KR101349020B1 - 연료전지 하이브리드 차량의 냉시동 시퀀스 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지 하이브리드 차량의 냉시동 제어 방법에 관한 것으로서, 냉시동 조건에서 BOP 밸브 히팅 후 정상적인 수소 공급이 이루어지도록 하고, 이어 공기블로워를 작동시키기 위한 전원으로 슈퍼캡 전압에 따라 보조배터리 전원만을 이용할지 아니면 보조배터리 전원과 슈퍼캡 전원을 동시에 이용할지를 결정한 뒤 공기블로워를 작동시켜 스택 전압을 상승시키며, 이후 스택 전압이 일정 수준의 출력이 가능한 상태로 상승되면 히터를 연결하여 연료전지 출력을 통해 스택 온도를 상승시킨 뒤, 연료전지 메인 릴레이를 연결하여 슈퍼캡 충전 후 슈퍼캡 메인 릴레이 연결 및 하이브리드 모드 진입이 이루어지 함으로써, 냉시동 조건에서도 연료전지-슈퍼캡 차량의 원활한 시동이 가능해지도록 한 연료전지 하이브리드 차량의 냉시동 제어 방법에 관한 것이다.
연료전지, 슈퍼캡, 하이브리드, 냉시동
Description
본 발명은 연료전지 차량의 시동을 위한 시퀀스 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주동력원인 연료전지와 보조동력원인 슈퍼캡을 구비한 연료전지 하이브리드 차량의 냉시동 조건에서 스택의 정상적인 출력이 가능하도록 상기 슈퍼캡과 보조배터리의 에너지를 이용하여 시동할 수 있는 연료전지 하이브리드 차량의 냉시동 시퀀스 제어 방법에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 연료전지 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이며, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다.
이러한 연료전지의 예로, 차량 구동을 위한 전력공급원으로 가장 많이 연구되고 있는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)는, 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)을 포함하여 구성된다.
현재, 상기와 같은 고분자 전해질막 연료전지를 탑재한 차량으로서, 소형 차량뿐만 아니라 버스 등의 대형 차량에서 주동력원인 연료전지 외에 모터 구동에 필요한 파워를 제공하기 위한 별도 동력원으로 고전압 배터리 또는 슈퍼캐패시터(슈퍼캡)와 같은 축전수단을 탑재한 연료전지-배터리, 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량이 개발되고 있다.
특히, 전력 변환기를 사용하지 않는 연료전지-슈퍼캡 직결형 하이브리드 차량이 연구되고 있는데, 연료전지-슈퍼캡 직결형 하이브리드 차량은 연비 우수(회생제동 大, 슈퍼캡 자체 효율 高, 전력변환기 無), 연료전지 내구 증대, 제어신뢰성 우수(자동 파워어시스트, 자동 회생제동 기능) 등의 장점을 가진다.
상기와 같이 연료전지와 슈퍼캡이 직결된 하이브리드 차량에서는 연료전지에서 일정한 전력을 계속 출력하여 주행이 이루어지되, 전력이 남는 경우 잉여분의 전력으로 슈퍼캡을 충전하고, 전력이 모자라는 경우 부족분의 전력을 슈퍼캡에서 보충 출력하는 운전 모드가 적용되고 있다.
한편, 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량 등 연료전지를 주동력원으로 사용하는 차량에서 연료전지 보기류나 전장부하들의 전력을 공급하기 위해 보조배터리(예, 12V 보조배터리)를 탑재하고 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량의 파워넷 구성에 대해 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량의 파워넷 구성도로서, 파워넷 구성은, 주동력원으로 사용되는 연료전지(10), 보조동력원으로 사용되는 슈퍼캡(20), 구동모터(41)를 회전시키기 위한 파워 모듈로 연료전지(10)와 슈퍼캡(20)의 출력 측에 연결되어 그로부터 직류전류를 입력받아 3상 PWM(Pulse Width Modulation)을 생성하고 모터 구동 및 회생제동을 제어하는 모터 제어기(MCU:Motor Control Unit)(인버터를 포함하는 것임)(40)를 포함한다.
이러한 파워넷 구성에서, 수소탱크(9)로부터 수소를 공급받고 공기블로워로부터 공기를 공급받아 수소와 공기 중 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기를 발생시키는 연료전지(10)를 주동력원으로 사용한다. 또한 구동모터(41) 및 MCU(40)는 연료전지(10)에 메인버스단(30)을 통해 직접 연결되어 있으며, 동력 보조(파워 어시스트) 및 회생제동을 위해 슈퍼캡(20)이 충전 및 직결 가능하도록 해주는 장치, 즉 슈퍼캡 초기충전장치(SPC:Supercap Pre-Charger)(21)를 통해 메인버스단(30)에 연결되어 있다.
그리고, 상기 메인버스단(30)에는 고전압과 저전압 사이의 출력 변환을 위한 LDC(저전압 DCDC 컨버터, Low Voltage DCDC Converter)(50)와 BOP(Balance of Plant) 구동 부품(52)의 구동을 위한 보조배터리(예, 12V 보조배터리)(51)가 연결되어 있으며, 이와 더불어 연료전지(10)를 구동하기 위한 보기류 부품(Fuel Cell BOP, 예를 들면, 공기블로워, 물펌프, 라디에이터 팬, 수소 재순환 블로워 등)(60)들이 고전압 정션박스(HV Junction Box)(31)를 통해 메인버스단(30)에 연결되어 연료전지 시동을 용이하게 한다. 아울러, 연료전지로 역전류가 흐르지 않도록 하는 블로킹 다이오드(Reverse Blocking Diode)(32)가 메인버스단(30)에 설치되며, 또한 히터(70)가 연료전지(10)의 출력단에 연결 설치된다. 상기 히터(70)는 스택을 순환하는 냉각수를 가열하여 스택 온도를 상승시키는 역할을 한다.
상기 LDC(50)는 보조배터리(51)의 전압을 승압하여 고전압 보기류 부품에 공급하거나 메인버스단(30)의 고전압 출력을 저전압으로 강압시켜 보조배터리 충전 및 부품 전원 공급에 이용되도록 한다. 또한 상기 고전압 정션박스(31)는 메인버스단(30)의 출력을 모터 및 각종 보기류 부품으로 분배해주는 장치이며, 전력 차단 및 연결을 용이하게 하기 위한 각종 릴레이(33)가 설치되어 있다.
한편, 상기와 같은 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량에 대해서 정상 시동 및 비상 시동 시퀀스 제어 기술은 알려진 바가 있으나, 냉시동 조건에서의 제어 기술은 알려진 바가 없으며, 냉시동과 같은 악조건에서도 원활한 시동이 가능한 제어 방법이 필수적이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 발명한 것으로서, 냉시동과 같은 악조건에서도 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량의 원활한 시동을 가능하게 하는 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, a) 연료전지 시스템에 장착된 온도센서의 값을 바탕으로 설정온도 이하의 냉시동 조건임을 판단하는 단계와; b) 냉시동 조건에서 수소 공급계측 BOP 밸브에 부착된 밸브 히터에 보조배터리 전원을 공급하여 밸브 내 얼음을 제거한 뒤, 밸브를 작동시켜 수소를 공급하는 단계; c) 보조배터리의 전원 또는 보조배터리 및 슈퍼캡 양측의 전원을 이용하여 공기블로워를 작동시키고, 스택 전압이 설정된 전압 기준값에 도달되면 히터를 작동시켜 스택 온도를 상승시키는 단계와; d) 스택 온도가 설정된 온도 기준값에 도달되면 슈퍼캡 메인 릴레이가 연결된 경우 연결 해제한 뒤 연료전지 메인 릴레이를 연결하고, 스택 출력으로 슈퍼캡을 충전하는 단계와; e) 슈퍼캡 충전이 완료되면 슈퍼캡 메인 릴레이를 연결하여 스택 출력과 슈퍼캡 출력을 이용하는 하이브리드 모드로 진입하는 단계를 포함하여 구성되는 연료전지 하이브리드 차량의 냉시동 시퀀스 제어 방법을 제공한다.
바람직한 실시예로서, 상기 b) 단계에서는 밸브 작동 후 수소 라인상의 유량 계를 통해 수소 흐름을 감지하여 밸브 작동을 최종 확인하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 c) 단계에서, 슈퍼캡 전압이 설정된 전압 기준값 미만이면 저전압 DCDC 컨버터(LDC)를 부스트 모드로 동작시켜 보조배터리 전원을 승압 후 공급하여 공기블로워를 구동하고, 슈퍼캡 전압이 설정된 전압 기준값 이상이면 슈퍼캡 메인 릴레이를 연결하여 보조배터리 및 슈퍼캡 양측의 전원을 이용해 공기블로워를 구동하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 d) 단계에서, 연료전지 메인 릴레이가 연결되면 보조배터리에 연결된 저전압 DCDC 컨버터를 벅 모드로 동작시켜 스택 전압으로 보조배터리를 충전하고, 밸브 히팅 및 히터 작동을 종료하는 것을 특징으로 한다.
이에 본 발명에 따른 연료전지 하이브리드 차량의 냉시동 시퀀스 제어 방법에 의하면, 원활한 수소 공급을 위한 BOP 밸브 히터 작동, 공기블로워 작동, 스택 온도 상승을 위한 히터 작동, 연료전지 메인 릴레이 연결 및 슈퍼캡 충전, 슈퍼캡 메인 릴레이 연결 등의 시퀀스 제어 과정을 통해 냉시동 조건에서도 차량의 원활한 시동이 가능해지게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량의 냉시동을 위한 시퀀스 제어 방법에 관한 것으로서, 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량의 냉시동을 위해서는 스택의 정상적인 출력이 가능하도록 보조배터리(예, 12V 보조배터리) 또는 슈퍼캡의 에너지를 이용하여 시동이 될 수 있는 시퀀스 제어가 필요하다.
이를 위하여, 영하의 기온에 보관된 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량의 연료전지를 차량 구동이 가능한 최적의 운전 온도로 상승시킬 수 있도록, 두 가지의 시퀀스 제어, 즉 보조배터리만을 이용한 냉시동 시퀀스 제어와, 보조배터리 전원과 함께 슈퍼캡의 현재 전압이 공기블로워를 구동하기에 충분한지 판단한 뒤 슈퍼캡 전원을 병렬 연결하여 냉시동이 가능하도록 하는 시퀀스 제어가 개시된다.
이하의 설명에서 LDC 작동(buck/boost), 공기블로워를 포함한 보기류 구동, 히터 구동, 밸브 및 밸브 히터 구동, 릴레이 구동 등의 각종 제어는 상위 제어기(예, PCU)와 각 단품별 구비되는 하위 제어기(예, LDC 제어기) 간의 상호 협조 제어하에 수행된다.
첨부한 도 2와 도 3은 본 발명에 따른 냉시동 시퀀스 제어 과정을 나타낸 순서도이며, 도 4a ~ 도 4d는 본 발명의 실시예로서 보조배터리만을 이용한 냉시동 시퀀스 제어를 설명하기 위한 도면이고, 도 5a ~ 도 5d는 보조배터리와 슈퍼캡을 이용한 냉시동 시퀀스 제어를 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 2와 도 3을 참조하여 냉시동 시퀀스 제어 과정을 각 단계별로 상세히 설명하기로 한다.
1) 첫 번째 단계로서, 냉시동 여부를 판단하는 단계이다(S1). 스택에 설치 된 온도센서의 값을 바탕으로 스택의 온도가 0℃ 이하인 냉시동 조건인 경우 냉시동 시퀀스 제어를 진행한다. 이때, 연료전지 시스템에 장착된 각 부위별 온도센서의 값을 종합적으로 이용할 수 있으며, 이때 각 온도센서의 값을 바탕으로 설정온도 이하의 냉시동 조건임을 판단한 경우 냉시동 시퀀스 제어를 진행한다. 물론, 냉시동 조건이 아닌 경우 정상 시동의 시퀀스 제어가 수행된다(S1').
2) 다음 단계로서, 냉시동 조건으로 판단된 경우 수소 공급계측의 BOP 밸브에 부착된 밸브 히터에 보조배터리(12V 보조배터리)의 전원을 공급하여 밸브 내부의 얼음을 제거한다(S2).
3) 다음으로, 밸브를 작동시킨 뒤 밸브 작동을 확인한다(S3). 즉, 상기와 같이 밸브 히터에 전원을 공급함과 동시에 밸브 자체에도 전원을 공급하고, 밸브가 열렸을 때 수소 라인상의 유량계로부터 수소의 흐름이 감지되는 것을 조건으로 밸브 작동을 확인한다.
4) 슈퍼캡 전압에 따라 연료전지 시동을 위해 슈퍼캡 전원을 LDC(저전압 DCDC 컨버터) 부스트(Boost) 전원과 동시에 사용할지 판단한다. 이때, 슈퍼캡 전압이 공기블로워의 구동에 충분한지를 판단하게 되는데, 슈퍼캡 전압을 미리 설정된 전압 기준값, 즉 공기블로워의 구동이 가능한 수준임을 판단하기 위한 전압 기준값과 비교하여(S4), 전압 기준값 이상이면 슈퍼캡 전원을 동시에 사용할 수 있는 것으로 판단한다.
5) 앞의 단계에서 슈퍼캡 전압이 전압 기준값 미만이라면 보조배터리만을 이용해 시동을 하게 되는데, 보조배터리만을 이용한 냉시동시에는 LDC가 보조배터리 의 전압을 부스팅하여(LDC 부스트 작동) 공급함으로써 공기블로워를 작동시킨다(S5,S6). 이때, 상위 제어기는 LDC 제어기에 LDC 부스트 전압 지령치를 고정값으로 전송하고, LDC 제어기는 지령치를 토대로 LDC의 부스트 작동을 제어하게 된다. 상기와 같이 공기블로워가 작동하는 경우 수소가 공급되고 있는 스택에 공기가 공급되면서 연료전지의 운전이 이루어지게 된다.
반면, 슈퍼캡 전압이 전압 기준값 이상이라면 슈퍼캡 전원을 동시에 사용하여 시동을 하게 되는데, 우선 슈퍼캡 전원을 사용하기 위해 LDC 부스트 전압을 슈퍼캡 전압과 맞추게 된다. 이때, 슈퍼캡 병렬 연결을 위해 슈퍼캡 전압 이하의 값으로 LDC 부스트 전압 지령치가 전송되어야 한다(LDC V_ref ≤ V_Sc, 여기서, LDC V_ref는 LDC의 고전압단 전압 지령치임). LDC 부스트 전압이 슈퍼캡 전압에 도달하면 슈퍼캡 초기충전장치(SPC)(도 4a에서 도면부호 21임) 내부의 메인 릴레이(슈퍼캡 메인 릴레이)를 연결시켜 슈퍼캡과 LDC가 병렬로 연결되도록 한다. 즉, 보조배터리의 전압을 부스팅한 LDC의 출력 전압과 슈퍼캡의 출력 전압을 병렬로 공급하여 공기블로워를 작동시키고, 이를 통해 연료전지의 운전이 이루어지도록 하는 것이다(S5',S5",S6').
6) 다음으로, 스택 전압이 미리 설정된 전압 기준값, 즉 스택이 일정 수준의 출력을 내고 있음을 판단하기 위한 전압 기준값에 도달하는지를 판단한다(S7,S7'). 여기서, 스택 전압이 전압 기준값에 도달하면 스택의 전력을 이용해 히터를 작동시키고(S8,S8'), 이를 통해 스택의 내부 온도를 미리 설정된 온도 기준값, 즉 연료전지 정격 출력이 가능한 온도 기준값까지 상승시킨다. 상기 히터는 스택의 전력 을 공급받아 발열작동하여 스택을 순환하는 냉각수를 가열 및 스택에 공급함으로써 스택 온도를 상승시키게 된다.
7) 스택의 내부 온도가 상기 온도 기준값에 도달하면 차량 구동이 가능한 적정 온도에 도달한 것으로 판단하여 연료전지 메인 릴레이(도 4a에서 도면부호 33임)를 연결하는데, 만약 연료전지 시동(공기블로워 구동)을 위해 슈퍼캡 전원을 함께 사용한 경우라면 슈퍼캡 초기충전장치(21)의 메인 릴레이(슈퍼캡 메인 릴레이)의 연결을 우선 해제한 뒤 연료전지 메인 릴레이(33)를 연결한다(S9,S9',S9",S10). 즉, 연료전지 메인 릴레이를 연결하기 전에 병렬로 연결된 슈퍼캡의 연결을 해제하는 것이다.
8) 상기와 같이 연료전지 메인 릴레이를 연결한 뒤에는 LDC를 부스트 모드에서 벅(Buck) 모드로 전환시키고, 이에 LDC가 스택 전압을 저전압(12V)으로 강압한 뒤 보조배터리(12V 보조배터리)에 공급하여 충전시키거나 각종 부품류(12V 부품류)에 공급한다(S11).
9) 다음으로, 스택 온도의 상승을 위해 연결했던 히터와 BOP 밸브 히터의 전원을 차단하고(S12), 스택의 전력으로 슈퍼캡 충전을 실시해서 슈퍼캡 전압이 스택 전압에 접근하는지 판단한다(S13,S14).
10) 슈퍼캡 충전이 완료되면 슈퍼캡 초기충전장치(21) 내 메인 릴레이(슈퍼캡 릴레이)를 연결하여(S15) 스택 출력과 슈퍼캡 출력을 이용하는 하이브리드 모드(HEV Mode)로 진입한다.
이상으로 본 발명에 따른 냉시동 시퀀스 제어 과정을 도 2 및 도 3을 참조하 여 설명하였으며, 도 4a ~ 도 4d 및 도 5a ~ 도 5d를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
우선, 도 4a에 나타낸 바와 같이 보조배터리(51) 전원으로 BOP 구동 부품(BOP Components)(52) 중 냉시동시에 작동이 반드시 필요한 밸브(수소 공급계 밸브)의 히터에 전원을 공급하여 얼음 성분을 제거한다. 다음으로, 슈퍼캡(20) 전압에 따라 보조배터리(51) 전원만을 이용해 시동해야 하는 경우, 도 4b에 나타낸 바와 같이 LDC(50)로 고전압 전원을 생성한 뒤 공기블로워(BOP)(60)에 공급하여 공기블로워를 동작시키며, 이로써 스택에 공기를 공급한다. 이후, 스택 전압이 상승되면 도 4c에 나타낸 바와 같이 히터(70)를 연결시켜 연료전지(10) 출력을 통해 스택 내부 온도를 상승시킨다. 이후, 스택 온도가 적정 수준에 도달하면 도 4d에 나타낸 바와 같이 연료전지 메인 릴레이(33)를 연결하고, 히터(70) 연결을 해제한 뒤 차량 보기류 전력을 연료전지(10)가 공급하도록 한다. 이어 슈퍼캡(20) 충전이 완료되면 하이브리드 운전 모드로 진입한다.
그리고, 슈퍼캡(20) 전압에 따라 보조배터리(51)와 슈퍼캡(20) 양측의 전원을 이용해 시동하는 경우를 설명하면, 우선 도 5a에 나타낸 바와 같이 보조배터리(51) 전원으로 BOP 구동 부품(BOP Components)(52) 중 냉시동시에 작동이 반드시 필요한 밸브(수소 공급계 밸브)의 히터에 전원을 공급하여 얼음 성분을 제거한다. 다음으로, 도 5b에 나타낸 바와 같이 LDC(50)로 고전압 전원을 생성한 뒤 슈퍼캡(20)을 병렬로 연결하며, 이후 LDC(50)의 고전압 전원과 슈퍼캡(20) 전원을 이용해 공기블로워(60)를 동작시킴으로써 스택에 공기를 공급한다. 이후, 스택 전압 이 상승되면 도 5c에 나타낸 바와 같이 히터(70)를 연결시켜 연료전지(10) 출력을 통해 스택 내부 온도를 상승시킨다. 이후, 스택 온도가 적정 수준에 도달하면 슈퍼캡(20) 전원을 차단하고, 이어 도 4d에 나타낸 바와 같이 연료전지 메인 릴레이(33) 연결 및 히터(70) 연결 해제 후 차량 보기류 전력을 연료전지(10)가 공급하도록 한다. 이어 슈퍼캡(20) 충전이 완료되면 하이브리드 운전 모드로 진입한다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 냉시동 시퀀스 제어 과정에 의하면, 냉시동 조건에서 BOP 밸브 히팅 후 정상적인 수소 공급이 이루어지도록 하고, 이어 공기블로워를 작동시키기 위한 전원으로 슈퍼캡 전압에 따라 보조배터리 전원만을 이용할지 아니면 보조배터리 전원과 슈퍼캡 전원을 동시에 이용할지를 결정한 뒤 공기블로워를 작동시켜 스택 전압을 상승시키며, 이후 스택 전압이 일정 수준의 출력이 가능한 상태로 상승되면 히터를 연결하여 연료전지 출력을 통해 스택 온도를 상승시킨 뒤, 연료전지 메인 릴레이를 연결하여 슈퍼캡 충전 후 슈퍼캡 메인 릴레이 연결 및 하이브리드 모드 진입이 이루어지 함으로써, 냉시동 조건에서도 연료전지-슈퍼캡 차량의 원활한 시동이 가능해지게 된다.
도 1은 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량의 파워넷 구성도,
도 2와 도 3은 본 발명에 따른 냉시동 시퀀스 제어 과정을 나타낸 순서도,
도 4a ~ 도 4d는 본 발명의 실시예로서 보조배터리만을 이용한 냉시동 시퀀스 제어 상태를 보여주는 도면,
도 5a ~ 도 5d는 본 발명의 실시예로서 보조배터리와 슈퍼캡을 이용한 냉시동 시퀀스 제어 상태를 보여주는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 연료전지 20 : 슈퍼캡
21 : 슈퍼캡 초기충전장치(SPC) 30 : 메인버스단
31 : 고전압 정션박스 40 : 모터 제어기
41 : 구동모터 50 : LDC(저전압 DCDC 컨버터)
51 : 보조배터리 52 : BOP 구동 부품(BOP 밸브 히터)
60 : 연료전지 보기류(공기블로워) 70 : 히터
Claims (4)
- a) 연료전지 시스템에 장착된 온도센서의 값을 바탕으로 설정온도 이하의 냉시동 조건임을 판단하는 단계와;b) 냉시동 조건에서 수소 공급계측 BOP 밸브에 부착된 밸브 히터에 보조배터리 전원을 공급하여 밸브 내 얼음을 제거한 뒤, 밸브를 작동시켜 수소를 공급하는 단계;c) 보조배터리의 전원 또는 보조배터리 및 슈퍼캡 양측의 전원을 이용하여 공기블로워를 작동시키고, 스택 전압이 설정된 전압 기준값에 도달되면 히터를 작동시켜 스택 온도를 상승시키는 단계와;d) 스택 온도가 설정된 온도 기준값에 도달되면 슈퍼캡 메인 릴레이가 연결된 경우 연결 해제한 뒤 연료전지 메인 릴레이를 연결하고, 스택 출력으로 슈퍼캡을 충전하는 단계와;e) 슈퍼캡 충전이 완료되면 슈퍼캡 메인 릴레이를 연결하여 스택 출력과 슈퍼캡 출력을 이용하는 하이브리드 모드로 진입하는 단계;를 포함하여 구성되는 연료전지 하이브리드 차량의 냉시동 시퀀스 제어 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 b) 단계에서, 밸브 작동 후 수소 라인상의 유량계를 통해 수소 흐름을 감지하여 밸브 작동을 최종 확인하는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 차량의 냉시동 시퀀스 제어 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 c) 단계에서, 슈퍼캡 전압이 설정된 전압 기준값 미만이면 저전압 DCDC 컨버터(LDC)를 부스트 모드로 동작시켜 보조배터리 전원을 승압 후 공급하여 공기블로워를 구동하고, 슈퍼캡 전압이 설정된 전압 기준값 이상이면 슈퍼캡 메인 릴레이를 연결하여 보조배터리 및 슈퍼캡 양측의 전원을 이용해 공기블로워를 구동하는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 차량의 냉시동 시퀀스 제어 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 d) 단계에서, 연료전지 메인 릴레이가 연결되면 보조배터리에 연결된 저전압 DCDC 컨버터를 벅 모드로 동작시켜 스택 전압으로 보조배터리를 충전하고, 밸브 히팅 및 히터 작동을 종료하는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 차량의 냉시동 시퀀스 제어 방법.
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (4)
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| KR100747894B1 (ko) * | 2005-12-09 | 2007-08-08 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 차량의 드레인 밸브 |
| KR100794021B1 (ko) * | 2006-09-15 | 2008-01-10 | 현대자동차주식회사 | 유량 분배 및 냉시동 개선이 가능한 연료전지 차량의 스택 |
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