DE3720051A1 - Schaltungsanordnung zum betrieb von fahrzeugen mittels in einem akkumulator gespeicherter elektrischer energie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen sowohl eine Antriebseinrichtung als auch ein übriges elektrisches Bordnetz versorgenden, aus einer Mehrzahl von Akkumulatorzellen bestehenden Akkumulator von Fahrzeugen, insbesondere U-Booten, wobei der Akkumulator in mehrere Akkumulatoreinheiten mit diesen jeweils zugehörigen Teilspannungen aufgeteilt ist und die Teilspannung wenigstens einer der Akkumulatorein­ heiten für die elektrische Versorgung der bordeigenen Verbraucher außer der Antriebseinrichtung wiederum vermindert ist.

Konventionelle U-Boote entnehmen ihre elektrische Energie bei Unterwasserfahrt aus Akkumulatoren, die bei Überwasser- oder Schnorchelfahrt, die in der Regel mit Dieselmotoren erfolgt, über elektrische Generatoren geladen werden. Neben der elektrischen Antriebsanlage für Unterwasserfahrt, die in der Regel aus einem oder mehreren Gleichstrommotoren besteht und die mit der Antriebswelle des U-Boots koppelbar sind, besteht die elektrische Anlage auch aus der Bordnetzanlage, die beispielsweise in ein Gleichspannungshauptnetz und ein Wechselspannungsunternetz aufgeteilt ist, wobei die Wechselspannung in der Regel aus der Gleichspannung des Gleichspannungshauptnetzes erzeugt wird, um nur ein Spannungsversorgungsnetz zu haben. Der oder die An­ triebsmotoren für den Antrieb des U-Bootes werden in der Regel durch Gleichstrommotoren gebildet, die mit zwei elektrisch getrennten Ankern auf einer Welle versehen sind.

Um die Spannung und damit die Drehzahl verlustarm halten zu können, wird der Akkumulator in einzelne Akkumulatoreinheiten aufgeteilt, die jeweils eine gesonderte Teilspannung liefern. Die Summe aller Teilspannungen aller Akkumulatoreinheiten bildet die für den Fahrbetrieb des U-Bootes zur Verfügung stehende Nennspannung des (Gesamt-)Akkumulators.

Durch die Aufteilung des Akkumulators in Akkumulator­ einheiten werden ohne jegliche Umformung feste Span­ nungsstufen entsprechend einer oder mehrerer Teilspan­ nungen der Akkumulatoreinheiten und damit Drehzahlstu­ fen des Fahrmotors möglich. Die Drehzahlen zwischen zwei Spannungsstufen erhält man durch zusätzliche Feldregelung, so daß auf einfache Weise eine kontinu­ ierliche Einstellung der Drehzahl des Fahrmotors möglich ist.

Grundsätzlich gilt für die Antriebsanlage eines konven­ tionellen U-Bootes, daß zum Antrieb des Fahrmotors möglichst hohe Spannungen zur Verfügung stehen, da sich dadurch bei gleicher Antriebsmotorleistung die zu schaltenden Ströme verringern und sich darüber hinaus auch die Kabelquerschnitte und damit das Kabelvolumen und zwangsläufig das Gewicht verringert. Zum anderen wird die maximal mögliche Vortriebsleistung durch das Schaltvermögen verfügbarer Leistungsschalter bestimmt, wobei zur Zeit Leistungsschalter verfügbar sind, die 3000 A zu schalten vermögen.

Die für den Betrieb der Antriebsanlage vorteilhaften hohen Spannungen haben jedoch für die Bordnetzanlage Nachteile, da die Isolationsbemessungen für hohe Spannungen große Luft- und Kriechstrecken und damit eine Vergrößerung der elektrischen Betriebsmittel erfordern. Darüber hinaus sind insbesondere für den Einsatz in Schiffen erprobte Geräte für hohe Betriebs­ spannungen nicht verfügbar. Schließlich sind statische (elektronische) Gleichstrom/Wechselstromumformer mit hohen Eingangsspannungen nur unter erheblichen Wir­ kungsgradeinbußen betreibbar.

Bisher wurden zum Betrieb eines U-Bootes Akkumulatoren verwendet, die in vier Akkumulatoreinheiten aufgeteilt waren, so daß die Bordnetzspannung unproblematisch an jeweils einem Viertel der Gesamtakkumulatorspannung betrieben bzw. von ihr abgenommen werden konnte.

Zur Vermeidung der zwangsweise auftretenden Geräusche beim Schalten der Leistungsschalter, die die einzelnen Akkumulatoreinheiten zusammenschalten, wird gefordert, im unteren Drehzahlbereich des Antriebsmotors die Regelung des Antriebsmotors über Ankerstromsteller zu bewirken. Wegen der Beziehung P proportional n ³ ist die bereitzustellende Leistung des Ankerstromstellers für den unteren Drehzahlbereich gering, was zur Folge hat, daß auf die Spannungsstufe "1/8 Fahrbetriebsspannung" verzichtet werden kann.

Es können somit grundsätzlich 2-geteilte Akkumulatoren verwendet werden, was eine erhebliche Einsparung an Leistungsschaltern sowie eine Vereinfachung der Schaltung insgesamt zur Folge hat. Nachteiligerweise ist damit verbunden, daß die Bordnetzspannung zwangs­ weise die Hälfte der (Gesamt-)Akkumulatorspannung für den Fahrbetrieb ausmacht.

Hinzu kommt noch, daß der Einsatz sogenannter PM-Moto­ ren (permanent erregter Motor) als Antriebsmotor einen 2-geteilten Akkumulator zu je 360 Akkumulatorzellen erfordert, was einer Bordnetzspannung von 720 V bzw. einer Ladespannung bei Volladung der beiden Akkumula­ toreinheiten von je 990 V entsprechen würde. Für solche Spannungen sind für den Bordbetrieb nötige Gleichstrom­ motoren, Anlaßgeräte oder Bordnetzumformer für Unter­ netze nicht verfügbar und teilweise technisch auch nicht realisierbar.

Um die zur Verfügung stehende hohe Akkumulatorspannung auf eine allgemein übliche Bordnetzspannung zu vermin­ dern, mit der bisher schon verfügbare Geräte betrieben werden können, wurde versucht, sogenannte Chopper-Wand­ ler einzusetzen. Diese Chopper-Wandler haben aber den Nachteil, daß ihr Wirkungsgrad lediglich bei 0,95 liegt und das Volumen und das Gewicht derartiger Chopper- Wandler für die benötigten Leistungen sehr hoch ist. Ein anderer Nachteil der Choppertechnologie liegt darin, daß die verwendeten Halbleiter bei den erforder­ lichen hohen Spannungen verhältnismäßig langsam sind und die niedrigen Arbeitsfrequenzen, beispielsweise 1 bis 2 kHz, hörbar sind und darüber hinaus elektromagne­ tische Störungen verursachen, die wiederum auf aufwen­ dige Weise beseitigt werden müssen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Schal­ tungsanordnung zu schaffen, mit der das Bordnetz an einem Teil der einen oder anderen Akkumulatoreinheit, die zusammen den (Gesamt-)Akkumulator bilden, betrieben werden kann, ohne daß dabei bestimmte Einheiten von Akkumulatorzellen ungleichmäßig entladen werden.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß wenigstens die eine Akkumulatoreinheit in mehrere Untereinheiten entsprechend einer vorwählbaren Zahl von Akkumulatorzellen unterteilt ist, wobei die bordeigenen elektrischen Verbraucher in vorbestimmbaren Zeitabstän­ den über eine Umschalteinrichtung wahlweise mit den Untereinheiten verbindbar sind.

Der wesentliche Vorteil einer derartigen Anordnung liegt darin, daß im Gegensatz zu bisher verwendeten Chopper-Wandlern, die lediglich einen Wirkungsgrad von 0,95 haben, der Wirkungsgrad erfindungsgemäß wenigstens 0,985 ist. Das Volumen und das Gewicht für die gemäß der Erfindung zu installierende Schalterleistung ist sehr viel kleiner als beim Einsatz von Chopper-Wand­ lern, wobei die Verminderung des Volumens und Gewichts für derartige Umschalteinrichtungen sich für das System U-Boot gemäß folgender Betrachtung als sehr wesentlich herausstellt.

Für jeden Verbraucher an Bord eines U-Bootes muß einschließlich aller Verluste eine ausreichende Akkumu­ latorkapazität bereitgestellt werden. Das sind für eine angenommene Leistung von 1 kW pro 100 Stunden ca. 0,9 m³, was einem Akkumulatorgewicht von 2,2 t entspricht. Daraus ergibt sich sofort, daß jede scheinbar geringe Energieeinsparung unter diesem Gesichtspunkt für das System U-Boot erhebliche Vorteile bringt.

Bei einem Leistungsbedarf des Bordnetzes von beispiels­ weise 100 kW beträgt die Einsparung an benötigter Akkumulatorkapazität und damit an Gewicht für eine Unterwasserfahrt von 100 Stunden bei Verwendung der erfindungsgemäßen Umschalteinrichtung mit einem Wirkungsgrad von 0,985 anstelle eines Chopper-Wandlers mit einem Wirkungsgrad von 0,95 3,3 m³, was einer Gewichtseinsparung von 8,2 t entspricht. Da das Volumen des Akkumulators zum Akkumulatorraum ca. 1 : 2 beträgt, beträgt die tatsächliche Volumeneinsparung sogar 6,6 m³, wobei noch das erhebliche geringere Volumen der Umschalteinrichtung gegenüber einem Chopper-Wandler hinzukommt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die bordeigenen elektrischen Verbraucher in einer Mehrzahl von Verbrauchergruppen zusammengefaßt, wobei jede Verbrauchergruppe wahlweise mit einer vorbestimm­ ten Untereinheit verbindbar ist. Auf diese Weise können alle Verbrauchergruppen wahlweise mit allen Unterein­ heiten einer beliebigen Akkumulatoreinheit verbunden werden, so daß auch bei größerer Leistungsaufnahme einer Verbrauchergruppe gegenüber anderen Verbraucher­ gruppen dennoch eine gleichmäßige Belastung des Akkumu­ lators in seiner Gesamtheit erfolgen kann und somit vermieden wird, daß bestimmte Akkumulatorzellenbereiche unterschiedlich entladen werden. Es ist dabei auch denkbar, daß die Spannungen aller Untereinheiten fortwährend erfaßt werden und die verbrauchsintensiven Verbrauchergruppen öfter auf die einzelnen Untereinhei­ ten geschaltet werden als die weniger verbrauchsinten­ siven Verbrauchergruppen.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird jede Verbrauchergruppe für ein vorbestimmtes Zeitinter­ vall nach Art eines Schieberegisters zyklisch mit jeder Untereinheit verbunden, d. h. nach Abschluß eines Schaltzyklus im vorbestimmten Zeitintervall ist jede der Verbrauchsgruppen einmal für eine vorbestimmte Zeit mit jeder der Untereinheiten verbunden gewesen.

Wie eingangs erwähnt, ist es beim Einsatz des Systems U-Boot aus taktischen Gründen erforderlich, daß das System selbst so geräuschlos wie möglich arbeitet, um es nicht aufgrund seiner eigenen Geräuschentwicklung ortbar oder identifizierbar zu machen. Um insbesondere dieses wichtige Kriterium zu erfüllen, wird die Um­ schalteinrichtung vorteilhafterweise durch einen oder eine Mehrzahl elektronischer Schalter gebildet, der völlig geräuschlos und mit einer Arbeitsfrequenz arbeitet, die höher als die Hörgrenze liegt.

Vorteilhafterweise werden die die hohen elektrischen Leistungen schaltenden Bauelemente des elektronischen Schalters durch Halbleiterbauelemente gebildet, die bei geringer Verlustleistung extrem leistungsfähig sind und darüber hinaus auch ein sehr schnelles Schaltvermögen haben, so daß das Umschalten von einer Untereinheit auf eine andere Untereinheit einer bestimmten Verbraucher­ gruppe nicht merkbar ist.

Auch bei Vorsehen einer redundanten Umschalteinrichtung kann es beim Einsatz des Systems U-Boot zum Ausfall aller Umschalteinrichtungen kommen, was zur Folge haben könnte, daß auf nicht gewünschte Weise bestimmte Akkumulatorzellenbereiche gegenüber anderen sehr schnell einen anderen Ladungszustand einnehmen, was auf alle Fälle vermieden werden muß. Um für den Notfall dieses zu verhindern, ist die Schaltungsanordnung vorzugsweise mit einer weiteren Umschalteinrichtung versehen, die anstelle der ersten Umschalteinrichtung physikalisch anders betrieben wird, d. h. entweder auf elektromagnetische Weise (Relais), auf hydraulische Weise - beispielsweise durch Kopplung an das bordeigene Hydrauliksystem - oder mechanisch.

Darüber hinaus sind beliebige Kombinationen der unter­ schiedlich ausgebildeten Schalteinrichtungen zur Bildung eines redundanten Umschaltsystems möglich, wobei insbesondere vorteilhaft ist, eine mit elektroni­ schen Schaltern versehene Umschalteinrichtung auch mit einer parallel geschalteten elektromagnetischen Schal­ tern (Relais) gebildeten Umschalteinrichtung zu verse­ hen.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nach­ folgenden schematischen Zeichnungen anhand mehrerer Ausführungsbeispiele eingehend beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau der Schaltungsan­ ordnung, bei dem zwei Verbrauchergruppen umschaltbar mit einer Akkumulatoreinheit verbunden sind, die aus zwei Untereinheiten besteht,

Fig. 2 einen prinzipiell gleichen Aufbau der Schal­ tungsanordnung gemäß der Darstellung von Fig. 1, bei der jedoch die Akkumulatoreinheit durch drei Untereinheiten gebildet wird,

Fig. 3 einen Schaltungsaufbau gemäß Fig. 2, jedoch in detaillierterer Darstellung, wobei die Umschalteinrichtung durch eine Mehrzahl von bipolaren Transistoren gebildet wird,

Fig. 4 eine weitere Schaltungsanordnung, bei der eine Akkumulatoreinheit durch vier Unterein­ heiten gebildet wird,

Fig. 5 beispielhaft den Gesamtaufbau einer elektri­ schen Anlage eines U-Boots, bestehend aus Antriebsanlage, einer in vier Verbraucher­ gruppen aufgeteilten Bordnetzanlage sowie einer elektronischen Umschalteinrichtung,

Fig. 6 eine gegenüber Fig. 5 modifizierte, nur zwei getrennte Verbrauchergruppen über die Um­ schalteinrichtung verbindende Schaltungsan­ ordnung,

Fig. 7 eine Schaltungsanordnung gemäß der Darstel­ lung von Fig. 5, bei der jedoch parallel zur elektronischen Umschalteinrichtung eine elektromagnetisch betriebene Umschalteinrich­ tung vorgesehen ist und

Fig. 8a, b die Schaltungsanordnung, bei der bei Erd­ schluß eines Außenleiters eine Verbraucher­ gruppe von einer äußeren Untereinheit des Akkumulators zur Verringerung der Nennisola­ tionsspannung auf eine innere Untereinheit geschaltet ist.

Der grundsätzliche Aufbau der Schaltungsanordnung 10 wird zunächst in Verbindung mit der Darstellung von Fig. 1 sowie Fig. 5 beschrieben. Ein Akkumulator 11, der sowohl zur Versorgung des Antriebsmotors 18 eines U-Boots als auch zur Versorgung der bordeigenen elek­ trisch betriebenen Verbraucher 16 dient, besteht im wesentlichen aus zwei Akkumulatoreinheiten 13, die in Reihe geschaltet an den Antriebsmotor 18 eine maximal mögliche Spannung von 2×720 V liefern.

Für das Bordnetz zum Betrieb von Gleichstromumformern, Anlaßgeräten sowie Bordnetzumformern für Unternetze, d.h. generell für den elektrischen Betrieb von bordeige­ nen Geräten wird neben dem Betrieb des Antriebsmotores 18 eine geringere Spannung benötigt, so daß jede Akkumulatoreinheit 13 in eine Mehrzahl von Untereinhei­ ten 14 aufgeteilt wird, wobei entsprechend der Anzahl der Akkumulatorzellen 12 pro Untereinheit 14 _{1 . . . 4} eine Spannung vorbestimmter Größe abgegriffen wird.

Diese Spannungen der Untereinheiten 14 werden auf eine Umschalteinrichtung 15 gegeben, die im Fig. 1 darge­ stellten Ausführungsbeispiel auf zwei getrennte Ver­ brauchergruppen 16 _{1, 2} gegeben wird, die hier symbolisch das Bordnetz eines U-Boots darstellen. Die Umschaltein­ richtung 15 schaltet in einem vorbestimmten Schaltzy­ klus die beiden getrennten Verbrauchergruppen 16 _{1, 2} auf die Untereinheiten 14 _{1, 2} und zwar jeweils abwechselnd, so daß auch dann, wenn beide Verbrauchergruppen 16 _{1, 2} wegen unterschiedlicher Leistungsaufnahme die Unterein­ heiten 14 _{1, 2} unterschiedlich entladen, insgesamt über eine vorbestimmte Zeitperiode eine gleichmäßige Entla­ dung aller Untereinheiten stattfindet.

Dieses Prinzip ist in allen Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 bis 8 identisch realisiert, wobei grundsätzlich die Aufteilung des Bordnetzes des U-Bootes in eine beliebige Zahl unterschiedlicher Verbrauchergruppen 16 _{1 . . . n} möglich ist.

In den Fig. 5 und 7 sind beispielsweise Schaltungs­ anordnungen 10 dargestellt, in denen das Bordnetz in vier unabhängige Verbrauchergruppen 16 _{1, 2, 3, 4} unter­ teilt ist. Zwei dieser Verbrauchergruppen sind jeweils mit Untereinheiten 14 verbindbar, die zusammen eine Akkumulatoreinheit 13 bilden, es sind aber auch hier nicht gesondert dargestellte Ausbildungen der Schal­ tungsanordnung 10 möglich, bei denen alle Verbraucher­ gruppen 16 _{1 . . . n} mit allen Untereinheiten 14 _{1 . . . k} verbindbar sind, d. h. es sind alle Möglichkeiten der Verbindung einer bestimmten Verbrauchergruppe 16 _{1 . . . n} mit irgendeiner beliebigen Untereinheit 14 _{1 . . . k} mög­ lich.

Bei den in den Fig. 3 bis 8 dargestellten Ausfüh­ rungsformen sind die Umschalteinrichtungen 15 grund­ sätzlich mit elektronischen Schaltern ausgebildet, wobei die hohe elektrischen Leistungen schaltenden Bauelemente durch Halbleiterbauelemente 17 gebildet werden. Es handelt sich bei diesen Halbleiterbauelemen­ ten im vorliegen Ausführungsbeispiel um bipolare Transistoren, grundsätzlich sind aber auch Feldeffekt­ transistoren (MOSFETs bzw. COMFETs) möglich. Denkbar sind für den Einsatz als elektronische Schalter auch Thyristoren, wenn eine Schaltfrequenz von weniger als 2 kHz eingehalten wird. Darüber hinaus sind auch Kombina­ tionen von Feldeffekttransistoren und bipolaren Transi­ storen, beispielsweise sogenannte BIMOS-Schalter mög­ lich. Hierbei bestimmen die MOSFETs das dynamische Verhalten und die bipolaren Transistoren den Laststrom und die Sperrspannung.

Darüber hinaus ist auch der Einsatz von sogenannten SIRETs (Siemens Ring Emitter Transistor) möglich.

Bevor anhand eines dargestellten Ausführungsbeispieles der Schaltvorgang der Umschalteinrichtung 15 im einzel­ nen erläutert wird, sei vorausgestellt, daß es für die gleichmäßige Entladung des Akkumulators 11 bzw. der aus den Untereinheiten 14 _{1 . . . k} bestehenden Akkumulatoren­ einheiten 13 nicht auf eine hohe Schaltfrequenz an­ kommt, sondern lediglich auf einen schnellen Schaltvor­ gang im Zeitpunkt des Umschaltens einer bestimmten Verbrauchergruppe 16 _{1 . . . n} auf die betreffende Unterein­ heit 14 _{1 . . . k} . Regelmäßig bleiben die verschiedenen Verbrauchergruppen 16 _{1 . . . n} in einem Zeitintervall mit der entsprechenden Unterheit 14 _{1 . . . k} verbunden, daß sich vom Sekunden- bis zum Minutenbereich erstrecken kann.

Anhand der Darstellung von Fig. 3, die eine Akkumula­ toreinheit 13, bestehend aus Untereinheit 14 ₁ und 14 ₂ zeigt, wird beispielhaft die Funktion der Schaltungsan­ ordnung 10 beschrieben. Die Umschalteinrichtung 15 arbeitet dabei folgendermaßen. Während eines ersten Schalttaktes sind die Transistoren T 1, T 2, T 3, T 4 leitend, während die Transistoren T 5, T 6, T 7, T 8 gesperrt sind, in einem nachfolgenden Schaltzyklus sind die Transistoren T 5, T 6, T 7, T 8 leitend, während die Transistoren T 1, T 2, T 3, T 4 gesperrt sind. In einem nächsten Schaltzyklus wiederholen sich diese Schaltse­ quenzen entweder automatisch oder gesondert gesteuert.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem eine Akkumulatoreinheit 13 aus drei Unterein­ heiten 14 ₁, 14 ₂ und 14 ₃ gebildet wird, arbeitet die Umschalteinrichtung 15 wie folgt. In einem ersten Schaltschritt sind die Transistoren T 1, T 2, T 3, T 4 leitend, während alle übrigen Transistoren gesperrt sind. In einem zweiten Schaltschritt sind die Transi­ storen T 5, T 6, T 7, T 8 leitend, während alle übrigen Transistoren gesperrt sind, in einem dritten Schalt­ schritt sind die Transistoren T 9, T 10, T 11, T 12 leitend, während alle übrigen Transistoren gesperrt sind. Nach Durchlaufen dieser drei Schaltschritte beginnt der Schaltzyklus von vorn, entweder automatisch oder aufgrund einer besonderen Steuerung.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Umschalteinrichtung 15 außer durch einen elektronischen Schalter, bestehend aus einer Vielzahl von Halbleiterschaltelementen, zusätzlich von elektro­ magnetischen Schaltern (Relais) gebildet. Die Relais sind funktionsmäßig parallel zu den elektronischen Schaltern geschaltet, so daß bei Ausfall des elektroni­ schen Schalters die Gesamtfunktion der Umschalteinrich­ tung 15 erhalten werden kann, und zwar über die elek­ tromagnetischen Schalter (Relais).

So werden beispielsweise bei Ausfall des elektronischen Schalters der Umschalteinrichtung 15 die elektromagnetischen Schalter K 13, K 23 bzw. K 14, K 24 freigeschaltet, wobei die wechselweise Zuordnung der Verbrauchergruppen 16 _{1 . . . 4} auf die einzelnen Unterein­ heiten 14 _{1 . . . 4} der jeweiligen Akkumulatoreinheiten 13 dann über die elektromagnetischen Schalter K 11, K 31, K 51, K 71 bzw. K 12, K 42, K 52, K 72 erfolgt.

Denkbar ist es auch, obwohl hier nicht gesondert dargestellt, daß die Umschalteinrichtung 15 auch aus manuell oder hydraulisch betätigten Umschaltern be­ steht, die alternativ oder zusätzlich zu der voranbe­ schriebenen Umschalteinrichtung 15 vorgesehen sind.

Die Umschalteinrichtung 15 gemäß der Erfindung gestat­ tet es auch, daß bei Reihenschaltung der Akkumulator­ einheiten 13 zur Bereitstellung einer hohen Spannung für den Antriebsmotor 18 ein eventuell auftretender Erdschluß eines Außenleiters nicht zwangsweise mit extrem hohen Nennisolationsspannungen verbunden ist, die beispielsweise an einem an der entgegengesetzten äußeren Akkumulatoreinheit 13 liegenden Verbraucher 16 auftreten. Die im Zusammenhang mit Fig. 7 beschriebene Umgehung der elektronischen Schalter mit elektromagne­ tischen Schaltern erlaubt eine Herabsetzung der Nenn­ isolationsspannung von 25%. Das ergibt sich aus folgendem:

Während der Reihenschaltung der Akkumulatoreinheiten 13, die wegen der damit verbundenen Hochstromentladung nur für relativ kurze Zeit möglich ist, wobei die am Bordnetz liegenden elektrischen Verbraucher im Ver­ gleich zur Antriebsmotorleistung nur einen geringen Anteil ausmachen, wird die Verbrauchergruppe 16 ₁ und 16 ₂ gleichzeitig an die innere Hälfte der Akkumulator­ einheit 13 geschaltet, d. h. an die Untereinheit 14 ₂ und die Verbrauchergruppe 16 ₃ und 16 ₄ an die innere Hälfte der anderen Akkumulatoreinheit 13, d. h. an die Untereinheit 14 ₃.

Aufgrund der relativ zur Antriebsmotorleistung geringen Bordnetzleistung und der relativ geringen zeitlichen Dauer, kann die hierbei entstehende ungleichmäßige Entladung des Akkumulators 11 in Kauf genommen werden. Bezogen auf die Darstellung der Schaltungsanordnung 10 in Fig. 7 läuft eine derartige Umschaltung folgender­ maßen ab: Die elektromagnetischen Schalter K 23 und K 14 sind geschlossen. Die Transistoren T 51, T 61, T 71, T 41 bzw. T 11, T 22, T 72, T 82 leiten. Alle übrigen Transisto­ ren sind gesperrt, alle übrigen elektromagnetischen Schalter sind geöffnet. Dieser Zustand bleibt während der Reihenschaltung der Akkumulatoreinheiten 13 beste­ hen.

• Bezugszeichenliste: 10 Schaltungsanordnung
  11 Akkumulator
  12 Akkumulatorzelle
  13 Akkumulatoreinheit
  14 Untereinheit
  15 Umschalteinrichtung
  16 Verbrauchergruppe
  17 Halbleiterbauelement
  18 Antriebsmotor

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung für einen sowohl eine Antriebs­ einrichtung als auch ein übriges elektrisches Bordnetz versorgenden, aus einer Mehrzahl von Akkumulatorzellen bestehenden Akkumulator von Fahrzeugen, insbesondere U-Booten, wobei der Akkumulator in mehrere Akkumulator­ einheiten mit diesen jeweils zugehörenden Teilspannun­ gen aufgeteilt ist und die Teilspannung wenigstens einer der Akkumulatoreinheiten für die elektrische Versorgung der bordeigenen Verbraucher außer der Antriebseinrichtung wiederum vermindert ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Akkumulatoreinheit (13) in mehrere Untereinheiten (14) entsprechend einer vorwählbaren Zahl von Akkumulatorzellen (12) unterteilt ist, wobei die bordeigenen elektrischen Verbraucher in vorbestimmten Zeitabständen über eine Umschalteinrich­ tung (15) wahlweise mit den Untereinheiten (14) ver­ bindbar sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die bordeigenen elektrischen Verbraucher in einer Mehrzahl Verbrauchergruppen (16 _{1 . . . n} ) zusam­ mengefaßt sind, wobei jede Verbrauchergruppe (16 _{1 . . . n} ) wahlweise mit einer vorbestimmten Untereinheit (14 _{1 . . . k} ) verbindbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Verbrauchergruppe (16 _{1 . . . n} ) für ein vorbestimmtes Zeitintervall nach Art eines Schieberegi­ sters zyklisch mit jeder untereinheit (14_{1 . . . k} ) ver­ bindbar ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (15) durch wenigstens einen elek­ tronischen Schalter gebildet wird.

5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hohe elektrischen Leistungen schaltenden Bauelemente des elektronischen Schalters durch Halbleiterbauelemente (17) gebildet werden.

6. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (15) durch wenigstens einen elek­ tromagnetischen Schalter gebildet wird.

7. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (15) durch wenigstens einen hydrau­ lisch betriebenen Schalter gebildet wird.

8. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (15) durch wenigstens einen mecha­ nisch betriebenen Schalter gebildet wird.