Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsregelung in einem elektrischen Netz an Bord eines Unterwasserfahrzeugs sowie ein Unterwasserfahrzeug, welches ein solches Netz umfasst und zur Durchführung eines solchen Verfahrens ausgestaltet ist.

Ein elektrisches Netz an Bord eines Unterwasserfahrzeugs, beispielsweise eines bemannten Unterseeboots (U-Boots), besitzt eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern, die in der Regel teils mit Gleichstrom und teils mit Wechselstrom gespeist werden. Die elektrische Energie wird von mindestens zwei parallel angeordneten Spannungsquellen bereitgestellt. Wenigstens einige der Verbraucher werden gleichzeitig von beiden Spannungsquellen gespeist. Diese Verbraucher sind mit jeweils zwei Umrichtern verbunden, welche den Strom von beiden Spannungsquellen in den Strom, welche der Verbraucher verbraucht, wandelt. In der Regel ist jede Spannungsquelle so ausgestaltet, dass sie beim Ausfall der oder jeder anderen Spannungsquelle allein für einige Zeit alle oder wenigstens die betriebsnotwendigen Verbraucher versorgen kann.

Oft umfasst jede Spannungsquelle jeweils eine Batterie. Im Betrieb kann die eine Batterie stärker entladen sein als die andere Batterie. Bekannt ist folgendes Vorgehen, um diese unterschiedlichen Ladezustände der beiden Batterien auszugleichen: Die stärker entladene Batterie wird zeitweise von einem Verbraucher getrennt, so dass die andere Batterie alleine diesen Verbraucher versorgt und daher stärker entladen wird.

In DE 102014109092 Al wird ein Unterseeboot mit einem elektrischen Antrieb 3 für einen Propeller und mit einem elektrischen Netz zur Versorgung dieses Antriebs 3 beschrieben. Ein Generator 4, eine Brennstoffzelle 5 sowie mehrere Batteriestränge 7 mit jeweils mehreren Batteriemodulen 8 vermögen Strom in das Netz einzuspeisen. Jeder Batteriestrang 7 ist über eine eigene Stranganbindungseinheit 10 mit einem Spannungswandler 11 und einer

Schalteinrichtung 12 mit dem Netz verbunden. Jede Stranganbindungseinheit 10 besitzt eine eigene Strangsteuereinheit 14, welche über eine Sensorik 13 die jeweilige Spannung an den einzelnen Batteriemodulen 8 zu messen vermag. Eine zentrale Antriebssteuereinheit 15 ist mit den einzelnen Strangsteuereinheiten 14 verbunden und vermag jeden Batteriestrang 7 zuzuschalten und abzuschalten. Fig. 2 von DE 102012201605 Al zeigt ein Batteriesystem 100 mit mehreren parallelen

Batteriesträngen 20. Jeder Batteriestrang 20 besitzt mehrere in Reihe geschaltete Batteriezellen 30 und ist an den Eingang 41 eines zugeordneten DC/DC-Wandlers 40 angeschlossen. Die Ausgänge 42 der parallel geschalteten DC/DC-Wandler 40 sind mit demselben Anschluss 11 einer Batterie 10 verbunden, die Ausgänge 43 mit Masse 50. Die Ströme I I, 12, welche durch die Batteriestränge 20 fließen, lassen sich individuell regeln. In einer Ausführungsform ist ein DC/DC-Wandler 40 als ein Buck-Konverter (Abwärtswandler) ausgestaltet und lässt sich mit Hilfe eines Schalters 44 wahlweise mit dem Batteriestrang 20 verbinden oder vom Batteriestrang 20 trennen, vgl. Fig. 3. Vorzugsweise werden die Ströme so eingestellt, dass in einer vorbestimmten Zeit ein Ladungsausgleich zwischen den Batteriesträngen 20 erfolgt. Batteriestränge 20, die eine größere Leistungsfähigkeit aufweisen, können mittels größerer Ströme schneller als

Batteriestränge mit einer kleineren Leistungsfähigkeit entladen werden. Dadurch wird ein aktiver Ladungsausgleich (Balancing) zwischen den unterschiedlich geladenen Batteriesträngen bereitgestellt.

Fig. 1 und Fig. 2 von DE 102009054820 Al zeigen ein Energieversorgungssystem 10 mit zwei Speichermodulen 38, 40 mit jeweils einer Vielzahl von Speicherzellen 60, einem

Energieüberträger 14 mit zwei Gleichstromstellern (DC/DC-Umrichter 26, 28), einem

Wechselrichter 18 und einer als Drehstrommaschine ausgebildeten elektrischen Maschine 58, welche von dem Energieversorgungssystem 10 versorgt wird. Fig. 3 von DE 102009054820 Al zeigt eine elektrische Schaltung mit folgenden Bestandteilen: ein Speichermodul 38 oder 40, einen Gleichstromsteller (DC/DC-Umrichter 26, 28), eine Ermittlungsvorrichtung 64 mit einer Recheneinrichtung 68 umfassend zwei Auswertemittel 70, 72 und eine Ansteuervorrichtung 66.

Das erste Auswertemittel 70 umfasst ein Modell eines Speichermoduls 38, 40 und liefert eine Modellspannung U_m. Die Recheneinrichtung 68 vergleicht die Modellspannung mit der gemessenen tatsächlichen Modulspannung U_b und berechnet abhängig vom Ergebnis des Vergleichs sowie des Modulstroms l_b und der Modultemperatur T_b eine Zustandsgröße des Speichermoduls 38, 40. Das zweite Auswertemittel 72 erhält die Modellparameter und die Zustandsgröße und generiert eine Vorhersage des Zustands und / oder des Verhaltens des zugeordneten Speichermoduls 38, 40. Bei einem leistungsorientierten Betrieb können die Speichermodule 38, 40 in Abhängigkeit von der aktuellen Leistungsanforderung und dem Leistungs-Energieverhältnis der eingesetzten Zellen unterschiedlich stark an den Lade- und Entladevorgängen beteiligt werden, vgl. Par. [0034]. Bei einer anderen Betriebsweise wird ein gleichmäßiger mittlerer Ladezustand der Speichermodule erzielt. Falls ein Speichermodul 38, 40 einen höheren Ladezustand aufweist als das andere Speichermodul, so wird es zeitweise stärker an Vorgängen beteiligt, bei denen den Speichermodulen 38, 40 Ladung entnommen wird, und / oder weniger stark an Vorgängen beteiligt, bei denen den Speichermodulen 38, 40 Ladung zugeführt wird, vgl. Par. [0037].

Fig. 1 von EP 2985857 Al zeigt ein Speicherbatteriesystem 1 mit zwei parallelen

Speicherbatterien 10 und 20, die mit jeweils einem bidirektionalen Umrichter (DC/DC Converter) 12, 22 verbunden sind. Jeder Umrichter vermag eine Spannung abhängig von einem

anliegenden Pulsweitenmodulations-Signal zu verändern. Bei einem Verfahren, welches in Fig. 9 gezeigt wird, entdeckt jeweils ein Spannungs-Sensor die Spannung an einer Batterie 10, 20, vgl. Pars. [0082], [0088], [0089] und [0090]. Außerdem vermag ein Stromstärken-Sensor 14, 24 den Stromfluss zwischen einer Batterie 10, 20 und einem Umrichter 12, 22 zu messen, vgl. Fig.

1. Jeder Batterie 10, 20 wird ein Sollwert für die Stromstärke (total current command value) vorgegeben. Ein Regler (Controller 3) berechnet jeweils einen Sollwert für die Eingangs- Stromstärke (input current command value) an einem Umrichter 12, 22, vgl. Par. [0044]. Falls die Spannungen voneinander abweichen (Ausgang Yes von Schritt S55), so wird die Sollgröße für die gesamte Stromstärke (total current command value) proportional, also abhängig vom Verhältnis der beiden Spannungen, auf die beiden Umrichter 12, 22 für die beiden Batterien 10, 20 verteilt, so dass einem Umrichter für eine Batterie mit geringerer Ausgangsspannung eine geringere Soll-Stromstärke vorgegeben wird und diese Batterie mit relativ geringem

Entladestrom entladen wird (Schritt S56). Dadurch wird ein ungleicher Ladezustand (imbalance of the two storage battery voltages) ausgeglichen (resolved).

Auch in DE 102015216097 Al wird ein Verfahren beschrieben, um an Bord eines Unterseeboots die Leistungsabgabe von zwei parallelen Spannungsquellen mit Hilfe von zwei parallelen

Umrichtern zu regeln.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Leistungsregelung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 in einem elektrischen Netz eines Unterwasserfahrzeugs und ein Unterwasserfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 15 bereitzustellen, bei denen unterschiedliche Leistungsabgaben der beiden Spannungsquellen mit geringerem Leistungsverlust automatisch kompensiert werden als bei bekannten Verfahren und Unterwasserfahrzeugen. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und ein Unterwasserfahrzeug mit den in Anspruch 15 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Bord eines Unterwasserfahrzeugs mit einem elektrischen Netz durchgeführt. Dieses Netz umfasst

- wenigstens zwei parallel angeordnete Spannungsquellen,

- wenigstens einen elektrischen Verbraucher sowie

- für den oder mindestens einen Verbraucher mindestens zwei parallel angeordnete Umrichter.

„Der Verbraucher“, der mit den beiden Umrichtern verbunden ist, kann eine Menge von einzelnen Verbrauchern sein, wobei jeder einzelne Verbraucher mit beiden Umrichtern verbunden ist.

Wenigstens in einem Normalbetrieb ist folgende Situation hergestellt: Der Verbraucher ist über jeweils einen Umrichter mit jeder Spannungsquelle verbunden, ist insgesamt also über zwei parallele Umrichter mit den beiden oder mit wenigstens zwei Spannungsquellen verbunden. Jeder Umrichter ist dabei mit der einen Spannungsquelle verbunden und von der oder jeder anderen Spannungsquelle getrennt. Jede Spannungsquelle ist im Normalbetrieb zu jedem Zeitpunkt über jeweils einen Umrichter mit dem Verbraucher verbunden. Somit lässt sich der Verbraucher gleichzeitig von beiden Spannungsquellen mit elektrischer Energie versorgen.

Jeder Umrichter ist lösungsgemäß mit jeweils einer Spannungsquelle verbunden und wenigstens im Normalbetrieb von der oder jeder anderen Spannungsquelle getrennt. Möglich ist, dass ein Umrichter während des Normalbetriebs in einem ersten Zeitraum mit einer ersten Spannungsquelle verbunden ist und von den anderen Spannungsquellen getrennt ist und in einem zweiten Zeitraum mit einer zweiten Spannungsquelle verbunden ist und von den anderen Spannungsquellen getrennt ist.

Jeder Umrichter wandelt Strom von derjenigen Spannungsquelle, die mit diesem Umrichter verbunden ist, in Strom für den Verbraucher. Der Verbraucher ist mit beiden Umrichtern verbunden und verbraucht Strom, der von den beiden Umrichtern geliefert wird. Jede Spannungsquelle gibt also elektrische Leistung ab, die vom Verbraucher verbraucht wird. Ein Unterschied in den Leistungsabgaben der beiden Spannungsquellen wird automatisch kompensiert. Zur automatischen Kompensation wird mindestens einmal eine Abfolge durchgeführt, welche die folgenden Schritte umfasst:

- Die jeweilige Eingangs-Spannung, die an jedem der beiden parallel angeordneten Umrichter anliegt, wird gemessen. Die eine gemessene Eingangs-Spannung wird von der einen Spannungsquelle bewirkt, die andere Eingangs-Spannung von der anderen Spannungsquelle.

- Ein Spannungen-Differenz-Wert wird berechnet. Dieser Wert ist die Differenz zwischen den beiden gemessenen Werten der Eingangs-Spannungen an den beiden Umrichtern.

- Abhängig von dem berechneten Spannungen-Differenz-Wert wird ein Leistungen-Sollwert berechnet. Dieser Sollwert ist die Differenz zwischen zwei Maßen, welche die beiden elektrischen Leistungen angeben, welche die beiden Umrichter von der jeweils verbundenen Spannungsquelle aufnehmen oder jeweils an den verbundenen Verbraucher abgegeben.

- Jeweils ein Maß für die elektrischen Leistungen, welche die beiden Umrichter tatsächlich aufnehmen oder tatsächlich abgeben, wird gemessen.

- Die beiden Umrichter werden mit dem Ziel angesteuert, dass die Differenz zwischen den Werten der tatsächlich aufgenommenen oder abgegebenen Leistungen gleich dem berechneten Leistungen-Sollwert ist. Für die Ansteuerung der beiden Umrichter werden die beiden gemessenen Werte für die tatsächlich aufgenommenen oder abgegebenen Leistungen verwendet.

Jeder Umrichter gleicht Schwankungen in der Eingangs-Spannung von der mit diesem Umrichter verbundenen Spannungsquelle aus. Im laufenden Betrieb kann aber darüber hinaus die Situation auftreten, dass die eine Spannungsquelle weniger Leistung abgibt als die andere Spannungsquelle. Dies kann insbesondere dann auftreten, wenn mindestens ein weiterer Verbraucher des elektrischen Netzes nur mit einer Spannungsquelle verbunden ist und daher nur eine Spannungsquelle belastet. Außerdem kann die eine Spannungsquelle anderen plötzlichen oder allmählich wirkenden Umgebungseinflüssen ausgesetzt sein und / oder stärker altern als die andere Spannungsquelle. Diese Unterschiede führen zu unterschiedlichen Ladezuständen in den Spannungsquellen. Unterschiedliche Ladezustände in den Spannungsquellen sind aber insbesondere deshalb unerwünscht, weil bei Ausfall oder Störung in einem Teil des Netzes der noch betriebsbereite Rest des Netzes betriebsbereit bleiben muss. Das lösungsgemäße Verfahren kompensiert diesen Unterschied in den Leistungen, welche die beiden Spannungsquellen abgeben.

Lösungsgemäß wird abhängig von der Differenz zwischen den beiden gemessenen Werten für die beiden Eingangs-Spannungen ein Leistungen-Sollwert für die Differenz zwischen den beiden aufgenommenen oder abgegebenen Leistungen hergeleitet, und die beiden Umrichter werden mit dem Ziel angesteuert, dass die Differenz zwischen den beiden tatsächlich aufgenommenen oder abgegebenen Leistungen gleich diesem vorgegebenen Leistungen-Sollwert ist. Dadurch wird ermöglicht, dass die Auswirkungen von unterschiedlichen Zuständen der beiden Spannungsquellen und damit unterschiedlichen Leistungsabgaben von den beiden Spannungsquellen wenigstens annähernd automatisch kompensiert werden, nämlich dadurch, dass die Spannungsquelle mit der höheren Spannung eine höhere Leistung an den verbundenen Umrichter und damit an den Verbraucher liefert als die Spannungsquelle mit der niedrigeren Spannung. Der Unterschied zwischen den beiden Zuständen und damit Leistungsabgaben wird dadurch verringert. Diese Verringerung lässt sich vollautomatisch durchführen und erfordert keinen Stelleingriff eines Benutzers. Natürlich ist es weiterhin möglich, dass ein Benutzer einen Stelleingriff vornimmt.

Das Verfahren ermöglicht, aber erfordert nicht, dass eine Spannungsquelle mit geringerer Spannung zeitweise ganz von dem oder einem Verbraucher getrennt wird, um die Spannungen auszugleichen. Vielmehr wird zeitweise die Spannungsquelle mit geringerer Spannung lediglich weniger belastet und dadurch weniger entladen als die andere Spannungsquelle. Der Verbraucher bleibt wenigstens im Normalbetrieb mit beiden Spannungsquellen verbunden. Die Erfindung vermeidet die Notwendigkeit, zur Kompensation der unterschiedlichen Leistungsabgaben mehrere Schaltelemente, beispielsweise Dioden, vorzusehen, welche den Verbraucher zeitweise von einer Spannungsquelle trennen können. Dadurch wird ein Abschalten und späteres erneutes Einschalten dieser Schaltelemente vermieden. An solchen Schaltelementen können Verlustleistungen und damit Verlustwärme auftreten. Gerade in einem Unterwasserfahrzeug ist es oft schwierig, solche entstehende Wärme abzuführen. Insbesondere deshalb ist es von Vorteil, wenigstens im Normalbetrieb keine solchen Schaltelemente zu benötigen.

Je größer der Unterschied zwischen den gemessenen Spannungen ist, desto größer ist auch der Unterschied zwischen den entnommenen Leistungen. Dank der Erfindung wird eine Art Regelung mit dem Regelungsziel, den Unterschied in den Betriebszuständen und damit Spannungen rasch zu beseitigen, durchgeführt. Das Verfahren läuft vollautomatisch ab und erfordert keinen Eingriff eines Benutzers. Selbstverständlich kann ein Benutzer das automatische Verfahren durch einen Benutzereingriff überschreiben.

Die Erfindung sieht vor, Eingangs-Spannungen an den Umrichtern sowie die Leistungen, die die Umrichter aufnehmen oder abgeben, zu messen. Daher ist es möglich, aber dank der Erfindung nicht erforderlich, eine Spannung direkt an der Spannungsquelle oder eine Leistungsaufnahme direkt an dem Verbraucher zu messen. Weiterhin ist es nicht erforderlich, Messwerte über eine größere Entfernung zu übermitteln. Vielmehr wird eine lokale Regelung der beiden parallelen Umrichter ermöglicht.

Die Erfindung lässt sich oft rasch an Bord eines bereits in Betrieb genommenen Unterwasserfahrzeugs implementieren. Das Netz mit seinen Bestandteilen ist oft bereits vorhanden, und der oder die Regler zum Ansteuerung der Umrichter sind ebenfalls bereits implementiert. Oft sind keine mechanischen Umbauten erforderlich. Vielmehr reicht es aus, die Software abzuändern, die in dem Regler oder in den Reglern für die Umrichter abläuft.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Leistungen-Sollwert dergestalt berechnet und vorgegeben, dass folgende Bedingungen erfüllt sind: Der berechnete Leistungen- Differenz-Sollwert ist umso größer, je größer der Spannungen-Differenz-Wert ist. Der berechnete Sollwert ist umso kleiner, je kleiner der Spannungen-Differenz-Wert ist. Diese Ausgestaltung bewirkt eine besonders rasche Kompensation der unterschiedlichen Leistungsabgaben von der Spannungsquelle, weil einer starken Differenz in den Leistungsabgaben stärker entgegen gesteuert wird als einer nur geringen Differenz.

In einer Ausgestaltung werden die beiden Umrichter so angesteuert, dass die gerade genannten beiden Bedingungen den Sollwert betreffend nur dann erfüllt sind, wenn der Spannungen- Differenz-Wert außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt. Bevorzugt wird als Sollwert Null vorgegeben, solange der Spannungen-Differenz-Wert innerhalb dieses Toleranzbereichs liegt. Diese Ausgestaltung vermeidet die Notwendigkeit, die beiden parallelen Umrichter häufig ansteuern zu müssen. Vielmehr werden sie nur angesteuert, wenn die Spannungen sich um mehr als die Toleranz unterscheiden. Lösungsgemäß wird ein Maß für die elektrische Leistung, die ein Umrichter aufnimmt oder abgibt, gemessen. Unterschiedliche Ausgestaltungen sind möglich, welches Maß für diese Leistung verwendet wird. In einer Ausgestaltung wird die Stromstärke an dem oder einem Eingang des Umrichters gemessen, wobei dieser Eingang mit einer Spannungsquelle verbunden ist. In einer anderen Ausgestaltung wird die Stromstärke an dem oder einem Ausgang des Umrichters gemessen, wobei dieser Ausgang mit dem Verbraucher verbunden ist. Möglich ist auch, die Stromstärke oder ein anderes Maß für die Leistung an dem oder einem Eingang des Verbrauchers zu messen, wobei dieser Eingang mit dem Umrichter verbunden ist. Das lösungsgemäße Verfahren lässt sich mit jedem Maß, das sich für die aufgenommene oder abgegebene elektrische Leistung verwenden lässt, durchführen.

In einer Ausgestaltung besitzt jeder Umrichter jeweils einen lokalen Regler. Jeder lokale Regler eines Umrichters erhält den gemessenen Wert für die Eingangs-Spannung und den gemessenen Wert für die tatsächlich aufgenommene oder abgegebene Leistung an diesem Umrichter sowie die beiden entsprechenden Werte an dem anderen, also dem parallel geschalteten Umrichter. Jeder lokale Umrichter führt die lösungsgemäße Abfolge zum Kompensieren unterschiedlicher Leistungsabgaben durch und steuert den zugeordneten Umrichter entsprechend an.

Die Ausgestaltung mit zwei lokalen Reglern vermeidet die Notwendigkeit, Signale an einen übergeordneten Regler zu übermitteln. Die Verfügbarkeit wird - im Vergleich zu einer Ausgestaltung mit einem übergeordneten Regler - gesteigert, weil beim Ausfall eines lokalen Reglers noch der andere lokale Regler zur Verfügung steht und weil es nicht erforderlich ist, Signale an einen oder von einem übergeordneten Regler zu übermitteln, was in der Regel eine Datenübermittlung über eine längere Strecke erfordert. Möglich ist, einen Umrichter mitsamt dem lokalen Regler als ein kompaktes Bauteil auszuführen, welches sich rasch einbauen und bei Bedarf austauschen lässt.

In einer anderen Ausgestaltung regelt ein übergeordneter Regler beide parallele Umrichter. An diesen übergeordneten Regler werden die beiden gemessenen Werte für die Eingangs- Spannungen und die beiden gemessenen Werte für die tatsächlich aufgenommenen oder abgegebenen Leistungen übermittelt. Der übergeordnete Regler führt die lösungsgemäße Abfolge durch und steuert beide Umrichter abhängig von dem berechneten Sollwert an. Diese Ausgestaltung reduziert die Gefahr, dass die beiden Umrichter in ungewollter Weise unterschiedlich arbeiten oder die aufgenommenen oder abgegebenen Leistungen stärker als erforderlich oszillieren.

In einer bevorzugten Ausgestaltung liefert jede Spannungsquelle Gleichstrom. Beispielsweise umfasst jede Spannungsquelle jeweils eine Batterie und / oder eine Brennstoffzelle. Jeder der beiden parallel angeordneten Umrichter kann in einer Ausgestaltung Gleichstrom einer Spannung in Gleichstrom einer anderen Spannung umwandeln, ist also ein Konverter. Möglich ist auch, dass die beiden Umrichter Gleichstrom von den Spannungsquellen in Wechselstrom umwandeln, also zwei Inverter sind. Das lösungsgemäße Verfahren lässt sich für beide Arten von Umrichtern verwenden.

Vorzugsweise wird das Verfahren wiederholt durchgeführt, beispielsweise mit einer vorgegebenen Abtastrate. Oder die beiden Eingangs-Spannungen werden wiederholt, beispielsweise mit einer vorgegebenen Abtastrate, gemessen, und der Spannungen-Differenz- Wert wird jedes Mal erneut berechnet. Nur dann, wenn der Spannungen-Differenz-Wert außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegt, werden die weiteren Schritte der lösungsgemäßen Abfolge zum Kompensieren durchgeführt. In einer weiteren Ausgestaltung werden ebenfalls die beiden Eingangs-Spannungen wiederholt, beispielsweise mit einer vorgegebenen Abtastrate, gemessen. Falls mindestens ein Wert einer Eingangs-Spannung von dem zuvor gemessenen Wert dieser Eingangs-Spannung um mehr als eine vorgegebene Schranke abweicht, so werden die Schritte der lösungsgemäßen Abfolge zum Kompensieren durchgeführt, ansonsten nicht. Diese Ausgestaltungen vermeiden die Notwendigkeit, die Umrichter ständig ansteuern zu müssen.

In einer Ausgestaltung ist der oder ein Verbraucher, der mit zwei parallel geschalteten Umrichtern verbunden ist, ein elektrisch versorgter Motor. Der Motor ist beispielsweise ein Elektromotor, der das Unterwasserfahrzeug antreibt, oder ein elektrischer Stellmotor, der einen Bestandteil des Unterwasserfahrzeugs bewegt. Dieser Motor besitzt zwei parallel angeordnete Motor-Bestandteile, die unabhängig voneinander mit Strom versorgt werden, beispielsweise zwei Mengen von Wicklungen. Jeder Umrichter ist mit jeweils einem Bestandteil des Motors elektrisch verbunden. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, unterschiedliche Leistungsabgaben der beiden Spannungsquellen auch im Falle eines Motors als Verbraucher zu kompensieren. Die Ausgestaltung erleichtert es, jeden Bestandteil des Motors mit der jeweils benötigten Menge an io

elektrischer Energie oder Leistung zu versorgen. Gerade ein Antriebsmotor oder Stellmotor belastet die beiden Spannungsquellen stärker als andere Verbraucher.

Lösungsgemäß umfasst das Netz zwei Spannungsquellen. In einer Ausgestaltung umfasst das Netz einen ersten, einen zweiten und einen dritten Spannungs-Lieferanten sowie zusätzlich zu den mindestens zwei parallelen Umrichtern einen weiteren Umrichter. Die ersten beiden Spannungs-Lieferanten sind gleichartig, sind beispielsweise zwei gleichartige Batteriesysteme. Der dritte Spannungs-Lieferant unterscheidet sich von den beiden ersten Spannungs- Lieferanten, ist beispielsweise eine Brennstoffzellenanlage. Der erste und der dritte Spannungs- Lieferant bilden zusammen die erste Spannungsquelle, der zweite und der dritte Spannungs- Lieferant zusammen die zweite Spannungsquelle. Ein Eingang des weiteren Umrichters ist mit dem dritten Spannungs-Lieferanten verbunden. Zwei parallele Ausgänge des weiteren Umrichters sind parallel zu dem ersten bzw. dem zweiten Spannungs-Lieferanten geschaltet und bevorzugt ebenfalls elektrisch mit dem Verbraucher verbunden. Unterschiedliche Leistungsabgaben der beiden gleichartigen Spannungs-Lieferanten werden gemäß dieser Ausgestaltung wie folgt automatisch kompensiert:

- Die jeweilige Ausgangs-Spannung an jedem der beiden parallel angeordneten Ausgänge des weiteren Umrichters wird gemessen.

- Der Spannungen-Differenz-Wert wird als Differenz zwischen den beiden gemessenen Werten der Ausgangs-Spannung berechnet.

- Ein Sollwert für die Differenz zwischen den beiden elektrischen Leistungen wird berechnet.

Dieser Sollwert legt die Differenz zwischen den beiden elektrischen Leistungen, welche der weitere Umrichter an seinen beiden Ausgängen jeweils abgibt, fest. Der Sollwert wird abhängig von dem berechneten Spannungen-Differenz-Wert berechnet.

- Ein Maß für die jeweilige Leistung, die der weitere Umrichter an seinen beiden parallelen Ausgängen jeweils tatsächlich abgibt, wird gemessen.

- Der weitere Umrichter wird mit dem Ziel angesteuert, dass die Differenz zwischen den Werten der jeweils tatsächlich abgegebenen elektrischen Leistung gleich dem berechneten Leistungen-Sollwert ist. Für diese Ansteuerung werden die beiden gemessenen Werte für die an den beiden Ausgängen tatsächlich abgegebene Leistung verwendet.

Diese Ausgestaltung ermöglicht es, zwei gleichartige Spannungs-Lieferanten bereitzustellen und dadurch Redundanz zu ermöglichen. Außerdem stellt diese Ausgestaltung einen dritten Spannungs-Lieferanten bereit, und jede Spannungsquelle umfasst zwei verschiedenartige Spannungs-Lieferanten, was die Redundanz und damit die Verfügbarkeit vergrößert. Die Anordnung mit den drei Spannungs-Lieferanten lässt sich leichter an unterschiedliche Betriebssituationen anpassen. Die Ausgestaltung führt dazu, dass unterschiedliche Leistungsabgaben an den beiden Ausgängen des weiteren Umrichters rasch kompensiert werden. Auf diese Weise werden unterschiedliche Zustände der beiden gleichartigen Spannungs- Lieferanten rasch kompensiert. Im Falle von zwei Batteriesystemen als den beiden gleichartigen Spannungs-Lieferanten werden unterschiedliche Ladezustände rasch kompensiert.

Lösungsgemäß werden wenigstens im Normalbetrieb unterschiedliche Leistungsabgaben der beiden Spannungsquellen automatisch kompensiert. Hierfür werden die beiden Umrichter mit dem Ziel angesteuert, dass die Differenz zwischen den tatsächlichen Leistungs-Werten gleich einem berechneten Sollwert ist. In einer Ausgestaltung wird diese Regelung zeitweise unterbrochen, wenn festgestellt wird, dass ein erster Umrichter mit Überlast betrieben wird, d.h. die tatsächliche elektrische Leistung, die der erste Umrichter aufnimmt oder abgibt, oberhalb einer vorgegebenen Leistungs-Schranke liegt. Bevorzugt wird in diesem Falle ein zweiter Umrichter, der mit demselben Verbraucher wie der erste Umrichtern verbunden ist, zusätzlich mit derselben Spannungsquelle wie der erste Umrichter verbunden. Die beiden Umrichter sind also parallel geschaltet, und die Leistungsaufnahme oder Leistungsabgabe des ersten Umrichters wird reduziert. Dieser Zustand wird aufrecht erhalten, bis die Leistungsaufnahme und / oder Leistungsabgabe des ersten Umrichters wieder unterhalb der Leistungs-Schranke liegt. Diese Ausgestaltung führt in vielen Situationen dazu, dass die unerwünschte Überlast des ersten Umrichters rasch beseitigt wird. Dafür wird zeitweise in Kauf genommen, dass die beiden Spannungsquellen unterschiedlich stark entladen werden.

Nachfolgend werden das erfindungsgemäße Unterwasserfahrzeug sowie das erfindungsgemäße Verfahren zur Leistungsregelung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine beispielhafte Topologie eines elektrischen Netzes an Bord eines U-Boots, in welchem die Erfindung eingesetzt wird;

Fig. 2 eine Detailansicht des Netzes von Fig. 1 mit zwei Umrichtern;

Fig. 3 einen beispielhaften funktionalen Zusammenhang zwischen der Stromstärken-Differenz und der Spannungen-Differenz in Form einer Gerade durch den Ursprung; Fig. 4 einen alternativen beispielhaften funktionalen Zusammenhang zwischen der Stromstärken-Differenz und der Spannungen-Differenz mit zwei überproportionalen Bereichen; Fig. 5 einen Ausschnitt aus der Topologie von Fig. 1, welcher einen Notbetrieb mit nur noch einer Spannungsquelle erläutert.

Im Ausführungsbeispiel wird die Erfindung an Bord eines bemannten Unterseeboots (U-Boots) eingesetzt. Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer beispielhaften Topologie eines elektrischen Netzes an Bord dieses U-Boots.

Ein elektrischer Motor M treibt über eine Welle den oder mindestens einen Propeller des U-Boots an. Im Ausführungsbeispiel ist der Propeller-Motor M als Permanent-Synchron-Motor ausgestaltet. Der Motor M wird entweder über mindestens einen von zwei Generatoren Gl, G2 mit elektrischer Energie versorgt, wobei die Generatoren Gl, G2 beispielsweise von mindestens einem Dieselmotor (nicht gezeigt) des U-Boots angetrieben werden. Oder der Motor M wird mindestens dann, wenn die Generatoren Gl, G2 nicht angetrieben werden, von mindestens einer Brennstoffzelle FC und / oder von zwei Batterien Bl, B2 mit elektrischer Energie versorgt. Möglich ist also, dass die Brennstoffzelle FC und die beiden Batterien Bl und B2 parallel zueinander arbeiten.

Das elektrische Netz des Ausführungsbeispiels besitzt zwei Spannungsquellen, nämlich eine erste Spannungsquelle mit der Batterie Bl und eine zweite Spannungsquelle mit der Batterie B2, sowie eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern. In einer störungsfreien Betriebssituation werden viele elektrische Verbraucher gleichzeitig von beiden Spannungsquellen versorgt, was weiter unten beschrieben wird. Jede Spannungsquelle ist aber so ausgelegt, dass sie alleine alle Verbraucher - oder wenigstens alle betriebsnotwendigen Verbraucher - für einen bestimmten Zeitraum alleine versorgen kann. Somit wird Redundanz für den Fall bereitgestellt, dass eine Spannungsquelle ausgefallen ist.

In Fig. 1 werden beispielhaft folgende elektrische Verbraucher des Bordnetzes gezeigt:

- ein Teilnetz AC mit elektrischen Verbrauchern von dreiphasigem Wechselstrom mit 115 V und 60 Hz,

- zwei Teilnetze DC1, DC2 mit elektrischen Verbrauchern von Gleichstrom der Batteriespannung, - zwei Teilnetze DC3, DC4 mit elektrischen Verbrauchern von Gleichstrom jeweils einer von der Batteriespannung abweichenden Spannung und

- drei beispielhafte Wechselstrom-Motoren M l, M2, M3.

Der in Fig. 1 gezeigte Ausschnitt der Topologie des Bordnetzes umfasst außerdem mehrere

Umrichter, nämlich die folgenden:

- zwei parallel arbeitende und bevorzugt gleichartig ausgestaltete DC/AC-Umrichter (Inverter) U l. l und U l .2, die Gleichstrom der Batteriespannung in dreiphasigen Wechselstrom für das Teilnetz AC umwandeln,

- einen DC/DC-Umrichter (Konverter) U6, der den von der Brennstoffzelle FC gelieferten Gleichstrom in Gleichstrom der Batteriespannung umwandelt und zwei Ausgänge U6.1 und U6.2 aufweist,

- zwei parallel arbeitende und bevorzugt gleichartig ausgestaltete DC/DC-Umrichter U2.1 und U2.2, die Gleichstrom der Batteriespannung in Gleichstrom in der Spannung, welche das Teilnetz DC3 benötigt, umwandeln,

- zwei parallel arbeitende und bevorzugt gleichartig ausgestaltete DC/DC-Umrichter U3.1 und U3.2, die Gleichstrom der Batteriespannung in Gleichstrom in der Spannung, welche das Teilnetz DC4 benötigt, umwandeln,

- zwei parallel arbeitende und bevorzugt gleichartig ausgestaltete DC/AC-Umrichter U4.1 und U4.2, welche aus Gleichstrom der Batteriespannung Wechselstrom für den Propeller-Motor M generieren, und

- jeweils ein Frequenz-Umrichter U5.1 und U5.2 für die Motoren M l und M3.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind alle Umrichter oder wenigstens einige der Umrichter bidirektional ausgelegt, d. h. Strom kann auch von den Verbrauchern zurück zu den

Spannungsquellen fließen.

Außerdem werden in Fig. 1 folgende weitere Bestandteile gezeigt:

- eine Flaupt-Stromschiene SB,

- ein Anschluss Ch an eine an Land montierte Aufladestation,

- zwei Leistungsschalter S1 und S7, welche jeweils einen Umrichter-Ausgang U6.1 und U6.2 wahlweise mit der Flaupt-Stromschiene SB verbinden oder von ihr trennen, - zwei weitere Leistungsschalter S2 und S6, welche jeweils einen Generator Gl und G2 wahlweise mit der Haupt-Stromschiene SB verbinden oder von ihr trennen,

- zwei weitere Leistungsschalter S3 und S5, welche jeweils einen Umrichter U4.1 und U4.2 für den Motor M wahlweise mit der Haupt-Stromschiene SB verbinden oder von ihr trennen,

- zwei weitere Leistungsschalter S9 und S10, welche jeweils eine Batterie Bl und B2 wahlweise mit der Haupt-Stromschiene SB verbinden oder von ihr trennen,

- jeweils ein Schalter Sl . l, ... vor einem Umrichter U l . l, ... ,

- jeweils ein Schalter vor den Teilnetzen DC1 und DC2,

- vier weitere Leistungsschalter S4, Si l, S12, S13, welche die Haupt-Stromschiene SB wahlweise unterbrechen oder verbinden, und

- verschiedene Sicherungen, unter anderem die Sicherung F9 für den Leistungsschalter S4 und Sicherungen vor den Umrichtern U2.1 bis U3.2.

Im normalen Betrieb sind die Leistungsschalter S4 und S13 offen, und die beiden Leistungsschalter Si l und S12 sind geschlossen. Das Teilnetz DC1 ist dann nur mit der Batterie Bl verbunden, das Teilnetz DC2 nur mit der Batterie B2. Die übrigen Teilnetze AC, DC3 und DC4 sowie die Motoren M l, M2 und M3 sind mit beiden Batterien Bl und B2 verbunden und können daher gleichzeitig aus beiden Batterien Bl, B2 mit elektrischer Energie versorgt werden.

Jeweils zwei DC/AC-Umrichter U l . l und U l .2 sowie jeweils zwei DC/DC-Umrichter U2.1 und U2.2 sowie U3.1 und U3.2 sind parallel geschaltet. Solange beide Spannungsquellen intakt sind, ist jeweils ein Umrichter U l. l, U2.1 und U3.1 mit der ersten Batterie Bl verbunden, der andere Umrichter U l.2, U2.2 und U3.2 mit der zweiten Batterie B2. Außerdem sind die Umrichter U l . l, U2.1 und U3.1 mit dem Ausgang U6.1 des Umrichters U6 für die Brennstoffzelle FC verbunden, die Umrichter U l .2, U2.2 und U3.2 mit dem Ausgang U6.2. Jedem Umrichter U l. l, ... ist jeweils ein eigener Schalter Sl . l, ... zugeordnet. Jeweils zwei parallele Umrichter U l . l und U l.2, U2.1 und U2.2 sowie U3.1 und U3.2 sind galvanisch voneinander getrennt.

In einer idealen Betriebssituation liefern beide Batterien Bl und B2 die gleiche Spannung. Im laufenden Betrieb kann hingegen die eine Batterie Bl oder B2 zeitweise stärker belastet sein als die andere Batterie B2 oder Bl . Daher kann die Situation auftreten, dass die Spannung an der einen Batterie kleiner ist als die Spannung an der anderen Batterie. In einem herkömmlichen Bordnetz ist zwischen zwei parallelen Umrichtern und den beiden Spannungsquellen jeweils mindestens eine Diode geschaltet. Falls die eine Spannungsquelle eine höhere Spannung liefert als die andere, so bewirken die Dioden folgenden Zustand: Die Spannungsquelle mit der höheren Spannung versorgt alleine die Verbraucher mit den parallelen Umrichtern, und die andere Spannungsquelle mit der niedrigeren Spannung versorgt nur diejenigen Verbraucher, die ausschließlich mit dieser anderen Spannungsquelle verbunden sind. Im Beispiel von Fig. 1 würde dann, wenn die Spannungsquelle mit der Batterie B2 eine niedrigere Spannung liefert, diese Spannungsquelle zeitweise nur den Verbraucher DC2 und die Spannungsquelle mit der Batterie Bl alle übrigen in Fig. 1 gezeigten Verbraucher versorgen. Aufgrund dieses Zustandes der Dioden wird die Batterie in der Spannungsquelle mit der höheren Spannung stärker entladen als die andere Batterie, und die Differenz zwischen den beiden Versorgungs-Spannungen nimmt ab, bis die Differenz in einem vorgegebenen Toleranzbereich liegt. Dann werden die Dioden wieder leitend geschaltet. Durch dieses Vorgehen werden über die Zeit beide Batterien Bl, B2 gleich stark entladen.

Nachteilig bei diesem Vorgehen ist, dass an den Dioden elektrische Leistung als Verlustleistung verbraucht wird. Ein weiterer Nachteil ist, dass durch die Verlustleistung Wärme erzeugt werden kann, die abgeführt werden muss. Außerdem kann ein Verbraucher nicht elektrische Leistung in das Netz zurück speisen, weil Dioden nur in eine Richtung durchlässig sind.

Die Erfindung bewirkt ebenfalls, dass die beiden Spannungsquellen über die Zeit gleichmäßig belastet werden, vermeidet aber die drei gerade genannten Nachteile herkömmlicher Systeme.

Die jeweilige Versorgungs-Spannung, die an einem Umrichter U l. l und U l.2, U2.1 und U2.2 und U3.1 und U3.2 anliegt und von einer Spannungsquelle Bl oder B2 erzeugt wird, wird gemessen. Die gemessenen Spannungs-Werte werden lösungsgemäß verwendet, um die parallel angeordneten Umrichter anzusteuern.

Das lösungsgemäße Verfahren wird im Folgenden mit Bezug auf Fig. 2 beispielhaft für die beiden parallelen DC/DC-Umrichter U2.1 und U2.2 erläutert, welche zusammen die beiden Verbraucher M l (mit dem Frequenz-Umrichter U5.1) und DC3 mit Gleichstrom versorgen. Das Verfahren wird automatisch durchgeführt, erfordert also keinen Benutzereingriff, und verwendet die beiden gemessenen Werte für die Versorgungs-Spannungen (Eingangs-Spannungen) U_FN 1 und U_FN2, welche an den beiden Umrichtern U2.1 und U2.2 anliegen. In der idealen Betriebssituation sind diese beiden Spannungs-Werte gleich, in einer realen Betriebssituation können sie voneinander abweichen. Die Differenz AU = U_FN 1 - U_FN2 zwischen den beiden gemessenen Spannungs-Werten wird berechnet. Diese Differenz AU kann positiv, negativ oder gleich Null sein.

Aus dem gemessenen Spannungen-Differenz-Wert AU wird automatisch ein Sollwert AI für die Stromstärken-Differenz hergeleitet. Diese Sollwert AI ist eine geforderte Differenz zwischen den beiden Stromstärken l_ln_Conl und IJn_Con2 derjenigen beiden Eingangs-Ströme, welche in die beiden parallelen Umrichtern U2.1 und U2.2 fließen und bewirken, dass die beiden Verbraucher M l bzw. DC3 mit Gleichstrom versorgt werden. Vorgegeben wird also eine Soll- Differenz AI zwischen den beiden Stromstärken an den beiden Eingängen der Umrichter U2.1 und U2.2. Diese Eingänge sind mit der Flaupt-Stromschiene SB verbunden.

Der Sollwert AI wird wie folgt berechnet: Falls AU größer als Null oder größer als eine oberhalb von Null liegende vorgegebene Schranke ist, falls also an U2.1 eine höhere Versorgungs- Spannung anliegt als an U2.2, so ist auch der Sollwert AI größer als Null, d.h. der Umrichter U2.1 soll Strom mit einer größeren Stromstärke erhalten als der Umrichter U2.2. Entsprechend ist der Sollwert AI kleiner als Null, d.h. der Umrichter U2.1 soll Strom mit einer geringeren Stromstärke erhalten als der Umrichter U2.2, wenn AU kleiner als Null oder kleiner als eine unterhalb von Null liegende Schranke ist.

Die beiden Umrichter U2.1 und U2.2 werden mit dem Ziel angesteuert, dass die tatsächlichen Eingangs-Stromstärken l_ln_Conl und IJn_Con2 der Ströme in die beiden Umrichter U2.1 und U2.2 die Bedingung AI = l_ln_Conl - IJn_Con2 erfüllen. Die beiden einzelnen Stromstärken l_ln_Con l und IJn_Con2 können natürlich über der Zeit variieren, weil die aufsummierte Leistungsaufnahme durch die beiden Verbraucher M l und DC3 schwanken kann. Die Umrichter U2.1 und U2.2 werden mit dem Ziel angesteuert, dass trotzdem die Bedingung AI = l_ln_Conl - IJn_Con2 erhalten bleibt. Dadurch wird die erste Spannungsquelle mit der Batterie Bl zumindest zeitweise dann stärker belastet als die zweite Spannungsquelle mit der Batterie B2, wenn die erste Spannungsquelle eine höhere Spannung liefert als die zweite Spannungsquelle. Das Umgekehrte gilt entsprechend. In der gerade beschriebenen Ausführungsform wurde aus der Werte-Differenz AU ein Sollwert AI für die Differenz zwischen den Stromstärken an den beiden Eingängen der beiden Umrichter U2.1 und U2.2 berechnet. Anstelle der Eingangs-Stromstärke lässt sich auch ein anderes Maß für die elektrische Leistung verwenden, welche ein Umrichter U2.1 und 2.2 von der jeweiligen Spannungsquelle aufnimmt. Beispielsweise werden die Ausgangs-Stromstärke oder ein Maß für die vom Umrichter aufgenommene oder abgegebene elektrische Leistung verwendet. Im Folgenden wird weiterhin beispielhaft die Eingangs-Stromstärke als Maß für die Leistung, die ein Umrichter aufnimmt, verwendet.

Die Abfolge, dass die beiden Werte für die Eingangs-Spannungen U_FN 1 und U_FN2 gemessen werden und aus der Differenz AU der Spannungs-Werte ein Sollwert AI für die Stromstärken- Differenz hergeleitet und für die Ansteuerung der Umrichter U2.1 und 2.2 verwendet wird, wird im Ausführungsbeispiel regelmäßig wiederholt, beispielsweise mit einer festen vorgegebenen Abtastrate. Oder ein neuer Sollwert AI für die Stromstärken-Differenz wird ereignisgesteuert immer dann berechnet, wenn die Differenz AU der gemessenen Werte für die Eingangs- Spannungen um mehr als eine vorgegebenen Toleranz von demjenigen Differenz-Wert abweicht, aus dem der aktuell verwendete Sollwert AI hergeleitet wurde. In beiden Fällen wird durch das lösungsgemäße Vorgehen sichergestellt, dass diejenige Spannungsquelle, die aktuell die höhere Spannung bereitstellt, stärker belastet wird als die andere Spannungsquelle, und zwar umso mehr, je größer die Differenz zwischen den Spannungs-Werten ist.

Wie bereits dargelegt, wird abhängig von der Differenz zwischen den gemessenen Werten AU der beiden Eingangs-Spannungen U_FN1 und U_FN2 ein Sollwert AI für die Stromstärken-Differenz berechnet und für eine Ansteuerung der beiden Umrichter U2.1 und U2.2 verwendet. In einer Ausgestaltung wird hierfür ein vorgegebener und abgespeicherter funktionaler Zusammenhang AI = f(AU) angewendet, um den Leistungen-Sollwert AI abhängig von dem Spannungen- Differenz-Wert AU zu berechnen. Dieser funktionale Zusammenhang f wird vorzugsweise einmal vorab aufgestellt und in einer rechnerverfügbaren Weise abgespeichert. Beim Aufstellen des funktionalen Zusammenhangs f werden Randbedingungen berücksichtigt, welche aus Eigenschaften von Bestandteilen des Netzes resultieren, beispielsweise maximal zulässige oder mindestens erforderliche Spannungen und / oder Stromstärken. Verschiedene Ausgestaltungen für diesen funktionalen Zusammenhang f sind möglich. Beispielsweise ist der funktionale Zusammenhang f eine Gerade durch den Ursprung. Fig. 3 zeigt beispielhaft eine solche Gerade. Falls beispielsweise die Spannungen-Differenz AU den Wert 5 annimmt, so wird als Sollwert AI für die Stromstärken-Differenz der Wert 3 berechnet.

Möglich ist auch, dass der funktionale Zusammenhang f so ausgestaltet ist, dass der Sollwert AI überproportional mit wachsender Differenz AU ansteigt und überproportional mit fallender Differenz AU abnimmt. In einer Ausgestaltung wird eine Differenz-Toleranz D vorgegeben. Solange der Betrag |AU| der Differenz AU kleiner als diese Differenz-Toleranz D ist, solange also die Werte U_FN 1 und U_FN2 der Eingangs-Spannungen um nicht mehr als die Differenz-Toleranz D voneinander abweichen, bleibt der Sollwert DI gleich Null. Außerhalb der Toleranz D steigt der Sollwert DI proportional oder überproportional mit steigendem Differenzwert AU an und nimmt proportional oder überproportional mit fallendem Differenz-Wert AU ab. Fig. 4 zeigt beispielhaft einen solchen funktionalen Zusammenhang f. Der funktionale Zusammenhang f steigt im Bereich zwischen D und 2D überproportional an und danach proportional.

Vorzugsweise umfasst jede Umrichter U2.1 und 2.2 jeweils einen Spannungs-Sensor US. l bzw. US.2, welche die an diesem Umrichter anliegende Eingangs-Spannung U_FN 1 bzw. U_FN2 misst, sowie einen Stromstärken-Sensor IS. l bzw. IS.2, welcher die Stromstärke l_ln_Con l bzw.

I Jn_Con2 am Eingang dieses Umrichters misst.

In einer Ausgestaltung werden die beiden gemessenen Werte für die Eingangs-Spannungen U_FN 1 und U_FN2 an einen übergeordneten Regler (nicht gezeigt) übermittelt, wobei die Werte bevorzugt mit einer vorgegebenen Abtastrate gemessen und übermittelt werden. Dieser übergeordnete Regler kann nur für die beiden Umrichter U2.1 und U2.2 zuständig sein oder aber für weitere oder sogar für alle parallel angeordneten Umrichter im Bordnetz, insbesondere für die Umrichter U l. l und U l .2 sowie U3.1 und U3.2. Der übergeordnete Regler führt die gerade beschriebene Abfolge durch und berechnet einen Sollwert DI für die Stromstärken-Differenz, beispielsweise mit der vorgegebenen Abtastrate oder ereignisgesteuert wie gerade beschrieben. Der berechnete Sollwert DI wird an die beiden Umrichter U2.1 und 2.2 übermittelt. In einer Ausgestaltung werden die beiden tatsächlichen Werte für die Eingangs-Stromstärke an den beiden Umrichtern U2.1 und U2.2 gemessen und ebenfalls an den übergeordneten Regler übermittelt. Der Regler berechnet bei Bedarf Stelleingriffe für die beiden Umrichter U2.1 und U2.2, um die Einhaltung der Bedingung DI = l_ln_Conl - IJn_Con2 sicherzustellen, und übermittelt diese berechneten Stelleingriffe an die beiden Umrichter U2.1 und U2.2.

In einer anderen Ausgestaltung umfasst jeder Umrichter U2.1 und U2.2 zusätzlich zu den beiden Sensoren jeweils einen eigenen lokalen Regler R. l, R.2, wobei an jeden lokalen Regler R. l, R.2 die beiden gemessenen Werte für die Eingangs-Spannungen übermittelt werden. Der lokale Regler R. l für den Umrichter U2.1 erhält also den Spannungs-Wert U_FN1 am Umrichter U2.1 selber sowie den Spannungs-Wert U_FN2 vom parallelen Umrichter U2.2, und das

Entsprechende gilt für den lokalen Regler R.2 des Umrichters U2.2. Außerdem werden die beiden gemessenen Werte l_ln_Conl und IJn_Con2 für die tatsächlichen Eingangs-Stromstärken an den beiden Umrichtern U2.1 und 2.2 an die beiden lokalen Regler R. l, R.2 übermittelt. Jeder lokale Regler R. l, R.2 berechnet den Sollwert DI für die beiden Eingangs-Stromstärken, berechnet bei Bedarf Stelleingriffe für den zugeordneten Umrichter U2.1 bzw. U2.2 und löst die entsprechenden Stelleingriffe am zugeordneten Umrichter aus.

Im Ausführungsbeispiel umfassen die beiden Umrichter U2.1 und 2.2 eine Vielzahl von

Schaltelementen, beispielsweise MOSFET- und/oder IGBT-Transistoren. Ein Stelleingriff an einem Umrichter kann die Taktung oder einen sonstigen Zustand von mindestens einem solchen Schaltelement des Umrichters U2.1, U2.2 verändern.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die beiden Umrichter U2.1 und 2.2 als bidirektionaler Umrichter ausgestaltet, beispielsweise in Form einer„dual active bridge“. Der Begriff

„bidirektional“ bedeutet, dass der Strom nicht nur von der Spannungsquelle Bl, B2 durch die Umrichter U2.1 und U2.2 zu den Verbrauchern M l und DC3 fließen kann, sondern umgekehrt in das Netz zurück fließen kann, wenn ein Verbraucher zeitweise Strom abgibt. Bekanntlich kann ein elektrischer Motor wie der Motor M l auch als ein Generator wirken. Würden wie in einem herkömmlichen Bordnetz Dioden verwendet, so wäre eine solche Rückspeisung nicht möglich.

Das Vorgehen, für zwei parallele Umrichter einen Sollwert DI für die Stromstärken-Differenz abhängig von der Differenz Du zwischen den Werten der beiden Eingangs-Spannungen zu berechnen, wurde für die beiden parallelen Umrichter U2.1 und 2.2 beschrieben. In entsprechender Weise werden bevorzugt auch die anderen parallelen Umrichter des Bordnetzes angesteuert, insbesondere die Umrichter U l . l und U l.2 sowie die Umrichter U3.1 und U3.2. Die beiden parallel geschalteten Umrichter U4.1 und U4.2 liefern Wechselstrom für den Propeller-Motor M. In einer Ausgestaltung besitzt der Propeller-Motor M zwei Mengen von Wicklungen, wobei eine Wicklungen-Menge mit dem Umrichter U4.1 und die andere Wicklungen- Menge mit dem Umrichter U4.2 verbunden ist. Das lösungsgemäße Verfahren wird entsprechend für diese beiden parallelen Umrichter U4.1 und U4.2 angewendet.

Das lösungsgemäße Verfahren wird bevorzugt ebenfalls für den Umrichter U6 vor der Batteriezelle FC angewendet. In einer Betriebssituation gehören zu der ersten Spannungsquelle die Batterie Bl und die Brennstoffzelle FC und zu der zweiten Spannungsquelle die Batterie B2 und ebenfalls die Brennstoffzelle FC. Die Brennstoffzelle FC ist also beiden Spannungsquellen zugeordnet. Die beiden Leistungsschalter S4 und S13 sind im Normalbetrieb geöffnet, so dass die beiden Spannungsquellen voneinander getrennt sind.

Der Umrichter U6 besitzt zwei Ausgänge U6.1 und U6.2, wobei der eine Ausgang U6.1 zu der ersten Spannungsquelle und der andere Ausgang U6.2 zu der zweiten Spannungsquelle gehört. Die jeweilige Versorgungsspannung von den beiden Spannungsquellen wird gemessen, beispielsweise an den beiden Leistungsschaltern S1 und S7. Ein Spannungen-Differenz-Wert AU wird aus den beiden gemessenen Spannungswerten abgeleitet. Ein Sollwert AI für die Stromstärken-Differenz wird automatisch hergeleitet, wofür so wie oben beschrieben ein funktionaler Zusammenhang f verwendet wird. In dieser Anwendung ist der Sollwert AI eine geforderte Differenz zwischen den beiden Stromstärken, welche von den beiden Ausgängen U6.1 und U6.2 des Umrichters U6 zu den beiden Leistungsschaltern S1 bzw. S7 fließen. Diese beiden Ausgänge U6.1 und U6.2 sind mit der Haupt- Stromschiene SB verbunden. Auch in dieser Anwendung werden unterschiedliche Ladezustände der beiden Batterien Bl und B2 automatisch kompensiert.

Wie oben dargelegt, wird laufend ein Maß l_ln_Con l, IJn_Con2 für die jeweilige elektrische Leistung, welche die Umrichter U2.1 und 2.2 aufnehmen, gemessen. Im Normalbetrieb sind die Leistungsschalter S4 und S13 geöffnet, so dass der Umrichter U2.1 nur mit der ersten Spannungsquelle mit der Batterie Bl und der Umrichter U2.2 nur mit der zweiten Spannungsquelle mit der Batterie B2 verbunden ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der gemessene Wert für die tatsächliche Leistungsaufnahme durch einen Umrichter mit einer vorgegebenen Leistungs-Schranke verglichen. Falls ein Umrichter U2.1 oder U2.2 eine elektrische Leistung aufnimmt oder abgibt, die oberhalb der Leistungs-Schranke liegt, so wird sichergestellt, dass die Leistungsaufnahme oder Leistungsabgabe dieses Umrichters U2.1 oder U2.2 rasch wieder auf die Leistungs- Schranke reduziert wird. Zugleich wird sichergestellt, dass die Verbraucher M l und DC3 ausreichende elektrische Leistung erhalten. Die lösungsgemäße Regelung wird vorübergehend abgeschaltet oder umgangen, bis die Leistungs-Schranke nicht mehr überschritten ist. Der andere Umrichter U2.2 oder U2.1 wird so angesteuert, dass der andere Umrichter eine höhere Leistung aufnimmt oder abgibt, auch wenn dadurch unterschiedliche Ladezustände der beiden Spannungsquellen Bl und B2 länger erhalten bleiben. Dieser Zustand wird aufrecht erhalten, bis die Leistungsaufnahme wieder gleich oder unterhalb der Leistungs-Schranke ist. In einer Ausgestaltung wird zeitweise der andere Umrichter U2.2 oder U2.1 zusätzlich mit der aktuell stärker aufgeladenen Spannungsquelle verbunden, so dass dieser andere Umrichter U2.2 oder U2.1 dann mit beiden Spannungsquellen verbunden ist und die stärker entladene Spannungsquellen weniger belastet wird. Indem die lösungsgemäße Regelung vorübergehend abgeschaltet wird, wird verhindert, dass eine Spannungsquelle sehr hoch belastet wird und ein starker Strom von einer Spannungsquelle zu dem Umrichter fließt.

Wie bereits dargelegt, werden viele Verbraucher des Bordnetzes gleichzeitig von beiden Spannungsquellen Bl, B2 mit elektrischer Energie versorgt. Jedoch kann die Situation auftreten, dass eine Spannungsquelle Bl, B2 ausfällt oder die Verbindung von der Spannungsquelle Bl, B2 zur Haupt- Stromschiene SB unterbrochen ist. In einer Ausgestaltung wird diese fehlerhafte Situation dadurch entdeckt, dass der gemessene Wert für die Eingangs-Spannung an einem Umrichter mit einer vorgegebenen Spannungs-Schranke verglichen wird. Fällt die Eingangs- Spannung unter diese Spannungs-Schranke, so ist die Spannungsquelle Bl, B2 möglicherweise ausgefallen, oder eine Verbindung zu ihr ist unterbrochen. In einer Ausgestaltung wird zusätzlich die Spannung zwischen dieser Spannungsquelle Bl, B2 und der Haupt-Stromschiene SB gemessen, um festzustellen oder auszuschließen, dass die Verbindung zwischen der Haupt- Stromschiene SB und dem Umrichter unterbrochen ist.

Falls tatsächlich eine Spannungsquelle Bl oder B2 ausgefallen ist, so vermag die anderen Spannungsquelle B2 oder Bl für einen bestimmten Zeitraum alle oder wenigstens die betriebsnotwendigen Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen. In einer Ausgestaltung wird hierfür automatisch geprüft, ob der Schalter S13, der im Normalbetrieb geöffnet ist, freigegeben ist und daher geschlossen werden darf. Falls der Schalter S13 freigegeben wird, so schließt ein Benutzer manuell oder auch ein zentraler Regler des U-Boots automatisch den Schalter S13, wodurch im Beispiel von Fig. 1 beide Spannungsquellen Bl, B2 mit den Verbrauchern M l, M2, M3, DC3, AC, DC4 verbunden sind. Der Schalter S13 wird dann freigegeben, wenn beide Bedingungen erfüllt sind:

- Der Leistungsschalter S4 ist geöffnet (ausgeschaltet).

- Der Schalter Si l ist geöffnet, und der Schalter S12 ist geschlossen. Oder der Schalter Si l ist geschlossen, und der Schalter S12 ist geöffnet.

Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt aus der Topologie von Fig. 1 mit diesen Schaltern.

Bezugszeichen