KR101124984B1 - Emergency operating method of fuel cell vehicle - Google Patents

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KR101124984B1
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fuel cell
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KR1020100113045A
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이남우
권상욱
박정희
이창하
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현대자동차주식회사
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Abstract

PURPOSE: An emergency driving method for fuel cell vehicle is provided to enhance control logic without system change or hardware addition, thereby configuring additional emergency driving modes. CONSTITUTION: A vehicle controller and air supply controller checks communication state with each other. When the air supply controller checks a communication disconnection state for a fixed time, the air supply controller controls a driving operation of an air supply device for supplying air to a fuel cell stack with a self-determined air flux. The vehicle controller determines an abnormal state of a fixed air flux by receiving an input of air flux detection value supplied to the fuel cell stack from an air flux sensor. The vehicle controller drives the vehicle in an emergency driving mode by operating an operating motor with a fuel cell stack output.

Description

연료전지 차량의 비상운전방법{Emergency operating method of fuel cell vehicle} Emergency operating method of fuel cell vehicle

본 발명은 연료전지 차량의 비상운전방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 제어기와 공기공급기용 제어기 간의 통신두절상태에서 시스템 셧다운(Shutdown) 없이 연료전지 스택의 출력으로 차량의 비상운전이 가능하도록 하는 연료전지 차량의 비상운전방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an emergency operation method of a fuel cell vehicle, and more particularly, to enable emergency operation of a vehicle at the output of the fuel cell stack without a system shutdown in a communication disconnection state between a vehicle controller and an air supply controller. It relates to an emergency operation method of a fuel cell vehicle.

환경친화적인 미래형 자동차의 하나인 수소 연료전지 차량에 적용되는 연료전지 시스템은, 반응가스의 전기화학 반응으로부터 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 수소공급장치, 연료전지 스택에 전기화학 반응에 필요한 산화제인 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급장치, 및 연료전지 스택의 전기화학 반응 부산물인 열을 외부로 방출시켜 연료전지 스택의 운전온도를 최적으로 제어하고 물 관리 기능을 수행하는 열 및 물 관리 시스템(TMS:Thermal Management System)을 포함하여 구성된다.A fuel cell system applied to a hydrogen fuel cell vehicle, which is one of environmentally friendly future vehicles, includes a fuel cell stack for generating electric energy from an electrochemical reaction of a reaction gas, a hydrogen supply device for supplying hydrogen as fuel to the fuel cell stack, An air supply device for supplying air containing oxygen, which is an oxidant for electrochemical reaction, to the fuel cell stack, and heat of the electrochemical reaction by-product of the fuel cell stack is released to the outside to optimally control the operating temperature of the fuel cell stack. It includes a thermal and water management system (TMS) that performs water management functions.

이러한 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량에서는 연료전지만을 차량의 동력원으로 사용하는 경우 차량을 구성하고 있는 부하 모두를 연료전지가 담당하게 되므로 연료전지의 효율이 낮은 운전영역에서 성능 저하가 발생하는 단점이 있다. In the fuel cell vehicle equipped with such a fuel cell system, when only the fuel cell is used as a power source of the vehicle, the fuel cell is in charge of all the loads constituting the vehicle, which results in a decrease in performance in a low operating area of the fuel cell. There is this.

또한 차량에 급격한 부하가 인가되는 경우 연료전지 출력 전압이 순간적으로 급강하하고 구동모터에 충분한 전력을 공급하지 못하여 차량 성능이 저하된다(화학반응에 의해 전기를 발생시키므로 급격한 부하 변동에 대해서는 연료전지에 무리가 감). In addition, when a sudden load is applied to the vehicle, the fuel cell output voltage suddenly drops and the vehicle performance is deteriorated because it cannot supply enough power to the driving motor. Fall).

또한 연료전지는 단방향성 출력 특성을 가지므로 차량 제동시 구동모터로부터 인입되는 에너지를 회수할 수 없어 차량 시스템의 효율성을 저하시키는 단점이 있다.In addition, since the fuel cell has a unidirectional output characteristic, energy input from the driving motor may not be recovered when the vehicle is braked, thereby reducing the efficiency of the vehicle system.

상기의 단점들을 보완하기 위한 방안으로 주동력원인 연료전지 외에 모터 구동에 필요한 전력을 제공하기 위한 별도 보조동력원으로 에너지 저장장치, 예컨대 충/방전 가능한 고전압 배터리 또는 슈퍼커패시터(슈퍼캡)를 탑재할 수 있다.In order to compensate for the above disadvantages, an energy storage device such as a charge / discharge high voltage battery or a supercapacitor (supercap) may be mounted as a separate auxiliary power source for providing power required for driving a motor in addition to the fuel cell as the main power source. have.

도 1과 도 2는 연료전지 차량의 구동시스템을 예시한 구성도로서, 배터리 또는 슈퍼커패시터를 탑재한 연료전지 하이브리드 차량을 도시한 것이다. 도 1은 정상운전상태를, 도 2는 종래기술에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면으로 제어기간 통신단절상태를 나타낸다.1 and 2 are diagrams illustrating a driving system of a fuel cell vehicle, and illustrates a fuel cell hybrid vehicle equipped with a battery or a supercapacitor. 1 is a normal operation state, Figure 2 is a view for explaining a problem in accordance with the prior art, the control period communication disconnection state.

도시된 바와 같이, 주동력원인 연료전지 스택(10)과, 보조동력원인 배터리(또는 슈퍼커패시터)(20)가 탑재되고, 차량의 구동원으로서 주동력원 또는 보조동력원으로부터 공급되는 전력에 의해 구동되는 구동모터(30)와, 상기 구동모터(30)를 구동 및 제어하기 위한 인버터를 포함하는 구동모터용 제어기(모터 제어기, MCU:Motor Control Unit)(31)가 탑재된다.As shown, a fuel cell stack 10 as a main power source and a battery (or supercapacitor) 20 as an auxiliary power source are mounted and driven by electric power supplied from a main power source or an auxiliary power source as a driving source of a vehicle. A drive motor controller (motor controller, MCU: Motor Control Unit) 31 is mounted that includes a motor 30 and an inverter for driving and controlling the drive motor 30.

또한 공기공급장치의 구성요소로서 연료전지 스택(10)에 반응가스인 공기를 공급하기 위한 공기공급기인 공기블로워(40)와, 상기 공기블로워(40)의 모터(이하, 블로워 모터라 약칭함)를 구동 및 제어하기 위한 인버터를 포함하는 공기공급기용 제어기(41)와, 연료전지 스택(10)에 공급되는 공기유량을 검출하는 공기유량센서(42)가 구비된다.In addition, an air blower 40, which is an air supply for supplying air, which is a reactive gas, to the fuel cell stack 10 as a component of an air supply device, and a motor of the air blower 40 (hereinafter, referred to as a blower motor) The controller 41 for an air supply including an inverter for driving and controlling the air flow, and the air flow sensor 42 for detecting the flow of air supplied to the fuel cell stack (10).

또한 연료전지 시스템 및 차량의 작동 전반을 제어하는 최상위 제어기로서 차량 제어기(50)가 구비되며, 차량 제어기(50)는 구동모터용 제어기와 일체로 구비될 수 있다.In addition, the vehicle controller 50 is provided as a top-level controller for controlling the overall operation of the fuel cell system and the vehicle, the vehicle controller 50 may be provided integrally with the controller for the drive motor.

상기 공기유량센서(42)에서 출력되는 유량 검출값 신호, 즉 공기블로워(40)에 의해 연료전지 스택(10)으로 공급되는 공기유량이 차량 제어기(50)로 입력된다.The flow rate detection value signal output from the air flow rate sensor 42, that is, the air flow rate supplied to the fuel cell stack 10 by the air blower 40 is input to the vehicle controller 50.

도 1 및 도 2에서 수소공급장치 및 열 및 물 관리 시스템(TMS)에 대해서는 도시를 생략하였고, 이와 더불어 가습장치 등 공기공급장치의 구성요소 중 일부에 대해서는 도시를 생략하였다.In FIG. 1 and FIG. 2, the illustration of the hydrogen supply device and the heat and water management system (TMS) is omitted, and some of the components of the air supply device such as the humidifier are omitted.

도시된 구성요소 중 구동모터(30) 및 블로워 모터는 연료전지 스택(10) 또는 배터리(또는 슈퍼커패시터)(20)로부터 전력을 공급받아 구동하고, 배터리(20)는 연료전지 스택(10)에서 생성된 전력과 구동모터(30)에서 생성된 회생전력을 저장하게 된다. Among the illustrated components, the driving motor 30 and the blower motor are driven by receiving power from the fuel cell stack 10 or the battery (or supercapacitor) 20, and the battery 20 is driven from the fuel cell stack 10. The generated power and the regenerative power generated by the driving motor 30 are stored.

또한 구동모터용 인버터와 공기공급기용 인버터는 구동모터(30)와 블로워 모터에 각각 3상 교류 전류를 인가하는 PWM 인버터가 될 수 있으며, PWM 인버터는 고속 스위칭이 가능한 반도체 스위치(예를 들면, IGBT)와 발전시 전류 루프를 형성하는 다이오드로 구성된 파워모듈(미도시)을 포함한다.In addition, the inverter for the drive motor and the inverter for the air supply may be a PWM inverter that applies three-phase alternating current to the driving motor 30 and the blower motor, respectively, and the PWM inverter is a semiconductor switch capable of high-speed switching (eg, IGBT). And a power module (not shown) consisting of a diode forming a current loop during power generation.

상기 PWM 인버터는 모터에 인가되는 3상 전류의 제어를 위해 반도체 스위치를 스위칭하기 위한 스위칭 펄스의 폭을 변화시키는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM)를 이용한다.The PWM inverter uses pulse width modulation (PWM) to change the width of the switching pulse for switching the semiconductor switch for controlling the three-phase current applied to the motor.

상기 구동모터(30) 및 블로워 모터의 구동시에 차량 제어기(50)가 구동모터용 제어기(31)와 공기공급기용 제어기(41)에 제어지령을 송신하고 상태를 피드백 받게 되는데, 구동모터용 인버터와 공기공급기용 인버터가 PWM 스위칭을 통해 연료전지 스택(10) 또는 배터리(또는 슈퍼캐패시터)(20)에서 공급되는 전원을 상 변환시켜 모터를 구동시킨다.When the drive motor 30 and the blower motor are driven, the vehicle controller 50 transmits a control command to the drive motor controller 31 and the air supply controller 41 and receives a status feedback. The drive motor inverter and The inverter for the air supply phase-shifts the power supplied from the fuel cell stack 10 or the battery (or supercapacitor) 20 through PWM switching to drive the motor.

즉, 각 인버터가 차량 제어기(41)에서 인가되는 제어지령에 따른 3상 전류를 생성하여 모터의 구동속도를 제어하며, 구동모터용 제어기(31)와 공기공급기용 제어기(41)는 모터의 절대각 위치 정보와 각 상 전류를 피드백 받아 인버터 제어에 사용하게 된다.That is, each inverter generates a three-phase current according to the control command applied from the vehicle controller 41 to control the driving speed of the motor, and the drive motor controller 31 and the air supply controller 41 are absolute motors. Each positional information and each phase current is fed back and used to control the inverter.

그러나, 연료전지 차량의 정상 주행 중 차량 제어기(50)와 공기공급기용 제어기(41) 간의 통신이 단절되면 공기공급기용 제어기가 제어지령을 수신받지 못하므로 공기블로워(40)를 구동할 수 있는 전원이 공급된다 하더라도 연료전지 스택(10)으로의 공기 공급을 중단하게 되며, 이로 인해 연료전지 스택은 발전을 중단하게 된다. However, if the communication between the vehicle controller 50 and the air supply controller 41 is interrupted during normal driving of the fuel cell vehicle, the air supply controller may not receive the control command, and thus the power supply capable of driving the air blower 40. Even if this is supplied, the air supply to the fuel cell stack 10 is stopped, which causes the fuel cell stack to stop generating power.

도 2를 참조하면, 차량 제어기(50)와 공기공급기용 제어기(41) 간의 통신이 단절된 상태에서 공기블로워(40)의 구동이 중지되면서 연료전지 스택(10)에 공기가 공급될 수 없음을 보여주고 있다.Referring to FIG. 2, it is shown that air cannot be supplied to the fuel cell stack 10 while driving of the air blower 40 is stopped while communication between the vehicle controller 50 and the controller 41 for the air supply is cut off. Giving.

결국, 연료전지 스택(10)의 발전이 중단되면 스택 전력으로 구동모터(30)를 구동시킬 수 없고, 배터리(20)나 슈퍼커패시터 등 에너지 저장장치가 탑재된 차량의 경우에만 잔류 에너지를 이용하여 차량을 갓길로 빼내는 등의 림프 홈(Limp Home) 모드 주행이 가능해진다.As a result, when power generation of the fuel cell stack 10 is stopped, the driving motor 30 cannot be driven by the stack power, and residual energy is used only in a vehicle equipped with an energy storage device such as a battery 20 or a supercapacitor. It is possible to travel in a limp home mode such as pulling a vehicle off the shoulder.

그러나, 잔류 에너지가 부족하거나 에너지 저장장치가 장착되지 않은 차량의 경우는 연료전지의 발전 중단(또는 셧다운)이 차량의 셧다운(Shutdown)으로 연결되어 차량 운전자가 위험한 상황에 직면할 수 있다.
However, in a vehicle that lacks residual energy or is not equipped with an energy storage device, a fuel cell stoppage (or shutdown) may lead to a shutdown of the vehicle, which may cause a vehicle driver to face a dangerous situation.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 차량 제어기와 공기공급기용 제어기 간의 통신두절상태에서도 공기공급기용 제어기나 인버터의 고장 상황이 아니라면 연료전지의 셧다운 없이 제한된 스택 출력으로 차량의 비상운전이 가능하도록 하여 운전자의 안전이 확보될 수 있도록 하는 연료전지 차량의 비상운전방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been invented to solve the above problems, and even when the communication between the vehicle controller and the air supply controller is lost, the vehicle is limited to the stack output without shutting down the fuel cell unless the air supply controller or the inverter has failed. It is an object of the present invention to provide an emergency operation method of a fuel cell vehicle that enables the emergency operation of the driver to ensure the safety of the driver.

또한 본 발명은 시스템의 변경이나 하드웨어의 추가 없이 제어 로직의 개선만으로 에너지 저장장치의 전력을 이용하는 비상운전 모드 외에 추가적인 차량의 비상운전 모드를 구현할 수 있는 연료전지 차량의 비상운전방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Another object of the present invention is to provide an emergency driving method of a fuel cell vehicle capable of implementing an emergency driving mode of an additional vehicle in addition to an emergency driving mode using power of an energy storage device without improving a system or adding hardware. There is this.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 차량 제어기와 공기공급기용 제어기가 상호 간의 통신상태를 확인하는 단계와; 일정 시간 동안 통신단절상태로 확인되면, 공기공급기용 제어기가 자체 설정된 유량으로 연료전지 스택에 공기가 공급되도록 공기공급기의 구동을 제어하는 단계와; 이어 차량 제어기가 공기유량센서로부터 연료전지 스택에 공급되는 공기의 유량 검출값을 입력받아 설정된 공기유량 이상인지를 판단하는 단계와; 설정된 공기유량 이상이면, 차량 제어기가 연료전지 스택의 출력으로 구동모터를 구동시켜 차량을 비상운전 모드로 주행시키는 단계;를 포함하는 연료전지 차량의 비상운전방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes the steps of checking the communication state between the vehicle controller and the controller for the air supply; If the communication is disconnected for a predetermined time, controlling the operation of the air supply such that the air supply controller supplies air to the fuel cell stack at a set flow rate; Next, the vehicle controller receives the flow rate detection value of the air supplied to the fuel cell stack from the air flow rate sensor to determine whether the set air flow rate or more; When the air flow rate is greater than or equal to, the vehicle controller drives the driving motor to the output of the fuel cell stack to drive the vehicle in the emergency operation mode; provides an emergency operation method for a fuel cell vehicle comprising a.

여기서, 상기 공기공급기가 공기블로워이고, 상기 공기공급기용 제어기에는 공기블로워에 의해 상기 자체 설정된 유량으로 공기 공급이 이루질 수 있도록 공기블로워의 회전속도가 미리 설정, 입력되며, 상기 공기공급기용 제어기가 통신단절상태를 확인하면, 상기 설정된 회전속도로 공기블로워의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.Here, the air supply is an air blower, the rotational speed of the air blower is preset and input to the air supply controller to the air supply at the set flow rate by the air blower, the controller for the air supply is When the communication disconnection state is confirmed, the air blower is controlled at the set rotation speed.

또한 상기 차량 제어기가 공기유량센서의 유량 검출값이 상기 설정된 공기유량 미만인 것으로 판단하게 되면, 공기공급기용 제어기 또는 공기공급기용 인버터의 고장으로 판정하여, 에너지 저장장치에 저장된 전력으로 구동모터를 구동시켜 차량을 비상운전 모드로 주행시키는 것을 특징으로 한다.In addition, when the vehicle controller determines that the flow rate detection value of the air flow sensor is less than the set air flow rate, it is determined that the controller for the air supply or the inverter for the air supply is faulty, and the driving motor is driven by the power stored in the energy storage device. Characterized in that the vehicle is driven in the emergency operation mode.

또한 상기 차량 제어기는 비상운전 모드시 경고수단을 작동시켜 운전자에게 알려주는 것을 특징으로 한다.In addition, the vehicle controller is characterized in that to inform the driver by operating the warning means in the emergency operation mode.

또한 상기 차량 제어기는 공기유량센서의 유량 검출값이 설정된 유량 이상인 경우 제어기 간의 통신단절 상태로, 공기유량센서의 유량 검출값이 설정된 유량 미만인 경우 공기공급기용 제어기 또는 공기공급기용 인버터의 고장 상태로 판단하여, 각 상태가 구분될 수 있도록 경고수단을 구분 동작시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the vehicle controller determines that the communication between the controllers is disconnected when the flow rate detection value of the air flow rate sensor is greater than or equal to the set flow rate, and that the controller state for the air supply controller or the inverter for the air supply is determined to be broken when the flow rate detection value of the air flow rate sensor is less than the set flow rate. It is characterized in that to operate the warning means so that each state can be distinguished.

또한 상기 비상운전 모드로 진입 후 차량 제어기와 공기공급기용 제어기 간의 통신이 재개되면 비상운전 모드를 해제하는 것을 특징으로 한다.
In addition, if the communication between the vehicle controller and the controller for the air supply is resumed after entering the emergency operation mode, characterized in that to release the emergency operation mode.

이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 차량의 비상운전방법에 의하면, 차량 제어기와 공기공급기용 제어기 간의 통신두절상태에서도 공기공급기용 제어기나 인버터의 고장 상황이 아니라면 셧다운 없이 제한된 스택 출력으로 차량의 운전이 가능하도록 하여 운전자의 안전이 확보될 수 있도록 하는 효과가 있다.Accordingly, according to the emergency operation method of the fuel cell vehicle according to the present invention, even if the communication between the vehicle controller and the air supply controller is not in operation, the operation of the vehicle is limited to the stack output without shutdown unless the air supply controller or the inverter has failed. It is possible to secure the driver's safety by making it possible.

또한 본 발명은 시스템의 변경이나 하드웨어의 추가 없이 제어 로직의 개선만으로 에너지 저장장치의 전력을 이용하는 비상운전 모드 외에 추가적인 차량의 비상운전 모드를 구현할 수 있게 된다.In addition, the present invention can implement the emergency driving mode of the vehicle in addition to the emergency driving mode using the power of the energy storage device only by improving the control logic without changing the system or adding hardware.

특히, 통신두절상태에서 시스템을 셧다운 시키거나 에너지 저장장치의 전력을 이용하는 것이 아닌 스택 출력으로 차량을 비상운전시키는 모드가 추가됨으로써 에너지 저장장치가 탑재되지 않거나 에너지 저장장치의 잔류 에너지가 소모된 상황에서도 차량을 안전한 곳으로 이동시킬 수 있게 된다.
In particular, an additional mode of emergency operation of the vehicle at the stack output, rather than shutting down the system or using the power of the energy storage device in case of communication loss, has been added even when the energy storage device is not mounted or the energy remaining in the energy storage device is consumed. The vehicle can be moved to a safe place.

도 1과 도 2는 일반적인 연료전지 차량의 구동시스템을 예시한 구성도로서, 도 1은 정상운전상태를, 도 2는 차량 제어기와 공기공급기용 제어기 간의 통신단절상태를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 차량의 비상운전방법을 설명하기 위한 시스템 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 비상운전방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명에서 제어기 간 통신단절로 인한 비상운전 모드 수행시 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에서 공기공급기용 제어기 또는 인버터의 고장이 발생한 상태를 예시한 도면이다.1 and 2 are diagrams illustrating a driving system of a general fuel cell vehicle, in which FIG. 1 shows a normal driving state, and FIG. 2 shows a communication disconnection state between a vehicle controller and an air supply controller.
3 is a system configuration for explaining an emergency operation method of a fuel cell vehicle according to the present invention.
4 is a flowchart illustrating an emergency driving method of a fuel cell vehicle according to the present invention.
5 is a view showing a state when performing the emergency operation mode due to communication disconnection between the controller in the present invention.
6 is a view illustrating a state in which a failure of the controller or inverter for the air supply in the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains.

도 3은 본 발명에 따른 연료전지 차량의 비상운전방법이 적용되는 연료전지 차량의 구동시스템을 도시한 구성도로서, 차량 제어기(50)와 공기공급기용 제어기(41) 간의 통신단절상태에서 공기공급기용 제어기(41)가 자체 설정된 공기유량이 공급되도록 공기공급기(40)의 구동을 제어하는 상태를 보여주는 도면이다.3 is a block diagram showing a driving system of a fuel cell vehicle to which an emergency driving method of a fuel cell vehicle according to the present invention is applied, and supplying air in a communication disconnected state between the vehicle controller 50 and the air supply controller 41. It is a figure which shows the state which the controller 41 controls the drive of the air supply 40 so that the air flow volume which set itself may be supplied.

도시된 바와 같이, 본 발명에서는 시스템의 변경이나 하드웨어의 추가 없이 제어 로직의 개선만으로 추가적인 차량의 비상운전 모드(림프 홈 모드)를 구현하게 된다.As shown, the present invention implements an additional vehicle emergency driving mode (lymph home mode) only by improving the control logic without changing the system or adding hardware.

특히, 본 발명에서는 차량 제어기(50)와 공기공급기용 제어기(41) 간에 통신단절의 문제가 발생한 경우에도 공기공급기용 제어기(41) 자체에 문제가 없다면 제한된 연료전지 스택(10)의 출력으로라도 차량의 운전이 가능하도록 하여 운전자의 안전을 확보하는 것에 주안점이 있다. In particular, in the present invention, even if a problem of communication disconnection occurs between the vehicle controller 50 and the controller 41 for the air supply, if there is no problem in the controller 41 for the air supply itself, the vehicle is limited to the output of the fuel cell stack 10. The main focus is to ensure the driver's safety by enabling the operation of.

도 4는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 비상운전방법을 나타내는 순서도로서, 이를 참조하여 본 발명에 따른 비상운전방법을 상세히 설명하기로 한다.4 is a flowchart illustrating an emergency driving method of a fuel cell vehicle according to the present invention, with reference to this will be described in detail the emergency driving method according to the present invention.

먼저, 연료전지 운전 중 실시간으로 차량 제어기(50)와 공기공급기용 제어기(41) 간의 통신상태를 상시 확인하게 되는데, 만약 차량 제어기(50)와 공기공급기용 제어기(41) 간의 통신에 문제가 있는 경우, 즉 제어기 간의 통신이 단절된 상태인 경우, 공기공급기용 제어기(41)는 일정 시간 동안 차량 제어기(50)와의 통신 재개를 기다린다. First, the communication state between the vehicle controller 50 and the air supply controller 41 is always checked in real time during fuel cell operation. If there is a problem in the communication between the vehicle controller 50 and the air supply controller 41, In the case where the communication between the controllers is disconnected, the controller 41 for the air supply waits for resumption of communication with the vehicle controller 50 for a predetermined time.

만약, 일정 대기 시간 내에 통신 재개가 이루어지면, 제어기 간의 통신 상태에 이상이 없는 것이므로 정상운전 모드로 공기공급기(공기블로워)(40)가 구동 제어되고, 이에 공기공급장치와 수소공급장치에 의해 정상적으로 반응가스(공기와 수소)가 공급되면서 연료전지 스택(10)의 정상적인 발전 작동과 차량 구동(구동모터의 구동)이 이루어진다.If the communication is resumed within a certain waiting time, since there is no problem in the communication state between the controllers, the air supply (air blower) 40 is driven and controlled in the normal operation mode, and thus the air supply device and the hydrogen supply device normally operate. As the reaction gas (air and hydrogen) is supplied, normal power generation operation of the fuel cell stack 10 and vehicle driving (drive motor driving) are performed.

반면, 일정 대기 시간 동안에도 통신이 재개되지 않을 경우에는 공기공급기용 제어기(41)는 자체 설정된 유량의 공기가 연료전지 스택(10)에 공급되도록 공기공급기(40)의 구동을 제어한다. On the other hand, when communication is not resumed even during a predetermined waiting time, the controller 41 for the air supply controls the driving of the air supply 40 so that air of a set flow rate is supplied to the fuel cell stack 10.

이때, 공기공급기용 제어기(41)는 미리 설정된 공기유량이 연료전지 스택(10)에 공급되도록 공기공급기(40)를 비상 구동시키는데, 공기공급기(40), 예컨대 공기블로워에 의해 특정 공기유량이 연료전지 스택(10)에 공급될 수 있도록 공기공급기용 제어기(41) 자체에 공기블로워(40)를 비상 구동시키기 위한 일정 회전속도(rpm)가 미리 설정, 입력될 수 있다.At this time, the controller 41 for the air supply emergencyly drives the air supply 40 such that a predetermined air flow rate is supplied to the fuel cell stack 10. The air supply 40, for example, a specific air flow rate by the air blower A predetermined rotation speed (rpm) for emergency driving the air blower 40 to the air supply controller 41 itself may be preset and input to be supplied to the battery stack 10.

이에 일정 대기 시간 동안 통신 재개가 이루어지지 않을 경우 공기공급기용 제어기(41)가 미리 설정된 회전속도로 공기블로워(40)를 비상 구동시켜 연료전지 스택(10)에 정해진 공기유량이 공급되도록 한다. When the communication is not resumed for a predetermined waiting time, the air supply controller 41 emergencyly drives the air blower 40 at a predetermined rotational speed so that a predetermined air flow rate is supplied to the fuel cell stack 10.

이때, 공기유량센서(42)에서는 공기블로워(40)의 비상 구동에 의해 실제 연료전지 스택(10)으로 공급되는 공기의 유량이 검출되는데, 공기유량센서(42)에서 출력되는 유량 검출값 신호, 즉 공기블로워(40)의 비상 구동에 따른 공기유량신호가 차량 제어기(50)로 전송되어 입력된다. At this time, the air flow rate sensor 42 detects the flow rate of air actually supplied to the fuel cell stack 10 by the emergency driving of the air blower 40. The flow rate detection value signal output from the air flow rate sensor 42, That is, the air flow rate signal according to the emergency driving of the air blower 40 is transmitted to the vehicle controller 50 and input.

또한 차량 제어기(50) 역시 공기공급기용 제어기(41)와의 통신이 단절되었을 경우 일정 대기 시간 동안 통신 재개를 기다리며, 만약 통신이 재개되지 않는 상태라면 공기유량센서(42)에서 출력되는 유량 검출값 신호로부터 공기블로워(40) 비상 구동시의 공기유량 이상이 연료전지 스택(10)에 공급되는지를 확인하게 된다. In addition, the vehicle controller 50 also waits for resumption of communication for a predetermined waiting time when communication with the air supply controller 41 is interrupted, and if the communication is not resumed, the flow rate detection value signal output from the air flow sensor 42. From the air blower 40, it is confirmed whether or not the air flow rate at the time of emergency driving is supplied to the fuel cell stack 10.

여기서, 공기블로워(40) 비상 구동시의 공기유량 이상으로 연료전지 스택(10)에 공기가 공급되는 것이 확인되면, 공기공급기용 제어기(41)/인버터에 의해 공기블로워(40)가 비상 구동되어 공기가 연료전지 스택(10)에 공급되는 상태이므로, 차량 제어기(50)는 공기공급기용 제어기(41) 및 인버터에 대해서는 고장 상황이 아닌 정상 동작하는 상태로 판정하게 된다.Here, when it is confirmed that the air is supplied to the fuel cell stack 10 above the air flow rate during the air blower 40 emergency driving, the air blower 40 is emergency driven by the controller 41 / inverter for the air supply. Since the air is supplied to the fuel cell stack 10, the vehicle controller 50 determines that the air supply controller 41 and the inverter are in a normal operating state rather than a failure condition.

따라서, 공기공급기용 제어기(41) 및 인버터가 정상 동작하는 상태에서 통신 단절로 인해 공기공급기용 제어기(41)가 비상운전 모드로 진입한 것임을 판단하여 차량 제어기(50) 역시 비상운전 모드로 진입하게 되며, 이후 차량의 비상운전(림프 홈 모드 운전)을 수행한다(비상운전 모드1).Therefore, it is determined that the air supply controller 41 enters the emergency operation mode due to the communication disconnection in the state in which the air supply controller 41 and the inverter operate normally, and the vehicle controller 50 also enters the emergency operation mode. Then, the vehicle performs emergency operation (lymph home mode operation) (emergency operation mode 1).

즉, 연료전지 스택(10)으로의 수소 공급이 유지된 상태에서, 공기블로워(40)의 비상 구동으로 공기가 공급되고 있는 상황(연료전지의 발전 상태는 유지)이므로, 차량 제어기(50)는 림프 홈 주행이 가능한 수준으로 연료전지 스택(10)의 출력을 제한하면서 연료전지 스택(10)의 제한된 출력으로 구동모터(30)를 비상 구동시켜 차량을 갓길로 빼내는 등의 림프 홈 주행이 이루어지도록 한다. That is, since the air is being supplied by the emergency drive of the air blower 40 while the hydrogen supply to the fuel cell stack 10 is maintained (the power generation state of the fuel cell is maintained), the vehicle controller 50 Lymph groove driving such as driving the motor 30 to emergency driving with limited output of the fuel cell stack 10 while limiting the output of the fuel cell stack 10 to the level at which the lymph groove driving is possible, is performed. do.

이 경우, 차량이 림프 홈 주행이 이루어지는 상황이므로, 차량 제어기(50)는 운전석 클러스터의 경고등이나 음성출력이 가능한 장치 등의 차량 내 경고수단(60)을 동작시켜, 비상운전 모드로 진입한 상태, 및 차량이 비상운전 상태로 주행하고 있음을 사용자에게 경고한다.In this case, since the vehicle travels to the limp home, the vehicle controller 50 operates in-vehicle warning means 60 such as a warning light of a driver's seat cluster or a device capable of sound output, and enters the emergency driving mode. And alert the user that the vehicle is traveling in an emergency driving state.

또한 비상운전 중에 제어기 간의 통신이 재개되는 경우라면 차량 제어기(50)는 비상운전 모드를 해제하여 다시 정상운전 모드로 천이할 수도 있으며, 이 경우에도 차량 제어기(50)가 정상운전 모드가 됨을 경고수단(60)을 통해 운전자에게 알려줄 수 있다. In addition, when communication between the controllers is resumed during emergency driving, the vehicle controller 50 may release the emergency driving mode and transition back to the normal driving mode. In this case, the vehicle controller 50 is in the normal driving mode. 60 may be informed to the driver.

그러나, 제어기 간의 통신이 재개되지 않으면서 연료전지 스택(10)에 공급되는 공기의 유량이 공기공급기(40) 비상 구동시의 유량 미만이라면, 공기공급기용 제어기(41)나 인버터에 고장이 발생한 것으로 판단하여 연료전지 시스템을 셧다운 시킨다. However, if the flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 10 is less than the flow rate at the time of emergency supply of the air supply 40 without the communication between the controllers being resumed, a failure has occurred in the controller 41 or the inverter for the air supply. Judgment shuts down the fuel cell system.

이 경우에도 차량 제어기(50)는 경고수단(60)을 동작시켜 공기공급기용 제어기(41)나 인버터의 고장으로 인해 연료전지 시스템이 셧다운 되었음을 사용자에게 경고하게 되며, 연료전지 시스템이 셧다운 된 경우라 하더라도 에너지 저장장치(20), 즉 배터리 또는 슈퍼커패시터가 장착된 차량인 경우에는 이에 저장된 잔류 에너지를 이용하여 구동모터(30)를 구동시킴으로써 차량이 비상운전(림프 홈 모드 운전) 상태로 주행하도록 한다(비상운전 모드2).Even in this case, the vehicle controller 50 operates the warning means 60 to warn the user that the fuel cell system is shut down due to a failure of the controller 41 or the inverter for the air supply, and the fuel cell system is shut down. Even if the energy storage device 20, that is, a vehicle equipped with a battery or a supercapacitor, the driving motor 30 is driven by using the residual energy stored therein to drive the vehicle in an emergency driving (lymph home mode driving) state. (Emergency operation mode 2).

만약, 에너지 저장장치(20) 없이 연료전지 스택(10)만을 동력원으로 사용하는 연료전지 차량의 경우에는 이 상황에서 불가피하게 차량이 셧다운 된다. In the case of a fuel cell vehicle using only the fuel cell stack 10 as a power source without the energy storage device 20, the vehicle is inevitably shut down in this situation.

상기와 같은 비상운전시의 제어 과정에서, 제어기 간의 통신단절시 연료전지 스택(10)에 공급되도록 설정된 공기유량, 또는 그 공기유량으로 공기가 공급될 수 있게 설정된 공기블로워(40)의 비상 구동시 회전속도(rpm)는 실제 차량 구동에 필요한 요구량보다 많을 수 있으며, 이 경우는 공기블로워(40)에 의해 건조 공기의 공급 유량이 증가하게 되므로 연료전지 스택(10)이 건조해질 수 있다. In the control process during the emergency operation as described above, during the emergency operation of the air blower 40 set to supply air to the air flow rate, or the air flow rate is set to be supplied to the fuel cell stack 10 when the communication between the controller is disconnected The rotational speed (rpm) may be larger than the actual amount required for driving the vehicle. In this case, since the supply flow rate of the dry air is increased by the air blower 40, the fuel cell stack 10 may be dried.

따라서, 설정되는 회전속도를 높여 연료전지 스택(10)으로부터 출력을 많이 뽑도록 할 수도 있으나, 출력은 줄이더라도 건조를 막는 적절한 회전속도가 선정되어 적용될 수 있다.Therefore, although the output speed may be increased to extract a lot of output from the fuel cell stack 10, the proper rotation speed to prevent drying may be selected and applied even if the output is reduced.

또한 차량 제어기(50)가 제어기 간의 통신단절 상태와, 공기공급기용 제어기(41) 또는 인버터의 고장 상태를 구분하여 판단할 수 있으므로, 제어기(50)가 경고수단(60)을 통해 두 상황을 구분하여 경고하는 것이 가능하다.In addition, since the vehicle controller 50 may determine the communication disconnection state between the controller and the failure state of the controller 41 or the inverter for the air supply, the controller 50 distinguishes the two situations through the warning means 60. It is possible to warn by.

즉, 상기 차량 제어기(50)가 공기유량센서(42)의 유량 검출값이 설정 유량 이상인 경우 제어기 간의 통신단절 상태로, 공기유량센서(42)의 유량 검출값이 설정 유량 미만인 경우 공기공급기용 제어기(41) 또는 인버터의 고장 상태로 판단하여, 각 상황이 구분될 수 있도록 경고수단(60)을 동작시킬 수 있는 바, 이 경우 경고수단(60)의 동작을 통해 운전자나 정비시 작업자가 두 상황을 구분하여 알 수 있게 된다.That is, when the flow rate detection value of the air flow sensor 42 is greater than or equal to the set flow rate, the vehicle controller 50 disconnects communication between the controllers. When the flow rate detection value of the air flow sensor 42 is less than the set flow rate, the controller for the air supply (41) or by determining the failure state of the inverter, it is possible to operate the warning means 60 so that each situation can be distinguished, in this case the operator or the operator at the time of maintenance through the operation of the warning means 60 You can know by separating.

도 5는 제어기 간 통신단절로 인한 비상운전 모드 수행시 상태를 나타내는 도면으로서, 통신 에러가 발생한 시점에서 공기공급기용 제어기(41)가 자체 설정된 회전속도로 공기블로워(40)를 비상 구동(자체 설정된 공기유량으로 공기공급기를 비상 구동)시키는 비상운전(공기공급기용 제어기의 비상운전 시작 시점에서)이 개시된 뒤, 차량 제어기(50)가 연료전지 스택(10)의 출력을 제한하면서 차량을 림프 홈 모드로 주행시키는 차량 제어기(50)의 비상운전 상태가 개시됨을 보여주고 있다.5 is a view showing the state when performing the emergency operation mode due to the communication disconnection between the controller, the air supply controller 41 at the time of the communication error occurs the air blower 40 at the set rotation speed of its own emergency (self-set After the emergency operation (at the start of the emergency operation of the controller for the air supply) is started to emergencyly drive the air supply with the air flow rate, the vehicle controller 50 may limit the output of the fuel cell stack 10 to operate the vehicle in the limp home mode. It is shown that the emergency driving state of the vehicle controller 50 for driving in the road is started.

또한 공기공급기용 제어기(41)가 비상운전 모드로 진입한 상태에서 공기블로워(40)의 회전속도를 미리 설정된 회전속도로 일정하게 제어(공기블로워를 비상 구동시킴)하므로, 공기공급기용 제어기(41)의 비상운전이 개시되는 시점에서 연료전지 스택(10)에 공급되는 공기유량이 회전속도에 상응하는 수준으로 일정하게 제어됨을 볼 수 있다.In addition, since the controller 41 for the air supply enters the emergency operation mode, the rotation speed of the air blower 40 is constantly controlled at a preset rotation speed (the air blower is driven in an emergency), so that the controller for the air supply 41 It can be seen that the air flow rate supplied to the fuel cell stack 10 is constantly controlled at a level corresponding to the rotational speed at the time when the emergency operation of the vehicle is started.

또한 차량 제어기(50)의 비상운전이 개시되는 시점에서 연료전지 스택(10)의 출력이 제한됨을 볼 수 있으며, 비상운전이 개시되는 시점에서 차량 제어기(50)는 경고수단(60)을 동작시켜 운전자에게 비상운전 상황임을 경고하게 된다.In addition, it can be seen that the output of the fuel cell stack 10 is limited at the time when the emergency operation of the vehicle controller 50 is started, and the vehicle controller 50 operates the warning means 60 at the time when the emergency operation is started. The driver will be warned of an emergency operation.

도 6은 공기공급기용 제어기(41) 또는 인버터의 고장이 발생한 상태를 예시한 것으로, 차량 제어기(50)는 공기공급기용 제어기(41)와의 통신이 불가한 상태임을 확인한 뒤 공기블로워(40)에 의해 비상 구동시로 설정된 회전속도(유량)에 상응하는 공기의 공급이 이루어지지 않고 있는 상황을 확인하여, 공기공급기용 제어기(41) 또는 인버터가 고장 상태인 것으로 최종 판정하게 된다.6 illustrates a state where a failure of the controller 41 for the air supply or the inverter occurs, and the vehicle controller 50 confirms that the communication with the controller 41 for the air supply is impossible and then connects the air blower 40 to the air blower 40. By checking the situation in which the air supply corresponding to the rotational speed (flow rate) set at the time of emergency drive is not made | formed, it is finally determined that the air supply controller 41 or an inverter is in a failure state.

이 경우, 배터리나 슈퍼커패시터 등 에너지 저장장치(20)가 탑재된 경우라면 에너지 저장장치에 저장된 전력을 사용하여 구동모터(30)를 구동시킴으로써 차량을 비상운전시키나, 에너지 저장장치(20)가 장착되지 않은 차량에서는 차량 제어기(50)가 셧다운 됨과 동시에 경고수단(60)을 동작시켜 운전자에게 공기공급기용 제어기(41) 또는 인버터의 고장을 알려주게 된다.In this case, when the energy storage device 20 such as a battery or a supercapacitor is mounted, the vehicle is emergencyly driven by driving the driving motor 30 using the power stored in the energy storage device, but the energy storage device 20 is mounted. In the vehicle not being shut down, the vehicle controller 50 is shut down and the warning means 60 is operated to inform the driver of the failure of the controller 41 or the inverter for the air supply.

이와 같이 하여, 본 발명에서는 차량 제어기(50)와 공기공급기용 제어기(41) 간의 통신두절상태에서도 공기공급기용 제어기(41)나 인버터의 고장 상황이 아니라면 셧다운 없이 제한된 전력으로 차량의 운전이 가능하도록 하는 바, 운전자의 안전을 확보할 수 있게 된다.Thus, in the present invention, even if the communication between the vehicle controller 50 and the air supply controller 41 is disconnected, the vehicle can be operated with limited power without shutting down unless the air supply controller 41 or the inverter is in a fault condition. As a result, the driver's safety can be secured.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는 바, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
The embodiments of the present invention have been described in detail above, but the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are provided. Also included in the scope of the present invention.

10 : 연료전지 스택
20 : 배터리(또는 슈퍼커패시터)(에너지 저장장치)
30 : 구동모터 31 : 구동모터용 제어기/인버터
40 : 공기블로워(공기공급기) 41 : 공기공급기용 제어기
42 : 공기유량센서 50 : 차량 제어기10: fuel cell stack
20: battery (or supercapacitor) (energy storage device)
30: drive motor 31: drive motor controller / inverter
40: air blower (air supply) 41: air supply controller
42: air flow sensor 50: vehicle controller

Claims (6)

차량 제어기와 공기공급기용 제어기가 상호 간의 통신상태를 확인하는 단계와;
일정 시간 동안 통신단절상태로 확인되면, 공기공급기용 제어기가 자체 설정된 유량으로 연료전지 스택에 공기가 공급되도록 공기공급기의 구동을 제어하는 단계와;
이어 차량 제어기가 공기유량센서로부터 연료전지 스택에 공급되는 공기의 유량 검출값을 입력받아 설정된 공기유량 이상인지를 판단하는 단계와;
설정된 공기유량 이상이면, 차량 제어기가 연료전지 스택의 출력으로 구동모터를 구동시켜 차량을 비상운전 모드로 주행시키는 단계;
를 포함하는 연료전지 차량의 비상운전방법.
Confirming a communication state between the vehicle controller and the air supply controller;
If the communication is disconnected for a predetermined time, controlling the operation of the air supply such that the air supply controller supplies air to the fuel cell stack at a set flow rate;
Next, the vehicle controller receives the flow rate detection value of the air supplied to the fuel cell stack from the air flow rate sensor to determine whether the set air flow rate or more;
Driving the vehicle in an emergency driving mode by driving the driving motor to the output of the fuel cell stack when the air flow rate is equal to or greater than the set air flow rate;
Emergency operation method of a fuel cell vehicle comprising a.
청구항 1에 있어서,
상기 공기공급기가 공기블로워이고,
상기 공기공급기용 제어기에는 공기블로워에 의해 상기 자체 설정된 유량으로 공기 공급이 이루질 수 있도록 공기블로워의 회전속도가 미리 설정, 입력되며,
상기 공기공급기용 제어기가 통신단절상태를 확인하면, 상기 설정된 회전속도로 공기블로워의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 비상운전방법.
The method according to claim 1,
The air supply is an air blower,
The rotation speed of the air blower is preset and input to the controller for the air supply so that the air is supplied at the set flow rate by the air blower.
And when the controller for the air supply checks the communication disconnection state, controls the driving of the air blower at the set rotation speed.
청구항 1에 있어서,
상기 차량 제어기가 공기유량센서의 유량 검출값이 상기 설정된 공기유량 미만인 것으로 판단하게 되면, 공기공급기용 제어기 또는 공기공급기용 인버터의 고장으로 판정하여, 에너지 저장장치에 저장된 전력으로 구동모터를 구동시켜 차량을 비상운전 모드로 주행시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 비상운전방법.
The method according to claim 1,
If the vehicle controller determines that the flow rate detection value of the air flow rate sensor is less than the set air flow rate, it is determined that the controller for the air supply or the inverter for the air supply is faulty, and the driving motor is driven by the power stored in the energy storage device. Emergency driving method of a fuel cell vehicle, characterized in that for driving in the emergency operation mode.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 차량 제어기는 비상운전 모드시 경고수단을 작동시켜 운전자에게 알려주는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 비상운전방법.
The method according to claim 1 or 3,
The vehicle controller is an emergency driving method for a fuel cell vehicle, characterized in that to inform the driver by operating the warning means in the emergency operation mode.
청구항 4에 있어서,
상기 차량 제어기는 공기유량센서의 유량 검출값이 설정된 유량 이상인 경우 제어기 간의 통신단절 상태로, 공기유량센서의 유량 검출값이 설정된 유량 미만인 경우 공기공급기용 제어기 또는 공기공급기용 인버터의 고장 상태로 판단하여, 각 상태가 구분될 수 있도록 경고수단을 구분 동작시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 비상운전방법.
The method of claim 4,
If the flow rate detection value of the air flow rate sensor is more than the set flow rate, the vehicle controller determines that the communication is disconnected between the controllers. If the flow rate detection value of the air flow rate sensor is less than the set flow rate, the vehicle controller determines that the controller for the air supply or the inverter for the air supply Emergency operation method of a fuel cell vehicle, characterized in that to operate the warning means to distinguish each state.
청구항 1에 있어서,
상기 비상운전 모드로 진입 후 차량 제어기와 공기공급기용 제어기 간의 통신이 재개되면 비상운전 모드를 해제하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 비상운전방법.

The method according to claim 1,
And emergency mode is released when communication between the vehicle controller and the controller for the air supply is resumed after entering the emergency mode.

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