KR101349021B1 - 연료전지 하이브리드 차량의 충방전 전류 제한 방법 - Google Patents
연료전지 하이브리드 차량의 충방전 전류 제한 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101349021B1 KR101349021B1 KR1020080110708A KR20080110708A KR101349021B1 KR 101349021 B1 KR101349021 B1 KR 101349021B1 KR 1020080110708 A KR1020080110708 A KR 1020080110708A KR 20080110708 A KR20080110708 A KR 20080110708A KR 101349021 B1 KR101349021 B1 KR 101349021B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- supercap
- value
- current limit
- fuel cell
- current
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 78
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000007599 discharging Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 32
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 24
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- HEZMWWAKWCSUCB-PHDIDXHHSA-N (3R,4R)-3,4-dihydroxycyclohexa-1,5-diene-1-carboxylic acid Chemical compound O[C@@H]1C=CC(C(O)=O)=C[C@H]1O HEZMWWAKWCSUCB-PHDIDXHHSA-N 0.000 description 3
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
- B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
- B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
- B60K6/32—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the fuel cells
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
- B60W10/24—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
본 발명은 연료전지 하이브리드 차량의 충방전 전류 제한 방법에 관한 것으로서, 주동력원인 연료전지와 보조동력원인 슈퍼캡을 구비한 연료전지 하이브리드 차량의 하이브리드 모드 운전 상태에서 슈퍼캡의 내부 상태에 따라 충방전 전류를 제한해줌으로써, 슈퍼캡 전원 차단을 최대한 억제하여 하이브리드 모드를 유지할 수 있도록 하고, 하이브리드 모드 유지를 통해 동력 성능 및 연비를 최적의 상태로 유지함과 동시에 하이브리드 모드 유지 상태에서 슈퍼캡 상태를 정상 상태로 회복할 수 있도록 하는 충방전 전류 제한 방법에 관한 것이다.
연료전지, 슈퍼캡, 하이브리드, 충방전, 전류 제한
Description
본 발명은 연료전지 하이브리드 차량의 충방전 전류 제한 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주동력원인 연료전지와 보조동력원인 슈퍼캡을 구비한 연료전지 하이브리드 차량에서 슈퍼캡 내부 각 채널 전압 상태와 온도에 따라 충방전 전류를 제한하는 제어 기법을 통해 차량 동력 성능 및 연비를 최적의 상태로 유지함과 동시에 하이브리드 모드 유지 상태에서 슈퍼캡 상태를 정상 상태로 회복할 수 있도록 하는 기술에 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 차량의 하이브리드 모드 운전 상태에서 슈퍼캡 전체 전압에 따른 전류 제한 기법과 슈퍼캡 상태가 비정상적인 경우 극단적으로 슈퍼캡측 릴레이를 차단하여 연료전지 모드 운전 상태로 전환하는 방법이 사용되고 있지만, 하이브리드 모드에서의 슈퍼캡의 내부 상태에 따른 별도의 제한 방법은 알려진 바 없으며, 이에 하이브리드 모드에서 슈퍼캡의 내부 상태 에 따라 충방전 전류를 적절히 제어하여 슈퍼캡 전원 차단을 최대한 억제하고 하이브리드 모드를 최대한 유지할 수 있도록 하는 기술이 절실한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 발명한 것으로서, 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량의 하이브리드 모드 운전 상태에서 슈퍼캡의 내부 상태에 따라 충방전 전류를 제한함으로써, 슈퍼캡 전원 차단을 최대한 억제하여 하이브리드 모드를 유지할 수 있도록 하고, 하이브리드 모드 유지를 통해 동력 성능 및 연비를 최적의 상태로 유지함과 동시에 하이브리드 모드 유지 상태에서 슈퍼캡 상태를 정상 상태로 회복할 수 있도록 하는 충방전 전류 제한 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, (a) 상위 제어기에서 슈퍼캡 전체 전압과 슈퍼캡 내부 상태 측정치를 입력받아 슈퍼캡 충전, 방전 전류 제한값을 구하는 단계와; (b) 연료전지의 상태에 따라 구해진 연료전지 허용 전류값과 연료전지 전류 측정치, 슈퍼캡 방전 전류 측정치, 보기류 소모 전류 측정치, 그리고 상기 슈퍼캡 충전, 방전 전류 제한값을 토대로 하여 모터링 전류 제한값 또는 회생제동 전류 제한값을 산출하는 단계와; (c) 상기 모터링 전류 제한값 또는 회생제동 전류 제한값을 모터 제어기로 전달하고, 상기 모터 제어기에서 전달된 모터링 전류 제한값과 회생제동 전류 제한값에 따라 충방전 제어를 수행하는 단계;를 포함하는 연료전지 하이브리드 차량의 충방전 전류 제한 방법을 제공한다.
이에 따라, 본 발명의 충방전 전류 제한 방법에 의하면, 하이브리드 모드 운전 상태에서 슈퍼캡의 내부 상태에 따라 충방전 전류를 제한함으로써, 슈퍼캡 전원 차단을 최대한 억제하여 하이브리드 모드를 유지할 수 있도록 하고, 하이브리드 모드 유지를 통해 동력 성능 및 연비를 최적의 상태로 유지함과 동시에 하이브리드 모드 유지 상태에서 슈퍼캡 상태를 정상 상태로 회복할 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
주지된 바와 같이, 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량은 보조동력원으로 사용하는 슈퍼캡의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 CVM(Cell Voltage Monitor)(도 1에서 도면부호 22임)을 가지고 있으며, 이는 하이브리드 모드 상태에서 운전 중에 슈퍼캡(20)의 채널별 전압과 내부 온도 등과 같은 슈퍼캡의 상태를 실시간으로 감지하고 그 상태를 상위 제어기에 전달하도록 되어 있다.
본 발명에서는 상위 제어기가 CVM(22)으로부터 전달된 정보를 바탕으로 현재의 슈퍼캡 상태를 판단하여 슈퍼캡 충방전 허용 전류를 검출하고, 구동모터(41)를 제어하는 모터 제어기(MCU)(40)에 연료전지 허용 전류와 슈퍼캡 충방전 허용 전류값, 및 보기류 소모 전류값을 토대로 적절한 모터 구동 및 회생제동 전류 제한값을 보냄으로써, 슈퍼캡 충방전 전류의 제한이 가능하도록 한다.
첨부한 도 2는 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량에서 기존에 사용되는 슈퍼캡 전류 제한 방식과 폴트(Fault) 조건을 보여주는 도면이고, 도 3은 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량에서 본 발명에 따른 슈퍼캡 전류 제한 방식을 보여주는 도면이며, 도 4는 본 발명에서 슈퍼캡 충방전 전류 제한 최종값 및 폴트 조건을 보여주는 도면이다.
도면에서 각 용어는 다음과 같이 정의된다.
- V_Sc : 슈퍼캡 전체 전압
- V_Ch : 슈퍼캡 내부 채널별 전압
- I_Sc_Chg_Lim : 슈퍼캡 충전 전류 제한값
- I_Sc_Dch_Lim : 슈퍼캡 방전 전류 제한값
- T_Ch_Max : 슈퍼캡 내부 채널별 온도 중 최대값
- V_Ch_Max : 슈퍼캡 내부 채널별 전압 중 최대값
- V_Ch_Min : 슈퍼캡 내부 채널별 전압 중 최소값
- V_Ch_Diff : 슈퍼캡 내부 채널 최대/최소 전압 차이값
- T_Ch_MaxLim : 채널 온도 최대 제한값
- V_Ch_MaxLim : 채널 전압 최대 제한값
_ V_Ch_MinLim : 채널 전압 최소 제한값
- V_Ch_DiffMaxLim : 채널 전압 차이 최대 제한값
CVM에서 보내주는 슈퍼캡 전압(V_Sc) 및 채널별 온도 최대값(T_Ch_Max)과 셀 전압(V_Ch_Max,V_Ch_min) 정보를 바탕으로 충방전 전류 제한값(I_Sc_Chg_Lim,I_Sc_Dch_Lim)을 도출해낸다. 기존에는 도 2에 나타낸 바와 같이 미리 정의된 맵으로부터 슈퍼캡 전체 전압(V_Sc)에 따라 추출된 충방전 전류 제한값(I_Sc_Chg_Lim,I_Sc_Dch_Lim)을 사용하고, 슈퍼캡 내부의 채널별 온도 최대값(T_Ch_Max) 및 전압값(V_Ch_Max,V_Ch_min,V_Ch_Diff)에 대해서는 기준값(T_Ch_MaxLim,V_Ch_MaxLim,V_Ch_MinLim,V_Ch_DiffMaxLim)을 벗어났을 때 폴트(Fault)로 처리하여 슈퍼캡 전원을 차단하는 방식(하이브리드 모드에서 연료전지 모드로 전환)이었으나, 본 발명에서는 폴트 레벨 이전에 적절한 전류 제한을 통해 슈퍼캡이 정상 상태를 회복할 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명에서 사용되는 슈퍼캡 전류 제한 방식을 보여주고 있는데, 본 발명에서는 도 2에서의 기존 슈퍼캡 전류 제한 및 폴트 로직에, 도 3에 도시된 슈퍼캡 내부 채널별 온도 최대값(T_Ch_Max)과 슈퍼캡 내부 채널별 전압값(V_Ch), 슈퍼캡 내부 채널 최대/최소 전압 차이값(=V_Ch_Diff=V_Ch_Max-V_Ch_Min)에 따른 전류 제한 방식을 추가하여, 이를 통해 슈퍼캡 충방전 전류 제한값을 새로이 구한다. 즉, 도 3과 같이 미리 정의된 각각의 맵으로부터, 슈퍼캡의 내부 상태 측정치로부터 얻은 슈퍼캡 내부 채널별 온도 최대값(T_Ch_Max), 슈퍼캡 내부 채널별 전압값(V_Ch), 슈퍼캡 내부 채널 최대/최소 전압 차이값(=V_Ch_Diff)에 따른 충방전 전류 제한값(I_Sc_Chg_Lim1,2,3, I_Sc_Dch_Lim1,2,3)을 각각 추출하고, 추출된 제한값을 이용해 도 4에서와 같이 최종의 슈퍼캡 충방전 전류 제한값을 구해낸다.
도 4는 슈퍼캡 충방전 전류 제한 최종값과 폴트 조건을 나타낸 도면으로, 도 2와 같이 구해진 기존 전류 제한값(I_Sc_Chg_Lim,I_Sc_Dch_Lim)과, 슈퍼캡의 내부 상태(슈퍼캡 채널별 온도 및 전압)로부터 추가로 구해진 도 3에서의 슈퍼캡 충방전 전류 제한값(I_Sc_Chg_Lim_1,2,3, I_Sc_Dch_Lim_1,2,3) 중에서 최적값을 최종 슈퍼캡 충방전 전류 제한값(I_Sc_Chg_Lim',I_Sc_Dch_Lim')으로 사용하게 된다. 이때, 구해진 제한 값 중에서 충전의 경우에는 가장 큰 값으로 최종의 슈퍼캡 충전 전류 제한값(I_Sc_Chg_Lim')을 결정하고, 방전의 경우에는 가장 작은 값으로 최종의 슈퍼캡 방전 전류 제한값(I_Sc_Dch_Lim')을 결정한다. 폴트 로직은 기존 방식과 같다.
첨부한 도 5a ~ 도 5d는 운전 모드에 따른 전류 흐름 상태 및 슈퍼캡 전류량을 나타낸 도면으로서, I_Mcu는 모터측 전류 측정치(MCU DC단 전류 측정치)를, I_Sc는 슈퍼캡 전류를, I_Fc는 연료전지 전류(스택 전류) 측정치를 각각 나타내고, I_Aux는 BOP(60) 소모 전류 및 LDC(저전압 DCDC 컨버터)(50)가 공급하는 보기류 전류(보기류 소모 전류)의 측정치를 나타낸다.
차량의 주행 상태에 따라 연료전지(10), 슈퍼캡(20), 모터(40,41)측의 전류 흐름을 여러 경우(정속 주행 때, 가속 때, 가속 중 가속페달을 놓았을 때, 회생제동을 통한 감속 때)로 구분할 수 있으며, 각 경우에서 슈퍼캡 전류량(I_Sc)을 구할 수 있다.
즉, 정속 주행시에는 슈퍼캡 전류(I_Sc)가 0에 근접한다(I_Sc≒0). 반면, 가속시에는 'I_Sc = I_Mcu + I_Aux - I_Fc'가 되며, 가속 중 가속페달을 놓았을 경우 'I_Sc = -I_Fc + I_Aux'가 된다. 또한 회생제동을 통한 감속시에는 'I_Sc = I_Mcu - I_Fc + I_Aux'가 된다.
도 5a ~ 도 5d에 도시된 각 주행 모드 별로 슈퍼캡 전류(I_Sc)가 슈퍼캡 상태에 따라 계산된 슈퍼캡 충방전 전류 제한값을 넘지 않도록 하는 최적의 모터 전류 제한값[모터링 전류 제한값(MotCurLim)과 회생제동 전류 제한값(RegCurLim)]을 구하게 되는데, 이를 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 6은 본 발명에서 모터링 전류 및 회생제동 전류 제한 방식을 나타낸 도면으로서, 아래 식과 같은 모터링 및 회생제동 전류 제한식을 이용할 수 있고, 이를 통해 구한 제한값을 모터 제어기(MCU)측에 전달하게 된다.
1) 모터링 전류 제한값
MotCurLim = I_FcCurLim + I_Sc_Dch - I_Aux
※ 0 ≤ I_FcCurLim ≤ -I_Sc_Chg_Lim' + I_Aux
※ 0 ≤ I_Sc_Dch ≤ I_Sc_Dch_Lim'
2) 회생제동 전류 제한값
RegCurLim = I_Sc_Chg_Lim'- I_Aux + I_Fc
※ RegCurLim ≤ 0
(용어 설명)
- I_FcCurLim : 연료전지 허용 전류
- I_Fc : 연료전지 전류 측정치
- I_Sc_Dch : 슈퍼캡 방전 전류 측정치
- I_Aux : 보기류 소모 전류 측정치
- I_Sc_Chg_Lim' : 슈퍼캡 충전 전류 제한값
- I_Sc_Dch_Lim' : 슈퍼캡 방전 전류 제한값
- MotCurLim : 모터링 전류 제한값
- RegCurLim : 회생제동 전류 제한값
이하, 모터링 전류 제한값(MotCurLim)과 회생제동 전류 제한값(RegCurLim)을 산출하는 방법에 대해 첨부한 도 7a와 도 7b를 참조하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
[F#1] 항에서는 현재의 스택 상태에 따른 전류 제한값과 슈퍼캡 방전 전류를 토대로 모터 제어기(MCU)가 최대로 전류를 가지고 갈 수 있는 값을 얻어낸다(도 7a 참조). 즉, 연료전지의 각종 상태에 따라 구해진 최대 허용 전류인 I_FcCurLim 값과 현재 슈퍼캡에서 출력되는 전류(슈퍼캡 방전 전류 측정치임) I_Sc_Dch의 합을 전원소스라고 했을 때, 여기에서 보기류 소모 전류인 I_Aux를 빼주면 실제 모터 제어기(MCU)가 가지고 갈 수 있는 순수한 최대 전류값을 얻을 수 있다.
이때, 스택의 허용 전류치에 ①과 같이 상한치를 두게 되는데, 이는 운전자가 가속페달을 밟아 가속 또는 고출력으로 운전하던 중에 가속페달을 놓았을 경우, 연료전지에서 모터측으로 출력되던 전류가 슈퍼캡측으로 가해지므로, 스택 출력 전류를 슈퍼캡 충전 허용 가능 전류만큼만 계산하여서 실제 충전시에도 그 상한값을 넘지 않도록 하기 위함이다. 예를 들어, 운전자가 가속페달을 밟고 운전하고 있는 중에 모터링 전류로 스택에서 200A가 소모가 되고 있는 상황에서, 운전자가 가속페달로부터 발을 떼면 모터링 전류로 소모하던 200A 정도의 전류가 슈퍼캡에 충 전 전류로 순간적으로 가해지게 되므로, 스택 허용 전류 입력단에 슈퍼캡 충전 전류 제한치를 두는 것이 타당하다.
그리고, ②와 같이 슈퍼캡 방전 전류 제한값(I_Sc_Dch_Lim')을 두어 모터 제어기가 슈퍼캡 방전 전류 제한치 이상의 전류를 뽑지 않도록 한다.
결론적으로, 도 7a와 같은 방식에 의해 최종 모터링 전류 제한값(MotCurLim)을 구할 수 있다.
[F#2] 항에서는 슈퍼캡 충전 전류 제한값(I_Sc_Chg_Lim')과 스택 전류값(I_Fc) 및 보기류 소모 전류값(I_Aux)을 통해 최종 회생제동 전류 제한값(RegCurLim)을 구한다(도 7b 참조). 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 시스템에서는 회생제동시에 실제적으로 모터에서 얻은 회생제동 전류와 함께 스택의 전류가 같이 슈퍼캡측으로 가해지게 되므로, 회생제동 전류 제한값을 슈퍼캡 충전 전류 제한값에 맞추게 되면 스택 전류 만큼이 초과하게 되므로, 실시간으로 스택 전류를 감지할 필요가 있다.
즉, 모터에서 발생할 수 있는 최대 회생제동 전류의 값(RegCurLim)은 슈퍼캡 충전 제한값(I_Sc_Chg_Lim')과 현재의 스택 전류(I_Fc)를 합한 값에 현재의 보기류 전류(I_Aux)를 뺀 값으로 구할 수 있다.
그리고, ③과 같이 회생제동 전류 제한값을 0 이하의 값으로 제한해 둔다.
상기와 같이 상위 제어기가 모터링 전류 제한값과 회생제동 전류 제한값을 구하고 난 뒤 이를 모터 제어기로 전달하게 되면, 모터 제어기는 전달된 모터링 전류 제한값과 회생제동 전류 제한값에 따라 충방전 제어를 하게 된다.
첨부한 도 8은 본 발명에 따른 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량의 충방전 전류 제한 방법을 나타낸 순서도로서, 이를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 연료전지, 슈퍼캡, 보기류로부터 각종 전류 측정치가 상위 제어기에 입력되고, 여기서 상술한 바와 같이 슈퍼캡 충방전 전류 제한값이 산출된다. 또한 모터링 전류 제한값과 회생제동 전류 제한값이 생성되고 나면, 이것이 상위 제어기에서 모터 제어기로 전달되고, 결국 슈퍼캡 전류 제한 발생시에 모터 제어기에 의한 충방전 전류 제한 운전이 이루어지게 된다.
도 1은 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량의 파워넷 구성도,
도 2는 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량에서 기존에 사용되는 슈퍼캡 전류 제한 방식과 폴트(Fault) 조건을 보여주는 도면,
도 3은 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량에서 본 발명에 따른 슈퍼캡 전류 제한 방식을 보여주는 도면,
도 4는 본 발명에서 슈퍼캡 충방전 전류 제한 최종값 및 폴트 조건을 보여주는 도면,
도 5a ~ 도 5d는 운전 모드에 따른 전류 흐름 상태 및 슈퍼캡 전류량을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에서 모터링 전류 및 회생제동 전류 제한 방식을 나타낸 도면,
도 7a 및 도 7b는 본 발명에서 모터링 전류 제한값과 회생제동 전류 제한값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량의 충방전 전류 제한 방법을 나타낸 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 연료전지 20 : 슈퍼캡
21 : 슈퍼캡 초기충전장치(SPC) 22 : CVM
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 (6)
- (a) 상위 제어기에서 슈퍼캡 전체 전압과 슈퍼캡 내부 상태 측정치를 입력받아 슈퍼캡 충전, 방전 전류 제한값을 구하는 단계와;(b) 연료전지의 상태에 따라 구해진 연료전지 허용 전류값과 연료전지 전류 측정치, 슈퍼캡 방전 전류 측정치, 보기류 소모 전류 측정치, 그리고 상기 슈퍼캡 충전, 방전 전류 제한값을 토대로 하여 모터링 전류 제한값 또는 회생제동 전류 제한값을 산출하는 단계와;(c) 상기 모터링 전류 제한값 또는 회생제동 전류 제한값을 모터 제어기로 전달하고, 상기 모터 제어기에서 전달된 모터링 전류 제한값과 회생제동 전류 제한값에 따라 충방전 제어를 수행하는 단계;를 포함하는 연료전지 하이브리드 차량의 충방전 전류 제한 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 (a) 단계에서, 상기 슈퍼캡 전체 전압 측정치로부터 구해진 충전, 방전 전류 제한값과, 상기 슈퍼캡 내부 상태 측정치에서 얻은 채널별 온도 최대값과 슈퍼캡 내부 채널별 전압값, 슈퍼캡 내부 채널 최대/최소 전압 차이값에 따라 각각 구해진 충전, 방전 전류 제한값으로부터 최종의 슈퍼캡 충전, 방전 전류 제한값이 선택되어 얻어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 차량의 충방전 전류 제한 방법.
- 청구항 2에 있어서,상기 최종의 슈퍼캡 충전 전류 제한값은,상기 슈퍼캡 전체 전압 측정치로부터 얻어진 충전 전류 제한값과, 상기 채널별 온도 최대값, 슈퍼캡 내부 채널별 전압값, 슈퍼캡 내부 채널 최대/최소 전압 차이값에 따라 각각 구해진 충전 전류 제한값 중 최대값을 선택하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 차량의 충방전 전류 제한 방법.
- 청구항 2에 있어서,상기 최종의 슈퍼캡 방전 전류 제한값은,상기 슈퍼캡 전체 전압 측정치로부터 얻어진 방전 전류 제한값과, 상기 채널별 온도 최대값, 슈퍼캡 내부 채널별 전압값, 슈퍼캡 내부 채널 최대/최소 전압 차이값에 따라 각각 구해진 방전 전류 제한값 중 최소값을 선택하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 차량의 충방전 전류 제한 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 (b) 단계에서, 모터링 전류 제한값은 하기 식 E1으로부터 구해지는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 차량의 충방전 전류 제한 방법.(식 E1) :MotCurLim = I_FcCurLim + I_Sc_Dch - I_Aux※ 0 ≤ I_FcCurLim ≤ -I_Sc_Chg_Lim' + I_Aux※ 0 ≤ I_Sc_Dch ≤ I_Sc_Dch_Lim'여기서, MotCurLim : 모터링 전류 제한값, I_FcCurLim : 연료전지 허용 전류값, I_Sc_Dch : 슈퍼캡 방전 전류 측정치, I_Aux : 보기류 소모 전류 측정치, I_Sc_Chg_Lim' : 슈퍼캡 충전 전류 제한값, I_Sc_Dch_Lim' : 슈퍼캡 방전 전류 제한값임.
- 청구항 1에 있어서,상기 (b) 단계에서, 회생제동 전류 제한값은 하기 식 E2로부터 구해지는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 차량의 충방전 전류 제한 방법.(식 E2) :RegCurLim = I_Sc_Chg_Lim'- I_Aux + I_Fc※ RegCurLim ≤ 0여기서, RegCurLim : 회생제동 전류 제한값, I_Sc_Chg_Lim' : 슈퍼캡 충전 전류 제한값, I_Aux : 보기류 소모 전류 측정치, I_Fc : 연료전지 전류 측정치임.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080110708A KR101349021B1 (ko) | 2008-11-07 | 2008-11-07 | 연료전지 하이브리드 차량의 충방전 전류 제한 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080110708A KR101349021B1 (ko) | 2008-11-07 | 2008-11-07 | 연료전지 하이브리드 차량의 충방전 전류 제한 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100051510A KR20100051510A (ko) | 2010-05-17 |
| KR101349021B1 true KR101349021B1 (ko) | 2014-01-09 |
Family
ID=42277271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020080110708A KR101349021B1 (ko) | 2008-11-07 | 2008-11-07 | 연료전지 하이브리드 차량의 충방전 전류 제한 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101349021B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180045981A (ko) | 2016-10-26 | 2018-05-08 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 출력 제어 방법 및 시스템 |
| KR20230104412A (ko) | 2021-12-31 | 2023-07-10 | 우리산업 주식회사 | 대용량 슈퍼캡 모듈 장착 연료전지 차량의 시동 시간 단축을 위한 슈퍼캡 모듈 고속 충전 제어 시스템 |
| KR20230115357A (ko) | 2022-01-26 | 2023-08-03 | 우리산업 주식회사 | 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113928187B (zh) * | 2021-10-20 | 2024-05-10 | 江苏大学 | 一种燃料电池汽车的能量管理控制方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3886940B2 (ja) | 2003-07-10 | 2007-02-28 | 三菱重工業株式会社 | ハイブリッド車両の制御装置 |
| JP2007236197A (ja) | 2002-06-04 | 2007-09-13 | Toyota Motor Corp | 電源装置 |
| JP2008017598A (ja) | 2006-07-05 | 2008-01-24 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池車両の制御装置 |
| KR20080056047A (ko) * | 2006-12-15 | 2008-06-20 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 하이브리드 전기차량의 스택열화를 고려한운전제어방법 |
-
2008
- 2008-11-07 KR KR1020080110708A patent/KR101349021B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007236197A (ja) | 2002-06-04 | 2007-09-13 | Toyota Motor Corp | 電源装置 |
| JP3886940B2 (ja) | 2003-07-10 | 2007-02-28 | 三菱重工業株式会社 | ハイブリッド車両の制御装置 |
| JP2008017598A (ja) | 2006-07-05 | 2008-01-24 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池車両の制御装置 |
| KR20080056047A (ko) * | 2006-12-15 | 2008-06-20 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 하이브리드 전기차량의 스택열화를 고려한운전제어방법 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180045981A (ko) | 2016-10-26 | 2018-05-08 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 출력 제어 방법 및 시스템 |
| US10700371B2 (en) | 2016-10-26 | 2020-06-30 | Hyundai Motor Company | Method and system for controlling output current of fuel cell stack |
| KR20230104412A (ko) | 2021-12-31 | 2023-07-10 | 우리산업 주식회사 | 대용량 슈퍼캡 모듈 장착 연료전지 차량의 시동 시간 단축을 위한 슈퍼캡 모듈 고속 충전 제어 시스템 |
| KR20230115357A (ko) | 2022-01-26 | 2023-08-03 | 우리산업 주식회사 | 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20100051510A (ko) | 2010-05-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100974760B1 (ko) | 연료전지 하이브리드 차량의 연료전지 출력 제어 방법 | |
| CA2576783C (en) | Control method for fuel cell vehicle, and fuel cell vehicle | |
| KR101047406B1 (ko) | 연료전지 하이브리드 차량의 파워넷 시스템 및 그 제어방법 | |
| KR101230900B1 (ko) | 연료전지 하이브리드 시스템의 운전 제어 방법 | |
| US6920948B2 (en) | DC power supply using fuel cell | |
| JP4789018B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| CN102598380B (zh) | 燃料电池系统及其控制方法 | |
| US8154242B2 (en) | Method of fully charging an electrical energy storage device using a lower voltage fuel cell system | |
| JP4400669B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2007318938A (ja) | 燃料電池車両の電源システム | |
| CN102204001B (zh) | 燃料电池系统 | |
| KR101349020B1 (ko) | 연료전지 하이브리드 차량의 냉시동 시퀀스 제어 방법 | |
| KR102262580B1 (ko) | 연료전지의 운전 제어 장치 및 그 방법 | |
| US10122177B2 (en) | Power supply method and power supply system | |
| KR100974761B1 (ko) | 연료전지 하이브리드 차량의 연료전지 출력 제어 방법 | |
| KR20100051511A (ko) | 연료전지 차량의 시동 방법 | |
| JP2017011883A (ja) | 燃料電池自動車 | |
| CN103518281A (zh) | 燃料电池系统 | |
| KR101349021B1 (ko) | 연료전지 하이브리드 차량의 충방전 전류 제한 방법 | |
| KR100986500B1 (ko) | 멀티 스택 구조의 연료전지 하이브리드 시스템 | |
| WO2008114758A1 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2018133147A (ja) | 燃料電池システム | |
| KR100911521B1 (ko) | 연료전지 차량용 모터 제어기의 전류-전압 제한 방법 | |
| JP6104637B2 (ja) | ２電源負荷駆動システム及び燃料電池自動車 | |
| US8999591B2 (en) | Fuel cell system for preventing excessive power generation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161228 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171227 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181213 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191210 Year of fee payment: 7 |