 Kondensator

55, 56 Schalterzweig

57, 58, 59, 60 Schalter

61 , 62, 63, 64 Diode

25 65 Induktivität