KR101856300B1 - 연료전지 차량의 시동 제어방법 - Google Patents

연료전지 차량의 시동 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101856300B1
KR101856300B1 KR1020150175302A KR20150175302A KR101856300B1 KR 101856300 B1 KR101856300 B1 KR 101856300B1 KR 1020150175302 A KR1020150175302 A KR 1020150175302A KR 20150175302 A KR20150175302 A KR 20150175302A KR 101856300 B1 KR101856300 B1 KR 101856300B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
voltage
hydrogen
control unit
supply
Prior art date
Application number
KR1020150175302A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170068700A (ko
Inventor
권상욱
서경원
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020150175302A priority Critical patent/KR101856300B1/ko
Priority to US15/186,046 priority patent/US10090540B2/en
Priority to DE102016212683.0A priority patent/DE102016212683A1/de
Priority to CN201610560785.7A priority patent/CN106876747B/zh
Publication of KR20170068700A publication Critical patent/KR20170068700A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101856300B1 publication Critical patent/KR101856300B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • B60L11/1881—
    • B60L11/1885—
    • B60L11/1896—
    • 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
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/31—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for starting of fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/023—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for transmission of signals between vehicle parts or subsystems
    • B60R16/0238—Electrical distribution centers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • B60R16/033—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for characterised by the use of electrical cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231—Purging of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04552—Voltage of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04791—Concentration; Density
    • H01M8/04798—Concentration; Density of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/0488—Voltage of fuel cell stacks
    • B60L2230/28—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • 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

Abstract

제어부에서 차량의 시동명령을 체크하는 시작단계; 제어부에서 수소밸브를 오픈하여 연료전지에 수소를 공급하는 수소공급단계; 제어부에서 수소 공급 후 연료전지 전압의 상승여부를 체크하는 전압체크단계; 및 제어부에서 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승한 것으로 판단되는 경우 연료전지에 부하장치를 연결하여 연료전지의 발전전력을 소모하고, 공기밸브를 오픈하여 연료전지에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어하는 제1시동단계;를 포함하는 연료전지 차량의 시동 제어방법이 소개된다.

Description

연료전지 차량의 시동 제어방법 {METHOD FOR CONTROLLING START OF FUELCELL VEHICLE}
본 발명은 수소와 공기의 공급을 통해 시동을 걸게 되는 연료전지 차량의 시동을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.
연료전지 차량의 시동 과정은 애노드에 수소 공급 후 캐소드에 공기 공급을 진행하는 시퀀스로 이루어진다. 일반적으로 시동 오프 후에는 대기시간 동안 공기 차단 밸브를 작동하고 연료전지 부하장치 연결하며 주기적인 수소 공급 등으로 스택 내에 산소가 잔존하지 않도록 하는 선행 제어를 수행하더라도, 장기적인 차량의 주차 등으로 인한 방치의 경우에는 차기 시동시 스택 내의 애노드에 산소가 있는 상태에서 시동이 진행될 수밖에 없다.
이런 상황에서 시동을 위해 애노드에 수소 공급을 수행하게 되면 연료전지 전압이 상승하게 되고 그때, 캐소드에서는 카본 부식이 발생하게 된다. 따라서 수소 공급 및 배출을 통해 애노드의 산소를 신속히 제거하고, 산소를 제거하고 있는 동안 연료전지 고전압이 형성되지 않도록 해주는 시동시 캐소드 카본 부식 방지 제어가 필요하다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2008-0119080 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 시동시 캐소드의 카본 부식을 방지할 수 있도록 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법은, 제어부에서 차량의 시동명령을 체크하는 시작단계; 제어부에서 수소밸브를 오픈하여 연료전지에 수소를 공급하는 수소공급단계; 제어부에서 수소 공급 후 연료전지 전압의 상승여부를 체크하는 전압체크단계; 및 제어부에서 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승한 것으로 판단되는 경우 연료전지에 부하장치를 연결하여 연료전지의 발전전력을 소모하고, 공기밸브를 오픈하여 연료전지에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어하는 제1시동단계;를 포함한다.
제1시동단계에서는 제어부에서 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승한 것으로 판단되는 경우 수소밸브를 제어하여 공급되는 수소의 압력을 증가시키며 수소퍼지장치를 제어하여 연료전지로부터 수소를 외부로 퍼지할 수 있다.
제1시동단계에서는 제어부에서 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승한 것으로 판단되는 경우 공급되는 수소의 압력을 증가시키고 일정시간(t1) 후 연료전지에 부하장치를 연결할 수 있다.
제1시동단계에서는 제어부에서 공기밸브를 오픈하는 경우 부하장치와의 연결을 차단하고 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 수행할 수 있다.
제1시동단계에서는 제어부에서 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 발전전력을 버스단에 연결된 고전압배터리로 충전할 수 있다.
수소공급단계 이후에는, 제어부에서 마지막 수소 퍼지 시점 이후에 지난 경과시간을 체크하는 퍼지체크단계; 및 경과시간이 일정시간(t2) 이하인 경우, 제어부에서 공기밸브를 오픈하여 연료전지에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어하는 제2시동단계;를 포함할 수 있다.
제2시동단계에서는 제어부에서 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승하지 않은 것으로 판단되며 경과시간이 일정시간(t2) 이하인 경우, 제어부에서 일정시간(t3) 동안 공기밸브를 오픈하여 연료전지에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어할 수 있다.
제2시동단계에서는 제어부에서 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승하지 않은 것으로 판단되며 경과시간이 일정시간(t2) 초과인 경우, 제어부에서 일정시간(t4) 동안 공기밸브를 오픈하여 연료전지에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어하고, 일정시간(t4)은 일정시간(t3)보다 클 수 있다.
제2시동단계에서는 제어부에서 연료전지에 공기를 공급하고 일정시간(t5) 후 수소퍼지장치를 제어하여 연료전지로부터 수소를 외부로 퍼지할 수 있다.
퍼지체크단계 이후에는, 제어부에서 마지막 수소 공급 차단 이후에 지난 차단시간을 체크하는 수소체크단계;를 더 포함하고, 제2시동단계에서는 경과시간이 일정시간(t2) 초과이며 차단시간이 일정시간(t6) 이하인 경우, 제어부에서 일정시간(t4) 동안 공기밸브를 오픈하여 연료전지에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어할 수 있다.
제2시동단계에서는 경과시간이 일정시간(t2) 초과이며 차단시간이 일정시간(t6) 초과이고 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승하지 않은 것으로 판단되는 경우, 제어부에서 일정시간(t4) 동안 공기밸브를 오픈하여 연료전지에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어할 수 있다.
경과시간이 일정시간(t2) 초과이며 차단시간이 일정시간(t6) 초과이고 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승된 것으로 판단되는 경우, 제1시동단계를 수행할 수 있다.
시작단계 이후에는, 제어부에서 수소 공급 전 연료전지 전압을 체크하는 사전체크단계; 및 제어부에서 수소 공급 전 연료전지 전압이 높은 것으로 판단한 경우, 수소공급단계 이후에 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어하고, 일정시간(t7) 이후 공기밸브를 오픈하여 연료전지에 공기를 공급하는 제3시동단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 연료전지 차량의 시동 제어방법에 따르면, 연료전지 차량의 시동시 캐소드의 카본 부식을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법을 수행하기 위한 연료전지 차량의 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법을 수행하기 위한 연료전지의 시스템을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법의 순서도.
도 4 내지 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법의 구체적인 시동과정을 나타낸 도면.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법을 수행하기 위한 연료전지 차량의 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법을 수행하기 위한 연료전지의 시스템을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법의 순서도이고, 도 4 내지 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법의 구체적인 시동과정을 나타낸 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법을 수행하기 위한 연료전지 차량의 시스템을 나타낸 도면이다. 이는 연료전지와 고전압 배터리 하이브리드 시스템으로서, 고전압 배터리(200)단에 고전압 배터리의 출력제어가 가능한 양방향 전력변환장치(300)가 있다. 모터/인버터(800,820)를 제외한 고전압 전자부하(320)와 저전압 배터리(400), 저전압 전자 부하(420), 고전압을 저전압으로 전압으로 변환해주는 저전압 전력변환장치(440)가 있다. 연료전지(100)단에는 역전류가 흐르지 않도록 다이오드(500)가 있으며 연료전지(100)를 메인 버스(600)단에 연결하기 위한 메인 릴레이(620)가 있다. 또한 연료전지 시동 및 셧다운시 전압제거를 위한 연료전지 전용의 고전압 부하장치(700)가 장착되어 있다. 연료전지용 부하장치(700)를 작동하는 릴레이는 Normal Close 릴레이(720)를 사용해야 한다. 시동 종료 이후에도 항상 연결이 되어 있어야 하기 때문이다. 또한 연료전지 부하장치(700)는 시동시 연료전지 고전압을 하강시키기 위해, 또는 구동모터(820)로부터 회생제동 에너지를 회수하기 위한 장치로 사용될 수 있다. 본 발명에서는 시동시의 연료전지 전압을 하강시키기 위한 방법들에 대한 것이며, 연료전지 부하장치(700)를 사용할 경우에는 메인릴레이(620)는 연결이 해제 되어야 하며, 전력변환장치의 버스단(600) 전압 하강제어를 수행하기 위해서는 메인릴레이(620)는 연결되어 있어야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법을 수행하기 위한 연료전지의 시스템을 나타낸 도면으로서, 공기 입출구에는 시동 정지 이후에 공기 유입을 막기 위한 공기 차단 밸브(131,132)가 입/출구에 하나씩 있으며, 수소 라인 출구에는 애노드에 쌓인 물을 제거하기 위한 드레인 밸브(151), 애노드의 수소 농도를 유지 하기 위한 퍼지 밸브(152)가 있으며 공기 출구측에 배출(배출 수소를 공기와 희석하기 위해) 할 수 있도록 구성되어 있다.
전압 제거용 부하장치(700)는 시동 정지중 그리고 정지 이후에 스택내 산소를 제거하기 위해 상시 연결 되어 있다. 유입된 산소는(공기 차단 밸브를 작동하더라도 외부 공기 유입을 완전히 막을 수 없음.) 부하장치(700)를 통해 전류가 소모되면서 제거되며(애노드의 잔존 수소도 소모됨.) 애노드의 수소가 부족할 경우 유입된 산소는 더 이상 부하장치 전류를 통해 소모시킬 수 없으므로 이를 막기 위해 애노드의 잔존 수소가 모두 소모되기 전에 일정 시간(예를 들어 8시간)마다 주기적으로 애노드에 수소를 채우는 WakeUp 기술이 사용되고 있다.
WakeUp은 수소 탱크(160)로부터 공급되는 수소를 밸브(153)를 열어서 스택(120)에 공급하는 것이 법규문제로 불가능하므로 탱크 밸브(153) 이후에 라인압을 이용해야 하기 위해 횟수에 한계가 있으며, WakeUp 수소 공급 제어가 더 이상 불가능할 경우에는 다음 시동시에 스택에 산소가 존재하는 경우가 생길 수가 있다. 따라서 시동시 잔존 산소로 인한 캐소드 카본 부식을 막기 위한 제어가 필요할 수 밖에 없다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법의 순서도로서, 본 발명에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법은, 제어부(900)에서 차량의 시동명령을 체크하는 시작단계(S100); 제어부(900)에서 수소밸브(153)를 오픈하여 연료전지(100)에 수소를 공급하는 수소공급단계(S300); 제어부(900)에서 수소 공급 후 연료전지 전압의 상승여부를 체크하는 전압체크단계(S400); 및 제어부(900)에서 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승한 것으로 판단되는 경우(S540) 연료전지(100)에 부하장치(700)를 연결하여 연료전지(100)의 발전전력을 소모하고, 공기밸브(131)를 오픈하여 연료전지(100)에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단(600) 전압 제어를 통하여 연료전지(100)의 전압을 일정 수준 이하로 제어하는 제1시동단계(S800);를 포함한다.
여기서, 연료전지(100)의 전압은 SVM(Stack Voltage monitor,920)을 통하여 측정하고 모니터링할 수 있도록 한다. SVM(920)은 각 셀의 전압을 측정하고 그 정보를 상위 제어부인 FCU(Fuel cell Control Unit,900)에 전달한다.
또한 전력변환장치의 버스단(600) 전압 제어는 버스단(600)에 연결된 양방향 DC/DC 컨버터(300)를 통해 수행되도록 할 수 있다. 따라서, 전력변환장치의 버스단(600) 전압을 하강 제어하며 동시에 메인릴레이(620)를 연결할 경우에는 연료전지(100)의 발전 전력이 고전압 배터리(200)로 충전되는 것이다.
연료전지 시동 과정은 애노드에 수소 공급후 캐소드에 공기 공급을 진행하는 시퀀스로 이루어진다. 시동 오프후 대기시간동안 공기 차단 밸브(131)를 작동하고, 연료전지 부하장치(700)를 연결하며, 주기적인 수소 공급 등으로 스택(120) 내에 산소가 잔존하지 않도록 하는 선행 제어를 수행하더라도 장기 방치의 경우에는 차기 시동시 스택 내의 애노드에 산소가 있는 상태에서 시동이 진행될 수밖에 없다.
이런 상황에서 시동을 위해 애노드에 수소 공급을 수행하게 되면 연료전지 전압이 상승하게 되고 그때, 캐소드 카본 부식이 발생하게 된다. 따라서 수소 공급 및 배출을 통해 애노드의 산소를 신속히 제거하고, 산소를 제거하고 있는 동안 연료전지 고전압이 형성되지 않도록 해주는 시동시 캐소드 카본 부식 방지 제어가 필요하다. 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승된 경우에는 차량이 장기간 주차된 상태로 볼 수 있고, 이 경우 산소를 제거하는 동안에는 연료전지의 높아지는 전압을 하강시킬 필요가 있는 것이다. 이를 위해 본 발명의 제1시동단계(S800)를 수행한다.
제1시동단계에서는 제어부에서 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승한 것으로 판단되는 경우 수소밸브를 제어하여 공급되는 수소의 압력을 증가시키며 수소퍼지장치를 제어하여 연료전지로부터 수소를 외부로 퍼지할 수 있다. 그리고 제1시동단계에서는 제어부에서 공기밸브를 오픈하는 경우 부하장치와의 연결을 차단하고 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 수행할 수 있다. 전압의 상승이란, 수소공급 전후의 전압차가 메모리에 저장된 일정값 이상인 경우 또는 수소공급후의 전압이 메모리에 저장된 기준값 이상인 경우를 말한다.
수소 공급 과정에서 스택내 잔존 산소 유무를 판단하기 위해 수소 공급시작부터 공기 공급시작까지 연료전지 전압 체크 시간 확보가 2초 정도 필요하다. 이 구간에서 연료전지 전압이 상승하게 되면 스택내 산소 분위기인 것을 알 수 있고, 캐소드 카본 부식 방지 제어(수소 공급/배출 강화 및 연료전지 부하 연결을 통한 연료전지 전압 하강)를 수행할 수 있기 때문이다.
애노드 산소 제거 과정은 수소 재순환 라인을 통해 배출 산소가 재순환 되는 과정 때문에 오랜 시간이 소요되므로 본 발명에서는 도 4와 같이 수소 공급후 공기 공급 재개 시점을 연료전지 전압 확인을 위한 대기시간으로 고정하고 애노드 산소 제거 구간을 공기 공급 전/후로 나누어 제어하는 것을 제안한다.
공기 공급 재개 전에는 연료전지 부하장치(700)를 연결하고 공기 공급 이후에는 전력변환장치의 버스단(600) 전압하강제어를 통해 연료전지 전압 하향 제어를 수행하는 방법을 사용하고자 한다(연료전지 전압을 380V 정도로 하향하여 계속 유지, 연료전지 각 셀 전압은 0.8V 수준). 도 4와 같이, 제1시동단계에서는 제어부에서 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 발전전력을 버스단에 연결된 고전압배터리로 충전할 수 있도록 하는 것이다. 수소 공급/배출 강화 제어도 공기 공급 전뿐만 아니라 공기 공급 이후에도 애노드 산소 제거 과정 동안 계속 수행될 수 있도록(2초 이상)한다. 이는 캐소드 카본 부식 방지 제어 수행으로 인해 시동시간이 길어지는 문제점(공기 공급 재개 시점 지연)을 해결할 수 있도록 한다.
여기서 연료전지 부하장치(700) 연결은 연료전지 전압 상승뿐만 아니라 애노드 극에 고르게 수소가 공급되었는지 확인된 이후(시간 t1)에 수행되어야 한다. 일반적으로 수소 공급 후 1초 이내에 각 셀의 애노드 극에 수소가 모두 공급된다. 수소가 연료전지 각 셀에 모두 공급되지 않는 상태에서 부하를 사용하게 되면 수소가 공급되지 않은 특정 셀에는 수소 부족상태에서 전류 소모로 인한 열화가 발생하기 때문이다.
수소공급단계 이후에는, 제어부에서 마지막 수소 퍼지 시점 이후에 지난 경과시간을 체크하는 퍼지체크단계(S400); 및 경과시간이 일정시간(t2) 이하인 경우(S500), 제어부에서 공기밸브를 오픈하여 연료전지에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어하는 제2시동단계(S600);를 포함할 수 있다.
특히, 제2시동단계(S600)에서는 제어부에서 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승하지 않은 것으로 판단되며 경과시간이 일정시간(t2) 이하인 경우, 제어부에서 일정시간(t3) 동안 공기밸브를 오픈하여 연료전지에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어할 수 있다.
연료전지 전압 체크 구간에서 전압이 상승하지 않으면 캐소드 카본 부식 방지제어는 수행되지 않고 제2시동단계로 시동 시퀀스를 진행한다. 이 경우는 장기간 차량을 주차한 것이 아니라 단기간 주차한 경우이거나 혹은 그 사이의 일반적인 주차 상황을 반영하는 것이다. 도 5와 같이, 수소 공급 후 연료전지 전압 체크 구간에서 전압이 상승하지 않으면 공기 공급 재개를 진행하고 공기 공급을 재개한 이후에는 연료전지 고전위 운전을 막기 위한 연료전지 전압 하강 제어가 수행된다. 연료전지는 OCV 근처에서 전압이 형성되면 고전위 노출에 인한 열화가 발생하므로 연료전지 고전압 운전을 막는 제어도 필요하다.
연료전지 전압 하강 제어는 전력변환장치의 버스단 전압 하강 제어를 통한 연료전지 출력을 고전압 배터리로 충전하는 방법을 사용한다. 연료전지 부하 연결을 사용하게 되면 연료전지 출력이 연속적으로 부하장치로 소모되어 연비에 악영향이 있기 때문에 전력변환장치를 통한 버스단 전압 하강 제어가 합당하다.
제1시동단계와 마찬가지로 제2시동단계에서도 애노드극의 수소 농도의 확보를 위해서는 수소를 외부로 배출하는 퍼지 제어가 수행되어야 한다. 하지만 제1시동단계에서는 애노드에 수소가 없고 산소/질소로만 구성되어 있는 상황이었다면, 제2시동단계에서는 애노드가 수소와 질소로 이루어진 조건이다. 외부에서 유입된 산소는 애도느 잔존 수소와 반응(직접반응 또는 부하장치로 전류 소모)되어 모두 소모되기 때문에, 시동 오프 후 방치가 진행될수록 애노드극내 수소의 양은 감소하고 질소의 양은 증가한다. 수소가 모두 소모되면 그때부터 산소가 스택 내에 존재하기 시작하여 애노드 극 내에도 산소가 존재하여 제1시동단계 조건이 된다. 따라서 수소 농도 확보 측면에서, 스택내 조건이 제1시동단계에서 불리하기 때문에 장기 제1시동단계에서의 수소 퍼지 횟수는 제2시동단계 퍼지 횟수와 최소한 같거나 커야 하며, 애노드 산소 제거 측면에서 수소 공급압력도 상승하는 추가 제어가 이루어지는 것이다.
제1시동단계 제어와 달리 제2시동단계의 경우 수소 퍼지제어는 공기 공급 재개 이후에 수행되어야 한다. 연료전지 전압 체크 구간에 전압이 상승하지 않았으므로 스택내에 산소가 없는 상태이며, 애노드에 잔존 수소가 어느 정도 남아 있는 상태로 볼 수 있다. 이런 조건에서 공기 공급 전에 수소 퍼지를 하게 되면 배기 가스에 수소 농도가 높아지는 상황이 되어 배기가스 수소 농도 규제 기준을 만족할 수 없게 된다. 따라서 공기 공급을 재개한 상태에서 수소 퍼지를 진행하여 퍼지된 수소가 공급되고 있는 공기와 희석되어 배출되어야 배기가스 수소 농도 규제를 만족 할 수 있다. 반면, 제1시동단계에서는 스택 내 잔존 산소가 많고 애노드에 수소가 없는 상황이므로 공기 공급전에 전압이 상승할 경우 바로 수소 퍼지 제어를 수행하여도 배기가스 규제를 충분히 만족할 수 있다.
도 6과 같이, 제2시동단계(S700)에서는 제어부에서 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승하지 않은 것으로 판단되며 경과시간이 일정시간(t2) 초과인 경우(S500), 제어부에서 일정시간(t4) 동안 공기밸브를 오픈하여 연료전지에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어하고, 일정시간(t4)은 일정시간(t3)보다 클 수 있다. 즉, 도 6의 경우는 도 5의 단기간의 주차가 아닌 상황에서 일반 시동을 거는 경우의 제어를 말하는 것이다.
그리고, 퍼지체크단계 이후에는, 제어부에서 마지막 수소 공급 차단 이후에 지난 차단시간을 체크하는 수소체크단계(S400);를 더 포함하고, 제2시동단계(S700)에서는 경과시간이 일정시간(t2) 초과이며 차단시간이 일정시간(t6) 이하인 경우, 제어부에서 일정시간(t4) 동안 공기밸브를 오픈하여 연료전지에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어할 수 있다.
제2시동단계의 개념은 단기 주차 모드 시동(S600)과 일반 시동(S700)으로 나누어질 수 있다. 제2시동단계 중 단기 주차 모드 시동 상황(S600)은 도 5와 같이 애노드에 잔존 수소가 충분히 있는 상황으로 일반 시동 모드와 시동시퀀스는 동일하게 유지하되, 단지 수소 퍼지 횟수를 줄이던지, 수소 퍼지 없이 시동을 진행할 수 있는 상황이다. 단기 주차 모드 시동 상황의 판단은 연료전지 운전중 마지막 수소 퍼지 시점의 시간을 기록하여, 다음 시동시 시간과의 차이로부터, 마지막 수소 퍼지 후 시동시까지의 경과시간 정보를 추출하여, 경과시간(t2)이 짧으면 수소 농도 확보가 필요없는 상황으로 판단하고 수소 퍼지를 축소 또는 삭제할 수 있다. 이는 운전중에 수소 농도 유지를 위해 (애노드 질소 제거) 일정 시간 주기마다 수소 퍼지를 하는 제어가 수행되고 있으며, 수소 농도 유지가 필요한지 여부는 마지막 수소 퍼지 이후로부터 경과시간 정보가 가장 정확하기 때문이다. 시간정보는 시동 오프 이후 순간에도 시간정보를 기록할 수 있는 제어기가 필요하며 시동 오프 이후 Wakeup 제어에서 사용하고 잇는 RTC(Real Time Clock) 칩을 활용하면 가능하다.
또한, 제2시동단계(S700)에서는 경과시간이 일정시간(t2) 초과이며 차단시간이 일정시간(t6) 초과이고 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승하지 않은 것으로 판단되는 경우, 제어부에서 일정시간(t4) 동안 공기밸브를 오픈하여 연료전지에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어할 수 있다. 그리고 경과시간이 일정시간(t2) 초과이며 차단시간이 일정시간(t6) 초과이고 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승된 것으로 판단되는 경우, 제1시동단계(S800)를 수행할 수 있다.
장기/일반/단기 주차 모드 시동 방법은 수소 공급 구간에 연료전지 전압 상승 여부를 체크하기 위해서 수소 공급후 공기 공급 시작시까지 대기시간을 고정적으로 확보하는 방식이었다. 하지만, 연료전지 전압 상승 여부 체크는 스택내 수소가 없고 산소 분위기인지 판단하기 위함이며, 시동을 진행하기 전에 스택내 산소 분위기가 아니라는 정보를 미리 알 수 있으면, 연료전지 전압 상승 체크를 위한 대기시간을 설정할 필요가 없다.
즉, 연료전지 수소 공급 차단 이후 경과시간(t2)이나 마지막 수소 퍼지 이벤트 이후 차단시간(t6)이 짧을 경우, 또는 수소 공급전 전압이 높을 경우에는 장기 주차 모드 시동의 캐소드 카본 부식 방지 제어가 불필요하다는 것을 사전에 알 수 있다. 애노드에 수소가 잔존해 있는 상황으로, 시동 오프이후 유입된 산소는 연료전지 부하장치나 잔존수소와 반응으로 유입 즉시 제거된 상태이다. 수소 공급 전 전압이 높은 경우는 비록 스택내 산소가 존재한 상황이지만, 애노드에는 수소가 잔존해 있어 캐소드 카본 부식 방지제어가 불필요한 것이다.
이 경우에는 앞의 스택 전압 체크 대기시간 확보 없이 수소 공급후 바로 공기 공급을 진행할 수 있어, 시동시간을 단축할 수 있다. 하지만 공기 공급 이후에는 연료전지 전압이 상승하기 때문에 연료전지 고전위 회피제어를 위해 전력변환장치 버스단 전압 하강제어를 수행하여야 하며, 연료전지 부하가 발생하게 된다. 따라서 수소 공급후 수소가 애노드 극에 고르게 공급되었는지 확인만 된 이후에 공기 공급을 재개하여 전력변환장치 제어를 통한 연료전지 전압 하강제어를 수행하여야 한다. 일반/단기 주차 모드 시동 방법에서와 마찬가지로 공기 공급 이후 수소 퍼지 제어를 수행하여야 하고 마지막 수소 퍼지 이벤트 이후 경과시간이 짧으면, 단기 주차 모드 시동으로 판단하고 수소 퍼지 횟수를 일반시동에 비해 축소하거나 삭제할 수 있다.
한편, 시작단계 이후에는, 도 7 내지 8과 같이 제어부에서 수소 공급 전 연료전지 전압을 체크하는 사전체크단계(S200); 및 제어부에서 수소 공급 전 연료전지 전압이 높은 것으로 판단한 경우, 수소공급단계 이후에 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어하고, 일정시간(t7) 이후 공기밸브를 오픈하여 연료전지에 공기를 공급하는 제3시동단계(도 7 및 도 8의 경우);를 더 포함할 수 있다. 연료전지 전압은 사전에 기준이 되는 값을 메모리하고 이를 실측값과 비교토록 하여 크거나 작은지를 판단한다.
예외적으로 수소 공급전 연료전지 전압이 높은 경우에는 수소 공급시 전압이 상승하더라도 제1시동단계가 아닌 제2시동단계로 시동 시퀀스를 진행한다. 수소 공급전 전압이 높을 경우에는 산소뿐만 아니라 애노드내 잔존 수소도 존재한다는 의미이므로 애노드 산소 제거를 위한 캐소드 카본 부식 방지 제어를 수행할 필요성이 없다. 더군다나, 캐소드 카본 부식 방지 제어를 위해 공기 공급전 수소 공급/배출 강화제어를 할 경우, 애노드 잔존 수소로 인해 배기 가스 농도 규제를 만족하지 못하는 경우가 발생할 수 있기 때문에, 일반시동에서처럼 공기 공급 재개후 수소 퍼지 제어를 수행하여야 한다. 셧다운시 연료전지 부하로 스택내 산소 제거 과정을 수행하게 되는데, 셧다운 프로세스 중에 재시동을 할 경우 이 과정이 생략되고 시동 시퀀스를 진행하기 때문에 수소 공급전 전압이 높게 될 수가 있다. 또한 시동 오프후 차량 방치상태에서 연료전지 부하장치가 상시 연결되어야 하는데, 부하장치나 연결 릴레이등의 고장으로 부하장치가 연결되지 못하는 경우에는 스택내에 수소와 산소가 공존하는 상황이 발생할 수 있기 때문에 이런 조건에서 연료전지 시동을 할 경우 수소 공급전에 연료전지 전압이 높게 된다.
단, 이 경우는 일반 시동 모드에서처럼 연료전지 고전위 운전을 막기 위한 연료전지 전압 하강 제어가 공기 공급 이후에 이루어지는 것이 아니라, 공기 공급 재개 이전에도 수소가 애노드 극에 고르게 공급되었는지 확인만 되면 바로 연료전지 전압 하강 제어가 이루어질 수 있도록 해야 한다. 연료전지 전압이 수소및 공기 공급 전에 이미 높은 상태이기 때문에 공기 공급 전/후에 상관없이 수소가 애노드에 고르게 공급되었는지 확인만 되면 전력변환장치의 버스단 전압 하강 제어를 수행하여 연료전지 전압 하강 제어를 진행하면 된다. 물론 연료전지 전압 하강 제어를 장기 주차 모드 시동에서처럼 공기 공급 재개전에는 연료전지 부하장치를 사용하고 공기 공급 재개후에는 전력변환장치의 버스단 전압 하강 제어를 통해 수행하여, 공기 공급 전/후에 따라 2단계로 진행할 수도 있다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
S100 : 시작단계 S300 : 수소공급단계
S600 : 제2시동단계 S800 : 제1시동단계

Claims (13)

  1. 제어부에서 차량의 시동명령을 체크하는 시작단계;
    제어부에서 수소밸브를 오픈하여 연료전지의 애노드에 수소를 공급하는 수소공급단계;
    제어부에서 수소 공급 후 연료전지 전압의 상승여부를 체크하는 전압체크단계; 및
    제어부에서 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승한 것으로 판단되는 경우 연료전지에 부하장치를 연결하여 연료전지의 발전전력을 소모하고, 공기밸브를 오픈하여 연료전지의 캐소드에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어하는 제1시동단계;를 포함하고,
    수소공급단계 이후에는,
    제어부에서 마지막 수소 퍼지 시점 이후에 지난 경과시간을 체크하는 퍼지체크단계; 및
    경과시간이 일정시간(t2) 이하인 경우, 제어부에서 공기밸브를 오픈하여 연료전지의 캐소드에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어하는 제2시동단계;를 포함하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1시동단계에서는 제어부에서 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승한 것으로 판단되는 경우 수소밸브를 제어하여 공급되는 수소의 압력을 증가시키며 수소퍼지장치를 제어하여 연료전지로부터 수소를 외부로 퍼지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    제1시동단계에서는 제어부에서 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승한 것으로 판단되는 경우 공급되는 수소의 압력을 증가시키고 일정시간(t1) 후 연료전지에 부하장치를 연결하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    제1시동단계에서는 제어부에서 공기밸브를 오픈하는 경우 부하장치와의 연결을 차단하고 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    제1시동단계에서는 제어부에서 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 발전전력을 버스단에 연결된 고전압배터리로 충전하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    제2시동단계에서는 제어부에서 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승하지 않은 것으로 판단되며 경과시간이 일정시간(t2) 이하인 경우, 제어부에서 일정시간(t3) 동안 공기밸브를 오픈하여 연료전지에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    제2시동단계에서는 제어부에서 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승하지 않은 것으로 판단되며 경과시간이 일정시간(t2) 초과인 경우, 제어부에서 일정시간(t4) 동안 공기밸브를 오픈하여 연료전지에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어하고, 일정시간(t4)은 일정시간(t3)보다 큰 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    제2시동단계에서는 제어부에서 연료전지에 공기를 공급하고 일정시간(t5) 후 수소퍼지장치를 제어하여 연료전지로부터 수소를 외부로 퍼지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    퍼지체크단계 이후에는,
    제어부에서 마지막 수소 공급 차단 이후에 지난 차단시간을 체크하는 수소체크단계;를 더 포함하고,
    제2시동단계에서는 경과시간이 일정시간(t2) 초과이며 차단시간이 일정시간(t6) 이하인 경우, 제어부에서 일정시간(t4) 동안 공기밸브를 오픈하여 연료전지에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    제2시동단계에서는 경과시간이 일정시간(t2) 초과이며 차단시간이 일정시간(t6) 초과이고 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승하지 않은 것으로 판단되는 경우, 제어부에서 일정시간(t4) 동안 공기밸브를 오픈하여 연료전지에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    경과시간이 일정시간(t2) 초과이며 차단시간이 일정시간(t6) 초과이고 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승된 것으로 판단되는 경우, 제1시동단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
  13. 제어부에서 차량의 시동명령을 체크하는 시작단계;
    제어부에서 수소밸브를 오픈하여 연료전지의 애노드에 수소를 공급하는 수소공급단계;
    제어부에서 수소 공급 후 연료전지 전압의 상승여부를 체크하는 전압체크단계; 및
    제어부에서 수소 공급 후 연료전지의 전압이 상승한 것으로 판단되는 경우 연료전지에 부하장치를 연결하여 연료전지의 발전전력을 소모하고, 공기밸브를 오픈하여 연료전지의 캐소드에 공기를 공급하며, 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어하는 제1시동단계;를 포함하고,
    시작단계 이후에는,
    제어부에서 수소 공급 전 연료전지 전압을 체크하는 사전체크단계; 및
    제어부에서 수소 공급 전 연료전지 전압이 기준값보다 높은 것으로 판단한 경우, 수소공급단계 이후에 전력변환장치의 버스단 전압 제어를 통하여 연료전지의 전압을 일정 수준 이하로 제어하고, 일정시간(t7) 이후 공기밸브를 오픈하여 연료전지의 캐소드에 공기를 공급하는 제3시동단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
KR1020150175302A 2015-12-09 2015-12-09 연료전지 차량의 시동 제어방법 KR101856300B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150175302A KR101856300B1 (ko) 2015-12-09 2015-12-09 연료전지 차량의 시동 제어방법
US15/186,046 US10090540B2 (en) 2015-12-09 2016-06-17 Method for controlling startup of fuel cell vehicle
DE102016212683.0A DE102016212683A1 (de) 2015-12-09 2016-07-12 Verfahren zum steuern der inbetriebnahme eines brenn-stoffzellenfahrzeugs
CN201610560785.7A CN106876747B (zh) 2015-12-09 2016-07-15 用于控制燃料电池车辆的启动的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150175302A KR101856300B1 (ko) 2015-12-09 2015-12-09 연료전지 차량의 시동 제어방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170068700A KR20170068700A (ko) 2017-06-20
KR101856300B1 true KR101856300B1 (ko) 2018-06-26

Family

ID=58773194

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150175302A KR101856300B1 (ko) 2015-12-09 2015-12-09 연료전지 차량의 시동 제어방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10090540B2 (ko)
KR (1) KR101856300B1 (ko)
CN (1) CN106876747B (ko)
DE (1) DE102016212683A1 (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190108302A (ko) * 2018-03-14 2019-09-24 현대자동차주식회사 연료전지의 가용출력 추정방법 및 추정시스템
DE102019128424A1 (de) * 2019-10-22 2021-04-22 Audi Ag Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges sowie Kraftfahrzeug
CN111038330B (zh) * 2019-12-31 2021-06-25 永安行科技股份有限公司 氢燃料电池电堆的供电方法、系统、氢能源助力车及其传动方法、系统
DE102020202330A1 (de) * 2020-02-24 2021-08-26 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Brennstoffzellensystem
CN112026672B (zh) * 2020-08-21 2021-05-14 东南大学 一种纯电动方程式赛车整车电气系统
CN112701329B (zh) * 2020-12-10 2023-07-18 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 燃料电池系统带载启动的控制方法
CN112590570B (zh) * 2020-12-30 2024-02-02 深圳市氢蓝时代动力科技有限公司 燃料电池供电系统、方法及存储介质
CN112969171B (zh) * 2021-02-26 2023-02-28 徐逸轩 浮空通讯装置，其组网通讯和数据传输方法
CN113090936A (zh) * 2021-03-19 2021-07-09 嘉寓氢能源科技(辽宁)有限公司 一种氢燃料电池不间断供电加氢控制方法、系统及装置
CN115123113B (zh) * 2021-03-29 2024-04-16 广州汽车集团股份有限公司 一种车辆加氢的检测控制方法及装置
DE102021208315A1 (de) 2021-07-30 2023-02-02 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Steuergerät
DE102021208312A1 (de) 2021-07-30 2023-02-02 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Steuergerät

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004296351A (ja) 2003-03-27 2004-10-21 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2005116402A (ja) * 2003-10-09 2005-04-28 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムの起動方法
JP2005158557A (ja) * 2003-11-27 2005-06-16 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2007507063A (ja) * 2003-09-23 2007-03-22 ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー 始動および停止時の燃料電池エネルギーの貯蔵
JP2008010260A (ja) 2006-06-28 2008-01-17 Nippon Oil Corp 燃料電池システムの起動方法
KR101449299B1 (ko) 2013-06-13 2014-10-13 현대자동차주식회사 연료전지차량의 비상시동 시스템 및 방법

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100868609B1 (ko) 2006-12-11 2008-11-13 현대자동차주식회사 배터리 시스템이 적용되는 연료전지 슈퍼캡 하이브리드차량 및 이의 동력분배 제어 방법
JP4821662B2 (ja) * 2007-03-12 2011-11-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
GB2453127A (en) 2007-09-26 2009-04-01 Intelligent Energy Ltd Fuel Cell System
KR20100060478A (ko) 2008-11-27 2010-06-07 주식회사 케피코 시동정지 중 자기시동 기능을 가지는 연료전지 자동차용 전자제어유닛
JP5751525B2 (ja) 2011-02-25 2015-07-22 バラード パワー システムズ インコーポレイテッド 燃料電池発電装置の制御方法および燃料電池発電装置を備えた車両
JP5783974B2 (ja) * 2012-08-28 2015-09-24 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの起動方法および燃料電池システム
KR101534920B1 (ko) 2013-09-05 2015-07-07 현대자동차주식회사 연료전지 시동 장치 및 방법
KR101592377B1 (ko) 2013-10-18 2016-02-05 현대자동차주식회사 연료 전지 차량의 시동 장치 및 방법
CN103595096B (zh) * 2013-11-11 2016-07-13 江苏超洁绿色能源科技有限公司 一种用于质子交换膜燃料电池备用电源系统的dc/dc变换及控制系统
KR101551024B1 (ko) 2013-12-23 2015-09-08 현대자동차주식회사 연료 전지 시스템의 시동 제어 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004296351A (ja) 2003-03-27 2004-10-21 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2007507063A (ja) * 2003-09-23 2007-03-22 ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー 始動および停止時の燃料電池エネルギーの貯蔵
JP2005116402A (ja) * 2003-10-09 2005-04-28 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムの起動方法
JP2005158557A (ja) * 2003-11-27 2005-06-16 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2008010260A (ja) 2006-06-28 2008-01-17 Nippon Oil Corp 燃料電池システムの起動方法
KR101449299B1 (ko) 2013-06-13 2014-10-13 현대자동차주식회사 연료전지차량의 비상시동 시스템 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20170170496A1 (en) 2017-06-15
US10090540B2 (en) 2018-10-02
KR20170068700A (ko) 2017-06-20
CN106876747A (zh) 2017-06-20
DE102016212683A1 (de) 2017-06-14
CN106876747B (zh) 2021-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101856300B1 (ko) 연료전지 차량의 시동 제어방법
KR101230900B1 (ko) 연료전지 하이브리드 시스템의 운전 제어 방법
JP4893772B2 (ja) 燃料電池システム
KR102474508B1 (ko) 연료전지 시스템의 운전 제어 방법
JP5395116B2 (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法
CN109935864B (zh) 氢吹扫控制方法和控制系统
JP7342135B2 (ja) 燃料電池システムのための動作ストラテジを設定する方法および回路アセンブリ
JP4507584B2 (ja) 燃料電池システム
KR101646403B1 (ko) 연료전지 시스템의 제어 방법
KR100906910B1 (ko) 연료전지 하이브리드 차량의 시동오프 제어방법
JP2003249236A (ja) 電源装置
KR101846687B1 (ko) 연료전지 차량의 재시동 시스템과 제어기 및 재시동 방법
KR101897338B1 (ko) 연료전지차량의 셧다운 시스템 및 그 제어방법
JP2007165055A (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転停止方法
KR20190108238A (ko) 연료전지시스템의 정지 제어방법
CN107972504B (zh) 用于燃料电池车辆的电压控制装置
KR101240986B1 (ko) 주차 중 연료전지의 산소 제거 방법
JP6409691B2 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
US8372552B2 (en) Method of removing residual oxygen in fuel cell by electrochemical purging
CN112086670A (zh) 燃料电池系统
JP2005216828A (ja) 燃料電池システム
JP2010153246A (ja) 燃料電池システム
JP2006324213A (ja) 燃料電池システム
US11799102B2 (en) Fuel cell system and control method of the same
JP4478707B2 (ja) 燃料電池車両

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant