CN116353639A - 用于多输入推进的能量管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于组的能量管理的各种方法和***。在一示例中，用于能量管理的方法包括：响应于燃料电池单元***、电池***和发动机***中的每一个的功率输出来协调功率需求的分配。燃料电池单元***、电池***和发动机***中的每一个的功率输出可以基于每个***的相应的效率来进行选择。

Description

用于多输入推进的能量管理方法

技术领域

本文所公开主题的实施例涉及由一个以上动力装置提供动力的运输***的能量管理。

背景技术

运输***(如列车)可以由一个以上的动力***来推进。例如，列车可以由发动机***、电池***和燃料电池单元***中的一个或多个来推进，其中，每个***可以包括一个以上相应类型的动力装置(例如，储能装置)或动力产生装置。发动机***可以由安装在列车的轨道车辆(例如，机车)上的一个或多个发动机来形成，轨道车辆包括在组中。发动机可以包括各种类型的发动机，如单燃料燃烧内燃发动机和多燃料燃烧内燃发动机。类似地，电池***和燃料电池单元***可以包括分别位于组的一个或多个轨道车辆处的一个或者多个电池以及一个或多个燃料电池单元模块。

在一些示例中，组可以单独从每个动力***中获取动力，和/或从组合的动力***中获取动力。在一个示例中，组可以配备有发动机***、电池***和燃料电池单元***中的每一个，并且在一些运行模式下，推进力可以由发动机***单独提供、由电池***单独提供或由燃料电池单元***单独提供。在其他的混合运行模式中，电池***可以是由发动机***所补充的主要动力***，燃料电池单元***可以是由电池***所补充的主要动力***，发动机***可以是由燃料电池单元***和电池***中的每一个所补充的主要动力***，等等。

当配置有一个以上用于推进的动力***时，每个动力***可以仅基于其功率容量来被使用，而无需在动力***当中协调和策略分配负载。作为示例，可以基于每个动力***的最大功率输出来选择施加到每个动力***以及***的每个动力装置的负载。以这样的方式，动力***可以在特定于动力***类型的效率和功率容量范围之外运行，这可能会加速动力***的退化并缩短其使用寿命。可能需要一种不同于当前可用的***和方法的***和方法。

发明内容

在一实施例中，用于运输***的能量管理的方法包括：响应于燃料电池单元***、电池***和发动机***中的每一个的功率输出来协调功率需求的分配。燃料电池单元***、电池***和发动机***中的每一个的功率输出基于每个***的相应效率来选择，这可能是期望的效率水平。在另一示例中，效率可以是相对于***关于能量使用的性能的最佳效率水平。以这种方式，燃料电池单元***、电池***和发动机***能够以在减少***退化的同时优化运输***的总体能量效率的策略方式而被使用。

在一个示例中，响应于高功率需求，可将发动机用作主要动力***，使发动机能够在高功率输出的效率范围内运行。来自发动机的动力可以由燃料电池单元(cell)和电池(battery)中的一个或多个来补充，同时将燃料电池单元的功率输出保持在高效率范围内，并且将电池放电至低于阈值放电速率。响应于较低的功率需求，动力可以主要由燃料电池单元来提供，并且由电池和发动机中的一个或多个来补充。因此，根据所请求的功率水平以及能够根据其相应的最佳设置使每个动力***运行的条件，功率需求可以在燃料电池单元、电池和发动机之间划分。本文所描述的策略允许满足功率需求，同时提高燃料经济性并使碳基排放最小化。

附图说明

图1示出了包括机车组的列车的示例实施例；

图2示出了图1中机车的示例实施例的示意图，其中，机车具有配置为燃烧氢的双燃料发动机；

图3示出了燃料供给车的示例实施例，其中，燃料供给车可以包括于图1的列车中；

图4示出了绘制有发动机和燃料电池单元的效率和功率输出之间的关系的第一曲线图，其可分别包括于图1的机车组中；

图5示出了绘制有燃料消耗、效率和发动机的功率输出之间的关系的第二曲线图；

图6示出了用于机车组的能量管理策略的高级方法的示例；

图7示出了用于根据较高的动力配置来给组提供动力的方法的示例；

图8示出了用于根据较低的动力配置来给组提供动力的方法的示例；

图9示出了根据功率需求的机车组的动力***运行参数变化的示例。

具体实施方式

以下描述中公开了本发明的实施例，并且可以涉及用于运输***的能量管理的方法和***。在一实施例中，运输***可以是由多台车辆(如轨道车辆)形成的组。每台轨道车辆可以是配备有至少一个用于推进该组的动力***的机车，其包括发动机***、电池***和燃料电池单元***中的一个或多个。每个动力***包括一种或多种类型的动力装置。例如，发动机***包括一个或多个发动机，电池***包括一个或多个电池，燃料电池单元***包括一个或多个燃料电池单元。

在一实施例中，每台机车可以专用于特定的推进***。例如，一台机车可以包括单一燃料(例如，燃烧一种类型的燃料)发动机，一台机车可以携带燃料电池单元***，另一台机车可以配备有电池，另一辆机车可以具有多燃料发动机(例如，燃烧一种以上的燃料)。在其他实施例中，动力装置的组合可以在机车上实现，如配备有发动机和电池的机车、配备有发动机和燃料电池单元的机车以及配备有电池和燃料电池单元的机车。此外，组的每台机车可以关于动力装置而彼此不同地配置。例如，一实施例可以包括组，该组具有均配备有发动机***的两台机车，以及具有电池的一台机车，或者具有发动机的一台机车，具有燃料电池单元***的一胎机车，以及具有发动机和电池的一台机车，等等。各种组合都是可能的，只要可以类似地应用对于动力***之间的能量管理的策略，如本文所描述的。

用于能量管理的策略包括：协调动力***的运行以优化，例如，运行每个动力***以使运输***的整体***效率最大化，同时延长动力装置的使用寿命。更具体地，通过分别减缓电池的充/放电速率以及在目标功率输出范围内运行燃料电池单元***，可以减少电池***和燃料电池单元***的退化。因此，可以调整动力***当中的负载分配(例如，提供期望的功率输出所需功率的量)，以使每个动力***的运行处于高效率并保持每个动力***的完整性。在一实施例中，负载调整可以依赖于确定的行程计划。出行条件(如地形条件、天气条件、预期区域和要求高功率与低功率的运行持续时间等)可以用于确定动力***的合适的运行。

如本文所述，在组中实施能量管理策略的技术效果是：减少了导致动力***运行效率降低的损耗，同时在较长的时间内保持每个动力***的性能更高。

本文所描述的方法可以用于各种发动机类型和各种发动机驱动***。这些***中的一些可能是固定不动的，而另一些***可能在半移动平台或移动平台上。半移动平台可以在运行时段之间重新定位，例如，安装在平板拖车上。移动平台包括自推进车辆。此类车辆可包括公路运输车辆和其他非公路车辆(off-highway vehicles，OHV)。公路车辆可以包括汽车、公共汽车和半卡车。非公路车辆可包括采矿设备、海上船只、轨道车辆、农用车辆等。为了清楚说明，提供了机车作为支持结合本发明实施例的***的移动平台的示例。

在进一步讨论用于运输***中的能量管理的方法之前，展示了可以实施这些方法的示例运输***平台。图1描述了示例列车100，其包括多台轨道车辆102、104、106、燃料供给车160和车厢108，它们可以在轨道114上运行。多台轨道车辆、燃料供给车和车厢通过联接器112而彼此联接。在一个示例中，多台轨道车辆可以是机车，其包括牵引机车和一台或多台远程机车。虽然所描述的示例显示了三台机车和四节车厢，但列车中可以包括任何适当数量的机车和车厢。此外，列车中的机车可以形成组。例如，在所描述的实施例中，机车可以形成组101。各车辆可以形成车辆集团(如组、队、群、车队、排等)。集团中的车辆可以机械地和/或虚拟地联接在一起。

在一些示例中，组可以包括连续的机车，例如，机车按顺序排列，其间没有车厢。在其他示例中，如图1所示，在实现分布式功率运行的配置中，机车可以由一节或多节车厢分开。在该配置中，示例性地，油门和制动命令可以通过无线电链路或物理电缆从牵引机车转发至远程机车。

机车可以由发动机10(以及电池、燃料和/或其组合，如下所述)提供动力，而车厢可以是无动力的。在一个示例中，发动机可以是多燃料发动机。例如，发动机可以燃烧具有不同碳含量的气体燃料和/或液体燃料，并且燃料相对于彼此的比例不同。在一些示例中，多燃料发动机可以具体是燃烧两种燃料的双燃料发动机，其中任一种燃料可以是碳氢化合物或非碳氢化合物的气体燃料或液体燃料。在其他示例中，发动机可以是能够燃烧气体燃料或液体燃料的单燃料发动机。

列车可能包括控制***。控制***可以包括至少一个发动机控制器12，并且其可以包括至少一个组控制器22。如图1所示，每台机车均包括发动机控制器。发动机控制器可以与组控制器通信。组控制器可以位于列车的一台车辆上，如位于牵引机车上，或者可以远程位于例如调度中心处。组控制器可以从组的每台机车接收信息并向其传递信号。例如，组控制器可以从列车上的各种传感器接收信号，并且相应地调整列车运行。组控制器还联接至每个发动机控制器，以调整每台机车的发动机运行。

列车可包括至少一台燃料供给车，该燃料供给车可以携带一个或多个燃料存储箱162，并且包括控制器164。虽然燃料供给车位于远程机车106的前方，但其他示例可以包括燃料供给车沿列车的备选/其他位置。例如，燃料供给车可以位于远程机车后面，或者位于牵引机车和远程机车之间，或者位于远程机车后面。

在一个示例中，燃料供给车可以是无动力的，例如，没有发动机或电牵引马达(例如，图2中所示的电牵引马达124)。然而，在其他示例中，燃料供给车可以被提供动力用于推进。例如，如图2所示，燃料供给车可以包括发动机。燃料供给车的发动机可以燃烧存储在燃料存储箱中的燃料和/或储存在列车的另一车辆处的燃料。

燃料存储箱可以具有适合储存特定类型燃料的结构。在一个示例中，燃料存储箱可以适于低温储存液化天然气(liquefied natural gas，LNG)或液化氢。作为另一示例，燃料存储箱可以在环境温度和压力下存储液体燃料，如柴油或氨。在又一示例中，燃料存储箱可以将燃料存储为压缩气体，例如氢或天然气。在每种条件下，燃料供给车可以配备有用于存储特定燃料的各种机构和装置。下面参考图3进一步示出燃料供给车的更多细节。

在一些示例中，燃料可以仅存储在燃料供给车上。在其他示例中，燃料可以存储在燃料供给车以及一台或多台机车处，如图2所示。此外，在一些情形下，燃料供给车可以存储燃料电池单元***，包括燃料电池单元以及一个或多个压缩氢气罐。或者，燃料电池单元***可以存储在一台或多台机车处，如图2所示。

图2描述了作为列车的一部分机车的示例实施例，其可以通过多个车轮116在轨道114上运行。机车推进的动力可以至少部分地由发动机提供。发动机从吸入通道118接收用于燃烧的进气。吸入通道从空气过滤器(未示出)接收环境空气，空气过滤器过滤来自机车外部的空气。由发动机燃烧产生的排气被供应至排放通道120。排气流过排放通道，并且从机车的排气管(未示出)流出。

在一实施例中，发动机作为压缩点火发动机运行。在另一实施例中，发动机作为火花点火发动机运行。发动机可以仅燃烧一种特定的燃料类型，或者能够燃烧两种或多种类型的燃料，例如多燃料发动机。因此，不同的燃料类型可以在发动机处单独燃烧或共同燃烧，例如同时燃烧。在一实施例中，多燃料发动机可以是双燃料发动机。如图2所示，双燃料发动机可以接收来自第一燃料存储器134的第一燃料和来自第二燃料存储器136的第二燃料。

虽然机车在图2中配备有两个燃料存储器，但在其他示例中，机车可以仅包括一个燃料存储器或不包括燃料存储器。例如，至少一个燃料存储器可以存储在燃料供给车上，例如图1的燃料供给车160。或者，除了机车的第一燃料存储器处的第一燃料和第二燃料存储器处的第二燃料之外，至少一种额外的燃料(例如，第三燃料)可以存储在燃料供给车上。在一个示例中，可以在环境压力和温度下存储而无需任何额外设备或专用存储箱配置的燃料(如柴油)可以存储在机车处。需要专用设备的燃料(如低温或高压储存)可储存在车载燃料供给车上。然而，在其他示例中，机车和燃料供给车可以各自存储不需要专用设备的燃料。

第一燃料、第二燃料和第三燃料(例如，列车上储存的任何燃料)可以是多种不同燃料类型中的任一种。例如，燃料类型可以包括基于烃的燃料，例如柴油、天然气、甲醇、乙醇、其他醇类、二甲醚(dimethyl ether，DME)、其他醚类、生物柴油、HDRD、合成气等。可替换地，燃料可以是非碳氢化合物排放燃料，如氢、氨等。以上列出的燃料是可以在发动机处燃烧的燃料的非限制性示例，并且各种其他类型的燃料也是可能的。

此外，每种存储的燃料可以是气体燃料或液体燃料。因此，当被配置为燃烧单一燃料类型的压缩点火发动机时，发动机可消耗气体燃料或液体燃料。当压缩点火发动机是多燃料发动机时，发动机可以仅燃烧液体燃料、仅燃烧气体燃料或燃烧液体燃料和气体燃料的组合。类似地，当被配置为燃烧单一燃料类型的火花点火发动机时，发动机也可以消耗气体燃料或液体燃料。当被配置为多燃料火花点火发动机时，发动机可以仅燃烧液体燃料、仅燃烧气体燃料或燃烧液体燃料和气体燃料的组合。

作为火花点火多燃料发动机或压缩点火多燃料发动机配置中的任一种，发动机可以以不同的方式燃烧燃料组合。例如，一种燃料类型可以是主要燃烧燃料，而另一种燃料类型可以是在一些条件下用于调整燃烧特性的次要添加燃料。例如，在发动机启动期间，燃料燃烧混合物可包括较小比例的柴油以进行种子点火，而氢可以形成混合物的较大比例。在其他示例中，一种燃料可以在注射主要燃烧燃料之前用于引燃注射。在其他示例中，替换比例可以基于一个或多个条件来设置，以增加无碳燃料的量以减少碳排放。可以基于期望的点火时机来调整所使用的无碳燃料的比例，其中，期望的点火时机以发动机负载、吸入歧管温度和压力以及燃料混合物的可燃性中的一个或多个为基础。

作为多燃料发动机，发动机可以燃烧各种燃料组合，并且燃料可以在燃烧前预混合或不预混合。在一个示例中，第一燃料可以是氢，第二燃料可以是柴油。在另一示例中，第一燃料可以是氨，第二燃料可以是柴油。在又一示例中，第一燃料可以是氨，第二燃料可以是乙醇。随着第三燃料在燃料供给车上的存储，还可以有进一步的组合。例如，LNG可以存储在燃料供给车上，并且发动机可以燃烧LNG和氢，或者LNG、柴油和氢，或者LNG、氨和氢。因此，燃料类型可以有多种组合，其中，组合可以基于燃料的兼容性来确定。将燃料输送至发动机用于燃烧的方法可以类似地取决于燃料类型的特性。

当发动机为单一燃料燃烧发动机(火花点火或压缩点火)时，发动机可以消耗单一液体燃料。例如，发动机可以燃烧柴油、氢、氨、LNG或其他液体燃料。类似地，发动机可以燃烧单一气体燃料，如氢或其他气体燃料。

以一种物理状态(例如，气体或液体)车载存储的燃料可以以相同状态或不同状态输送至发动机。例如，LNG可以低温存储为液体状态，但在发动机处注射之前，其可以过渡到气体状态(例如，在燃料供给车中的再气化单元中)。然而，其他燃料可以存储为液体并以液体注射，或者可以存储为气体并以气体注射。

例如，可以根据多种注射技术在发动机处注射燃料。在一个示例中，一种或多种燃料可以通过间接注射方法(如端口注射)而被输送至发动机缸体。在另一示例中，至少一种燃料可以通过直接注射而被引入发动机缸体。在又一示例中，至少一种燃料可以通过中心歧管注射而被注射。发动机可以仅通过间接注射、仅通过直接注射或通过间接注射和直接注射的组合而接收燃料。作为一个示例，可以在低负载期间通过端口注射来注射燃料，而在高负载期间通过直接注射来注射燃料。特别地，当其中一种燃料是气体燃料时，可能需要通过端口注射将气体燃料预混合。当通过中心歧管注射引入时，燃料也可以被预混合。可以通过直接注射进行预混合，例如通过在发动机缸体的吸入冲程期间注射气体燃料。额外地或可替换地，一种或多种燃料的注射位置可以以燃料的可燃性为基础。例如，可以间接注射氨并将其与增压空气和/或EGR预混合，以增强其燃烧性和汽化。

每种类型的注射可以包括气体燃料或液体燃料的注射。然而，根据燃料类型的具体特性，一些注射方法可能更适合于某些燃料。例如，可以通过端口注射或直接注射来注射氢。诸如柴油的液体燃料可以通过直接注射来注射。氨和天然气可以各自通过端口注射或直接注射来选择性地注射。类似地，诸如甲醇和乙醇等燃料也可以通过端口注射或直接注射来注射。在一些情形下，发动机可以具有能够在气体燃料和液体燃料的注射之间切换的燃料注射器。

由双燃料发动机燃烧的燃料可以在燃烧前预混合，也可以不预混合，无论燃料是气态还是液态。例如，根据运行条件，可能需要预混合氢、天然气、氨、甲醇、乙醇和DME。例如，在较低的负载下可能需要较大量的预混合氢，而在较高的负载下可能需要较少量的预混合氢。在其他运行条件下，诸如柴油、氢、天然气、甲醇和乙醇等燃料可以不预混合。燃料的预混合可以包括将至少一种燃料端口注射至吸入歧管或进气口内，其中，燃料可以在进入缸体之前与空气混合。作为另一示例，每种燃料可以通过端口注射，从而允许燃料在燃烧之前彼此混合并与空气混合。在其他示例中，(一种或多种)燃料可以注射至与缸体头部流体联接的预燃烧室内，其中，(一种或多种)燃料可以在流到缸体头部之前与预燃烧室中的空气混合。

可替换地，如上所述，当缸体至少填充有压缩空气并在一些情形下还填充有气体燃料时，可以通过将一种或多种燃料直接注射至发动机缸体内来将燃料输送至发动机缸体。直接注射可以包括高压直接注射(high pressure direct injection，HPDI)和低压直接注射(low pressure direct injection，LPDI)。在一个示例中，当直接注射时，燃料可以不预混合。然而，在另一示例中，如上所述，可以通过在发动机缸体的压缩冲程之前直接注射一种或多种燃料来实现预混合。

发动机联接至发电***，发电***包括交流机/发电机122和电牵引马达124。例如，发动机产生的扭矩输出被传递至与发动机机械联接的交流机/发电机。交流机/发电机产生的电能可以被存储并应用于随后传输到各种下游电部件。作为示例，交流机/发电机可以电联接至电池154。当交流机/发电机以发电机模式运行时，电池可以存储由交流机/发电机产生的电力。作为另一示例，交流机/发电机可以电联接至电牵引马达，并且交流机/发电机可以向电牵引马达提供电力。如所示，电牵引马达分别连接至多个车轮116中的一个，以提供牵引力来推进机车。一个示例机车配置包括每个车轮有一个牵引马达。如本文所述，六对牵引马达对应于机车的六对车轮中的各对。

机车可以具有一个或多个布置于吸入通道和排放通道之间的涡轮增压器126。涡轮增压器增加被吸至吸入通道的环境空气的充气量，以在燃烧期间提供更大的充气密度，以提高功率输出和/或发动机运行效率。涡轮增压器可以包括压缩机(未示出)，其至少部分地由涡轮(未示出)来驱动。虽然在这种情况下包括单个涡轮增压器，但该***可以包括多个涡轮和/或压缩机级。此外，在一些实施例中，可以提供允许排气绕过涡轮增压器的废气门。例如，废气门可以被打开，以将排气流从涡轮分流出去。通过这种方式，可以调整压缩机的转速，从而调整涡轮增压器提供给发动机的增压。

机车可以包括排气再循环(exhaust gas recirculation，EGR)***170。EGR***可以将排气从涡轮增压器上游的排放通道传送至涡轮增压器下游的吸入通道。EGR***包括EGR通道172和用于控制从发动机的排放通道再循环至发动机的吸入通道的排气量EGR阀174。通过将排气引导至发动机，可用于燃烧的氧气量减少，从而降低燃烧火焰温度并减少氮氧化物(例如NO_x)的形成。例如，EGR阀可以是由机车控制器控制的开/关阀，或者其可以控制EGR的可变量。

EGR***还可以包括EGR冷却器176，以在排气进入吸入通道之前降低排气的温度。如图2的非限制性示例实施例所示，EGR***是高压EGR***。在其他实施例中，机车可以额外地或可替换地包括低压EGR***，其将EGR从涡轮增压器下游的位置传送至涡轮增压器上游的位置。此外，EGR***可以是供体缸体EGR***，其中，一个或多个缸体仅向EGR通道提供排气，然后至吸入口。

机车可以包括联接在排放通道中的排气处理***，以减少规定的排放。在一个示例实施例中，排气处理***可以包括柴油氧化催化剂(diesel oxidation catalyst，DOC)130和柴油颗粒过滤器(diesel particulate filter，DPF)132。DOC可以氧化排气成分，从而减少一氧化碳、碳氢化合物和颗粒物排放。DPF可以捕集在燃烧期间产生的、被称为颗粒物(其中一个示例就是烟灰)的颗粒，并且可以是陶瓷、碳化硅或合适的材料。在其他实施例中，排气处理***可以额外地包括选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)催化剂、三元催化剂、NO_x捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。在一些实施例中，排气处理***可以位于涡轮增压器的上游，而在其他实施例中，排气处理***可以位于涡轮增压机的下游。

在一些示例中，如图2所示，电牵引马达可以额外地从燃料电池单元电源模块150接收电能。燃料电池单元电源模块可包括从燃料存储器中的一个接收氢的燃料电池单元堆。当第二燃料是氢时，燃料电池单元电源模块可以从第二燃料存储器接收第二燃料。在其他示例中，燃料电池单元电源模块可以替换地从第一燃料存储器或从燃料供给车的一个或多个燃料存储器接收燃料(例如，图3)。

由燃料电池单元电源模块150产生的电能可以传递至牵引逆变器152，牵引逆变器152可转换电能以供电牵引马达使用。例如，牵引逆变器能够实现直流电(DC)源到交流电(AC)源的转换。牵引逆变器可以电联接至机车的其他电部件，为了简洁起见，图2中未示出这些电部件。例如，牵引逆变器可以转换输送至电存储装置(如电池)和从电存储装置输送的电能。

在一些示例中，发动机和电池可以包括于混合动力发动机***中，其中，电牵引马达可以由发动机和电池来提供动力。电池可用于给电牵引马达通电并存储例如在再生制动运行(如动态制动)期间捕获的能量。在其他示例中，混合动力发动机***还可以包括燃料电池单元电源模块，并且用于车辆推进的动力可以由发动机、电池和燃料电池单元电源模块中的每一个单独地或以各种组合的形式来提供。例如，混合动力发动机***可以在仅限发动机的模式、仅限电池的模式、仅限燃料电池单元的模式下运行，或者从包括来自发动机和电池、来自发动机和燃料电池单元等的组合动力输送的动力分配运行模式来获得动力。

尽管图2所示的机车配备有一个以上的动力源(例如，用于为电牵引马达供电)，包括发动机、燃料电池单元模块和电池，但其他示例可以包括比此处所描述的更少的动力装置。例如，发动机可以位于组的第一机车处，燃料电池单元模块位于第二机车处，电池位于第三机车处。在其他示例中，第一机车可以包括发动机和电池，或燃料电池单元模块和电池，或燃料电池单元模块和电池。因此，组的每台机车可以包括与组的其他机车不同或相同的动力装置的配置。

机车还可以包括联接至发动机的节流阀142，以表示功率水平。在该实施例中，节流阀被描述为槽口节流阀。然而，任何合适的节流阀都在本公开的范围内。槽口节流阀的每个槽口可以对应于离散功率电平。功率水平表示机车上的负载或发动机输出的量，并且控制机车行驶的速度。尽管在图2的示例实施例中描述了八个槽口设置，但在其他实施例中，节流阀槽口可以具有八个以上的槽口或八个以下的槽口，以及用于空载和动态制动模式的槽口。在一些实施例中，槽口设置可以由机车的运行人员来选择。在其它实施例中，组控制器可以基于发动机和/或机车运行条件来确定包括槽口设置的行程计划(例如，行程计划可以使用行程优化软件来生成，如Trip Optimizer***(可从Wabtec公司获得)和/或负载分配计划可以使用组优化软件来生成，如Consisten Manager(可从Wabtec公司获得))，下面将更详细地说明。

发动机控制器可以控制与机车相关的各种部件。例如，机车的各种部件可以经由通信信道或数据总线而被联接至发动机控制器。在一个示例中，发动机控制器和组控制器均包括计算机控制***。发动机控制器和组控制器可以额外地或可替换地包括存储非暂时计算机可读存储介质(未示出)的存储器，该存储器包括用于实现机车运行的车载监控和控制的代码。示例性地，发动机控制器可以通过数字通信信道或数据总线而被联接至组控制器。

发动机控制器和组控制器都可以从多个传感器接收信息，并且可以将控制信号发送至多个致动器。发动机控制器在监督机车的控制和管理的同时，可以从各种发动机传感器151接收信号，如本文进一步详细描述的，以确定运行参数和运行条件，并且相应地调整各种发动机致动器153以控制机车的运行。例如，发动机控制器可从各种发动机传感器接收信号，包括但不限于发动机速度、发动机负载、吸入歧管空气压力、增压压力、排放压力、环境压力、环境温度、排放温度、发动机温度、排放含氧量等。相应地，发动机控制器可以通过将命令发送至各种部件(如电牵引马达、交流机/发电机、缸体阀、燃料注射器、槽口节流阀等)来控制机车。其他致动器可以联接至机车中的各个位置。

组控制器可以包括可运行地联接至控制信号部分的通信部分。通信部分可以接收来自机车传感器的信号，机车传感器包括机车位置传感器(例如，GPS装置)、环境条件传感器(例如，用于感测海拔、环境湿度、温度和/或大气压等)、机车联接力传感器、轨道坡度(grade)传感器、机车槽口传感器、制动位置传感器等。各种其他传感器可以联接至机车中的各个位置。控制信号部分可以产生控制信号以触发各种机车致动器。示例机车致动器可以包括空气制动器、制动器空气压缩机、牵引马达等。其他致动器可以联接至机车中的各个位置。组控制器可以接收来自各种机车传感器的输入，处理数据，并且基于其中与一个或多个例程相对应的指令或代码响应于所处理的输入数据而触发机车致动器。此外，组控制器可以从发动机控制器接收发动机数据(如由各种发动机传感器所确定，如发动机冷却剂温度传感器)，处理发动机数据，确定发动机致动器设置，以及基于由组控制器执行的例程将用于触发发动机致动器的指令或代码传输(例如，下载)回发动机控制器。

例如，组控制器可以基于运行条件来确定在列车中所有机车之间分配负载的行程计划。在一些条件下，组控制器可以不均匀地分配负载，也就是说，与其他机车相比，一些机车可以以更高的功率设置或更高的节流阀设置而运行。负载分配可以基于多个因素，如燃料经济性、联接力、隧道运行、坡度等。在一个示例中，负载分配可以基于机车组的分配来调整，例如，机车组的每台机车在列车上的位置。例如，至少一台机车可以位于列车的末端，并且至少一台机车可以位于列车的前端。列车末端的机车可以推动列车的推进，列车前端的机车可以拉动列车，特别是在上坡航行期间。因此，列车末端的推进机车上可能会承受更大的负载。

此外，在一些示例中，组控制器可以评估列车动力***(例如发动机***、电池***和/或燃料电池单元***)的燃料消耗，以选择行程计划。行程计划可以遵循减少列车燃料消耗的路线。此外，在发动机***包括多燃料发动机的情形下，可以选择行程计划以使特定燃料能够优先燃烧，从而提高燃料效率和/或减少排放。

现在转到图3，其示出了图1的燃料供给车160的实施例。如上所述，燃料供给车包括燃料存储箱、控制器164和发动机302。燃料供给车还可以包括第一单元304，第一单元304可以是用于控制燃料存储箱内的温度和压力的装置。例如，当液化氢或LNG存储在燃料存储箱中时，第一单元可以是低温单元。燃料存储箱的尺寸和配置可以基于最终使用参数来选择，可以从燃料供给车移除，并且可以通过端口306从外部燃料补充站接收燃料。

燃料存储箱可以向燃料修改单元312供应燃料。燃料修改单元可以调整燃料的特性。例如，燃料可以在燃料修改单元处从液体转换为气体，如当燃料是LNG时。另一个示例，燃料修改单元可以是泵，以在燃料存储为气体状态时调整燃料的输送压力。在不需要燃料修改的其他示例中，可以省略燃料修改单元。燃料可以从燃料修改单元输送至机车的发动机。

通过将燃料从燃料存储箱供应至机车发动机和燃料供给车的发动机，燃料可以被分配在列车上的发动机来燃烧。在另一非限制性实施例中，燃料供给车发动机可以产生电力，还电力可以被输送至燃料供给车上和/或机车上的一个或多个部件。在一个示例中，如图3所示，燃料供给车发动机可以产生扭矩，该扭矩通过驱动轴316而被传递至功率转换单元314。功率转换单元可以将扭矩转换为电能，该电能通过电力总线318而被传递至燃料供给车中的各种下游电部件。这样的部件可以包括但不限于：第一单元、燃料修改单元、控制器、压力传感器320、温度传感器322、电池324、各种阀、流量计、额外的温度和压力传感器、压缩机、鼓风机、散热器、电池、灯、车载监测***、显示器、气候控制器等，为了简洁起见，其中一些未在图3中示出。此外，来自电力总线的电能可以被提供至机车的一个或多个部件。

在一个示例中，功率转换单元包括串联连接至一个或多个整流器(未示出)的交流机(未示出)，整流器在沿电力总线传输之前将交流机的交流电输出转换为直流电能。基于从电力总线接收电力的下游电部件，一个或多个逆变器可以在向下游部件供电之前逆变来自电力总线的电力。在一个示例中，单个逆变器可以从直流电总线向多个部件供应交流电。在另一非限制性实施例中，多个不同的逆变器中的每一个可以向不同的部件提供电力。

燃料供给车上的控制器可以通过向燃料供给车上的各种部件发送命令来控制这些部件，例如燃料修改单元、燃料供给车发动机、功率转换单元、第一单元、控制阀和/或燃料供给车上的其他部件。控制器还可以监测活动运行、空载和关闭状态下的燃料供给运行参数。这样的参数可以包括但不限于：燃料存储箱的压力和温度、燃料修改单元的压力和温度、燃料供给车发动机温度、压力和负载、压缩机压力、加热流体温度和压力、环境空气温度等。在一个示例中，燃料供给车控制器可以执行代码以响应一个或多个控制***例程而自动停止、自动启动、运行和/或调谐发动机和燃料修改单元。计算机可读存储介质可以执行代码，以向机车上的发动机控制器发送通信，并且从机车上的发动机控制器接收通信。

图3中描述的燃料供给车是如何配置燃料供给车的非限制性示例。在其他示例中，燃料供给车可包括额外的或可替换的部件。例如，燃料供给车还可包括一个或多个额外的传感器、流量计、控制阀、用于控制燃料输送和储存条件的各种其他装置和机构等。

如上所述，运输***(如列车)可以包括多个用于推进的动力***。动力***可以是发动机***、电池***和燃料电池单元***中的一个或多个，安装于列车组的各个位置。每个***可以分别包括一个或多个动力装置，如发动机、电池和燃料电池单元(例如，燃料电池单元模块)。当以最大功率容量定期从动力***汲取电力时(如在高负载运行期间)，动力***可以在其最佳运行范围之外的条件下使用。作为一个示例，电池在高充/放电速率下在完全充满和完全耗尽之间的频繁循环可加速循环容量的损失。以最大发电量运行燃料电池单元***可以更快的速度降低燃料电池单元模块的性能。因此，此类动力***的使用寿命可能会缩短，从而导致更频繁的维护和更换。

在一个示例中，通过以协调的方式策略地运行动力***，以使每个动力***能够根据来自动力***的高效率输出来运行，可以至少部分地解决上述问题。高效率输出可以表示动力***源在负载水平下运行，有助于以最小的损失提供动力，保持和延长动力***性能，以及能够满足功率需求，同时最小化碳基排放物的释放。此外，在一些情形下，存储在控制器(如图2所示的组控制器)处的确定的行程计划可以在考虑动力***的各个运行特性的同时优化动力***的运行。

动力***的效率可以表现出对负载的不同依赖性。例如，由电池提供的电量可以取决于电池的放电速率，并且因此不表现根据动力的效率变化。相反，燃料电池单元和发动机在其各自的最大效率下的运行可以对应于特定的和不同的功率输出范围。发动机和燃料电池单元的效率在图4中以曲线图400示出，曲线图400描述了相对于功率输出的效率(例如，效率百分比)。效率沿y轴向上增加，功率输出沿x轴向右增加。

各个动力***的效率可以说明动力***的运行具有最小损失(例如，电损失和/或机械损失)。曲线图包括第一曲线402和第二曲线404，第一曲线402表示发动机(例如内燃发动机)的效率曲线，第二曲线402表示燃料电池单元的效率曲线。区域406指示发动机相对于功率输出的高效率范围，例如，高于第一阈值效率(如40％)的高效率范围，区域408指示相对于负载等级的高效率范围，例如，高于第二阈值效率(如50％)的高效率范围。发动机的高效率范围可对应于发动机额定功率的约70-100％的功率输出范围，燃料电池单元的高效率范围可以对应于燃料电池单元额定功率的20％-40％的功率输出范围。

如图所示，发动机的高效率范围在高功率输出时出现，而燃料电池单元的高效率范围在低功率输出时出现，例如，低于发动机的高效率范围。这样，当基于列车运行的总功率需求允许时，电池和燃料电池单元中的每一个可以优选地在其各自的高效率范围下运行。燃料电池单元在高效率范围(例如，中/低功率输出/负载)的运行可以延长燃料电池单元的寿命。如果存在于组中，当由燃料电池单元和电池的高效率运行产生的组合功率输出未达到总功率需求时，可以使用电池来提供补充功率。

发动机在高功率输出下的高效率运行也对应于增长的发动机燃料效率。如图5所示，曲线图500描述了燃料消耗相对于发动机功率输出的第一曲线502和发动机效率的第二曲线504，例如，类似于图4的第一曲线402。发动机处的燃料消耗沿y轴向上增加，功率输出沿x轴向右增加。第二曲线504示出了当燃料消耗最低时的发动机效率峰值。当燃料消耗降低时，由燃料燃烧产生的排放也可以减少。因此，如果发动机燃烧碳基燃料，则碳基排放减少，因此，发动机在高效率范围内运行是期望的。

对于发动机和燃料电池单元，如上所述，可以基于槽口节流阀的槽口设置来要求处于不同负载下的运行。随着槽口设置的增加，组的动力***需要更高的功率输出，其中，每个动力***的功率输出可以根据需求而变化。对于电池，如上所述，功率输出通过电池的放电速率来设置。在不限制电池的放电(和充电)速率的情况下，高功率需求可能导致电池充电和放电的放电速率和频率的增加。更快的放电速率(如大于约1C)和电池的增加的循环可能加速容量的损失并降低电池性能。

在一实施例中，基于槽口设置表示的功率需求可以在动力***之间均匀分配。例如，当组包括发动机、电池和燃料电池单元，且总的组功率需求为9000hp时，每个动力***可以提供3000hp的功率输出。功率需求的均匀划分可导致发动机在其最大效率范围以下运行，燃料电池单元在其最大效率范围以上运行，并且电池以快速率放电和/或循环。除了降低发动机和燃料电池单元的运行效率之外，可加速燃料电池单元和电池的退化，可降低燃料效率，并且可增加碳基排放。

在另一实施例中，如本文所述，可以策略地协调来自每个动力***的功率输出，以使发动机和燃料电池单元在各自的高效率范围内运行，以及减少电池的循环，并且将电池放电速率保持在阈值放电速率以下。例如，所施加的负载(例如，功率需求)可以根据其各自的最佳运行设置在动力***上不均匀地分配。对于高功率需求/高负载，如高于1500hp，当机车具有4500hp的额定功率并包括大型发动机和小型、支持型动力装置时，大比例(例如，超过三分之一)的负载可以被引导至发动机，从而使发动机在其高效率范围内运行，如图4所示。较小比例的负载可以被引导至支持的动力装置，例如燃料电池单元，从而允许燃料电池单元在其高效率范围内运行。如果由燃料电池单元的高效率运行提供的功率输出不满足功率需求，则可以从另一个支持的动力装置(例如，电池)汲取补充功率，这可以允许放电速率保持低于阈值放电速率。

根据机车上动力***的配置，响应于高功率需求的动力装置之间的动力分配可以变化。如上所述，当发动机是机车上最大的动力装置时，发动机可以接收更大比例的负载。然而，在其他示例中，主要动力装置(例如，优选地用于特定机车动力配置的动力装置)可能没有接收最大比例的负载，并且功率需求的剩余未满足部分可以由其他支持的动力装置来解决。最大的动力装置可以是燃料电池单元机车中的燃料电池单元，该燃料电池单元机车包括用于支持的发动机，并且还从电池中汲取电力用于补充功率。尽管燃料电池单元的主要作用，在满足来自燃料电池单元的目标功率输出时，最大比例的负载可以被引导至发动机。作为另一示例，机车可以是电池机车，其中，电池可以具有高额定功率(例如，相对于位于组的另一机车上的发动机)，并且在其他机车上的动力装置的支持下，电池可以满足功率需求的较大比例。

作为示例，在较低的功率需求/负载(例如，低于1500hp的负载)下，可以优先考虑燃料电池单元在其最佳效率范围内的运行。从燃料电池单元输送的动力可以由来自发动机和电池中的一个或多个的动力来补充，同时将发动机和电池中的每一个的运行参数保持在目标设置内。例如，如果发动机是配置成燃烧主要碳基燃料和次要非碳燃料的多燃料发动机，则多燃料发动机的目标设置可以包括保持燃烧的燃料混合物的较高的替换比例(例如，次要燃料替换主要燃料)。电池的目标设置可以由放电速率来确定，如将放电保持在1C以下。假设电池可以以低于阈值放电速率的速率放电，则可以基于由电池解决的功率短缺来选择放电速率的大小。动力***的其他条件(如电池的寿命、循环频率的历史、充电事件的预期可用性(例如，根据行程计划)以及燃料电池单元的占空比、寿命、最大额定功率、充电站的预期可用性(例如，根据行程计划))可影响动力***之间的功率需求的分配。

在一些示例中，组的发动机***可包括一个以上的发动机，每个发动机位于组的不同机车上。一个以上的发动机可包括可以燃烧一种燃料的单燃料发动机和多燃料发动机，如上所述。在一个实施例中，单燃料发动机可以燃烧柴油，多燃料发动机可以燃烧包括碳基燃料和非碳燃料的燃料混合物，如上所述。当多燃料发动机配置成燃烧碳基燃料作为主要燃料以及燃烧非碳燃料作为次要燃料时，用次要燃料替换至少一部分主要燃料相对于仅燃烧主要燃料可以减少碳排放。随着替换比例(例如，替换至少一部分主要燃料的次要燃料的量)的增加，碳排放可以相应地减少。根据主要燃料和次要燃料的特性(如重量密度、体积密度、态(例如，气态与液态)、能量密度、火焰速度、点火温度等)，来自燃料混合物燃烧的功率输出和燃烧效率相对于单一燃料的燃烧可以不同。

例如，当主要燃料为柴油而次要燃料为氢时，可以通过增加氢对柴油的替换比例来抑制碳氢化合物的排放。然而，增加燃料混合物中氢的比例可能会增加爆震的可能性。在高负载下的发动机运行时，由于氢燃烧而产生爆震的更高倾向性可能需要降低替换比例。因此，可以基于最大化替换比例来进一步调整发动机的运行，而不引起自燃和爆震。

用于组中能量管理的方法如图6-8所示。组可以是包括多台机车的列车组。如上所述，组可以由一个以上的动力***供电，包括具有一个或多个发动机的发动机***、具有一个或多个电池的电池***以及具有一个或多个燃料电池单元的燃料电池单元***。发动机***的一个或多个发动机可以包括燃烧作为主要燃料的柴油和作为次要燃料的氢的多燃料发动机。在一些实施例中，发动机***还可以包括单燃料发动机。用于执行该方法的指令可以由具有多个处理器的控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机***的传感器接收的信号来执行。控制器可以根据以下描述的方法使用发动机***的发动机致动器来调整发动机运行。行程计划可存储于控制器，行程计划提供由列车导航的行驶路线，并且用于调整动力***之间的功率需求的分配。

首先转到图6，其描述了用于管理组的动力***的高级方法600。在步骤602，该方法包括：确认或确定相对于动力***的组的配置。例如，控制器可以确认发动机***、燃料电池单元***和电池***中的每一个的存在，并且进一步确定组上所载的发动机、燃料电池单元和电池的数量和位置。控制器还可以识别存在的(一个或多个)发动机的类型，例如，单燃料发动机和/或多燃料发动机。可以监测动力***的条件和设置，如柴油供应水平、氢供应水平、电池充电状态(state-of-charge，SOC)、与发动机和燃料电池单元的高效率运行相对应的功率输出、每个动力***的最大功率输出等。控制器还可以参考行程计划来估计电池再充电、燃料存储箱加油的时机以及高功率运行与低功率运行的时段的时机/持续时间。

在步骤604，该方法包括：确认电池***是否包括于组中。例如，当电池***存在时，控制器可以从联接至电池***的至少一个电池传感器(例如，电池电流传感器)接收信号。如果不包括电池***，则该方法进入步骤608，以基于当前条件计算功率需求，如下文进一步描述的。如果存在电池***，则该方法进行至步骤606，以确定沿由行程计划提供的行驶路线的最佳位置。例如，除了充电站的位置之外，还可以预测和使用行驶路线的路段，其中，电池可以通过收集由发动机或动态制动产生的多余功率来充电，以估计电池的最佳使用，从而最小化电池在完全充满和完全耗尽之间的循环。

在步骤608，该方法包括：基于当前运行条件，估计由组提供动力的用于列车运行的功率需求。例如，功率需求可取决于路线条件，如上坡导航与下坡导航、天气条件以及在运行条件下维持列车的目标行驶速度的牵引力的估计。

在步骤610，该方法包括：确定功率需求是否大于阈值。阈值可以是组的高功率运行和低功率运行之间的界限。例如，阈值可以是功率需求水平，在该功率需求水平之上，燃料电池单元运行的效率低于发动机运行的效率。在一个实施例中，阈值可以是组的动力***的最大功率输出(例如，组的总额定功率)的70％。

如果功率需求等于或大于阈值，则该方法进入步骤612，以在较高功率配置下运行动力***，如图7所示。如果功率需求小于阈值，则该方法进入步骤614，以在较低功率配置下运行动力***，如图8所示。然后，该方法结束。

现在转到图7，其描述了用于在较高功率配置下运行组的动力***的方法700。该方法从图6的步骤612进行。在步骤702，该方法包括：根据发动机运行的最佳设置来增加(一个或多个)发动机的功率输出。最佳设置可以包括在高效率点和高燃料效率下运行发动机。对于单燃料发动机，控制器可以参考提供效率和功率输出之间的关系的查找表或映射，以确定单燃料发动机相对于功率输出的最大效率范围。对于多燃料发动机，控制器可以依赖于效率和功率输出之间的关系，并且额外地参考根据功率输出提供优化的替换比例的查找表。可以确定最大化效率、最小化燃料消耗和最大化替换比例之间的平衡。在一些情形下，发动机的高负载可能需要低的替换比例以抑制爆震。因此，可以省略最大化替换比例，并且可以优先考虑基于效率和燃料消耗来运行发动机。

在步骤704，该方法包括：运行燃料电池单元以在高效率点提供动力。高效率点可以对应于燃料电池单元的功率输出，该功率输出在燃料电池单元的最大功率输出的大约40％-60％之间。燃料电池单元的功率输出可以添加至发动机的功率输出。

在一些情形下，特别是当发动机是多燃料发动机并燃烧氢时，发动机和燃料电池单元都可以消耗来自公共燃料存储器的氢。当燃料存储器中的氢水平变低时，可以基于功率需求以及发动机和燃料电池单元的预期使用(例如，基于行程计划)来确定对发动机和燃料电池单元之一的氢供应。例如，对于在较高功率配置下的组的运行，发动机处的氢消耗可以优先于燃料电池单元的燃料供给。如果燃料存储器中的氢水平降低至不能同时运行发动机和燃料电池单元的程度，则可以使用发动机，停用燃料电池单元，并且使用电池来补充来自发动机的动力，前提是从电池汲取的电力不会导致电池以等于或高于阈值放电速率(如1C)的速率放电，并且电池电量充足。如果燃料电池单元不能被供给燃料，并且电池不能在低于阈值放电速率的情况下放电，则在已知高功率运行的周期相对较短的情况下，电池可以暂时以高于阈值放电速率的速率放电。此外，可以降低发动机的替换比例以节省燃料电池单元的燃料并增加发动机的最大功率输出，或者仅当氢供应较低以节省氢时，发动机才可以使用柴油运行，这可能暂时导致发动机在高于其最大效率范围的设置下运行。

在步骤706，该方法包括：确认来自发动机和燃料电池单元的组合功率输出是否满足功率需求。如果功率输出满足功率需求，则该方法进入步骤708，以维持发动机和燃料电池单元的当前运行设置。然后，该方法结束。

如果功率输出不满足功率需求，则该方法进行至步骤710，以从电池汲取动力。假如放电速率保持为低于阈值放电速率，则功率短缺的大小可以确定电池的放电速率。例如，较大的功率短缺可能导致电池以比较小的功率短缺更快的速率放电。此外，电池在完全充满和完全耗尽之间的频繁循环可能加速电池退化并降低容量。在一些情形下，当电池的SOC降低至即使短暂地从电池汲取动力也可能导致完全耗尽的程度时，可以拒绝使用电池为推进提供动力。此外，如果预计电池将以超过阈值放电速率的速率放电以满足动力短缺，则也可以拒绝使用电池。这样，在步骤712，该方法包括：确认来自电池的额外的功率输出是否允许动力***满足功率需求。

如果功率输出满足功率需求，则方法进行到步骤708，以维持当前运行设置。然后，该方法结束。如果功率输出不满足功率需求，例如，基于低SOC或超过阈值放电速率的放电速率而拒绝使用电池，则该方法进行步骤714，以增加来自燃料电池单元的功率输出。增加来自燃料电池单元的功率输出可导致燃料电池单元以降低的效率运行。然而，通过增加来自燃料电池单元的功率输出而不是增加发动机的功率，燃料消耗的增加和碳基排放物的释放得以缓解，这在组处于实施低排放法规的地带或区域(如在城市区域的边界内)时可能是特别可取的。当来自燃料存储器的柴油供应变低时，也可以选择增加来自燃料电池单元的功率输出而不是增加来自发动机的功率输出。在其他示例中，可以选择增加发动机功率而不是增加燃料电池单元功率输出，如当氢供应水平缓慢时。

如上所述，在燃料存储器的氢供应较低的情形下，可以调整发动机运行参数，以增加来自发动机的功率输出，尽管发动机运行超出其最大效率范围。此外，如果电池放电的持续时间相对较短，则可以允许电池耗尽。然后，该方法结束。

现在转到图8，其描述了在较低功率配置下运行组的动力***的方法800。该方法从图6的步骤614进行。在步骤802，该方法包括：在其高效率点运行燃料电池单元。可替换地，燃料电池单元可以比高效率点高出一定幅度(如燃料电池单元额定功率的10％-15％)来运行。燃料电池单元的运行点无论在高效率还是在比高效率点更高的功率输出下，都可以基于燃料电池单元的效率和发动机运行的效率之间的差值来选择和设置。例如，设定差值可以是大约20％的差值。这样，发动机运行可以通过该设定差值被限制在低于燃料电池单元的效率点的效率范围内。

在步骤804，该方法包括：确认燃料电池单元的功率输出是否满足功率需求。如果燃料电池单元功率输出满足功率需求，则方法进行至步骤806，以维持燃料电池单元的当前运行设置。然后，该方法结束。如果燃料电池单元功率输出不满足功率需求，例如，功率输出低于功率需求，则该方法进行步骤808，以用来自电池的功率和/或来自发动机的功率来补充由燃料电池单元提供的功率。电池和发动机之间的负载分配可以取决于电池和发动机的运行条件和设置。

例如，当发动机是多燃料发动机时，最大化发动机的替换比例，可以优先考虑以低于阈值放电速率的速率对电池放电，并最小化电池循环。发动机可以被运行以提供较高替换比例的补充功率，如大于1:1的氢至柴油的替换比例，这可以由于低至部分负载(例如，低至中等功率输出)下的发动机运行而实现。如上所述，发动机的最大功率输出可以由燃料电池单元效率点和发动机效率点之间的设定差值来约束。

如果来自发动机的功率输出不能提供足够的补充功率，则可以使用电池来提供额外的补充功率。假设放电速率保持在阈值放电速率以下，并且电池的SOC足够高，或者基于根据行程计划的充电机会的估计，电池的SOC预计将保持足够高，则可以从电池汲取电力，以避免电荷耗尽。或者，如果电池不允许满足功率需求，或者当电池SOC下降至在功率需求降低之前预计会导致耗尽的水平时，来自燃料电池单元的功率输出可以由电池和发动机补充，以提供额外的功率输出。此外，当燃料存储器处的氢水平较低时，例如，过低而不能为燃料电池单元和发动机两者提供燃料，或来自燃料存储器的柴油供应较低，假设电池SOC足够高，并且放电速率可以维持在阈值放电速率以下，则可以选择电池而非发动机。然后，该方法结束。

图9中以曲线图900示出了组的动力***的运行参数相对于时间的变化示例。时间沿x轴向右增加。该曲线图包括表示槽口节流阀的槽口设置的第一曲线902、表示多燃料发动机的功率输出的第二曲线904、表示多燃料发动机的替换比例(例如，氢至柴油的替换比例)的第三曲线906、表示燃料电池单元的功率输出的第四曲线908、表示电池的功率输出的第五曲线910以及表示电池的放电速率的第六曲线912。发动机的最大效率范围由分别表示上边界和下边界的虚线903和905来表示。例如，上边界可以是发动机的最大功率输出的90％，下边界可以是发动机的最大功率输出的60％。燃料电池单元的最佳功率输出范围由分别表示上边界和下边界的虚线907和909来表示。例如，上边界可以是燃料电池单元的最大功率容量或满功率容量的60％，下边界可以是燃料电池单元的最大功率容量或满功率容量的40％。电池的阈值放电速率由虚线914来表示，例如，可以是1C。阈值放电速率可以是这样的放电速率：在该放电速率之上，电池退化可能加剧。每个运行参数沿各自的y轴向上增加。

在t0，槽口设置较低，如槽口1或2。因此，动力***的功率需求相对较低。燃料电池单元功率输出适中且在其最佳功率输出范围内，满足大部分功率需求(例如，大于50％)。功率需求的剩余比例足够低，以允许电池补充燃料电池单元的功率输出，同时保持放电速率低于阈值放电速率。不需要发动机功率，因此不应用替换比例。

在t1，槽口设置增加至中间设置，例如槽口4或5。燃料电池单元的运行保持在最佳功率输出范围内，电池运行也保持在最佳功率输出范围内。电池放电速率响应于较高的功率需求而升高，但保持为低于阈值放电速率。发动机在低于最大效率范围的中等负载设置下运行，以补充燃料电池单元/电池组合提供的功率与功率需求之间的差异。随着发动机负载的增加，替换比例增加至最大比例，而不会引起爆震，这会减少柴油燃烧的相对量，并减少碳基排放。

在t2，槽口设置增加至较高设置，如槽口7或8。优先考虑来自发动机的功率输送，并且在其最大效率范围内以较高负载设置运行发动机。随着发动机负载的增加，由于爆震的可能性较高，替换比例降低。维持来自燃料电池单元和电池中的每一个的功率输出。电池的放电率由于较高的功率需求而增加，并在t3时达到阈值放电速率。

在t3，电池的运行终止。增加来自燃料电池单元的功率输出以补偿停止来自电池的功率消耗时的功率损失，从而使燃料电池单元在其最佳功率输出范围之上运行。

在t4，槽口设置降低至较低设置，如槽口3。维持燃料电池单元的运行，并且降低燃料电池单元的功率输出，允许燃料电池单元在其最佳功率输出范围内输送功率。发动机在低于其最大效率范围的低负载设置下运行，以补充燃料电池单元的功率输出。替换比例响应于发动机运行而增加。

通过这种方式，可以优化组的能量消耗，以较高效率运行组的动力***，同时减少退化。燃料电池单元和发动机根据其各自的最大效率范围相对于功率输出的运行可以延长燃料电池单元的寿命，并减少来自发动机的碳基排放，特别是当发动机是多燃料发动机时。此外，当电池能够以低于容易导致电池更快退化的放电速率放电时，通过策略地依赖电池电量以及不频繁地循环电池，可以延长电池的使用寿命。因此，可以保持每个动力***的性能较高，同时节约能量。

如本文所用，以单数形式列举并以词语“一”或“一个”开头的元素或步骤不排除所述元素或步骤的复数形式，除非指明了此类排除。此外，对本发明的“一实施例”的引用不排除也包含所述特征的附加实施例的存在。此外，除非明确相反地陈述，否则“包括”、“包含”或“具有”具有特定性质的一个元素或多个元素的实施例可以包括不具有该性质的额外的此类元素。术语“包括”和“在其中”被用作相应术语“其包括”和“其中”的纯语言等价物。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并不旨在对其对象施加数字要求或特定的位置顺序。

本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂时存储器中，并且可以由包括控制器的控制***结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来执行。本文描述的特定例程可以表示任意数量的处理策略中的一个或多个，如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、运行和/或功能可以所示的顺序执行、并行执行，或者在一些情况下被省略。同样，处理的顺序不是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为了易于说明和描述而提供的。根据所使用的特定策略，所示的动作、运行和/或功能中的一个或多个可以被重复执行。此外，所描述的动作、运行和/或功能可以图形地表示要编程到发动机控制***中的计算机可读存储介质的非暂时存储器中的代码，其中，通过结合电子控制器执行包括各种发动机硬件部件的***中的指令而使所描述的动作得以实现。

如本文所用，术语“约/大约/大概”等是指给定值或范围的正负5％，除非另有说明。

在一个实施例中，控制***或控制器可以部署有本地数据收集***，并且可以使用机器学习来实现基于推导的学习结果。控制器可以通过做出数据驱动的预测并根据数据集进行调整，从数据集(包括由各种传感器提供的数据)中学习并对该数据集做出决策。在实施例中，机器学习可以包括由机器学习***执行多个机器学习任务，如监督学习、无监督学习和强化学习。监督学习可以包括向机器学习***呈现一组示例输入和期望输出。无监督学习可以包括通过诸如模式检测和/或特征学习的方法构造其输入的学习算法。强化学习可以包括在动态环境中执行的机器学习***，然后提供关于正确决策和错误决策的反馈。在示例中，机器学习可以包括基于机器学习***的输出的多个其他任务。任务可以是机器学习问题，如分类、回归、聚类、密度估计、降维、异常检测等。在示例中，机器学习可以包括多种数学和统计技术。机器学习算法可以包括基于决策树的学习、关联规则学习、深度学习、人工神经网络、遗传学习算法、归纳逻辑程序设计、支持向量机(support vectormachines，SVMs)、贝叶斯网络、强化学习、表示学习、基于规则的机器学习、稀疏字典学习、相似性和度量学习、学习分类器***(learning classifier systems，LCS)、逻辑回归、随机森林、K-Means聚类、梯度增强、K-近邻(K-nearest neighbors，KNN)、先验算法等。在实施例中，可以使用某些机器学习算法(例如，用于解决可以基于自然选择的约束和无约束优化问题)。在一个示例中，算法可用于解决混合整数规划的问题，其中，一些组成成分被限制为整数值。算法与机器学习技术和***可以用于计算智能***、计算机视觉、自然语言处理(Natural Language Processing，NLP)、推荐***、强化学习、构建图形模型等。在一个示例中，机器学习可以用于车辆性能和控制、行为分析等。

在一个实施例中，控制器可以包括可以应用一个或多个策略的策略引擎。这些策略可以至少部分地基于设备或环境的给定项的特性。关于控制策略，神经网络可以接收多个环境和任务相关参数的输入。可以训练神经网络以基于这些输入生成输出，该输出表示发动机***应该采取的动作或动作序列。这可能有助于平衡发动机上的竞争约束。在一个实施例的运行期间，可以通过处理通过神经网络的参数的输入来进行确定，以在将动作指定为期望动作的输出节点处生成值。该动作可以转化为导致发动机运行的信号。这可以通过反向传播、前馈过程、闭环反馈或开环反馈来实现。或者，控制器的机器学习***可以使用进化策略技术来调整人工神经网络的各种参数，而不是使用反向传播。控制器可以使用神经网络架构，该神经网络架构具有使用反向传播的可能不总是可解的函数，例如非凸函数。在一个实施例中，神经网络具有表示其节点连接的权重的一组参数。生成该网络的多个副本，然后对参数进行不同的调整并进行模拟。一旦获得了来自各种模型的输出，就可以使用确定的成功度量来评估它们的性能。选择最佳模型，车辆控制器执行该计划以实现期望的输入数据，以反映预测的最佳结果场景。另外，成功度量可以是优化结果的组合。这些可以相对于彼此进行权重匹配。

本公开还提供了对用于运输***的方法的支持，包括：响应于燃料电池单元***、电池***和发动机***中的每一个的功率输出，协调功率需求的分配，其中，基于每个***的相应的效率来选择燃料电池单元***、电池***和发动机***中的每一个的功率输出。在该方法的第一示例中，协调功率需求的分配包括：基于以下中的一个或多个来调整分配：沿确定的行程计划所估计的功率需求、燃料存储器水平、根据确定的行程计划的区域的排放法规、以及电池***的一个或多个电池的充电状态。在该方法的第二示例中，可选地包括第一示例，协调功率需求的分配包括：在发动机***的一个或多个发动机、电池***的一个或多个电池以及燃料电池单元***的一个或多个燃料电池单元之间分配功率需求，并且其中，一个或多个发动机包括单燃料发动机和多燃料发动机中的至少一个。在该方法的第三示例中，可选地包括第一示例和第二示例中的一个或两个，协调功率需求的分配包括：当功率需求高于阈值时增加由发动机***输送的功率需求的一部分，并且其中，阈值是这样的功率需求水平：在该功率需求水平之上，燃料电池单元***的效率低于发动机***的效率。在该方法的第四示例中，可选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个或每一个，协调功率需求的分配包括：在燃料电池单元***的额定功率的20-40％之间运行燃料电池单元***。在该方法的第五示例中，可选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个或每一个，协调功率需求的分布包括：以小于1C的速率对电池***进行放电。在该方法的第六示例中，可选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个或每一个，协调功率需求的分配包括：当功率需求小于阈值时，增加输送至燃料电池单元***的功率需求的一部分，并且其中，协调功率需求的分配包括：当功率需求小于阈值时，用来自发动机***和电池***的一个或多个的功率来补充来自燃料电池单元***的功率。在该方法的第七示例中，可选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个或每一个，协调功率需求的分配包括：调整电池***、燃料电池单元***和组的发动机***之间的分配。

本公开还提供了一种对组的支持，包括：电牵引马达、发动机、电池和燃料电池单元，它们每一个都电联接至电牵引马达以及控制器，控制器配置有存储在非暂时存储器上的可执行指令，当执行时，使得控制器：当功率需求处于第一水平时，以第一效率设置来运行发动机以满足功率需求的至少一部分，并且用来自燃料电池单元和电池中的一个或多个的功率来补充发动机的功率输出，当功率需求处于第二水平时，以第二效率设置来运行燃料电池单元以满足功率需求的至少一部分，并用来自发动机和电池中的一个或多个的功率来补充燃料电池单元的功率输出，第二水平低于第一水平，其中，电池的放电速率保持在阈值放电速率以下。在该***的第一示例中，发动机为配置成燃烧氢和柴油的多燃料发动机，并且其中，氢是从为多燃料发动机和燃料电池单元提供燃料的氢存储器来供应的。在***的第二示例中，可选地包括第一示例，当发动机补充燃料电池单元的功率输出时，多燃料发动机的氢至柴油的替换比例最大化。在***的第三示例中，可选地包括第一示例和第二示例中的一个或两个，发动机的第一效率设置是对应于发动机额定功率输出的70％至100％的效率。在***的第四示例中，可选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个或每一个，燃料电池单元的第二效率设置是对应于燃料电池单元的最大功率输出的20％至40％的效率，并且其中，燃料电池单元在第二效率设置下的运行减少了燃料电池单元的退化。在***的第五示例中，可选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个或每一个，电池的阈值放电速率为1C。

本公开还提供了一种对用于组的能量管理的方法的支持，包括：当功率需求高于阈值功率水平时运行发动机，并且用来自燃料电池单元和电池中的一个或多个的功率来补充发动机的功率输出，当功率需求低于阈值功率水平时运行燃料电池单元，用来自发动机和电池中的一个或多个的功率来补充燃料电池单元的功率输出，并且将电池的放电速率维持在阈值放电速率以下。在该方法的第一示例中，补充发动机的功率输出包括：以燃料电池单元额定功率的20％-40％运行燃料电池单元。在该方法的第二示例中，可选地包括第一示例，补充燃料电池单元的功率输出包括：当发动机是多燃料发动机时，调整发动机运行以增加非碳燃料相对于碳基燃料的燃烧。在该方法的第三示例中，可选地包括第一示例和第二示例中的一个或两个，将电池的放电速率保持在阈值放电速率以下包括：将电池的放电速率保持在1C以下，以使电池的退化最小化。在该方法的第四示例中，可选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个或每一个，用来自电池的功率来补充发动机和燃料电池单元中的每一个的功率输出包括：使电池在完全充满和完全耗尽之间的循环最小化。在该方法的第五实施例中，可选地包括第一示例至第四实施例中的一个或多个或每一个，补充发动机或燃料电池单元中的一个的功率输出包括：基于沿确定的行程计划的估计功率需求、燃料存储器水平、根据确定的行程计划的区域的排放法规、以及电池的充电状态中的一个或多个来调整来自发动机或燃料电池单元和/或电池中的另一个的功率补充。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，还使相关领域的普通技术人员能够实践本发明，其中包括制造和使用装置或***以及执行组合的方法。本发明的可专利范围由请求保护内容来限定，并且可以包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与请求保护内容的字面语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与请求保护内容的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这些其他示例意指处于请求保护内容的范围内。

Claims (20)

1.一种用于运输***的方法，包括：

响应于燃料电池单元***、电池***和发动机***中的每一个的功率输出来协调功率需求的分配，其中，基于每个***的相应的效率来选择所述燃料电池单元***、所述电池***和所述发动机***中的每一个的所述功率输出。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，协调所述功率需求的分配包括：基于沿确定的行程计划所估计的功率需求、燃料存储器水平、根据所述确定的行程计划的区域的排放法规、以及所述电池***的一个或多个电池的充电状态中的一者或多者来调整分配。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，协调所述功率需求的分配包括：在所述发动机***的一个或多个发动机、所述电池***的一个或多个电池以及所述燃料电池单元***的一个或多个燃料电池单元当中来分配所述功率需求，并且其中，所述一个或多个发动机包括单燃料发动机和多燃料发动机中的至少一个。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，协调所述功率需求的分配包括：当所述功率需求高于阈值时，增加由所述发动机***输送的所述功率需求的一部分，并且其中，所述阈值为功率需求水平，在所述功率需求水平之上，所述燃料电池单元***的效率低于所述发动机***的效率。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，协调所述功率需求的分配包括：在所述燃料电池单元***的额定功率的20-40％之间运行所述燃料电池单元***。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，协调所述功率需求的分配包括：以小于1C的速率对所述电池***进行放电。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，协调所述功率需求的分配包括：当所述功率需求小于所述阈值时，增加输送至所述燃料电池单元***的所述功率需求的一部分，并且其中，协调所述功率需求的分配包括：当所述功率需求小于所述阈值时，用来自所述发动机***和所述电池***的一个或多个的功率来补充来自所述燃料电池单元***的功率。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，协调所述功率需求的分配包括：对所述电池***、所述燃料电池单元***、和组的所述发动机***之间的分配进行调整。

9.一种组，包括：

电牵引马达；

发动机，电池，燃料电池单元，每一个都电联接至所述电牵引马达；和

控制器，所述控制器配置有存储在非暂时存储器上的可执行指令，当执行时，使得所述控制器：

当功率需求处于第一水平时，以第一效率设置来运行所述发动机以满足所述功率需求的至少一部分，并且，用来自所述燃料电池单元和所述电池中的一个或多个的功率来补充所述发动机的功率输出；和

当所述功率需求处于第二水平时，以第二效率设置来运行所述燃料电池单元以满足所述功率需求的至少一部分，并用，用来自所述发动机和所述电池中的一个或多个的功率来补充所述燃料电池单元的功率输出，所述第二水平低于所述第一水平；

其中，所述电池的放电速率保持在阈值放电速率以下。

10.根据权利要求9所述的组，其中，所述发动机为配置成燃烧氢和柴油的多燃料发动机，并且其中，所述氢是通过向所述多燃料发动机和所述燃料电池单元提供燃料的氢存储器来供应的。

11.根据权利要求10所述的组，其中，当所述发动机补充所述燃料电池单元的所述功率输出时，所述多燃料发动机的氢至柴油的替换比例最大化。

12.根据权利要求9所述的组，其中，所述发动机的所述第一效率设置是对应于所述发动机的额定功率输出的70％至100％的效率。

13.根据权利要求9所述的组，其中，所述燃料电池单元的所述第二效率设置是对应于所述燃料电池单元的最大功率输出的20％至40％的效率，并且其中，所述燃料电池单元在所述第二效率设置下的运行减少了所述燃料电池单元的退化。

14.根据权利要求9所述的组，其中，所述电池的所述阈值放电速率为1C。

15.一种用于组的能量管理的方法，包括：

当功率需求高于阈值功率水平时运行发动机，并且用来自燃料电池单元和电池中的一个或多个的功率来补充所述发动机的功率输出；

当所述功率需求低于所述阈值功率水平时运行所述燃料电池单元，用来自所述发动机和所述电池中的一个或多个的功率来补充所述燃料电池单元的功率输出；和

将所述电池的放电速率维持在阈值放电速率以下。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，补充所述发动机的功率输出包括：以所述燃料电池单元的额定功率的20％-40％来运行所述燃料电池单元。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，补充所述燃料电池单元的功率输出包括：当所述发动机是多燃料发动机时，调整所述发动机运行以增加非碳燃料相对于碳基燃料的燃烧。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，将所述电池的所述放电速率保持在所述阈值放电速率以下包括：将所述电池的放电速率保持在1C以下，以使所述电池的退化最小化。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，用来自所述电池的功率来补充所述发动机和所述燃料电池单元中的每一个的功率输出包括：使所述电池在完全充满和完全耗尽之间的循环最小化。

20.根据权利要求15所述的方法，其中，补充所述发动机或所述燃料电池单元中的一个的功率输出包括：基于沿确定的行程计划所估计的功率需求、燃料存储器水平、根据所述确定的行程计划的区域的排放法规、以及所述电池的充电状态中的一者或多者，来调整来自所述发动机或所述燃料电池单元和/或所述电池中的另一个的功率补充。

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