KR20100021753A - 차량 작동 방법 및 관련 시스템 - Google Patents

Abstract

전기 드라이브를 갖는 차량의 작동 방법이 제공된다. 이 방법은 제 1 구역 및 제 2 구역을 규정하는 단계를 포함한다. 제 1 구역은 관련 제 1 특징을 가지며 제 2 구역은 제 1 특징과 다른 관련 제 2 특징을 갖는다. 상기 방법은 상기 제 1 구역에서 제 2 구역으로 이동하는 차량에 반응하여 차량의 작동 모드를 제 1 구역에서의 제 1 작동 모드로부터 제 2 구역에서의 제 2 작동 모드로 전환하는 단계를 추가로 포함한다.

구역, 관련 특징, 작동 모드, 환경 지표, 에너지 저장 장치, 콘트롤러, 센서

Description

차량 작동 방법 및 관련 시스템{METHOD OF OPERATING VEHICLE AND ASSOCIATED SYSTEM}

본 발명은 추진 시스템 이용 방법에 관한 실시예를 포함한다. 본 발명은 차량 및 시스템에 관한 실시예를 포함한다.

동적 제동(braking) 중에 열로서 폐기될 에너지의 일부를 회수하기 위해 하이브리드 추진 시스템이 개발되었다. 이 폐기되는 에너지의 회수는 재생적 제동이다. 하이브리드 추진 시스템은 두 개의 다른 에너지원, 즉 열기관과 에너지 저장 유닛을 사용할 수 있다. 엔진은 기계적 일을 생산하기 위해 연료를 연소할 수 있는 바, 내연 기관, 터빈 기관, 및 디젤 엔진이 그 예이다. 에너지 저장 유닛은 전기적으로 재충전가능한 배터리, 울트라캐패시터, 또는 출력 밀도가 높은 플라이휠을 구비할 수 있다.

하이브리드 추진 시스템은 제동 요청이나 가속 요청과 같은 특정 로컬 이벤트에 대해 작용할 수 있다. 하이브리드 추진 시스템은 주위 환경을 전반적으로 인 지하지 못하며, 그 인지에 기초하여 기능을 변경하지 못한다. 임의의 차량이 환경을 감지할 수 있을 정도로, 하나의 하이브리드 차량은 주위 온도를 모니터링하며 배터리를 손상시킬 주위 온도에서 배터리 사용을 차단한다.

현재 이용가능한 것들과 다른 작동 방법을 수행하는 추진 시스템을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 현재 이용가능한 추진 시스템의 특성 및 특징과 다른 특성 및 특징을 갖는 추진 시스템을 갖는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명은 전기 드라이브를 갖는 차량의 작동 방법에 관한 실시예를 포함한다. 이 방법은 제 1 구역 및 제 2 구역을 규정하는 단계를 포함한다. 제 1 구역은 관련 제 1 특징을 가지며, 제 2 구역은 제 1 특징과 다른 관련 제 2 특징을 갖는다. 이 방법은 제 1 구역에서 제 2 구역으로 이동하는 차량에 반응하여 차량의 작동 모드를 제 1 구역에서의 제 1 작동 모드로부터 제 2 구역에서의 제 2 작동 모드로 전환하는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명은 전기적으로 구동가능한 차량에 관한 실시예를 포함한다. 이 차량은 제 1 구역에서 제 2 구역으로 이동하는 차량에 반응하여 차량의 작동 모드를 제 1 구역에서의 제 1 작동 모드로부터 제 2 구역에서의 제 2 작동 모드로 전환할 수 있는 콘트롤러를 구비할 수 있다. 제 1 구역은 관련 제 1 특징을 가지며 제 2 구역은 관련 제 2 특징을 갖는바, 이는 상기 구역들을 상호 구별될 수 있게 한다. 상기 차량은 이 차량이 제 2 구역에 대해 근접하는지 이격되는지를 결정할 수 있는 콘트롤러와 연통하는 센서를 추가로 구비할 수 있다.

본 발명은 차량에 의해 사용되는 전기 에너지의 양을 차량에 의해 소비되는 연료의 양 또는 차량에 의해 방출되는 배기가스의 양과 상관시키는 정보를 갖는 시스템에 관한 실시예를 구비한다. 상기 시스템은 센서와 콘트롤러를 구비한다. 센서는 에너지 저장 장치에 의해 공급되는 에너지의 양을 측정할 수 있고, 그 에너지 양에 관한 정보를 콘트롤러에 전송할 수 있다. 또한, 콘트롤러는 에너지가 에너지 저장 장치가 아닌 엔진으로부터 나올 경우 절감되는 연료의 양 또는 그렇지 않을 경우 발생될 배기가스의 감소량을 결정하기 위해 에너지 저장 장치에 의해 공급되는 에너지의 측정된 양과 상관 데이터를 사용한다.

본 발명에 의하면, 지리적 위치에 따라 작동 모드를 변경할 수 있고, 그로 인해 배기가스와 같은 차량 특징을 제어할 수 있으며, 환경적으로 민감한 지역에서 환경 영향이 감소되는 차량 작동을 가능하게 할 수 있다.

본 발명은 추진 시스템의 작동 방법에 관한 실시예를 포함한다. 본 발명은 추진 시스템을 갖는 차량에 관한 실시예를 포함한다. 본 발명은 차량 추진 시스템에 관한 실시예를 포함한다. 지리적 위치에 따라 작동 모드를 변경하는 능력은 배기가스와 같은 차량 특징을 제어할 수 있으며, 환경적으로 민감한 지역에서 환경 영향이 감소되는 차량 작동을 가능하게 할 수 있다.

본 명세서에서 사용될 때, 전압이란 달리 언급되지 않는 한 직류(DC) 전압을 가리킨다. 원동기는 엔진과 발전기를 구비하는 바, 예를 들면 디젤 엔진/교류발전기 조합을 구비한다. 일반적으로, 에너지 배터리는 파워에 비해 높은 에너지를 제공하는 비율을 갖는 반면, 파워 배터리는 에너지 등급보다 높은 파워 등급을 갖는다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법이 도시되어 있다. 이 방법은 차량 작동 구역을 규정하는 단계(블록 100), 및 차량 작동 모드를 차량이 위치되는 구역에 관해 제어하는 단계(블록 110)를 포함한다. 필요할 경우, 이 방법은 구역 변동 또는 변경이 다가오는 것을 결정하는 단계 및 구역 변동을 준비하도록 작동 모드를 전환하는 단계를 포함할 수 있다(블록 120).

상기 구역에 관하여, 이들 구역은 적어도 제 1 구역과 제 2 구역을 구비한다. 제 1 구역은 관련 제 1 특징을 가지며, 제 2 구역은 제 1 특징과 다른 관련 제 2 특징을 갖는다. 본 명세서에서 사용될 때, 제 1 구역이란 작동 파라미터에 대해 비교적 적은 제한을 갖는 영역이며, 제 2 구역이란 제 1 구역에 비해 작동 파라미터에 대한 관심이 제 1 구역에 비해 큰 영역이다. 구역 차이에 대해 나중에 더 논의되겠지만, 제 1 구역이 배기가스에 대해 상대적으로 덜 민감하고 제 2 구역이 환경적으로 민감한 지역인 일 실시예에 대한 언급은 하기 내용을 특징짓는 것을 보조할 수 있다.

상기 구역들은 이들 구역을 상호 분리시키거나 또는 중간-배치된(inter-disposed) 구역(추후 제 3 구역으로 언급됨)으로부터 분리시키는 경계면 또는 라인 을 가질 수 있다. 제 1 구역은 지오-펜스(geo-fence)에 의해 제 2 구역으로부터 구별될 수 있다. 제 1 구역을 규정하거나 경계짓는 다른 방법은 지리적 영역을 확인하는 단계를 포함한다. 지리적 한계는 주 경계선, 군 경계선, 국경선 등과 같은 영토권에 일치할 수 있다. 또한, 지리적 한계는 강, 언덕 등과 같은 자연 지형 특징에 일치할 수 있다. 구역을 경계짓는 또다른 방법은 위치와 연관될 수 있는 특정한 특성 또는 특징의 확인을 포함한다. 예를 들어, 로스 엔젤레스는 보다 낮은 오염 및 보다 적은 차량 배기가스를 요하는 환경적으로 민감한 구역(제 1 특징)으로 특징지어질 수 있다. 다른 예는 정해진 지자체에서 배기가스가 추적되어 과세되는 세금 체계가 시행되는 영역(예를 들면, 영국 런던)이다. 세금 체계는 역으로, 정해진 영역(즉, 제 2 구역)에서의 배기가스 저감에 대해 공제 또는 이익을 제공할 수 있다.

상기 구역들은 일부 실시예에서 고정적일 필요가 없다. 특정 시각 중에 배기가스가 더 악화될 경우, 제 1 구역의 경계를 시각에 관하여 활발히 규정할 수도 있다. 소음에 민감한 영역에서 소음이 관건인 경우, 상기 구역은 소음이 관건인 영역에 의해서 및 하루중 소음이 중요한 시간 중에 차별화될 수 있다.

이는 요일에 대해서도 활발히 이루어질 수 있다. 예를 들어, 차량 작동이 지역 주민이 노출되는 분진이 관건인 영역에 인접할 경우, 상기 구역은 관심 요일 중에 그 영역으로 규정될 수 있다. 예를 들어, 해변이 주말에는 꽉 차지만 주중에는 그렇지 않고 해변이 꽉 찼을 때 분진이 관건이라면, 상기 구역은 주말 중에 해변에 인접할 수 있다.

일부 기획에 의하면, 그 동안의 거동을 예측할 수 있는 국경일과 같은 년간 패턴을 확인할 수 있다. 그렇다면, 제 1 구역의 경계를 년간 요일을 참조하여 규정하는 것이 가능하다.

대부분의 세계에서 날씨가 면밀하게 감시되고 있으므로, 날씨, 기후 또는 환경은 구역을 정하기 위한 환경 지표일 수 있다. 방법은 이후 제 1 구역을 그 구역에 대응하는 환경 지표를 참조하여 동적으로 규정할 수 있다. 예를 들어, 한 영역에서 오존 경보가 발동되고 그 경보가 날씨 및 기후 상태에 기초하면, 그 경보는 환경 지표로 작용할 수 있으며, 여기에서는 일 실시예에서 오존-감소된 작동 모드가 제 2 구역에서 제 2 작동 모드로서 사용될 수 있다. 다른 적절한 환경 지표에는 자외선(UV) 지수, 오염 지수, 지표 레벨 오존 함량, 지표 레벨 NOx 함량, 지표 레벨 SOx 함량, 이산화탄소 함량, 일산화탄소 함량, 풍속, 풍향, 미세물질 함량 또는 꽃가루 수(pollen count)가 포함된다.

제 1 구역은 절대적 용어(예를 들면, 주 경계선)로 규정되거나, 또는 제 2 구역에 비해 상대적 용어(예를 들면, 보다 제한적인 세금 체계)로 규정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 특징은 제 2 특징에 비해, 세금 이득 또는 배기가스, 연료 소비, 또는 소음 중 하나 이상에 기초한 납세 의무; 배기가스; 연료 소비; 또는 소음 중 하나 이상의 감소일 수 있다. 대체 실시예에서, 제 1 특징은 차량의 에너지 저장 장치를 재생하기 위한 지형에 기초한 능력이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량이 한 구역에서 다른 구역으로 이동할 때, 차량의 콘트롤러가 이동이 발생하고 있음을(또는 발생할 예정임을) 인지하고 차량의 작동 모드를 제 1 구역에서의 제 1 작동 모드로부터 제 2 구역에서의 제 2 작동 모드로 전환하도록 차량을 제어한다. 일 양태에서는, 지오-펜스 또는 구역 경계가 표시되며, 작동 모드 전환은 차량이 제 1 구역에서 제 2 구역으로 또는 그 반대로 이동함에 반응하고 있다. 대안적으로, 차량 조작자는 수동 토글을 쥐고 일 실시예에서 전환을 시작할 수 있다.

제 1 작동 모드로 작동하는 동안, 차량은 일 실시예에 따라 배터리 수명의 증가, 배터리 충전의 증가, 차량 속도의 증가, 또는 연비의 증가 중 적어도 하나를 달성하는 방식으로 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 작동 모드는 제 2 구역에 진입할 때 적어도 하나의 배터리 특징이 제 2 구역에서 사용하기 위한 결정된 상태에 있도록 제 2 구역 외부에서의 차량 성능을 최적화하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 배터리 특징은 배터리 온도 또는 배터리 충전 상태를 포함할 수 있다. 특히, 배터리 충전 상태는 배터리 또는 배터리 뱅크의 사용가능한 충전 에너지를 지칭한다. 다른 실시예에서, 차량은 차량의 전기 구동 모터에 결합된 에너지 저장 장치의 방전의 감소 또는 제거가 있도록 제 1 구역에서 작동할 수 있다. 따라서, 에너지 저장 장치(또는 그것에 포함되는 배터리)는 제 2 구역으로 이동할 때 사용될 준비가 되어 있다.

제 2 작동 모드를 참조하면, 차량은 저감된 배기가스, 저감된 연료 소비 또는 저감된 소음 중 하나 이상에 기초한 증가된 세금 이득; 감소된 배기가스; 감소된 연료 소비; 또는 배기가스, 연료 소비 또는 소음 중 하나 이상에 기초한 감소된 납세 의무 중 적어도 하나를 달성하는 방식으로 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제 2 작동 모드에서의 차량은 탑재 엔진으로부터 소음이 감소되도록 작동할 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 차량은 제 2 구역에 접근할 때 제 1 구역에서 배터리 뱅크를 갖는 에너지 저장 장치의 충전을 완료하고 연료 효율에 관계없이 디젤 엔진을 사용할 수 있으며, 제 2 구역으로 이동한 후 디젤 엔진은 작동중지되거나 아이들링되고 차량은 견인 모터에 전기를 공급하는 에너지 저장 장치에 의해 추진될 수 있다.

그리고, 일 실시예에서, 제 2 구역은 차량의 재생된 에너지 저장 장치에 대해 지형에 기초한 요구를 가질 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장 장치에 저장된 에너지는 인출되어 언덕을 오르기 위한 에너지 부스트를 공급하는데 사용될 수 있다.

본 방법은 차량의 에너지 저장 장치로부터 저장된 에너지를 인출하여 차량을 작동시키는 단계를 포함하는 제 2 작동 모드를 제공할 수 있다. 대안적으로, 제 2 작동 모드는 차량의 에너지 저장 장치로부터만 에너지를 인출하고 차량의 엔진으로부터는 인출하지 않음으로써 차량을 작동시키는 단계를 포함한다. 적절한 에너지 저장 장치는 배터리, 연료 전지, 플라이휠, 울트라캐패시터, 전술한 것들의 조합 등을 포함할 수 있다. 적절한 배터리는 에너지 배터리, 파워 배터리, 또는 양 에너지 및 파워 배터리를 포함할 수 있으며, 여기에서 에너지대 파워 비율은 배터리가 둘중 어느 것인지를 결정한다. 적절한 에너지 배터리는 메탈 할라이드 배터리, 알루미늄-기초 배터리, 및 나트륨 황 배터리와 같은 고온 배터리를 포함할 수 있다. 적절한 파워 배터리는 리튬 베이스, 니켈 금속 할라이드, 아연 매트릭스, 연 산(鉛酸: lead acid) 등을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 제 2 작동 모드는 차량의 에너지 저장 장치로부터 및 차량의 엔진으로부터의 에너지 혼합체인 순응(compliant) 작동 모드를 결정하는 프로세스를 포함할 수 있다. 비율이 결정되면, 콘트롤러는 엔진을 제 1 작동 모드에 대해서만 낮은 소음, 낮은 배기가스, 또는 낮은 과세 이벤트를 갖는 방식으로 작동하도록 제어한다.

정적 또는 동적으로 정해진 이동 지점은 신호/센서 쌍, GPS(위성 위치확인 시스템), 또는 공지된 루트 및 상기 루트를 따르는 거리 또는 시간/속도 측정에 기초한 계산을 사용하여 결정될 수 있다. 나중을 위해서, 잘 정해진 루트를 갖는 기관차가 특히 적합할 수 있다. 적절한 신호/센서 쌍은 RFID(무선 주파수 인식) 센서 및/또는 RFID 신호 발생기를 포함할 수 있다. RFID는 예를 들어, 구역 경계(특히 정적일 때)에 RFID 부품이 배치되도록 사용될 수 있다. 대응 RFID 부분은 차량에 설치될 수 있다. 상황에 따라서, 센서 또는 에미터(emitter)를 차량에 구비하는 것이 더 경제적일 수 있으며, RFID 태그는 적용이 정당화될 수 있을 때 능동적이거나 수동적일 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예는 관련 제 3 특징을 갖는 제 3 구역을 규정하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 제 1 구역에서 제 3 구역으로 이동하는 차량에 반응하여 차량을 제 3 구역에서의 제 3 작동 모드로 전환하는 단계를 추가로 포함한다. 도 2의 개략도는 예시적이지만, 비제한적인 동심 배열에 있는 구역들을 도시하는 바, 여기에서 제 1 구역은 제 2 구역의 외측에 있고, 그 사이에 제 3 구역(또는 충전 구역)이 도시되어 있다. 창고(200)는 루트(212)를 지나서 세 구역의 각각을 지나가는 배송 트럭(210)에 대한 출발점이다. 제 1 이동 세그먼트(220)는 속도와 연비가 균형잡히고 최대화되는 작동 모드를 도시한다. 제 2 이동 세그먼트(222)는 탑재 에너지 배터리가 최대 이용가능한 충전까지 충전되고 배터리 온도가 조절되는 작동 모드를 도시한다. 제 3 이동 세그먼트(224)는 엔진이 작동중지되고 에너지 저장 장치가 차량을 목적지(230)로 이후 정지했다가 목적지를 지나서 구동하기 위해 견인 모터에 전기를 공급하는 작동 모드를 도시한다. 제 4 이동 세그먼트(232)는 엔진이 재기동되고 에너지 저장 장치가 재충전되는 작동 모드를 도시한다.

제 3 구역은 제 2 구역에 인접하여 배치된다. 제 3 구역의 한계 및 경계를 정하는데 사용되는 제 3 특징에는 차량의 에너지 저장 장치를 현재 충전 상태에서 완전 충전 상태로 가져가기 위한 계산된 최소 이동 길이가 포함될 수 있다. 제 3 구역은 제 2 구역의 경계로부터 바로 외측으로 연장될 수 있지만, 제 3 구역을 통한 이동 경로가 선형 및 수직형이기 보다는 비스듬하거나, 구불구불하거나 돌아가는 형태일 수 있으므로 제 3 구역은 차량이 탑재된 배터리를 충전시키는데 필요한 최소 길이만큼 넓을 필요는 없다.

다른 적절한 제 3 특징으로는 다운그레이드와 같은, 재생적 제동을 위해 바이어스되는 지형적 특징이 포함될 수 있다. 최소 이동 경로의 계산을 위해, 여러가지 인자가 고려될 수 있다. 이들 인자에는, 제 2 구역을 횡단하는데 필요한 에너지의 양, 제 2 구역에 있는 동안 에너지 저장 장치에 의해서(예를 들면, 재생적 제동에 의해서 또는 플러그-인 스톱에 의해서) 취득될 수 있는 추가 에너지의 양, 제 2 구역의 외측 경계까지의 시간 및/또는 거리, 제 2 구역 및 그 근처까지 이어지는 지대(terrain) 또는 루트 조건, 에너지 저장 장치의 취득 속도(uptake rate), 재생적 제동 시스템의 에너지 출력 등이 포함될 수 있다.

본 방법은 차량의 에너지 저장 장치의 현재 충전 상태를 결정하는 단계와 에너지 저장 장치를 현재 충전 상태에서 완전한 사용가능 충전 상태로 가져가기 위한 재생적 제동을 위한 최소 거리를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 본 방법은 제 3 구역에서의 차량의 이동 경로가 차량의 에너지 저장 장치를 완전한 사용가능 충전 상태로 충전하기에 충분한 길이이도록 차량의 루트를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제 3 구역을 통한 이동 경로는, 그 기간 중에 에너지 저장 장치의 충전을 위해 재생적 제동이 사용되는 다운그레이드를 이용하기 위해 조절된다. 본 방법은 제 2 구역에서의 투사 이동 경로 길이를 결정하는 단계, 차량의 에너지 저장 장치의 충전 상태를 결정하는 단계, 재사용가능한 충전 상태에 기초하여 예상 하이브리드 추진 거리를 결정하는 단계, 및 예상 하이브리드 추진 거리를 이동 경로 길이와 비교하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 배터리 충전이 차량을 운반시킬 수 있는 거리가 제 2 구역에서의 예상 거리보다 멀면, 제어 시스템은 배터리 상태를 즉시 감시할 수 있으며 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 완료할 필요가 없다. 그러나, 에너지 저장 장치 내의 에너지가 불충분한 것으로 드러나면, 콘트롤러는 에너지 저장 장치를 충전시키는 과정을 시작할 수 있다. 적절한 충전 체제는 재생적 제동을 사용하기 위해 다운 그레이드 로 재-루트연결(re-routing)하는 단계, 엔진이 에너지 저장 장치를 "도로를 통해서" 간접적으로 충전시키도록 하이브리드 차축에 대향 토크를 인가하는 단계를 포함할 수 있으며 여기에서 엔진은 추진에 필요한 것보다 많은 추진 파워를 공급하고 하이브리드 차축들이 재충전을 위해 동시에 제동하거나 또는 에너지 저장 장치가 교류발전기와 연통하여 그로부터 직접 충전한다. 전술한 방법 중 하나를 사용하여, 에너지 저장 장치를 제 2 구역으로 이동시키기 전에 제 3 구역에서의 완전한 사용가능 충전 상태로 충전할 수 있다.

재충전 공정을 최적화하기 위해, 재생적 제동은 성분 제한 인자를 고려할 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장 장치는 특정 속도의 에너지 취득을 가질 수 있다. 본 방법은 그러면, 에너지 저장 장치의 에너지 취득 속도에 의해 결정되거나 또는 다른 예로서 그것에 결합된 재생적 제동 시스템의 에너지 발생 능력에 의해 결정되는 속도로 재생적 제동을 사용하여 차량을 감속시킬 수 있다.

일 실시예에서, 제 1 작동 모드는 보조 전기 시스템을 제 1, 고에너지 소비 작동 모드에서 작동시키는 단계를 포함한다. 제 2 작동 모드는 보조 전기 시스템을 제 2, 저에너지 소비 작동 모드에서 작동시키는 단계를 포함한다. 이런 식으로, 풍부할 경우 다량의 전기 에너지를 사용할 수 있고, 유한한 공급(예를 들면, 유한 배터리 용량)이 제공될 때는 저감된 전기 소비 작동 모드로 변경할 수 있다. 이는 보다 많은 전기 에너지가 제 2 구역에서의 추진 노력에 유도되게 할 수 있다.

본 방법에 따른 방법은 전기적으로 구동가능한 차량에 의해 실행될 수 있다. 차량은 적어도 콘트롤러와 센서를 구비할 수 있다. 콘트롤러는 차량의 작동 모드 를 제 1 구역에서의 제 1 작동 모드로부터 제 2 구역에서의 제 2 작동 모드로 전환할 수 있다. 모드 전환은 차량이 제 1 구역에서 제 2 구역으로 이동함에 반응하여 이루어질 수 있다. 센서는 콘트롤러와 연통하며, 차량이 제 2 구역에 대해 근접 및 이격 이동하면 이를 콘트롤러에게 알린다. 차량은 차량을 적어도 하나의 작동 모드로 추진하거나 추진을 보조할 수 있는 에너지 저장 장치를 구비할 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 저장 장치는 엔진-구동형(engine-driven) 발전기에 전기적으로 결합되지 않는다. 일 예로는 여섯 개의 견인 모터 중 두 개가 DC 링크로부터 결합해제되어 에너지 저장 장치에 재-루트연결되는 하이브리드 기관차를 포함할 수 있다. 대안적으로, 차량은 플러그-인 하이브리드일 수 있으며, 엔진을 갖지 않을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 차량은 디젤 전기 하이브리드 기관차이다. 다른 적절한 차량으로는 오프로드 차량, 선박, 버스, 밴, 트랙터-트레일러 삭구(rig), 및 승용차가 포함될 수 있다. 각각의 차량 형태는 자연적으로, 전압 요건, 배기가스 규제, 정비 필요, 및 이동 패턴과 같은 필요성 및 관련 요건을 상이하게 갖는다.

일 실시예에서, 차량은 보조 전기 시스템 또는 전기 차량 액세서리 시스템에 에너지를 공급하기 위해 작동될 수 있는 연료 전지를 추가로 구비할 수 있다. 연료 전지는 에너지 저장 장치에 직접 전기적으로 결합될 수 있거나, 또는 부스트 컨버터를 통해서 루트연결될 수 있다. 대안적으로, 연료 전지는 연료 전지 에너지가 필요에 따라 차량의 추진 노력을 보충할 수 있도록 견인 구동 모터에 결합될 수 있다.

다른 실시예에서는, 차량에 의해 사용되는 에너지의 양을 차량에 의해 소비되는 연료의 양 또는 차량에 의해 방출되는 배기가스의 양에 상관시키는 정보를 갖는 시스템이 제공된다. 즉, 추진 모터를 구동시키는데 사용되는 전기 에너지의 양에 기초하여, 정보는 그 에너지 양을 탑재 엔진이나 다른 차량의 엔진 중 어느 하나에 의한 에너지의 양을 발생시키는데 필요한 연료의 양에 상관시킨다. 이 시스템은 콘트롤러와 센서를 구비한다. 센서는 에너지 저장 장치에 의해 공급되는 에너지의 양 또는 추진 견인 모터에 의해 소비되는 에너지의 양을 측정할 수 있다. 센서는 공급되거나 소비되는 에너지 양에 대한 정보를 콘트롤러에 전송할 수 있다. 콘트롤러는 상관 데이터에 기초하여, 에너지 저장 장치에 의해 공급되거나 견인 모터에 의해 소비되는 에너지의 양에 기초한 연료 절감 양 또는 배기가스 감소량을 결정할 수 있다.

필요할 경우, 상기 시스템에서, 에너지 저장 장치에 의해 공급되는 에너지의 적어도 일부는 차량의 재생적 제동에 의해 에너지 저장 장치에 제공되었다. 상관 정보는 연료를 소비하고 배기가스를 방출하는 엔진만으로 추진되는 차량을 참조할 수 있으며, 따라서 연료 절감 양 또는 배기가스 감소량은 엔진만으로 추진되는 차량에 대한 순간 차량을 참조하는 양이다. 차량에는, 차량에 의해 소비되지 않는 연료의 양 또는 차량에 의해 방출되지 않는 배기가스의 양을 그 차량 또는 특별한 연료 또는 배기가스 절감 모드에서 작동하지 않는 다른 유사 차량의 작동에 대해 표시하는 디스플레이 화면이 부착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 수행할 수 있는 제어 시스템을 갖는 차 량이 분산 에너지 저장 시스템을 가질 수 있다. 원동기는 제 1 또는 종래의 견인 드라이브에 전력을 공급하고, 나머지 제 2 또는 하이브리드 견인 드라이브는 하나 이상의 에너지 저장 장치를 통해서 급전된다. 에너지 저장 유닛에 저장된 에너지가 충분히 고갈될 때 높은 원동력에서의 연장된 작동 기간 중에, 콘트롤러는 원동기로부터의 파워가 에너지 저장 유닛으로부터 초기에 급전되는 추진 드라이브에 사용될 수 있게 해준다.

제동 이벤트 중에, 견인 구동 토크 명령이 자동차운전(motoring) 모드에서의 견인 구동 작동을 위해 필요에 따라 반대 극성에 있는 경우에, 재생적 제동 에너지의 일부가 에너지 저장 유닛에 포획될 수 있는 바, 즉 "도로를 통해서" 에너지 저장 장치를 충전할 수 있다. 결정된 충전 또는 전압 한계에 도달할 때까지 고출력의 재생적 제동 에너지가 에너지 저장 시스템에 포획될 수 있다. 이후, 에너지는 종래의 동적 제동 그리드에서 폐열로서 소실될 수 있다. 마찬가지로, 에너지 저장 유닛이 고갈될 때 높은 원동력에서의 연장된 작동 기간 중에, 파워 제어 장치는 탑재 엔진으로부터의 에너지를 사용하여 원동기가 파워를 공급하게 한다. 전기적 구성의 선택은, 시스템이 제 2 견인 구동 시스템을 사용하여 차량을 비교적 느린 속도 및 잠재적으로 높은 토크로 추진할 수 있으며 시스템이 적어도 제 1 견인 구동 시스템을 사용하여 차량을 비교적 높은 속도 및 적절한 토크로 추진할 수 있는 것을 제공한다. 특히, 높은 속도에서 또는 무거운 하중 조건(중화물, 고속 또는 급경사도) 하에서는, 에너지 저장 장치로부터 에너지가 인출되어, 제 1 견인 구동 시스템에 의해 공급되는 원동력과 함께 제 2 견인 구동 시스템에 급전된다.

보조 전기 시스템은 에너지 저장 장치에 전기 접속될 수 있다. 보조 전기 시스템은 특히 견인 구동 시스템으로부터 재생 에너지가 추출되는 기간 중에 일차 보조 전기 시스템에 전기 에너지를 공급함으로써 일차 보조 전기 시스템을 보충할 수 있다. 보조 전기 시스템은 일차 보조 전기 시스템이 다른 하위 부품에 전기 에너지를 공급하는 동안 일부 하위 부품에 전기 에너지를 공급함으로써 일차 보조 전기 시스템을 보충할 수 있다. 일 예는 소음이나 배기가스를 제거하기 위해 또는 엔진에 의한 연료 소비를 감소시키기 위해 일차 보조 전기 시스템이 불능화 또는 작동중지되는 동안 보조 전기 시스템이 주요 보조 부품을 작동시킬 수 있는 것이다.

엔진-구동형 발전기로부터의 출력 전압은 차량 속도, 견인 토크, 및 부하에 기초하여 제어될 수 있다. 에너지 저장 장치 및 부하에 따라서, 전기적으로 구동되는 차량을 제 1 저속 및 잠재적으로 높은 토크에서 추진하는 것은 제 2 전기 모터만을 사용하여, 즉 EV(Electric Vehicle) 모드에서 사용되거나 또는 엔진-구동형 발전기 내지 제 1 전기 모터와 조합하여, 즉 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드에서 사용될 수 있다. 유의할 것은 상이한 최종 용도에 의해 상이한 전압이 관련될 수 있다는 것이다. 승용차 및 경하중 트럭은 약 200 볼트 내지 약 400 볼트의 전압을 사용할 수 있으며, 중간하중 트럭, 밴 및 버스는 약 500 내지 약 650 볼트의 전압을 사용할 수 있고, 기관차는 약 1400 볼트까지의 전압을 사용할 수 있다.

일 실시예에서, 제어 시스템은 필요 제동 파워의 양을 요청하는 제동 이벤트를 시작할 수 있다. 제 1 이용가능한 제동 파워는 제 1 견인 모터의 파워 용량, 에너지 저장 장치의 전기 취득 용량, 전자 인버터의 전기 등급 용량 또는 파워 스위치의 전기 등급 용량 중 적어도 하나에 의해 결정된 부품 제한 인자에 기초할 수 있다. 제 1 이용가능한 제동 파워는 필요 제동 파워에 비교된다. 필요 제동 파워는 처음에 제 1 이용가능한 제동 파워에 의해 충족될 수 있다. 제 1 이용가능한 제동 파워는 필요 제동 파워를 충족하기에 부족할 경우 제 2 이용가능한 제동 파워로 보충될 수 있다. 제 2 이용가능한 제동 파워는 적어도 제 2 견인 모터에 결합된 동적 제동 그리드 저항 어레이의 용량에 기초할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 방법은 제 2 전기 모터의 작동의 제동 모드 도중의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환함으로써 에너지 저장 장치를 충전하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 전체 원동력 이상이 차량을 추진시키는 용도에 사용하기 위한 작동 모드가 원동기로부터의 파워가 하나 이상의 에너지 저장 장치로부터 공급되는 에너지와 조합되는 다른 작동 모드에 대해 선택될 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 견인 모터에 공급되는 추진 파워의 전체가 하나 이상의 에너지 저장 장치로부터 공급되는 에너지인 작동 모드가 선택될 수도 있다. 하나의 견인 모터에 공급되는 모든 추진 파워가 하나 이상의 에너지 저장 장치로부터 공급되는 에너지이고 다른 견인 모터에 공급되는 모든 추진 파워가 발전기로부터 공급되는 에너지인 다른 작동 모드가 제공된다.

본 발명의 실시예에 따른 다른 방법은 필요 제동 파워의 양을 요청하는 제동 이벤트를 시작하는 단계를 포함할 수 있다. 제 1 이용가능한 제동 파워는 전기 모터의 파워 용량, 에너지 저장 장치의 전기 취득 용량, 전자 인버터의 전기 등급 용 량 또는 파워 스위치의 전기 등급 용량 중 적어도 하나에 의해 결정된 부품 제한 인자에 기초하여 결정될 수 있으며, 필요 제동 파워에 비교된다. 필요 제동 파워는 처음에 제 1 이용가능한 제동 파워에 의해 공급될 수 있다. 필요에 따라, 제 1 이용가능한 제동 파워는 제 2 이용가능한 제동 파워로 보충될 수 있다. 제 2 이용가능한 제동 파워는 적어도 그것에 결합된 동적 제동 그리드 저항 어레이의 용량에 기초한다. 필요할 경우, 에너지 저장 장치는 에너지 배터리, 및 상기 에너지 배터리에 비해 신속하게 에너지를 취득하는 파워 배터리를 구비할 수 있다. 재생적으로 포획된 에너지는 에너지 배터리에 루트연결되거나 루트연결되지 않은 채로 파워 장치에 루트연결될 수 있다. 그곳에서부터, 에너지는 에너지 배터리가 취급할 수 있는 취득 속도로 파워 배터리에서 에너지 배터리로 이송될 수 있다.

기관차를 일부 참조하여 예가 제공되었으나, 추진 시스템은 다른 차량 형태에 사용될 수 있다. 다른 적절한 차량으로는 승용차, 중간 하중 또는 경하중 트럭, 버스와 중하중 트럭 및 건설 장비, 오프로드 차량(OHV: off-highway vehicles), 및 보트, 선박 및 잠수함이 포함될 수 있다.

본 명세서에 기재된 실시예는 청구범위에 기재된 발명의 요소에 대응하는 요소들을 갖는 구조, 시스템 및 방법의 예이다. 이 기재는 당업자가 마찬가지로 청구범위에 기재된 발명의 요소에 대응하는 대체 요소들을 갖는 실시예를 제조 및 사용할 수 있게 해준다. 따라서 발명의 범위는 청구범위의 문자 언어와 다르지 않은 구조, 시스템 및 방법을 포함하며, 청구범위의 문자 언어와 큰 차이가 없는 다른 구조, 시스템 및 방법을 추가로 포함한다. 본 명세서에서는 특정한 특징들과 실시 예들만이 예시되고 기재되었으나, 당업자에게는 여러가지 수정 및 변경이 일어날 수 있다. 청구범위는 그러한 모든 수정 및 변경을 망라한다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예를 포함하는 방법의 개략 블록선도.

도 2는 본 발명에 따른 실시예를 포함하는 방법을 도시하는 개략 도시도.

Claims (11)

1. 차량 작동 방법에 있어서,

   관련 제 1 특징을 갖는 제 1 구역 및 상기 제 1 특징과 다른 관련 제 2 특징을 갖는 제 2 구역을 규정하는 단계, 및

   상기 제 1 구역에서 제 2 구역으로 이동하는 차량에 반응하여 차량의 작동 모드를 제 1 구역에서의 제 1 작동 모드로부터 제 2 구역에서의 제 2 작동 모드로 전환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

   차량 작동 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   하루, 한주일 또는 일년의 기간을 참조하여 제 1 구역의 경계를 동적으로 규정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

   차량 작동 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   제 1 구역을 제 1 구역에 대응하는 환경 지표를 참조하여 동적으로 제한하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 환경 지표는 자외선 지수, 오염 지수, 지표 레벨 오존 함량, 지표 레벨 NOx 함량, 지표 레벨 SOx 함량, 이산화탄소 함량, 일산화탄소 함량, 풍속, 풍향, 미세물질 함량 또는 꽃가루 수 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는

   차량 작동 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 특징은 제 2 특징에 비해, 세금 이득 또는 배기가스, 연료 소비, 또는 소음 중 하나 이상에 기초한 납세 의무, 배기가스, 연료 소비 또는 소음 중 하나 이상의 감소인 것을 특징으로 하는

   차량 작동 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 작동 모드는,

   배터리 수명의 증가, 배터리 충전의 증가, 차량 속도의 증가, 또는 연비의 증가; 또는

   배터리 온도와 배터리 충전 상태로 구성되는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 배터리 특징의 최적화; 또는

   차량의 전기 구동 모터에 결합된 에너지 저장 장치의 방전의 감소 또는 제거

   중 적어도 하나를 달성하는 방식으로 차량을 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

   차량 작동 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 작동 모드는 저감된 배기가스, 저감된 연료 소비 또는 저감된 소음 중 하나 이상에 기초한 증가된 세금 이득; 감소된 배기가스; 감소된 연료 소비; 감소된 탑재 엔진으로부터의 소음; 또는 배기가스, 연료 소비 또는 소음 중 하나 이상에 기초한 감소된 납세 의무 중 적어도 하나를 달성하는 방식으로 차량을 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

   차량 작동 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 작동 모드는 차량의 에너지 저장 장치로부터 저장된 에너지를 인출함으로써 차량을 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

   차량 작동 방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   관련 제 3 특징을 갖는 제 3 구역을 규정하는 단계, 및

   제 1 구역 또는 제 2 구역에서 제 3 구역으로 이동하는 차량에 반응하여 차량 작동 모드를 제 3 구역에서의 제 3 작동 모드로 전환하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

   차량 작동 방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 3 특징은 차량의 에너지 저장 장치를 현재 충전 상태에서 완전한 사용가능 충전 상태로 가져가기 위한 최소 이동 길이, 또는 재생적 제동을 위해 바이어스되는 지형적 특징 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는

   차량 작동 방법.
10. 제 1 항에 있어서,

    제 3 구역에서의 차량의 이동 경로가 차량의 에너지 저장 장치를 완전한 사용가능 충전 상태로 충전하기에 충분한 길이이도록 차량의 루트를 조절하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

    차량 작동 방법.
11. 차량에 의해 사용되는 전기 에너지의 양을 차량에 의해 소비되는 연료의 양 또는 차량에 의해 방출되는 배기가스의 양과 상관시키는 정보를 갖는 시스템에 있어서,

    연료 절감 양 또는 배기가스 감소량 중 적어도 하나를 결정하도록 작동가능한 콘트롤러, 및

    에너지 저장 장치에 의해 공급되는 에너지의 양을 측정하고 그 양에 대한 정보를 콘트롤러에 전송하도록 작동가능한 센서를 포함하며,

    상기 콘트롤러는 에너지 저장 장치에 의해 공급되는 에너지의 양에 기초하여 연료 절감 양 또는 배기가스 감소량을 결정하는 것을 특징으로 하는

    시스템.

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