KR101428261B1 - 연료전지 차량의 저온 시동 정지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지 차량의 저온 시동 정지 방법에 관한 것으로서, CSD 버튼을 이용한 수조작 방식의 문제점, 그리고 제어기에 의한 자동 CSD 수행 방식의 문제점을 동시에 개선할 수 있는 저온 시동 정지 방법에 관한 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 차량 운전 중 제어기가 외기온 센서에 의해 검출되는 외기온도를 이용하여 CSD(Cold Shutdown) 온 조건인지, CSD 오프 조건인지를 판단하는 단계; 상기 판단 결과에 따라 운전자 확인이 가능하도록 CSD 온 또는 CSD 오프 상태를 표시수단을 통해 표시하고 기억하는 단계; 이어 운전자의 CSD 버튼 조작 입력시 표시수단에 표시된 CSD 온 또는 CSD 오프 상태를 반전시키는 동시에 반전된 CSD 온 또는 CSD 오프 상태를 기억하고, 운전자의 CSD 버튼 조작 미입력시에는 이전의 표시 상태를 유지하는 단계; 및 제어기가 키 오프 입력을 검출하게 되면 현재 CSD 온 상태인 경우 정해진 시간 동안 CSD가 이루어지도록 CSD 모드 제어를 수행하는 단계;를 포함하는 연료전지 차량의 저온 시동 정지 방법을 제공한다.

Description

연료전지 차량의 저온 시동 정지 방법{Cold shutdown method of fuel cell vehicle}

본 발명은 연료전지 차량의 저온 시동 정지 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 CSD 버튼을 이용한 수조작 방식의 문제점, 그리고 제어기에 의한 자동 CSD 수행 방식의 문제점을 동시에 개선할 수 있는 저온 시동 정지 방법에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지는 연료인 수소와 공기 중의 산소에 의한 전기화학 반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응부산물로 열과 물을 배출하게 된다.

또한 동력원으로 PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)와 같은 연료전지를 탑재한 연료전지 차량에서 연료전지 스택 내에 잔류하는 물은 겨울철 차량을 장시간 주차할 경우 영하의 외기 조건에서 빙결될 수 있고, 이는 냉시동성을 크게 저하시킨다.

따라서, 외기온도가 낮은 상태에서 키 오프(Key off)시에 스택 내에 잔류하는 물을 제거해주지 않으면 이 물의 빙결로 인해 이후 다음번의 냉시동에서 어려움을 겪게 된다.

즉, 스택 내에 생성된 얼음이 녹지 않은 상태에서 시동할 경우 수소 및 공기의 공급경로를 방해하여 시동 불량 현상이 발생하고, 연료전지의 정상 운전이 어렵게 된다.

또한 냉시동 중 스택 전압 빠짐 현상 및 그로 인한 스택 내구 저하 등의 여러 문제가 발생하며, 기본적으로 스택 내부의 반복적인 결빙/해동은 전기화학 반응의 성능을 떨어뜨리게 되어 내구수명의 단축을 초래한다.

이에 통상의 연료전지 시스템에서 연료전지의 운전 정지시(셧다운(Shutdown)시)에 일정시간 무부하 상태에서 다량의 공기를 스택에 공급하여 스택 내부에 잔존하는 물을 외부로 배출 및 제거하는 CSD(Cold Shutdown) 기능을 수행하게 된다.

키 오프(Key Off) 및 연료전지 운전 정지시에 수행되는 CSD 기능은 운전자의 수동 버튼 조작에 의해 수행되거나, 실시간으로 검출되는 외기온도를 기준으로 제어기가 판단하여 필요에 따라 수행한다.

즉, 운전자가 CSD 버튼을 조작하였을 경우에만 CSD 기능이 수행되는데, 운전자가 키 오프 전에 CSD 버튼을 눌러놓는 경우 키 오프시 CSD를 수행되고, CSD 버튼이 눌러져 있지 않은 경우 CSD를 수행하지 않는다.

또한 차량 운행 상태에서 제어기가 실시간으로 외기온 센서에 의해 검출되는 외기온도 정보를 받아서 특정 온도 이하로 떨어지는 경우 차량 셧다운시에 CSD를 일정시간 수행한다.

그러나, 차량에 CSD 버튼을 장착하여 운전자가 CSD 수행 여부를 직접 선택하도록 한 방법의 경우 운전자가 운전 후 시동을 끌 때마다 일일이 CSD 기능의 필요 여부와 버튼 조작에 대해 신경을 써야 하는 번거로움이 있다.

또한 제어기가 외기온도를 기준으로 필요 여부를 판단하여 CSD를 수행하는 방법은 일교차가 크게 발생하는 환경에서 CSD가 불필요한 상황임에도 제어기의 오판단에 의해 셧다운시 CSD이 수행될 수 있다.

이로 인해 공기블로워 구동 소음 등의 차량 품질 문제가 야기될 수 있고, 잠시 주차한 뒤 운행을 재개하고자 하는 경우에도 키 오프시 CSD가 수행되는 등의 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, CSD 버튼을 이용한 수조작 방식의 문제점, 그리고 제어기에 의한 자동 CSD 수행 방식의 문제점을 동시에 개선할 수 있는 연료전지 차량의 저온 시동 정지 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, a) 차량 운전 중 제어기가 외기온 센서에 의해 검출되는 외기온도를 이용하여 CSD(Cold Shutdown) 온 조건인지, CSD 오프 조건인지를 판단하는 단계; b) 상기 판단 결과에 따라 운전자 확인이 가능하도록 CSD 온 또는 CSD 오프 상태를 표시수단을 통해 표시하고 기억하는 단계; c) 이어 운전자의 CSD 버튼 조작 입력시 표시수단에 표시된 CSD 온 또는 CSD 오프 상태를 반전시키는 동시에 반전된 CSD 온 또는 CSD 오프 상태를 기억하고, 운전자의 CSD 버튼 조작 미입력시에는 이전의 표시 상태를 유지하는 단계; 및 d) 제어기가 키 오프 입력을 검출하게 되면 현재 CSD 온 상태인 경우 정해진 시간 동안 CSD가 이루어지도록 CSD 모드 제어를 수행하는 단계;를 포함하는 연료전지 차량의 저온 시동 정지 방법을 제공한다.

바람직한 실시예에서, 상기 a) 단계 이전에 운전자의 CSD 버튼 조작 입력이 있었다면 제어기는 외기온도를 이용한 판단 결과에 상관없이 이전 CSD 버튼 조작 입력에 의한 현재 CSD 온 또는 CSD 오프 상태를 그대로 유지하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 d) 단계에서 CSD 모드 제어 수행 동안 운전자의 CSD 버튼 조작 입력이 있는 경우 제어기는 CSD 모드 제어를 바로 종료하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 차량의 저온 시동 정지 방법에 의하면, 제어기가 일차적으로 CSD 온 조건인지, 오프 조건인지를 판단한 뒤 그 결과를 운전자에게 표시하여 전달하고, 최종적으로 운전자가 CSD 수행 여부를 결정하여 CSD 버튼을 조작하도록 구성됨으로써, 냉시동 개선을 위한 CSD 모드가 제어기의 판단 및 운전자 의지에 따라 필요한 상황에서만 수행될 수 있도록 한다.

이로써 CSD 버튼을 이용한 수조작 방식의 문제점, 그리고 제어기에 의한 자동 CSD 수행 방식의 문제점을 동시에 개선할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 차량의 저온 시동 정지 방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 연료전지 차량을 위한 개선된 저온 시동 정지(CSD:Cold Shutdown) 방법에 관한 것으로서, 종래의 CSD 버튼을 이용한 수조작 방식의 문제점, 그리고 제어기에 의한 자동 CSD 수행 방식의 문제점을 동시에 개선할 수 있는 저온 시동 정지 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에서는 종래의 문제점을 보완하여 제어기가 일차적으로 CSD 온 조건인지, 오프 조건인지를 판단한 뒤 그 결과를 운전자에게 표시하여 전달하고, 최종적으로 운전자가 CSD 수행 여부를 결정하여 CSD 버튼을 조작하도록 구성됨으로써, 냉시동 개선을 위한 CSD 모드가 제어기의 판단 및 운전자 의지에 따라 필요한 상황에서만 수행될 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 차량의 저온 시동 정지 방법을 나타내는 순서도이다.

본 발명에서 CSD는 일정시간 무부하 상태에서 공기블로워를 구동하여 다량의 공기를 스택에 공급해줌으로써 스택 내부에 잔존하는 물을 외부로 배출 및 제거한 뒤 셧다운하는 방식이 될 수 있다.

그 밖에 공기와 함께 수소를 스택에 공급 및 퍼지하여 대기로 배출함으로써 물을 배출 및 제거한 뒤 셧다운하는 방식 등 다양한 방법들이 알려져 있는바, 본 발명에서 CSD는 공지의 방식을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 하며, 특정 방식의 CSD로 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.

먼저, 연료전지 차량의 운전 중에(S1) 제어기는 외기온 센서의 검출값을 통해 현재의 외기온도 조건이 CSD 모드의 수행이 필요한 조건인지를 판단하게 된다(S3).

이때, 외기온 센서의 검출값을 미리 설정된 CSD 기준온도와 비교하여 현재의 외기온도가 CSD 기준온도보다 낮은 경우 CSD 모드 수행이 필요한 조건(CSD 온 조건)인 것으로 판단하게 된다.

물론, 검출된 외기온도가 CSD 기준온도 이상인 경우 CSD 모드의 수행이 불필요한 조건(CSD 오프 조건)인 것으로 판단하게 된다.

CSD 기준온도는 CSD 모드의 수행 여부를 판단 및 결정하기 위한 기준온도로, 이는 미리 설정되는 온도이다.

이어 CSD 모드의 필요 여부가 판단되고 나면, 제어기는 판단 결과에 따라 운전자가 확인할 수 있도록 차량 내 표시수단을 통해 CSD 온(CSD on) 또는 CSD 오프(CSD off)를 표시해준다(S4,S4').

여기서, 표시수단은 CSD 온 또는 CSD 오프임을 운전자에게 알려 주기 위한 장치로서, 표시수단에 의해 표시되는 CSD 온 상태는 이후 키 오프 및 연료전지 운전 정지시에 CSD 모드를 수행하는 상태를, CSD 오프 상태는 이후 키 오프 및 연료전지 운전 정지시에 CSD 모드 수행 없이 일반적인 프로세스에 따라 셧다운하는 상태를 의미한다.

상기 표시수단은 클러스터에 구비되어 점등/소등 상태에 따라 CSD 온과 CSD 오프를 알려주는 램프(이하, CSD 램프라 칭함)가 될 수 있으며, 제어기는 CSD 온 조건(외기온도 < 기준온도인 조건)인 경우 램프를 점등시키고(S3,S4), CSD 오프 조건(외기온도 ≥ 기준온도인 조건)인 경우에는 램프를 소등시키게 된다(S3,S4').

이 과정에서 이전에 외기온도가 기준온도 이상이어서 CSD 램프를 점등시킨 상태라 하더라도 현재의 외기온도가 기준온도 아래라면 CSD 램프를 다시 소등시키며, 이후 다시 외기온도가 기준온도 이상이 되면 CSD 램프를 점등시키게 된다.

이와 같이 제어기는 외기온 센서에 의해 검출되는 현재의 외기온도를 이용하여 CSD 모드 수행 조건(CSD 온 조건)에 해당하는지를 판단한 뒤 조건을 만족하면 CSD 램프를 점등시키고, 반대로 CSD 오프 조건에 해당하면 CSD 램프를 소등시키게 된다.

단, 제어기는 그 이전에 운전자가 CSD 버튼을 눌러 CSD 온 또는 CSD 오프 상태를 선택한 적이 있다면(S2) 외기온도를 이용한 판단 결과에 상관없이 CSD 램프를 현재의 상태로 계속 유지하게 된다.

즉, 운전자가 CSD 버튼을 누른 적이 있다면, 이는 운전자가 직접 CSD 온 또는 오프를 선택한 것이므로, 외기온도를 이용한 판단 결과에 따른 CSD 온/오프 상태 표시 없이 이전 CSD 버튼 조작 입력에 의한 현재 상태를 그대로 유지하는 것이다.

물론, 시동 후 CSD 버튼을 누른 적이 없다면, 제어기는 외기온도를 이용한 판단 결과에 따른 CSD 온/오프 상태를 표시하고 기억하게 된다.

그리고, 상기와 같이 제어기의 판단 결과에 따라 CSD 램프가 점등 또는 소등 상태로 있을 때, 운전자가 다시 CSD 버튼을 눌러주게 되면 CSD 램프의 상태는 반전되고(S5,S6), CSD 버튼 조작이 없을 경우에는 CSD 램프의 상태는 유지된다(S5,S6').

이 경우에서 CSD 램프가 점등된 상태이지만 운전자는 굳이 CSD 기능이 수행될 필요가 없다고 판단하게 되면 CSD 버튼을 눌러 CSD 램프를 소등시키며, CSD 램프가 소등된 상태이지만 CSD 기능이 필요한 상황으로 판단되면 CSD 버튼을 조작하여 CSD 램프를 점등시키게 된다.

즉, 기본적으로 CSD 오프 상태에서 운전자가 CSD 버튼을 눌러줄 경우, 이는 운전자가 CSD 온 상태를 유지하겠다는 것이므로, 이때 제어기는 CSD 램프를 점등 상태로 만들어주면서 현재 CSD 온 상태임을 기억하게 된다.

반면, CSD 온 상태에서 운전자가 CSD 버튼을 눌러주는 경우, 이는 운전자가 CSD 오프 상태를 유지하겠다는 것이므로, 이때 제어기는 CSD 램프를 소등 상태로 만들어주면서 현재 CSD 오프 상태임을 기억하게 된다.

요컨대, 제어기의 판단 결과 또는 운전자의 CSD 버튼 조작 결과에 의한 CSD 오프 상태일 때 운전자가 CSD 버튼을 눌러주게 되면 CSD 램프가 점등되고, 제어기의 판단 결과 또는 운전자의 CSD 버튼 조작 결과에 의한 CSD 온 상태일 때 운전자가 CSD 버튼을 눌러주게 되면 CSD 램프는 소등된다.

한편, 차량 운행을 마친 뒤, 제어기가 운전자에 의한 키 오프 입력을 검출하는 경우, 특히 키 오프 시점에서 CSD 온 상태(CSD 램프 점등 상태)이면, 제어기는 CSD 기능이 수행되도록 하기 위한 CSD 모드 제어를 수행한다(S7,S8,S9).

반면, CSD 오프 상태(CSD 램프 소등 상태)이면 CSD 과정 없이 일반적인 셧다운 프로세스에 따라 연료전지 시스템을 셧다운시키게 된다.

또한 CSD가 수행되는 동안 운전자에 의한 CSD 버튼의 조작이 있을 경우, 이는 CSD 수행을 바로 종료시키겠다는 운전자 의지를 의미하므로, 제어기는 바로 CSD 모드를 종료하여 일반적인 셧다운 프로세스를 진행한다(S10).

물론, CSD 수행 동안 CSD 버튼 조작이 없을 경우에는 제어기가 미리 설정된 기준시간 동안 CSD 모드를 수행하고, CSD가 시작된 후 기준시간이 경과하면 CSD를 종료한다(S11).

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

Claims (4)

1. a) 차량 운전 중 제어기가 외기온 센서에 의해 검출되는 외기온도를 이용하여 CSD(Cold Shutdown) 온 조건인지, CSD 오프 조건인지를 판단하는 단계;
   b) 상기 판단 결과에 따라 운전자 확인이 가능하도록 CSD 온 또는 CSD 오프 상태를 표시수단을 통해 표시하고 기억하는 단계;
   c) 이어 운전자의 CSD 버튼 조작 입력시 표시수단에 표시된 CSD 온 또는 CSD 오프 상태를 반전시키는 동시에 반전된 CSD 온 또는 CSD 오프 상태를 기억하고, 운전자의 CSD 버튼 조작 미입력시에는 이전의 표시 상태를 유지하는 단계; 및
   d) 제어기가 키 오프 입력을 검출하게 되면 현재 CSD 온 상태인 경우 정해진 시간 동안 CSD가 이루어지도록 CSD 모드 제어를 수행하는 단계;
   를 포함하고,
   상기 a) 단계 이전에 운전자의 CSD 버튼 조작 입력이 있었다면 제어기는 외기온도를 이용한 판단 결과에 상관없이 이전 CSD 버튼 조작 입력에 의한 현재 CSD 온 또는 CSD 오프 상태를 그대로 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 저온 시동 정지 방법.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 d) 단계에서 CSD 모드 제어 수행 동안 운전자의 CSD 버튼 조작 입력이 있는 경우 제어기는 CSD 모드 제어를 바로 종료하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 저온 시동 정지 방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 표시수단은 클러스터에 구비된 CSD 램프이고, 제어기가 CSD 온 조건에서 CSD 램프가 점등, 그리고 CSD 오프 조건에서 소등되도록 제어하면서, 상기 c) 단계의 CSD 온 또는 CSD 오프 상태 표시 반전은 점등 상태와 소등 상태 간의 반전인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 저온 시동 정지 방법.
   

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