KR100653157B1 - 수소 구동형 동력 시스템 - Google Patents

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KR100653157B1
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히토시 사토
다카시 효고
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 수소 구동형 동력 시스템의 일 형태는 가스연료를 연료 공급 탱크 (24) 로부터 연료 전지 (22)로 공급하는 공급 시스템이 제공된 연료 전지 시스템 (20) 으로서, 모터 (34) 가 적어도 모터 (34) 의 회전 위치를 감지하는 센서를 갖지 않는 무센서 모터 (34) 에 의해 구동되는 공급 시스템에 제공되는 것을 특징으로 한다.
수소, 연료 전지, 순환통로, 펌프, 체크밸브

Description

수소 구동형 동력 시스템{HYDROGEN OPERATED POWER SYSTEM}
본 발명의 배경
본 발명의 분야
본 발명은 수소 구동형 동력 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공급 시스템을 이용하여 가스연료를 연료 공급 탱크로부터 수소 구동형 동력 시스템으로 공급하는 수소 구동형 동력 시스템에 관한 것이다.
관련 기술의 설명
수소 구동형 동력 시스템의 한 종류로서, 연료 전지 시스템에서, 연료 공급 시스템으로부터 공급된 수소를 수소 순환통로를 통해 연료 전지로 순환시키며, 또한 산화제 공급 시스템으로부터 공급된 산소를 산화제 순환통로를 통해 연료 전지로 순환시키는 기술 (일본국공개특허공보 평7-240220) 이 제안돼 왔다. 이 시스템은 순환통로를 이용해 연료 전지에서 소모되지 않은 수소와 산소를 순환시킴으로써 연료 공급 시스템과 산화제 공급 시스템으로부터 공급된 수소와 산소의 활용율을 개선시키고자 하는 데 그 목적이 있다.
이런 종류의 수소 구동형 동력 시스템은 모터에 의해 구동되는 순환펌프를 이용하여 수소와 산소를 순환시킨다. 모터의 회전 위치를 정확히 감지하기 위하여 통상적으로, 모터 구동의 제어에 리졸버 (resolver) 와 같은 회전 위치 센서가 이용된다. 그러나, 회전 위치 센서가 수소 순환펌프와 함께 사용되는 모터 의 구동을 제어하는 데에 사용될 경우, 모터의 구동을 제어할 수 없게 하는 수소의 메짐성 (hydrogen embrittlement) 등으로 인해 센서가 손상되어, 시스템의 동작을 방해할 수가 있다.
본 발명의 개요
본 발명의 수소 구동형 동력 시스템의 목적은 센서의 손상으로 인한 시스템 동작의 방해를 방지하기 위한 것이다. 본 발명의 수소 구동형 동력 시스템의 다른 목적은 공급 및 순환 시스템의 이상
여부를 판단하는 것이다. 본 발명의 수소 구동형 동력 시스템의 또 다른 목적은 시스템 시동시에 신속하게 이상을 체크하는 것이다.
전술한 목적들 중 적어도 그 일부를 달성하기 위하여, 본 발명의 수소 구동형 동력 시스템은 아래의 수단을 이용한다.
본 발명에 따른 수소 구동형 동력 시스템은 연료 공급 탱크로부터 연료 전지로 가스연료를 공급하는 공급 시스템을 이용한다. 이 시스템의 특징은 공급 시스템이 적어도 모터의 회전 위치를 감지하는 센서를 갖지 않는 무센서 모터에 의해 구동되는 펌프를 이용한다는 점이다.
본 발명에 따른 수소 구동형 동력 시스템의 무센서 모터에 의해 펌프를 구동하기 때문에, 수소의 메짐성에 의한 센서의 손상으로 인한 시스템 동작 방해를 방지할 수가 있다.
본 발명의 수소 구동형 동력 시스템에서, 공급 시스템은 순환통로를 통해 가스연료를 순환시킴으로써 연료 공급 탱크로부터 연료 전지로 가스연료를 공급한다. 또한 펌프는 순환통로 내 가스연료를 순환시키는 펌프일 수도 있다.
또한, 본 발명의 수소 구동형 동력 시스템에는 모터의 구동과 관련된 여러 유형의 다른 이상들을 감지하는 이상 감지수단과, 시스템의 시작 명령이 주어진 후 소정 시간이 경과할 때까지 그 유형에 관계없이 이상 감지수단에 의해 소정 횟수의 이상이 감지되었을 때 공급 시스템에 이상이 발생했는지를 판정하는 이상 판정수단이 제공될 수도 있다. 따라서, 시스템의 시동 중 모터의 구동과 관련된 이상에 기초하여 공급 시스템의 이상을 신속하게 감지할 수 있다. 오류의 발생 여부에 대한 판정 전에 수소 구동형 동력 시스템이 소정 횟수의 이상을 감지하는 이유는, 오류 판정의 최소화 뿐만 아니라, 모터 또는 공급 시스템의 이상 여부를 판정하기 위한 것이다. 따라서, 소정의 횟수는 2회 이상이라면 몇 회라도 무방하다.
모터의 구동과 관련된 이상에 기초하여, 공급 시스템의 이상을 판정할 수 있는 본 발명의 수소 구동형 동력 시스템에서, 공급 시스템에는 펌프의 배출층에 체크밸브가 제공될 수 있으며, 이상 감지수단은 공급 시스템의 이상이 되는 체크밸브의 막힘 (sticking) 을 판정할 수도 있다. 또한 이러한 종류의 본 발명의 수소 구동형 동력 시스템에는 외부 대기의 온도를 감지하는 외부 대기온도 감지수단이 제공될 수 있으며, 이상 감지수단은 외부 대기온도 감지수단에 의해 감지된 외부의 대기온도에 기초하여 체크밸브의 막힘 여부를 판정하는 수단이 될 수 있다. 또한, 수소 구동형 동력 시스템에는 펌프의 배출층의 압력을 감지하는 압력 감지수단이 제공될 수 있으며, 이상 감지수단은 압력 감지수단에 의해 감지된 압력에 기초하여 체크밸브의 막힘 여부를 판정할 수가 있다. 이러한 방식으로 외부 대기의 온도 및 압력에 기초하여 이상을 판정함으로써, 매우 높은 정확도로 체크밸브의 막힘 여부를 감지할 수 있다.
또한, 모터의 구동과 관련된 이상에 기초하여 공급 시스템의 이상을 판정할 수 있는 본 발명의 수소 구동형 동력 시스템에는, 이상 판정수단에 의해 체크밸브 내부에 이상이 존재한다고 판정되었을 때 시스템을 정지시키는 시스템 정지수단이 제공될 수 있다. 따라서, 신속하게 감지된 공급 시스템의 이상에 기초하여 시스템을 조기에 정지시킬 수가 있다.
또한, 모터의 구동과 관련된 이상에 기초하여 공급 시스템의 이상을 판정할 수 있는 본 발명의 수소 구동형 동력 시스템에는, 이상 감지수단에 의해 공급 시스템에 이상이 존재한다고 판정될 때까지, 이상감지수단에 의해 이상이 감지되었을 때 시스템에 재시작 명령을 내리는 재시작 명령수단이 제공될 수 있다. 따라서, 오류 판정에 의해 시스템이 정지되는 경우를 최소화시킬 수가 있다.
본 발명의 수소 구동형 동력 시스템에는 또한 모터의 구동과 관련된 여러 유형의 다른 이상들을 감지하는 이상 감지수단과, 이상 감지수단에 의해 소정 시간 내에 유형과 관계없이 소정의 횟수의 이상이 감지되었을 때 시스템을 정지시키는 시스템 정지수단이 제공될 수 있다. 따라서, 이상이 발생했을 때 신속하게 시스템을 정지시킬 수가 있다. 이상의 발생 여부에 대한 판정 전에 수소 구동형 동력 시스템이 소정 횟수의 이상을 감지하는 이유는 오류 판정으로 시스템이 정지되는 경우를 최소화시키기 위한 것이다. 따라서, 소정의 횟수는 2회 이상인 한 몇 회라도 무방하다. 본 발명의 수소 구동형 동력 시스템에는 또한, 이상 감지 수단에 의해 이상이 감지되었을 때 시스템 정지수단에 의해 시스템이 정지할 때까지 시스템에 재시작 명령을 내리는 재시작 명령수단이 제공될 수 있다. 따라서, 오류 판정에 의해 시스템이 정지되는 경우를 최소화시킬 수가 있다.
모터의 구동과 관련된 이상에 기초하여 공급 시스템의 이상을 판정하거나 모터의 구동과 관련된 이상에 기초하여 시스템을 정지시킬 수 있는 본 발명의 수소 구동형 동력 시스템에서, 이상 감지수단은 또한 여러 이상들 중 하나로서, 모터의 과전류 이상, 모터 소자의 단락회로 전류 이상, 및 모터의 로크 이상들 중 최소한 하나 이상의 이상을 감지할 수가 있다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따른 연료 전지 시스템 (20) 의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2 는 시동 중 ECU (50) 에 의해 시작시에 실행되는 루틴의 일 실시예를 나타낸 흐름도이다.
도 3 은 연료 전지 시스템 (20) 에 대한 일 변형예로서, 연료 전지 시스템 (20B) 의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4 는 시동 중 실행되는 루틴에 대한 변형예의 일 예를 나타낸 흐름도이다.
바람직한 실시형태의 상세한 설명
이하에서는, 본 발명의 예시적인 실시형태에 대하여 설명한다. 도 1 은 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따른 연료 전지 시스템 (20) 의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 이 예시적인 실시형태에서의 연료 전지 시스템 (20) 에는 순환통로 (30) 내에서 순환하는 수소와 공급되는 공기 중의 산소 사이의 전기화학적 반응에 의하여 전기를 발생시키는 연료 전지 (22) 가 제공된다. 또한, 연료 전지 시스템 (20) 에는 순환통로 (30) 로 수소를 공급하는 수소탱크와 시스템 전체를 제어하는 전자 제어장치 (electronic control unit; 50) (이하, 간단히 "ECU"라 함) 가 제공된다. 또한, 연료 전지 시스템 (20) 에는 연료 전지 (22) 에 공기를 공급하는 송풍기 (blower), 공기와 수소를 습하게 하는 가습기 (humidifier), 연료 전지 (22) 를 냉각시키는 냉각장치, 및 상기 연료 전지 (22) 에 의해 발생된 전력을 필요한 전압으로 전환시키는 DC/DC 컨버터와 같은 장치들이 제공된다. 그러나, 이러한 장치들은 본 발명의 핵심은 아니므로 이에 대한 상세한 설명과 도면은 생략하기로 한다.
순환통로 (30) 에는 연료 전지 (22) 로부터 배출된 아직 반응하지 않은 수소를 가압하는 펌프 (32), 및 가압 수소의 역류를 막는 것으로서 상기 펌프 (32) 의 배출층상의 체크밸브 (36) 가 제공된다. 펌프 (32) 는 모터 (34) 의 회전 위치를 감지하기 위하여, 리졸버와 같은 센서가 구비되어 있지 않은, 무센서 모터 (34) 에 의해 구동된다. 직류 전원 (40) 의 직류 전력이 인버터 (42) 에 의해 3상 교류 전력으로 전환되고 모터 (34) 에 공급된다. 모터 (34) 에 센서가 없는 이유는 모터 (34) 의 구동이 수소의 메짐성으로 인한 센서의 손상으로 인해 제어되지 못하는 것을 방지하기 위한 것이다. 예시적인 실시형태에 이용된 직류 전원 (40) 은 DC/DC 컨버터에 의하여 전압이 조절되는 연료 전지 (22) 에 의하여 발생된 전력이나, 또는 위 조절 전류로 전력을 이용하여 충전되는 2차 배터리와 같은 시스템의 연료 전지 (22) 를 이용한다.
ECU (50) 는 마이크로프로세서로 구성되는데, 그 주요 구성요소는 CPU (52) 이다. ECU (50) 에는 CPU (52) 외에도 프로그램들이 저장되는 ROM (54), 데이터가 임시로 저장되는 RAM (56), 및 입/출력포트 (미도시) 가 제공된다. 직류 전원 (40) 으로부터 인버터 (42) 에 전력을 공급하는 송전선으로 제공되고 소자 내 단락회로 전류를 감지하는 IPM센서 (Intelligent Power Module sensor; 60) 로부터의 신호들과, 인버터 (42) 를 모터 (34) 와 연결시키는 3상 송전선의 u 위상 (u phase) 및 v 위상 (v phase) 상에 제공된 전류센서 (62, 64) 로부터의 위상 전류 Iu 및 Iv를 나타내는 신호들과 같은, 다양한 신호들이 입력포트를 통해 ECU (50) 에 입력된다. 또한, 수소탱크 (24) 로부터 순환통로 (30) 로 수소를 공급하는 공급관 내부에 제공되는 조정밸브 (26) 측의 구동신호들과, 인버터 (42) 측의 스위칭 제어신호들과 같은, 다양한 신호들이 출력포트를 통해 ECU (50) 로부터 출력된다. 모터 (34) 에 인가된 위상전류들의 총합 (Iu + Iv + Iw) 은 0이므로, 위상전류로서 u 위상의 전류 Iu와 v 위상의 전류 Iv값을 감지함으로써, 계산을 통해 w 위상의 전류 Iw를 얻을 수 있다.
이하에서는, 위 구성을 갖는 연료 전지 시스템 (20) 의 동작과, 특히 수소 순환시스템에서의 이상이 감지되었을 때 연료 전지 시스템 (20) 의 동작은 물론, 시동 중에 수소 순환시스템의 이상을 감지하는 연료 전지 시스템 (20) 의 동작에 대하여 설명한다. 도 2 는 시작 명령이 주어졌을 때 ECU (50) 에 의해 실행되는 순환시스템의 시동 루틴에 대한 일 예를 도시하고 있는 흐름도이다. 이 루틴이 실행되면, ECU (50) 의 CPU (52) 는 우선 IPM센서 (60) 의 신호는 물론, 전류센서 (62, 64) 에 의해 감지된 위상전류 Iu와 Iv를 나타내는 신호들을 판독한다 (단계 S100). 다음으로, 판독 IPM 신호에 기초하여 소자의 단락회로 전류이상 (즉, IPM 이상) 은 물론, 판독 위상 전류 Iu 및 Iv에 기초하여 과전류 이상 (overcurrent abnormality) 및 로크 이상 (lock abnormality) 을 감지하기 위한 체크가 이루어진다 (단계 S110). 과전류 이상은 모터 (34) 에 인가되는 유효전류가 위상전류 Iu 및 Iv와, 이 두 위상전류 Iu와 Iv로부터 계산된 위상전류 Iw에 기초한 산정치보다 소정의 값을 초과하고 있는지를 판정하는 등의 방법에 의하여 감지될 수 있다. 로크 이상은 시작시로부터 시간이 경과함에 따라 가정되는 모터 (34) 의 속도와 위상전류 Iu와 Iv의 변화에 근거하여 평가되는 모터 (34) 의 속도간 편차로부터 감지될 수 있다. IPM 이상은 IPM센서 (60) 의 신호로부터 직접 감지될 수 있다.
과전류 이상, 로크 이상, 및 IPM 이상에 대한 감지 결과들 (단계 S120) 로부터 어떠한 이상도 발생하지 않았다고 판정되면, 다음으로 시스템의 시동 명령이 주어진 후 소정 시간이 경과했는지가 판정된다 (단계 S130). 소정 시간이 경과하지 않았다면, 프로세스는 단계 S100 로 되돌아가 과전류 이상, 로크 이상, 및 IPM 이상을 체크하는 단계가 반복된다. 소정 시간이 경과한 경우에는, 순환시스템의 시동이 종료되고 루틴이 끝났다고 판정한다. 이러한 경우 소정 시간은 소정의 횟수로 시스템을 재시작하고 과전류 이상, 로크 이상, 또는 IPM 이상의 발생 여 부를 (가령, 두세 번) 체크하는 데 걸리는 시간에, 시스템의 최초 시동과 체크를 위한 시간을 합한 값 (즉, 소정의 횟수 + 1) 으로 설정된다. 위 소정의 횟수에 대해서는 이하에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
한편, 과전류 이상, 로크 이상, 또는 IPM 이상에 대한 감지 결과들 (단계 S120) 로부터 위 이상들 중 어느 하나가 발생했다고 판정되면, 이상 감지수 (N) 는 1씩 증가하게 되며 이상 감지 횟수 (N) 가 임계치 (Nref) 와 동일한지, 아니면 그 보다 큰 값인지가 판정된다 (단계 S150). 이상 감지 횟수 (N) 가 임계치 (Nref) 보다 작으면, 시스템이 재시작되며 (단계 S160) 프로세스는 단계 S100 으로 되돌아간다. 이상 감지 횟수 (N) 가 임계치 (Nref) 이상이면, 시스템이 정지되고 (단계 S170) 루틴은 종료한다. 여기서, 이상 감지 횟수는 시스템의 시동시에 최초 0값으로 설정되며 임계치 (Nref) 는 전술한 소정의 시간 설정시에 이용된 시스템 재시작의 소정의 횟수보다 크거나, 작은 값으로 설정된다. 가령, 소정 시간을 과전류 이상, 로크 이상, 또는 IPM 이상의 발생 여부를 3회 (즉, 최초 시작시에 1회 및 시스템이 두 번 재시작될 때 2회) 체크하는 데 걸리는 시간으로 설정하면, 임계치 (Nref) 는 2 내지 3으로 설정된다. 과전류 이상, 로크 이상, 및 IPM 이상 중 어느 하나라도 감지될 때 단계 S160 에서 시스템이 재시작된다는 사실외에도, 임계치 (Nref) 와 소정 시간 사이의 관계를 고려할 때, 이상 감지 횟수 (N) 는 시스템의 시작 명령이 내려질 때부터 소정 시간이 경과할 때까지 시스템이 재시작될 때마다 전술한 이상들 중 어느 하나가 감지될 때 임계치 (Nref) 보다 크거나 같은 값이 된다.
아래에서는 수소가 펌프 (32) 에 의해 순환통로 (30) 내에서 순환되어야 함에도 그렇지 못하도록, 어떤 이유, 가령 결빙으로 체크밸브 (36) 가 막혀 있는 순환시스템에 이상이 존재하는 경우를 고려해보기로 한다. 이 경우, 시스템이 시작될 때 모터 (34) 가 구동되고 펌프 (32) 가 연료 전지 (22) 로부터 대전된 반응하지 않은 수소를 순환시키려고 할 때, 펌프 (32) 의 배출층상 압력은 체크밸브 (36) 가 막혀 있음으로 인해 증가하게 되며, 모터의 구동으로, 펌프 (32) 는 가정되는 정상적인 속력보다도 낮은 속력으로 회전할 수 있을 뿐이거나, 아니면 전혀 회전할 수 없는 상황이 발생하게 된다. 이 경우, 모터 (34) 에 과전류 이상, 로크 이상, 또는 IPM 이상 중 어느 하나가 발생했는지가 랜덤하게 판정된다. 따라서, 시스템의 시동시에 모터 (34) 의 구동과 관련된 과전류 이상, 로크 이상, 또는 IPM 이상 중 어느 하나가 발생했다고 판정되면, 수소 순환 시스템에 이상이 발생했다고 평가될 수 있다. 본 실시형태에서, 시스템이 재시작될 때 모터 (34) 의 구동과 관련된 이상을 여러 번 체크함으로써, 노이즈로 인한 오류의 판정을 최소화할 수 있고, 그럼으로써 이상 여부의 판정에 대한 정확성을 높일 수 있다. 소정 시간 내에, 이상 감지의 횟수가 임계치 (Nref) 와 동일한 경우에는, 수소 순환 시스템에 이상이 존재한다고 판정하고 시스템은 정지한다. 통상적으로는, 이상이 발생했다는 판정은 노이즈 등으로 인한 오류 판정을 방지하기 위해 소정의 이상 감지수 (가령, 3회) 에 기초하여 이루어진다. 여러 종류의 이상과 관련한 판정시에, 이상이 발생했다는 판정은 어떤 종류의 이상에 대한 소정의 이상 감지수에 기초하여 이루어진다. 체크밸브 (36) 가 막혀 있을 때, 모터 (34) 의 구동과 관련한 과전류 이상, 로크 이상, 또는 IPM 이상이 발생했는지가 판정된다. 따라서, 임의의 이상에 대해 세 가지의 이상 감지에 기초한 판정방법을 이용할 때에는, 위 이상들이 동일 주파수를 갖고 나타날 경우 시스템을 7회 시작시킬 것이 요구되며, 시스템 시동시 이상 체크를 위한 시간도 필요하다. 한편, 본 예시적인 실시형태에서는, 3회의 이상 감지 모두 동일 이상인지의 여부에 상관없이, 3회의 이상 감지로 수소 순환 시스템에 이상이 존재하는 것으로 판정되면 시스템이 정지하게 되므로, 시스템의 재시작은 2회만 요구된다. 즉, 예시적인 실시형태에 따르면, 시동 중 이상을 체크하는 데 요구되는 시간을 감소시킬 수가 있게 된다.
전술한 예시적인 실시형태에 따른 연료 전지 시스템 (20) 의 수소 순환 시스템용 펌프 (32) 를 구동시키는 모터 (34) 는 센서가 없으므로, 수소의 메짐성으로 인한 센서의 손상으로 인해 모터의 구동이 제어되지 못하는 것을 방지할 수가 있다. 따라서, 시스템의 안정성 및 내구성이 개선될 수 있다.
또한, 본 예시적인 실시형태에 따른 연료 전지 시스템 (20) 에 의하면, 과전류 이상, 로크 이상, 또는 IPM 이상과 같은 모터 (34) 의 구동과 관련된 이상에 대하여 시스템 시동시에 수행된 체크 중에 위 이상들 중 어느 하나라도 감지될 때 시스템이 소정의 횟수만큼 재시작된 후에 이루어진, 이상 감지 회수로 수소 순환 시스템에서의 이상이 발생했다고 판정되면 시스템이 정지된다. 따라서, 재시작시 신속하게 이상 체크를 종료할 수 있어, 연료 전지 시스템 (20) 은 차량용으로 매우 적합하다.
이 예시적인 실시형태에 따른 연료 전지 시스템 (20) 에 의하면, 과전류 이 상, 로크 이상, 또는 IPM 이상과 같은 모터 (34) 의 구동과 관련된 이상에 대한 체크가 수행된다. 이상이 감지되면, 시스템이 재시작된다. 시스템이 소정의 횟수만큼 재시작되면, 수소 순환 시스템의 이상 발생 여부가 판정된다. 그러나, 이와 달리, 소정 횟수의 이상 감지가 이루어지고 그들 모두가 동일 이상에 대한 것일 경우, 모터 (34) 의 구동과 관련된 이상이 발생한 것이라고 판정될 수 있으며, 만일 소정 횟수의 이상 감지 모두가 동일한 이상에 대한 것은 아닐 경우에, 수소 순환 시스템에 이상이 발생했다고 판정될 수 있다. 또한, 연료 전지 시스템 (20) 을 변형예인, 도 3에 도시된 연료 전지 시스템 (20B) 에 도시된 바와 같이, 순환통로 (30) 내에는 압력 게이지 (66) 가 펌프 (32) 의 배출층에 제공될 수 있으며, 소정 횟수의 이상이 감지되었을 때 압력 게이지 (66) 에 의해 감지된 압력 (P) 에 기초하여 모터 (34)의 구동과 관련된 이상 또는 수소 순환 시스템의 이상 존재 여부가 판정될 수 있다. 이 경우, 소정 횟수의 이상이 감지되었을 때 압력 (P) 이, 수소 순환 시스템에 이상이 존재하지 않았을 때에 가정된 압력보다 큰 값으로 설정된 임계압력 (Pref) 보다 작으면, 모터 (34) 의 구동과 관련된 이상이 존재한다고 판정될 수 있으며, 만일 압력 (P) 이 임계압력 (Pref) 이상이면 체크밸브 (36) 의 막힘으로 인해 수소 순환 시스템에 이상이 존재한다고 판정될 수 있다. 또한, 도 3의 변형된 연료 전지 시스템 (20B) 에 도시된 바와 같이, 외부의 대기온도 센서 (68) 가 시스템 내부에 제공될 수 있으며, 소정 횟수의 이상이 감지되었을 때 외부 대기의 온도 센서 (68) 에 의해 감지된 외부 대기의 온도 (T) 에 기초하여 모터 (34) 의 구동과 관련된 이상 또는 수소 순환 시스템의 이상이 존재한다고 판 정될 수 있다. 이러한 경우, 소정 횟수의 이상이 감지되었을 때 외부 대기의 온도 (T) 가, 체크밸브 (36) 가 결빙될 것으로 가정되는 온도보다 낮은 값으로 설정된 소정 온도 (Tref) 이하이면, 체크밸브 (36) 가 결빙으로 막혀 수소 순환 시스템에 이상이 존재한다고 판정될 수 있으며, 만일 외부 대기의 온도 (T) 가 소정의 온도 (Tref) 보다 높다면, 결빙외 다른 원인에 기인하는 수소 순환 시스템의 이상 또는 모터 (34) 의 구동과 관련된 이상이 존재한다고 판정될 수 있다. 순환통로 (30) 내 펌프 (32) 의 대전면상의 압력 (P) 또는 외부 대기의 온도 (T) 를 고려한 이상 판정시에, 도 2에 도시된 루틴의 시작 대신에 도 4에 도시된 루틴의 시작이 실행될 수 있다. 도 4에 도시된 루틴의 시작에서는, 이상 감지수 (N) 가 임계치 (Nref) 이상이고 외부 대기의 온도 (T) 가 소정 온도 (Tref) 이하이거나 (단계 S270), 또는 외부 대기의 온도 (T) 는 소정의 온도 (Tref) 보다 높지만 순환통로 (30) 내 펌프 (32) 의 배출층상의 압력 (P) 이 임계치 (Pref) 이상일 때 (단계 S280), 체크밸브 (36) 의 막힘으로 인해 수소 순환 시스템에 이상이 존재한다고 판정되고 (단계 S290) 시스템은 정지한다 (단계 S310). 외부의 대기온도 (T) 가 소정 온도 (Tref) 보다 높고 순환통로 (30) 내 펌프 (32) 의 배출층상 압력 (P) 이 임계치 (Pref) 보다 낮을 때에는, 모터 (34) 의 구동과 관련된 이상이 존재한다고 판정되며 (단계 S300) 시스템이 정지한다 (단계 S310). 따라서, 수소 순환 시스템의 이상인지 아니면 모터 (34) 의 구동과 관련된 이상인지를 판정할 수 있게 되며, 이는 용이하게 이상에 적절히 응답할 수 있도록 해준다.
본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 연료 전지 시스템 (20) 은 모터 (34) 의 구동과 관련된 이상으로서 과전류 이상, 로크 이상, 및 IPM 이상을 판정한다. 연료 전지 시스템 (20) 은 또한 모터 (34) 의 구동과 관련되고 수소 순환 시스템의 이상으로 발생하는 것이기만 하면 다른 이상들도 판정할 수 있다. 또한 연료 전지 시스템 (20) 은 과전류 이상, 로크 이상, 및 IPM 이상들 중 한두 가지 유형의 이상에 대해서만 체크하도록 구성될 수도 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 연료 전지 시스템 (20) 은 수소 순환 시스템의 이상에 적용된다. 이와 달리, 산화제로서 연료 전지 (22) 에 순수 산소를 순환시키는 산소 순환 시스템이 제공된 시스템이 산소 순환 이상에도 적용될 수 있다. 또한, 예시적인 실시형태에 따른 연료 전지 시스템 (20) 은 수소 순환 시스템의 이상에 적용되나, 수소 공급 시스템의 이상에도 적용될 수 있다.
전술한 예시적인 실시형태에서, 본 발명에 따른 수소 구동형 동력 시스템은 연료 전지 시스템에 적용되지만, 본 발명의 수소 구동형 전원이 수소를 이용하여 전력을 발생시키는 한, 반드시 연료 전지 시스템에 한정되지는 않으며, 가령 수소 엔진일 수도 있다.
본 발명이 특정 실시형태를 참조하여 설명되어졌지만 당업자에게는 여러 가지 변형 및 다양한 변경이 가능할 것이다. 따라서, 그러한 변경과 변형 모두가 본 발명의 범위 내에 포함된다.

Claims (14)

  1. 가스연료를 연료 공급 탱크 (24) 로부터 수소 구동형 전원으로 공급하는 공급 시스템이 제공된 수소 구동형 동력 시스템에 있어서,
    적어도 모터 (34) 의 회전 위치를 감지하는 센서를 갖지 않는 무센서 모터 (34) 에 의해 구동되는 상기 공급 시스템에 제공된 펌프 (32) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수소 구동형 동력 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 시스템은, 상기 가스연료를 상기 수소 구동형 전원으로 공급하기 위하여 상기 연료 공급 탱크 (24) 로부터 공급된 상기 가스연료를 상기 수소 구동형 전원으로 순환통로 (30) 를 통해 순환시키며,
    상기 펌프 (32) 는 상기 순환통로 (30) 내 가스연료를 순환시키는 것을 특징으로 하는, 수소 구동형 동력 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 모터 (34) 의 구동과 관련된 여러 유형의 서로 다른 이상들을 감지하는 이상 감지수단 (60,62,64); 및
    상기 모터 (34) 의 시작 명령이 주어진 후 소정 시간이 지날 때까지 그 유형과 관계없이 상기 이상 감지수단 (60,62,64) 에 의해 소정 횟수의 이상이 감지되는 경우, 공급 시스템에 이상이 발생하였는지를 판정하는 이상 판정수단 (52) 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 수소 구동형 동력 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 공급 시스템에는 상기 펌프 (32) 의 배출층상에 탑재된 체크밸브 (36) 가 제공되고,
    상기 이상 감지수단 (52) 은 상기 공급 시스템의 이상이 될 체크밸브 (36) 의 막힘 (sticking) 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는, 수소 구동형 동력 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    외부 대기의 온도를 감지하는 외부의 대기온도 감지수단 (68) 이 더 제공되고,
    상기 이상 감지수단 (52) 은 상기 외부의 대기온도 감지수단 (68) 에 의해 감지된 외부의 대기온도에 기초하여 상기 체크밸브 (36) 의 막힘 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는, 수소 구동형 동력 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 펌프 (32) 의 배출층상의 압력을 감지하는 압력 감지수단 (66) 이 더 제공되고,
    상기 이상 감지수단 (52) 은 상기 압력 감지수단 (60,62,64) 에 의해 감지된 압력에 기초하여 상기 체크밸브 (36) 의 막힘 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는, 수소 구동형 동력 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 이상 감지수단 (52) 에 의해 상기 체크밸브 (36) 에 이상이 존재하는 것으로 판정되었을 때 상기 시스템을 정지시키는 시스템 정지수단 (50) 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 수소 구동형 동력 시스템.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 이상 판정수단 (52) 에 의하여 상기 공급 시스템에 이상이 존재한다고 판정될 때까지, 상기 이상 감지수단 (60,62,64) 에 의하여 이상이 감지되었을 때 상기 시스템에 재시작하도록 명령하는 재시작 명령수단 (50) 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 수소 구동형 동력 시스템.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 모터 (34) 의 구동과 관련된 여러 유형의 서로 다른 이상들을 감지하는 이상 감지수단 (60,62,64); 및
    상기 이상 감지수단 (60,62,64) 에 의해 소정의 시간 내에 유형에 관계없이 소정 횟수의 이상이 감지되었을 때 상기 시스템을 정지시키는 시스템 정지수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 수소 구동형 동력 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 시스템이 상기 시스템 정지수단 (50) 에 의해 정지될 때까지, 상기 이상 감지수단 (60,62,64) 에 의하여 이상이 감지되었을 때 상기 시스템에 재시작하도록 명령하는 재시작 명령수단 (50) 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 수소 구동형 동력 시스템.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 이상 감지수단 (60,62,64) 은, 여러 이상들 중 하나로, 상기 모터 (34) 의 과전류 이상, 상기 모터 (34) 소자의 단락회로 전류 이상, 및 상기 모터 (34) 의 로크 이상들 중 하나 이상을 감지하는 것을 특징으로 하는, 수소 구동형 동력 시스템.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수소 구동형 전원은 연료 전지 (22) 인 것을 특징으로 하는, 수소 구동형 동력 시스템.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수소 구동형 동력 시스템은 수소 엔진인 것을 특징으로 하는, 수소 구동형 동력 시스템.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 이상 감지수단 (60,62,64) 은, 여러 이상들 중 하나로, 상기 모터 (34) 의 과전류 이상, 상기 모터 (34) 소자의 단락회로 전류 이상, 및 상기 모터 (34) 의 로크 이상들 중 하나 이상을 감지하는 것을 특징으로 하는, 수소 구동형 동력 시스템.
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