KR20160048094A - 자동차를 구동하기 위한 방법 및 자동차를 위한 구동 시스템 - Google Patents

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KR20160048094A
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KR
South Korea
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gas engine
storage unit
energy storage
electric
vehicle
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KR1020167005520A
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English (en)
Inventor
토비아스 멜즈
뤼디거 하임
토마스 파이퍼
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프라운호퍼 게젤샤프트 쭈르 푀르데룽 데어 안겐반텐 포르슝 에. 베.
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Abstract

본 발명은 자동차를 구동하기 위한 방법 및 자동차를 위한 구동 시스템에 관한 것으로, 자동차의 전적으로 전기-동력화된 이동을 위하여, 적어도 하나의 전기 모터가 간접 또는 직접적으로 자동차의 구동축, 또는 자동차의 휠의 적어도 구동 허브에 연결된다. 적어도 하나의 전기 모터는 에너지 저장 유닛으로부터 전기 에너지를 공급받으며, 에너지 저장 유닛은 가스 엔진에 의해 구동되는 발전기로부터 전기 충전 전류가 교대로 공급된다. 본 발명은 자동차의 전방 이동 동안에 전기 모터에 할당될 수 있는 평균 파워 요건이 가스 엔진에 할당될 수 있는 평균 파워 출력과 동일하도록 가스 엔진이 작동되며, 에너지 저장 유닛에 할당될 수 있는 이러한 충전 상태는, 변화되지 않거나, 허용 오차를 조건으로 하는 충전 상태 범위 내에서 단지 변화된다.

Description

자동차를 구동하기 위한 방법 및 자동차를 위한 구동 시스템{METHOD FOR DRIVING A MOTOR VEHICLE AND DRIVE SYSTEM FOR A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 자동차를 구동하기 위한 방법 및 자동차를 위한 구동 시스템에 관한 것으로, 자동차의 전적으로 전기-동력화된 이동을 위하여, 적어도 하나의 전기 모터가 간접 또는 직접적으로 자동차의 구동축, 또는 자동차의 휠의 적어도 구동 허브에 연결된다. 적어도 하나의 전기 모터는 에너지 저장 유닛으로부터 전기 에너지를 공급받으며, 에너지 저장 유닛은 가스 엔진에 의해 구동되는 발전기로부터 전기 충전 전류가 교대로 공급된다.
전기에 의한 이동성은 산업화된 국가들에서 관심이 증가 되고 있지만, 특히 전기 자동차의, 실제 유통 및 사용은, 산업 및 정책에 대한 기대와 바람보다 더 적다. 한편으로, 그 이유로는, 전기-모터-구동 차량들의 짧은 작동 거리이고, 다른 이유로는, 현재까지 과도한 구매 비용이다. 편안함과 거리에 관한 사용자들의 높은 기대는 전기적 구동 체인에 관여된 모든 부품들의 효율성의 정도를 최적화하는 기술적인 개발을 이끌며, 이는 제작 비용의 유사한 증가를 의미한다. 한 예로서, 고-효율 동기(synchronous) 전기 자동차들은 휠들의 직접적인 구동을 위해 사용되고, 특히 높은 에너지 밀도를 가진 리튬이온 배터리들로부터 전력이 공급된다.
게다가, 현재 알려진 작동 거리 문제 외에도, 전적으로 전기로 구동되는 차량들은 또한, 작동 문제로부터 시달리고 있는데, 이는 차량을 따라 운반되는 에너지 저장 유닛의 지나치게 긴 충전 시간들에 의한 원인과, 충전-포인트의 기반 시설에 지금까지 충분히 보급되지 않았다는 원인으로 인한 것이다.
전술된 문제점들을 방지하거나 줄이기 위해서, 하이브리드 구동 변형(variants)을 가진 자동차들이 제공되는데, 여기서 구동 시스템들은 양쪽에 전기 모터들과 연소 엔진들을 기반으로 두고 사용된다. 특히 이 경우에, 연소 엔진 및 적어도 하나의 전기 모터는 자동차, 기어 및 클러치 유닛들을 직접적으로 구동하기 위해 제공되는데, 이는 구조적으로 복잡하고 제조에 관해서 고가이며, 고려 가능한 배터리/축전지 무게 이외에, 자동차의 전체 무게에 궁극적으로 반영된다는 점이 요구된다.
다른 한편으로는, 전기 구동 자동차를 위한 하이브리드 구동 개념은, 구동축에 연결된 적어도 하나의 전기 모터의 이동이 사용되고, 재충전 가능한 배터리/충전기의 에너지 공급이 제공된다고 알려져있다.
배터리의 충전 용량을 넘어 확장되는 전기 에너지 공급의 목적을 위해서, 예컨대, 디젤 또는 가솔린 엔진의 형태의 추가적으로 제공된 연소 엔진이 사용되는데, 이는 발전을 위해 발전기에 연결되며, 배터리/축전지를 충전하는데 사용된다. 이런 종류의 구동 개념은 DE 41 21 386(A1) 간행물에 상세하게 설명되는데, 전기 모터의 도움으로 독점적으로 구동된 자동차의 자동차 트레일러 결합을 통해, 결합 및 비결합될 수 있는 에너지 공급 트레일러가 사용될 수 있고, 이는 발전기를 위한 구동기기로서 연소 엔진을 포함한다. 연소 엔진에 의해 구동된 발전기의 도움으로 생성될 수 있는 전기 에너지는, 차량 배터리를 충전하는데 사용되고, 그로 인해, 전기 자동차로 달성할 수 있는 작동 거리가 전적으로 차량 배터리에 저장된 총 충전량을 사용함으로써 증가될 수 있게 한다.
전기차용 에너지 공급 트레일러를 지닌 유사한 구동 개념이 DE 94 04 746.4(U1) 출원에 설명되어 있는데, 여기서 가솔린 엔진은 에너지 공급 트레일러에 안착한 발전기를 구동하는데 제공된다. 또한, 전기 자동차용 트레일러의 비교할 만한 동력 집합체(aggregate)는 DE 37 32 869호로부터 알려져있다.
발전용 발전기를 구동하기 위한 디젤 또는 가솔린 엔진들을 사용하는 것 외에도, 간행물 DE 10 2009 045 979 A1는 가스 터빈을 사용하는 것을 제시하며, 이는 야외의 공기와, 고체, 액체 및/또는 기체 연료의 혼합물로 작동되고, 따라서 최적화된 효율성과 종래의 디젤 또는 가솔린 엔진들에 비해 더 적은 배출량으로 작동하는 것을 가능하게 한다. 가스-터빈으로 구성되는 조합과 비슷한 하이브리드 구동 시스템들 및 전기 모터 구동을 위해 필요한 배터리/축전지를 충전하기 위한 전기의 전원으로서의 발전기는 간행물 DE 10 2009 000 530(A1), DE 10 2005 035 313(A1) 및 US 2001/0017532(A1)에 설명되어 있다.
적어도 하나의 전기 모터의 도움으로 전적으로 구동되는 자동차 파워 공급체로서, 발전용 발전기를 구동하고, 축전지/배터리를 충전하기 위해 구동하는 디젤, 가솔린 및 가스-터빈 외에, 액화 석유 가스(LPG) 또는 압축 천연 가스(CNG)에 의해 구동되는 가스 엔진을 사용하는 것이 알려져 있는데, 그로 인해 디젤 및 가솔린 엔진들과 비교하여 낮은 배기가스 배출을 달성한다. 가스 엔진과 결합된 이러한 하이브리드 전기차들은 예컨대, 간행물 DE 10 2008 051 324(A1), D3 10 2010 028 321(A1), DE 195 09 625(A1) 및 DE 10 2009 027 294(A1)에 설명되어 있다.
간행물 DE 2007 004 172 A1은 전기 차량 및 내장 배터리를 지속적으로 방전시킴으로써 전기 에너지로 공급된 전기 모터를 나타낸다. 연소 엔진 및 휴대된 배터리에 의해 구동되는 발전기는, 차량이 주차되었을 때, 즉, 정지되어 있을 때, 배터리를 충전할 수 있다. 오직 비상일 경우에, 차량의 조작 장치를 작동시킴으로써 이른바 비상 운전 모드가 실현되고, 제한된 운전 모드에서 트랙션 배터리 없이 구동될 수 있는 차량을 허용한다. 이 경우에, 연소 엔진에 의해 구동된 발전기는 운전 동안에 예외적으로 작동되며, 발전기를 통해 이용 가능해진 전력은 예컨대, 트랙션 배터리를 우회하여, 직접적으로 이용 가능하다.
간행물 WO 2013/000534 A1에는 전기 에너지 저장소를 포함하는 연속적으로 구성된 하이브리드 자동차를 설명하는데, 이 자동차의 충전 상태는 발전기를 가진 연소 엔진을 포함하는 알려진 거리 확장 장치(extender)를 이용하여 증가 될 수 있다. 간행물에 나타난 기술적 사상은 발전기의 도움으로 거리 확장 장치의 연소 엔진의 경제적인 파워 제어와 관련된 것이다. 연소 엔진은 회전수에 의해 제어되고, 회전은 발전기의 부하 토크가 제어되는 방식으로 제어된다. 발전기의 부하 토크의 제어는 휴대된 에너지 저장고를 충전시키는 발전기와 함께, 전류 전하의 제어를 기반으로 교대로 영향을 끼친다.
간행물 DE 699 27 341(T2)는 발전기를 구동하는 연소 엔진을 위해 제공되는 하이브리드 차량을 설명한다. 발전기는 구동 휠들을 구동하기 위해서 배터리와 제2 발전기 양쪽에 연결된다. 간행물에 나타난 기술적 사상은, 하이브리드 차량의 개별적인 부품들에 정확하게 맞는 제어 논리와 관계되고, 적어도 하나의 연소 엔진 및 제1 발전기의 작동은 수정 및 요구된 실제 값 사이와 비교한 다수의 값에 의지하여 실현될 것이다.
이것은 차량의 구동을 위한 방법 및 차량을 위한 구동 시스템을 더 개발하는 본 발명의 요건으로, 적어도 하나의 전기 모터의 독점적인 전기-동력화된 이동을 위한 간접 또는 직접적으로 차량의 구동축 또는 차량의 적어도 휠의 구동 허브에 연결되고, 적어도 하나의 전기 모터는 에너지 저장 유닛으로부터 전기 에너지가 공급되어, 회전 중에 가스 엔진에 의해 구동되는 발전기로부터 전기 충전 전류로 공급되며, 한편으로 전기적으로 구동되는 차량에 영향을 끼치는 작동 범위의 문제는 완화/해결되고 다른 한편으로, 저-비용 부품들은 복귀될 것이다. 특히, 작동 거리 및 효율에 관해 최적화된 전기 차량을 실현하기 위해, 매우 최적화된 개별 부품들을 조립하는 뚜렷한 개발 신조에 반해서, 본 발명의 요건은 시도되고 테스트된 기술들로 되돌아와, 작동 거리 문제를 해결하는 것과 같은 방식으로 이들을 사용하는 것으로 구성되지만, 이는 훨씬 편리한 현실화 노력이다.
본 발명의 기본 요건에 대한 해결방법은, 청구항 1에서 인용된다. 전기 모터에 의해 구동되는 차량을 위한 해결방법에 따라 구성된 구동 시스템은, 청구항 9의 대상이다. 유리한 방식으로 해결방법 개념을 나타내는 특징들은 종속항뿐만 아니라 아래의 설명의 주제이다.
본 발명의 발상은 순차적인(serial) 하이브리드 구동 원리를 기반으로 돌아가는데, 독단적으로 전기로 구동되는 자동차는, 적어도 하나의 모터를 제공하며, 이는 간접 또는 직접적으로 자동차의 구동축 또는 적어도 자동차의 휠의 구동 허브와 연결되고, 에너지 저장 유닛으로부터 전기 에너지가 공급되며, 여기서 에너지 저장 유닛은 가스 엔진에 의해 구동된 발전기를 통해 충전된다. 그러나, 본 해결 방법의 개념은, 에너지 저장 유닛이 의도적으로 그 에너지 밀도 및 최대 충전 용량에 대해 최적하 되기 위해서 구성되지 않았다는 점에서, 일반적인 하이브리드 자동차의 일반적인 개발 및 작동 전략으로부터 멀어진다. 더 정확히 말하면, 에너지 저장 유닛의 최대 충전 용량은, 그 안에 저장된 전기 에너지가, 예컨대, 함께 운반된 가스 엔진 발전기 유닛으로 에너지 저장 유닛의 충전 없이, 구동 시스템으로서 전기 모터에 전적으로 기반한 작동 방식에 대한 최소 작동 거리와 대응하도록 치수화 된다. 명확히 선택된 에너지 저장 유닛의 매우 제한된 에너지 저장 용량은, 20 내지 50 km 정도가 보장된 최소 작동 거리가 보장되도록 선택된다. 작동 거리를 결정하기 위한 결정 요소는, 발전기가 구동됨에 의해서 가스 엔진의 연소를 위한 연료 대신에, 에너지 저장 유닛을 충전하기 위해 제공되는 것이다.
전기 구동 기술의 분야에서 해결방법을 따르는 구동 개념은 패러다임의 변화를 나타내고, 이는 전기 구동 시스템/전기 하이브리드 구동 시스템들의 분야에서 일반적으로 선언된 개발 목표에 대해서 명확하게 유도되며, 각 개별적인 부품의 효율성의 정도의 최적화에 영향을 끼친다. 이러한 기술적으로 최적화된 시스템들은, 소비자에게 아주 높은 구입 비용을 궁극적으로 의미하는, 높은 개발 비용으로 이어질 것이므로, 대단히 현대적인 전기 모터 구동 차량들은, 불필요한 자금을 소유한 제한된 범위의 흥미를 가진 사람들을 위해 남겨지게 된다.
본 해결 방안에 따른 구동 개념은, 현재의 기술 시도 및 실험을 기반으로 전기 자동차들의 현재의 중요한 범위의 문제를 지능적으로 해결하는 대신에 주장하는, 기술적인 능력 한계의 일정한 이동에 의한 특징인 기술적 패러다임에 비해 정확하게 유도되지만, 낮은-비용의 부품들은, 명확하게 전기-모터-구동 차량의 수용을 극대화하는 종점에 있기 위해서, 근본적으로 구매 비용을 크게 줄이는 결과를 나타낸다.
그러므로, 본 해결 방안에 따른 가스 엔진은, 에너지 저장 유닛에 할당될 수 있는 충전 상태가 변하지 않거나, 단지 허용 오차에 이르는 충전 상태 범위에서 변화되도록, 전기 모터에 할당될 수 있는 평균 파워 요건이, 가스 엔진에 할당될 수 있는 평균 파워 출력에 대응하는 방식으로, 자동차의 이동 동안에 작동될 수 있다.
이는 자동차의 이동을 위해서 전기 모터에 의해 에너지 저장 유닛으로부터 빠져 나가는 평균 파워가, 운반된 가스 엔진에 의해 간접적으로 제공되는 것을 의미하며, 이는 바람직하게는 자동차가 작동 중에 있을 때 연속적으로 작동된다. 에너지 저장 유닛은, 발전으로 인한 가스 엔진 발전기 유닛의 도움으로 지속적으로 충전되는 에너지 버퍼로서 단지 제공되며, 여기서 자동차의 구동 때문에 제공되는 적어도 하나의 전기 모터는 에너지 저장 유닛으로부터 전기 에너지를 얻는다. 물론, 적어도 하나의 전기 모터에 의하여 에너지 저장 유닛으로부터 나온 전하(electric charge)는 에너지 저장 유닛의 발전기에 의해 공급된 전하에 정확히 대응하지 않을 수 있는데, 대신에, 에너지 저장 유닛의 충전 상태는 자동차 작동으로 인해 발생되는 연속적인 방전과 충전 작동으로 인해서, 에너지 저장 유닛에 할당될 수 있는 충전 상태에 대해 약 ±30%의 오차 범위 내에서 변동된다.
바람직한 일 실시 예에서 적절하게 치수화된 전기 축전기(capacitor)의 종류로서 단지 에너지 저장 유닛을 구성하는 것이 실현 가능할 수 있는데, 축전기의 충전 용량은 중량의 축전지(accumulators)와 비교하면 작다. 축전기는 자동차 작동 동안에 끊임없이 충전되고, 적어도 하나의 전기 모터에 의하여 동일한 규모로 방전되기 때문에, 전기 모터의 평균 에너지 요건을 초과하는 에너지 저장 유닛 내의 충전량을 저장하는 것이 불필요하다. 모든 동일한 에너지 저장 유닛의 전하 용량은 모든 동일한 에너지 저장 유닛의 전하 용량은 예를 들면, 추월하는 운전과 같은 빠른 변속 과정에 의해 야기될 수 있는, 항상 예고 없이 증가되는 에너지의 양을 내보내기 위한 적어도 하나의 전기 모터를 위한 가능한 선택을 해야한다.
적어도 하나의 전기 모터의 단기간 증가된 파워 요건으로 인하여 에너지 저장 유닛의 단기간 증가된 방전에 대해 보상하기 위해서, 바람직하게 개별적으로 지정된 회전수(속도)로 작동되고 효율 및 배기가스에 따라 최적화된 가스 엔진은, 허용 오차에 이르는 속도 범위 내에서 작동되어야만 한다.
그 대신에, 다양한 별개의 속도들로, 가스 엔진을 작동시킬 수 있는데, 여기서, 가스 엔진은 효율 및 방출/배기 가스들에 관해서 비슷하게 작동되고, 최적화된다. 작동에 의지하는 구동 상황들이 발생하는 경우, 증가된 장기적인 에너지 소비가 적어도 하나의 전기 모터의 일부에서 발생하며, 예컨대, 자동차가 장기적인 언덕 오르기를 극복하는 경우, 적어도 하나의 전기 모터의 증가된 파워 요건에 적응된 에너지 저장 유닛이 증가된 전하로 공급되기 때문에, 가스 엔진은 별개의 지정된 증가 속도로 작동된다.
자동차의 구동축에 간접 또는 직접적으로 연결된 적어도 하나의 전기 모터의 전적인 전기-동력화된 이동을 위해서, 자동차의 구동에 대한 본 발명에 따른 작동 개념은, 작동 거리를 결정하는 에너지원으로서, 운반된 에너지 저장 유닛의 최대 충전 용량이 아닌 운반된 연료의 용량을 활용하며, 이는 가스 엔진을 구동하도록 제공되어서, 그에 연결된 발전기가 파워를 생성하도록 한다. 바람직한 실시 예에서, 에너지 저장 유닛뿐 아니라 가스 엔진의 충전 용량, 및 가스 엔진을 작동하기 위한 운반된 연료의 양은, 서로와 비교하여, 가스 엔진 및 그와 연결된 발전기 내에서 연료의 독점적인 연소에 의해 얻어진 전기 에너지 분담(share)이 자동차로 달성할 수 있는 최대 작동 거리의 적어도 60%, 바람직하게는 적어도 70%, 최대 90% 까지가 되는 방식으로, 선택되고 조절된다. 그것은 완전히 충전된 에너지 저장 유닛에 저장된 전기 에너지 분담이, 본 해결 방안에 따라 구성된 구동 시스템의 최대 작동 거리의 10% 내지 최대 40%까지 기여하는 것을 의미한다. 게다가, 작동은, 자동차의 최대 작동 거리가 도달된 경우인, 에너지 저장 유닛이 완전히 방전된 경우에도 실현 가능하게 된다. 이 경우, 전기 에너지 저장 유닛이 아닌, 연료 탱크, 예컨대, 가스 탱크를 채우는 것이 가능하게 되며, 이러한 경우에 자동차의 최대 작동 거리는, 전적으로 연료량의 기술적으로 사용가능한 에너지 함량, 예컨대, 연료의 분담에 의존하게 되어, 최대 성취 가능한 거리는 100%가 될 수 있다.
본 해결 방안에 따른 작동 개념이 무공해 자동차의 개념으로 오로지 전기 에너지를 활용하는 신조로부터 벗어 낫지만, 본 해결 방안에 따른 구동 개념은 중량-의존 및 충전-용량-의존 범위 문제들을 피할 수 있고, 게다가 종래의 기술을 사용하여 전기 자동차의 저비용 실현을 허용하는데, 예를 들면, 종래의, 저-비용 축전지들, 바람직하게는 니켈 금속 하이브리드, 알칼리-망간, 염화 아연 또는 탄산 아연 배터리에 기반한 사용으로 달성할 수 있다.
게다가, 가스 엔진용 연료, 바람직하게는 액화 석유 가스(LPG) 또는 압축 천연 가스(CNG)의 형태의 연료에 대해 종합적이고 광범위한 기반 시설이 이미 존재한다.
전술한 가스 엔진 발전기 작동을 통해서 자동차의 이동 동안 에너지 저장 유닛 충전뿐 아니라, 정지 동작 동안 에너지 회복으로 인한 충전의 가능성 이외에, 역 전기-역학적 원리가 사용되는데, 이는 또한 각각의 연료 전환을 위해, 가스 엔진 및 그 안에 연결된 발전기의 도움으로, 정지해 있을 때 자동차를 충전하는 것이 가능하다. 따라서, 자동차는 특히, 순전히 전기적으로 구동되는 차량의 충전을 위한 기반구조가 없는 영역 내에 있거나, 충분한 정도로 존재하지 않는 영역에 있을 경우에, 심지어 독립적으로 가능한 전기 충전 스테이션으로 작동될 수 있다.
본 해결 방안에 따라 구성된 구동 시스템은, 간접 또는 직접적으로 자동차의 구동축에 연결된 적어도 하나의 전기 모터를 지니고, 전기 에너지 공급을 위한 전기 에너지 저장 유닛뿐 아니라, 전기 파워 발전을 위한 발전기와 가동되도록 연결된 가스 엔진을 지닌 자동차를 위한 것으로서, 충전 전류의 공급을 위해 전기 에너지 저장 유닛에 전기적으로 연결된 발전기는, 바람직하게는 LPG 또는 CNG 연료와 함께 구동되는 1가의 가스 엔진을 사용하여 달성되고, 여기서 운반되는 연료의 양은 자동차의 최대 작동 거리를 실질적으로 결정하는 에너지 크기를 갖는다. 다른 한편으로는, 전기 에너지 저장 유닛은 자동차에 관한 작동 거리를 결정하지 않는 충전 용량을 포함한다. 또는, 준-1가의 가스 엔진이 사용될 수 있는데, LPG 또는 CNG를 순전히 태우는 것 외에도, 필요한 경우 가솔린으로 작동될 수도 있다.
종래의 가솔린 엔진과 대조적으로, 가스 엔진의 사용은, 가스 엔진이 고압으로 인하여 종래의 연소 엔진에 비해 좀 더 효과적이기 때문에, 특히 콜드 스타트시 즉각적으로 상당히 낮은 배기가스량을 갖는다. 더욱이, 최적 동작점에서 예컨대, 별개로 지정된 속도로, 가스 엔진을 작동시킴으로써 가스 엔진의 효율을 증가시키는 것이 가능하다. 이에 더하여, 종래의 가솔린 또는 디젤 연료 구동 연소 엔진과 비교하여, 가스 엔진은, 보충(refilling)이 대체로 가스 연결을 가진 빌딩의 가스 연결에 연결함으로써 가능하다는 이점을 갖는다.
본 발명에 따르면 전술한 목적을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 모터 구동 자동차의 구동 개념을 도시한다.
발명의 간단한 설명
이제 본 발명은, 해결책에 따른 전기 모터-구동 차량의 모든 구성 요소를 개략적으로 나타낸 도면을 단순히 참고하여, 예시적인 실시예를 통해 총괄적 발명의 개념 없이 설명될 것이다.
발명의 해결 방법 및 상업적 이용 가능성
도면은 단지 전적으로 전기-모터-구동 자동차(1)에 근거한 발명에 따른 구동 개념을 도시하는데, 여기서 자동차를 구동하기 위해 필요한 적어도 하나의 전기 모터(2)는, 구동축(3)을 구동하도록 제공되고, 전기 에너지 저장 유닛(4)과 연결되며, 이 저장 유닛은 1가 또는 2가의(monovalent or bivalent) 가스 엔진(6)에 의해 구동되는 발전기(5)의 도움으로 전기적으로 충전된다. 가스 엔진(6)을 작동하기 위한 연료(7)는 자동차(1)를 따라 운반되는 적절한 연료 탱크(8) 안에 저장된다. 본 발명에 따른 작동 방식은 전기 모터(2)의 평균 파워 요건(average power demand) 및 가스 엔진(6)의 평균 파워 출력(output)의 근사치에 기반한다. 이러한 방식으로, 자동차(1)가 이동하는 동안, 운반된 에너지 저장 유닛(4)의 충전 상태가 없거나 실질적으로 변하지 않는 것이 보장될 수 있다.
모든 종래에 알려진 발명들의 경우와 같이 작동 거리를 결정하는 에너지 소스로서가 아니라, 오직 이 작동 방식에 의해서만, 전기 에너지 저장 유닛(4)을 설정하는 것이 가능하지만, 에너지 저장 유닛(4)은, 가스 엔진(6) 및 하류부의 발전기(5)의 도움으로 발생된 전기 에너지를 위한 버퍼 유닛 또는 중간의 저장 유닛으로서 단지 제공될 수 있다. 이론상으로 극단적인 경우, 전기 에너지 저장 유닛(4)은 단지 축전기(capacitor)의 형태로 구성될 수 있으며, 그 충전 용량은 시스템에 따라 제한되며, 에너지 저장 유닛(4)은 단지 전기 모터(2)의 위에 있는 축전기를 매개로 저장된 전기 에너지를 통과하도록 제공된다. 일반적으로 에너지 저장 유닛(4)은 니켈 금속 하이브리드, 알칼리-망간, 염화 아연 또는 탄산 아연 배터리로 구성될 수 있다.
충전 용량이 최적화된, 매우 모던한 배터리 시스템과 대조적으로, 에너지 저장 유닛(4)의 완전히 다른 작동 방식으로 인해, 충전 용량 특성과 관련하여 충족될 엄격한 요구사항이 없으며, 그로 인해 종래의, 특히 저비용 에너지 저장 유닛을 사용하기 위한 해결책에 따른 구동 개념을 허용하게 된다. 게다가, 본 발명에 따른 방법은, 종래의 구동 기술임에도 불구하고 최고의 경제적 요구뿐 아니라 환경 친화적인 요구를 만족하도록, 적어도 하나의 최적화된 동작점을 위해 가스 엔진(6)의 작동을 허용한다. 본 발명에 따른 구동 개념으로 달성될 수 있는 전기 모터 구동 자동차(1)의 최대 작동 거리는, 함께 운반되는 연료(7), 예를 들면, 가스 엔진(6)을 작동하기 위한 액화 석유 가스(LPG) 또는 압축 천연 가스(CNG)에 의해서 기본적으로 결정된다. 이러한 방식으로, 작동 거리는 전통적으로 구동되는 자동차의 작동 거리에 대응하도록 달성될 수 있으며, 그래서 최신 디자인의 전기차들과 같이, 최종 고객들에게 "거리"에 대한 분노가 없게 된다.
1 : 자동차
2 : 전기 모터
3 : 구동축
4 : 에너지 저장 유닛
5 : 발전기
6 : 가스 엔진
7 : 연료
8 : 연료 탱크

Claims (12)

  1. 자동차(1)의 단독으로 전기-동력화된 이동을 위하여, 적어도 하나의 전기 모터(2)가 자동차(1)의 구동 샤프트(3)나 구동 허브에 간접 또는 직접적으로 연결되고, 저장 유닛(4)으로부터 전기적 에너지가 공급되며, 가스 엔진(6)에 의해 구동되는 발전기(5)로부터 전기적 충전 전류가 공급되는, 자동차(1)를 구동하기 위한 방법에 있어서,
    자동차(1)의 이동 동안에 가스 엔진(6)은, 에너지 저장 유닛(4)에 할당될 수 있는 충전 상태가 변하지 않거나, 단지 허용 오차에 이르는 충전 상태 범위 내에서 변하도록, 전기 모터(2)에 할당될 수 있는 평균 파워 요건이, 가스 엔진(6)에 할당될 수 있는 평균 파워 출력과 대응하는 방식으로 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    가스 엔진(6)은 일정한 속도에서, 또는 허용 오차에 이르는 속도 범위, 소위 속도 동작점에서 작동되며, 작동 중에, 가스 엔진(6)은, 효율(연비) 및/또는 이미션(방출)에 관해 최적화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    전기 모터(2)의 파워 요건이 평균 파워 요건을 초과할 때, 가스 엔진(6)의 속도가 점차적으로, 또는 전환가능한 방식으로나 허용 오차에 이르는 속도 범위의 텀(term)으로 증가되도록, 가스 엔진(6)은 다양한 별개의 속도, 소위 속도 동작점들에서, 또는 허용 오차에 이르는 속도 범위 내에 있는 이 속도 동작점들 중 약 하나로 작동되며, 작동 중에, 가스 엔진(6)은, 효율(연비) 및/또는 이미션(방출)에 관해 최적화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    적어도 하나의 속도 동작점에서 시작하는, 가스 엔진(6)은, 일시적으로 제한된, 변화하는-속도 부스터 기능과 함께 작동되어, 전기 모터의 파워 요건이 평균 파워 요건을 넘어서는 것을 가능하게 만드는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 엔진(6)은 액화 석유 가스(LPG) 또는 압축 천연 가스(CNG)로 형성되어 있는 연료와 함께 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지 저장 유닛(4)에 할당될 수 있는 최대 충전 용량, 및 자동차(1)에 운반되는 연료(7)의 최대량은, 자동차(1)로 달성 가능한 최대 작동 거리가, 작동 거리 내에서 점유(share)하기 위해, 가스 엔진(6) 내에서 독점적으로 연료(7)를 연소하여, 발전기(5)에 의하여 자동차를 구동하기 위한 전기 에너지로 전환함에 따라 달성되도록 선택되며, 점유는 적어도 60%, 바람직하게는 적어도 70%, 좀 더 바람직하게는 적어도 90%인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    허용 오차에 이르는 충전 상태 범위는, 에너지 저장 유닛에 할당될 수 있는 충전 상태의 최대 ±30%인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    전기 에너지 저장 유닛(4)은 자동차(1)의 정지 동안 가스 엔진(6)을 작동함으로써 충전되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 자동차(1)의 구동 샤프트(3)나 구동 허브에 간접 또는 직접적으로 연결되는 적어도 하나의 전기 모터(2), 전기 에너지의 공급을 위해 전기 모터(2)에 전기적으로 연결되는 전기 에너지 저장 유닛(4), 및 전기 파워 생성을 위해 발전기(5)에 작동 가능하게 연결되고, 충전 전류의 공급을 위해 전기 에너지 저장 유닛(4)에 전기적으로 연결되는 가스 엔진(6)을 포함하는, 자동차(1)의 구동 시스템에 있어서,
    가스 엔진(6)은 1가 또는 2가의 가스 엔진이고, 전기 에너지 저장 유닛(4)은 자동차(1)에 대해 범위를 결정하지 않는 충전 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 구동 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    에너지 저장 유닛(4)의 최대 충전 용량 및 자동차(1)에 운반되는 연료(7)의 양은, 자동차(1)로 달성 가능 한 최대 작동 거리가, 작동 거리 내에서 점유(share)하기 위해, 가스 엔진(6) 내에서 독점적으로 연료(7)를 연소하여, 발전기(5)에 의하여 자동차를 구동하기 위한 전기 에너지로 전환함에 따라 달성될 수 있도록 선택되며, 점유는 적어도 60%, 바람직하게는 적어도 70%, 좀 더 바람직하게는 적어도 90%인 것을 특징으로 하는 구동 시스템.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    전기 에너지 저장 유닛(4)은 저가 축전지이며, 바람직하게는 니켈 금속 하이브리드, 알칼리-망간, 염화 아연 또는 탄산 아연 배터리로 형성되는 것을 특징으로 하는 구동 시스템.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 엔진(6)은 액화 석유 가스(LPG) 또는 압축 천연 가스(CNG)용 연료 탱크(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 시스템.
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