KR100837905B1 - 하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어방법 - Google Patents

하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 DC/DC컨버터의 효율을 고려하여 최적의 작동 영역에서 작동하도록 연료전지 차량에 설치된 스택의 출력단에서 출력되는 전압을 승압하는 DC/DC 컨버터; 상기 DC/DC 컨버터의 출력단에 연결 설치되어 연료전지 차량을 구동 가능하게 하는 구동모터에 필요한 동력을 제공하는 배터리; 및 구동모터의 요구파워와 배터리의 충방전 파워 및 DC/DC 컨버터의 입출력 파워를 제어하여 연료전지 차량이 최적의 효율 상태에서 주행 가능하게 제어하는 하이브리드 콘트롤 유닛을 포함하여 구성되는 하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
스택, DC/DC 컨버터, HCU, MCU

Description

하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어방법{The power distribution control apparatus of the hybrid fuel cell vehicle control method}
도 1은 본 발명에 의한 하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어방법을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어방법을 도시한 순서도.
도 3은 본 발명에 의한 하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어방법에 의한 작동 상태도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
2 : 스택 10 : DC/DC 컨버터
20 : 구동모터 30 : 배터리
40 : 하이브리드 컨트롤 유닛
본 발명은 DC/DC컨버터의 효율을 고려하여 주행중 DC/DC 컨버터의 효율이 최적인 구간에서 차량이 운행되도록 상기한 DC/DC 컨버터의 입출력값을 제어하여 연 료전지 차량의 전체적인 효율을 높일 수 있는 하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지차량에는 스택에서 발생된 전원을 공급받아 상기한 연료전지 차량을 구동 가능하게 하는 구동모터와, 상기 연료전지 차량의 부족한 파워를 서포트하는 배터리가 설치된다. 또한, 상기 스택에서 발생된 전압을 차량이 필요로 하는 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터가 설치되어 MCU(모터 컨트롤 유닛)를 경유하여 구동모터에 전원을 공급하도록 구성된다.
상기와 같이 구성된 연료전지 차량은 DC/DC 컨버터의 효율을 고려하지 않고 모터링 파워와 배터리의 SOC(잔존용량)에 의해 연료전지 차량에 대한 구동이 이루어져 DC/DC 컨버터의 효율이 저하되는 문제점이 발생 되었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, DC/DC 컨버터가 최적의 작동영역에서 작동되도록 하여 연료전지 차량의 연비를 향상시킬 수 있는 하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어방법은 연료전지 차량에 설치된 스택의 출력단에서 출력되는 전압을 승압하는 DC/DC 컨버터; 상기 DC/DC 컨버터의 출력단에 연결 설치되어 연료전지 차량을 구동 가능하게 하는 구동모터에 필요한 동력을 제공하는 배터리; 및 구동모터의 요구파워와 배터리의 충방전 파워 및 DC/DC 컨버터의 입출력 파워를 제어하여 연료전지 차량이 최적의 효율 상태에서 주행 가능하게 제어하는 하이브리드 콘트롤 유닛을 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어장치를 제어하기 위해 연료전지 차량에 시동이 온(On) 되면 현재 배터리의 충전상태(SOC)를 측정하는 배터리 측정단계; 상기 배터리의 충전상태에 따라 DC/DC 컨버터의 출력파워를 제어하되 상기 배터리의 충전상태가 과충전 상태 또는 구동모터의 요구파워가 적을 경우에는 배터리를 통해 연료전지 차량에 필요한 동력을 공급하고, 상기 배터리의 충전상태가 부족할 경우에는 상기 DC/DC 컨버터의 최적효율 파워를 계산하기 위해 DC/DC 컨버터의 타켓 효율값과 현재의 DC/DC 컨버터의 효율값을 고려한 최적 효율 에러값을 계산하는 단계; 상기 DC/DC 컨버터의 최적 효율 에러값에 가변이득(Kp)를 곱 연산하여 상기 DC/DC 컨버터에서 필요로 하는 최적 효율 파워를 계산하는 단계; 및 상기와 같이 계산된 최적 효율 파워에 시간지연 필터를 적용하여 최적 효율 에러값의 급격한 변화에 의한 스택의 파손을 방지하여 DC/DC 컨버터의 최적효율 파워를 계산하여 최종 출력값을 결정하는 단계를 포함하여 구성된다.
상기 최적 효율 에러값을 계산하는 단계에서는 배터리의 충전상태가 불필요한 SOC 이상일 경우에 배터리를 통해 연료전지 차량에 필요한 동력을 공급하고, 배터리의 충전상태가 불필요한 SOC 이하일 경우에 DC/DC컨버터의 최적 효율 에러값을 계산하도록 구성된다.
상기와 같은 본 발명에 의한 하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어방법의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 1은 본 발명에 의한 하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어방법을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어방법을 도시한 순서도이며, 도 3은 본 발명에 의한 하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어방법에 의한 작동 상태도이다.
첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하면, 연료전지 차량에 설치된 스택(2)의 출력단에서 출력되는 전압을 승압하는 DC/DC 컨버터(10); 상기 DC/DC 컨버터(10)의 출력단에 연결 설치되어 연료전지 차량을 구동 가능하게 하는 구동모터(20)에 필요한 동력을 제공하는 배터리(30); 및 구동모터(20)의 요구파워와 배터리(30)의 충방전 파워 및 DC/DC 컨버터(10)의 입출력 파워를 제어하여 연료전지 차량이 최적의 효율 상태에서 주행 가능하게 제어하는 하이브리드 콘트롤 유닛을 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어장치를 제어하기 위해 연료전지 차량에 시동이 온(On) 되면 현재 배터리의 충전상태(SOC)를 측정하는 배터리 측정단계(ST100); 상기 배터리의 충전상태에 따라 DC/DC 컨버터의 출력파워를 제어하되 상기 배터리의 충전상태가 과충전 상태 또는 구동모터의 요구파워가 적을 경우에는 배터리를 통해 연료전지 차량에 필요한 동력을 공급하고, 상기 배터리의 충전상태가 부족할 경우에는 상기 DC/DC 컨버터의 최적효율 파워를 계산하기 위해 DC/DC 컨버터의 타켓 효율값과 현재의 DC/DC 컨버터의 효율값을 고려한 최적 효율 에러값을 계산하는 단계(ST200); 상기 DC/DC 컨버터의 최적 효율 에러값에 가변이득(Kp)를 곱 연산하여 상기 DC/DC 컨버터에서 필요로 하는 최적 효율 파워를 계산하는 단계(ST300); 및 상기와 같이 계산된 최적 효율 파워에 시간지연 필터를 적용하여 최적 효율 에러값의 급격한 변화에 의한 스택의 파손을 방지하여 DC/DC 컨버터의 최적효율 파워를 계산하여 최종 출력값을 결정하는 단계(ST400)를 포함하여 구성된다.
상기 최적 효율 에러값을 계산하는 단계(ST200)에서는 배터리의 충전상태가 불필요한 SOC 이상일 경우에 배터리를 통해 연료전지 차량에 필요한 동력을 공급하고, 배터리의 충전상태가 불필요한 SOC 이하일 경우에 DC/DC컨버터의 최적 효율 에러값을 계산하도록 구성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어장치 및 그 제어방법에 의한 작동 상태를 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하면, 연료전지 차량에 운전자가 탑승한 상태에서 시동이 온(On) 되면(ST2) 현재의 배터리(30)의 충전상태(SOC)가 하이브리드 콘트롤 유닛(40)에 의해 체킹된다(ST100).
상기 하이브리드 콘트롤 유닛(40)에 의해 체킹된 배터리(30)의 잔존용량(SOC)이 충전상태가 불필요한 SOC 이상이고, 구동모터(20)의 요구파워가 모터링 설정 저파워값 이하일 경우(ST6)에는 상기 배터리(30)를 통해 연료전지 차량에 필요한 동력을 공급하도록 제어되며, DC/DC컨버터(10)에서 출력되는 파워는 제로(Zero) 상태(ST8)로 출력된다.
만약, 상기 하이브리드 콘트롤 유닛(40)에 의해 체킹된 배터리(30)의 잔존용량(SOC)이 충전상태가 불필요한 SOC 이하(ST4)일 경우에는 DC/DC컨버터(10)의 최적 효율 에러값을 계산(ST200)한다. 상기한 DC/DC컨버터(10)의 최적 효율 에러값은 목 표로 하는 DC/DC컨버터(10)의 타켓 효율값에서 현재의 DC/DC컨버터(10)의 효율값을 마이너스시켜 DC/DC컨버터(10)의 최적 효율 에러값을 계산(ST200)한다.
상기한 DC/DC컨버터(10)의 효율(%) = (출력파워/입력파워)×100으로 계산된다. 상기한 출력파워는 DC/DC컨버터(10)의 출력전압과 출력전류의 곱으로 계산 되어지고, 입력파워는 DC/DC컨버터(10)의 입력전압과 입력전류의 곱으로 계산된다.
상기와 같이 계산된 최적 효율 에러값에 가변이득(Kp)을 곱 연산(ST300) 하여 상기 DC/DC컨버터(10)에서 필요로 하는 최적 효율 파워를 계산한다.
상기와 같은 상태에서 하이브리그 콘트롤 유닛(40)은 시간지연 필터를 적용하여 최적 효율 에러값의 급격한 변화에 의한 스택의 파손을 방지하여 DC/DC컨버터(10)의 최종효율 파워를 계산한다.
상기한 DC/DC컨버터(10)의 최종출력은 구동모터(20)의 요구파워와 배터리의 충방전 파워 및 DC/DC컨버터(10)의 최종효율 파워를 더한값이 되며, 상기한 상태에서 연료전지 차량의 주행이 이루어지면 상기한 DC/DC컨버터(10)가 낮은 효율 영역에서 작동시 발생되는 연비저하 및 효율이 낮은 구간에서 발생되는 열을 냉각하기 위한 냉각펌프의 작동파워를 낮게 하여 연비를 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어방법은 DC/DC컨버터가 낮은 효율 영역에서 작동시 발생 되는 연비저하 및 효율이 낮은 구간에서 발생되는 열을 냉각하기 위한 냉각펌프의 작동파워를 낮게 하여 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, DC/DC컨버터의 효율을 고려한 연료전지 차량의 운행이 가능하여 하이브리드 연료전지 차량의 연비가 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 연료전지 차량에 시동이 온(On) 되면 현재 배터리의 충전상태(SOC)를 측정하는 배터리 측정단계;
    상기 배터리의 충전상태에 따라 DC/DC 컨버터의 출력파워를 제어하되 상기 배터리의 충전상태가 과충전 상태 또는 구동모터의 요구파워가 적을 경우에는 배터리를 통해 연료전지 차량에 필요한 동력을 공급하고, 상기 배터리의 충전상태가 부족할 경우에는 상기 DC/DC 컨버터의 최적효율 파워를 계산하기 위해 DC/DC 컨버터의 타켓 효율값과 현재의 DC/DC 컨버터의 효율값을 고려한 최적 효율 에러값을 계산하는 단계;
    상기 DC/DC 컨버터의 최적 효율 에러값에 가변이득(Kp)를 곱 연산하여 상기 DC/DC 컨버터에서 필요로 하는 최적 효율 파워를 계산하는 단계; 및
    상기와 같이 계산된 최적 효율 파워에 시간지연 필터를 적용하여 최적 효율 에러값의 급격한 변화에 의한 스택의 파손을 방지하여 DC/DC 컨버터의 최적효율 파워를 계산하여 최종 출력값을 결정하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 최적 효율 에러값을 계산하는 단계에서는 배터리의 충전상태가 불필요한 SOC 이상일 경우에 배터리를 통해 연료전지 차량에 필요한 동력을 공급하고, 배 터리의 충전상태가 불필요한 SOC 이하일 경우에 DC/DC컨버터의 최적 효율 에러값을 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 연료전지 차량의 동력 분배 제어방법.
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