用于运行商用车车辆组合的方法和商用车车辆组合与流程

本发明涉及一种用于运行商用车车辆组合的方法，该商用车车辆组合具有牵引机和挂车，该牵引机具有第一电机、与第一电机作用连接的第一电储存器和燃料电池系统，燃料电池系统与第一电储存器作用连接并且被设计成用于以产生功率提供电能，该挂车具有第二电机和与第二电机作用连接的第二电储存器。

背景技术：

1、在上述类型的商用车车辆组合的运行中，在牵引机中使用的燃料电池系统定期面临负载要求的变化。负载要求的变化也在动态负载的总概念中被概括。燃料电池系统的负载例如由于在商用车车辆组合的路径上的路段地形在运行中越动态，则对燃料电池系统的反应物供应（例如空气供应）的动态要求就越高。商用车中的压缩机和压缩机设施的可使用的尺寸一方面在安装空间技术方面是有限的，并且另一方面，较大的压缩机设施比较小的压缩机设施是动态更低的。然而，商用车车辆组合的燃料电池系统需要比较大的压缩机系统，由此导致空气需求的增加。

2、由于因此受限的动力学，商用车车辆组合中的燃料电池系统不能特别快速地，即特别动态地对变化的负载要求做出反应。此外，燃料电池系统的动态运用会损害这些系统的使用寿命。

3、尽管商用车中的燃料电池系统的功能的不断增强，但在此仍看到改进的需求。

4、从de 10 2014 224 380 a1已知一种用于燃料电池设施的冷却系统，其中，使用导航信息来确定行驶循环并随后获知冷却剂需求。

5、从de 10 2014 217 780 a1还已知了燃料电池系统的有限的动态可负载性的基本问题。在其中所建议的是，提前预测未来为了运行所需的运行参数，以便能够更好地评估即将到来的负载需求。由驾驶员进行负载变换评估，并且可以根据de 10 2014 217 780 a1的建议，通过导航系统预测绕道信息、上坡行驶和交通堵塞。

6、从de 10 2017 109 410 a1已知一种建议，根据该建议记录电能储存器的充电和放电变化过程，并且应该通过预测单元从中获知未来的需求。

7、从现有技术已知了不同的方法，这些方法通常涉及具有燃料电池系统的牵引机的改进的运行。然而，这些方法都没有建议具体的解决方案，并且因此对于由具有单独的电驱动器的牵引机和挂车构成的商用车车辆组合的实际运行来说不是最佳的。

技术实现思路

1、因此，本发明的任务是，提供一种上述类型的方法，该方法在很大程度上克服上述的缺点。尤其地，本发明的任务在于，提供一种用于运行上述类型的商用车车辆组合的方法，该运行方法能够实现更有效地运行商用车车辆组合，而不会损害牵引机的燃料电池系统的使用寿命。

2、本发明通过包括以下步骤的方法来解决其所基于的任务：

3、- 获知车辆组合的至少一个电机、尤其是第一和/或第二电机的运行参数，和/或车辆组合的至少两个电储存器、尤其是第一电储存器和/或第二电储存器的运行参数；并且

4、- 根据其中一个、其中多个或所有获知的运行参数来调整燃料电池系统的产生功率。

5、本发明基于以下构思，即为了调整由燃料电池提供的产生功率，获知由牵引机和挂车构成的总系统的电运行参数，并且因此商用车车辆组合的挂车部分及其专用电机和其专用能量储存器作为总系统的一部分可以一起被考虑到燃料电池的产生功率的调节中。因此，挂车和其电功率部件对于牵引机的燃料电池系统的调节是可见的。挂车可以在正常运行模式中利用其电机提供附加的驱动功率，并且在回收模式中提供附加的回收功率。为了能完全使用由牵引机和挂车构成的车辆组合的潜力，本发明采用以下方法，即一起考虑两个电机的存储容量和电机的有效功率，以便相应调整由燃料电池提供的产生功率。该调节在燃料电池系统的使用寿命中允许燃料电池的平均较低的负载，并且由于可存储的电能的量较高而允许更好的能量缓冲，这是因为回收得到改进并且产生功率的调整能够实现燃料电池系统的较低的动态负载。

6、牵引机和挂车可以分别具有一个电机或分别具有多个电机，就像其可以分别具有一个或多个电储存器那样。对于方法当然适用的是，在使用多个电机和/或电储存器时，可以针对其中一个、其中多个或所有电机和/或者电储存器执行运行参数的获知。

7、在优选的实施方式中，该获知可以包括读取固定存储的信息或数据，和/或从（多个）电机或储存器的连续的运行检测状态参量。

8、当结合燃料电池系统的发明进行说明时，这被理解为，燃料电池系统具有燃料电池，该燃料电池被设计成用于在可变的工作点处运行，其中，工作点根据一个、多个上述的运行参数来设定，优选由燃料电池控制部来设定。

9、燃料电池控制部是上级的车辆控制部的一部分，上级的车辆控制部除了燃料电池控制部以外还可以具有一个或多个另外的控制装置，在优选的实施方式中例如具有以下部件的一个、多个或全部部件：电池管理系统、牵引机制动控制装置和/或挂车制动控制装置。

10、车辆控制部可以构造为中央计算机辅助燃料电池控制部，并且具有上述的装置作为硬件或软件集成的部件，或者以多个专用控制装置的形式构造成，这些专用控制装置共同执行根据本发明的方法，并且为此设有相对应的处理器、数据储存器和编程控制指令。

11、该方法具有两个表征运行阶段，即正常运行模式和回收模式，在正常运行模式中，电机作为电动机被操控以用于驱动商用车车辆组合，在回收模式中，电机作为发电机被操控以用于进行再生制动。换言之，在特定的时间，该方法还包括以下步骤：

12、- 借助燃料电池系统，以产生功率提供电能，并且有选择地

13、a）在正常运行模式中，在以驱动功率从第一和/或第二电储存器汲取电能的情况下驱动商用车车辆组合，和/或

14、b）在回收模式中，借助第一和/或第二电机以回收功率提供电能，并且将电能输送至第一和/或第二电储存器。

15、在本发明的优选的改进方案中，运行参数包括以下参数中的一个、多个或全部参数：

16、i）第一和第二电储存器的总容量，

17、ii）第一和第二电储存器的总充电状态，

18、iii）第一和第二电机的总驱动功率，

19、iv）第一和第二电机的总回收功率，

20、v）第一电机的最大驱动功率，

21、vi）第二电机的最大驱动功率，

22、vii）第一电机的最大（第一）回收功率，

23、iix）第二电机的最大（第二）回收功率，

24、ix）第一电储存器的最大（第一）充电功率，

25、x） 第二电储存器的最大（第二）充电功率，

26、xi）第一电机的最大（第一）制动功率，和/或

27、xii）第二电机的最大（第二）制动功率。

28、最大回收功率一方面受到电机的有效功率的限制，并且另一方面受到相应的电池的最大充电功率的限制。例如，如果在牵引机中存在具有450kw的最大功率的电机，则通常也可以提供不超过450kw的回收功率。类似的考虑对于挂车中的电机是可看到的。例如，如果在那里设置具有250 kw的最大功率的电机，则在那里也只能实现相应最大的回收功率。

29、商用车车辆组合的电机的最大制动功率优选存储在车辆控制部中，尤其是存储在燃料电池控制部中。

30、优选地，例如也在车辆控制部中，和/或在牵引机上或牵引机中为挂车设置一组信息元件，借助这些信息元件，对于车辆控制部、尤其是对于燃料电池控制部来说可见的是：什么样的挂车拖挂到牵引机上，并且尤其是因此通过挂车提供什么样的电机和电储存器。

31、优选地，可用的制动功率从由电机最大可提供的电机力矩在各当前的电机转速的情况下被获知。该信息例如可以通过总线系统进行传输。

32、例如，最大可能的回收功率可能附加地受到能量储存器的限制。不能够输送比电储存器最大所能承受的充电功率更多的回收功率。能量储存器的最大可能的充电功率依赖于各自的当前充电状态和另外的因设计而异的电池尺寸、例如充电速率（c速率）、能量储存器内的电池的内阻等。

33、能量储存器的总容量和电机、尤其是挂车的电机的功率值例如可以通过安置在挂车上的编码信息、例如条形码等来获知。

34、在优选的实施方式中，产生功率的调整附加地根据运行策略来实现，其中，运行策略具有时间变化过程。优选地，运行策略沿时间变化过程具有对驱动功率和/或所提供的回收功率的预测。因此，预测例如可以包括第一和/或第二电机的驱动功率、总驱动功率、第一和/或第二电机的回收功率和/或总回收功率的未来的变化。

35、在另外的优选的实施方式中，运行策略沿时间变化过程具有对第一和/或第二电储存器的充电状态的预测，尤其是关于第一和/或第二电储存器的充电状态沿时间变化过程所发生的变化的预测。

36、在另外的优选的实施方式中，该方法包括以下步骤：沿时间变化过程获知路段信息，并且附加地依赖于所获知的路段信息调整产生功率。路段信息可以通过预设的路段走向来获知，路段走向例如可以由车队管理系统或地形巡航控制部来读取。商用车车辆组合的车辆控制部可以例如通过燃料电池控制部根据路段信息获知整个路段走向上的能量需求。在该方面，本发明的特征在于，挂车可以通过附加地提供驱动功率和在回收模式中附加地充分利用能量来明显支持牵引机。由此，减少燃料电池系统必须提供的所需的产生功率。如果将具有自身的能量储存器和自身的电机的挂车拖挂到具有内燃机的传统的牵引机上，则在那里由于挂车的附加的驱动和回收功率，牵引机上的燃料消耗也会减少，但这仅由于挂车在驱动时和回收时支持牵引机的机械效应。

37、但与内燃机不同，燃料电池系统原则上独立于对牵引机的机械影响地工作，且仅基于燃料电池的运行参数工作。

38、由于根据本发明，总系统的运行参数和可选地附加地来自路段信息的运行参数被使用，因此燃料电池系统可以对每个特定的挂车（其具有自身的电机和自身的电储存器）做出适当的反应，并且相应调整、即通常减少由其提供的产生功率的量。这长期导致燃料电池系统的更好的效率，燃料电池系统可以在较低的工作点处比在较高的工作点处更有效地运行。通过对路段信息的预测性考虑，牵引机例如可以在上坡时更早地下调燃料电池系统，因为知道在上坡之后它将在更长的路段中下坡，并且在那里在回收模式中可以由第一和第二电机提供电能，并且可以将电能传输到电储存器，这导致燃料电池系统的去负荷。

39、在另外的优选的实施方式中，借助对车辆的电池管理系统的查询获知以下运行参数：第一和/或第二电储存器的总容量、总充电状态和/或最大可能的充电功率，并且运行参数被传输到燃料电池系统的燃料电池控制部。该传输可以通过商用车的总线系统、例如can总线进行。在优选的实施方式中，还设置有在燃料电池控制部和电池管理系统之间通过无线通信、例如通过无线电传输所进行的传输。通过无线连接的传输例如可以经由蓝牙连接、ism连接或srd连接来进行。备选地，无线传输可以经由诸如wlan之类的网络传输标准来进行。

40、在另外的优选的实施方式中，挂车通过专用的有线lan线路、即所谓的汽车以太网与牵引机连接，并且运行参数的数据可以通过该线路传输到牵引机并且可选地在那里传输到燃料电池控制部。

41、在优选的实施方式中，电池管理系统集成到牵引机或其电子制动控制部中，或集成到挂车的电子制动控制部中。牵引机和挂车的电子制动系统在调节总系统的制动时相互通信，并且优选协调通过电机在回收模式中的再生制动以及摩擦制动器的激活或减速器的运行。

42、在另外的优选的实施方式中，借助读取车辆组合上的信息元件、尤其是一个或多个条形码获知以下运行参数：第一和第二电储存器的总容量、第一和/或第二电机的最大驱动功率，和/或第一和/或第二电机的最大回收功率。

43、在另外的优选的实施方式中，第一和第二电储存器的总容量和/或第一和第二电机的总回收功率由燃料电池控制部计算，或由挂车或牵引机制动控制装置计算，并且通过数据传输传送到燃料电池控制部。

44、在另外的优选的实施方式（其同时是本发明的第二独立方面）中，该方法优选除了上述的优选的实施方式以外或单独地包括以下步骤：

45、- 在切换时间点从正常运行模式变换到回收模式，以及

46、- 在切换时间点之前、在切换时间点或者在切换时间点之后的预定的（第一）减速持续时间内关闭燃料电池系统的产生功率。

47、第一减速持续时间优选在3.0秒或更小，进一步优选2.0秒或更小的范围内。

48、在本发明的该方面中，首先进行在回收模式下对由燃料电池系统提供的产生功率的调整。由于在燃料电池系统的运行中的开头提到的有限的动态，燃料电池系统不能在连续运行中从工作点突然降低到较低的功率水平或者在不以燃料电池系统的损坏为代价的情况下被关断。替代地，为了避免损坏，需要在特定的时间段内关闭产生功率。在从正常运行模式切换到回收模式的时间点，例如在出现制动指令时，或者在运行策略的范围内提前定义的下坡路段开始时，通常在回收开始时，从电机并且始终从燃料电池系统朝电储存器的方向传输回收的能量。

49、然而，如上面实施的那样，电储存器的最大充电功率是有限的。电储存器不能在每个单位时间中吸收任意多的电能。该最大充电功率此外由充电速率（也称为c速率）确定。电储存器的最大可能的充电功率的一部分通过由燃料电池提供的产生功率被“占用”，从而有时电机无法将其实际的完全的回收功率馈入到电储存器中。在此，本发明在第二方面中以如下方式开始，即其系统地建议，当车辆在切换时间点从正常运行模式变换到回收模式时，关闭燃料电池系统的产生功率。

50、在运行策略的范围内也优选的是，燃料电池在切换时间点（只要在运行策略的范围内已知）之前就已经开始关闭通过燃料电池提供的产生功率。该关闭步骤启动得越早，在回收模式中的电机的完全的回收潜力就越早被充分利用。

51、在不是预定的、而是由于通过驾驶员或电子制动系统导致的紧急出现的制动期望的切换时间点，优选地，与制动指令一致的切换时间点用作用于关闭产生功率的触发器。因此，燃料电池系统占用电储存器的最大充电功率的份额有针对性地被降低，使得第一电机进而商用车车辆组合总体上也能够充分利用完全的回收潜力。

52、为了使尽可能多的间隙和尽可能多的时间可用于关闭燃料电池，在其优选的实施方式中，运行策略被设定为，使得在切换时间点已经存在第一电储存器和/或第二电储存器中的空闲的容量，因此其充电状态低于电储存器的相应的总容量，即在切换时间点已经低于电储存器的相应的总容量。

53、在优选的实施方式中，从切换时间点开始，回收功率首先仅利用第二电机来提供，尤其是输送至第二电储存器，并且在此之后才利用第一电机提供回收功率，并且尤其是将其输送至第一电储存器。由于通过电机的回收被级联，并且首先仅挂车的第二电机在回收模式中用于再生制动，因此燃料电池系统可以在通过第一电机的回收开始之前被经济地关闭用以使电储存器、尤其是第一电储存器去负荷。如果出现以下情况，即除了挂车以外，具有电机的牵引机也开始将回收的能量转移到第一电储存器中，那么由燃料电池系统提供的产生功率已经下降了很多，从而由电池最大可容纳的充电功率的较小的“带宽”被产生功率占用，并且可以利用更高的回收功率来馈入。

54、基本上适用的是，越早开始关闭燃料电池系统的充电功率，两个电机在回收模式下的回收潜力就越大，并且就有更多的时间可用于关闭燃料电池的产生功率，这对其使用寿命产生积极影响。

55、在优选的实施方式中，第二减速持续时间、即从首先仅利用优选配属于挂车的第二电机提供回收功率的切换时间点开始的时间段处于最高5秒的范围内，进一步优选处于最高2秒的范围内。

56、在另外的优选的实施方式中，该时间段处于切换时间点之前的一秒或多秒的范围内。

57、在另外的优选的实施方式中，车辆组合具有减速器，并且在回收模式中，从切换时间点开始，首先仅利用第一和/或第二电机提供回收功率，例如在上述的优选的实施方式中，尤其是直到第一和/或第二电储存器的充电状态达到预定值，例如其相应的最大容量，并且只有在之后才操纵减速器。如果由于迄今施加的制动功率不够而施加另外的制动能量，则利用车辆组合的摩擦制动器附加地可以进一步减速。

58、以上参照根据本发明的方法描述了本发明。在另一方面中，本发明还涉及一种商用车车辆组合，其具有牵引机，该牵引机包括第一电机和与第一电机作用连接的第一电储存器以及与第一电储存器连接的燃料电池系统，该燃料电池系统被设计成用于以产生功率给第一电储存器提供电能。

59、本发明在这种商用车车辆组合中解决其所基于的任务，其方法是，第一和/或第二电机被设计成用于：在正常运行模式中，在以驱动功率从第一和/或第二电储存器汲取电能的情况下驱动商用车车辆组合，和/或在回收模式中，以回收功率提供电能，并且将电能输送至第一和/或第二电储存器，并且其中，商用车车辆组合具有车辆控制部，车辆控制部传导信号地与电机且与电储存器连接并且被设计成用于实施根据上述的优选的实施方式之一的方法。

60、尤其地，车辆控制部具有燃料电池控制部，其中，燃料电池控制部被设计成用于，操控用于提供产生功率的燃料电池系统，其中，车辆控制部被设计成用于，

61、a）操控电机，用以在正常运行模式中，在从电储存器汲取电能的情况下驱动商用车车辆组合，或

62、b）操控电机，用以在回收模式中，以回收功率提供电能并且用以向电储存器输送能量；并且燃料电池控制部被设计成用于，获知第一和第二电机的运行参数和/或第一和第二电储存器的运行参数；并且操控燃料电池系统，用以根据其中一个、其中多个或所有被获知的运行参数调整产生功率。

63、商用车车辆组合利用与上述的根据本发明的方法相同的优点。该方法的优选的实施方式同时是商用车车辆组合的优选的实施方式，反之亦然，因此为了避免重复，参考上述的实施方案。