Transformator für ein Wasserfahrzeug, Energieverteilungssystem für ein Wasserfahrzeug und Wasserfahrzeug

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transformator für ein Wasserfahrzeug, ein Energieverteilungssystem für ein Wasserfahrzeug und ein Wasserfahrzeug mit einem solchen Transformator und ein Wasserfahrzeug mit einem solchen Energieverteilungssystem.

Stand der Technik

Wasserfahrzeuge, beispielsweise Schiffe, Boote oder Fähren, umfassen für gewöhnlich elektrische Lasten, beispielsweise einen Elektro-Antriebsmotor und einen oder mehrere elektrische Nebenverbraucher. Die elektrischen Lasten sind für gewöhnlich als AC („Alternating Current“, Wechselstrom oder Wechselspannungs)-Last ausgebildet, d.h. sie werden mit Wechselstrom bzw. Wechselspannung betrieben. Der Antriebsmotor und die Nebenverbraucher werden typischerweise mit einer dreiphasigen Wechselspannung betrieben, wobei sich das Spannungsniveau für den Antriebsmotor und das Spannungsniveau für die Nebenverbraucher unterscheiden können.

Um das Wasserfahrzeug autark, d.h. unabhängig von einem externen Versorgungsnetz, betreiben zu können, ist ferner eine elektrische Energiespeichervorrichtung, beispielsweise eine Batterie oder eine Batteriebank, vorgesehen. Die Energiespeichervorrichtung liefert typischerweise eine Gleichspannung. Um die Energiespeichervorrichtung mit Energie aus dem externen Versorgungsnetz, auch als Landstromnetz oder kurz Landstrom bezeichnet, zu laden, ist ein Ladegerät oder Schaltnetzteil mit einem Gleichrichter, nachfolgend auch als AC-DC („DC“, „Direct Current“, Gleichspannungs)-Stromrichter bezeichnet, erforderlich. Um andererseits während einer Fahrt des Wasserfahrzeugs die AC-Lasten mit Energie aus der Energiespeichervorrichtung zu versorgen, ist mindestens ein Wechselrichter, nachfolgend auch als Inverter oder DC-AC- Stromrichter bezeichnet, erforderlich.

Typischerweise wird beim Anschluss an das Landstromnetz zuerst die Energiespeichervorrichtung mit Energie aus dem Landstromnetz versorgt, um die Energiespeichervorrichtung zu laden. Anschließend werden die Nebenverbraucher über den Wechselrichter mit Energie aus der Energiespeichervorrichtung versorgt, um die Nebenverbraucher zu betreiben. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass ein Gleichrichter zum Laden der Energiespeichervorrichtung mit Energie aus dem Versorgungsnetz und ein Wechselrichter zum Versorgen der AC-Lasten mit Energie aus der Energiespeichervorrichtung notwendig sind. Die Folge ist, dass ein solches Energieverteilungssystem einen relativ niedrigen Gesamtwirkungsgrad, hohe Kosten, eine niedrigere Zuverlässigkeit und eine hohe Komplexität aufweist. Außerdem sind die AC-Lasten und das Energieverteilungssystem nicht potentialgetrennt vom Landstromnetz.

Darstellung der Erfindung

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme des Stands der Technik zu beseitigen. Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wasserfahrzeug auf einfache, kostengünstige, sichere, zuverlässige und effektive Weise mit elektrischer Energie zu versorgen. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wasserfahrzeug mit verbesserter Potentialtrennung zwischen einem Versorgungsnetz, insbesondere einem Land-Versorgungsnetz, und dem Bordnetz des Wasserfahrzeugs bereitzustellen.

Die Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den entsprechenden Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Transformator für ein Wasserfahrzeug bereitgestellt. Der Transformator ist eingerichtet, um jede von einer ersten Wechselspannung von einem ersten AC-Bus, einer zweiten Wechselspannung von einem zweiten AC-Bus und einer dritten Wechselspannung von einem dritten AC-Bus in eine Wechselspannung von jedem der anderen der ersten bis dritten AC-Busse zu wandeln.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Energieverteilungssystem für ein Wasserfahrzeug vorgesehen. Das Energieverteilungssystem umfasst den ersten AC-Bus, den zweiten AC-Bus zum Verbinden mit zumindest einer zweiten AC-Last wie einen Nebenverbraucher des Wasserfahrzeugs, und den dritten AC-Bus zum Verbinden mit einem Versorgungsnetz. Der erste AC-Bus kann zum Verbinden mit zumindest einer ersten AC-Last wie einem Elektro- Antriebsmotor des Wasserfahrzeugs eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der DC-Bus zum Verbinden mit zumindest einer DC-Last eingerichtet sein. Das Energieverteilungssystem umfasst ferner den Transformator gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Energieverteilungssystem, insbesondere die ersten und zweiten AC-Busse und der DC-Bus, können auch als Bordnetz des Wasserfahrzeugs bezeichnet werden. Ferner umfasst das Energiespeichersystem einen DC-Bus und eine Energiespeichervorrichtung, die mit dem DC-Bus verbunden ist und einen bidirektionalen AC-DC-Stromrichter, der zwischen den ersten AC-Bus und den DC-Bus geschaltet ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Wasserfahrzeug angegeben. Das Wasserfahrzeug kann ein Energieverteilungssystem und/oder einen Transformator gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung aufweisen.

Die vorliegende Erfindung beruht also auf dem Gedanken, einen Transformator in einem Wasserfahrzeug vorzusehen. Der Transformator kann für eine Netzfrequenz, d.h. eine Frequenz einer Wechselspannung des Versorgungsnetzes, ausgelegt sein. Der Transformator kann drei Wicklungssysteme für die ersten bis dritten AC-Busse umfassen, um die Wechselspannungen zwischen den AC-Bussen zu wandeln. Der Transformator ermöglicht eine galvanische Trennung zwischen den AC-Bussen des Wasserfahrzeugs, insbesondere zwischen dem Versorgungsnetz und dem ersten und zweiten AC-Bussen.

Wenn das Versorgungsnetz zur Verfügung steht, beispielsweise, wenn sich das Wasserfahrzeug in einem Hafen befindet, kann das Energieverteilungssystem über den Transformator mit Energie aus dem Versorgungsnetz versorgt werden. Insbesondere kann die Energiespeichervorrichtung mit Energie aus dem Versorgungsnetz zum Laden der Energiespeichervorrichtung versorgt werden und die zweite AC-Last kann mit Energie aus dem Versorgungsnetz zum Betreiben der zweiten AC-Last versorgt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite AC-Last auch mit Energie aus der Energiespeichervorrichtung versorgt werden. Genauer gesagt kann über den Transformator und den bidirektionale AC-DC-Stromrichter Energie bzw. Gleichspannung zum Laden der Energiespeichervorrichtung bereitgestellt werden. Auch kann über den bidirektionalen-AC-DC- Stromrichter und den Transformator die Versorgung der zweiten AC-Last unterstützt werden.

Wenn das Versorgungsnetz nicht zur Verfügung steht, beispielsweise, wenn sich das Wasserfahrzeug auf Fahrt auf See oder entfernt von einem Hafen befindet, können die erste AC- Last und die zweite AC-Last mittels des bidirektionalen AC-DC-Stromrichters und des Transformators mit Energie aus der Energiespeichervorrichtung versorgt werden. Die Potentialtrennung zwischen dem Versorgungsnetz und dem Bordnetz bzw. der Energiespeichereinheit, der ersten Last und der zweiten Last wird durch den Transformator realisiert. Demnach muss kein AC-DC-Stromrichter mit Potentialtrennung verwendet werden, sondern es kann ein AC-DC-Stromrichter verwendet werden, der die Potentialtrennungs- Eigenschaft nicht aufweist. Dadurch können Kosten gegenüber einem AC-DC-Stromrichter mit Potentialtrennung eingespart werden.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird zudem ein Stromrichter bzw. eine Wandlungsstufe gegenüber dem Stand der Technik eingespart. Dadurch ergibt sich ein signifikanter Vorteil im Gesamtwirkungsgrad bei Versorgung durch das Versorgungsnetz, auch als Landstromversorgung bezeichnet. Zusätzlich können die Anzahl der Komponenten des Energieverteilungssystems und deren Komplexität reduziert werden. Hieraus ergibt sich eine Erhöhung der Zuverlässigkeit des Energieverteilungssystems bei sinkenden Kosten. Darüber hinaus kann das Energieverteilungssystem beim Anschluss an das Versorgungsnetz eine Peak-Shaving-Funktion übernehmen.

Die Aspekte der vorliegenden Offenbarung können eines oder mehrere der folgenden optionalen Merkmale umfassen.

Der Transformator kann ferner eingerichtet sein, um jeden der ersten bis dritten AC-Busse galvanisch von jedem der anderen der ersten bis dritten AC-Busse zu trennen. D.h. die ersten bis dritten AC-Busse können mittels des Transformators voneinander galvanisch getrennt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Transformator eingerichtet sein, um den dritten AC-Bus und damit das Versorgungsnetz vom ersten AC-Bus und vom zweiten AC-Bus und umgekehrt galvanisch zu trennen. D.h. der erste AC-Bus und der zweite AC-Bus können mittels des Transformators vom dritten AC-Bus und dem Versorgungsnetz galvanisch getrennt sein.

Der Transformator kann eingerichtet sein, um Energie mit jeder der ersten bis dritten Wechselspannung in Energie mit jeder der anderen der ersten bis dritten Wechselspannung umzuwandeln. Hier kann der Transformator eingerichtet sein, um den Effektivwert von jeder der ersten bis dritten Wechselspannung in den Effektivwert von jeder der anderen der ersten bis dritten Wechselspannungen zu wandeln.

Der Transformator kann eingerichtet sein, um Energie mit der ersten Wechselspannung in Energie mit der zweiten Wechselspannung umzuwandeln, um Energie mit der ersten Wechselspannung in Energie mit der zweiten Wechselspannung umzuwandeln, um Energie mit der dritten Wechselspannung in Energie mit der ersten Wechselspannung umzuwandeln, um Energie mit der dritten Wechselspannung in Energie mit der zweiten Wechselspannung umzuwandeln. Der Transformator kann auch eingerichtet sein, um Energie mit der zweiten Wechselspannung in Energie mit der Ersten Wechselspannung und um Energie mit der zweiten Wechselspannung in Energie mit der dritten Wechselspannung umzuwandeln.

Der Transformator kann eingerichtet sein, um zumindest eine der folgenden Funktionen durchzuführen. Der Transformator kann eingerichtet sein, um Energie vom ersten AC-Bus zum zweiten AC-Bus zu übertragen. Der Transformator kann eingerichtet sein, um Energie vom ersten AC-Bus zum dritten AC-Bus zu übertragen. Der Transformator kann eingerichtet sein, um Energie vom dritten AC-Bus zum ersten AC-Bus zu übertragen. Der Transformator kann eingerichtet sein, um Energie vom dritten AC-Bus zum zweiten AC-Bus zu übertragen. Der Transformator kann eingerichtet sein, um zumindest zwei der genannten Funktionen gleichzeitig durchzuführen.

Hier kann der Transformator eingerichtet sein, um Energie mit der ersten Wechselspannung vom ersten AC-Bus zu empfangen, diese in Energie mit der zweiten Wechselspannung zu wandeln und die gewandelte Energie an den zweiten AC-Bus abzugeben. Der Transformator kann eingerichtet sein, um Energie mit der ersten Wechselspannung vom ersten AC-Bus zu empfangen, diese in Energie mit der dritten Wechselspannung zu wandeln und die gewandelte Energie an den dritten AC-Bus abzugeben. Der Transformator kann eingerichtet sein, um Energie mit der dritten Wechselspannung vom dritten AC-Bus zu empfangen, diese in Energie mit der ersten Wechselspannung zu wandeln und die gewandelte Energie an den ersten AC-Bus abzugeben. Der Transformator kann eingerichtet sein, um Energie mit der dritten Wechselspannung vom dritten AC- Bus zu empfangen, diese in Energie mit der ersten Wechselspannung zu wandeln und die gewandelte Energie an den ersten AC-Bus abzugeben. Der Transformator kann eingerichtet sein, um Energie mit der dritten Wechselspannung vom dritten AC-Bus zu empfangen, diese in Energie mit der zweiten Wechselspannung zu wandeln und die gewandelte Energie an den zweiten AC-Bus abzugeben.

Der Transformator kann mit dem ersten AC-Bus, mit dem zweiten AC-Bus und dem dritten AC-Bus verbunden sein. Der Transformator kann ein erstes Wicklungssystem, das mit dem ersten AC-Bus verbunden ist, ein zweites Wicklungssystem, das mit dem zweiten AC-Bus verbunden ist, und ein drittes Wicklungssystem, das mit dem dritten AC-Bus verbunden ist, aufweisen. Die ersten bis dritten Wicklungssysteme können um einen gemeinsamen Kern des Transformators gewickelt sein. Der Transformator kann eingerichtet sein, um Energie mit der ersten Wechselspannung, Energie mit der zweiten Wechselspannung und Energie mit der dritten Wechselspannung entsprechend vom ersten AC-Bus über das erste Wicklungssystem, vom zweiten AC-Bus über das zweite Wicklungssystem und vom dritten AC-Bus über das dritte Wicklungssystem zu empfangen und darüber entsprechend an den ersten AC-Bus, den zweiten AC-Bus und den dritten AC-Bus abzugeben. Somit kann am erstem Wicklungssystem die erste Wechselspannung, am zweiten Wicklungssystem die zweite Wechselspannung, und am dritten Wicklungssystem die dritte Wechselspannung anliegen.

Der Transformator kann derart ausgestaltet sein, dass er ermöglicht, Unsymmetrien der Belastung, d.h. Unsymmetrien bei den Quellen und Senken, durch die Verwendung einer speziellen Schaltung, insbesondere einer Zickzackschaltung, auszugleichen. Der Transformator kann also eine Zickzackschaltung aufweisen. Insbesondere kann das zweite Wicklungssystem des Transformators eine Zickzackschaltung aufweisen. Denn im daran angeschlossenen Subsystem, d.h. dem zweiten AC-Bus mit ggf. zumindest einer zweiten AC-Last, kann eine unsymmetrische Belastung auftreten. Bevorzugt können dafür Trafo-Schaltgruppen eingesetzt werden, die in der Lage sind, unsymmetrische Belastungen im zweiten AC-Bus gegenüber den ersten und dritten AC-Bussen zu kompensieren.

Jeder der ersten bis dritten AC-Busse kann als Wechselspannungs- bzw. Wechselstrom-Kreis oder -System ausgebildet sein. Der DC-Bus kann als Gleichspannungs- bzw. Gleichstrom-Kreis oder - System ausgebildet sein. Das Versorgungsnetz kann ebenfalls als Wechselspannungs- bzw. Wechselstrom-Kreis oder -System ausgebildet sein und kann demnach auch als AC- Versorgungsnetz bezeichnet werden.

Der erste AC-Bus ist eingerichtet, um Energie mit der ersten Wechselspannung zu übertragen. Der zweite AC-Bus ist eingerichtet, um Energie mit der zweiten Wechselspannung zu übertragen. Der dritte AC-Bus ist eingerichtet, um Energie mit der dritten Wechselspannung zu übertragen. „Wechselspannung des ersten AC-Busses“ meint hier, dass am erstem AC-Bus die erste Wechselspannung anliegt. Entsprechendes gilt für den zweiten AC-Bus und den dritten AC-Bus. Ebenso kann das Versorgungsnetz eingerichtet sein, um Energie mit der dritten Wechselspannung zu übertragen. Der DC-Bus ist eingerichtet, um Energie mit einer Gleichspannung zu übertragen.

Der bidirektionale AC-DC-Stromrichter kann eingerichtet sein, um Energie zwischen dem DC-Bus und dem ersten AC-Bus zu übertragen. Der AC-DC-Stromrichter kann eingerichtet sein, um Energie vom ersten AC-Bus an den DC-Bus zu übertragen. Der AC-DC-Stromrichter kann eingerichtet sein, um Energie vom DC-Bus an den ersten AC-Bus zu übertragen. Hier kann der AC-DC-Stromrichter eingerichtet sein, um Energie mit der ersten Wechselspannung vom ersten AC-Bus zu empfangen und in Energie mit der Gleichspannung zu wandeln und an den DC-Bus abzugeben. Auch kann der AC-DC-Stromrichter eingerichtet sein, um Energie mit der Gleichspannung vom DC-Bus zu empfangen und in Energie mit der ersten Wechselspannung zu wandeln und an den ersten AC-Bus abzugeben.

Das Energieverteilungssystem kann eingerichtet sein, um Energie von der Energiespeichervorrichtung an den ersten AC-Bus zu übertragen, zum Betreiben der zumindest einen ersten AC-Last mit Energie von der Energiespeichervorrichtung. Das Energieverteilungssystem kann eingerichtet sein, um Energie von der Energiespeichervorrichtung an den zweiten AC-Bus zu übertragen, zum Betreiben der zumindest einen zweiten AC-Last mit Energie von der Energiespeichervorrichtung. Das Energieverteilungssystem kann eingerichtet sein, um Energie von der Energiespeichervorrichtung an den DC-Bus zu übertragen, zum Betreiben der zumindest einen DC-Last mit Energie von der Energiespeichervorrichtung.

Das Energieverteilungssystem kann eingerichtet sein, um Energie von der Energiespeichervorrichtung an den dritten AC-Bus zu übertragen, zum Einspeisen von Energie von der Energiespeichervorrichtung in das Versorgungsnetz. Das Energieverteilungssystem kann eingerichtet sein, um Energie vom Versorgungsnetz an den DC-Bus zu übertragen, zum Laden der Energiespeichervorrichtung mit Energie von dem Versorgungsnetz. Das Energieverteilungssystem kann eingerichtet sein, um Energie von dem Versorgungsnetz an den zweiten AC-Bus zu übertragen, zum Betreiben der zumindest einen zweiten AC-Last mit Energie von dem Versorgungsnetz.

Das Energieverteilungssystem kann eingerichtet sein, um gleichzeitig Energie von der Energiespeichervorrichtung über den DC-Bus an den ersten AC-Bus und weiter an die erste AC- Last zu übertragen, zum Betreiben der zumindest einen ersten AC-Last mit Energie von der Energiespeichervorrichtung, und Energie von der Energiespeichervorrichtung über den DC-Bus und den ersten AC-Bus an den zweiten AC-Bus und weiter an die zweite AC-Last zu übertragen, zum Betreiben der zumindest einen zweiten AC-Last mit Energie von der Energiespeichervorrichtung.

Alternativ oder zusätzlich kann das Energieverteilungssystem eingerichtet sein, um gleichzeitig

Energie von der Energiespeichervorrichtung über den DC-Bus und an die zumindest eine DC-Last zu übertragen, zum Versorgen und Betreiben der DC-Last mit Energie von der Energiespeichervorrichtung, und Energie von der Energiespeichervorrichtung über den DC-Bus und den ersten AC-Bus an den zweiten AC-Bus und weiter an die zweite AC-Last zu übertragen, zum Betreiben der zumindest einen zweiten AC-Last mit Energie von der Energiespeichervorrichtung.

Alternativ oder zusätzlich kann das Energieverteilungssystem eingerichtet sein, um gleichzeitig Energie von der Energiespeichervorrichtung über den DC-Bus, den ersten AC-Bus an den zweiten AC-Bus und weiter an die zweite AC-Last zu übertragen, zum Betreiben der zumindest einen zweiten AC-Last mit Energie von der Energiespeichervorrichtung, und Energie von der Energiespeichervorrichtung über den DC-Bus und den ersten AC-Bus an den dritten AC-Bus und weiter an das Versorgungsnetz zu übertragen, zum Einspeisen von Energie von der Energiespeichervorrichtung in das Versorgungsnetz.

Alternativ oder zusätzlich kann das Energieverteilungssystem eingerichtet sein, um gleichzeitig Energie vom Versorgungsnetz über den dritten AC-Bus und den ersten AC-Bus an den DC-Bus und weiter an die Energiespeichervorrichtung zu übertragen, zum Laden der Energiespeichervorrichtung mit Energie von dem Versorgungsnetz, und Energie von dem Versorgungsnetz über den dritten AC-Bus an den zweiten AC-Bus und weiter an die zumindest eine zweite AC-Last zu übertragen, zum Betreiben der zumindest einen zweiten AC-Last mit Energie von dem Versorgungsnetz.

Alternativ oder zusätzlich kann das Energieverteilungssystem eingerichtet sein, um gleichzeitig Energie vom Versorgungsnetz über den dritten AC-Bus an den zweiten AC-Bus und weiter an die zweite AC-Last zu übertragen und Energie von der Energiespeichervorrichtung über den DC-Bus und den ersten AC-Bus an den zweiten AC-Bus und weiter an die zumindest eine zweite AC-Last zu übertragen, zum gleichzeitigen Betreiben der zumindest einen zweiten AC-Last mit Energie von der Energiespeichervorrichtung und von dem Versorgungsnetz.

Zumindest zwei von der ersten Wechselspannung des ersten AC-Busses, der zweiten Wechselspannung des zweiten AC-Busses und der dritten Wechselspannung des dritten AC- Busses können verschieden voneinander sein. Beispielsweise kann die erste Wechselspannung des ersten AC-Busses einen Nennwert oder Effektivwert von 100 V bis 300 V, vorzugsweise 200 V, aufweisen oder kann einen Nennwert oder Effektivwert von 300 V bis 500 V, vorzugsweise 400 V, aufweisen. Die zweite Wechselspannung des zweiten AC-Busses kann einen Nennwert oder Effektivwert von weniger als 1 kV, vorzugsweise 300 V bis 500 V, besonders bevorzugt 400 V, aufweisen. Die dritte Wechselspannung des dritten AC-Busses kann einen Nennwert oder Effektivwert von weniger als 1 kV aufweisen, insbesondere 115 V, 230 V, 400 V, 500 V, 690 V oder 800 V. Die dritte Wechselspannung des dritten AC-Busses kann einen Nennwert oder Effektivwert 300 V bis 500 V, vorzugsweise 400 V, aufweisen oder kann einen Nennwert oder Effektivwert von 700 V bis 900 V, vorzugsweise 800 V, aufweisen. Auch kann eine Wechselspannung des Versorgungsnetzes der dritten Wechselspannung des dritten AC-Busses entsprechen, d.h. die Wechselspannung des Versorgungsnetzes kann einen Nennwert oder Effektivwert 300 V bis 500 V, vorzugsweise 400 V, aufweisen bzw. kann einen Nennwert oder Effektivwert von 700 V bis 900 V, vorzugsweise 800 V, aufweisen.

Die Effektivwerte der ersten bis dritten Wechselspannungen können im Wesentlichen gleich sein. Beispielsweise kann die erste Wechselspannung einen Nennwert oder Effektivwert von 300 V bis 500 V, vorzugsweise 400 V, aufweisen. Die zweite Wechselspannung kann einen Nennwert oder Effektivwert von 300 V bis 500 V, vorzugsweise 400 V, aufweisen. Die dritte Wechselspannung kann einen Nennwert oder Effektivwert von 300 V bis 500 V, vorzugsweise 400 V, aufweisen.

Die erste Wechselspannung, die zweite Wechselspannung und/oder die dritte Wechselspannung kann eine Frequenz im Bereich von 45 Hz bis 65 Hz, vorzugsweise 50 Hz oder 60 Hz, oder eine Frequenz im Bereich von 350 Hz bis 450 Hz, vorzugsweise 400 Hz, aufweisen. Insbesondere können die erste Wechselspannung, die zweite Wechselspannung und die dritte Wechselspannung dieselbe Frequenz aufweisen, beispielsweise eine Frequenz im Bereich von 45 Hz bis 65 Hz, vorzugsweise 50 Hz oder 60 Hz, oder eine Frequenz im Bereich von 350 Hz bis 450 Hz, vorzugsweise 400 Hz.

Gemäß Ausführungsformen kann der Transformator als Dreiphasen-Transformator ausgebildet sein. Auch können die ersten bis dritten AC-Busse jeweils als Dreiphasenwechselstromsystem, d.h. als Drehstromsystem, ausgebildet sein und somit drei Phasen aufweisen. Demnach können die erste Wechselspannung, die zweite Wechselspannung und die dritte Wechselspannung jeweils eine dreiphasige Wechselspannung oder Dreiphasenwechselspannung sein und somit drei Phasen aufweisen. Hier kann das erste Wicklungssystem des Transformators drei erste Wicklungen aufweisen, die entsprechend mit den drei Phasen des ersten AC-Busses verbunden sind. Auch kann das zweite Wicklungssystems des Transformators drei zweite Wicklungen aufweisen, die entsprechend mit den drei Phasen des zweiten AC-Busses verbunden sind. Ferner kann das dritte Wicklungssystems des Transformators drei dritte Wicklungen aufweisen, die entsprechend mit den drei Phasen des dritten AC-Busses verbunden sind. Auch kann der AC-DC-Stromrichter dreiphasig ausgebildet sein oder kann drei Phasen aufweisen. Hier können die drei Phasen des AC-DC- Stromrichters mit den drei Phasen des ersten AC-Busses entsprechend verbunden sein. Entsprechend kann das Versorgungsnetz als Dreiphasenwechselstromsystem ausgebildet sein.

Gemäß alternativen Ausführungsformen kann der Transformator als Einphasen-Transformator ausgebildet sein. Auch können die ersten bis dritten AC-Busse jeweils als einphasiges Wechselstromsystem ausgebildet sein und somit eine Phase aufweisen. Demnach können die erste Wechselspannung, die zweite Wechselspannung und die dritte Wechselspannung jeweils eine einphasige Wechselspannung sein und somit eine Phase aufweisen. Hier kann das erste Wicklungssystem des Transformators eine erste Wicklung aufweisen, die mit der einen Phase des ersten AC-Busses verbunden ist. Auch kann das zweite Wicklungssystem des Transformators eine zweite Wicklung aufweisen, die mit der einen Phase des zweiten AC-Busses verbunden ist. Ferner kann das dritte Wicklungssystem des Transformators eine dritte Wicklung aufweisen, die mit der einen Phase des dritten AC-Busses verbunden ist. Entsprechend kann das Versorgungsnetz als einphasiges Wechselstromsystem ausgebildet sein.

Der dritte AC-Bus kann mit dem Versorgungsnetz verbunden sein oder verbindbar sein. Das Energieverteilungssystem kann ferner ein Versorgungsnetz-Anschlusselement umfassen. Das Versorgungsnetz-Anschlusselement kann eingerichtet sein, um den dritten AC-Bus mit einem AC- Versorgungsnetz zu verbinden. Anders gesagt kann der dritte AC-Bus mittels des Versorgungsnetz- Anschlusselements mit dem Versorgungsnetz verbindbar sein oder verbunden sein. Der dritte AC- Bus kann insbesondere mittels des Versorgungsnetz-Anschlusselements an das Versorgungsnetz anschließbar sein. Der dritte AC-Bus kann eingerichtet sein, um Energie mit der dritten Wechselspannung von dem Versorgungsnetz zu empfangen und/oder kann eingerichtet sein, um Energie mit der dritten Wechselspannung an das Versorgungsnetz abzugeben.

Der zweite AC-Bus kann mit der zumindest einen zweiten AC-Last verbunden sein oder verbindbar sein. Das Energieverteilungssystem kann zumindest ein Last-Anschlusselement umfassen. Das Last-Anschlusselement kann eingerichtet sein, um den zweiten AC-Bus mit zumindest einer zweiten AC-Last zu verbinden. Anders gesagt kann die zumindest eine zweite Last mittels des Last- Anschlusselements mit dem zweiten AC-Bus verbunden sein oder verbindbar sein. Der zweite AC- Bus kann insbesondere mittels eines entsprechenden Last-Anschlusselements an eine der zumindest einen zweiten AC-Last anschließbar sein oder die zweite AC-Last kann mittels des Last- Anschlusselements an den zweiten AC-Bus anschließbar sein. Alternativ kann der zweite AC-Bus direkt, d.h. ohne Last-Anschlusselement, mit einer der zumindest einen zweiten AC-Last verbunden oder verbindbar sein.

Die Energiespeichervorrichtung kann als Batteriebank, Batterie, Batteriemodul oder Batteriezelle ausgebildet ist oder zumindest eines dieser Elemente umfassen. Diese Elemente können Lithiumbasiert, insbesondere Lithium-lonen-basiert, sein.

Der AC-DC-Stromrichter kann ein Netzfilter zum Filtern von durch das Versorgungsnetz an das Energieverteilungssystem, insbesondere an den ersten AC-Bus, übertragenen Störungen und/oder zum Filtern von Störungen, insbesondere taktfrequenten Störungen, und/oder Oberwellen, die durch den AC-DC-Stromrichter erzeugt werden. Das Netzfilter kann als Tiefpassfilter ausgebildet sein oder dieses umfassen.

Das Wasserfahrzeug kann ferner zumindest eine erste AC-Last umfassen, die mit dem ersten AC- Bus verbunden ist. Der erste AC-Bus kann eingerichtet sein, um Energie an die zumindest eine erste AC-Last abzugeben. Die zumindest eine erste AC-Last kann eingerichtet sein, um Energie von dem ersten AC-Bus zu empfangen, um damit betrieben zu werden. Die zumindest eine erste AC-Last kann als Elektro-Motor, insbesondere als Elektro-Hilfsmotor oder Elektro-Antriebsmotor, ausgebildet sein oder diesen umfassen.

Das Wasserfahrzeug kann ferner zumindest eine DC-Last umfassen, die mit dem DC-Bus verbunden oder damit verbindbar ist. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen ist die zumindest eine DC-Last fest mit dem DC-Bus verbunden. Der DC-Bus kann eingerichtet sein, um Energie an die zumindest eine DC-Last zu übertragen und abzugeben. Die zumindest eine DC-Last ist eingerichtet, um Energie von dem DC-Bus zu empfangen und um damit betrieben zu werden. Die zumindest eine DC-Last kann als Elektro-Motor, insbesondere als Elektro-Hilfsmotor oder Elektro- Antriebsmotor zum Bewegen des Wasserfahrzeugs auf dem Wasser, ausgebildet sein oder diesen umfassen.

Die zumindest eine DC-Last kann gemäß Ausführungsformen einen DC-DC-Stromrichter und einen elektrisch gesteuerten Elektro-Motor umfassen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die zumindest eine DC-Last einen DC-AC-Stromrichter und einen Elektro-Motor umfassen. Der Elektro- Motor kann als Synchronmotor, vorzugsweise permanent erregt, Asynchronmotor oder Reluktanzmotor ausgebildet sein. Die zumindest eine DC-Last kann eine Steuereinheit zum Steuern des DC-AC-Stromrichters und/oder des Elektro-Motors aufweisen. Der DC-AC-Stromrichter kann eingerichtet sein, um Energie zwischen dem DC-Bus und dem Elektro-Motor zu wandeln und auszutauschen. Genauer gesagt kann der DC-AC-Stromrichter eingerichtet sein, um Energie vom DC-Bus an den Elektro-Motor zu übertragen. Hier kann der DC- AC-Stromrichter eingerichtet sein, um Energie mit der Gleichspannung vom DC-Bus zu empfangen und in Energie mit einer Wechselspannung zu wandeln und die gewandelte Energie an den Elektro- Motor abzugeben.

Das Wasserfahrzeug kann ferner zumindest eine zweite AC-Last umfassen, die mit dem zweiten AC-Bus verbunden ist. Die zweite AC-Last kann beispielsweise eine Kühlvorrichtung oder ein Herd sein. Die zumindest eine zweite AC-Last kann direkt mit dem zweiten AC-Bus verbunden sein. Der zweite AC-Bus kann eingerichtet sein, um Energie an die zumindest eine zweite AC-Last abzugeben. Die zumindest eine zweite AC-Last kann eingerichtet sein, um Energie von dem zweiten AC-Bus zu empfangen, um damit betrieben zu werden. Die zumindest eine zweite AC-Last kann mittels eines entsprechenden Last-Anschlusselements mit den zweiten AC-Bus verbunden sein. Gemäß Ausführungsformen umfasst das Wasserfahrzeug mehrere zweite AC-Lasten.

Die zumindest eine zweite AC-Last kann als Nebenverbraucher, insbesondere als leistungsstarker Nebenverbraucher, Klimaanlage, Heizung, Kühlung, Lichtanlage oder Energieversorgungseinheit für elektrische Geräte von Benutzern auf dem Wasserfahrzeug, ausgebildet sein oder diese umfassen.

Das Wasserfahrzeug kann ferner ein Energieversorgungssystem aufweisen. Das Energieversorgungssystem kann eingerichtet sein, um Energie an das Energieverteilungssystem zu liefern. Insbesondere kann das Energieversorgungssystem eingerichtet sein, um Energie an einen der ersten bis dritten AC-Busse oder den DC-Bus zu liefern. Das Energieversorgungssystem kann zumindest einen Generator umfassen, beispielsweise eine Photovoltaikanlage, einen Solargenerator oder einen Hydrogenerator. Das Energieversorgungssystem kann ferner einen Wechselrichter, auch als DC-AC-Stromrichter bezeichnet, umfassen. Der Wechselrichter kann eingerichtet sein, um eine vom Generator bereitgestellte Energie mit Gleichspannung in Energie mit der zweiten Wechselspannung umzuwandeln.

Das Wasserfahrzeug kann als Boot, Schiff oder Fähre ausgebildet sein.

Der Transformator und das Energieverteilungssystem gemäß Ausführungsformen der vorliegenden

Offenbarung sind nicht auf die Verwendung mit einem Wasserfahrzeug beschränkt. Der Transformator und das Energieverteilungssystem können mit jedem Fahrzeug verwendet werden, das eine DC-Last, eine erste AC-Last und/oder eine zweite AC-Last aufweisen, die mit Energie aus dem Versorgungsnetz und/oder Energie aus der Energiespeichervorrichtung betrieben werden sollen. Beispielsweise kann der Transformator und das Energieverteilungssystem für die Verwendung mit einem Elektrofahrzeug, beispielsweise einem Elektroauto, einem Elektrolastkraftwagen, einem Elektroroller oder einem Elektroflugzeug, geeignet sein.

Ferner ist das Energieverteilungssystem nicht auf einen einzigen ersten AC-Bus und einen einzigen zweiten AC-Bus beschränkt. Das Energieverteilungssystem kann demnach mehrere erste AC- Busse, jeweils mit einer Energiespeichervorrichtung, einem DC-Bus, einem AC-DC-Stromrichter, der zwischen den ersten AC-Bus und den DC-Bus geschaltet ist, und/oder mehrere zweite AC- Busse aufweisen. Der Transformator kann entsprechend mehrere erste Wicklungssystem für die mehreren ersten AC-Busse und mehrere zweite Wicklungssystem für die mehreren zweiten AC- Busse aufweisen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist demnach ein Energieverteilungssystem für ein Wasserfahrzeug vorgesehen. Das Energieverteilungssystem umfasst zumindest einen ersten AC-Bus, zumindest einen zweiten AC-Bus zum Verbinden mit zumindest einer entsprechenden zweiten AC-Last, und den dritten AC-Bus zum Verbinden mit einem Versorgungsnetz. Der zumindest eine erste AC-Bus kann zum Verbinden mit zumindest einer entsprechenden ersten AC-Last eingerichtet sein. Das Energieverteilungssystem umfasst ferner den Transformator gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Ferner umfasst das Energiespeichersystem für jeden des zumindest einen ersten AC-Busses einen DC- Bus, eine Energiespeichervorrichtung, die mit dem DC-Bus verbunden ist und einen bidirektionalen AC-DC-Stromrichter, der zwischen den ersten AC-Bus und den DC-Bus geschaltet ist. Der Transformator kann demnach mit dem zumindest einen ersten AC-Bus, mit dem zumindest einen zweiten AC-Bus und dem dritten AC-Bus verbunden sein. Kurze Beschreibung der Figuren

Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 einen Transformator und ein Energieverteilungssystem für ein Wasserfahrzeug gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; Figur 2A-2D eine Verteilung von Energie durch das Energieverteilungssystem gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung für verschiedene Fälle;

Figur 3 einen Transformator und ein Energieverteilungssystem für ein Wasserfahrzeug gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; und

Figur 4 ein Wasserfahrzeug gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.

Figur 1 zeigt einen Transformator und ein elektrisches Energieverteilungssystem für ein Wasserfahrzeug gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

Das Energieverteilungssystem 100 umfasst einen ersten AC-Bus 111 zum Verbinden des Energieverteilungssystems 100 mit zumindest einer ersten AC-Last 210 des Wasserfahrzeugs (siehe Figur 3), einen zweiten AC-Bus 112 zum Verbinden des Energieverteilungssystems 100 mit zumindest einer zweiten AC-Last 220 des Wasserfahrzeugs und einen dritten AC-Bus 113 zum Verbinden des Energieverteilungssystems 100 mit einem Versorgungsnetz 230. Das Energieverteilungssystem 100, insbesondere ein DC-Bus 130, der erste AC-Bus 111 und der zweite AC-Bus 112, können auch als Bordnetz des Wasserfahrzeugs bezeichnet werden.

Ferner umfasst das Energiespeichersystem 100 den DC-Bus 130 und eine Energiespeichervorrichtung 140 und einen bidirektionalen AC-DC-Stromrichter 150, auch als Wechselrichter oder Inverter bezeichnet. Die Energiespeichervorrichtung 140 ist mit dem DC-Bus 130 verbunden. Der AC-DC-Stromrichter 150 ist zwischen den ersten AC-Bus 111 und den DC-Bus 130 geschaltet. Mit anderen Worten ist der AC-DC-Stromrichter 150 mit dem DC-Bus 130 und dem ersten AC-Bus 111 verbunden.

Jeder der ersten bis dritten AC-Busse 111 , 112, 113 ist als Wechselstromsystem ausgebildet. Der

DC-Bus 130 ist als Gleichstromkreis ausgebildet. Das Versorgungsnetz 230 ist ebenfalls als Wechselstromsystem ausgebildet. Das Versorgungsnetz 230 kann auch als Landstromnetz oder kurz als Landstrom oder „Shore Power“ bezeichnet werden. Die zweite AC-Last 220 kann auch als „Hotel Load“ des Wasserfahrzeugs bezeichnet werden.

Der erste AC-Bus 111 ist eingerichtet, um Energie mit einer ersten Wechselspannung zu empfangen, zu übertragen und abzugeben. Der zweite AC-Bus 112 ist eingerichtet, um Energie mit einer zweiten Wechselspannung zu empfangen, zu übertragen und abzugeben. Der dritte AC-Bus 113 ist eingerichtet, um Energie mit einer dritten Wechselspannung zu empfangen, zu übertragen und abzugeben. Ebenso ist das Versorgungsnetz 230 eingerichtet, um Energie mit der dritten Wechselspannung zu empfangen, zu übertragen und abzugeben. Der DC-Bus 130 ist eingerichtet, um Energie mit der Gleichspannung zu empfangen, zu übertragen und abzugeben. Somit liegt am erstem AC-Bus 111 die erste Wechselspannung, am zweiten AC-Bus 112 die zweite Wechselspannung, und am dritten AC-Bus 113 und dem Versorgungsnetz 230 die dritte Wechselspannung an. Am DC-Bus 130 liegt die Gleichspannung an.

Das Energieverteilungssystem 100 umfasst ferner einen Transformator 160. Der Transformator 160 ist für das Wasserfahrzeug (siehe Figur 3) ausgelegt. Der T ransformator 160 ist mit dem ersten AC- Bus 111 , mit dem zweiten AC-Bus 112 und dem dritten AC-Bus 113 verbunden.

Gemäß Ausführungsformen ist der T ransformator 160 eingerichtet, um den dritten AC-Bus 113 und damit das Versorgungsnetz 230 vom ersten AC-Bus 111 und vom zweiten AC-Bus 112 als Teil des Bordnetzes und umgekehrt galvanisch zu trennen. Alternativ oder zusätzlich ist der Transformator 160 eingerichtet, um jeden der ersten bis dritten AC-Busse 111 , 112, 113 galvanisch von jedem der anderen der ersten bis dritten AC-Busse zu trennen. D.h. die ersten bis dritten AC-Busse 111 , 112, 113 werden mittels des Transformators 1160 voneinander galvanisch getrennt.

Der Transformator 160 ist eingerichtet, um Energie mit jeder der ersten bis dritten Wechselspannung in Energie mit jeder der anderen der ersten bis dritten Wechselspannung umzuwandeln, beispielsweise indem der Transformator 160 den Effektivwert von jeder der ersten bis dritten Wechselspannung in den Effektivwert von jeder der anderen der ersten bis dritten Wechselspannungen umwandelt.

Der Transformator 160 kann eingerichtet sein, um Energie mit der ersten Wechselspannung in Energie mit der zweiten Wechselspannung umzuwandeln, um Energie mit der ersten Wechselspannung in Energie mit der zweiten Wechselspannung umzuwandeln, um Energie mit der dritten Wechselspannung in Energie mit der ersten Wechselspannung umzuwandeln, um Energie mit der dritten Wechselspannung in Energie mit der zweiten Wechselspannung umzuwandeln. Der Transformator 160 kann auch eingerichtet sein, um Energie mit der zweiten Wechselspannung in Energie mit der ersten Wechselspannung und um Energie mit der zweiten Wechselspannung in Energie mit der dritten Wechselspannung umzuwandeln.

Der Transformator 160 ist eingerichtet, um Energie zwischen den ersten bis dritten AC-Bussen 111 , 112, 113 zu übertragen. Genauer gesagt ist der Transformator 160 eingerichtet, um Energie vom ersten AC-Bus 111 zum zweiten AC-Bus 112 zu übertragen. Der Transformator 160 ist eingerichtet, um Energie vom ersten AC-Bus 111 zum dritten AC-Bus 113 zu übertragen. Der Transformator 160 ist eingerichtet, um Energie vom dritten AC-Bus 113 zum ersten AC-Bus 111 zu übertragen. Der Transformator 160 ist eingerichtet, um Energie vom dritten AC-Bus 113 zum zweiten AC-Bus 112 zu übertragen. Der Transformator 160 ist eingerichtet, um zumindest zwei oder alle dieser Funktionen gleichzeitig durchzuführen.

Hierzu ist der Transformator 160 eingerichtet, um jede von der ersten Wechselspannung des ersten AC-Busses 111 , der zweiten Wechselspannung des zweiten AC-Bus 112 und der dritten Wechselspannung des dritten AC-Busses 113 in die Wechselspannung von jedem der anderen der ersten bis dritten AC-Busse 111 , 112, 113 zu wandeln. Der Transformator 160 ist insbesondere dazu eingerichtet, um den Effektivwert von jeder der ersten bis dritten Wechselspannung in den Effektivwert von jeder der anderen der ersten bis dritten Wechselspannungen zu wandeln. Dementsprechend sind die Verhältnisse zwischen den Effektivwerten der Ströme der AC-Busse reziprok zu den Verhältnissen zwischen den Effektivwerten der Wechselspannungen der AC-Busse.

Genauer gesagt ist der Transformator 160 eingerichtet, um Energie mit der ersten Wechselspannung vom ersten AC-Bus 111 zu empfangen, diese in Energie mit der zweiten Wechselspannung zu wandeln und die gewandelte Energie an den zweiten AC-Bus 112 abzugeben. Der Transformator 160 ist eingerichtet, um Energie mit der ersten Wechselspannung vom ersten AC-Bus 111 zu empfangen, diese in Energie mit der dritten Wechselspannung zu wandeln und die gewandelte Energie an den dritten AC-Bus 113 abzugeben.

Der Transformator 160 ist ferner eingerichtet, um Energie mit der dritten Wechselspannung vom dritten AC-Bus 113 zu empfangen, diese in Energie mit der ersten Wechselspannung zu wandeln und die gewandelte Energie an den ersten AC-Bus 111 abzugeben. Der Transformator 160 ist ferner eingerichtet, um Energie mit der dritten Wechselspannung vom dritten AC-Bus zu 113 empfangen, diese in Energie mit der zweiten Wechselspannung zu wandeln und die gewandelte Energie an den zweiten AC-Bus 112 abzugeben.

Der Transformator 160 umfasst ein erstes Wicklungssystem, das mit dem ersten AC-Bus 111 verbunden ist, ein zweites Wicklungssystem, das mit dem zweiten AC-Bus 112 verbunden ist, und ein drittes Wicklungssystem, das mit dem dritten AC-Bus 113 verbunden ist. Die ersten bis dritten Wicklungssysteme sind um einen gemeinsamen Kern des Transformators 160 gewickelt.

Der Transformator 160 kann derart ausgestaltet sein, dass er ermöglicht, Unsymmetrien der Belastung, d.h. Unsymmetrien bei den Quellen und Senken, durch die Verwendung einer speziellen Schaltung, insbesondere einer Zickzackschaltung, auszugleichen. Der Transformator 160 kann also eine Zickzackschaltung aufweisen. Insbesondere kann das zweite Wicklungssystem des Transformators 160 eine Zickzackschaltung aufweisen. Denn im daran angeschlossenen Subsystem, d.h. dem zweiten AC-Bus 112 mit ggf. zumindest einer zweiten AC-Last 220, kann eine unsymmetrische Belastung auftreten. Bevorzugt können dafür Trafo-Schaltgruppen eingesetzt werden, die in der Lage sind, unsymmetrische Belastungen im zweiten AC-Bus 112 gegenüber den ersten und dritten AC-Bussen 111 und 113 zu kompensieren.

Insbesondere können das erste Wicklungssystem, das zweite Wicklungssystem und das dritte Wicklungssystem voneinander galvanisch getrennt sein, um die galvanische Trennung der ersten bis dritten AC-Busse 111 , 112, 113 voneinander zu realisieren. Der Transformator 160 ist eingerichtet, um Energie mit der ersten Wechselspannung, Energie mit der zweiten Wechselspannung und Energie mit der dritten Wechselspannung entsprechend vom ersten AC-Bus 111 über das erste Wicklungssystem, vom zweiten AC-Bus 112 über das zweite Wicklungssystem und vom dritten AC-Bus über das dritte Wicklungssystem zu empfangen und darüber entsprechend an den ersten AC-Bus 111 , den zweiten AC-Bus 112 und den dritten AC-Bus 113 abzugeben.

Somit liegt am erstem Wicklungssystem die erste Wechselspannung an, am zweiten Wicklungssystem liegt die zweite Wechselspannung an, und am dritten Wicklungssystem liegt die dritte Wechselspannung an. Der AC-DC-Stromrichter 150 ist eingerichtet, um Energie zwischen dem DC-Bus 130 und dem ersten AC-Bus 111 zu wandeln und auszutauschen. Genauer gesagt ist der AC-DC-Stromrichter 150 eingerichtet, um Energie vom ersten AC-Bus 111 an den DC-Bus 130 zu übertragen. Der AC-DC-Stromrichter 150 ist eingerichtet, um Energie vom DC-Bus 130 an den ersten AC-Bus zu übertragen. Hier ist der AC-DC-Stromrichter 150 eingerichtet, um Energie mit der ersten Wechselspannung vom ersten AC-Bus 111 zu empfangen und in Energie mit der Gleichspannung zu wandeln und die gewandelte Energie an den DC-Bus 130 abzugeben. Auch ist der AC-DC-Stromrichter 150 eingerichtet sein, um Energie mit der Gleichspannung vom DC-Bus 130 zu empfangen, in Energie mit der ersten Wechselspannung zu wandeln und die gewandelte Energie an den ersten AC-Bus 111 abzugeben.

Die Energiespeichervorrichtung 140 ist eine elektrische Energiespeichervorrichtung 140. Die Energiespeichervorrichtung 140 ist eingerichtet, um Energie zu empfangen und um die Energie zu speichern, wodurch sie geladen wird, und um die gespeicherte Energie abzugeben, wodurch sie entladen wird. Die Energiespeichervorrichtung 140 ist oder umfasst eine Batterie mit einem Batteriemodul oder mit mehreren in Reihe und/oder parallel geschalteten Batteriemodulen. Das eine Batteriemodul bzw. die mehreren Batteriemodule umfassen jeweils eine oder mehrere, in Reihe und/oder parallel geschaltete Batteriezellen (nicht gezeigt). Die eine oder mehreren Batteriezellen können Lithium-basiert, insbesondere Lithium-lonen-basiert, sein. Gemäß Ausführungsformen kann die Energiespeichervorrichtung 140 mehrere Batterien umfassen. In diesem Fall kann die Energiespeichervorrichtung 140 als Batteriebank ausgebildet sein.

Das Energieverteilungssystem 100, insbesondere der dritte AC-Bus 113, kann mit dem Versorgungsnetz 230 elektrisch verbunden sein oder verbindbar sein. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen ist das Energieverteilungssystem 100 bzw. der dritte AC-Bus 113 lösbar mit dem Versorgungsnetz 230 verbunden oder verbindbar.

Gemäß der in den Figuren gezeigten Ausführungsform umfasst das Energieverteilungssystem 100 ferner ein Versorgungsnetz-Anschlusselement 180. Das Versorgungsnetz-Anschlusselement 180 ist eingerichtet sein, um den dritten AC-Bus 113 mit einem AC- Versorgungsnetz 180 elektrisch zu verbinden. Anders gesagt kann der dritte AC-Bus 113 mittels des Versorgungsnetz- Anschlusselements 180 mit dem Versorgungsnetz 230 elektrisch verbindbar sein oder verbunden sein. Insbesondere dritte AC-Bus 113 kann mittels des Versorgungsnetz-Anschlusselements an das Versorgungsnetz 230 anschließbar sein. Der dritte AC-Bus 113 ist eingerichtet, um Energie mit der dritten Wechselspannung von dem Versorgungsnetz 230 zu empfangen ist eingerichtet, um Energie mit der dritten Wechselspannung an das Versorgungsnetz 230 abzugeben.

Wie mit Bezug auf Figur 3 gezeigt, kann das Versorgungsnetz-Anschlusselement 180 als ein Kabel mit einem Stecker ausgebildet sein. Gemäß alternativen Ausführungsformen ist das Versorgungsnetz-Anschlusselement 180 als Stecker oder Steckdose zum Verbinden mit einem Kabel des Versorgungsnetzes 230 ausgebildet.

Das Energieverteilungssystem 100, insbesondere der zweite AC-Bus 112, ist mit der zumindest einen zweiten AC-Last 220 des Wasserfahrzeugs elektrisch verbunden oder damit verbindbar. Gemäß Ausführungsformen ist das Energieverteilungssystem 100 bzw. der zweite AC-Bus 112 lösbar mit der zumindest einen zweiten AC-Last 220 verbunden oder verbindbar. Gemäß Ausführungsformen ist das Energieverteilungssystem 100 bzw. der zweite AC-Bus 112 direkt mit zumindest einer zweiten AC-Last 220 verbunden bzw. damit verbindbar. Mit anderen Worten ist die zweite AC-Last 220 mit dem zweiten AC-Bus 112 verbunden.

Alternativ oder zusätzlich umfasst das Energieverteilungssystem 100 zumindest ein Last- Anschlusselement 170. Das Last-Anschlusselement 170 ist eingerichtet, um den zweiten AC-Bus 112 mit der zumindest einen zweiten AC-Last 220 zu verbinden. Anders gesagt kann die zweite AC-Last mittels des Last-Anschlusselements 170 mit dem zweiten AC-Bus 112 verbunden sein oder verbindbar sein. Insbesondere kann der zweite AC-Bus 112 mittels des Last- Anschlusselements 112 an die zweite AC-Last 220 anschließbar sein oder die zweite AC-Last 220 kann mittels des Last-Anschlusselements 170 an den zweiten AC-Bus 112 anschließbar sein.

Beim Energieverteilungssystem 100 gemäß Figur 1 ist der zweite AC-Bus 112 mittels eines Last- Anschlusselements 170 mit einer zweiten AC-Last 220 verbunden. Wie mit Bezug auf Figur 3 gezeigt, kann das Last-Anschlusselement 170 als ein Kabel ausgebildet sein, das einen Stecker aufweisen kann. Gemäß alternativen Ausführungsformen ist das Last-Anschlusselement 170 als Stecker oder Steckdose zum Verbinden mit einem Kabel der zweiten AC-Last 220 ausgebildet sein.

Die erste AC-Last 210 ist mit dem ersten AC-Bus 111 verbunden oder damit verbindbar. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen ist die erste AC-Last 210 fest mit dem ersten AC-Bus 111 verbunden. Der erste AC-Bus 111 ist eingerichtet, um Energie an die erste AC-Last 210 zu übertragen und abzugeben. Die erste AC-Last 210 ist eingerichtet, um Energie von dem ersten AC- Bus 210 zu empfangen und um damit betrieben zu werden.

Die erste AC-Last 210 kann als Asynchronmotor ausgebildet sein oder diesen umfassen. Gemäß Ausführungsformen kann der Asynchronmotor direkt mit dem ersten AC-Bus 111 verbunden sein, d.h. direkt auf den ersten AC-Bus 111 aufgeschaltet sein. Diese Ausgestaltung des Asynchronmotors ist beispielsweise dann möglich, wenn keine Drehzahlregelung der ersten AC- Last 210 bzw. des Asynchronmotors erforderlich ist. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Asynchronmotor doppelt gespeist sein und/oder die erste AC-Last 210 kann eine Schaltung zur Drehzahlregelung des Asynchronmotors umfassen.

Die erste AC-Last 210 kann als Elektro-Motor, insbesondere als Elektro-Hilfsmotor oder Elektro- Antriebsmotor zum Bewegen des Wasserfahrzeugs auf dem Wasser, ausgebildet sein oder diesen umfassen. Die erste AC-Last 210 kann eine Steuereinheit zum Steuern der Schaltung und/oder des Elektro-Motors aufweisen.

Gemäß Ausführungsformen ist die zumindest eine zweite AC-Last 220 als Nebenverbraucher des Wasserfahrzeugs ausgebildet. Beispielsweise kann die zumindest eine zweite AC-Last 220 eine Klimaanlage, eine Heizung, eine Kühlung, eine Lichtanlage oder eine elektrische Energieversorgungseinheit für elektrische Geräte von Benutzern auf dem Wasserfahrzeug sein oder eines davon umfassen. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Wasserfahrzeug mehrere, zumindest zwei zweite AC-Lasten 220.

Der zweite AC-Bus 112 ist eingerichtet, um Energie an die zweite AC-Last 220 zu übertragen abzugeben. Die zweite AC-Last 220 ist eingerichtet, um Energie von dem zweiten AC-Bus 220 zu empfangen und um damit betrieben zu werden. Beispielsweise wird mit der Energie vom AC-Bus 112 der die Klimaanlage, um das Wasserfahrzeug zu kühlen oder zu heizen, oder um Licht zu erzeugen, beispielsweise um das Wasserfahrzeug zu beleuchten, oder um die elektrischen Geräte mit Energie zu versorgen.

Die Effektivwerte von zumindest zwei der ersten Wechselspannung, der zweiten Wechselspannung und der dritten Wechselspannung können verschieden voneinander sein. Gemäß Ausführungsformen hat die erste Wechselspannung einen Effektivwert von ungefähr 200 V oder 400V, die zweite Wechselspannung hat einen Effektivwert von ungefähr 400 V und die dritte Wechselspannung hat einen Effektivwert von weniger als 1 kV, insbesondere ungefähr 115 V, 230 V, 400 V, 500 V, 690 V oder 800 V. Die Effektivwerte der ersten bis dritten Wechselspannungen können gleich sein. Gemäß Ausführungsformen hat die erste Wechselspannung einen Effektivwert von ungefähr 400 V, die zweite Wechselspannung hat einen Effektivwert von ungefähr 400 V und die dritte Wechselspannung hat einen Effektivwert von ungefähr 400 V.

Die Frequenz der ersten bis dritten Wechselspannungen kann gleich sein. Gemäß Ausführungsformen weisen die ersten bis dritten Wechselspannungen eine Frequenz von ungefähr 50 Hz auf. Auch entspricht eine Wechselspannung des Versorgungsnetzes der dritten Wechselspannung des dritten AC-Busses. Die Wechselspannung des Versorgungsnetzes kann demnach ebenfalls einen Effektivwert von weniger als 1 kV, insbesondere ungefähr 115 V, 230 V, 400 V, 500 V, 690 V oder 800 V aufweisen.

Wie in Figur 1 veranschaulicht, kann der Transformator als Dreiphasen-Transformator ausgebildet sein. In diesem Fall können die ersten bis dritten AC-Busse 111 , 112, 113 jeweils als Dreiphasenwechselstromsystem ausgebildet sein und somit drei Phasen aufweisen. Demnach können die erste Wechselspannung, die zweite Wechselspannung und die dritte Wechselspannung jeweils eine dreiphasige Wechselspannung sein und somit drei Phasen aufweisen.

Hier kann das erste Wicklungssystem des Transformators 160 drei erste Wicklungen aufweisen, die entsprechend mit den drei Phasen des ersten AC-Busses 111 verbunden sind. Auch kann das zweite Wicklungssystem des Transformators 160 drei zweite Wicklungen aufweisen, die entsprechend mit den drei Phasen des zweiten AC-Busses 112 verbunden sind. Ferner kann das dritte Wicklungssystem des Transformators 160 drei dritte Wicklungen aufweisen, die entsprechend mit den drei Phasen des dritten AC-Busses 113 verbunden sind. Auch kann der AC-DC- Stromrichter 150 hier dreiphasig ausgebildet sein und somit drei Phasen aufweisen. Hier können die drei Phasen des AC-DC-Stromrichters 150 mit den drei Phasen des ersten AC-Busses 111 entsprechend verbunden sein. Auch kann das Versorgungsnetz 230 als Dreiphasenwechselstromsystem ausgebildet sein.

Gemäß Ausführungsformen kann der DC-Bus 130 zum Verbinden mit einer DC-Last (nicht gezeigt) eingerichtet sein. Die DC-Last ist mit dem DC-Bus 130 verbunden oder damit verbindbar. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen ist die DC-Last fest mit dem DC-Bus 130 verbunden. Der DC-Bus 130 ist eingerichtet, um Energie an die DC-Last zu übertragen und abzugeben. Die DC-Last ist eingerichtet, um Energie von dem DC-Bus 130 zu empfangen und um damit betrieben zu werden. Hier kann die DC-Last als Elektro-Motor, insbesondere als Elektro-Hilfsmotor oder Elektro- Antriebsmotor zum Bewegen des Wasserfahrzeugs auf dem Wasser, ausgebildet sein oder diesen umfassen.

Die DC-Last kann gemäß Ausführungsformen einen DC-DC-Stromrichter und einen elektrisch gesteuerten Elektro-Motor umfassen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die DC-Last einen DC-AC-Stromrichter und einen Elektro-Motor umfassen. Der Elektro-Motor kann als Synchronmotor, vorzugsweise permanent erregt, Asynchronmotor oder Reluktanzmotor ausgebildet sein. Die DC-Last kann eine Steuereinheit zum Steuern des DC-AC-Stromrichters und/oder des Elektro-Motors aufweisen.

Der DC-AC-Stromrichter kann eingerichtet sein, um Energie zwischen dem DC-Bus 130 und dem Elektro-Motor zu wandeln und auszutauschen. Genauer gesagt kann der DC-AC-Stromrichter eingerichtet sein, um Energie vom DC-Bus 130 an den Elektro-Motor zu übertragen.

Hier kann der DC-AC-Stromrichter eingerichtet sein, um Energie mit der Gleichspannung vom DC- Bus 130 zu empfangen und in Energie mit einer Wechselspannung zu wandeln und die gewandelte Energie an den Elektro-Motor abzugeben. Die Wechselspannung der an den Elektro-Motor abgegebenen Energie kann eine dreiphasige Wechselspannung sein. Mit anderen Worten kann der DC-AC-Stromrichter eine dreiphasige AC-Seite aufweisen.

Figur 2A-2D zeigen eine Verteilung von Energie durch das Energieverteilungssystem gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung für verschiedene Fälle. Energieverluste der Busse, des AC-DC-Wandlers und des Transformators werden im Folgenden nicht berücksichtigt.

Ein erster Fall ist in Figur 2A veranschaulicht und kann beispielsweise eintreten, wenn das Versorgungsnetz 230 nicht an den dritten AC-Bus 113 angeschlossen ist, beispielsweise, wenn sich das Wasserfahrzeug außerhalb eines Hafens bzw. auf See befindet.

Das Energieverteilungssystem 100 ist hier eingerichtet, um gleichzeitig Energie von der Energiespeichervorrichtung 140 über den DC-Bus 130 und den bidirektionalen AC-DC-Stromrichter 150 an den ersten AC-Bus 111 und weiter an die erste AC-Last 210 zu übertragen, zum Versorgen und Betreiben der zumindest einen ersten AC-Last 210 mit Energie von der Energiespeichervorrichtung 140, und Energie von der Energiespeichervorrichtung 140 über den DC-Bus 130, den bidirektionalen AC-DC-Stromrichter 150, den ersten AC-Bus 111 und den Transformator 160 an den zweiten AC-Bus 112 und weiter an die zweite AC-Last 220 zu übertragen, zum Versorgen und Betreiben der zumindest einen zweiten AC-Last 220 mit Energie von der Energiespeichervorrichtung 140.

Hier gibt die Energiespeichervorrichtung 140 Energie 310 mit der Gleichspannung an den DC-Bus 130 ab, der die Energie 310 empfängt und an den AC-DC-Stromrichter 150 überträgt. Der AC-DC- Stromrichter 150 empfängt die Energie 310 mit der Gleichspannung, wandelt diese Energie mit der ersten Wechselspannung für den ersten AC-Bus 111 und gibt sie dorthin ab. Der erste AC-Bus 111 empfängt die Energie 310 mit der ersten Wechselspannung und überträgt einen ersten Teil 321 der Energie 310 an die erste AC-Last 210. Die erste AC-Last 210 empfängt diesen ersten Teil 321 der Energie 310, um damit betrieben zu werden.

Der erste AC-Bus 111 überträgt einen zweiten Teil 322 der Energie 310 an den Transformator 160. Der Transformator 160 empfängt den zweiten Teil 322 der Energie 310 mit der ersten Wechselspannung, wandelt ihn in Energie mit der zweiten Wechselspannung für den zweiten AC- Bus 112 und gibt den zweiten Teil 322 dorthin ab. Der zweite AC-Bus 112 überträgt ihn an die zumindest eine zweite AC-Last 220. Die zumindest eine zweite AC-Last 220 empfängt den zweiten Teil 322, um damit betrieben zu werden. Es kann auch die Energie 310 vollständig an die erste AC- Last 210 übertragen werden, d.h. es wird kein zweiter Teil 322 an die zweite AC-Last 220 übertragen, oder die Energie 310 kann vollständig an die zumindest eine zweite Last 220 übertragen werden, d.h. es wird kein erster Teil 321 an die erste AC-Last 210 übertragen.

Hier kann Energieverteilungssystem 100 alternativ oder zusätzlich eingerichtet sein, um gleichzeitig Energie von der Energiespeichervorrichtung 140 über den DC-Bus 130 und an die DC-Last zu übertragen, zum Versorgen und Betreiben der DC-Last mit Energie von der Energiespeichervorrichtung 140, und Energie von der Energiespeichervorrichtung 140 über den DC-Bus 130, den bidirektionalen AC-DC-Stromrichter 150, den ersten AC-Bus 111 und den Transformator 160 an den zweiten AC-Bus 112 und weiter an die zweite AC-Last 220 zu übertragen, zum Versorgen und Betreiben der zumindest einen zweiten AC-Last 220 mit Energie von der Energiespeichervorrichtung 140.

Ein zweiter Fall ist in Figur 2B veranschaulicht und kann beispielsweise eintreten, wenn das Versorgungsnetz 230 zur Verfügung steht und der dritte AC-Bus 113 daran angeschlossen ist, beispielsweise, wenn sich das Wasserfahrzeug in einem Hafen befindet. In diesem Fall kann die erste AC-Last 210 ausgeschaltet sein. Hier kann auch die DC-Last ausgeschaltet sein. Hier kann das Energieverteilungssystem 100 eine Peak-Shaving-Funktion für das Versorgungsnetz erfüllen.

Hier ist das Energieverteilungssystem 100 eingerichtet, um gleichzeitig Energie von der Energiespeichervorrichtung 140 über den DC-Bus 130, den bidirektionalen AC-DC-Stromrichter 150, den ersten AC-Bus 111 und den Transformator 160 an den zweiten AC-Bus 112 und weiter an die zweite AC-Last 220 zu übertragen, zum Versorgen und Betreiben der zumindest einen zweiten AC-Last 220 mit Energie von der Energiespeichervorrichtung 140, und Energie von der Energiespeichervorrichtung 140 über den DC-Bus, den bidirektionalen AC-DC-Stromrichter 150, den ersten AC-Bus 111 und den T ransformator 160 an den dritten AC-Bus 113 und weiter an das Versorgungsnetz 230 zu übertragen, zum Einspeisen von Energie von der Energiespeichervorrichtung 140 in das Versorgungsnetz 230.

Hier gibt die Energiespeichervorrichtung 140 Energie 410 mit der Gleichspannung an den DC-Bus 130 ab, der die Energie 410 an den AC-DC-Stromrichter 150 überträgt. Der AC-DC-Stromrichter 150 empfängt die Energie 410 mit der Gleichspannung, wandelt sie in Energie 410 mit der ersten Wechselspannung für den ersten AC-Bus 111 und überträgt sie dorthin. Der erste AC-Bus 111 überträgt die Energie 410 an den T ransformator 160. Der T ransformator 160 empfängt die Energie 410 und wandelt einen ersten Teil 421 davon in Energie mit der zweiten Wechselspannung für den zweiten AC-Bus 112 und gibt den ersten Teil 421 dorthin ab. Der Transformator 160 wandelt ferner einen zweiten Teil 422 von der Energie 410 in Energie mit der dritten Wechselspannung und gibt den zweiten Teil 422 dorthin ab.

Der zweite AC-Bus 112 überträgt den ersten Teil 421 an die zumindest eine zweite AC-Last 220. Die zumindest eine zweite AC-Last 220 empfängt den ersten Teil 421 , um damit betrieben zu werden. Der dritte AC-Bus 113 überträgt den zweiten Teil 422 an das Versorgungsnetz 230, damit dieser in das Versorgungsnetz 230 eingespeist wird. Alternativ wandelt der Transformator 160 die Energie 410 mit der ersten Wechselspannung vollständig in Energie mit der zweiten Wechselspannung für den zweiten AC-Bus 112 oder wandelt die Energie mit der ersten Wechselspannung vollständig in Energie mit der dritten Wechselspannung für den dritten AC-Bus 113. Demnach wird im ersten Fall die Energie 410 vollständig an die zweite AC-Last 220 übertragen, d.h. es wird kein zweiter Teil 422 an den dritten AC-Bus 113 bzw. das Versorgungsnetz 230 übertragen und im zweiten Fall wird die Energie 410 vollständig an den dritten AC-Bus 113 bzw. das Versorgungsnetz 230 übertragen, d.h. es wird kein erster Teil 421 an die zweite AC-Last 220 übertragen.

Ein dritter Fall ist in Figur 2C veranschaulicht und kann beispielsweise eintreten, wenn das Versorgungsnetz 230 zur Verfügung steht und der dritte AC-Bus 113 daran angeschlossen ist, beispielsweise, wenn sich das Wasserfahrzeug in einem Hafen befindet. Hier kann die erste AC- Last 210 ausgeschaltet sein. Auch kann die DC-Last ausgeschaltet sein. Dadurch können gleichzeitig die Energiespeichervorrichtung 140 geladen und die zweite AC-Last 220, beispielsweise ein Nebenverbraucher des Wasserfahrzeugs, betrieben werden. Hier kann das Energieverteilungssystem 100 ebenfalls eine Peak-Shaving-Funktion für das Versorgungsnetz erfüllen. Hier ist das Energieverteilungssystem 100 eingerichtet, um gleichzeitig Energie vom Versorgungsnetz 230 über den dritten AC-Bus 113, den Transformator 160, den ersten AC-Bus 111 und den bidirektionalen AC-DC-Stromrichter 150 an den DC-Bus 130 und weiter an die Energiespeichervorrichtung 140 zu übertragen, zum Laden der Energiespeichervorrichtung 140 mit Energie von dem Versorgungsnetz 230, und Energie von dem Versorgungsnetz 230 über den dritten AC-Bus 113 und den Transformator 160 an den zweiten AC-Bus 112 und weiter an die zumindest eine zweite AC-Last 220 zu übertragen, zum Versorgen und Betreiben der zumindest einen zweiten AC-Last 220 mit Energie von dem Versorgungsnetz 230.

Hier gibt das Versorgungsnetz 230 Energie 510 mit der dritten Wechselspannung an den dritten AC-Bus 113 ab. Der dritte AC-Bus 113 überträgt die Energie 510 an den Transformator 160. Der Transformator 160 empfängt die Energie 510 mit der dritten Wechselspannung vom dritten AC-Bus 113 und wandelt einen ersten Teil 521 der Energie 510 in Energie mit der zweiten Wechselspannung für den zweiten AC-Bus und gibt den ersten Teil 521 dorthin ab. Ferner wandelt der Transformator 160 einen zweiten Teil 522 der Energie 510 in Energie mit der ersten Wechselspannung und übergibt den zweiten Teil 522 dorthin ab. Der zweite AC-Bus 112 überträgt den ersten Teil 521 an die zumindest eine zweite AC-Last 220. Die zumindest eine zweite AC-Last 220 empfängt den ersten Teil 522 der Energie 510, um damit betrieben zu werden. Der erste AC- Bus 111 überträgt den zweiten Teil 522 der Energie 510 an den AC-DC-Stromrichter 130. Der AC- DC-Stromrichter 130 empfängt den zweiten Teil 522, wandelt den zweiten Teil 522 der Energie 510 in Energie mit der Gleichspannung für den DC-Bus 130 und gibt ihn dorthin ab. Der DC-Bus 130 überträgt den zweiten Teil 522 an die Energiespeichervorrichtung 140, die ihn empfängt, um damit geladen zu werden.

Alternativ wandelt der Transformator 160 die Energie 510 mit der dritten Wechselspannung vollständig in Energie mit der zweiten Wechselspannung für den zweiten AC-Bus 112 oder wandelt die Energie 510 mit der dritten Wechselspannung vollständig in Energie mit der ersten Wechselspannung für den ersten AC-Bus 111. Demnach wird im ersten Fall die Energie 510 vollständig an die zweite AC-Last 220 übertragen, d.h. es wird kein zweiter Teil 522 an den ersten AC-Bus 111 bzw. an die Energiespeichervorrichtung 140 übertragen und im zweiten Fall wird die Energie 510 vollständig an den ersten AC-Bus 111 bzw. an die Energiespeichervorrichtung 140 übertragen, d.h. es wird kein erster Teil 521 an die zweite AC-Last 220 übertragen.

Ein vierter Fall ist in Figur 2D veranschaulicht und kann beispielsweise eintreten, wenn das Versorgungsnetz 230 zur Verfügung steht und der dritte AC-Bus 113 daran angeschlossen ist, beispielsweise, wenn sich das Wasserfahrzeug in einem Hafen befindet. Dadurch kann die zweite AC-Last 220 sowohl mit Energie aus der Energiespeichervorrichtung 140 als auch mit Energie aus dem Versorgungsnetz 230 betrieben werden. Die Energiespeichervorrichtung 140 kann also die Versorgung der zweiten AC-Last 220 unterstützen. Hier kann die erste AC-Last 210 ausgeschaltet sein. Auch kann die DC-Last ausgeschaltet sein.

Hier ist das Energieverteilungssystem 100 eingerichtet, um gleichzeitig Energie vom Versorgungsnetz 230 über den dritten AC-Bus 113 und den Transformator 160 an den zweiten AC- Bus 112 und weiter an die zweite AC-Last 220 zu übertragen und Energie von der Energiespeichervorrichtung 140 über den DC-Bus 130, den bidirektionalen AC-DC-Stromrichter 150, den ersten AC-Bus 111 und den Transformator 160 an den zweiten AC-Bus 112 und weiter an die zumindest eine zweite AC-Last 220 zu übertragen, zum gleichzeitigen Versorgen und Betreiben der zumindest einen zweiten AC-Last 220 mit Energie von der Energiespeichervorrichtung 140 und von dem Versorgungsnetz 230.

Hier gibt die Energiespeichervorrichtung 140 Energie 611 als Energie mit der Gleichspannung an den DC-Bus 130 ab, der die Energie 611 an den AC-DC-Stromrichter 150 überträgt. Der AC-DC- Stromrichter 150 empfängt die Energie 611 , wandelt sie in Energie mit der ersten Wechselspannung für den ersten AC-Bus 111 und überträgt sie dorthin. Der erste AC-Bus 111 überträgt die Energie 611 an den Transformator 160. Gleichzeitig gibt das Versorgungsnetz 230 Energie 612 mit der dritten Wechselspannung an den dritten AC-Bus 113 ab. Der dritte AC-Bus 113 überträgt die Energie 612 an den Transformator 160.

Der Transformator 160 empfängt die Energie 612 mit der dritten Wechselspannung vom dritten AC- Bus113 und die Energie 611 mit der ersten Wechselspannung vom ersten AC-Bus 111 und wandelt die Summe 620 der Energie 612 und der Energie 611 in Energie mit der zweiten Wechselspannung für den zweiten AC-Bus 112 und gibt sie dorthin ab. Der zweite AC-Bus 112 überträgt die Summe 620 der Energien 611 , 612 an die zumindest eine zweite AC-Last 220. Die zumindest eine zweite AC-Last 220 empfängt die Summe 620 deren Energien 611 , 612, um damit betrieben zu werden.

Alternativ gibt nur die Energiespeichervorrichtung 140 Energie 611 mit der Gleichspannung ab, d.h. das Versorgungsnetz 230 gibt keine Energie 612 ab, oder es gibt nur das Versorgungsnetz 230 die Energie 612 mit der dritten Wechselspannung ab, d.h. die Energiespeichervorrichtung 140 gibt keine Energie 611 ab. Im ersten Fall wird die zumindest eine zweite AC-Last 220 nur mit Energie 611 von der Energiespeichervorrichtung 140 betrieben, und im zweiten Fall wird die zumindest eine zweite AC-Last 220 nur mit Energie 612 von dem Versorgungsnetz 230 betrieben.

Die erste AC-Last 210, die zweite AC-Last 220 und die DC-Last stellen (Energie-)Senken dar, da sie zu ihrem Betrieb mit Energie versorgt werden. Die Energiespeichervorrichtung 140 stellt beim Laden ebenfalls eine Senke dar. Beim Entladen stellt die Energiespeichervorrichtung 140 eine (Energie-)Quelle dar. Das Versorgungsnetz 230 stellt ebenfalls eine Quelle dar.

Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Transformators und eines Energieverteilungssystems für ein Wasserfahrzeug gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das in Figur 3 veranschaulichte Energieverteilungssystem unterscheidet sich im Wesentlichen nicht von dem in Figur 1 veranschaulichten Energieverteilungssystem bis auf die nachfolgend dargestellten Unterschiede. Zudem sind mit Bezug auf Figur 3 weitere Details des Energieverteilungssystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erläutert. Figur 3 zeigt eine schematische, stark vereinfachte Ansicht des Transformators 160. In der Praxis wird vorzugsweise ein Transformator 160 mit geschlossenem Magnetkreis verwendet.

Das in Figur 3 veranschaulichte Energieverteilungssystem 200 ist als einphasiges Energieverteilungssystem gezeigt. Hier ist der T ransformator 160 als einphasiger T ransformator ausgebildet. Entsprechend sind die ersten bis dritten AC-Busse 111 , 112, 113 jeweils als einphasiges Wechselstromsystem ausgebildet und haben somit eine Phase. Demnach sind die erste Wechselspannung, die zweite Wechselspannung und die dritte Wechselspannung jeweils eine einphasige Wechselspannung. Das erste Wicklungssystem 161 des Transformators 160 umfasst eine erste Wicklung, die mit der einen Phase des ersten AC-Busses 111 verbunden ist. Das zweite Wicklungssystem 162 des Transformators 160 umfasst eine zweite Wicklung, die mit der einen Phase des zweiten AC-Busses 112 verbunden ist. Ferner umfasst das dritte Wicklungssystem 163 des Transformators 160 eine dritte Wicklung, die mit der einen Phase des dritten AC-Busses verbunden ist. Entsprechend ist das Versorgungsnetz (nicht gezeigt) als einphasiges Wechselstromsystem ausgebildet sein. Die ersten bis dritten Wicklungssysteme 161 , 162, 163 des Transformators 160 sind um einen gemeinsamen Kern 164 gewickelt. Der AC-DC- Stromrichter 150 ist hier ebenfalls einphasig ausgebildet.

Auch umfasst der AC-DC-Stromrichter 150 hier ein Netzfilter 151 zum Filtern von durch das Versorgungsnetz an das Energieverteilungssystem 100, insbesondere an den dritten und ersten AC-Bus 111 , 113, übertragenen Störungen und/oder zum Filtern von taktfrequenten Störungen und/oder Oberwellen, die durch den AC-DC-Stromrichter 150 erzeugt werden. Durch das Netzfilter 151 können somit Störungen aufgrund einer Schaltfrequenz des AC-DC-Stromrichters 150, die bei leistungsstarken IGBT-Umrichtern im Bereich von 1 bis 20 kHz und bei Umrichtern mit schnellen IGBTs, MOSFETs oder SiC-basierten Leistungshalbleitern auch zwischen 20 kHz und 100 kHz liegen können, eliminiert bzw. vom Versorgungsnetz 230 ferngehalten werden. Das Netzfilter 150 kann als Tiefpassfilter ausgebildet sein oder dieses umfassen.

In Figur 3 sind zudem die Energieübertragung von und zum Versorgungsnetz über den dritten AC- Bus 113, die Energieübertragung zu der zumindest einen zweiten AC-Last über den zweiten AC- Bus 112 und die Energieübertragung von und zur Energiespeichervorrichtung 140 und zur ersten AC-Last 210 über den zumindest einen ersten AC-Bus 111 durch entsprechende (Doppel-)Pfeile veranschaulicht.

Figur 4 zeigt ein Wasserfahrzeug gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Wasserfahrzeug 1000 kann beispielsweise als Boot, Schiff oder Fähre ausgebildet sein. Figur 4 zeigt die Situation, dass sich das Wasserfahrzeug im Hafen 1100 befindet.

Das Versorgungsnetz 230 ist an Land, insbesondere im Hafen 1100, angeordnet.

Das Wasserfahrzeug 1000 umfasst ein Energieverteilungssystem 300 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, beispielsweise die Energieverteilungssysteme 100, 200 der Figur 1 , 2A-2D und 3. Hier ist das Energieverteilungssystem 300 im Wasserfahrzeug 1000 angeordnet. Das Wasserfahrzeug 1000 umfasst als erste AC-Last 210 einen Elektro-Antriebsmotor zum Antreiben und Bewegen des Wasserfahrzeugs auf dem Wasser. Alternativ kann das Wasserfahrzeug als DC- Last einen Elektro-Antriebsmotor zum Antreiben und Bewegen des Wasserfahrzeugs auf dem Wasser umfassen. Ferner umfasst das Wasserfahrzeug 1000 als zweite AC-Last 220 eine Klimaanlage.

Die erste AC-Last 210 ist über den ersten AC-Bus 111 mit dem Energieverteilungssystem 100 verbunden. Die zweite AC-Last 220 ist direkt über den zweiten AC-Bus 112 mit dem Energieverteilungssystem 100 verbunden. Ferner ist das Energieverteilungssystem 100 über das Versorgungsnetz-Anschlusselement 180 mit dem Versorgungsnetz 230 verbunden. Das Versorgungsnetz-Anschlusselement 180 ist hier als Kabel mit einem Stecker ausgebildet. Mit dem Versorgungsnetz-Anschlusselement 180 kann also das Energieverteilungssystem 100, genauer gesagt der dritte AC-Bus 113 davon, an das Versorgungsnetz 230 angeschlossen werden. Die vorliegende Offenbarung sieht also vor, den Transformator 160 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in oder auf dem Wasserfahrzeug 1000 anzuordnen. Der Transformator 160 ist für eine Netzfrequenz, d.h. die Frequenz der Wechselspannung des Versorgungsnetzes 230 ausgelegt. Der Transformator 160 umfasst drei Wicklungssysteme 161 , 162, 163 für die ersten bis dritten AC-Busse 111 , 112, 113, um die ersten bis dritten Wechselspannungen zwischen den AC- Bussen 111 , 112, 113 zu wandeln. Der Transformator 160 trennt die ersten bis dritten AC-Busse 111 , 112, 113 untereinander galvanisch und trennt insbesondere das Versorgungsnetz 230 von dem ersten AC-Bus 111 und dem zweiten AC-Bus 112 galvanisch. Zudem ist der AC-DC- Stromrichter 150 bidirektional ausgebildet.

Wenn das Versorgungsnetz 230 zur Verfügung steht, beispielsweise wenn sich das Wasserfahrzeug 1000 wie in Figur 4 in einem Hafen 1100 befindet, kann das Energieverteilungssystem 100, 200, 300 über den Transformator 160 mit Energie aus dem Versorgungsnetz 230 versorgt werden. Insbesondere kann die Energiespeichervorrichtung 140 mit Energie aus dem Versorgungsnetz 230 zum Laden der Energiespeichervorrichtung 140 versorgt werden und die zweite AC-Last 220 kann mit Energie aus dem Versorgungsnetz 230 zum Betreiben der zweiten AC-Last 220 versorgt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite AC-Last 220 auch mit Energie aus der Energiespeichervorrichtung 140 versorgt werden. Hierbei sind die Energiespeichervorrichtung 140, die zweite AC-Last 220 und auch die erste AC-Last 210 bzw. die DC-Last galvanisch getrennt und somit potentialgetrennt vom Versorgungsnetz 230. Genauer gesagt kann über den Transformator 160 und den bidirektionale AC-DC-Stromrichter 150 Energie zum Laden der Energiespeichervorrichtung 140 bereitgestellt werden. Auch kann über den bidirektionalen-AC-DC-Stromrichter 150 und den Transformator 160 die Versorgung der zweiten AC-Last 220 unterstützt werden. Die Versorgung der zumindest einen zweiten AC-Last 220 sowohl mit Energie aus dem Versorgungsnetz 230 als auch mit Energie aus der Energiespeichervorrichtung 140 kann auch als bivalente Hotel-Load-Versorgung bezeichnet werden.

Wenn das Versorgungsnetz 230, d.h. der Landstrom, nicht zur Verfügung steht, beispielsweise, wenn sich das Wasserfahrzeug 1000 auf Fahrt auf See oder entfernt von einem Hafen 1100 befindet, können die erste AC-Last 210 und die zweite AC-Last 220 mittels des bidirektionalen AC- DC-Stromrichters 150 und des Transformators 160 mit Energie aus der Energiespeichervorrichtung 140 versorgt werden. Da der Inverter 150 bidirektional arbeiten kann, kann er die Versorgung der zumindest einen zweiten AC-Last 220, d.h. der Nebenverbraucher, unterstützen bzw. ausschließlich selbst übernehmen, wenn kein Landstrom zur Verfügung steht. Der Inverter 150 kann als dreiphasiger Inverter über ein Netzfilter 151 aus dem AC- Versorgungsnetz bidirektional DC-Spannung zum Laden der Energiespeichervorrichtung 140, beispielsweise Batterien, bzw. AC-Spannung zum Versorgen der ersten AC-Last 210, beispielsweise eines Elektro-Motors, bereitstellen. Der Inverter 150 kann als Motorinverter ausgebildet sein. Der Inverter 150 umfassend das Netzfilter 151 kann auch als AFE („Active Front End“) bezeichnet werden.

Bei dieser Lösung wird also ein Stromrichter bzw. eine Wandlungsstufe eingespart. Dadurch ergibt sich ein signifikanter Vorteil im Gesamtwirkungsgrad bei Versorgung durch das Versorgungsnetz 230. Zusätzlich können die Anzahl der Komponenten des Energieverteilungssystems 100, 200, 300 und deren Komplexität reduziert werden. Hieraus ergibt sich eine Erhöhung der Zuverlässigkeit des Energieverteilungssystems 100, 200, 300 bei sinkenden Kosten. Darüber hinaus kann das Energieverteilungssystem 100, 200, 300 beim Anschluss an das Versorgungsnetz 230 eine Peak- Shaving-Funktion übernehmen.

Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Bezuqszeichenliste

100, 200, 300 Energieverteilungssystem

111 , 112, 113 AC-Busse 130 DC-Bus

140 Energiespeichervorrichtung

150 AC-DC-Stromrichter

151 Netzfilter

160 Transformator 161 , 162, 163 Wicklungssysteme

163 Kern

170 Last-Anschlusselement

180 Versorgungsnetz-Anschlusselement

210 erste AC- Last

220 zweite AC- Last

230 Versorgungsnetz

1000 Wasserfahrzeug

1100 Hafen