KR101876733B1

KR101876733B1 - The high-voltage battery output control method and apparatus for a fuel cell vehicle

Info

Publication number: KR101876733B1
Application number: KR1020160017750A
Authority: KR
Inventors: 조성문; 송요인
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2018-07-10
Also published as: KR20170096409A

Abstract

본 발명은 연료 전지 차량용 고전압 배터리의 출력 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 배터리 출력 제어 방법은, 고전압 배터리의 전압 및 전류를 이용하여 상기 고전압 배터리의 내부 저항을 산출하는 단계; 상기 내부 저항을 기 설정된 기준 저항과 비교하여 상기 고전압 배터리의 열화도를 산출하는 단계; 상기 열화도, 상기 고전압 배터리의 온도 및 SOC(state of charge)를 이용하여 상기 고전압 배터리의 가용 전력 및 가용 시간을 산출하는 단계; 및 상기 가용 전력 및 상기 가용 시간을 고려하여 모터로 전달되는 상기 고전압 배터리의 출력 전력을 제어하는 단계; 를 포함할 수 있다. The present invention relates to a method and apparatus for controlling the output of a high voltage battery for a fuel cell vehicle. A method of controlling a high-voltage battery output according to an embodiment of the present invention includes: calculating an internal resistance of the high-voltage battery using a voltage and a current of a high-voltage battery; Comparing the internal resistance with a predetermined reference resistance to calculate a deterioration degree of the high voltage battery; Calculating the available power and available time of the high-voltage battery using the deterioration degree, the temperature of the high-voltage battery, and the SOC (state of charge); And controlling an output power of the high voltage battery to be transferred to the motor in consideration of the available power and the available time; . &Lt; / RTI >

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a high-voltage battery output control method and apparatus for a fuel cell vehicle,

본 발명은 연료 전지 차량에 관한 것으로서, 상세하게 연료 전지 차량에 탑재된 고전압 배터리의 출력 효율을 높이는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.The present invention relates to a fuel cell vehicle, and more particularly, to a method and apparatus for increasing the output efficiency of a high voltage battery mounted in a fuel cell vehicle.

연료 전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 연료 전지 스택(stack) 내에서 직접 전기 에너지로 변환시키는 일종의 발전 시스템이다. 이러한 연료 전지 시스템을 이용한 연료전지 차량은 배기가스 저감 및 연비 성능 향상 등의 장점이 있지만, 물 생성 문제 및 출력 성능 등의 단점을 감안하여 연료전지와 다른 에너지 저장장치인 축전수단을 갖는 연료전지 하이브리드(hybrid) 시스템이 적용되고 있다.The fuel cell system is a kind of power generation system that converts the chemical energy of the fuel into electric energy directly in the fuel cell stack. A fuel cell vehicle using such a fuel cell system has advantages such as reduction of exhaust gas and improvement of fuel economy performance. However, taking into consideration disadvantages such as water generation problem and output performance, a fuel cell hybrid hybrid systems are being applied.

연료전지 하이브리드 차량은 주동력원인 연료전지 외에 모터 구동에 필요한 파워를 제공하기 위한 별도 동력원으로 축전수단인 고전압 배터리(또는 슈퍼캐패시터(슈퍼캡))를 탑재할 수 있다.In addition to the fuel cell, which is the main power source, the fuel cell hybrid vehicle can be equipped with a high voltage battery (or a supercap) as a power source as a separate power source for providing power required for driving the motor.

연료전지 및 축전수단을 포함하는 연료전지 하이브리드 차량은 연료전지에서 일정한 전력을 계속 출력하여 주행이 이루어지되, 전력이 남는 경우 잉여분의 전력으로 축전수단을 충전하고, 전력이 모자라는 경우 부족분의 전력을 축전수단에서 보충 출력하는 운전 모드가 적용되고 있다. A fuel cell hybrid vehicle including a fuel cell and a power storage means continuously outputs a constant power in a fuel cell and travels. When power is left, the power storage means is charged with a surplus power. When the power is insufficient, And an operation mode in which supplemental output is performed by the storage means is applied.

이러한 연료전지 하이브리드 차량의 주행모드는 연료전지만을 구동원으로 모터를 구동시키는 연료전지 주행모드(EV Mode)와, 연료전지 및 축전수단이 직결된 하이브리드 모드(HEV Mode), 그리고 축전수단에 대한 충전이 이루어지는 회생제동모드로 구분된다.The running mode of the fuel cell hybrid vehicle is composed of a fuel cell running mode (EV Mode) in which the motor is driven by only the fuel cell, a hybrid mode (HEV Mode) in which the fuel cell and the power storage means are directly connected, Regenerative braking mode.

한편, 도 1은 연료전지 하이브리드 차량의 일반적인 구성을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a general configuration of a fuel cell hybrid vehicle.

도 1을 참조하면, 연료전치 차량의 가속 시에는 연료전지와 고전압 배터리가 함께 에너지를 모터로 공급한다. 이때 연료전지는 차량의 가속을 위해 요구되는 에너지를 모터에 지속적으로 공급할 수 있는 반면, 고전압 배터리는 에너지를 모터에 공급할 수 있는 일정 시간(예를 들어, 10초 이하)이 정해져 있고 일정 시간 이후에는 고전압 배터리의 방전은 중지되기 때문에 모터에 공급되는 총 에너지는 감소하게 된다. Referring to FIG. 1, at the time of acceleration of the fuel transitional vehicle, the fuel cell and the high-voltage battery together supply energy to the motor. In this case, the fuel cell can continuously supply the energy required for the acceleration of the vehicle to the motor, while the high-voltage battery has a predetermined time (for example, 10 seconds or less) for supplying energy to the motor. Since the discharge of the high voltage battery is stopped, the total energy supplied to the motor is reduced.

모터로 공급되는 총 에너지가 감소됨에 따라 운전자는 가속을 위한 고출력 지속 시간이 짧다는 불만을 가질 수 있고 또한 경우에 따라서 운전자는 가속력이 낮다고 생각할 수 있다. 다시 말해서, 운전자의 가속 페달의 조작량에 따라서 운전자가 체감하는 속도 증가량에 불편(가속 이질감)을 느낄 수 있다.As the total energy supplied to the motor is reduced, the driver may complain that the high output duration for acceleration is short, and in some cases the driver may think the acceleration is low. In other words, it is possible to feel an inconvenience (acceleration unevenness) in the amount of increase in the speed at which the driver senses according to the amount of operation of the accelerator pedal of the driver.

따라서, 가속 이질감을 해소하기 위해 연료전지 하이브리드 차량의 가속 시 모터로 인가되는 고전압 배터리의 출력을 제어할 필요가 있다.Therefore, it is necessary to control the output of the high-voltage battery applied to the motor at the time of acceleration of the fuel cell hybrid vehicle in order to solve the acceleration heterogeneity.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 연료 전지 차량용 고전압 배터리의 출력 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for controlling the output of a high-voltage battery for a fuel cell vehicle.

상세하게, 본 발명은 연료전지 차량의 가속 시에 고전압 배터리가 에너지를 모터에 공급하는 조건을 합리적으로 개선하여 가속을 위해 모터로 공급하는 전력의 지속 시간을 증가시키고, 또한 가속 시에 고전압 배터리의 에너지 공급 가능 조건을 최적화하여 운전 중 가속력의 크기가 매우 낮다고 생각할 수 있는 운전자의 불만을 해소할 수 있는 고전압 배터리의 출력 제어 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.Specifically, the present invention improves the conditions under which the high-voltage battery supplies energy to the motor at the time of acceleration of the fuel cell vehicle, thereby increasing the duration of power supplied to the motor for acceleration, And to provide a method and apparatus for controlling the output of a high-voltage battery, which can solve the complaint of a driver who may think that the magnitude of the acceleration force during operation is extremely low.

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.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention, unless further departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 배터리 출력 제어 방법은, 고전압 배터리의 전압 및 전류를 이용하여 상기 고전압 배터리의 내부 저항을 산출하는 단계; 상기 내부 저항을 기 설정된 기준 저항과 비교하여 상기 고전압 배터리의 열화도를 산출하는 단계; 상기 열화도, 상기 고전압 배터리의 온도 및 SOC(state of charge)를 이용하여 상기 고전압 배터리의 가용 전력 및 가용 시간을 산출하는 단계; 및 상기 가용 전력 및 상기 가용 시간을 고려하여 모터로 전달되는 상기 고전압 배터리의 출력 전력을 제어하는 단계; 를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a high-voltage battery output, the method comprising: calculating an internal resistance of the high-voltage battery using a voltage and a current of the high-voltage battery; Comparing the internal resistance with a predetermined reference resistance to calculate a deterioration degree of the high voltage battery; Calculating the available power and available time of the high-voltage battery using the deterioration degree, the temperature of the high-voltage battery, and the SOC (state of charge); And controlling an output power of the high voltage battery to be transferred to the motor in consideration of the available power and the available time; . &Lt; / RTI >

실시예에 따라, 상기 고전압 배터리를 모니터링 하는 배터리관리시스템(battery management system, BMS)로부터 전압, 전류, 온도 및 SOC에 관한 정보를 전달 받는 단계; 를 더 포함할 수 있다.Receiving information on voltage, current, temperature and SOC from a battery management system (BMS) that monitors the high voltage battery; As shown in FIG.

실시예에 따라, 상기 가용 전력 및 상기 가용 시간을 고려하여 모터로 전달되는 상기 고전압 배터리의 출력을 제어하는 단계는, 액셀러레이터(accelerator)에 조작에 의한 차량의 속도가 가속될 때 수행될 수 있다.According to an embodiment, the step of controlling the output of the high voltage battery transferred to the motor in consideration of the available power and the available time may be performed when the speed of the vehicle by the operation of the accelerator is accelerated.

실시예에 따라, 상기 열화도, 상기 고전압 배터리의 온도 및 SOC(state of charge)의해 상기 고전압 배터리의 가용 전력 및 가용 시간을 산출하는 단계는, 미리 저장되어 있는 상기 SOC와 온도에 따른 가용 전력 테이블에 의해 상기 가용 전력을 산출하는 단계; 를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the step of calculating the available power and available time of the high-voltage battery by the deterioration degree, the temperature of the high-voltage battery, and the state of charge (SOC) may include calculating an available power table Calculating the available power by the power control unit; . &Lt; / RTI >

실시예에 따라, 상기 가용 전력 및 상기 가용 시간을 고려하여 모터로 전달되는 상기 고전압 배터리의 출력을 제어하는 단계는, 기 설정 주기 마다 모터제어기로부터 전달 받은 가속 요구 토크가 미리 설정된 기준 토크 이상인지 판단하는 단계; 상기 가속 요구 토크가 상기 미리 설정된 기준 토크 이상인 경우, 상기 가용 전력 및 상기 가용 시간에 의해 상기 고전압 배터리의 공급 가능 에너지를 산출하는 단계; 상기 모터로 전달되는 누적 공급 에너지를 산출하는 단계; 및 상기 누적 공급 에너지가 상기 공급 가능 에너지 이상이면, 상기 모터로 전달되는 상기 고전압 배터리의 출력을 중단시키는 단계; 를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of controlling the output of the high-voltage battery to the motor in consideration of the available power and the available time may include determining whether the acceleration demand torque transmitted from the motor controller is equal to or greater than a preset reference torque ; Calculating available energy of the high-voltage battery by the available power and the available time when the acceleration required torque is equal to or higher than the preset reference torque; Calculating cumulative supply energy transmitted to the motor; And stopping the output of the high voltage battery delivered to the motor if the cumulative supply energy is equal to or greater than the supplyable energy; . &Lt; / RTI >

실시예에 따라, 상기 내부 저항과 기 설정된 기준 저항과 비교하여 상기 고전압 배터리의 열화도를 산출하는 단계는, 상기 고전압 배터리의 전압이 미리 저장된 전압전류성능 테이블에서 동일 전류 대비 미리 설정된 기준 배터리 전압보다 낮은 전압을 가진 경우, 열화도를 증가시키는 단계; 를 포함하며, 상기 내부 저항은 상기 동일 전류 대비 상기 고전압 배터리의 전압이며, 상기 기준 저항은 상기 동일 전류 대비 상기 기준 배터리 전압일 수 있다.According to an embodiment, the step of calculating the deterioration degree of the high-voltage battery in comparison with the internal resistance and the preset reference resistance may include calculating a deterioration degree of the high-voltage battery by comparing a voltage of the high- Increasing the degree of deterioration in the case of having a low voltage; Wherein the internal resistance is a voltage of the high-voltage battery with respect to the same current, and the reference resistance may be the reference battery voltage with respect to the same current.

실시예에 따라, 상기 열화도, 상기 고전압 배터리의 온도 및 SOC(state of charge)의해 상기 고전압 배터리의 가용 전력 및 가용 시간을 산출하는 단계는, 상기 열화도가 미리 설정된 임계값보다 높은 경우, 상기 열화도를 상기 고전압 배터리의 가용 전력을 산출에 고려하는 단계; 를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of calculating the available power and the available time of the high-voltage battery by the deterioration degree, the temperature of the high-voltage battery, and the state of charge (SOC) Considering the degree of deterioration in computing the available power of the high voltage battery; . &Lt; / RTI >

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 배터리 출력 제어 장치는, 고전압 배터리의 전압 및 전류를 이용하여 상기 고전압 배터리의 내부 저항을 산출하고, 상기 내부 저항을 기 설정된 기준 저항과 비교하여 상기 고전압 배터리의 열화도를 산출하며, 상기 열화도, 상기 고전압 배터리의 온도 및 SOC(state of charge)를 이용하여 상기 고전압 배터리의 가용 전력 및 가용 시간을 산출하는 제어부; 및 상기 고전압 배터리를 모니터링 하는 배터리관리시스템(battery management system, BMS)로부터 상기 전압, 상기 전류, 상기 온도 및 상기 SOC에 관한 정보를 전달 받는 통신부; 를 포함하며, 상기 제어부는 상기 가용 전력 및 상기 가용 시간을 고려하여 모터로 전달되는 상기 고전압 배터리의 출력 전력을 제어할 수 있다.Also, the high-voltage battery output control apparatus according to an embodiment of the present invention calculates an internal resistance of the high-voltage battery using a voltage and a current of a high-voltage battery, compares the internal resistance with a preset reference resistance, And calculates a usable power and a usable time of the high-voltage battery using the deterioration degree, the temperature of the high-voltage battery, and the state of charge (SOC) of the high-voltage battery; And a communication unit for receiving information on the voltage, the current, the temperature, and the SOC from a battery management system (BMS) that monitors the high-voltage battery. The control unit may control an output power of the high voltage battery to be transferred to the motor in consideration of the available power and the available time.

실시예에 따라, 상기 제어부는 액셀러레이터(accelerator)에 조작에 의한 차량의 속도가 가속될 때, 상기 가용 전력 및 상기 가용 시간을 고려하여 모터로 전달되는 상기 고전압 배터리의 출력을 제어할 수 있다.According to an embodiment, the controller may control the output of the high voltage battery to the motor in consideration of the available power and the available time when the speed of the vehicle is accelerated by an operation to an accelerator.

실시예에 따라, 상기 제어부는 미리 저장되어 있는 상기 SOC와 온도에 따른 가용 전력 테이블에 의해 상기 가용 전력을 산출할 수 있다.According to the embodiment, the controller can calculate the available power by using the available power table according to the stored SOC and the temperature.

실시예에 따라, 상기 제어부는, 기 설정 주기 마다 모터제어기로부터 전달 받은 가속 요구 토크가 미리 설정된 기준 토크 이상인지 판단하고, 상기 가속 요구 토크가 상기 미리 설정된 기준 토크 이상인 경우, 상기 가용 전력 및 상기 가용 시간에 의해 상기 고전압 배터리의 공급 가능 에너지를 산출하며, 상기 모터로 전달되는 누적 공급 에너지를 산출하고, 상기 누적 공급 에너지가 상기 공급 가능 에너지 이상이면, 상기 모터로 전달되는 상기 고전압 배터리의 출력을 중단시킬 수 있다.According to the embodiment, the controller may determine whether the acceleration demand torque transmitted from the motor controller at each preset period is equal to or greater than a predetermined reference torque, and if the acceleration demand torque is equal to or greater than the preset reference torque, Voltage of the high-voltage battery is calculated by time, the cumulative supply energy transmitted to the motor is calculated, and if the cumulative supply energy is equal to or higher than the supplyable energy, the output of the high- .

실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 고전압 배터리의 전압이 미리 저장된 전압전류성능 테이블에서 동일 전류 대비 미리 설정된 기준 배터리 전압보다 낮은 전압을 가진 경우, 열화도를 증가시키며, 상기 내부 저항은 상기 동일 전류 대비 상기 고전압 배터리의 전압이며, 상기 기준 저항은 상기 동일 전류 대비 상기 기준 배터리 전압일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the voltage of the high-voltage battery has a voltage lower than a preset reference battery voltage with respect to the same current in a voltage-current performance table stored in advance, the controller increases the degree of deterioration, Voltage of the high-voltage battery, and the reference resistance may be the reference battery voltage with respect to the same current.

실시예에 따라, 상기 제어부는 상기 열화도가 미리 설정된 임계값보다 높은 경우, 상기 열화도를 상기 고전압 배터리의 가용 전력을 산출에 고려할 수 있다.According to an embodiment, when the deterioration degree is higher than a preset threshold value, the controller may consider the degradation degree in calculating the available power of the high-voltage battery.

실시예에 따라, 본 발명은 상기 기재된 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.According to an embodiment, the present invention provides a computer-readable recording medium on which a program for executing the above-described method is recorded.

본 발명에 따른 연료 전지 차량용 고전압 배터리의 출력 제어 방법 및 장치에 대한 효과를 설명하면 다음과 같다.Effects of the output control method and apparatus of a high voltage battery for a fuel cell vehicle according to the present invention are as follows.

첫째, 본 발명은 연료전지 차량 가속 시 고출력 유지 시간을 증대시켜 운전자가 느끼는 가속 이질감(가속 페달 조작량과 운전자가 체감하는 차량의 출력 가속 이 상이한 상황)을 해소시킬 수 있다.First, the present invention increases the high output holding time when the fuel cell vehicle is accelerated, thereby eliminating the acceleration unevenness sensed by the driver (the situation where the accelerator pedal operation amount differs from the output acceleration of the vehicle in which the driver senses).

둘째, 본 발명은 고전압 배터리의 출력을 시간이 아닌 고전압 배터리의 열화도를 고려하여 제어함으로써, 고전압 배터리가 과방전 상태로 더욱 열화되는 것을 방지하여 고전압 배터리의 수명을 늘리는 효과가 있다.Second, the present invention controls the output of the high-voltage battery in consideration of the deterioration of the high-voltage battery rather than the time, thereby preventing the high-voltage battery from further deteriorating to an over-discharge state, thereby increasing the life of the high-voltage battery.

셋째, 본 발명은 기존의 연료 전지 시스템의 고전압 배터리 출력 제어 로직만을 변경함으로써 원가 상승의 우려가 없다. Third, the present invention does not cause a rise in cost by changing only the high-voltage battery output control logic of the existing fuel cell system.

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.The effects obtained by the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description will be.

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 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 하이브리드 차량의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 차량용 고전압 배터리의 출력 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 도 2의 연료 전지 차량용 고전압 배터리의 출력 제어 방법을 더욱 상세하게 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 차량용 고전압 배터리의 출력 제어 방법에서 가용 전력을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 차량용 고전압 배터리의 출력 제어 방법에서 열화도를 산출하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 차량용 고전압 배터리의 출력 제어 방법에서 내부 저항을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 차량용 고전압 배터리의 출력 제어 방법에서 열화도를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 차량용 고전압 배터리의 출력 제어 장치를 설명하기 위한 구조도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. It is to be understood, however, that the technical features of the present invention are not limited to the specific drawings, and the features disclosed in the drawings may be combined with each other to constitute a new embodiment.
1 is a configuration diagram for explaining a configuration of a fuel cell hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of controlling an output of a high-voltage battery for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart for explaining the output control method of the high-voltage battery for the fuel cell vehicle of FIG. 2 in more detail.
4 is a diagram for explaining a method of calculating available power in a method of controlling an output of a high-voltage battery for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of calculating the degree of deterioration in a method of controlling an output of a high-voltage battery for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining a method of calculating an internal resistance in a method of controlling an output of a high voltage battery for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining a method of calculating the degree of deterioration in a method of controlling an output of a high-voltage battery for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.
8 is a structural diagram for explaining an output control apparatus for a high-voltage battery for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.

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.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an apparatus and various methods to which embodiments of the present invention are applied will be described in detail with reference to the drawings. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role.

그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

연료 전지 시스템은 전기 에너지를 발생시키는 연료 전기 스택, 연료 전기 스택에 연료인 수소를 공급하는 수소 공급 장치, 연료 전지 스택에 전기 화학 반응에 필요한 공기 중의 산소를 공급하는 공기(산소)공급 장치, 연료 전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 배출하고 연료 전지 스택의 운전 온도를 제어하며 물 관리 기능을 수행하는 열/물관리계(Thermal Management System, TMS) 및 연료 전지 시스템의 작동 전반을 제어하는 연료 전지 시스템 제어기를 포함하여 구성되며, 상기 구성으로 연료 전지 시스템에서는 연료인 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 전기를 발생시키고, 반응 부산물로 열과 물을 배출하게 된다.The fuel cell system includes a fuel electric stack for generating electric energy, a hydrogen supply device for supplying hydrogen as fuel to the fuel electric stack, an air (oxygen) supply device for supplying oxygen to the fuel cell stack in the air required for the electrochemical reaction, A thermal management system (TMS) for discharging the reaction heat of the battery stack to the outside of the system, controlling the operating temperature of the fuel cell stack and performing a water management function, and a fuel cell system controller In the fuel cell system, hydrogen, which is fuel, reacts with oxygen in the air to generate electricity, and heat and water are discharged as reaction byproducts.

이러한 연료 전지에서 차량용으로 가장 주목 받는 연료 전지 타입은 연료 전지 중 가장 높은 전력 밀도를 갖는 이온 교환막 연료 전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell 혹은 Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)이며, 이는 낮은 작동 온도로 인한 빠른 시동 시간과 빠른 전력 변환 반응 시간을 갖는 특징이 있다.The most prominent type of fuel cells for automobiles is the Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), which has the highest power density among the fuel cells. It has a characteristic that it has start-up time and fast power conversion reaction time.

연료 전지 스택에서 수소는 양극인 에노드(anode, '연료극'이라고도 함)로 공급되고, 산소(공기)는 음극인 캐소드(cathode, '공기극' 혹은 '산소극'이라고도 함)로 공급된다.In the fuel cell stack, hydrogen is supplied to an anode (also referred to as an anode) and oxygen (air) is supplied to a cathode (cathode) or an oxygen electrode.

양극으로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton, H+)과 전자(electron, e-)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온 교환막인 전해질막을 통과하여 음극으로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 음극으로 전달된다.Hydrogen supplied to the anode is decomposed into hydrogen ions (proton, H +) and electrons (electron and e-) by the catalyst of the electrode layer formed on both sides of the electrolyte membrane. Only hydrogen ions selectively pass through the electrolyte membrane And the electrons are transferred to the cathode through the separator and the gas diffusion layer which is a conductor.

이때, 음극에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기 공급 장치에 의해 음극으로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응이 일어난다.At this time, in the cathode, the hydrogen ions supplied through the electrolyte membrane and the electrons transferred through the separator meet with oxygen in the air supplied to the cathode by the air supply device to generate water.

수소 이온의 이동에 따라 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생되며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다. 아울러 물 생성 반응에서 열도 부수적으로 발생하게 된다.The flow of electrons through the external conductor is generated by the movement of hydrogen ions, and current is generated by the flow of electrons. In addition, heat is generated incidentally in the water production reaction.

다만, 연료전지만을 차량의 동력원으로 사용하는 경우 차량을 구성하고 있는 부하 모두를 연료전지가 담당하게 되므로 연료전지의 효율이 낮은 운전영역에서 성능 저하가 발생하는 점, 높은 전압을 요구하는 고속 운전영역에서 출력 전압이 급격하게 감소하는 출력 특성에 의해 구동모터가 요구하는 충분한 전압을 공급하지 못하여 차량의 가속성능을 저하시키는 문제점이 있다. 그리고 차량에 급격한 부하가 인가되는 경우 연료전지 출력 전압이 순간적으로 급강하하고 구동모터에 충분한 전력을 공급하지 못하여 차량 성능이 저하되는 점(화학반응에 의해 전기를 발생시키므로 급격한 부하 변동에 대해서는 연료전지에 무리가 감)뿐만 아니라, 연료전지는 단방향성 출력 특성을 가지므로 차량 제동 시 구동모터로부터 인입되는 에너지를 회수할 수 없어 차량 시스템의 효율성을 저하시키는 단점이 있다. However, when only the fuel cell is used as the power source of the vehicle, the fuel cell takes charge of all the loads constituting the vehicle, so that the performance deterioration occurs in the low-efficiency operation region of the fuel cell, There is a problem that the acceleration performance of the vehicle is deteriorated due to the failure of supplying sufficient voltage required by the driving motor due to the output characteristic in which the output voltage is abruptly decreased. When a sudden load is applied to the vehicle, the output voltage of the fuel cell is instantaneously decreased, and the performance of the vehicle is deteriorated due to insufficient power supply to the driving motor (since the electricity is generated by the chemical reaction, The fuel cell has a unidirectional output characteristic. Therefore, the fuel cell can not recover energy that is drawn from the drive motor when the vehicle is braked, which leads to a drawback that the efficiency of the vehicle system is lowered.

이러한 단점들을 보완하기 위한 방안으로 연료전지 하이브리드 차량이 개발되고 있다. 연료전지 하이브리드 차량은 주동력원인 연료전지 외에 모터 구동에 필요한 파워를 제공하기 위한 별도 동력원으로 축전수단인 고전압 배터리(또는 슈퍼캐패시터(슈퍼캡))를 탑재할 수 있다.In order to overcome these drawbacks, fuel cell hybrid vehicles are being developed. In addition to the fuel cell, which is the main power source, the fuel cell hybrid vehicle can be equipped with a high voltage battery (or a supercap) as a power source as a separate power source for providing power required for driving the motor.

한편, 연료 전지 하이브리드 차량은 저출력 구간에서 연료 전지의 작동을 정지하는 제어를 통해 효율이 낮은 구간에서의 연료전지 사용을 자제하여 연비의 상승을 도모할 수 있고, 특히 내구성 증대를 위해서는 저출력 구간에서 발전을 중지하는 운전이 필요하다.On the other hand, the fuel cell hybrid vehicle can prevent the fuel cell from being used in the low efficiency section by controlling the operation of the fuel cell in the low output period, and it is possible to increase the fuel efficiency. Especially, in order to increase the durability, It is necessary to stop the operation.

보다 상세하게, 연료 전지 하이브리드 차량은 차량 운행 도중에 필요한 경우 연료전지의 발전을 정지시키고 재개하는 과정(연료 전지 정지(Fuel Cell Stop)/연료전지 재시동(Fuel Cell Restart) 과정), 즉 연료전지의 발전을 일시적으로 정지시키는 아이들 스탑(Idle Stop)/해제 제어 과정(연료전지의 온(On)/오프(Off) 제어 과정)을 통해 연비를 상승시킬 수 있다. More specifically, when the fuel cell hybrid vehicle is required to stop and restart the fuel cell power generation process (fuel cell stop / fuel cell restart process), that is, The fuel consumption can be raised through an idle stop / release control process (an on / off control process of the fuel cell) for temporarily stopping the fuel cell.

이러한 연료 전지와 고전압 배터리가 모터로 출력을 공급하는데 있어서, 일반적으로 운전자가 가속을 위한 페달 조작량을 증가시키는 의도와 달리 고전압 배터리는 최대로 공급 가능한 배터리 출력으로 배터리 에너지를 모터에 공급할 수 있는 시간이 일정 시간(예를 들어, 10초) 이하로 정해져 있기 때문에 일정 시간 경과 이후에는 고전압 배터리의 방전은 중지되고 연료전지의 에너지만 모터에 공급되므로 모터에 공급되는 총 에너지는 감소하게 되었다. Unlike the intentions of these fuel cells and high-voltage batteries to provide output to the motor, in general, the driver will increase the amount of pedal manipulation for acceleration, the high-voltage battery has the time to supply battery energy to the motor with the maximum available battery output The discharge of the high-voltage battery is stopped and the energy of the fuel cell is supplied to the motor, so that the total energy supplied to the motor is reduced.

이에 따라, 운전자가 주행 중 미미하게 가속을 하다가 일정 시간 경과 후 차량의 최고 출력으로 가속을 하기 위한 페달 조작을 시도할 경우, 운전자는 일정 시간 이후에는 연료전지 출력만으로 가속을 하게 되므로 최대 가속을 위한 출력 지속 시간이 짧다고 생각할 수 있다. Accordingly, when the driver attempts to operate the pedal to accelerate to the maximum output of the vehicle after a certain period of time while slightly accelerating the vehicle while driving, the driver accelerates only the fuel cell output after a predetermined time, The output duration is considered to be short.

이러한 연료전지 차량 가속 시 고출력 유지 시간을 증대시켜 운전자가 느끼는 가속 이질감(가속 페달 조작량과 체감하는 차량의 가속 출력이 상이한 상황)을 해소하기 위한 시도가 있었다.There has been an attempt to solve such an acceleration unevenness (a situation in which the acceleration pedal manipulated variable and the acceleration output of the sensible vehicle are different) by increasing the high output holding time during acceleration of the fuel cell vehicle.

예를 들어, 운전자가 급가속 요구 상황에서 배터리의 출력 제한을 가변적으로 제어하고, 고전압 배터리의 출력을 제한하는 기준 및 판단 지표로 고전압 배터리의 출력 시간, 출력 누적량, 액셀레이터(가속 페달) 조작량을 사용하였다. For example, the driver variably controls the output limit of the battery in a rapid acceleration demand situation and uses the output time of the high-voltage battery, the amount of output accumulation, and the amount of manipulation of the accelerator (accelerator pedal) as a criterion and judgment index for restricting the output of the high- Respectively.

보다 상세하게, 일반적으로 운전자가 급가속이 요구되는 상황이라고 판단될 때 즉, 가속 페달 조작량이 기준치를 초과하는 경우, 평상시 출력 제한으로 사용하던 고전압 배터리의 출력 제한을 모두 해제한 후, 고전압 배터리의 출력 전압이 기준치 이하일 때의 누적 시간을 산출하여 누적 시간이 허용 시간을 초과한 경우 배터리의 출력을 평상시보다 더욱 강하게 제한하였다. More specifically, in general, when the driver is determined to be in a situation requiring rapid acceleration, that is, when the manipulated variable of the accelerator pedal exceeds the reference value, the output limit of the high voltage battery used for normal output limitation is released, The cumulative time when the output voltage is below the reference value is calculated and the output of the battery is more strongly restricted than usual when the cumulative time exceeds the allowable time.

이렇게 하면 급가속 시 고전압 배터리의 보조 에너지를 받아 운전자는 가속감을 느낄 수 있지만, 누적 시간을 초과하였을 때에는 평상시 이루어지고 있던 배터리의 출력 제한보다 더욱 강하게 제한을 받아 운전자는 더 큰 가속 이질감을 느낄 수 있으며, 또한 이미 고전압 배터리의 에너지를 모두 소진하였기에 다시 연료전지로부터 재충전될 때까지는 차량 재가속 시에도 고전압 배터리의 에너지를 사용할 수 없는 문제점이 발생했다. In this case, the driver receives the auxiliary energy of the high-voltage battery during rapid acceleration. However, when the cumulative time is exceeded, the driver is more strongly restricted than the output limit of the battery, , And the energy of the high-voltage battery has already been exhausted, so that the energy of the high-voltage battery can not be used even when the vehicle is recharged until the battery is recharged from the fuel cell.

따라서, 본 발명은 운전자가 가속을 위한 페달 조작 시에 고전압 배터리의 에너지를 구동 모터에 공급하는 조건을 합리적으로 개선하여, 보다 높은 출력으로 차량 가속을 위한 출력을 공급하는 시간을 증가시키고, 가속 시 고전압 배터리가 에너지 공급 가능 조건을 최적화하여 운전 중 가속력의 크기가 매우 낮다고 생각할 수 있는 운전자의 불만을 해소시키는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention improves the condition of supplying the energy of the high-voltage battery to the drive motor when the driver operates the pedal for acceleration, thereby increasing the time for supplying the output for vehicle acceleration to a higher output, The purpose of the high voltage battery is to solve the complaint of the driver who can think that the energy supply condition is optimized and the magnitude of the acceleration force during operation is very low.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 차량용 고전압 배터리의 출력 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of controlling an output of a high-voltage battery for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 고전압 배터리의 출력 제어 장치는 고전압 배터리를 모니터링 하는 배터리관리시스템(battery management system, BMS)로부터 전압, 전류, 온도 및 SOC에 관한 정보를 수신한다(S210).Referring to FIG. 2, the output controller of the high voltage battery receives information on voltage, current, temperature, and SOC from a battery management system (BMS) that monitors a high voltage battery (S210).

출력 제어 장치가 고전압 배터리의 상태 정보를 반드시 배터리관리시스템으로부터 수신해야 하는 것은 아니고, 고전압 배터리를 모니터링 하는 전압 센서, 전류 센서, 온도 센서 등으로부터 고전압 배터리의 상태 정보를 수신할 수도 있다.The output control device does not necessarily receive the status information of the high voltage battery from the battery management system but may also receive the status information of the high voltage battery from the voltage sensor, the current sensor, the temperature sensor, etc., which monitor the high voltage battery.

BMS은 배터리 관리 시스템으로서, 배터리는 과충전, 과열, 외부충격으로 폭발할 가능성이 있기 때문에 이를 제어하기 위한 시스템을 말한다. 배터리 관리 시스템은 다양한 정보들에 의해 나타나는 배터리의 상태를 모니터링 한다. 배터리 상태를 나타내는 정보는 배터리 전압, 온도, 충전 상태(State Of Charge), 배터리 건강 상태(State Of Health), 공기 흐름, 전류의 입출력 상태 등을 포함할 수 있다. 또한, BMS는 위의 정보들에 기초하여 배터리의 전력 공급에 필요한 계산도 수행하며, 외부 장치와 연결되어 각종 정보를 주고 받는 통신을 수행할 수 있다.BMS is a battery management system, which is a system for controlling a battery because it may explode due to overcharging, overheating, or external impact. The battery management system monitors the status of the battery as indicated by various information. The information indicating the state of the battery may include battery voltage, temperature, state of charge, state of health, airflow, current input / output state, and the like. In addition, the BMS performs calculations necessary for power supply of the battery based on the above information, and can perform communication for exchanging various information by being connected to an external device.

출력 제어 장치는 전달 받은 고전압 배터리의 전압 및 전류를 이용하여 고전압 배터리의 내부 저항을 산출한다(S220).The output controller calculates the internal resistance of the high-voltage battery using the voltage and current of the received high-voltage battery (S220).

출력 제어 장치는 모니터링된 고전압 배터리의 전압 및 전류를 이용하여, 고전압 배터리 방전 시 전류에 따른 전압으로 내부 저항을 측정할 수 있다.The output controller uses the voltage and current of the monitored high-voltage battery to measure the internal resistance by the voltage according to the current during the discharge of the high-voltage battery.

일 실시예에서, 출력 제어 장치는 메모리에 고전압 배터리의 SOC 별 내부 저항을 미리 저장하고 있어 모니터링된 SOC 를 이용하여 내부 저항을 산출할 수 있다.In one embodiment, the output control device may store an internal resistance per SOC of the high voltage battery in the memory in advance and calculate the internal resistance using the monitored SOC.

다른 실시예에서, 출력 제어 장치는 고전압 배터리의 전압 및 전류를 메모리에 미리 저장되어 있는 전압전류성능 테이블의 전압전류성능 곡선에 매칭시킴으로써 내부 저항을 산출할 수 있다.In another embodiment, the output control device can calculate the internal resistance by matching the voltage and current of the high-voltage battery to the voltage-current performance curve of the voltage-current performance table stored in advance in the memory.

내부 저항을 산출하는 방법에 대해서는 도 5 및 도 6을 참조하여 상세하게 후술하기로 한다. A method for calculating the internal resistance will be described later in detail with reference to Figs. 5 and 6. Fig.

출력 제어 장치는 산출된 내부 저항을 기 설정되어 있는 기준 저항과 비교하여 고전압 배터리의 열화도를 산출한다(S230).The output controller calculates the deterioration degree of the high-voltage battery by comparing the calculated internal resistance with a preset reference resistance (S230).

고전압 배터리는 그 특성상 지속적으로 사용되는 경우 용량이 감소되는 열화 현상이 발생하게 되며, 열화가 진행되면 SOC의 정확도가 저하되어 동일한 SOC 대비 주행가능거리 감소, 가속을 위한 출력 의 저하 등과 같은 현상이 나타나게 된다.The high-voltage battery, when used continuously, causes a deterioration phenomenon in which the capacity is decreased. When the deterioration is progressed, the accuracy of the SOC is lowered. As a result, do.

열화도 산출과 관련하여 충전 중 배터리 전압 특성 및 SOC와의 관계를 활용하여 배터리의 열화도를 산출할 수 있으며, 구체적으로는 차량에 탑재된 고전압 배터리의 완속 충전중 일정한 전압 변화에 대한 충전 용량의 변화율을 구하여, 이를 동일한 사양의 고전압 배터리의 열화도에 따른 완속 충전 중의 일정한 전압 변화 에 대한 충전용량의 변화율로 이루어진 데이터와 비교함으로써 해당 열화도를 산출할 수 있다.The deterioration degree of the battery can be calculated by utilizing the relation between the battery voltage characteristic during charging and the SOC in relation to the calculation of the degree of deterioration. More specifically, the rate of change of the charging capacity with respect to a constant voltage change during the constant charging of the high- And compares it with data made up of a change rate of the charge capacity with respect to a constant voltage change during the slow charge according to the deterioration degree of the high-voltage battery of the same specification, so that the degree of deterioration can be calculated.

일 실시예로서, 출력 제어 장치는 동일 전류 대비 고전압 배터리의 전압이 미리 설정된 기준 배터리 전압보다 낮은 전압을 가진 경우, 내부 저항이 증가하며 열화도가 증가한다고 판단할 수 있다.In one embodiment, the output controller may determine that the internal resistance increases and the deterioration increases when the voltage of the high-voltage battery with respect to the same current has a voltage lower than a preset reference battery voltage.

다른 실시예로서, 출력 제어 장치는 고전압 배터리의 SOC 및 산출된 내부 저항을 메모리에 미리 저장되어 있는 전압전류성능 테이블의 전압전류성능 곡선에 매칭시킴으로써 열화도를 산출할 수 있다.As another embodiment, the output control device can calculate the deterioration degree by matching the SOC of the high-voltage battery and the calculated internal resistance to the voltage-current performance curve of the voltage-current performance table stored in advance in the memory.

열화도를 산출하는 방법에 대해서는 도 5 및 도 7을 참조하여 상세하게 후술하기로 한다. The method of calculating the degree of deterioration will be described later in detail with reference to Figs. 5 and 7. Fig.

출력 제어 장치는 열화도, 고전압 배터리의 온도 및 SOC(state of charge)를 이용하여 고전압 배터리의 가용 전력 및 가용 시간을 산출한다(S240).The output controller calculates available power and available time of the high-voltage battery using the deterioration degree, the temperature of the high-voltage battery, and the state of charge (SOC) (S240).

출력 제어 장치는 미리 저장되어 있는 SOC와 온도에 따른 가용 전력 테이블에 의해 상기 가용 전력을 산출한다.The output control device calculates the usable power according to the stored SOC and the available power table according to the temperature.

출력 제어 장치는 가용 전력 테이블에서 산출된 가용 전력에 열화도 반영하여 가용 전력을 수정한다. 가용 전력 테이블에서 산출된 가용 전력에 열화도를 고려함으로써 이미 산출된 가용 전력보다 값의 크기는 줄어들 수 있다.The output control apparatus corrects the available power by reflecting deterioration in the available power calculated in the available power table. The magnitude of the value may be smaller than the already calculated available power by considering the deterioration degree in the available power calculated in the available power table.

출력 제어 장치는 가용 전력 및 가용 시간을 고려하여 모터로 전달되는 고전압 배터리의 출력 전력을 제어한다(S250).The output control device controls the output power of the high-voltage battery to be transferred to the motor in consideration of the available power and the available time (S250).

출력 제어 장치는 고전압 전력 변환기를 제어함으로써 고전압 배터리의 출력을 제어할 수 있으며, 고전압 전력 변환기는 고전압 배터리 출력단에 위치되어 연료전지에서 출력되는 전력을 DC/DC 컨버팅하여 고전압 배터리에 충전되도록 공급하거나, 고전압 배터리에서 출력되는 전력을 DC/DC 컨버팅하여 모터 및 전자 부하 등 시스템 내 각 부하에 공급한다. The output control device can control the output of the high voltage battery by controlling the high voltage power converter. The high voltage power converter is located at the high voltage battery output stage and supplies the power output from the fuel cell to be DC / DC converted to be charged to the high voltage battery, DC / DC converter converts the power output from the high-voltage battery to each load in the system such as motor and electronic load.

도 3은 도 2의 연료 전지 차량용 고전압 배터리의 출력 제어 방법을 더욱 상세하게 설명하기 위한 순서도이다. 3 is a flowchart for explaining the output control method of the high-voltage battery for the fuel cell vehicle of FIG. 2 in more detail.

도 3을 참조하면, 연료 전지 하이브리드 차량이 제동 상태 또는 관성에 의한 주행 상태(S310)에서 운전자가 가속을 위한 가속페달(액셀러레이터, accelerator)을 조작하면 모터 제어 장치(Motor Control Unit, MCU)는 모터 구동을 위한 가속 요구 토크를 산출한다.3, when a fuel cell hybrid vehicle operates an accelerator pedal (accelerator) for accelerating in a braking state or in a state S310 due to inertia, a motor control unit (MCU) And calculates an acceleration required torque for driving.

출력 제어 장치는 모터 제어 장치로부터 전달 받은 가속 요구 토크를 메모리에 저장되어 있는 기준 토크와 비교한다(S320).The output control device compares the acceleration demand torque transmitted from the motor control device with the reference torque stored in the memory (S320).

가속 요구 토크가 기준 토크보다 큰 경우(S320의 YES 경로), 출력 제어 장치는 고전압 배터리로부터 모터로 에너지를 공급하도록 제어한다(S330).When the acceleration demand torque is larger than the reference torque (YES path of S320), the output control device controls to supply energy from the high voltage battery to the motor (S330).

출력 제어 장치는 모터로 공급할 에너지를 산출하기 위해서, 고전압 배터리가 모터로 공급한 에너지의 누적량(누적 공급 에너지)를 초기화하고, 고전압 배터리의 가용 전력 및 가용 시간을 이용하여 공급 가능 에너지를 산출한다(S340).In order to calculate the energy to be supplied to the motor, the output control device initializes the accumulation amount (accumulated supply energy) of the energy supplied from the high-voltage battery to the motor, and calculates the available energy using the available power and available time of the high-voltage battery S340).

고전압 배터리의 가용 전력 및 가용 시간은 미리 저장되어 있는 SOC와 온도에 따른 가용 전력 테이블에 의해 산출될 수 있고, 가용 전력은 열화도가 고려된 가용 전력이다.The available power and the available time of the high voltage battery can be calculated by the SOC stored beforehand and the available power table according to the temperature, and the available power is the available power considering the deterioration degree.

출력 제어 장치는 초기 누적 공급 에너지와 실시간 모니터링에 의한 고전압 배터리의 전류, 전압 및 공급 시간을 이용하여 누적 공급 에너지를 산출한다(S350).The output control device calculates the cumulative supply energy using the initial cumulative supply energy and the current, voltage, and supply time of the high-voltage battery by real-time monitoring (S350).

출력 제어 장치는 누적 공급 에너지와 고전압 배터리가 모터로 공급 가능한 에너지를 비교하여 누적 공급 에너지가 공급 가능 에너지보다 작으면 계속해서 누적 공급 에너지를 산출(S360의 NO경로), 누적 공급 에너지가 공급 가능 에너지보다 큰 경우(S360의 YES 경로)에는 더 이상 출력할 에너지가 남지 않았기 때문에 고전압 배터리로부터 모터로의 에너지 공급을 중지시킨다(S370).The output controller compares the cumulative supply energy with the energy that can be supplied by the high-voltage battery to the motor. If the cumulative supply energy is smaller than the available energy, the cumulative supply energy is continuously calculated (NO path in S360) (YES path of S360), the supply of energy from the high-voltage battery to the motor is stopped because no further output energy remains (S370).

이후, 다시 운전자의 가속 페달의 조작에 따른 가속 요구 토크와 기준 토크와의 비교를 통해 고전압 배터리로부터 모터로의 에너지 공급 여부를 다시 판단하도록 한다(S380).Thereafter, it is determined again whether the energy is supplied from the high-voltage battery to the motor by comparing the acceleration demand torque with the reference torque according to the operation of the accelerator pedal of the driver (S380).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 차량용 고전압 배터리의 출력 제어 방법에서 가용 전력을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 4 is a diagram for explaining a method of calculating available power in a method of controlling an output of a high-voltage battery for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 고전압 배터리의 내부 셀 온도와 SOC에 따른 출력 전력값을 산출할 수 있다.Referring to FIG. 4, the internal cell temperature of the high-voltage battery and the output power according to the SOC can be calculated.

출력 제어 장치는 미리 저장되어 있는 SOC와 온도에 따른 가용 전력 테이블을 메모리에 미리 저장할 수 있고, 실시간으로 고전압 배터리를 모티터링 하는 배터리관리시스템에 의해 전달 받은 SOC 와 내부 셀 온도를 통해 실시간으로 모터로 전달 가능한 가용 전력을 산출할 수 있다.The output control device can previously store the stored SOC and the available power table according to the temperature, and can store the SOC and the SOC transferred by the battery management system monitoring the high-voltage battery in real time, It is possible to calculate the transmittable available power.

가용 전력 테이블은 도 4의 정보를 저장할 수 있고, 가용 전력 테이블은 출력 제어 장치의 메모리에 저장될 수 있다.The available power table may store the information of FIG. 4, and the available power table may be stored in the memory of the output control device.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 차량용 고전압 배터리의 출력 제어 방법에서 열화도를 산출하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 5 is a flowchart illustrating a method of calculating the degree of deterioration in a method of controlling an output of a high-voltage battery for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 배터리관리시스템으로부터 전달 받은 고전압 배터리의 실 시간 전압 및 전류에 의해 고전압 배터리의 열화도 및 모터로의 공급 가능 에너지를 산출할 수 있다.Referring to FIG. 5, the deterioration degree of the high-voltage battery and the energy that can be supplied to the motor can be calculated by the real-time voltage and current of the high-voltage battery received from the battery management system.

배터리관리시스템은 일정 주기 마다 모니터링 한 고전압 배터리의 전압 및 전류에 관한 정보를 출력 제어 장치로 전달 할 수 있다(S510).The battery management system may transmit information on the voltage and current of the high-voltage battery monitored at regular intervals to the output controller (S510).

출력 제어 장치는 내부 저항과 기 설정된 기준 저항과 비교하여 고전압 배터리의 열화도를 산출할 수 있다.The output control device can compute the deterioration degree of the high-voltage battery in comparison with the internal resistance and the preset reference resistance.

내부 저항은 동일 전류 대비 상기 고전압 배터리의 전압이며, 기준 저항은 동일 전류 대비 상기 기준 배터리 전압으로 산출될 수 있다.The internal resistance is the voltage of the high-voltage battery with respect to the same current, and the reference resistance can be calculated as the reference battery voltage with respect to the same current.

구체적으로 내부 저항과 기준 저항과의 비교하는 방법과 관련해, 본 발명의 일 실시예에서는, 고전압 배터리의 전압이 미리 저장된 전압전류성능 테이블에서 동일 전류 대비 미리 설정된 기준 배터리 전압보다 낮은 전압을 가진 경우(S520의 YES 경로), 고전압 배터리가 이전 보다 더욱 열화 되었다고 판단하고 열화도를 증가시킨다. 반대로, 동일 전류 대비 고전압 배터리의 전압이 기준 배터리 전압 보다 높은 경우(S520의 NO경로), 열화도를 감소시킨다.Specifically, in the method of comparing the internal resistance with the reference resistance, in an embodiment of the present invention, when the voltage of the high-voltage battery has a voltage lower than a predetermined reference battery voltage with respect to the same current in the voltage-current performance table stored in advance YES path of S520), it is determined that the high-voltage battery is more deteriorated than before, and the degree of deterioration is increased. Conversely, when the voltage of the high-voltage battery with respect to the same current is higher than the reference battery voltage (NO route of S520), the degree of deterioration is reduced.

일 실시예로서, 동일 전류 대비 고전압 배터리의 전압이 미리 설정된 기준 배터리 전압보다 낮은 경우, 내부 열화도 카운트를 1씩 증가시켜 열화도를 산출할 수 있다(S540). In one embodiment, when the voltage of the high-voltage battery with respect to the same current is lower than a preset reference battery voltage, the degree of deterioration may be calculated by increasing the internal deterioration count by one (S540).

이후, 출력 제어 장치는 열화도가 미리 설정된 임계값보다 높은 경우(S550의 YES 경로), 상기 열화도를 고전압 배터리의 가용 전력을 산출에 고려한다(S560).Thereafter, when the deterioration degree is higher than a predetermined threshold value (YES path of S550), the output control device considers the deterioration degree in calculating the available power of the high-voltage battery (S560).

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 차량용 고전압 배터리의 출력 제어 방법에서 내부 저항을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 6 is a diagram for explaining a method of calculating an internal resistance in a method of controlling an output of a high voltage battery for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 출력 제어 장치는 모니터링된 고전압 배터리의 전압 및 전류를 이용하여, 고전압 배터리 방전 시 전류에 따른 전압으로 내부 저항을 측정할 수 있다.Referring to FIG. 6, the output control device can measure the internal resistance using a voltage and a current of the monitored high-voltage battery and a voltage corresponding to the current during the high-voltage battery discharge.

일 실시예에서, 출력 제어 장치는 메모리에 고전압 배터리의 SOC 별 내부 저항값을 미리 저장하고 있어 모니터링된 SOC 를 이용하여 내부 저항값을 산출할 수 있다.In one embodiment, the output control device may store an internal resistance value for each SOC of the high voltage battery in advance in the memory, and calculate the internal resistance value using the monitored SOC.

출력 제어 장치는 실시간으로 고전압 배터리의 전압 및 전류를 모니터링 하여 각 포이트에 해당되는 전압전류 성능 곡선에 매칭하여 내부저항을 산출할 수 있다. 이때, 고전압 배터리의 SOC와 온도 등의 이외 조건은 동일할 때를 기준으로 하여 비교해야 한다.The output controller can monitor the voltage and current of the high voltage battery in real time and calculate the internal resistance by matching the voltage current performance curve corresponding to each of the pointers. At this time, the conditions other than SOC and temperature of the high voltage battery should be compared based on the same condition.

전압전류성능 테이블은 도 6의 내용을 포함하며, 출력 제어 장치는 실시간 모니터링 되는 고전압 배터리의 전압을 이용함으로써 내부 저항을 산출할 수 있다. The voltage current capability table includes the contents of FIG. 6, and the output control device can calculate the internal resistance by using the voltage of the high voltage battery that is monitored in real time.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 차량용 고전압 배터리의 출력 제어 방법에서 열화도를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 7 is a diagram for explaining a method of calculating the degree of deterioration in a method of controlling an output of a high-voltage battery for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 출력 제어 장치는 열화도를 산출하기 위해 고전압 배터리의 SOC와 내부 저항을 이용한다.Referring to FIG. 7, the output control apparatus uses the SOC and the internal resistance of the high voltage battery to calculate the degree of deterioration.

출력 제어 장치는 동일 전류 대비 고전압 배터리의 전압이 미리 설정된 기준 배터리 전압보다 낮은 전압을 가진 경우, 내부 저항이 증가하며 열화도가 증가한다고 판단할 수 있다.The output controller can determine that the internal resistance increases and the deterioration degree increases when the voltage of the high-voltage battery with respect to the same current has a voltage lower than a preset reference battery voltage.

출력 제어 장치는 실시간으로 고전압 배터리의 SOC를 모니터링하고, 기 설정 주기 마다 배터리의 내부 저항을 산출한다.The output control device monitors the SOC of the high-voltage battery in real time and calculates the internal resistance of the battery at every preset period.

다른 실시예로서, 출력 제어 장치는 고전압 배터리의 SOC 및 산출된 내부 저항을 이용하여 각 포인트를 메모리에 미리 저장되어 있는 전압전류성능 테이블의 전압전류성능 곡선에 매칭시킴으로써 열화도를 산출할 수 있다.In another embodiment, the output control device can calculate the degree of deterioration by matching each point to the voltage-current performance curve of the voltage-current performance table stored in advance in the memory using the SOC of the high-voltage battery and the calculated internal resistance.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 차량용 고전압 배터리의 출력 제어 장치를 설명하기 위한 구조도이다. 8 is a structural diagram for explaining an output control apparatus for a high-voltage battery for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 출력 제어 장치(800)은 통신부(810), 제어부(820) 및 메모리(830)를 포함할 수 있다. 8, the output control apparatus 800 may include a communication unit 810, a control unit 820, and a memory 830.

도 8에 도시된 구성 요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성 요소들을 갖거나 그보다 적은 구성 요소들을 갖는, 출력 제어 장치(800)가 구현될 수 있다.8 are not essential, an output control device 800 having more or fewer components may be implemented.

이하, 상기 구성 요소들에 대해 상세히 살펴보기로 한다. Hereinafter, the components will be described in detail.

통신부(810)은 배터리관리시스템 및 모터 제어 장치 등과 고전압 배터리의 출력을 제어하기 위한 신호 및 정보를 주고 받는다. The communication unit 810 exchanges signals and information for controlling the output of the high-voltage battery with the battery management system, the motor control device, and the like.

일 실시예로, 통신부(810)는 고전압 배터리를 모니터링 하는 배터리관리시스템(battery management system, BMS)로부터 상기 전압, 상기 전류, 상기 온도 및 상기 SOC에 관한 정보를 전달 받을 수 있다.In one embodiment, the communication unit 810 may receive information regarding the voltage, the current, the temperature, and the SOC from a battery management system (BMS) that monitors a high voltage battery.

제어부(820)는 출력 제어 장치(800)의 전체적인 동작을 제어하기 위해 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다.The control unit 820 may perform data processing and operations to control the overall operation of the output control apparatus 800. [

일 실시예로, 제어부(820)는 고전압 배터리의 전압 및 전류를 이용하여 고전압 배터리의 내부 저항을 산출하고, 내부 저항을 기 설정된 기준 저항과 비교하여 고전압 배터리의 열화도를 산출하며, 열화도, 고전압 배터리의 온도 및 SOC(state of charge)를 이용하여 고전압 배터리의 가용 전력 및 가용 시간을 산출할 수 있다.In one embodiment, the controller 820 calculates the internal resistance of the high-voltage battery using the voltage and current of the high-voltage battery, calculates the deterioration degree of the high-voltage battery by comparing the internal resistance with a preset reference resistance, The available power and available time of the high voltage battery can be calculated using the temperature and SOC (state of charge) of the high voltage battery.

메모리(830)는 출력 제어 장치(800)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 소정의 프로그램 코드와 상기 프로그램 코드에 의한 동작이 수행될 때 입/출력되는 데이터 등이 저장되는 공간 및/또는 저장 영역의 총칭으로서, EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory), FM(Flash Memory), 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive)등의 형태로 제공된다.The memory 830 stores a predetermined program code for controlling the overall operation of the output control apparatus 800, a space in which data to be input / output when the program code is executed, and / And is provided in the form of an EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory), an FM (Flash Memory), a hard disk drive, and the like.

본 발명의 일 실시에에서, 메모리(830)는 열화도를 산출하기 위해 사용되는 기준 저항 정보를 저장할 수 있고, 제어부(820)에서 산출한 가용 전력 및 가용 신간을 저장할 수 있으며, 통신부(810)로부터 전달 받은 전압, 전류, 온도 및 SOC에 관한 정보를 저장할 수 있다. 또한, 미리 설정되어 있는 기준 토크, 모니터링 주기, 가속 여부 판단 주기가 저장될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the memory 830 may store reference resistance information used for calculating the degree of deterioration, store available power and available ephemeris calculated by the controller 820, Current, temperature, and SOC that are received from the control unit 200. [ In addition, the preset reference torque, the monitoring period, and the acceleration determination period can be stored.

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 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.The method according to the above-described embodiments may be implemented as a program to be executed by a computer and stored in a computer-readable recording medium. Examples of the computer-readable recording medium include a ROM, a RAM, a CD- , A floppy disk, an optical data storage device, and the like, and may also be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet).

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.The computer readable recording medium may be distributed over a networked computer system so that computer readable code can be stored and executed in a distributed manner. And, functional program, code, and code segments for implementing the above-described method can be easily inferred by programmers in the technical field to which the embodiment belongs.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.

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.Accordingly, the above description should not be construed in a limiting sense in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.

800 : 출력 제어 장치
810 : 통신부
820 : 제어부
830 : 메모리800: Output control device
810:
820:
830: Memory

Claims

Calculating an internal resistance of the high-voltage battery using a voltage and a current of the high-voltage battery;
Comparing the internal resistance with a predetermined reference resistance to increase the deterioration degree of the high voltage battery when the voltage of the high voltage battery has a voltage lower than a preset reference battery voltage with respect to the same current in the voltage current performance table stored in advance, Calculating a degree of deterioration of the battery;
Calculating the available power and available time of the high-voltage battery using the deterioration degree, the temperature of the high-voltage battery, and the SOC (state of charge); And
And controlling the output power of the high-voltage battery to be transferred to the motor in consideration of the available power and the available time.
Method of controlling high voltage battery output.

The method according to claim 1,
Receiving information on voltage, current, temperature and SOC from a battery management system (BMS) monitoring the high voltage battery;
&Lt; / RTI >
Method of controlling high voltage battery output.

3. The method of claim 2,
Wherein the step of controlling the output of the high voltage battery, which is transferred to the motor in consideration of the available power and the available time,
Which is performed when the speed of the vehicle by the operation is accelerated to the accelerator,
Method of controlling high voltage battery output.

The method of claim 3,
The step of calculating the available power and available time of the high-voltage battery by the deterioration degree, the temperature of the high-voltage battery, and the state of charge (SOC)
Calculating the available power according to the SOC stored in advance and an available power table according to temperature;
/ RTI >
Method of controlling high voltage battery output.

The method of claim 3,
Wherein the step of controlling the output of the high voltage battery, which is transferred to the motor in consideration of the available power and the available time,
Determining whether the acceleration required torque transmitted from the motor controller is equal to or greater than a preset reference torque at every preset period;
Calculating available energy of the high-voltage battery by the available power and the available time when the acceleration required torque is equal to or higher than the preset reference torque;
Calculating cumulative supply energy transmitted to the motor; And
Stopping the output of the high-voltage battery delivered to the motor if the cumulative supply energy is equal to or greater than the supplyable energy;
/ RTI >
Method of controlling high voltage battery output.

The method of claim 3,
In the step of calculating the deterioration degree of the high-voltage battery in comparison with the internal resistance and the preset reference resistance,
Wherein the internal resistance is a voltage of the high-voltage battery with respect to the same current, and the reference resistance is the reference battery voltage with respect to the same current,
Method of controlling high voltage battery output.

The method according to claim 6,
The step of calculating the available power and available time of the high-voltage battery by the deterioration degree, the temperature of the high-voltage battery, and the state of charge (SOC)
If the deterioration degree is higher than a preset threshold value, considering the deterioration degree in calculating the available electric power of the high voltage battery;
/ RTI >
Method of controlling high voltage battery output.

The method of claim 1, further comprising: calculating an internal resistance of the high-voltage battery using a voltage and a current of the high-voltage battery, calculating a degree of deterioration of the high-voltage battery by comparing the internal resistance with a preset reference resistance, A controller for calculating available power and available time of the high voltage battery using a state of charge (SOC); And
A communication unit for receiving information on the voltage, the current, the temperature, and the SOC from a battery management system (BMS) that monitors the high voltage battery;
/ RTI >
Wherein the control unit increases the deterioration degree of the high-voltage battery when the voltage of the high-voltage battery has a voltage lower than a preset reference battery voltage with respect to the same current in the voltage-current performance table stored in advance,
And controlling the output power of the high-voltage battery to be transferred to the motor in consideration of the available power and the available time,
High voltage battery output control device.

9. The method of claim 8,
Wherein the control unit controls the output of the high voltage battery to the motor in consideration of the available power and the available time when the speed of the vehicle is accelerated by an operation to an accelerator,
High voltage battery output control device.

10. The method of claim 9,
Wherein the controller calculates the available power according to the SOC stored in advance and an available power table according to temperature,
High voltage battery output control device.

10. The method of claim 9,
Wherein,
Determines whether the acceleration demand torque transmitted from the motor controller at each preset period is equal to or greater than a predetermined reference torque,
And calculates the available energy of the high-voltage battery by the available power and the available time when the acceleration required torque is equal to or higher than the predetermined reference torque,
The cumulative supply energy transmitted to the motor is calculated,
And stops outputting the high-voltage battery to the motor if the accumulated supply energy is equal to or higher than the supplyable energy,
High voltage battery output control device.

10. The method of claim 9,
Wherein the internal resistance is a voltage of the high-voltage battery with respect to the same current, and the reference resistance is the reference battery voltage with respect to the same current,
High voltage battery output control device.

13. The method of claim 12,
Wherein the control unit considers the deterioration degree in calculating the available power of the high-voltage battery when the deterioration degree is higher than a preset threshold value,
High voltage battery output control device.

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