KR101780288B1 - 통합 연료전지 제어 시스템 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

통합 연료전지 제어 시스템이 개시된다. 본 시스템은 적어도 하나의 센서, 적어도 하나의 수소 온/오프 밸브 및 적어도 하나의 센서 및 수소 온/오프 밸브를 다이렉트로 실시간 제어하고, 연료전지에 공급되는 수소의 공급 압력을 결정하는 FCU(Fuel Control Unit);를 포함할 수 있다. 이에 따라 제어기 간 노이즈가 제거되고 원가가 절감될 수 있다.

Description

통합 연료전지 제어 시스템 및 그 구동 방법{Integrated Fuel Cell Control System and Operational Method Thereof}
본 발명은 차량 기술에 관한 것으로 더 상세하게는 FPS(Fuel Processing System )을 포함하는 통합 연료전지 제어 시스템 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
연료전지 차량은 동력원으로써 사용하는 복수의 연료전지 셀들을 적층시킨 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소 등을 공급하는 연료공급 시스템(수소공급 시스템), 전기화학반응에 필요한 산화제인 산소를 공급하는 공기공급 시스템, 연료전지 스택의 온도를 제어하는 물과 열 관리 시스템 등을 포함한다.
연료전지 차량에서 수소공급 시스템은 수소 탱크에 저장된 고압 수소를 레귤레이터를 통해 압력 조절하여 연료전지 스택에 공급하고, 공기공급장치는 공기블로워에 의해 공급되는 공기를 가습기를 통해 가습한 후 연료전지 스택에 공급하도록 구성된다. 또한, 연료전지 차량은 주행을 위한 구동원으로 전기모터를 이용하고, 연료전지 스택 또는 배터리의 직류전압을 교류전압으로 변환하여 전기모터를 구동시키는 인버터를 가진다.
연료공급 시스템은 수소탱크 내부의 압축수소를 감압하여 스택의 연료극(애노드)으로 공급하며, 공기공급 시스템은 공기블로워를 작동시켜 흡입한 외부공기를 스택의 공기극(캐소드)으로 공급한다.
스택의 연료극에 수소가 공급되고, 공기극에 산소가 공급되면, 연료극에서는 촉매반응을 통해 수소이온이 분리된다. 분리된 수소 이온은 전해질 막을 통해 공기극인 산화극으로 전달되고, 산화극에서는 연료극에서 분리된 수소 이온과 전자 및 산소가 함께 전기화학적 반응을 일으켜 이를 통해 전기 에너지를 얻을 수 있다. 구체적으로 연료극에서는 수소의 전기 화학적 산화가 일어나고, 공기극에서는 산소의 전기 화학적 환원이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기와 열이 발생되고, 수소와 산소가 결합하는 화학 작용에 의해 수증기 또는 물이 생성된다.
연료전지 스택의 전기 에너지 생성 과정에서 발생되는 수증기와 물 및 열과 같은 부산물과 반응되지 않은 수소 및 산소 등을 배출하기 위해 배출 장치가 구비되며, 수증기, 수소 및 산소와 같은 가스들은 배기 통로를 통해 대기 중으로 배출된다.
한편, 연료전지차량은 수많은 제어 장치를 가지고 있다. 가령, 연료전지차량은 수소, 산소, 밸브, 전장 및 연료전지 냉각, 고전압 배터리 및 전력 변환 제어기 등 각 부품의 제어를 담당하는 제어기를 포함한다. 또한, 연료전기차량은 연료전지 시스템을 포괄적으로 제어하는 연료전지 제어 유닛(FCU, Fuel Cell Control Unit)가 포함된다.
제어기 중의 수소시스템 제어기(FPS, Fuel Procesing System)는 주로 수소 공급에 관련된 압력 센서 및 밸브류의 온-오프 제어를 담당하는 제어기로써 상위제어기인 상기 FCU의 지령에 따라, 구동될 수 있다. FCU는 CAN 통신을 통해 FPS에 지령을 내린다.
도 1은 종래기술에 따른 연료전지 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
FCU(90)는 직접적으로 하나의 수소 밸브(10)에 연결되어 수소 밸브(10)를 제어하고, FPS(80)는 드레인 수소 밸브(20)와 퍼지 수소 밸브(30)에 직접 연결되어, 드레인 수소 밸브(20)와 퍼지 수소 밸브(30)를 제어한다.
FCU(90)는 압력 센서(40), 수위 센서(50), 수소 센서(60)의 센싱값을 FPS(80)로부터 수신하고 수소 공급에 관한 협조 제어 지령을 FPS(80)에 전송한다.
이처럼, 종래기술에서는 FCU가 FPS와 분리되었다. FPS에 의한 직접 제어는 블로워가 직접 구동될 수 있고, 고장진단이 직접 수행되는 장점이 있다.
그러나, FCU와 FPS와 분리되어 제어기 간의 노이즈 발생, 원가 증가, 패키지 불리, 협조제어 복잡, 제어 효율성 저감, 중량 증가, 와이어 복잡성 증대 등 여러 가지 측면에서 불리한 점을 가지고 있다.
이에 따라 보다 개선된 연료전지 제어 시스템의 대두가 절실히 요청된다.
공개특허공보 10-2015-0142798호(2015.12.23)
본 발명은 상술한 종래 기술의 한계점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 일 목적은 FPS를 FCU에 통합하는 연료전지 제어 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 FCU가 각종 센서, 밸브, 히터를 직접적으로 제어하는 연료전지 제어 시스템을 제공함에 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 통합 연료전지 제어 시스템은 적어도 하나의 센서; 적어도 하나의 수소 온/오프 밸브; 및 상기 적어도 하나의 센서 및 상기 수소 온/오프 밸브를 다이렉트로 실시간 제어하고, 연료전지에 공급되는 수소의 공급 압력을 결정하는 FCU(Fuel Control Unit);를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면 아래와 같은 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 제어 시스템이 제공됨으로써, 제어기 간 노이즈가 제거되고 원가가 절감되며 패키지 구성의 간편성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 제어 시스템이 제공됨으로써, 제어기 간 복잡한 협조 제어가 간소화될 수 있고, 제어 효율성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 제어 시스템이 제공됨으로써, 와이어 사용에 효율성이 향상되며, 회로 구성에 간편성이 향상될 수 있다.
또한, 구성면에서 FPS 및 특정 온오프 밸브가 제거되어 차량 엔진룸의 레이아웃 배치가 수월해질 수 있다.
또한, FPS와 FCU 간 현조제어에 사용되는 CAN 버스로드가 저감될 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 종래기술의 수소시스템 제어기와 분리된 수소공급 연료전지 제어 시스템을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 2는 실시예에 따른 수소시스템 제어기를 포함하는 통합 연료전지 제어 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 실시예에 따른 통합 연료전지 제어 시스템의 구동 방법을 나타내는 시퀀스도이다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)", "전(앞) 또는 후(뒤)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(위) 또는 하(아래)" 및"전(앞) 또는 후(뒤)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2는 실시예에 따른 수소시스템 제어기를 포함하는 통합 연료전지 제어 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2에 따르면, 통합 연료전지 제어 시스템(100)은 수소 드레인 밸브(20), 수소 퍼지 밸브(30), 압력 센서(40), 수위 센서(50), 수소 센서(60), 밸브히터(70) 및 FCU(90)를 포함한다. 상술한 구성요소 이외에도 연료전지 제어 시스템에는 인버터, 스택, 구동 모터, LDC, 주/보조 배터리모듈, 라디에이터 등을 포함한 다양한 구성요소가 포함될 수 있으나, 본 명세서에는 간략한 설명을 위해 생략하기로 한다.
수소 드레인 밸브(20)는 응축수를 모아 가습기로 배출하고, 가습기에서는 그 응축수를 이용하여 공기를 가습한 후 공기극으로 제공할 수 있다. 수소 드레인 밸브(20)는 수위 센서를 리셋하는데 사용될 수 있다. 수소 드레인 밸브(20)는 FCU(90)의 직접적인 제어를 받을 수 있다.
수소 퍼지 밸브(30)는 불순물을 방출할 때 사용되는 밸브로 전류 적산값을 리셋할 때 사용될 수 있다. 수소 퍼지 밸브(30)는 수소 드레인 밸브(20)와는 기능에 차이가 있다.
압력 센서(40)는 연료전지에 냉각수/수소로 인한 압력을 센싱할 수 있다.
수위 센서(50)는 연료전지에 냉각수의 수위를 센싱할 수 있다.
수소 센서(60)는 연료전지의 수소를 측정하는 구성요소이다.
연료전지 시스템에는 상술한 센서 이외에도 다양한 센서가 더 포함될 수 있으나, 여기서는 생략하기로 한다.
상기의 센서(40~60) 뿐만 아니라 수소 드레인 밸브(20), 수소 퍼지 밸브(30), 밸브 히터(70)를 포함한 각종 구성요소는 FCU(90)의 직접적인 제어를 받게 된다.
FCU(90)는 통합 연료전지 제어 시스템(100)을 전반적으로 제어하는 구성요소로, FPS 모듈을 포함한다. FCU(90)는 FPS 관련 센서(40~60), 히터(70), 밸브(20, 30) 제어를 위한 신호(디지털 & 아날로그) 전송용 회로를 탑재한다. 구체적으로 FCU(90)는 FPS와 별개로 동작할 때와 다른 CPU 핀맵 및 개선된 패턴이 적용될 수 있다.
또한, 통합 연료전지 제어 시스템(100)은 FCU(90)와 FPS가 통합되어 내부 패키지의 구조를 단순화시키고 개선된 와이어 레이아웃을 제공할 수 있다.
통합 연료전지 제어 시스템(100)은 기존 FCU가 제어하는 수소 밸브(도 1의 도면부호 10)을 포함하지 않아 간단하게 시스템을 구성하고, 이에 따른 원가절감의 효과가 기대될 수 있다. 또한, FCU(90)는 종래의 FPS의 기능 구현을 위한 SW를 제공한다. 필요한 저장 정보는 FCU(90)의 내부 또는 연료전지 제어 시스템(100)의 일정 메모리에 저장될 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 통합 연료전지 제어 시스템의 구동 방법을 나타내는 시퀀스도이다. 도 2의 도면부호를 함께 참고하기로 한다.
차량의 Key Start 가 먼저 수행된다(S305). 다만 본 통합 시스템은 반드시 차량 키 스타트가 아니더라도 구동될 수 있다.
일단 FCU(90)는 수소 압력 값 및 수위 값을 실시간으로 센싱한다(S310).
FCU(90)는 FPS를 제어하여 FPS가 수소 압력 값 및 수위 값을 센싱한 결과를 수신하던 종래기술의 방식보다 간단하고 직접적으로 상기 수소 압력 값 및 수위 값을 실시간으로 센싱할 수 있다. FCU(90)는 직접 센서를 제어하도록 회로 및 와이어를 구성한다.
그 다음으로, FCU(90)는 수소 공급 목표 압력을 결정한다(S315).
FCU(90)는 밸브를 열기 전에 수소 공급 목표 압력을 결정할 수 있다.
그 후에, FCU(90)는 수소 압력 제어 밸브를 ON한다(S320).
구체적으로 FCU(90)는 수소 드레인 밸브(20) 및 수소 퍼지 밸브(30)를 오픈한다. 그러면 수소 압력에 변화가 발생될 수 있다.
여기서, FCU(90)가 직접적으로 수소 드레인 밸브(20), 수소 퍼지 밸브(30)를 제어하도록 회로, 패키지, 와이어 배선이 구성될 수 있다. 이 방식을 따르면, 종래기술의 FCU(90)에 연결된 밸브(10, 도 1)는 삭제될 수 있다. 이에 따라, 원가 절감, 차량 중량 감소가 실현될 수 있다.
그러면, FCU(90)는 다시 수소 공급 목표 압력을 결정한다(S325).
FCU(90)는 수소 드레인 밸브(20), 수소 퍼지 밸브(30)의 오픈으로 인해 수소 압력에 변경이 생기게 되고, 이를 기초로 다시 수소 공급 목표 압력을 결정할 수 있다.
그 후에, FCU(90)는 부하와 공기 유량에 따른 수소 공급 압력의 최소 및 최대값을 제한한다(S330).
FCU(90)는 수소 공급 압력에 대한 최소/최대값을 설정하고 수소 공급 압력이 최소값보다 작은 경우 또는 최대값보다 큰 경우 이를 제한할 수 있다.
그런 다음, FCU(90)는 목표 압력값에 따른 수소 압력의 제어를 수행한다(S335).
S330, S340 단계 모두 FCU(90)에 의해 수행되는데, 이는 S330 단계가 FCU(90)에 의해 수행되고, S340단계가 FPS에 의해 수행되던 종래기술보다 보다 개선된 제어의 편의성/동작의 신속성을 제공할 수 있다.
연료 전지의 시동이 완료(S340)되면, 수소 퍼지 밸브 및 수소 드레인 밸브를 병행하여 제어할 수 있다.
구체적으로, FCU(90)는 전류 적산 값을 모니터링하고(S345), 한편으로 수위 센싱 값을 모니터링한다(S360).
FCU(90)는 연료전지의 전류 적산 값을 모니터링하여 기 설정된 값(α)을 초과하는 경우 수소 퍼지 밸브를 ON시킨다(S350).
이는 FCU(90)가 수소 퍼지 밸브 ON 커맨드를 FPS에 전송하고 FPS가 수소 퍼지 밸브를 ON하던 종래기술과 차이가 있다. 기 설정된 값은 차량 Key start(S305) 전에 설정될 수 있으나, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
이경우, FCU(90)는 전류 적산 값을 리셋하고(S355) 다시 전류 적산 값을 모니터링한다.
또한, FCU(90)는 수위 센싱 값을 모니터링하고 기 설정된 값(β)을 초과하는 경우 수소 드레인 밸브를 ON시킨다(S365).
이는 FCU(90)가 수소 드레인 밸브 ON 커맨드를 FPS에 전송하고 FPS가 수소 퍼지 밸브를 ON하던 종래기술과 차이가 있다. 기 설정된 값은 미리 설정될 있다.
이경우, FCU(90)는 수위 센서 값을 리셋하고 다시 수위 센싱 값을 모니터링한다.
한편, 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
상술한 실시예에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장시스템 등이 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

Claims (19)

  1. 통합 연료전지 제어 시스템에 있어서,
    센서;
    수소 온/오프 밸브; 및
    상기 센서 및 상기 수소 온/오프 밸브를 다이렉트로 실시간 제어하고, 연료전지에 공급되는 수소의 공급 압력을 결정하는 FCU(Fuel Control Unit);를 포함하고,
    상기 센서는,
    수소를 감지하는 수소 센서, 연료전지의 냉각수 수위를 감지하는 수위 센서 및 연료전지의 압력을 감지하는 압력 센서를 포함하고,
    상기 수소 온/오프 밸브는,
    수소 퍼지 밸브 및 수소 드레인 밸브를 포함하며,
    상기 FCU는,
    수소 압력 값 및 수위 값을 다이렉트로 실시간 센싱한 후 상기 연료전지에 공급되는 수소의 공급 목표 압력을 결정하는 제 1 결정을 수행하고, 상기 제 1 결정 및 적어도 하나의 상기 수소 온/오프 밸브를 개방시킨 후 개방된 밸브로 인해 변경된 수소 압력을 기초로 상기 연료전지에 공급되는 수소의 공급 목표 압력을 결정하는 제 2 결정을 수행하는, 통합 연료전지 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 FCU는,
    부하와 공기 유량에 따른 수소 공급 압력의 최소값 또는 최대값을 설정하고, 상기 수행된 제2 결정을 통한 수소의 공급 목표 압력에 기초하여, 수소 압력을 제어하며, 상기 연료 전지의 시동을 완료하는, 통합 연료전지 제어 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 FCU는,
    상기 연료전지의 시동이 완료되면, 상기 연료전지의 전류 적산 수치를 모니터링하는, 통합 연료전지 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 FCU는,
    상기 연료전지의 시동이 완료되면, 상기 연료전지의 수위 센싱값을 모니터링하는, 통합 연료전지 제어 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 FCU는,
    상기 전류 적산 수치가 기 설정된 수치를 초과하는 경우, 상기 수소 퍼지 밸브를 온시키고, 상기 전류 적산 수치를 리셋하는, 통합 연료전지 제어 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 FCU는,
    상기 수위 센싱값이 기 설정된 값을 초과하는 경우, 상기 수소 드레인 밸브를 온시키고, 수위 센싱 값을 리셋하는, 통합 연료전지 제어 시스템.
  10. 통합 연료전지 제어 시스템의 구동 방법에 있어서,
    수소 압력 값 및 수위 값을 다이렉트로 실시간 센싱하는 단계;
    연료전지에 공급되는 수소의 공급 압력을 결정하는 단계;
    결정된 수소의 공급 압력에 기초하여 수소 압력을 제어하는 단계; 및
    상기 연료 전지의 시동이 완료되는 단계;를 포함하고,
    상기 수소의 공급 압력을 결정하는 단계는,
    상기 연료전지에 공급되는 수소의 공급 목표 압력을 제1 결정하는 단계;
    적어도 하나의 수소 온/오프 밸브를 개방시키는 단계; 및
    상기 제 1 결정하는 단계 및 개방된 밸브로 인해 변경된 수소 압력을 기초로, 상기 연료전지에 공급되는 수소의 공급 목표 압력을 제2 결정하는 단계;를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 수소 온/오프 밸브는,
    수소 퍼지 밸브 및 수소 드레인 밸브를 포함하는, 통합 연료전지 제어 시스템의 구동 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    부하와 공기 유량에 따른 수소 공급 압력의 최소와 최대를 제한하는 단계; 및
    상기 수행된 제 2 결정하는 단계를 통한 수소 공급 압력에 기초하여, 수소 압력을 제어하는 단계를 더 포함하는, 통합 연료전지 제어 시스템의 구동 방법.
  14. 삭제
  15. 제10항에 있어서,
    상기 연료전지의 시동이 완료되면, 상기 연료전지의 전류 적산 수치를 모니터링하는 단계;를 더 포함하는, 통합 연료전지 제어 시스템의 구동 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 연료전지의 시동이 완료되면, 상기 연료전지의 수위 센싱값을 모니터링하는, 통합 연료전지 제어 시스템의 구동 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 전류 적산 수치가 기 설정된 수치를 초과하는 경우, 상기 수소 퍼지 밸브를 개방시키는 단계; 및
    상기 전류 적산 수치를 리셋하는 단계;를 더 포함하는, 통합 연료전지 제어 시스템의 구동 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 수위 센싱값이 기 설정된 값을 초과하는 경우, 상기 수소 드레인 밸브를 개방시키는 단계; 및
    상기 수위 센싱 값을 리셋하는 단계;를 더 포함하는, 통합 연료전지 제어 시스템의 구동 방법.
  19. 프로세서에 의해 실행되는 것을 통하여 제10항, 제13항 및 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 기재된 통합 연료전지 제어 시스템의 구동 방법을 실현하는 것을 특징으로 하는 기록매체에 기록된 프로그램.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200054513A (ko) * 2018-11-12 2020-05-20 현대자동차주식회사 차량용 연료전지 시스템의 수소압력센서 오차 수정 방법 및 이에 따른 연료전지 시스템
CN110539653A (zh) * 2019-08-28 2019-12-06 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种氢燃料电池汽车用集成化fcs系统
CN112820907B (zh) * 2020-12-30 2022-08-23 佛山仙湖实验室 一种氢燃料电池系统上电及启动的控制方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5488605B2 (ja) * 2009-09-16 2014-05-14 日産自動車株式会社 燃料電池システムの制御装置及び制御方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3956542B2 (ja) * 1999-07-09 2007-08-08 日産自動車株式会社 燃料電池システム
KR100435669B1 (ko) 2001-07-24 2004-06-12 현대자동차주식회사 연료전지 전기자동차의 수소 연료 제어 시스템 및 그 제어방법
JP2006164637A (ja) 2004-12-03 2006-06-22 Shimizu Corp 電源システム
KR100974742B1 (ko) 2008-06-26 2010-08-06 현대자동차주식회사 수소 공급 시스템의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리
CA2763056C (en) 2009-05-22 2018-07-24 Battelle Memorial Institute Integrated fuel processor and fuel cell system control method
KR101090273B1 (ko) 2009-09-15 2011-12-07 한국에너지기술연구원 연료전지스택의 물넘침방지장치 및 그를 이용한 물넘침방지제어방법
KR20140029883A (ko) 2012-08-31 2014-03-11 현대모비스 주식회사 연료전지 자동차용 통합제어 시스템
KR101558355B1 (ko) 2013-08-21 2015-10-07 현대자동차 주식회사 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법
KR101575330B1 (ko) 2013-12-19 2015-12-07 현대자동차 주식회사 연료전지 차량의 응축수 배출 시스템 및 그 비상 제어 방법
US9917322B2 (en) * 2015-07-01 2018-03-13 The Boeing Company Electrical power distribution system and method for a grid-tied reversible solid oxide fuel cell system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5488605B2 (ja) * 2009-09-16 2014-05-14 日産自動車株式会社 燃料電池システムの制御装置及び制御方法

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