KR100757143B1 - Fuel cell bus system and control method thereof - Google Patents

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현대자동차주식회사
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Abstract

A fuel cell bus system, and a method for controlling the fuel cell bus system are provided to reduce the number of an electric power distribution device and a relay connected with the electric power distribution device. A fuel cell bus system comprises a fuel cell stack(110) which generates electric power; a motor control unit(160); a super-capacitor(120) which charges the generated electric power to provide it to the motor control unit; a power distribution device(180) which is arranged between the fuel cell stack, the motor control unit and the super-capacitor to provide the energy of the fuel cell stack to the motor control unit and the super-capacitor selectively; and a braking resistor(190) and a chopper(200) which are arranged between the motor control unit and the super-capacitor and are used as an auxiliary braking unit, wherein the chopper comprises a first insulating gate polar transistor and a second insulating gate polar transistor connected in parallel between the fuel cell stack and the super-capacitor, and the braking resistor is connected between the first insulating gate polar transistor and the second insulating gate polar transistor.

Description

연료전지 버스 시스템 및 시스템 제어 방법{Fuel Cell Bus System And Control Method thereof}Fuel cell bus system and control method

도 1은 종래 슈퍼 커패시터 하이브리드 시스템을 도시하는 구성도.1 is a block diagram showing a conventional super capacitor hybrid system.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 버스 시스템을 도시하는 구성도.2 is a block diagram showing a fuel cell bus system according to an embodiment of the present invention;

도 3은 도 2의 구성 중 슈퍼 커패시터와 모터 컨트롤 유닛 간의 배선을 개략적으로 나타낸 도면.FIG. 3 is a schematic diagram illustrating wiring between a super capacitor and a motor control unit in the configuration of FIG. 2; FIG.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 버스 시스템 제어 상태를 나타낸 도면.4 is a view showing a fuel cell bus system control state according to an embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 버스 시스템이 실제로 적용된 시스템 구성도.5 is a system configuration actually applied a fuel cell bus system according to an embodiment of the present invention.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

110 : 연료 전지 스택 120 : 슈퍼 커패시터110: fuel cell stack 120: super capacitor

130 : 보조 배터리 140 : LDC130: auxiliary battery 140: LDC

150 : 정션 박스 HV 160 : 모터 컨트롤 유닛150: junction box HV 160: motor control unit

170 : 파워 컨트롤 유닛 180 : 전원 배분 장치170: power control unit 180: power distribution device

190 : 브레이킹 레지스터 200 : 쵸퍼190: Breaking register 200: Chopper

본 발명은 연료전지 버스 시스템 및 시스템 제어 방법에 관한 것으로, 특히, 프리차지 모드 및 리젠 모드에서 보다 효과적으로 에너지를 충전 및 사용할 수 있으며, 내부 부품 수를 줄여 생산단가를 절감할 수 있는 연료전지 버스 시스템 및 시스템 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell bus system and a system control method, and more particularly, to a fuel cell bus system that can more efficiently charge and use energy in a precharge mode and a regen mode, and to reduce production costs by reducing the number of internal components. And a system control method.

도 1은 종래의 연료전지 버스 시스템에 적용되는 기존의 파워넷 구성도이다. 1 is a block diagram of a conventional power net applied to a conventional fuel cell bus system.

도 1을 참조하면, 종래의 연료전지 버스 시스템의 파워넷은 고출력의 충방전이 가능한 보조 에너지원으로 연료전지 스택(10)을 사용하며, 출력 파워의 부족분을 수퍼캡(20)을 이용 보충함으로써 모터링을 하게 된다. 연료전지 버스 시스템에서는 배터리-연료전지 하이브리드의 DC/DC 컨버터같이 부피가 크고 제어가 복잡한 부품이 필요없으며, 초기시동시 수퍼캡(20)을 충전하기 위해 Precharge 저항이 필요할 뿐이다.Referring to FIG. 1, the powernet of the conventional fuel cell bus system uses the fuel cell stack 10 as an auxiliary energy source capable of high power charging and discharging, and supplements a shortage of output power by using a supercap 20. Will be The fuel cell bus system eliminates the need for bulky and complex controls, such as the DC / DC converter in a battery-fuel cell hybrid, and only requires a precharge resistor to charge the supercap 20 at initial startup.

종래의 연료전지 버스 시스템의 파워넷에서의 초기 시동시 제어로직은 먼저, Relay와 Relay4를 On 시킨후 스택(10) 파워만 이용하여 모터링을 시작한다. 다음으로, Precharge쪽 Relay2를 On 시켜서 주행 중 수퍼캡(20)을 충전을 시작한다. 수퍼캡(20) 충전이 진행되어 연료전지 스택(10) 전압과 수퍼캡(20) 전압이 거의 같아질 때 Relay1을 On 시키고 Precharge쪽 Relay2를 Off시킨다.In the initial start-up of the powernet of the conventional fuel cell bus system, the control logic first turns on the Relay and the Relay4, and then starts motoring using only the stack 10 power. Next, the precharge side Relay2 is turned on to start charging the supercap 20 during driving. When the supercap 20 is charged and the fuel cell stack 10 voltage and the supercap 20 voltage are almost the same, the relay 1 is turned on and the precharge side relay 2 is turned off.

이와 같은 종래의 연료전지 버스 시스템의 파워넷에서는 슈퍼캡(20)을 충전을 위하여 상술한바와 같이 PDU(30) 블럭과 PDU(30) 블럭에 연결되는 많은 수의 릴레이가 배치되게 된다. 이러한 릴레이는 값이 매우 비싸기 때문에, 실질적으로 연료전지 버스 시스템의 파워넷 구성을 위한 생산단가가 매우 높아지는 원인 중 하나이다. 또한, 다수의 릴레이 배열을 제어하기 위하여 시스템 제어가 복잡해지는 단점이 있다.In the power net of the conventional fuel cell bus system, a large number of relays connected to the PDU 30 block and the PDU 30 block are arranged to charge the super cap 20 as described above. Since such relays are very expensive, they are one of the reasons that the production cost for the power net configuration of the fuel cell bus system is very high. In addition, there is a disadvantage in that system control becomes complicated to control a plurality of relay arrangements.

따라서, 본 발명의 목적은 전력 배분 장치 및 전력 배분 장치에 연결되는 릴레이 수를 줄여 파워넷 구성을 간단히 함으로써, 생산단가를 줄이고 그에 따른 가격경쟁력을 획득할 수 있는 연료전지 버스 시스템 및 시스템 제어 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell bus system and a system control method which can reduce the production cost and thereby obtain a cost competitiveness by simplifying the power net configuration by reducing the number of relays connected to the power distribution device and the power distribution device. It is.

또한, 본 발명의 다른 목적은 전력 배분 장치 및 전력 배분 장치에 연결되는 릴레이 수를 줄이고, 쵸퍼의 스위치를 이용하여 시스템 제어를 실시함으로써, 보다 간단한 파워넷 구성을 가지는 연료전지 버스 시스템 및 시스템 제어 방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to reduce the number of relays connected to the power distribution device and the power distribution device, and to control the system using a chopper switch, thereby providing a fuel cell bus system and a system control method having a simpler power net configuration. To provide.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 버스 시스 템은 전원을 생성하여 제공하는 연료전지 스택; 상기 전원 공급받아 모터링을 실시하는 모터 컨트롤 유닛; 상기 연료 전지 스택이 생성한 전원을 충전하여 상기 모터 컨트롤 유닛에 제공하는 슈퍼 커패시터; 상기 연료전지 스택, 상기 모터 컨트롤 유닛 및 상기 슈퍼 커패시터 사이에 배치되어 상기 연료전지 스택의 에너지를 상기 모터 컨트롤 유닛 및 상기 슈퍼 커패시터에 선택적으로 제공하기 위한 전력 배분 장치; 및 상기 모터 컨트롤 유닛과 상기 슈퍼 커패시터 사이에 배치되어 보조 브레이크 수단으로 이용되는 브레이킹 레지스터 및 쵸퍼를 포함하되, 상기 쵸퍼는 상기 연료전지 스택 및 상기 슈퍼 커패시터 사이에 병렬로 접속되는 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터 및 제 2 절연 게이트 양극성 트랜지스터를 포함하며, 상기 브레이킹 레지스터는 상기 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터 및 제 2 절연 게이트 양극성 트랜지스터 사이에 접속되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a fuel cell bus system according to an embodiment of the present invention comprises a fuel cell stack for generating and providing power; A motor control unit configured to perform motoring by receiving the power; A super capacitor charging the power generated by the fuel cell stack and providing the power to the motor control unit; A power distribution device disposed between the fuel cell stack, the motor control unit and the super capacitor to selectively provide energy of the fuel cell stack to the motor control unit and the super capacitor; And a braking resistor and a chopper disposed between the motor control unit and the super capacitor and used as an auxiliary brake means, wherein the chopper is connected in parallel between the fuel cell stack and the super capacitor. And a second insulated gate bipolar transistor, wherein the breaking resistor is connected between the first insulated gate bipolar transistor and the second insulated gate bipolar transistor.

상기 전력 배분 장치는 상기 연료전지 스택과 상기 모터 컨트롤 유닛 사이에 접속된 제 1 메인 릴레이; 및 상기 연료전지 스택과 상기 슈퍼 커패시터 사이에 접속되는 제 2 메인 릴레이;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The power distribution device includes a first main relay connected between the fuel cell stack and the motor control unit; And a second main relay connected between the fuel cell stack and the super capacitor.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 버스 시스템 제어 방법은 전원을 생성하여 제공하는 연료전지 스택, 상기 전원 공급받아 모터링을 실시하는 모터 컨트롤 유닛, 상기 연료 전지 스택이 생성한 전원을 충전하여 상기 모터 컨트롤 유닛에 제공하는 슈퍼 커패시터, 상기 연료전지 스택, 상기 모터 컨트롤 유닛 및 상기 슈퍼 커패시터 사이에 배치되어 상기 연료전지 스택의 에너지를 상기 모터 컨트롤 유닛 및 상기 슈퍼 커패시터에 선택적으로 제공하기 위한 전력 배분 장치, 상기 모터 컨 트롤 유닛과 상기 슈퍼 커패시터 사이에 배치되어 보조 브레이크 수단으로 이용되는 브레이킹 레지스터 및 쵸퍼, 상기 쵸퍼에 포함되며 상기 연료전지 스택 및 상기 슈퍼 커패시터 사이에 병렬로 접속되는 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터 및 제 2 절연 게이트 양극성 트랜지스터를 구비하고, 상기 브레이킹 레지스터는 상기 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터 및 제 2 절연 게이트 양극성 트랜지스터 사이에 접속되는 연료전지 버스 시스템 차량에 있어서, 상기 슈퍼 커패시터를 충전하는 프리챠지 모드시에 상기 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터가 턴온되어 상기 슈퍼 커패시터를 충전하는 단계; 상기 차량의 회생 제동시 상기 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터가 턴온되는 단계 또는 상기 제 2 메인 릴레이가 턴온되어 회생 제동을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A fuel cell bus system control method according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell stack that generates and provides power, a motor control unit that performs motoring by receiving the power, and charges the power generated by the fuel cell stack to supply the motor. A power distribution device disposed between a supercapacitor provided to a control unit, the fuel cell stack, the motor control unit and the supercapacitor to selectively provide energy of the fuel cell stack to the motor control unit and the supercapacitor, A braking resistor and chopper disposed between the motor control unit and the supercapacitor and used as an auxiliary brake means, a first insulated gate bipolar transistor included in the chopper and connected in parallel between the fuel cell stack and the supercapacitor; Second Insulated Gate Anode A fuel cell bus system vehicle having a transistor, wherein the breaking resistor is connected between the first insulated gate bipolar transistor and the second insulated gate bipolar transistor, wherein the first insulation is in a precharge mode for charging the supercapacitor. A gate bipolar transistor is turned on to charge the super capacitor; The regenerative braking of the vehicle may include turning on the first insulating gate bipolar transistor or turning on the second main relay to perform regenerative braking.

상기 프리챠지 모드 단계는 상기 연료전지 스택, 상기 제 1 메인 릴레이, 상기 쵸퍼 내부에 포함된 상기 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터, 상기 브레이킹 레지스터 및 상기 슈퍼 커패시터를 포함하는 루프가 형성되어, 상기 연료전지 스택에 저장된 에너지가 상기 슈퍼 커패시터를 충전하는 것을 특징으로 한다.The precharge mode may include a loop including the fuel cell stack, the first main relay, the first insulated gate bipolar transistor included in the chopper, the breaking resistor, and the super capacitor, thereby forming the fuel cell stack. And the energy stored in the charge of the supercapacitor.

상기 프리챠지 모드 단계는 상기 제 2 절연 게이트 양극성 트랜지스터는 턴-오프 되고, 상기 모터 컨트롤 유닛의 내부 절연 게이트 양극성 트랜지스터 스위치를 턴-오프 상태로 유지하는 것을 특징으로 한다.In the precharge mode step, the second insulation gate bipolar transistor is turned off, and the internal insulation gate bipolar transistor switch of the motor control unit is maintained in a turn-off state.

상기 회생 제동 단계는 상기 제 1 메인 릴레이, 상기 제 2 메인 릴레이 및 상기 제 2 절연 게이트 양극성 트랜지스터가 턴-오프 상태를 유지하고, 상기 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터가 턴-온 상태를 유지하여, 상기 모터 컨트롤 유닛 으로부터 출력된 에너지가 상기 쵸퍼 내부 턴-온되어 있는 상기 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터, 상기 브레이킹 레지스터를 통하여 회생제동량을 제어하는 것을 특징으로 한다.In the regenerative braking step, the first main relay, the second main relay, and the second insulated gate bipolar transistor maintain a turn-off state, and the first insulated gate bipolar transistor maintains a turn-on state. The regenerative braking amount is controlled through the first insulating gate bipolar transistor and the braking resistor in which energy output from the motor control unit is turned on in the chopper.

상기 회생 제동 단계는 상기 제 1 메인 릴레이가 턴-오프되고, 상기 제 2 메인 릴레이가 턴-온되며, 상기 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터 및 상기 제 2 절연 게이트 양극성 트랜지스터가 턴-오프 상태를 유지하여, 상기 슈퍼 커패시터와 상기 제 2 메인 릴레이 및 상기 모터 컨트롤 유닛을 포함하는 루프가 형성되어, 상기 슈퍼 커패시터 만으로 실시되는 것을 특징으로 한다.In the regenerative braking step, the first main relay is turned off, the second main relay is turned on, and the first insulating gate bipolar transistor and the second insulating gate bipolar transistor remain turned off. And a loop including the super capacitor, the second main relay, and the motor control unit is formed to be implemented by the super capacitor only.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 이하 첨부한 도면들을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention in addition to the above objects will become apparent from the following description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 버스 시스템의 파워넷 구성도이다.2 is a power net diagram of a fuel cell bus system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 버스 시스템의 파워넷 구성은 연료 전지 스택(110), 슈퍼 커패시터(120), 브레이킹 레지스터(190), LDC(140), 보조 배터리(130), 정션 박스 HV(150), 모터 컨트롤 유닛(MCU)(160), 파워 컨트롤 유닛(PCU)(170), 전원 배분 장치(PDU : Power Distribution Unit)(180)를 포함하여 구성된다.2, a powernet configuration of a fuel cell bus system according to an exemplary embodiment of the present invention may include a fuel cell stack 110, a super capacitor 120, a breaking resistor 190, an LDC 140, and an auxiliary battery 130. And a junction box HV 150, a motor control unit (MCU) 160, a power control unit (PCU) 170, and a power distribution unit (PDU) 180.

연료전지 스택(110)은 파워 컨트롤 유닛(170)의 제어에 따라 초기 시동시, 모터 컨트롤 유닛(160)이 모터링을 실시할 수 있도록 전력을 공급하며, 초기 시동 후에는 슈퍼 커패시터(120)를 충전시키는 역할을 수행한다.The fuel cell stack 110 supplies power for the motor control unit 160 to perform motoring at initial start-up under the control of the power control unit 170, and after the initial start-up, the supercapacitor 120 It serves to charge.

슈퍼 커패시터(120)는 900V 레벨의 하이브리드 파워소스를 모터 컨트롤 유닛(160)에 제공한다. 이 슈퍼 커패시터(120)는 연료전지 스택(110)에 의하여 충전된다.The super capacitor 120 provides a hybrid power source of 900V level to the motor control unit 160. This super capacitor 120 is charged by the fuel cell stack 110.

브레이킹 레지스터(190)는 보조 브레이크 수단을 위한 것으로, 쵸퍼(chopper)(200) 상태에 따라 슈퍼 커패시터(120)의 충전이 이루어진다. 브레이킹 레지스터(190)와 전력 배분 장치(180), 쵸퍼(200), 모터 컨트롤 유닛(160) 및 연료전지 스택(110) 간의 신호배선에 대하여 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.The braking resistor 190 is for auxiliary brake means, and the super capacitor 120 is charged according to the state of the chopper 200. Signal wiring between the braking resistor 190 and the power distribution device 180, the chopper 200, the motor control unit 160, and the fuel cell stack 110 will be described below with reference to FIG. 3.

LDC(140)는 보조 배터리(130)를 전원으로 이용하는 부품들이 차량 운행 중 계속 파워를 소모하기 때문에, 이를 충전하기 위해 보조 배터리(130)의 전력 공급을 제어하게 된다. 보조 배터리(130)가 14V 및 28V 용으로 구분되는 경우, 차량은 LDC14(Low Voltage DCDC 14) 및 LDC28(Low Voltage DCDC 28)을 구비할 수 있으며, LDC14의 기능은 350V 고전압을 14V 레벨로 낮추어 14V 보조 배터리에 공급한다. 또한, LDC28은 양방향으로 전환이 가능한 것으로 900V 레벨의 파워라인에서 900V의 전압을 28V로 다운시켜 28V 보조 배터리를 운행 중 충전하고 초기 시동시 28V 전원을 이용해 900V로 승압시켜 연료전지 스택(110)을 시동시키는 역할을 담당한다. 다시 말하며, LDC(140)는 해당 전압레벨을 가지는 보조 배터리(130)를 충전하는 역할을 수행한다. 본 발명에서는 14V와 28V 전원용 보조 배터리 및 그에 해당하는 LDC14 및 LDC28을 설명하고 있으나, 본 발명이 전압레벨에 한정되는 것은 아니다. 즉, 보조 배터리(130)가 다른 전압레벨 용으로 채택되는 경우, LDC(140)도 그에 해당하는 스펙으로 대체될 수 있다.The LDC 140 controls the power supply of the auxiliary battery 130 to charge the parts because the parts that use the auxiliary battery 130 as a power continue to consume power while driving the vehicle. When the auxiliary battery 130 is divided for 14V and 28V, the vehicle may be equipped with a low voltage DCDC 14 (LDC14) and a low voltage DCDC 28 (LDC28), and the function of the LDC14 is to lower the 350V high voltage to 14V level to 14V. Supply the spare battery. In addition, the LDC28 is bi-directionally switchable. The 900V level power line lowers the voltage of 900V to 28V to charge the 28V auxiliary battery during operation and boosts the fuel cell stack 110 by increasing the voltage to 900V using the 28V power supply at the initial start-up. It is responsible for starting. In other words, the LDC 140 charges the auxiliary battery 130 having the corresponding voltage level. In the present invention, the auxiliary batteries for the 14V and 28V power sources and the corresponding LDC14 and LDC28 are described. That is, when the auxiliary battery 130 is adopted for different voltage levels, the LDC 140 may also be replaced with the corresponding specification.

보조 배터리(130)는 LDC(140)에 의하여 충전되며, 충전된 전원을 초기 시동시 연료전지 스택(110)에 전달하여 연료 전지 스택(110)을 구동한다.The auxiliary battery 130 is charged by the LDC 140, and transfers the charged power to the fuel cell stack 110 at initial startup to drive the fuel cell stack 110.

정션 박스 HV(150)는 전원 배분 장치(180)와 LDC(140) 사이에 배치되어, 보조 배터리(130)에 전달되는 전원을 제어하고, 보조 배터리(130)에 저장된 전원을 주변 시스템에 전달하도록 제어하는 역할을 수행한다.The junction box HV 150 is disposed between the power distribution device 180 and the LDC 140 to control power delivered to the auxiliary battery 130 and to transmit power stored in the auxiliary battery 130 to the peripheral system. It plays a role of controlling.

모터 컨트롤 유닛(160)은 연료 전지 스택(110)으로부터 전원을 공급받아 모터를 시동하여 모터링을 수행하도록 하는 유닛이며, 초기 시동 이후, 연료 전지 스택(110) 및 슈퍼 커패시터(120)로부터 전원을 공급받게 된다.The motor control unit 160 is a unit that receives power from the fuel cell stack 110 to start the motor to perform motoring. After the initial startup, the motor control unit 160 supplies power from the fuel cell stack 110 and the super capacitor 120. Will be supplied.

파워 컨트롤 유닛(170)은 모터링을 위한 초기 시동 제어를 실시하는 유닛으로, 연료 전지 스택(110)을 제어하여 연료 전지 스택(110)의 전원을 모터 컨트롤 유닛(160)에 공급하도록 제어한다.The power control unit 170 is a unit that performs initial startup control for motoring, and controls the fuel cell stack 110 to supply power to the motor control unit 160 by controlling the fuel cell stack 110.

전원 배분 장치(180)는 초기 시동시 연료 전지 스택(110)에서 생성되는 전원을 모터 컨트롤 유닛(160)에 전달하고, 시동 이후, 연료 전지 스택(110)을 이용하여 슈퍼 커패시터(120)를 충전하기 위한 다수개의 릴레이로 구성된다. The power distribution device 180 transfers the power generated from the fuel cell stack 110 to the motor control unit 160 at the initial startup, and after startup, charges the supercapacitor 120 using the fuel cell stack 110. It is composed of a plurality of relays.

이하, 본 발명의 연료전지 스택(110), 전원 배분 장치(180), 쵸퍼(200), 모터 컨트롤 유닛(160) 및 브레이킹 레지스터(190) 간의 연결을 위한 릴레이 구성에 도 3을 참조하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, a relay configuration for connection between the fuel cell stack 110, the power distribution device 180, the chopper 200, the motor control unit 160, and the breaking resistor 190 of the present invention will be described with reference to FIG. 3. Shall be.

도 3은 본 발명의 슈퍼 커패시터(120)와 모터 컨트롤 유닛(160) 간에 연결되는 주변 구성만을 간략하게 나타낸 도면이다.3 is a view schematically illustrating only a peripheral configuration connected between the supercapacitor 120 and the motor control unit 160 of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 파워넷 배선은 연료전지 스 택(110), 전력 배분 장치(180), 쵸퍼(200), 브레이킹 레지스터(190), 슈퍼 커패시터(120), 모터 컨트롤 유닛(160)을 포함한다.Referring to FIG. 3, the powernet wiring according to the embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 110, a power distribution device 180, a chopper 200, a breaking resistor 190, a supercapacitor 120, and a motor control. Unit 160.

전력 배분 장치(180)는 연료전지 스택(110)과 모터 컨트롤 유닛(160) 사이에 접속된 제 1 메인 릴레이(Main Relay_H_1)와, 연료전지 스택(110)과 슈퍼 커패시터(120)에 접속되는 제 2 메인 릴레이(Main Relay_H_2)를 포함한다.The power distribution device 180 may include a first main relay (Main Relay_H_1) connected between the fuel cell stack 110 and the motor control unit 160 and a fuel cell stack 110 and a super capacitor 120. 2 Contains the main relay (Main Relay_H_2).

또한, 쵸퍼(200)는 브레이킹 레지스터(190)를 기준으로 병렬로 접속된 제 1 IGBT(Insulated Gate Bi-Polar Transistor)(IGBT1) 및 제 2 IGBT(IGBT2)를 포함하여 형성되며, 도 4에 도시된 바와 같이 연료전지 스택(110)과 슈퍼 커패시터(120) 사이에 병렬로 접속된 구조를 가진다.In addition, the chopper 200 includes a first Insulated Gate Bi-Polar Transistor (IGBT1) and a second IGBT (IGBT2) connected in parallel with respect to the braking resistor 190, and is illustrated in FIG. 4. As described above, the fuel cell stack 110 and the super capacitor 120 are connected in parallel.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 버스 시스템의 시동 제어 및 슈퍼 커패시터의 프리챠지 모드 및 리제너레이션 모드에 대해서 도 5를 참조하여 살펴보기로 한다.A start control of the fuel cell bus system and a precharge mode and a regeneration mode of a super capacitor according to an exemplary embodiment of the present invention having the above configuration will be described with reference to FIG. 5.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시동 제어시 각 모드에 따른 주변 구성의 턴-온 및 턴-오프를 나타낸 것이다.Figure 4 shows the turn-on and turn-off of the peripheral configuration according to each mode during the start control according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 프리챠지 모드에서, 제 1 메인 릴레이(Main Relay_H_1)가 턴-온 된다. 이에 따라, 연료전지 스택(110), 제 1 메인 릴레이(Main Relay_H_1), 쵸퍼(200) 내부에 포함된 제 1 IGBT(IGBT1), 브레이킹 레지스터(190) 및 슈퍼 커패시터(120)를 포함하는 루프가 형성되어, 연료전지 스택(110)에 저장된 에너지가 슈퍼 커패시터(120)를 충전하게 된다. 여기서, 제 2 IGBT(IGBT2)는 턴-오프 된다. 또한, 모터 컨트롤 유닛(160)은 내부 IGBT 스위치를 턴-오프 상태로 유지한다.Referring to FIG. 4, in the precharge mode, the first main relay Main Relay_H_1 is turned on. Accordingly, a loop including the fuel cell stack 110, the first main relay_H_1, the first IGBT (IGBT1) included in the chopper 200, the breaking resistor 190, and the super capacitor 120 may be formed. The energy stored in the fuel cell stack 110 is charged to the supercapacitor 120. Here, the second IGBT IGBT2 is turned off. In addition, the motor control unit 160 keeps the internal IGBT switch turned off.

리제너레이션 모드에서는 제 1 메인 릴레이(Main Relay_H_1), 제 2 메인 릴레이(Main Relay_H_2) 및 제 2 IGBT(IGBT2)가 턴-오프 상태를 유지하고, 제 1 IGBT(IGBT1)가 턴-온 상태를 유지한다.In the regeneration mode, the first main relay Main Relay_H_1, the second main relay Main H__2, and the second IGBT IGBT2 are turned off, and the first IGBT IGBT1 is turned on. do.

이에 따라, 모터 컨트롤 유닛(160)으로부터 출력된 에너지는 쵸퍼(200) 내부 턴-온되어 있는 제 1 IGBT(IGBT1), 브레이킹 레지스터(190)를 통하여 회생제동량을 제어하게 된다. Accordingly, the energy output from the motor control unit 160 controls the regenerative braking amount through the first IGBT (IGBT1) and the braking register 190 which are turned on in the chopper 200.

한편, 리제너레이션 모드에서는 제 1 메인 릴레이(Main Relay_H_1)가 턴-오프되고, 제 2 메인 릴레이(Main Relay_H_2)가 턴-온되며, 제 1 및 제 2 IGBT(IGBT1, IGBT2)가 턴-오프 상태를 유지한다. 이에 따라, 슈퍼 커패시터(120)와 제 2 메인 릴레이(Main Relay_H_2) 및 모터 컨트롤 유닛(160)을 포함하는 루프가 형성되어, 회생 제동은 슈퍼 커패시터(120) 만으로 실시할 수 있다.Meanwhile, in the regeneration mode, the first main relay Main Relay_H_1 is turned off, the second main relay Main Relay_H_2 is turned on, and the first and second IGBTs IGBT1 and IGBT2 are turned off. Keep it. Accordingly, a loop including the super capacitor 120, the second main relay Main Relay_H_2, and the motor control unit 160 may be formed, and regenerative braking may be performed using only the super capacitor 120.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 파워넷을 이용하여 시동 제어는 쵸퍼(200) 내부에 배치되는 IGBT 2개가 1개조 임을 이용하여 기존 전압 배분 장치 내부의 고전압 릴레이를 브레이킹 레지스터(190)에서 쵸퍼(200)로, 그리고 쵸퍼(200)에서 전압 배분 장치(180)로 연결되는 고압 라인을 삭제하여 전체적으로 부품수를 절감하여 생산 단가를 절감할 수 있다.That is, the start-up control using the power net according to the embodiment of the present invention uses the two IGBTs disposed inside the chopper 200 as one set to connect the high voltage relay inside the existing voltage distribution device to the chopper 200 at the breaking register 190. And by removing the high-voltage line from the chopper 200 to the voltage distribution device 180 can reduce the overall number of parts to reduce the production cost.

실질적으로, 도 5에 도시된 브레이킹 레지스터(190)와 쵸퍼(200)에 연결되는 커넥터와 케이블에 있어서, 기존에 고전압 커넥터 6개와 고전압 케이블 6m를 본 발명의 실시예에 따른 파워넷 구성으로 대체하는 경우, 고전압 케이블 6m는 변함이 없으나, 링 터미널을 1개만 구성하게 됨으로, 고전압 릴레이를 대폭적으로 감소시 킬 수 있게 된다.Substantially, in the connector and cable connected to the breaking resistor 190 and the chopper 200 shown in FIG. 5, when the six high voltage connectors and the high voltage cable 6m are replaced with the power net configuration according to the embodiment of the present invention. 6m high voltage cable remains unchanged, but only one ring terminal can be used, which greatly reduces the high voltage relay.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 버스 시스템 및 시스템 제어 방법은 전력 배분 장치 및 전력 배분 장치에 연결되는 릴레이 수를 줄여 파워넷 구성을 간단히 함으로써, 생산단가를 줄이고 그에 따른 가격경쟁력을 획득할 수 있다.As described above, the fuel cell bus system and the system control method according to the embodiment of the present invention by reducing the number of relays connected to the power distribution device and the power distribution device to simplify the configuration of the power net, thereby reducing the production cost and thereby the price competitiveness Can be obtained.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 버스 시스템 및 시스템 제어 방법은 전력 배분 장치 및 전력 배분 장치에 연결되는 릴레이 수를 줄이고, 쵸퍼의 스위치를 이용하여 시스템 제어를 실시함으로써, 보다 간단한 파워넷 구성을 가질 수 있다.In addition, the fuel cell bus system and system control method according to an embodiment of the present invention reduces the number of relays connected to the power distribution device and the power distribution device, and performs a system control by using a chopper switch, thereby providing a simpler power net configuration. Can have

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다. Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.

Claims (7)

전원을 생성하여 제공하는 연료전지 스택;A fuel cell stack generating and providing power; 상기 전원 공급받아 모터링을 실시하는 모터 컨트롤 유닛;A motor control unit configured to perform motoring by receiving the power; 상기 연료 전지 스택이 생성한 전원을 충전하여 상기 모터 컨트롤 유닛에 제공하는 슈퍼 커패시터;A super capacitor charging the power generated by the fuel cell stack and providing the power to the motor control unit; 상기 연료전지 스택, 상기 모터 컨트롤 유닛 및 상기 슈퍼 커패시터 사이에 배치되어 상기 연료전지 스택의 에너지를 상기 모터 컨트롤 유닛 및 상기 슈퍼 커패시터에 선택적으로 제공하기 위한 전력 배분 장치; 및A power distribution device disposed between the fuel cell stack, the motor control unit and the super capacitor to selectively provide energy of the fuel cell stack to the motor control unit and the super capacitor; And 상기 모터 컨트롤 유닛과 상기 슈퍼 커패시터 사이에 배치되어 보조 브레이크 수단으로 이용되는 브레이킹 레지스터 및 쵸퍼를 포함하되,A braking resistor and a chopper disposed between the motor control unit and the supercapacitor and used as an auxiliary brake means, 상기 쵸퍼는 상기 연료전지 스택 및 상기 슈퍼 커패시터 사이에 병렬로 접속되는 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터 및 제 2 절연 게이트 양극성 트랜지스터를 포함하며, 상기 브레이킹 레지스터는 상기 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터 및 제 2 절연 게이트 양극성 트랜지스터 사이에 접속되는 것을 특징으로 하는 연료전지 버스 시스템.The chopper includes a first insulated gate bipolar transistor and a second insulated gate bipolar transistor connected in parallel between the fuel cell stack and the supercapacitor, and the breaking resistor includes the first insulated gate bipolar transistor and a second insulated gate. A fuel cell bus system, which is connected between bipolar transistors. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전력 배분 장치는 The power distribution device 상기 연료전지 스택과 상기 모터 컨트롤 유닛 사이에 접속된 제 1 메인 릴레 이; 및A first main relay connected between the fuel cell stack and the motor control unit; And 상기 연료전지 스택과 상기 슈퍼 커패시터 사이에 접속되는 제 2 메인 릴레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 버스 시스템.And a second main relay connected between the fuel cell stack and the super capacitor. 전원을 생성하여 제공하는 연료전지 스택, 상기 전원 공급받아 모터링을 실시하는 모터 컨트롤 유닛, 상기 연료 전지 스택이 생성한 전원을 충전하여 상기 모터 컨트롤 유닛에 제공하는 슈퍼 커패시터, 상기 연료전지 스택, 상기 모터 컨트롤 유닛 및 상기 슈퍼 커패시터 사이에 배치되어 상기 연료전지 스택의 에너지를 상기 모터 컨트롤 유닛 및 상기 슈퍼 커패시터에 선택적으로 제공하기 위한 전력 배분 장치, 상기 모터 컨트롤 유닛과 상기 슈퍼 커패시터 사이에 배치되어 보조 브레이크 수단으로 이용되는 브레이킹 레지스터 및 쵸퍼, 상기 쵸퍼에 포함되며 상기 연료전지 스택 및 상기 슈퍼 커패시터 사이에 병렬로 접속되는 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터 및 제 2 절연 게이트 양극성 트랜지스터를 구비하고, 상기 브레이킹 레지스터는 상기 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터 및 제 2 절연 게이트 양극성 트랜지스터 사이에 접속되는 연료전지 버스 시스템 차량에 있어서,A fuel cell stack configured to generate and provide power, a motor control unit configured to perform the motoring by receiving the power, a super capacitor which charges the power generated by the fuel cell stack and provides the power to the motor control unit, the fuel cell stack, and A power distribution device disposed between a motor control unit and the supercapacitor to selectively provide energy of the fuel cell stack to the motor control unit and the supercapacitor, the auxiliary brake disposed between the motor control unit and the supercapacitor And a braking resistor and a chopper used as a means, a first insulated gate bipolar transistor and a second insulated gate bipolar transistor included in the chopper and connected in parallel between the fuel cell stack and the supercapacitor, wherein the braking resistor comprises: My A fuel cell bus system vehicle connected between a first insulated gate bipolar transistor and a second insulated gate bipolar transistor, 상기 슈퍼 커패시터를 충전하는 프리챠지 모드시에 상기 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터가 턴온되어 상기 슈퍼 커패시터를 충전하는 단계;Charging the super capacitor by turning on the first insulated gate bipolar transistor in the precharge mode of charging the super capacitor; 상기 차량의 회생 제동시 상기 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터가 턴온되는 단계 또는 상기 제 2 메인 릴레이가 턴온되어 회생 제동을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 버스 시스템 제어 방법.And regenerative braking by turning on the first insulating gate bipolar transistor or turning on the second main relay when regenerative braking of the vehicle is performed. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 프리챠지 모드 단계는The precharge mode step 상기 연료전지 스택, 상기 제 1 메인 릴레이, 상기 쵸퍼 내부에 포함된 상기 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터, 상기 브레이킹 레지스터 및 상기 슈퍼 커패시터를 포함하는 루프가 형성되어, 상기 연료전지 스택에 저장된 에너지가 상기 슈퍼 커패시터를 충전하는 것을 특징으로 하는 연료전지 버스 시스템 제어 방법.A loop including the fuel cell stack, the first main relay, the first insulated gate bipolar transistor included in the chopper, the braking resistor, and the super capacitor is formed so that energy stored in the fuel cell stack is superimposed. A method for controlling a fuel cell bus system, comprising charging a capacitor. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 프리챠지 모드 단계는 The precharge mode step 상기 제 2 절연 게이트 양극성 트랜지스터는 턴-오프 되고, 상기 모터 컨트롤 유닛의 내부 절연 게이트 양극성 트랜지스터 스위치를 턴-오프 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 버스 시스템 제어 방법.And the second insulated gate bipolar transistor is turned off and maintains the internal insulated gate bipolar transistor switch of the motor control unit in a turn-off state. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 회생 제동 단계는The regenerative braking step 상기 제 1 메인 릴레이, 상기 제 2 메인 릴레이 및 상기 제 2 절연 게이트 양극성 트랜지스터가 턴-오프 상태를 유지하고, 상기 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터가 턴-온 상태를 유지하여, 상기 모터 컨트롤 유닛으로부터 출력된 에너지가 상기 쵸퍼 내부 턴-온되어 있는 상기 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터, 상 기 브레이킹 레지스터를 통하여 회생제동량을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 버스 시스템 제어 방법.The first main relay, the second main relay, and the second insulated gate bipolar transistor maintain a turn-off state, and the first insulated gate bipolar transistor maintains a turn-on state, and outputs from the motor control unit. And regulating a regenerative braking amount through the first insulating gate bipolar transistor and the braking resistor in which the converted energy is turned on in the chopper. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 회생 제동 단계는The regenerative braking step 상기 제 1 메인 릴레이가 턴-오프되고, 상기 제 2 메인 릴레이가 턴-온되며, 상기 제 1 절연 게이트 양극성 트랜지스터 및 상기 제 2 절연 게이트 양극성 트랜지스터가 턴-오프 상태를 유지하여, 상기 슈퍼 커패시터와 상기 제 2 메인 릴레이 및 상기 모터 컨트롤 유닛을 포함하는 루프가 형성되어, 상기 슈퍼 커패시터 만으로 실시되는 것을 특징으로 하는 연료전지 버스 시스템 제어 방법.The first main relay is turned off, the second main relay is turned on, and the first insulated gate bipolar transistor and the second insulated gate bipolar transistor remain turned off, and the super capacitor And a loop including the second main relay and the motor control unit is formed to be implemented only by the supercapacitor.
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