KR20230028544A

KR20230028544A - 전기 구동 시스템을 작동하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20230028544A
Application number: KR1020237003317A
Authority: KR
Inventors: 오트마르 게링; 크리슈티안 발라린; 슈테펜 마우스
Original assignee: 셀센트릭 게엠베하 운트 콤파니 카게
Priority date: 2020-07-08
Filing date: 2021-07-05
Publication date: 2023-02-28
Also published as: JP7492612B2; CN115812048A; EP4178824A1; JP2023532481A; DE102020004102A1; WO2022008413A1; US20240092186A1

Abstract

본 발명은 전기 구동 출력을 제공하기 위한 연료 전지(2.6) 및 버퍼 배터리(2.8)를 구비한 자동차(2)의 전기 구동 시스템을 작동하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 경우 경로 데이터가 결정된 후에, 이 경로 데이터를 기반으로 소비 데이터가 예측된다. 본 발명은, 연료 전지(2.6)의 작동을 최적화하기 위하여 예측된 소비 데이터를 기반으로 경로에 대한 총 에너지 요구가 예측된 후에, 경로의 시작 시점에 버퍼 배터리(2.8)에 저장된 에너지와 함께 연료 전지(2.6)를 위한 일정한 전력 궤적에 걸쳐 요구되는 총 에너지 요구를 지정하기 위해 필요한 평균 연료 전지 전력이 결정된다. 그런 다음, 전력 궤적에 따라 경로를 따라가는 동안 버퍼 배터리(2.8)의 한계값이 위반되는지 여부에 대한 검사가 수행된다: 한계값이 위반되지 않으면, 규정된 전력 궤적 상태에 따라 연료 전지(2.6)의 작동이 수행된다; 한계값이 위반되면, 한계값을 위반한 범위에서 연료 전지(2.6)의 전력이 변경된 다음, 전체 경로에 걸쳐 다시 평균 연료 전지 전력을 달성하기 위해 조정되어, 새로운 전력 궤적이 규정된다. 그리고 나서 버퍼 배터리(2.6)의 한계값 위반이 없는 전력 궤적이 결정될 때까지, 새로운 전력 궤적으로 검사가 다시 수행되고, 이에 따라 연료 전지(2.6)의 작동이 수행되는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 구동 시스템을 작동하기 위한 방법

본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 상세히 정의된 유형에 따른 자동차의 전기 구동 시스템을 작동하기 위한 방법에 관한 것이다.

버퍼 배터리 및 적어도 하나의 연료 전지를 구비한 자동차, 특히 상용차용 전기 구동 시스템은 일반적인 선행 기술에 공개되어 있다. 또한, 연료 전지가 성능 및 수명과 관련해서 연료 전지 전력의 매우 빠르고 동적인 변화에 바람직하지 않게 반응하는 것이 공개되어 있다. 따라서 이러한 전기 구동 시스템의 경우에, 이러한 문제를 해결할 수 있도록 이러한 전기 구동 시스템을 최적화하는 것이 공개되어 있다.

일반적인 DE 10 2017 213 088 A1호는 이와 관련하여 연료 전지용 적어도 하나의 연료 탱크와 적어도 하나의 트랙션 배터리를 구비한 자동차의 전기 구동 시스템을 작동하기 위한 방법을 기술한다. 이 경우, 경로 정보를 이용하여 소비 데이터를 예측하고 이를 통해 연료 전지가 작동하는 단계와 연료 전지가 작동하지 않는 단계를 규정하기 위해 내비게이션 데이터가 판독되어 처리된다. 최적화의 목적은 예를 들어 주행 경로의 최적화, 전력의 최적화, 급유 중단 횟수의 최적화 등일 수 있다.

본 발명의 과제는 이러한 방법을 더욱 개선하는 것이다.

본 발명에 따르면 이는 청구항 제 1 항의 특징부의 특징을 갖는 방법에 의해 해결된다. 바람직한 실시예 및 개선예는 종속 청구항에 제시된다.

본 발명에 따른 방법은 일반적인 선행 기술의 방법과 달리, 경로 데이터가 결정된 후에, 이 경로 데이터를 기반으로 소비 데이터가 예측되고, 이 데이터를 이용하여 연료 전지의 작동이 최적화되는 것을 제공한다. 본 발명에 따르면, 연료 전지의 작동을 최적화하기 위하여 예측된 소비 데이터를 기반으로 계획된 경로에 대한 총 에너지 요구가 결정되는 것이 제공된다. 그런 다음 차량이 경로를 달성할 수 있도록, 시작 시점에 버퍼 배터리에 저장된 에너지와 함께 총 에너지 요구를 제공하기 위해 필요한 평균 연료 전지 전력이 결정된다.

평균 연료 전지 전력 또는 이하에서 주행과 관련될 수 있는 범위 및 단계와 같은 용어는 시간 단위 또는 경로 단위와 관련하여 각각 평균값을 의미한다. 실질적으로 이러한 단위는 서로 의존적이므로, 경로에 대해 고려되는지 또는 이 경로에 필요한 시간에 대해 고려되는지 여부는 중요하지 않다.

경우에 따라서 버퍼 배터리에 저장된 에너지와 함께 전체 경로를 달성할 수 있기 위해 필요한 평균 연료 전지 전력은 전체 경로에 걸쳐 일정한 평균 연료 전지 전력으로 가정되고 그에 따른 연료 전지에서 요구되는 전력에 대한 일정한 전력 궤적으로 확정된다. 그런 다음 연료 전지는 이 궤적에 따라 작동된다.

이러한 일정한 제 1 전력 궤적의 확정 후에, 정확히 이러한 전력 궤적을 따라 경로를 달성하면서 버퍼 배터리의 한계값이 위반되는지에 대해 검사가 수행된다. 이러한 한계값은 예를 들어 버퍼 배터리의 너무 높은 온도, 너무 높은 전류, 너무 높은 동적 부하 등일 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 경우에 따라서 버퍼 배터리를 위한 한계값으로서 언급된 기타 변수 외에 특히 상기 배터리의 충전 상태가 한계값으로서 사용된다. 이것은 또한 아래에서 방법의 예시적인 설명을 위해 사용되지만, 이로 인해 방법이 단지 이러한 충전 상태에만 제한되는 것은 아니다.

첫 번째 시도에서 연료 전지에 대해 정해진 일정한 전력 궤적에 의한 경로에 대한 예측이 버퍼 배터리의 한계값을 위반하지 않은 경우, 평균 연료 전지 전력에 해당하는 이러한 일정한 전력 궤적으로 작동이 이루어질 수 있는 한, 이 시점에 이 방법은 이미 종료된다. 평균 연료 전지 전력에 해당하는 이러한 일정한 전력 궤적을 사용한다. 그와 달리 한계값이 위반되면, 연료 전지의 전력은 한계값의 이러한 위반이 발생하는 범위에서 그리고 이 경우 다시 시간 또는 경로 관련 범위에서 일정한 양만큼 변경된다. 따라서 전력은 예를 들어 증가하거나 감소한다. 한계값이 예를 들어 배터리의 충전 상태이고 이것이 임계 한계값 아래로 떨어지면, 버퍼 배터리를 재충전할 에너지를 확보하기 위해, 그리고 이와 같이 충전 상태가 임계 한계값 아래로 떨어지는 것을 방지하기 위해, 연료 전지의 전력이 상응하게 증가할 것이다.

이러한 예시적인 시나리오에서 전력의 증가에 의해 경로의 이러한 시점 또는 위치까지 연료 전지에 의해 공급된 총 전력이 증가했기 때문에, 이제 연료 전지의 전력이 순차적으로 조정되고, 바로 전술한 예에서는 전체 경로에 걸쳐 다시 평균적으로 평균 연료 전지 전력을 제공하기 위해 감소한다. 이로써 실제로 연료 전지의 전력에 대한 새로운 전력 궤적이 제공되고, 상기 전력 궤적은 전술한 예에서, 처음에는 평균 연료 전지 전력의 값에서 일정하게 시작한 다음, 충전 상태의 예시적인 한계값의 위반의 범위에서는 이전에 결정된 평균 연료 전지 전력 미만으로 일정하게 계속 가동하기 위해, 일시적으로 증가하는 상태일 것이다.

이 새로운 전력 궤적은 이제 전술한 방식으로 다시 검사되며, 이 경우 버퍼 배터리의 한계값이 위반되지 않는 전력 궤적이 결정될 때까지, 이 단계들이 반복되고, 상기 버퍼 배터리는 이후 연료 전지를 작동하는 데 이용된다. 이로써 평균 연료 전지 전력은 경로- 또는 단위 시간당 필요한 평균 에너지 요구에 기초해서 또는 전체 경로에 필요한 총 에너지 요구에 기초해서 간단하게 및 효율적으로 결정되고, 버퍼 배터리의 한계값 위반과 관련해서 최적화된다. 이것은 간단하고 효율적이다. 미리 예측을 통해 결정된 임계 상태를 완충할 수 있고 동시에 연료 전지의 전력 제어는 이 궤적에 의해 안정화되어(phlegmatized), 연료 전지가 가능한 한 일정한 전력으로 작동되고, 이는 한편으로는 연료 전지의 효율 및 다른 한편으로는 연료 전지의 수명에 이용된다.

본 발명에 따른 방법의 매우 바람직한 개선예에 따르면, 연료 전지의 전력이 조정되는 단계의 크기는 한계값이 위반되는 범위보다 크다. 이 경우 단계의 시작은 위반의 시작 이전이다. 이는, 최적화가 예측을 기반으로 하므로 한계값의 위반이 실제로 발생할 때까지 기다릴 필요가 없기 때문에 가능하다. 한계값의 위반을 방지하기 위해 및 특히 버퍼 배터리를 보호하고 배터리의 수명을 최적화하기 위해, 한계값의 위반이 실제로 발생하기 전에, 연료 전지는 이러한 위반에 미리 대응할 수 있다. 그러나 무엇보다도 연료 전지의 동적 부하가 제거된다. 이러한 것은, 예를 들어 임계 충전 상태의 미달과 같은 한계값의 위반은 이것이 측정된 후에만, 연료 전지가 전력과 관련하여 매우 강력하게 및 동적으로 작동함으로써, "극복"될 경우에만 필요하다. 그러나 그러한 것은 연료 전지에 바람직하지 않을 것이다. 보상 단계를 위반 범위보다 크게 선택함으로써, 필요한 전력 점프량을 줄일 수 있다. 이는 연료 전지의 수명과 효율에도 바람직하다.

본 발명에 따른 방법의 다른 매우 바람직한 실시예는 또한, 전력 궤적이 각각의 단계에서 일정한 전력을 갖는 적어도 하나의 단계를 포함하는 것을 제공한다. 따라서 전력 궤적은, 예를 들어 제 1 검사 시 버퍼 배터리의 한계값의 위반이 감지되지 않는 경우, 전체 경로 또는 경로에 필요한 지속 시간만큼 긴 단일 단계로 구성될 수 있다. 전력 궤적은 이에 따라 평균 연료 전지 전력 수준에서 일정하므로, 연료 전지는 계속해서 정적 전력으로 작동된다. 여러 단계의 경우 각 단계의 전력은 다를 수 있지만, 연료 전지에 가능한 한 전력을 변경하도록 하기 위해 각 단계 내에서 전력은 일정하게 유지되며, 이는 연료 전지의 수명과 관련해서 매우 바람직하지 않을 수 있다.

이 방법의 다른 매우 바람직한 구성은 또한, 다수의 단계의 경우에 일정한 전력의 단계들 사이의 이행이 램프 및/또는 곡선의 형태로 지정되는 것을 제공한다. 이러한 사상의 특히 바람직한 구성에서 연료 전지로부터 요구되는 전력의 급격한 변화는 없다. 오히려, 일정한 전력의 개별 단계들 사이의 "부드러운" 이행을 통해 연료 전지의 작동을 더욱 안정화하기 위해 그리고 이에 따라 연료 전지를 부드럽게 작동하기 위해, 특히 연료 전지 전력의 허용된 변화율을 기반으로 하여 램프 또는 필요한 경우 곡선이 지정될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 매우 바람직한 개선예는 또한, 경로의 각 시작으로부터 한계값의 첫 번째 위반까지 검사가 수행되는 것을 제공할 수 있다. 즉, 경로의 시작부터 한계값의 첫 번째 위반까지 검사가 수행됨으로써, 검사는 반복적으로 수행된다. 그런 다음 연료 전지 전력은, 이 한계값을 더 이상 위반하지 않도록 조정되고, 그 결과 새로운 검사의 경우 다시 처음부터 시작한 다음, 경우에 따라서 한계값의 위반이 다시 발생할 때까지, 경로- 또는 시간 다이어그램에서 말하자면 왼쪽에서 오른쪽으로 검사되고, 이는 이러한 검사의 경우에 새로운 "제 1" 위반이 된다. 그러면 연료 전지의 전력도 다시 조정되고 필요한 경우 이는, 전체 경로에 걸쳐 한계값이 더 이상 위반되지 않을 때까지 반복된다.

이러한 사상의 매우 바람직한 개선예에 따르면 방법은, 경로 상의 구동- 및 제동 토크의 계산과 함께 차량의 모델링에 기초해서 소비값의 예측을 수행하는 것을 제공할 수 있다. 차량 자체 중량, 차량 하중 및 동일하게 유지되거나 시간이 지남에 따라 변하는 다른 차량별 경계 조건과 같은 해당 파라미터가 "공급"될 수 있는 차량의 이러한 모델링은 본 발명에 따른 방법에 기초해서 작동을 추가로 개선하기 위해 소비값의 비교적 양호한 예측을 허용한다.

경로 데이터는 원칙적으로, 처음에 언급한 일반적인 선행 기술의 경우와 같이, 차량의 내비게이션 장치에서 유래할 수 있다. 그러나 이 방법은, 경로 계획이 매우 사전적이고 넓은 경로 범위 또는 기간에 걸쳐 수행되고 일반적으로 비교적 엄격하게 준수되는 경우에, 특수한 장점을 제공한다. 경로 계획은 이를 위해 예를 들어 특히 클라우드 내 내비게이션 시스템의 일부로서 또는 전술한 바람직한 변형예에 따라 물류 계획의 운송 관리 시스템으로서 설계될 수 있는 차량 외부 서버의 경로 데이터를 이용할 수 있다. 주로 상용차로 상품을 운송하는 분야에 존재하는 운송 관리 시스템을 통한 이러한 물류 계획은 정지 지점, 주유 지점, 휴식 시간 등을 포함하여 매우 장기적이고 신뢰할 수 있는 경로 예측을 제공한다. 일반적으로 사용되는 운송 관리 시스템에 또한 운전자, 이동되는 화물, 그것의 무게 및 차량의 기타 파라미터가 저장되어, 예측은 매우 효율적이고 신뢰적으로 이루어질 수 있다. 경로가 미리 계획된 비교적 긴 기간으로 인해, 연료 전지의 가능한 한 부드러운 작동과 관련해서 추가적인 최적화가 또한 본 발명에 따른 방법에 의해 달성된다.

이미 언급한 바와 같이 버퍼 배터리의 충전 상태가 한계값으로 사용될 수 있다. 이러한 경우에 한계값으로서 충전 상태를 사용하는 바람직한 개선예에 따라, 필요한 총 에너지량을 고려하기 위해 필요한 버퍼 배터리의 충전 상태의 시작값이 상응하게 측정될 수 있으므로, 버퍼 배터리의 실제 충전 상태가 사용된다. 고정식 전력망에서 버퍼 배터리를 재충전할 수 있는 경우, 즉 차량이 소위 플러그인 차량인 경우, 각각 전략적으로 최적화된 충전 상태는 버퍼 배터리의 재충전 또는 전력망으로 전력의 피드백 및 방전에 의해서도 시작 전에 설정될 수 있다. 예를 들어 상용차의 하역 또는 적재 중과 같이 중도에 전력망에서 재충전하는 경우에도 마찬가지이다. 예를 들어, 이러한 충전 중지 후에 또는 시작 및 관련된 충전 중지 후에 내리막 경로가 있는 경우, 배터리로부터 전력망으로 전기 에너지를 피드백하는 것이 바람직할 수 있고, 그와 달리 오르막인 경우, 버퍼 배터리는 가능하면 완전히 충전될 수 있다.

이러한 사상의 매우 바람직한 개선예에 따르면, 실제 충전 상태의 주기적인 확인이 수행될 수 있고, 충전 상태가 예측된 충전 상태 주변의 허용 오차 범위를 벗어나는 경우에 나머지 경로에 대한 전력 궤적의 재결정이 이루어진다. 이는, 순수한 모델링과 예측을 기반으로 생성된 전력 궤적이 실제 작동 중에 다소 상당한 편차를 야기하는 경우, 연료 전지 및/또는 버퍼 배터리의 에너지 소비 및 수명과 관련하여 계획을 다시 최적화하기 위해, 해당하는 재계산 또는 재조정이 가능한 장점을 제공한다.

충전 상태의 경우 모델링된 예측에서 한계값을 초과하거나 미달 시, 가능하면 한계값의 위반이 발생하기 전에 해당 기간 동안 일정 값만큼 연료 전지의 전력을 증가 또는 감소시켜 그에 따라 보상할 수 있는 에너지 용량을 얻기 위해, 예측된 곡선과 관련 한계값 사이의 영역이 그에 따라 적분되는 방식으로 응답할 수 있다.

본 발명의 의미에서 경로 데이터는 또한 순수한 주행 경로 외에 경로 상에 영구적으로 존재하는 오르막, 내리막 및 기타 이벤트를 포함할 수도 있다. 또한 경로 데이터에는, 예를 들어 제3자 공급업체에 의해 제공될 수 있는 정보도 포함될 수 있다. 여기에는 예를 들어 날씨 데이터, 교통 데이터, 현재 건설 현장에 대한 데이터, 교통 체증, 경로 상의 교통 밀도 분포의 예측 등이 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 다른 바람직한 구성은 도면을 참조하여 아래에서 더욱 상세히 설명되는 실시예에 제시된다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행할 수 있는 시스템의 개략적인 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 예시적인 응용예에 따르는 연료 전지의 전력 설정값 및 배터리 충전 상태의 다양한 다이어그램을 도시한 도면.

바람직한 개선예에서 특히 본 발명에 따른 방법을 포함하는 가능한 상세한 프로세스는 도 1의 개략적인 블록도를 참조하여 아래에 설명된다.

제 1 단계는 여기서 1로 표시된 박스의 물류 계획을 수립하는 것으로, 차량, 특히 상용차의 차량 운영자가 수행한다. 일반적으로 이러한 물류 계획(1)은 소위 운송 관리 시스템(TMS)에서 수행된다. 운송 주문은 개별 차량(2) 및 차량의 운전자와 연결된다. 또한, 각각의 차량(2)에 대한 시간- 및 경로 계획이 수행된다. 물류 계획(1)에서 이러한 방식으로 생성되는 데이터 패킷은 일반적으로 경로 데이터, 즉 개별 섹션의 좌표, 출발 시간이 포함된 일정, 적재- 및 하역 시간, 휴식 시간 등을 포함한다. 또한, 차량(2)에 대한 정보, 예를 들어 다양한 차량 파라미터, 차량의 장비, 차량 식별 번호 등이 데이터 패킷에 저장된다. 또한, 데이터 패킷은 운전자 및 차량의 적재물, 여기에서는 특히 차량의 중량에 대한 데이터도 포함한다.

이러한 데이터 패킷은 1a로 표시된 통신을 통해 주행 전략 모듈(3)로 전송되고 거기에서 데이터 인터페이스(3.1)를 통해 수신될 수 있다. 그런 다음 데이터 패킷은 주행 예측 모듈(3.3)에서 추가로 처리된다. 통신(1a)을 통해 전송된 데이터 패킷에서 차량(2)에 대한 정보에 맞춰 추가 인터페이스 모듈(3.2)에 의해 차량(2)에 대한 데이터가 통신(2a/2b)을 통해 요청되거나 차량(2)의 통신 모듈(2.1)을 사용하여 판독된다. 여기에는 예를 들어 탱크 제어 모듈(2.4)에 의해 검출되는 압력, 온도 및 충전량과 같은 탱크(2.3)의 물리적 측정값과 배터리 관리 모듈(2.7)에서 유래할 수 있는 버퍼 배터리(2.8)의 충전 상태 및 예를 들어 배터리의 열 부하가 포함된다. 물류 계획 데이터와 차량 데이터를 이용하여 주행 전략 모듈(3)의 주행 예측 모듈(3.3)은 계획된 차량과 함께 계획된 주행 경로의 에너지 요구 및 기타 차량 상태를 계산한다. 교통의 영향, 필요한 경우 운전자, 지형, 날씨 및 교통 인프라의 영향도 상응하게 고려된다. 이러한 정보는 추가 모듈(4)을 통해, 예를 들어 날씨 정보(4.1) 및/또는 교통 정보(4.2)의 형태로 데이터 패킷으로서 루트(4b; route)를 통해 요청될 수 있고 및/또는 루트(4a)를 통해 호출될 수 있다.

주행 예측 모듈(3.3)의 계산된 결과에 의해 작동 전략 모듈(3.4)은 연료 전지(2.6)에 대한 최적화된 전력 요구를 결정할 수 있다.

이를 위해 아래에 설명된 프로세스가 이용된다. 물류 계획(1)에서 이미 결정된 경로 데이터를 기반으로 전체 경로에서 필요한 구동- 및 제동 토크가 이제 차량 (2)의 차량 데이터가 흐르는 차량 모델을 사용하여 계산된다. 그런 다음 상기 토크는 전기 구동 기계의 전력 요구 또는 에너지 회수 전력으로 변환된다. 이로써 전체 경로에서 각각의 경로 구간 또는 시간 단위에 대해 평균 전력 요구가 계산될 수 있다. 따라서 전체 경로에 걸쳐 전력 요구의 평균 상수값이 존재한다. 연료 전지(2.8)에 의해 공급될 평균 전력은 버퍼 배터리(2.6)에 있는 에너지와 경로 상의 총 에너지 요구 또는 상기 평균 전력 요구에 기초해서 계산될 수 있다. 버퍼 배터리(2.8)의 충전 상태에 대한 시작값으로서 배터리 관리 모듈(2.7)을 통해 검출된 실제 존재하는 값이 사용될 수 있거나 전력망에 차량(2) 또는 차량의 버퍼 배터리(2.8)의 접속 가능성이 있는 경우, 버퍼 배터리(2.8)를 충전하거나 버퍼 배터리(2.8)로부터 전력망으로 에너지를 피드백함으로써 버퍼 배터리(2.8)의 충전 상태(SOC)에 대한 최적의 시작값이 설정될 수 있다.

전술한 모델링에 기초하여 전체 경로에 걸쳐 일정하게 유지되는 평균 연료 전지 전력의 가정 시 연료 전지(2.6)의 이러한 전력 궤적으로 버퍼 배터리(2.8)의 충전 상태의 한계값이 초과되는지 여부가 검사된다. 도 2a에서 연료 전지(2.6)의 전력 설정값은 상단에 킬로와트로 제공되고 버퍼 배터리(2.8)의 충전 상태는 하단에 백분율로 명시된다. 이 경우, 미달되지 않는 하한 충전 상태와 초과되지 않는 상한 충전 상태의 2개의 한계값이 점선으로 표시된다. 연료 전지(2.6)의 전력 궤적은 연료 전지(2.6)에 의해 요구되는 평균 전력에 대응하는 일정한 값으로 도시된다. 버퍼 배터리(2.8)의 한계값 위반에 대한 검사는 충전 상태 외에도, 예를 들어 온도, 전류 강도, 전류 밀도 등과 같은 다른 값을 보완하거나 대안으로서 고려할 수 있다.

전력 궤적으로서 연료 전지(2.6)의 평균 전력값이 일정한 경우에 버퍼 배터리(2.8)의 한계값의 위반이 검출되지 않으면, 전략적 계획은 이미 완료된 상태이고 연료 전지(2.6)는 이 평균값으로, 즉 일정한 전력 궤적으로 작동된다.

도 2a의 도면에서처럼 최소 충전 상태의 미달이 발생하면, 그에 따라 대응해야 한다. 도 2의 다이어그램에서 검사는 항상 왼쪽에서 오른쪽으로 수행되고, 경로의 시작 시점 또는 시작점에서 한계값의 해당하는 미달 또는 초과시까지 각각 다시 시작된다. 이 경우 버퍼 배터리(2.8)의 최소 충전 상태의 미달이 발생하고, 이는 그에 따라 도 2a 및 도 2b에서 볼 수 있다. 이러한 미달을 저지하기 위해, 예를 들어 곡선과 한계값 사이의 영역의 적분에 의해, 하한값 아래의 회색 영역, 즉 에너지량이 식별된다. 이 값은 연료 전지(2.6)에 의해 추가로 제공되어야 하는 에너지량에 해당한다. 도 2b의 도면에서 이는, 연료 전지(2.6)의 전력을 버퍼 배터리(2.8)의 한계 미만인 것으로 이전에 식별된 에너지만큼 증가시킴으로써 야기된다. 연료 전지(2.6)의 작동 시 연료 전지의 전력 변화를 한편으로 가능한 한 작게 유지하기 위해 그리고 가능한 한 오랜 기간 동안 일정한 전력으로 유지하기 위해, 전력이 상응하게 증가하는 시간- 또는 경로 구간은 하한값이 미달된 시간- 또는 경로 구간에 비해 증가하고, 도 2b의 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 예를 들어 두 배가 된다. 궁극적으로 경로에서 연료 전지(2.6)의 평균 총 전력 및 연료 전지(2.6)에 의해 생성된 총 에너지를 준수하기 위해, 이어서 다시 시간 또는 경로와 관련하여, 연료 전지 전력의 과정은 감소하여, 평균적으로 다시 도 2a에서와 동일한 평균 전력이 달성된다.

이러한 방식으로 연료 전지(2.6)의 작동을 위한 새로운 전력 궤적이 형성된다. 이것 또한 새로운 검사를 거치고, 이는 도 2a의 도면과 유사하게 도 2c에 그에 따라 도시된다. 검사는 이제 버퍼 배터리(2.8)의 충전 상태에서 하한값을 위반하지 않고 그에 따른 충전의 상한값을 초과할 때까지 실행된다. 여기에서, 적어도 상한값을 초과한 기간 동안 연료 전지(2.6)에 의해 제공되는 전력이 낮아짐으로써, 유사하게 반응한다. 이에 따라 이는 도 2d의 도면에 도시되어 있다. 여기에서도 다시 연료 전지(2.6)에 대한 새로운 전력 궤적은 여기에 도시된 마지막 섹션에서 상응하게 조정된 전력으로 생성되어, 경로에 대한 평균 전력 및 연료 전지(2.6)의 에너지에 온전히 도달할 수 있다. 새로운 검사 시 도 2d에 도시된 전력 궤적에 기초해서, 버퍼 배터리(2.8)의 한계값의 위반이 더 이상 나타나지 않으므로, 버퍼 배터리(2.8)의 한계값이 허용된 한계 내에 있는 최적의 작동 전략이 발견되었다.

도 2d의 도면에 도시된 바와 같이, 연료 전지(2.6)에 대한 전력 궤적은 이제 연료 전지(2.6)의 상이한 전력을 갖는 다양한 단계로 구성되며, 이 경우 각 단계 내에서 전력은 일정하게 유지된다. 이는 연료 전지(2.6)의 매우 부드러운 작동을 가능하게 한다. 상기 작동은, 여기에 실선으로 표시된 전력의 급격한 변화 대신 수명과 성능의 손실 없이 연료 전지(2.6)에 대해 가능한 최대 변화율을 기반으로 하는 램프 또는 경우에 따라서 기타 곡선도 선택적으로 사용됨으로써 더욱 개선될 수 있다. 도 2d의 도면에서 이들 램프는 전력 궤적에 점선으로 표시되어 있다.

계획된 전체 경로에 걸쳐 연료 전지(2.6)에 대한 전력 궤적의 형태로 최적의 작동 전략 및 한계값이 위반되지 않는 버퍼 배터리(2.8)의 충전 상태의 관련 과정이 작동 전략 모듈(3.4)에서 결정되면, 이러한 데이터는 여기에 도시된 바와 같이, 바람직하게 클라우드에서 이루어질 수 있는 계산 후에 1b로 표시된 루트에서 물류 계획(1)에서 차량 운영자 또는 관리자에게 표시되고 동시에 2b로 표시된 루트에서 차량(2)으로 전송된다. 이에 대한 대안으로서 클라우드의 주행 전략 모듈(3)에서 계산 대신, 이 계산을 차량에서 완전히 수행할 수도 있고, 이는 전술한 방법에 추가로 영향을 미치지 않고, 통신 루트만을 당업자에게 자명한 방식으로 변경한다.

계산된 작동 전략은 연료 전지(2.6)의 위치- 또는 시간에 따른 전력 설정값의 형태로, 즉 연료 전지의 전력 궤적 및 버퍼 배터리(2.8)의 충전 상태의 가정된 사전 계산된 과정의 형태로 통신 모듈(2.1)을 통해 차량(2)의 중앙 구동 제어 모듈(2.2)로 전달되며, 상기 구동 제어 모듈은 그에 따라 차량(2)에서 작동 전략을 구현한다.

구동 제어 모듈(2.2)은 연료 전지(2.6)의 제어 모듈(2.5)을 통해 차량(2)에서 설정값을 지정하기 위해 연료 전지(2.6)에 대해 미리 계산된 전력 궤적을 사용한다. 동시에 구동 제어 모듈(2.2)은 버퍼 배터리(2.8)의 충전 상태의 계획된 과정과 배터리 관리 모듈(2.7)로부터 호출될 수 있는 주행 중 실제 과정 사이에 편차가 발생하는지 여부를 검사한다. 버퍼 배터리(2.8)의 충전 상태의 계획된 과정과 실제 과정 사이에 편차가 발생하거나 열 부하 한계, 전류 한계, 전류 밀도 한계 등에 도달하면, 구동 제어 모듈(2.2)은 연료 전지(2.6)의 전력 요구를 수정할 수 있다. 이것은 미리 정의된 소정의 임계값 또는 계산된 계획된 충전 상태 주변의 허용 범위까지 눈에 띄지 않을 수 있다. 그러나 그러한 허용 범위가 초과되는 경우, 추가 계산이 차량(2)에서 수행될 뿐만 아니라, 예를 들어 사고로 인한 갑작스럽게 발생하는 교통 체증과 같은 예측할 수 없는 외부 이벤트에 의해 도중에 편차가 발생하였더라도, 다가오는 나머지 경로에 대해 전술한 계획 프로세스를 다시 수행하여 계획을 최적화하기 위해, 해당 주행 전략 모듈(3)에 다시 반영된다면 바람직할 수 있다.

차량(2)의 운전자에 의한 노선 선택으로부터 이탈이 감지되는 경우에도, 그에 따른 재계획이 개시될 수 있으며, 이러한 재계획은 다시 전술한 방식으로 수행될 수 있고 그 결과는 관련된 시스템(1, 2)에 분배될 수 있다. 이와 관련해서 경로 데이터도, 특히 추가 정보, 예를 들어 업데이트된 교통 데이터, 교통 흐름 데이터, 날씨 정보 등과 함께 업데이트될 수 있다.

Claims

전기 구동 출력을 제공하기 위한 적어도 하나의 연료 전지(2.6) 및 적어도 하나의 버퍼 배터리(2.8)를 구비한 자동차(2)의 전기 구동 시스템을 작동하기 위한 방법으로서,
경로 데이터가 결정된 후에, 연료 전지(2.6)의 작동을 최적화하기 위해, 이 경로 데이터를 기반으로 소비 데이터가 예측될 수 있고,
상기 연료 전지(2.6)의 작동을 최적화하기 위하여 예측된 소비 데이터를 기반으로 경로에 대한 총 에너지 요구가 예측된 후에, 경로의 시작 시점에 상기 버퍼 배터리(2.8)에 저장된 에너지와 함께 총 에너지 요구를 제공하기 위해 필요한 평균 연료 전지 전력이 결정되고, 이에 따라 상기 연료 전지(2.6)에서 이를 위해 필요한 전력에 대한 일정한 전력 궤적이 지정된 다음, 상기 전력 궤적에 따라 경로를 따라가는 동안 상기 버퍼 배터리(2.8)의 한계값이 위반되는지 여부에 대한 검사가 수행되고:
한계값이 위반되지 않으면, 규정된 전력 궤적 상태에 따라 상기 연료 전지(2.6)의 작동이 수행되고;
한계값이 위반되면, 한계값을 위반한 범위에서 상기 연료 전지(2.6)의 전력은 시간에 따라 일정하게 유지되는 양만큼 변경된 다음, 전체 경로에 걸쳐 다시 평균 연료 전지 전력을 달성하기 위해 조정되어, 새로운 전력 궤적이 규정되고; 그리고 나서
상기 버퍼 배터리(2.6)의 한계값 위반이 없는 전력 궤적이 결정될 때까지, 새로운 전력 궤적으로 검사가 다시 수행되고, 이에 따라 연료 전지(2.6)의 작동이 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 연료 전지(2.6)의 전력이 조정되는 단계의 크기는 한계값이 위반되는 범위보다 크게 지정되고, 단계의 시작은 위반의 시작 이전인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
전력 궤적은 각각의 단계에서 일정한 전력을 갖는 적어도 하나의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 3 항에 있어서,
다수의 단계의 경우에, 일정한 전력의 단계들 사이의 이행은 램프 및/또는 곡선의 형태로 지정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
검사는 경로의 각 시작으로부터 한계값의 첫 번째 위반까지 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
소비값의 예측은 경로 상의 구동- 및 제동 토크의 계산과 함께 자동차(2)의 모델링에 기초해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
경로 데이터는, 특히 물류 계획(1)의 운송 관리 시스템으로부터, 차량 외부 서버에 의해 조회되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버퍼 배터리(2.8)의 충전 상태가 한계값으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 버퍼 배터리(2.8)의 실제 충전 상태 또는 고정식 전력망에서 버퍼 배터리를 재충전할 가능성이 있는 경우 시작 전에 전력망에서 충전/방전에 의해 설정된 전략적으로 최적화된 충전 상태가 충전 상태의 시작값으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
실제 충전 상태의 주기적인 확인이 수행되고, 상기 충전 상태가 예측된 충전 상태 주변의 허용 범위를 벗어나는 경우에 나머지 경로에 대한 전력 궤적의 재결정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.