KR101393584B1

KR101393584B1 - 연료전지 차량의 냉각팬 모니터링장치 및 방법

Info

Publication number: KR101393584B1
Application number: KR1020120153757A
Authority: KR
Inventors: 배효찬
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-05-09

Abstract

본 발명은 고전압 냉각팬 제어에서 CAN(Contol Area Network)신호의 통신 에러를 정확하게 진단할 수 있도록 하는 연료전지 차량의 냉각팬 모니터링방법이 개시된다.
본 발명은 차량제어기로부터 CAN BUS를 통해 제공되는 냉각팬 제어 명령이 포함된 CAN신호가 전원 차단(0V)으로 검출되는지 판단하는 과정; CAN신호가 전원 차단(0V)으로 검출되면 냉각팬 구동 전압을 검출하여 설정된 기준전압의 범위에 포함되는지 판단하는 과정; 냉각팬 구동 전압이 설정된 기준전압의 범위에 포함되면 시동 오프에 따른 CAN신호의 전원 차단(0V)으로 판정하고, CAN 에러코드를 출력하지 않는 과정을 포함한다.

Description

연료전지 차량의 냉각팬 모니터링장치 및 방법{COOLING FAN MONITORING SYSTEM FOR FUEL CELL VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 연료전지 차량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고전압 냉각팬 제어에서 CAN(Contol Area Network)신호의 통신 에러를 정확하게 진단할 수 있도록 하는 연료전지 차량의 냉각팬 모니터링장치 및 방법에 관한 것이다.

연료전지 차량은 가솔린 엔진과 대비하여 동일한 운전 온도의 조건에서 냉각 부하가 대략적으로 500배 정도 증가하므로, 이에 따라 열교환기의 요구 성능 역시 대략 5.8배의 고효율 냉각장치가 장착되고 있다.

연료전지 차량에 적용되는 냉각장치는 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 스택(11)과 라디에이터(12)가 배관으로 연결되어 냉각수의 순환을 제공하고, 스택(11)의 출구에 설치된 온도센서(13)가 스택(11)에서 배출되는 냉각수의 온도를 검출하여 제어기(17)에 제공한다.

제어기(17)는 스택(11)에서 배출되는 냉각수의 온도에 따라 냉각팬(14)의 속도를 제어하여 냉각수의 냉각 효율을 높여주고, 워터펌프(15)의 속도를 제어하여 스택(11)을 순환하는 냉각수의 유량을 조정한다.

예를 들어, 스택(11)에서 배출되는 냉각수의 온도가 높을수록 냉각팬(14)의 고속으로 회전시켜 냉각효율을 높이고, 워터펌프(15)를 고속으로 회전시켜 스택(11)을 순환하는 냉각수의 유량을 증대시켜 스택(11)의 온도를 안정되게 유지한다.

상기 냉각팬(14)을 구동시키는 모터는 대략 240 내지 450V의 고전압 배터리의 전원을 그대로 사용하는 고전압 모터로 적용되고 있으며, 냉각 효율성을 위해 적어도 2개 이상의 고전압 모터가 적용되고 있다.

상기 냉각팬(14)을 구동시키는 모터는 차량제어기로부터 CAN통신으로 제공되는 명령에 따라 제어기(17)는 인버터를 PWM(Pulse Width Modulation)제어하여 모터에 공급되는 전압 3상으로 변환시켜 공급하며, 위상 변환을 통해 모터의 구동속도를 제어한다.

종래의 연료전지 차량에서는 냉각팬을 구동시키는 모터의 고장을 진단하는 기술이 적용되어 있지 않으며, 외부로부터 노이즈로 유입되는 과전압이나 과전류 등 대하여 대응할 수 없어 제어기의 파손을 발생시킬 수 있다.

그리고, 냉각팬을 동작시키는 고전압 라인의 단락이 발생하거나 CAN신호의 통신에 장애가 발생하는 경우 냉각팬을 구동할 수 없어 스택의 냉각 성능을 저하시키고, 이에 따라 스택의 발전 성능을 저하시키게 되므로 궁극적으로 연료전지 차량의 운행이 불가하게 된다.

또한, 시동 오프시 CAN신호의 통신용 저전압은 즉시 오프되는데, 스택의 화학 반응에 의하여 스택의 출력은 일정시간 동안 고전압으로 유지된다.

따라서, 냉각팬은 정상적으로 동작되고 있는 상황에서 통신 전원이 차단되므로 제어기는 CAN신호의 통신 에러로 판단하고, 에러 코드를 출력함으로써 간헐적으로 시스템 체크 램프가 점멸하게 되는 문제점이 발생한다.

공개특허공보 제10-2012-0060076호(2012.06.11.) 공개특허공보 제10-2011-0058454호(2011.06.01.)

본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위한 것으로, 그 목적은 연료전지 차량에서 고전압 냉각팬 제어에 대한 CAN신호의 통신 에러를 정확하게 진단하여 오진단에 의한 체크 램프의 점멸이 발생을 방지하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따르는 특징은 차량제어기와 네트워크로 연결되는 CAN통신부; 스택에서 출력되는 고전압을 저전압으로 변환시켜 전장 및 프로세서에 동작전원으로 공급하는 DC/DC변환기; 스택에서 출력되는 고전압을 3상전압으로 변환시켜 모터에 공급하는 인버터; 차량제어기에서 CAN신호로 요구되는 명령에 따라 모터를 작동시켜 냉각팬을 구동시키는 제어부를 포함하고,

상기 제어부는 차량제어기에서 제공되는 CAN신호가 전원차단(0V)으로 검출되고, 모터를 작동시키는 냉각팬 구동전압이 설정된 기준전압의 범위에 포함되면 시동 오프로 판정하여 CAN신호 에러 코드를 출력하지 않는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 냉각팬 모니터링장치가 제공된다.

상기 제어부는 차량제어기에서 제공되는 CAN신호가 전원차단(0V)으로 검출되고, 모터를 작동시키는 냉각팬 구동전압이 설정된 기준전압의 범위에 포함되지 않으면 시동 온 조건에서 CAN신호의 통신 에러로 판정할 수 있다.

상기 제어부는 기준전압 범위를 100V 내지 250V로 설정될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르는 특징은 차량제어기로부터 CAN BUS를 통해 제공되는 냉각팬 제어 명령이 포함된 CAN신호가 전원 차단(0V)으로 검출되는지 판단하는 과정; 상기 CAN신호가 전원 차단(0V)으로 검출되면 냉각팬 구동 전압을 검출하여 설정된 기준전압의 범위에 포함되는지 판단하는 과정; 상기 냉각팬 구동 전압이 설정된 기준전압의 범위에 포함되면 시동 오프에 따른 CAN신호의 전원 차단(0V)으로 판정하고, CAN 에러코드를 출력하지 않는 과정을 포함하는 연료전지 차량의 냉각팬 모니터링방법이 제공된다.

상기 CAN신호가 전원 차단(0V)으로 검출되고, 냉각팬 구동 전압이 설정된 기준전압의 범위에 포함되지 않으면 시동 온 조건에서 CAN신호의 통신 에러로 판정하여 에러 코드를 저장하고, 경고 메시지를 출력할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 냉각팬 제어에 관련되는 CAN신호의 통신 에러를 정확하게 진단하므로 고장진단에 신뢰성을 제공하고 상품성 향상을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량의 냉각팬 모니터링장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량의 냉각팬 모니터링절차를 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량의 냉각팬 모니터링절차를 도시한 타이밍도이다.
도 4는 일반적인 연료전지 차량의 냉각팬 장치를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량의 냉각팬 모니터링장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예의 구성은 CAN통신부(101)와 DC/DC변환기(102), 제어부(103), 인버터(104) 및 표시부(105)를 포함한다.

CAN통신부(101)는 연료전지 차량의 운행에 따른 전반적인 동작을 제어하는 차량제어기와 CAN네트워크(CAN BUS)로 연결되며, 차량제어기로부터 출력되는 냉각팬 구동을 요구하는 명령과 냉각팬의 목표 구동속도 명령을 제어부(103)에 전송하고, 제어부(103)에서 출력되는 냉각팬의 구동 상태, 실제 냉각팬의 구동속도의 정보, 냉각팬 제어에 관련되는 고장원인의 상세코드를 차량제어기에 전송한다.

DC/DC변환기(102)는 스택 혹은 배터리로부터 제공되는 대략 250V 내지 450V의 고전압을 DC/DC컨버팅하여 전장 및 프로세서에서 요구되는 15V, 5V, 3.3V의 저전압으로 변환시켜 동작 전원으로 사용될 수 있도록 한다.

제어부(103)는 CAN통신부(101)를 통해 차량제어기에서 요구되는 냉각팬 구동 명령과 냉각팬의 목표 구동속도 명령에 따라 인버터(104)의 PWM 스위칭을 제어하여 모터(200)를 동작시켜 냉각팬을 작동시키고, 냉각팬의 구동 상태와 실제 냉각팬의 구동속도 정보를 CAN통신부(101)를 통해 차량제어기에 제공한다.

또한, 상기 제어부(103)는 차량제어기의 명령에 따라 모터(200)를 구동시켜 냉각팬을 작동시키는 상태에서 냉각팬 제어에 관련되는 고장발생을 진단하고, 고장발생이 진단되면 해당 원인의 상세코드를 추출하여 CAN통신부(101)를 통해 차량제어기에 전송함과 동시에 표시부(105)를 통해 출력하여 운전자 및 정비사가 쉽게 인식할 수 있도록 한다.

상기 제어부(103)는 냉각팬의 제어에 관련되는 입력전압의 상태, CAN통신라인의 상태, 모터의 과열여부, 과전류 유입 여부, 과전압 유입, 서지전압의 유입여부, 홀 센서의 이상여부, 모터의 속도 이상 여부 등을 진단할 수 있으며, 고장이 검출되면 해당 고장에 대한 상세코드를 추출하여 출력한다.

상기 제어부(103)는 차량제어기에서 제공되는 CAN신호가 전원차단(0V)으로 검출되고, 모터(200)를 작동시키는 냉각팬 구동전압이 설정된 기준전압, 예를 들어 100V 내지 250V 이내의 범위에 포함되면 시동 오프의 조건으로 판정하여 CAN통신 에러 코드를 출력하지 않는다.

상기 제어부(103)는 차량제어기에서 제공되는 CAN신호가 전원차단(0V)으로 검출되고, 모터(200)를 작동시키는 냉각팬 구동전압이 설정된 기준전압, 예를 들어 100V 내지 250V 이내의 범위에 포함되지 않으면 시동 온 상태에서 CAN신호의 통신 에러의 발생으로 판정하여 에러코드를 저장하고, 표시부(105)를 통해 설정된 소정 형식의 경고 메시지를 출력하여 운전자 및 정비사에게 통지한다.

인버터(104)는 상기 제어부(103)에서 인가되는 PWM 제어신호에 따라 스위칭하여 스택 혹은 배터리에서 공급되는 대략 250V 내지 450V의 DC 고전압을 3상 교류전압으로 변환시켜 모터(200)에 구동전압 및 전류로 공급한다.

모터(200)는 냉각팬 구동을 위한 모터로, 상기 인버터(104)에서 인가되는 3상 전압 및 전류에 의해 동작되어 회전축에 연결되는 도시되지 않은 냉각팬을 구동시킨다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 동작은 다음과 같이 실행된다.

본 발명이 적용되는 연료전지 차량에서, 제어부(103)는 차량제어기로부터 CAN통신부(101)를 통해 제공되는 냉각팬 구동 제어명령에 따라 인버터(104)의 PWM 스위칭을 제어하여 모터(200)를 동작시켜 냉각팬을 작동시킨다(S101).

상기 제어부(103)는 차량제어기의 요구에 따라 모터(200)를 동작시켜 냉각팬을 작동시키는 상태에서 CAN신호가 전원차단(0V)으로 검출되는지 판단한다(S102).

상기 제어부(103)는 S102에서 CAN신호가 전원차단(0V)으로 검출되면 냉각팬을 작동시키는 모터(200)에 공급되는 구동전압을 검출하여(S103) 설정된 기준 전압의 범위, 예를 들어 100V 내지 250V의 범위에 포함되는지 판단한다(S104).

상기 제어부(103)는 상기 S104에서 모터(200)에 공급되는 전압이 설정된 기준전압의 범위에 포함되면 시동 오프에 따른 CAN신호의 전원차단(0V)으로 판정하고(S105) CAN 통신 에러코드가 출력하지 않는다(S106).

즉, 시동 오프로 통신용 저전압인 CAN신호의 전원이 차단되었으나, 스택의 화학반응에 의해 일정시간 동안 고전압의 출력이 유지되고 있는 상태로 판정한다.

그러나 상기 제어부(103)는 상기 S104에서 모터(200)에 공급되는 전압이 설정된 기준전압, 예를 들어 100V 내지 250V의 범위에 포함되지 않으면 시동 온이 유지되고 있는 조건으로 판정한다(S107).

그리고, 제어부(103)는 CAN신호의 전원차단(0V)은 CAN신호의 통신 에러에 의한 원인으로 판정하고, 설정된 고장 코드 테이블에서 상세코드를 추출하여 CAN신호의 통신 에러코드를 저장하고(S108) 표시부(105)에 소정의 형식으로 경고 메시지를 출력하여 운전자 및 정비사가 쉽게 인식할 수 있도록 한다(S109).

도 3을 참조하면, 시동 오프(Key Off)로 통신전압 차단(0V)되는 경우 스택의 화학 반응에 의해 일정시간 동안 고전압이 출력되며, 시간의 경과에 따라 전압 강하가 발생된다.

따라서, CAN신호가 차단되는 경우 냉각팬을 작동시키는 구동전압이 설정된 기준전압의 범위에 포함되는 경우 시동 오프(Key Off)에 의한 전원 차단으로 판정하고, CAN신호의 통신 에러코드를 출력하지 않는다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

101 : CAN통신부 102 : DC/DC변환기
103 : 제어부 104 : 인버터
105 : 표시부

Claims

차량제어기와 네트워크로 연결되는 CAN통신부;
스택에서 출력되는 고전압을 저전압으로 변환시켜 전장 및 프로세서에 동작전원으로 공급하는 DC/DC변환기;
스택에서 출력되는 고전압을 3상전압으로 변환시켜 모터에 공급하는 인버터;
차량제어기에서 CAN신호로 요구되는 명령에 따라 모터를 작동시켜 냉각팬을 구동시키는 제어부;
를 포함하고,
상기 차량제어기에서 제공되는 CAN신호가 전원차단(0V)으로 검출되고, 모터를 작동시키는 냉각팬 구동전압이 설정된 기준전압의 범위에 포함되면 시동 오프로 판정하여 CAN신호 에러 코드를 출력하지 않는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 냉각팬 모니터링장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 차량제어기에서 제공되는 CAN신호가 전원차단(0V)으로 검출되고, 모터를 작동시키는 냉각팬 구동전압이 설정된 기준전압의 범위에 포함되지 않으면 시동 온 조건에서 CAN신호의 통신 에러로 판정하는 연료전지 차량의 냉각팬 모니터링장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어부는 기준전압 범위를 100V 내지 250V로 설정하는 연료전지 차량의 냉각팬 모니터링장치.
차량제어기로부터 CAN BUS를 통해 제공되는 냉각팬 제어 명령이 포함된 CAN신호가 전원 차단(0V)으로 검출되는지 판단하는 과정;
상기 CAN신호가 전원 차단(0V)으로 검출되면 냉각팬 구동 전압을 검출하여 설정된 기준전압의 범위에 포함되는지 판단하는 과정;
상기 냉각팬 구동 전압이 설정된 기준전압의 범위에 포함되면 시동 오프에 따른 CAN신호의 전원 차단(0V)으로 판정하고, CAN 에러코드를 출력하지 않는 과정;
을 포함하는 연료전지 차량의 냉각팬 모니터링방법.
제4항에 있어서,
상기 CAN신호가 전원 차단(0V)으로 검출되고, 냉각팬 구동 전압이 설정된 기준전압의 범위에 포함되지 않으면 시동 온 조건에서 CAN신호의 통신 에러로 판정하여 에러 코드를 저장하고, 경고 메시지를 출력하는 연료전지 차량의 냉각팬 모니터링방법.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 설정된 기준전압의 범위는 100V 내지 250V의 범위로 설정되는 연료전지 차량의 냉각팬 모니터링방법.