KR100435655B1

KR100435655B1 - 연료 전지 자동차의 구동 시스템

Info

Publication number: KR100435655B1
Application number: KR10-2001-0035144A
Authority: KR
Inventors: 김태우
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2004-06-12
Also published as: KR20020097361A

Abstract

본 발명은 연료 전지를 사용하는 전기 자동차의 구동 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 모터 구동 장치가 연료 전지 장치에서 공급하는 전력에 의하여 구동되는 연료 전지 자동차에 있어서, 역전류 방지 장치에 의하여, 상기 모터 구동 장치에서 발생한 역전류가 상기 연료 전지 장치로 흐르지 못하도록 차단되고, 상기 역전류를 히터에서 소비되도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 자동차의 구동 시스템은, 연료 전지 장치, 주 컨택 스위치, 역전류 방지 장치, 히터 컨택 스위치, 및 모터 구동 장치로 이루어진다. 여기서, 연료 전지 장치는 연료 스택부와 연료 전지 제어부로 이루어지고, 역전류 방지 장치는 역전류 방지부, 제어부, 및 히터부, 온오프 스위치로 이루어지며, 모터 구동 장치는 인버터와 모터로 이루어진다.

Description

연료 전지 자동차의 구동 시스템{FUEL STACK AUTOMOBILE DRIVING SYSTEM}

본 발명은 전기 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지를 사용하는 전기 자동차의 구동 시스템에 관한 것이다.

연료 전지 자동차는 수소와 공기의 결합으로 발생되는 전기 에너지원을 이용하여 구동하도록 되어있다. 이와 같은 연료 전지 자동차의 구동 시스템은, 일반적으로 전기를 발생시키는 연료 전지 장치와 모터를 구동하는 모터 구동 장치로 구성된다. 여기서, 연료 전지 장치는 수소와 공기를 공급하는 연료전지 제어부와 수소와 공기를 화학적 결합시켜 전기를 발생시키는 연료 스택부로 이루어져 있고, 모터 구동 장치는 구동 전력을 발생시켜 모터에 공급하는 인버터와 회전력을 발생시키는 모터로 이루어져 있다.

이때, 기존 전기 자동차에서 사용되는 배터리는 에너지를 보유하기 위해서 배터리 측으로 전류가 흘러 들어올 때 화학적 반응에 의하여 충전을 시키고, 구동 모터를 구동하기 위한 전류를 방류하게 된다. 그러나, 연료 전지 장치는 전기를 발생시키는 측면에서 볼 때 배터리와 동일하지만, 수소와 공기를 결합시켜 전기를 발생시키고, 전류를 역으로 연료 스택부로 공급해 주더라도 다시 수소와 공기로 분해가 되는 것은 아니고, 오히려 연료 스택부에 손상을 주게 된다. 즉, 기존의 전기 자동차는 제동 시에 발생되는 에너지원(회생 에너지)을 배터리에 흡수시켜서 효율을 높일 수는 있지만, 연료 전지 자동차는 이 회생에너지에 의해 발생되는 역전류로 인해 손상을 받을 수 있게 되는 문제점이 있다.

따라서, 연료 전지를 사용하는 전기 자동차에 있어서, 제동 시에 발생되는 회생에너지에 의한 역전류로부터 연료 전지 장치를 보호할 수 있는 시스템을 제공하자는 데 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 자동차의 구동 시스템의 블록도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 자동차의 구동 시스템의 역전류 방지 장치를 좀더 상세히 나타낸 도면이다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 특징에 따른 연료 전지 자동차의 구동 시스템은, 모터 구동 장치가 연료 전지 장치에서 공급하는 전력에 의하여 구동되는 연료 전지 자동차에 있어서, 상기 모터 구동 장치에서 발생한 역전류가 상기 연료 전지 장치로 흐르지 못하도록 차단하고, 상기 역전류를 히터에서 소비시키는 역전류 방지 장치를 포함한다.

상기 역전류 방지 장치는, 상기 모터 구동 장치에서 발생한 역전류가 상기연료 전지 장치로 흐르지 못하도록 차단하는 역전류 방지부; 상기 역전류 값에 대응하는 소정의 전류를 출력하는 제어부; 상기 제어부에서 출력하는 소정의 전류에 대응하여 나머지 두 단자간을 단락 또는 개방시키는 온오프 스위치; 및 상기 온오프 스위치가 단락 상태인 경우에 상기 역전류를 소비하는 히터부를 포함한다.

이에 따라, 모터 구동 장치가 연료 전지 장치에서 공급하는 전력에 의하여 구동되는 연료 전지 자동차에 있어서, 역전류 방지 장치에 의하여, 상기 모터 구동 장치에서 발생한 역전류가 상기 연료 전지 장치로 흐르지 못하도록 차단되고, 상기 역전류를 히터에서 소비되도록 할 수 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예에 따른 연료 전지 자동차의 구동 시스템의 구체적인 구성 및 동작을 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1에 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 자동차의 구동 시스템의 블록도가 도시되어 있다. 도 2에는 역전류 방지 장치를 좀더 상세히 나타낸 그림이 도시되어 있다.

첨부한 도 1과 도 2에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 자동차의 구동 시스템은, 연료 전지 장치(100), 주 컨택 스위치(200), 역전류 방지 장치(300), 히터 컨택 스위치(400), 및 모터 구동 장치(500)로 이루어진다. 여기서, 주 컨택 스위치(200)는 운전자가 시동 등을 켤 때에 단락 되어 연료 전지 장치(100)로부터 모터 구동 장치(500)로 전력이 공급되도록 하거나, 시동을 끌 때에 개방되어 전력이 중단되도록 한다. 그리고, 히터 컨택 스위치(400)는 운전자에게 차량 내부의 난방을 위하여 선택하도록 만들어 놓은 스위치이다.

연료 전지 장치(100)는 연료 스택부(110)와 연료 전지 제어부(120)로 이루어진다.

연료 스택부(110)는 연료 전지 제어부(120)에서 공급되는 수소와 공기를 화학적 결합시켜 전기를 발생시킨다.

연료 전지 제어부(120)는 전기 발생에 적당하도록 제어하여 소정의 수소와 공기를 연료 스택부(110)에 공급한다.

역전류 방지 장치(300)는 역전류 방지부(310), 제어부(320), 히터부(330), 및 온오프 스위치(340)로 이루어진다.

역전류 방지부(310)는 상기 모터 구동 장치(500)에서 발생한 역전류가 상기 연료 전지 장치(100)로 흐르지 못하도록 차단한다.

제어부(320)는 상기 역전류 값에 대응하는 소정의 전류를 출력한다.

히터부(330)는 온오프 스위치(340)가 단락 상태인 경우에 상기 역전류를 소비한다.

온오프 스위치(340)는 상기 제어부(320)에서 출력하는 소정의 전류에 대응하여 나머지 두 단자간을 단락 또는 개방시킨다.

모터 구동 장치(500)는 인버터(510)와 모터(520)로 이루어진다.

인버터(510)는 연료 스택부(110)에서 발생된 전기를 받아 모터(520)를 구동시킬 수 있는 전력을 발생시킨다.

모터(520)는 인버터(510)에서 발생된 전력을 받아 동작하여 회전력을 발생시킨다.

이러한 구조로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 자동차의 구동 시스템의 동작을 보다 상세히 설명한다.

단, 연료 전지 장치(100)와 모터 구동 장치(500)의 동작은, 일반적인 연료 전지 자동차에서 공통된 사항으로서 위에서 약술한 것과 같으며, 여기서는 역전류 방지 장치(300)를 중심으로 설명하도록 한다.

먼저, 자동차가 운행 중에 있게 되면, 주 컨택 스위치(200)는 단락 되어 연료 전지 장치(100)의 연료 스택부(110)에서 생성한 전기를 모터 구동 장치(500)로 공급한다. 전기를 공급받은 모터 구동 장치(500)의 인버터(510)는 모터(520)를 구동시킬 수 있는 전력을 발생시킨다. 이렇게 하여, 모터(520)가 인버터(510)에서 발생된 전력을 받아 동작하여 회전력을 발생시켜서, 연결된 바퀴에 회전력을 전달함으로써 자동차가 운행되는 것이다.

이와 같이 운행 중에 있는 자동차가 제동을 거는 경우와 같이 차량의 속도가 떨어질 때에, 인버터(510)에서는 회생에너지, 즉, 인버터(510)에서 연료 스택부(110) 쪽으로 흐르는 전류(역전류)가 발생하는데, 이와 같이 발생된 역전류는 연료 스택부(110)에 손상을 주므로, 이 역전류가 연료 스택부(110)에 도달하지 못하도록 차단하여 연료 스택부(110)를 보호할 필요가 생겼다.

위에 기술한 바와 같이 발생된 역전류가 연료 스택부(110)에 도달하지 못하도록 차단하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 정류 다이오드를 인버터(510)에 대하여 역방향으로 설치하는 역전류 방지부(310)를 두었고, 발생된 역전류의 처리,즉, 히터부(330)에서 역전류가 소비되도록 하기 위하여 제어부(320)와 온오프 스위치(340)를 둔 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이 회로를 구성하여, 제어부(320)는 상기 역전류 값에 따라 V_REF와 비교하여 대응하는 소정의 전류를 출력하도록 구성된다. 이에 따라, 온오프 스위치(340)는 상기 제어부(320)에서 출력하는 소정의 전류에 대응하여 두 단자간을 단락 또는 개방시킴으로써, 히터부(330)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 저항 등 전력을 소비시킬 수 있는 부하로서 작용하여, npn 형 트랜지스터 등으로 구성될 수 있는 온오프 스위치(340)가 단락 상태인 경우에, 상기 역전류를 소비시키게 되는 것이다.

위에 기술된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 자동차의 구동 시스템은, 모터 구동 장치(500)가 연료 전지 장치(100)에서 공급하는 전력에 의하여 구동되는 연료 전지 자동차에 있어서, 역전류 방지 장치(300)에 의하여, 상기 모터 구동 장치(500)에서 발생한 역전류가 상기 연료 전지 장치(100)로 흐르지 못하도록 차단되고, 상기 역전류를 히터에서 소비되도록 하였다.

본 발명은 다음에 기술되는 청구 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 실시가 가능하다.

이상에서와 같은 본 발명의 실시예에 따라, 제동 시 등에 있어서 역전류 발생 시 연료 전지 장치의 연료 스택부(110)가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 이 때에 발생된 역전류는 히터를 통하여 방전하므로 별도의 부품을 추가함이 없이도 그 방지 효과가 크다.

Claims

모터 구동 장치가 연료 전지 장치에서 공급하는 전력에 의하여 구동되는 연료 전지 자동차에 있어서,

상기 모터 구동 장치에서 발생한 역전류가 상기 연료 전지 장치로 흐르지 못하도록 차단하는 역전류 방지부;

상기 모터구동장치에서 희생 에너지로 인가되는 역전류를 검출하여 이에 대응하는 소정의 전류를 출력하는 제어부;

상기 제어부에서 출력하는 소정의 전류에 대응하여 회로를 단락 또는 개방시키는 온오프 스위치; 및

상기 온오프 스위치가 단락 상태인 경우에 상기 역전류를 소비하는 히터부로 구성되는 역전류 방지장치를 포함하여,

상기 모터 구동 장치에서 발생한 역전류가 상기 연료 전지 장치로 흐르지 못하도록 차단하고, 상기 역전류를 히터에서 소비시키는 것을 특징으로 하는 연료 전지 자동차의 구동 시스템.
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