KR101481355B1 - 전압 동기화 방법 및 시스템 - Google Patents

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정성진
류창석
이준용
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현대자동차주식회사
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Abstract

전압 동기화 방법 및 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 전압 동기화 방법은, 주 제어기에서 전압 동기화가 가능한 상태인지 여부를 판단하는 단계; 상기 판단 결과 전압 동기화가 가능한 상태인 경우, 상기 주 제어기로부터 복수의 보조 제어기들로 전압 동기화 명령을 전송하는 단계; 및 상기 보조 제어기에서, 상기 전송된 전압 동기화 명령이 수신되면 연료 전지 스택의 출력 전압을 기준으로 상기 보조 제어기에서 센싱된 전압을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

전압 동기화 방법 및 시스템{Method and system for synchronizing voltage}
본 발명은 전압 동기화 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제어기들에서 각각 센싱되는 전압값들의 편차를 감소시켜 전압값들을 동기화할 수 있는 전압 동기화 방법 및 시스템에 관한 것이다.
연료 전지 차량의 고전압 라인에 연결되어 있는 전압 센싱 제어기는 스택 전압 모니터 장치(SVM : Stack Voltage Monitoring device), 모터 제어기(MCU : Motor Control Unit), 전력 변환 제어기(Power Converter controller), 및 펌프/블로워 제어기(BPCU : Blower/Pump Control Unit)등이 있다.
연료 전지 차량의 전반을 제어하는 연료 전지 제어기(FCU : Fuel cell Control Unit)가 회생제동 에너지 회수를 위한 전압 명령을 전력 변환 제어기에 전송하면, 전력 변환 제어기는 전압 명령에 따라 전압 제어를 하여 고전압 배터리 측에 에너지를 저장할 수 있다. 그러나, 전력 변환 제어기의 제어 전압이 MCU에서 센싱된 전압보다 낮은 경우, 모터 제어기(MCU)의 전압 상한 제한 조건에 걸려 회생 제동 토크를 줄이게 되어 의도한 양만큼의 에너지를 저장할 수 없는 문제가 있다.
또한, 연료 전지 차량이 등판 경사로에 정지 상태에 있다가 출발시에 등판 밀림 현상이 발생되면, 모터가 역회전하면서 회생 제동이 일어날 수 있다. 이때, MCU에서 센싱된 전압이 전력 변환 제어기의 전압보다 특정 오프셋 값 이상 더 큰 경우 이러한 회생 제동에 의해 MCU에서 센싱되는 전압의 크기가 증가하며, 더이상 회생 제동이 불가한 최대 전압값에 도달하면 모터가 디레이팅된다. 모터 디레이팅시, MCU에서 센싱되는 전압값은 하강하며, 이후 회생 제동에 의해 다시 전압값이 상승하며, 다시 디레이팅되는 과정이 반복되어 연료 전지 차량에 심한 떨림이 발생하는 문제점이 있다.
이러한 문제점은 FCU가 전력 변환 제어기에 전송하는 전압 명령에 따라서 전력 변환 제어기 및 MCU에서 센싱되는 전압의 크기가 상이하여 발생되는 것이다. 이러한 전압의 크기를 보정하기 위해 MCU와 전력 변환 제어기 등의 개발시에 각각이 갖는 전압 센서의 오차를 감안하여 캘리브레이션을 수행한다. 그러나 MCU, 전력 변환 제어기 등의 단품마다 설계된 전압 센서의 오차가 상이하여, 이들이 고전압 라인에 결합되는 경우 각 단품들에서 센싱된 전압의 크기가 상이할 수밖에 없다.
제어기들에서 각각 센싱되는 전압값들의 편차를 감소시켜 전압값들을 동기화할 수 있는 전압 동기화 방법 및 시스템을 제공하고자 함이다.
본 발명의 실시 예에 따른 전압 동기화 방법은, 주 제어기에서 전압 동기화가 가능한 상태인지 여부를 판단하는 단계; 상기 판단 결과 전압 동기화가 가능한 상태인 경우, 상기 주 제어기로부터 복수의 보조 제어기들로 전압 동기화 명령을 전송하는 단계; 및 상기 보조 제어기에서, 상기 전송된 전압 동기화 명령이 수신되면 연료 전지 스택의 출력 전압을 기준으로 상기 보조 제어기에서 센싱된 전압을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전압 동기화가 가능한 상태인지 여부를 판단하는 단계는, 연료 전지 스택의 출력 전압 및 보조 제어기에서 센싱된 전압의 변화율이 기설정된 변화율보다 낮은지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전압 동기화가 가능한 상태인지 여부를 판단하는 단계는, 상기 출력 전압 및 센싱된 전압의 변화율이 기설정된 변화율보다 낮은 경우 상기 전압 동기화가 가능한 상태로 판단하는 단계이다.
상기 전압 동기화가 가능한 상태인지 여부를 판단하는 단계는, 상기 전압 동기화를 위해 상기 주 제어기 및 보조 제어기들 간의 통신 상태가 정상인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전압 동기화가 가능한 상태인지 여부를 판단하는 단계는, 상기 주 제어기 및 보조 제어기들 간의 통신 상태가 정상으로 판단되면, 상기 전압 동기화가 가능한 상태로 판단하는 단계이다.
상기 주 제어기에서, 상기 복수의 보조 제어기들로의 전압 동기화 명령의 전송이 제1 설정 시간 동안 유지되는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 보조 제어기들로의 전압 동기화 명령의 전송이 제1 설정 시간 이상 유지되면, 상기 주 제어기에서 수행되는 단계는 중지된다.
상기 전압 동기화가 가능한 상태인지 여부를 판단하는 단계는 적어도 제2 설정 시간 동안 상기 주 제어기에서 최우선순위로 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 보조 제어기에서 센싱된 전압을 보정하는 단계는, 상기 전송된 전압 동기화 명령의 수신이 각 보조 제어기별로 상이한 제3 설정 시간 동안 유지되는지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 주 제어기에서, 상기 복수의 보조 제어기들로의 전압 동기화 명령의 전송이 제1 설정 시간 동안 유지되는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 제3 설정 시간은 상기 제1 설정 시간보다 짧은 것을 특징으로 한다.
상기 보조 제어기에서 센싱된 전압을 보정하는 단계는, 상기 전송된 전압 동기화 명령의 수신이 상기 제3 설정 시간 동안 유지되면, 상기 보조 제어기에서 센싱된 전압의 보정 범위를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 보조 제어기에서 센싱된 전압을 보정하는 단계는, 상기 연료 전지 스택의 출력 전압을 기준으로 상기 결정된 보정 범위 한도로 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전압 동기화 시스템은, 전압 동기화가 가능한 상태인지 여부를 판단하는 주 제어기; 상기 주 제어기로부터 상기 전압 동기화가 가능한 상태라는 판단 결과로 전송된 전압 동기화 명령을 수신하여 연료 전지 스택의 출력 전압을 기준으로, 센싱된 전압을 보정하는 복수의 보조 제어기들을 포함할 수 있다.
상기 주 제어기는 연료 전지 스택의 출력 전압 및 보조 제어기에서 센싱된 전압의 변화율이 기설정된 변화율보다 낮은지 여부를 판단하는 전압 동기화 가능 상태 판단부를 포함할 수 있다.
상기 전압 동기화 가능 상태 판단부는 상기 출력 전압 및 센싱된 전압의 변화율이 기설정된 변화율보다 낮은 경우 상기 전압 동기화가 가능한 상태로 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 주 제어기는 상기 전압 동기화를 위해 상기 주 제어기 및 보조 제어기들 간의 통신 상태가 정상인지 여부를 판단하는 전압 동기화를 위한 시스템 고장 진단 판단부를 포함할 수 있다.
상기 주 제어기는 상기 복수의 보조 제어기들로의 전압 동기화 명령의 전송이 제1 설정 시간 동안 유지되면 동작을 중단할 수 있다.
상기 주 제어기에서 상기 전압 동기화가 가능한 상태인지 여부의 판단은 적어도 제2 설정 시간 동안 최우선순위로 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 보조 제어기들 각각은 상기 전송된 전압 동기화 명령의 수신이 보조 제어기별로 상이한 제3 설정 시간 동안 유지되는지 여부를 판단할 수 있다.
상기 보조 제어기들 각각은, 상기 보조 제어기에서 센싱된 전압의 보정 범위를 결정하는 전압 보정 가능 범위 판단부; 및 상기 연료 전지 스택의 출력 전압을 기준으로 상기 결정된 보정 범위를 한도로 보정하는 전압 보정 실행부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전압 동기화 방법 및 시스템에 따르면, 연료 전지 차량의 회생 제동 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
따라서, 연료 전지 차량의 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 고전압 라인에 연결된 고전압 제어기들 간의 전압 편차를 줄여 제어 오동작 방지를 줄일 수 있는 효과가 있다. 예컨대, 차량 등판시 밀림 상황에서 MCU에서 센싱되는 전압에 따라 디레이팅 및 회생제동 반복에 의한 차량 떨림 현상을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 차량의 고전압 파워넷 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 동기화 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 동기화 방법을 도시한 순서도이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 차량의 고전압 파워넷 구성도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 차량의 고전압 파워넷(100)은 연료 전지 스택(10), MCU(20), 전력 변환 제어기(30) 및 고전압 배터리(40)를 포함할 수 있다.
연료 전지 스택(10)의 출력 전압은 스택 전압 모니터 장치(SVM)에 의해 센싱된다. MCU(20)는 입력 전압을 센싱하는 전압 센서를 포함할 수 있다. 전력 변환 제어기(30)는 고전압 직류 변환기 내의 제어기로 연료 전지 스택(10)에 연결되는 단자의 전압 및 고전압 배터리에 연결되는 단자의 전압을 센싱할 수 있다. 블로워/펌프 제어기(40)는 블로워/펌프에 인가된 전압을 센싱하며, 기타 보기류 역시 기타 보기류에 걸리는 전압을 센싱하는 전압 센서를 구비할 수 있다.
이때, 연료 전지 스택(10)의 출력 전압(Vref)과 MCU(20)에서 센싱되는 전압 및 전력 변환 제어기(30)의 연료 전지 스택(10) 측 단자의 전압은 이상적으로 모든 고전압 라인이 연결된 노드의 전압인 Vc와 같아야 한다. 그러나, 실제로 연료 전지 스택(10) 내부의 스택 전압 모니터 장치(SVM), MCU(20)의 전압 센서, 전력 변환 제어기(30) 등 마다 약간의 전압 센싱 오차가 있어 모든 전압이 동일하게 센싱되진 않는다.
센싱된 전압들을 특정 시점, 레벨에서 동기화하여, 각 제어기들 상호간에 동일 전압이 센싱되도록 자동으로 보정하여, 연료 전지 차량의 운행 중에 각 제어기 단품들의 제어 정밀도 향상이 필요하다. 각 센싱 전압들 중에서 상대적으로 전압 센싱 정밀도가 가장 높은 SVM에서 센싱된 전압의 크기를 기준으로 다른 제어기들에서 센싱되는 전압을 동기화시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 동기화 시스템의 구성을 도시한 블록도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 동기화 시스템(200)은 크게 연료 전지 제어기(FCU, 210), 연료 전지 스택(10)의 SVM(15), 모터 제어기(MCU, 20) 및 전력 변환 제어기(30)를 포함할 수 있다. 연료 전지 스택(10)의 SVM(15)에서 센싱된 전압 값(Vref)은 FCU(210), MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30)로 송신된다.
FCU(210)는 주 제어기일 수 있고, MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30) 등은 보조 제어기일 수 있다.
FCU(210)는 전압 동기화 가능 상태 판단부(212), 전압 동기화를 위한 시스템 고장 진단부(214), 전압 동기화 명령 주 제어 처리부(216) 및 전압 동기화 명령 보조 제어 처리부(218)를 포함할 수 있다. 즉, 주 제어기는 전압 동기화가 가능한 상태인지 여부를 먼저 판단한다.
전압 동기화 가능 상태 판단부(212)는 i) 연료 전지 차량이 구동 가능한 상태에 있는 경우 즉, 변속단 중 D단 혹은 R단에 있고 가속 페달이 밟히지는 않는 상태에 있는 경우, ii) 연료 전지 스택(10)의 파워를 이용할 수 있으나, 스타트/스탑 운전 상태, 즉 아이들 스탑 상태가 아닌 경우, iii) 연료 전지 차량이 거의 정지한 상태에 있는 경우, 즉, 연료 전지 차량의 운행 속도가 기설정된 값 미만인 경우, iv) 연료 전지 스택(10)의 출력 전압(Vref)이 특정 범위 내에 있는 경우인지를 판단하여 해당하는 경우에 Vref와 MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30)의 전압 동기화가 가능한 상태라고 판단할 수 있다.
즉, 전압 동기화 가능 상태 판단부(212)는 연료 전지 스택의 출력 전압 및 보조 제어기들에서 각각 센싱된 전압의 변화율이 기설정된 변화율보다 낮은지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 센싱될 전압이 과도 구간을 많이 포함하고 있다면, 시간당 전압 변화율이 높다면 전압 동기화가 불가능한 상태인 것이다. 기설정된 변화율은 센싱된 전압의 시간당 전압의 변화가 전압 동기화가 가능한 것이라고 판단되는 변화율로 미리 설정될 수 있다. 아이들 스탑 상태에서는 연료의 공급이 차단되어 정상적인 스택 전압(Vref)을 측정할 수 없다.
전압 동기화를 위한 시스템 고장 진단 판단부(214)는 i) SVM(15)와의 CAN 통신이 정상인지 여부, ii) 기어 장치가 정상인지 여부, 즉 차량 구동에 있어서 변속 레버 등으로부터의 고장 발생 신호가 수신되는지 여부 및 iii) 전압 동기화 대상인 MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30)와의 CAN 통신이 정상인지 여부 등에 기반하여 전압 동기화를 위한 시스템이 정상 상태인지 여부를 판단할 수 있다.
즉, 전압 동기화를 위한 시스템 고장 진단 판단부(214)는 FCU(210)와 SVM(15), FCU(210)와 MCU(20) 및 FCU(210)와 전력 변환 제어기(30) 간의 CAN 통신 상태에 이상이 없고, 차량 구동을 위한 기어 장치들로부터 고장 신호가 수신되지 않는 경우, 전압 동기화를 위한 시스템이 정상 상태라고 판단할 수 있다.
전압 동기화 명령 주 제어 처리부(216)는 전압 동기화 가능 상태 판단부(212)에서 전압 동기화가 가능하다고 판단하고, 전압 동기화를 위한 시스템 고장 진단 판단부(214)에서 전압 동기화 시스템이 정상 상태라고 판단하면, MCU(20)에서 센싱되는 전압과 전력 변환 제어기(30)에서 센싱된 전압을 SVM(15)에서 센싱된 전압에 동기화한다.
구체적으로, 전압 동기화 명령 주 제어 처리부(216)는 MCU(20)와 전력 변환 제어기(30)로의 전압 동기화 명령을 on하고, 전압 동기화 명령의 전송을 제1 설정 시간(T1) 동안 유지한다. 전압 동기화 명령 주 제어 처리부(216)는 전압 동기화 명령의 전송이 제1 설정 시간(T1) 동안 유지되면, 연료 전지 차량의 시동이 종료될 때까지는 더이상 동기화 제어를 수행하지 않고, 전압 동기화 제어를 종료한다. 여기서 종료되는 전압 동기화 제어는 주 제어기 측에서의 전압 동기화 제어이다.
즉, 주 제어기는 전압 동기화 명령의 보조 제어기들로의 전송을 제1 설정 시간 이상 유지하는 동안 전압 동기화 제어는 보조 제어기에서 주 제어기로부터 전압 동기화 명령을 전송받아 수행되는 것이다.
이는, MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30) 등의 전압을 차량 운전 중에 계속적으로 동기화하는 것은 불필요하기 때문이다. 전압 동기화 명령 주 제어 처리부(216)는 전압 동기화 명령의 전송이 제1 설정 시간(T1) 시간 동안 유지되지 않으면 전압 동기화 명령을 오프(off)한다.
한편, 전압 동기화 명령 보조 제어 처리부(218)는 전압 동기화 명령 주 제어 처리부(216)의 전압 동기화 명령이 온(on) 되기 이전에, 연료 전지 차량의 시동 이후 제2 설정 시간(T2) 동안의 전압 동기화 가능 상태 판단 시간을 확보할 수 있다.
구체적으로, 연료 전지 차량의 시동 이후 경과한 시간이 제2 설정 시간(T2)보다 짧은 경우에는 아이들 스탑 기능의 수행이 중단된다. 연료 전지 차량의 시동 이후 경과한 시간(Time2)이 제2 설정 시간(T2)보다 긴 경우에는 전압 동기화 가능 상태 판단이 완료되지 않더라도 아이들 스탑 기능의 동작 수행을 허용하며, 이와 병행하여 이후의 전압 동기화 제어가 수행된다. 아이들 스탑 기능은 본 발명의 일례로서, 연료 전지 차량의 시동 이후에 다른 어떤 기능보다 최우선으로 제2 설정 시간(T2) 이내에는 전압 동기화 가능 상태 판단이 수행될 수 있음을 의미한다(다른 기능 제어 제약 시간 구간).
예컨대, 아이들 스탑 기능의 경우 운전 조건에 따라서 연료 전지 차량의 시동 이후 바로 수행될 수 있기 때문에, 이 경우에는 전압 동기화 가능 상태 판단부(212)에서 전압 동기화 가능 상태라고 판단하지 않게 된다. 따라서 전압 동기화 가능 상태를 판단할 최소한의 제어 처리 우선 시간을 보장하는 것이다.
즉, 시동 이후 경과한 시간(Time2)이 T2보다 짧은 경우는 전압 동기화 가능 상태 여부 판단만이 독자적으로 진행되고, T2보다 긴 경우는 아이들 스탑 기능들과 병행하여 전압 동기화 가능 상태 판단, 전압 동기화를 위한 시스템 고장 진단, 전압 동기화 명령 송신 등의 전압 동기화 제어 로직이 수행된다.
전압 동기화 명령이 FCU(210)로부터 MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30) 측으로 송신되면, MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30) 내에 각각 포함된 전압 동기화 명령 수신부(22, 32)에서 이를 수신하며, MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30) 내부에 개별적으로 설정된 제3 설정 시간 동안(T3) 전압 동기화 명령이 연속적으로 수신되는지 여부를 판단한다.
FCU(210)로부터 제3 설정 시간 이상 연속적으로 전압 동기화 명령이 수신되면, MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30) 내부의 전압 보정 실행부(26, 36)는 SVM(15)로부터 전송된 Vref을 기준으로 하여 MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30)에서 센싱된 전압을 보정한다. 보정시 전압 보정 가능 범위 판단부(24, 34)에서 설정하는 오프셋 조정 상한치, 오프셋 조정 하한치에 따라 보정할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 동기화 방법을 도시한 순서도이다. 도 3은 FCU(210)에서의 전압 동기화 방법을, 도 4는 MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30)에서의 전압 동기화 방법을 도시한다.
FCU(210)의 전압 동기화 명령 보조 제어 처리부(218)는 전압 동기화 명령 주 제어 처리부(216)의 전압 동기화 명령이 온(on) 되기 이전에 즉, 전압 동기화 명령이 off인 상태에서(S303), 연료 전지 차량의 시동 이후 제2 설정 시간(T2) 동안의 전압 동기화 가능 상태 판단 시간을 확보할 수 있다.
구체적으로, 연료 전지 차량의 시동이 완료되면(S301), 시동 완료 이후 경과한 시간(Time2)과 제2 설정 시간을 비교하여(S305), 시동 완료 이후 경과한 시간(Time2)이 제2 설정 시간(T2)보다 짧은 경우에는 아이들 스탑 제어를 구속하여 T2시간까지는 아이들 스탑 제어가 수행되지 않도록 한다(S307). 연료 전지 차량의 시동 이후 경과한 시간(Time2)이 제2 설정 시간(T2)보다 긴 경우에는 전압 동기화 가능 상태 판단이 완료되지 않더라도 아이들 스탑 기능의 동작 수행을 허용하며(S309), 이와 병행하여 이후의 전압 동기화 제어가 수행된다. 아이들 스탑 기능은 본 발명의 일례로서, 연료 전지 차량의 시동 이후에 다른 어떤 기능보다 최우선으로 제2 설정 시간(T2) 이내에는 전압 동기화 가능 상태 판단이 수행될 수 있음을 의미한다(다른 기능 제어 제약 시간 구간).
예컨대, 아이들 스탑 기능의 경우 운전 조건에 따라서 연료 전지 차량의 시동 이후 바로 수행될 수 있기 때문에, 이 경우에는 전압 동기화 가능 상태 판단부(212)에서 전압 동기화 가능 상태라고 판단하지 않게 된다. 따라서 전압 동기화 가능 상태를 판단할 최소한의 제어 처리 우선 시간을 보장하는 것이다.
즉, 시동 이후 경과한 시간(Time2)이 T2보다 짧은 경우는 전압 동기화 가능 상태 여부 판단만이 독자적으로 진행되고, T2보다 긴 경우는 아이들 스탑 기능들과 병행하여 전압 동기화 가능 상태 판단(S311), 전압 동기화를 위한 시스템 고장 진단(S313), 전압 동기화 명령 전송(S317) 등의 전압 동기화 제어 로직이 수행된다.
시동 완료 이후 제2 설정 시간이 경과한 후에, FCU(210)의 전압 동기화 가능 상태 판단부(212)는 i) 연료 전지 차량이 구동 가능한 상태에 있는 경우 즉, 변속단 중 D단 혹은 R단에 있고 가속 페달이 밟히지는 않는 상태에 있는 경우, ii) 연료 전지 스택(10)의 파워를 이용할 수 있으나, 스타트/스탑 운전 상태, 즉 아이들 스탑 상태가 아닌 경우, iii) 연료 전지 차량이 거의 정지한 상태에 있는 경우, 즉, 연료 전지 차량의 운행 속도가 기설정된 값 미만인 경우, iv) 연료 전지 스택(10)의 출력 전압(Vref)이 특정 범위 내에 있는 경우인지를 판단하여 해당하는 경우에 Vref와 MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30)의 전압 동기화가 가능한 상태라고 판단할 수 있다(S311). 아이들 스탑 상태에서는 연료의 공급이 차단된다. 전압 동기화가 가능한 상태라고 판단되면, FCU(210)의 전압 동기화를 위한 시스템 고장 진단 판단부(214)는 i) SVM(15)와의 CAN 통신이 정상인지 여부, ii) 기어 장치가 정상인지 여부, 즉 차량 구동에 있어서 변속 레버 등으로부터의 고장 발생 신호가 수신되는지 여부 및 iii) 전압 동기화 대상인 MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30)와의 CAN 통신이 정상인지 여부 등에 기반하여 전압 동기화를 위한 시스템이 정상 상태인지 여부를 판단할 수 있다(S313). 즉, 전압 동기화를 위한 시스템 고장 진단 판단부(214)는 FCU(210)와 SVM(15), FCU(210)와 MCU(20) 및 FCU(210)와 전력 변환 제어기(30) 간의 CAN 통신 상태에 이상이 없고, 차량 구동을 위한 기어 장치들로부터 고장 신호가 수신되지 않는 경우, 전압 동기화를 위한 시스템이 정상 상태라고 판단할 수 있다. 전압 동기화를 위한 시스템이 정상 상태라고 판단되면, 전압 동기화 명령 주 제어 처리부(216)는 전압 동기화 명령을 온(on)시키고, 전압 동기화 명령의 전송이 시작되는 시간부터 카운팅한다(S315). 그리고 전압 동기화 명령을 MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30) 등으로 전송할 수 있다(S319).
한편 전압 동기화가 불가능한 상태라고 판단되거나, 전압 동기화를 위한 시스템이 정상 상태가 아니라고 판단되는 경우, 후술할 전압 동기화 명령이 전송되어 유지되는 시간(Time1)을 리셋하고(S310), 전압 동기화 명령을 오프(off)시킨다(S303).
전압 동기화 명령 주 제어 처리부(216)는 전압 동기화 명령의 전송이 제1 설정 시간(T1) 동안 유지되는지 여부를 판단하여(S319), 전압 동기화 명령의 전송이 제1 설정 시간(T1) 동안 유지되면, 연료 전지 차량의 시동이 종료될 때까지는 더이상 동기화 제어를 수행하지 않고, 전압 동기화 제어를 종료한다(S321). MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30) 등의 전압을 차량 운전 중에 계속적으로 동기화하는 것은 불필요하기 때문이다. 전압 동기화 명령 주 제어 처리부(216)는 전압 동기화 명령의 전송이 제1 설정 시간(T1) 시간 동안 유지되지 않으면 전압 동기화 명령을 오프(off)한다. 도면에 도시된 Time1은 전압 동기화 명령의 전송 유지 시간을 의미한다.
MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30)는 연료 전지 차량의 시동이 완료되면(S401), MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30) 내에 각각 포함된 전압 동기화 명령 수신부(22, 32)는 전압 동기화 명령이 FCU(210)로부터 수신되었는지 여부를 판단한다.(S403)
전압 동기화 명령이 FCU(210)로부터 수신되었다면, 전압 동기화 명령이 MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30)에 수신되어 유지되는 시간(Time3)을 카운팅하기 시작하여(S404), MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30) 내부에 개별적으로 설정된 제3 설정 시간 동안(T3) 전압 동기화 명령이 연속적으로 수신되는지 여부를 판단한다(S405).
반면에, 전압 동기화 명령이 FCU(210)로부터 수신되지 않는 경우, 전압 동기화 명령이 수신되어 유지되는 시간(Time3)을 리셋한다(S406).
FCU(210)로부터 제3 설정 시간(T3) 이상 연속적으로 전압 동기화 명령이 수신되면, MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30) 내부의 전압 보정 실행부(26, 36)는 SVM(15)로부터 전송된 Vref를 읽어(S407) MCU(20) 및 전력 변환 제어기(30)에서 센싱된 전압을 보정한다(S409). 보정시 전압 보정 가능 범위 판단부(24, 34)에서 설정하는 오프셋 조정 상한치, 오프셋 조정 하한치에 따라 보정이 수행 완료될 수 있다(S411).
10 : 연료 전지 스택 20 : MCU
30 : 전력 변환 제어기 40 : 고전압 배터리

Claims (20)

  1. 주 제어기에서 전압 동기화가 가능한 상태인지 여부를 판단하는 단계;
    상기 판단 결과 전압 동기화가 가능한 상태인 경우, 상기 주 제어기로부터 복수의 보조 제어기들로 전압 동기화 명령을 전송하는 단계; 및
    상기 보조 제어기에서, 상기 전송된 전압 동기화 명령이 수신되면 연료 전지 스택의 출력 전압을 기준으로 상기 보조 제어기에서 센싱된 전압을 보정하는 단계를 포함하는
    전압 동기화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압 동기화가 가능한 상태인지 여부를 판단하는 단계는,
    연료 전지 스택의 출력 전압 및 보조 제어기에서 센싱된 전압의 변화율이 기설정된 변화율보다 낮은지 여부를 판단하는 단계를 포함하는,
    전압 동기화 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전압 동기화가 가능한 상태인지 여부를 판단하는 단계는,
    상기 출력 전압 및 센싱된 전압의 변화율이 기설정된 변화율보다 낮은 경우 상기 전압 동기화가 가능한 상태로 판단하는 단계인,
    전압 동기화 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전압 동기화가 가능한 상태인지 여부를 판단하는 단계는,
    상기 전압 동기화를 위해 상기 주 제어기 및 보조 제어기들 간의 통신 상태가 정상인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는,
    전압 동기화 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전압 동기화가 가능한 상태인지 여부를 판단하는 단계는,
    상기 주 제어기 및 보조 제어기들 간의 통신 상태가 정상으로 판단되면, 상기 전압 동기화가 가능한 상태로 판단하는 단계인,
    전압 동기화 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주 제어기에서, 상기 복수의 보조 제어기들로의 전압 동기화 명령의 전송이 제1 설정 시간 동안 유지되는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는,
    전압 동기화 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보조 제어기들로의 전압 동기화 명령의 전송이 제1 설정 시간 이상 유지되면, 상기 주 제어기에서 수행되는 단계는 중지되는,
    전압 동기화 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전압 동기화가 가능한 상태인지 여부를 판단하는 단계는 적어도 제2 설정 시간 동안 상기 주 제어기에서 최우선순위로 수행되는 것을 특징으로 하는,
    전압 동기화 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 보조 제어기에서 센싱된 전압을 보정하는 단계는,
    상기 전송된 전압 동기화 명령이 수신이 각 보조 제어기별로 상이한 제3 설정 시간 동안 유지되는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는,
    전압 동기화 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 주 제어기에서, 상기 복수의 보조 제어기들로의 전압 동기화 명령의 전송이 제1 설정 시간 동안 유지되는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제3 설정 시간은 상기 제1 설정 시간보다 짧은 것을 특징으로 하는,
    전압 동기화 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 보조 제어기에서 센싱된 전압을 보정하는 단계는,
    상기 전송된 전압 동기화 명령의 수신이 상기 제3 설정 시간 동안 유지되면, 상기 보조 제어기에서 센싱된 전압의 보정 범위를 결정하는 단계를 더 포함하는,
    전압 동기화 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 보조 제어기에서 센싱된 전압을 보정하는 단계는,
    상기 연료 전지 스택의 출력 전압을 기준으로 상기 결정된 보정 범위 한도로 보정하는 단계를 더 포함하는,
    전압 동기화 방법.
  13. 전압 동기화가 가능한 상태인지 여부를 판단하는 주 제어기;
    상기 주 제어기로부터 상기 전압 동기화가 가능한 상태라는 판단 결과로 전송된 전압 동기화 명령을 수신하여 연료 전지 스택의 출력 전압을 기준으로, 센싱된 전압을 보정하는 복수의 보조 제어기들을 포함하는,
    전압 동기화 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 주 제어기는 연료 전지 스택의 출력 전압 및 보조 제어기에서 센싱된 전압의 변화율이 기설정된 변화율보다 낮은지 여부를 판단하는 전압 동기화 가능 상태 판단부를 포함하는,
    전압 동기화 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전압 동기화 가능 상태 판단부는,
    상기 출력 전압 및 센싱된 전압의 변화율이 기설정된 변화율보다 낮은 경우 상기 전압 동기화가 가능한 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는,
    전압 동기화 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 주 제어기는 상기 전압 동기화를 위해 상기 주 제어기 및 보조 제어기들 간의 통신 상태가 정상인지 여부를 판단하는 전압 동기화를 위한 시스템 고장 진단 판단부를 포함하는,
    전압 동기화 시스템.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 주 제어기는 상기 복수의 보조 제어기들로의 전압 동기화 명령의 전송이 제1 설정 시간 동안 유지되면 동작을 중단하는,
    전압 동기화 시스템.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 주 제어기에서 상기 전압 동기화가 가능한 상태인지 여부의 판단은 적어도 제2 설정 시간 동안 최우선순위로 수행되는 것을 특징으로 하는,
    전압 동기화 시스템.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 보조 제어기들 각각은 상기 전송된 전압 동기화 명령이 수신이 보조 제어기별로 상이한 제3 설정 시간 동안 유지되는지 여부를 판단하는,
    전압 동기화 시스템.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 보조 제어기들 각각은,
    상기 보조 제어기에서 센싱된 전압의 보정 범위를 결정하는 전압 보정 가능 범위 판단부; 및
    상기 연료 전지 스택의 출력 전압을 기준으로 상기 결정된 보정 범위를 한도로 보정하는 전압 보정 실행부를 포함하는,
    전압 동기화 시스템.
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