KR102307365B1

KR102307365B1 - 공기 차단 밸브 제어 방법

Info

Publication number: KR102307365B1
Application number: KR1020200090515A
Authority: KR
Inventors: 이규민; 이우람; 신동영
Original assignee: (주)현대케피코
Priority date: 2020-07-21
Filing date: 2020-07-21
Publication date: 2021-10-01

Abstract

본 발명은 컨트롤러가 모터를 구동하여 ACV의 밸브디스크를 닫는 방향으로 회전시키는 회전단계; 상기 밸브디스크가 소정의 기준각도 이하로 닫히면, 상기 컨트롤러가 상기 모터의 구동 전류를 상기 회전단계에서 보다 높은 소정의 누름전류로 상승시켜 상기 밸브디스크를 닫는 방향으로 더욱 강하게 가압하는 누름단계; 상기 누름단계 이후, 상기 모터의 구동 전류를 소정의 튕김방지전류로 제어함에 의해, 상기 밸브디스크의 역방향 회전을 억제하면서, 상기 모터의 구동 전류를 해제하는 반발억제단계를 포함하여 구성된다.

Description

공기 차단 밸브 제어 방법{AIR CUT-OFF VALVE CONTROL METHOD}

본 발명은 연료전지 시스템의 공기 차단 밸브를 제어하는 기술에 관한 것이다.

도 1은 종래 차량에 탑재되는 연료전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 것으로서, 공기 차단 밸브(Air Cut-off Valve: ACV)는 연료전지 차량의 정지 후, 연료전지 스택(500)으로 공기가 흡입되거나 배출되는 통로를 차단하여, 연료전지 스택(500) 내에서 불필요한 반응으로 연료전지 스택(500)의 수명이 저하되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 상기 ACV의 닫힘 상태에서의 기밀 확보가 매우 중요하다.

따라서, 상기 ACV의 기밀 형성부위에는 EPDM(Eethylene Propylene Diene Monomer)등과 같은 고무 재질이 사용되어 기밀 형성에 보다 유리한 구조를 취하는데, 상기와 같은 고무 재질은 주변의 온도 조건에 따른 물성의 변화로, 주위의 온도에 따라 기밀 형성 능력에 차이가 발생할 수 있다.

즉, 고무 재질은 저온 상황에서 경화가 심각하게 이루어져서, ACV의 당초 설계 의도에 따른 기밀 특성을 제공하지 못하고 공기를 누설하게 될 염려가 많다.

참고로, 도 1의 APC는 공기 압력 조절 밸브를 나타낸다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 1019839130000 B1

본 발명은 상기한 바와 같은 상황을 고려하여 안출된 것으로서, 연료전지 시스템의 ACV 주변 온도 조건에 따라, 상기 ACV의 닫힘 동작을 적절히 제어함에 의해 ACV의 공기 기밀 특성을 가급적 균일하고 보다 확실하게 확보할 수 있도록 함으로써, 연료전지 스택의 불필요한 반응을 방지함으로써, 궁극적으로 연료전지 스택의 내구성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 공기 차단 밸브 제어 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 공기 차단 밸브 제어 방법은,

컨트롤러가 모터를 구동하여 ACV의 밸브디스크를 닫는 방향으로 회전시키는 회전단계;

상기 밸브디스크가 소정의 기준각도 이하로 닫히면, 상기 컨트롤러가 상기 모터의 구동 전류를 상기 회전단계에서 보다 높은 소정의 누름전류로 상승시켜 상기 밸브디스크를 닫는 방향으로 더욱 강하게 가압하는 누름단계;

상기 누름단계 이후, 상기 모터의 구동 전류를 소정의 튕김방지전류로 제어함에 의해, 상기 밸브디스크의 역방향 회전을 억제하면서, 상기 모터의 구동 전류를 해제하는 반발억제단계;

를 포함하여 구성되고,

상기 누름전류와 튕김방지전류는 ACV 주위의 환경온도에 따라 가변 제어되는 것을 특징으로 한다.

상기 컨트롤러는 상기 환경온도가 낮을수록, 상기 누름전류의 듀티를 증가시켜서 제어할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 환경온도가 낮을수록, 상기 누름전류의 인가 시간을 더 길게 제어할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 환경온도가 낮을수록, 상기 누름전류의 듀티를 증가시키고, 상기 누름전류의 인가 시간을 더 길게 제어할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 환경온도를 온도의 높낮이에 따라 다수의 구간으로 구획하고, 온도가 낮은 구간일수록, 상기 누름전류의 듀티가 증가되도록 하고, 상기 누름전류의 인가 시간이 길어지도록 제어할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 튕김방지전류를 소정의 개시전류로부터 종료전류인 0에 이르도록 점진적으로 저감시키며;

상기 환경온도가 낮을수록, 상기 개시전류로부터 종료전류에 이르는 전류 감소 시간을 더 길게 제어할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 환경온도를 온도의 높낮이에 따라 다수의 구간으로 구획하고, 온도가 낮은 구간일수록, 상기 전류 감소 시간을 더 길게 제어할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 환경온도가 낮을수록, 상기 개시전류를 높게 설정할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 환경온도를 온도의 높낮이에 따라 다수의 구간으로 구획하고, 온도가 낮은 구간일수록, 상기 개시전류를 높게 설정하여, 상기 반발억제단계를 수행할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 환경온도가 소정의 표준온도영역 미만인 경우에, 상기 누름전류와 튕김방지전류를 환경온도에 따라 가변 제어하도록 구성될 수 있다.

본 발명은 연료전지 시스템의 ACV 주변 온도 조건에 따라, 상기 ACV의 닫힘 동작을 적절히 제어함에 의해 ACV의 공기 기밀 특성을 가급적 균일하고 보다 확실하게 확보할 수 있도록 함으로써, 연료전지 스택의 불필요한 반응을 방지함으로써, 궁극적으로 연료전지 스택의 내구성을 크게 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 종래 차량에 탑재되는 연료전지 시스템의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 제어 방법을 적용할 수 있는 공기 차단 밸브 시스템을 개념적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 공기 차단 밸브 제어 방법의 실시예를 도시한 순서도,
도 4는 본 발명의 제어 방법에 따라, ACV를 구동하는 모터에 제공되는 전류의 시간에 따른 변화를 예시한 그래프이다.

도 2는 본 발명의 제어 방법이 적용될 수 있는 공기 차단 밸브 시스템을 도시한 것으로서, ACV는 모터(M)를 구동하여 밸브디스크(1)를 회전시키면, 밸브디스크(1)가 밸브시트(3)에 압착됨에 의해 공기의 통로를 차단하도록 구성되어 있고, 상기 모터(M)는 컨트롤러(CLR)에 의해 제어되며, 상기 컨트롤러(CLR)는 온도센서(5)를 통해 주위의 온도를 감지할 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 컨트롤러(CLR)에는 상기 모터(M)의 제어에 필요한 여러 정보를 저장한 저장장치(7)가 연결되어 있어서, 상기 저장장치(7)에 보관되어 있는 데이터를 이용하여 상기 모터(M)를 제어하는 전류를 조절할 수 있도록 구성된다.

물론, 상기 컨트롤러(CLR)는 상기와 같이 직접 온도센서(5)로부터 주위의 온도를 감지하도록 구성될 수도 있지만, 차량에 장착된 별도의 외기온센서로부터 측정된 온도 정보를 CAN(Controller Area Network) 등과 같은 차량 네트워크를 통해 전달받도록 구성되는 것도 가능하다.

도 3을 참조하면, 본 발명 공기 차단 밸브 제어 방법의 실시예는, 컨트롤러(CLR)가 모터(M)를 구동하여 ACV의 밸브디스크(1)를 닫는 방향으로 회전시키는 회전단계(S10); 상기 밸브디스크(1)가 소정의 기준각도 이하로 닫히면, 상기 컨트롤러(CLR)가 상기 모터(M)의 구동 전류를 상기 회전단계(S10)에서 보다 높은 소정의 누름전류로 상승시켜 상기 밸브디스크(1)를 닫는 방향으로 더욱 강하게 가압하는 누름단계(S20); 상기 누름단계(S20) 이후, 상기 모터(M)의 구동 전류를 소정의 튕김방지전류로 제어함에 의해, 상기 밸브디스크(1)의 역방향 회전을 억제하면서, 상기 모터(M)의 구동 전류를 해제하는 반발억제단계(S30)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 누름전류와 튕김방지전류는 ACV 주위의 환경온도에 따라 가변 제어되도록 함으로써, 밸브디스크(1)와 밸브시트(3)가 접촉하여 기밀을 형성하는 부위의 고무 등과 같은 재질의 온도에 따른 물성 변화에도 불구하고, 항상 충분한 수준의 기밀이 형성될 수 있도록 함으로써, 연료전지 스택의 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.

상기 '환경온도'란, ACV 주변의 온도나 ACV가 탑재된 차량 주변의 온도가 될 수 있으며, 궁극적으로는 ACV의 닫힘 시, 기밀 형성에 영향을 줄 수 있는 위치의 온도를 의미하는 것이다.

또한, 상기 기준각도는 예컨대 2°등과 같이, 상기 밸브디스크가 공기통로를 거의 폐쇄하는 상태로 닫혔지만, 아직 완전히 닫힌 것은 아닌 정도의 각도로 정해질 수 있다.

상기 컨트롤러(CLR)는 상기 환경온도가 낮을수록, 상기 누름전류의 듀티를 증가시켜서 제어하도록 하거나, 상기 환경온도가 낮을수록, 상기 누름전류의 인가 시간을 더 길게 제어하도록 할 수 있다.

즉, 상기 컨트롤러(CLR)는 환경온도에 따라, 상기 누름전류의 듀티 또는 인가 시간을 가변하여 제어함으로써, 환경온도가 낮은 상황에서 ACV의 닫힘 상태 기밀 형성이 불리한 것을 보상하여, 충분한 수준의 ACV 닫힘 상태 기밀이 확보될 수 있도록 하는 것이다.

또한, 상기 컨트롤러(CLR)는 상기 환경온도가 낮을수록, 상기 누름전류의 듀티를 증가시키고, 상기 누름전류의 인가 시간을 더 길게 제어할 수 있다.

즉, 상기 컨트롤러(CLR)는 환경온도에 따라, 상기 누름전류의 듀티와 인가 시간을 모두 가변하여 제어함에 의해, 보다 확실하게 ACV의 닫힘 상태 기밀을 확보하도록 할 수 있는 것이다.

본 발명의 실질적인 구현에 있어서, 상기 컨트롤러(CLR)는 상기 환경온도를 온도의 높낮이에 따라 다수의 구간으로 구획하고, 온도가 낮은 구간일수록, 상기 누름전류의 듀티가 증가되도록 하고, 상기 누름전류의 인가 시간이 길어지도록 제어할 수 있다.

즉, 예컨대, 다음의 표 1과 같은 테이블을 미리 구비하여, 상기 저장장치(7)에 저장해 두고, 상기 컨트롤러(CLR)가 입수하는 환경온도에 따라 해당되는 듀티와 인가 시간을 상기 표 1로부터 구하여, 그에 따라 상기 ACV의 모터(M)를 제어하도록 하는 것이다.

환경온도	duty	인가 시간
-40℃ ~ -25℃	50%	1000ms
-25℃ ~ 0℃	40%	900ms
0℃ ~ 25℃	40%	800ms
25℃ ~ (상온)	30%	700ms

상기와 같이 환경온도가 낮을수록 상기 누름전류의 듀티를 증가시키고, 그 인가 시간을 길게 하면, 상기 밸브디스크(1)는 보다 강한 압력으로 오랜 시간동안 밸브시트(3)에 가압되어, 낮은 온도로 인한 기밀 형성 부위의 고무 등의 물성 저하에도 불구하고, 충분한 기밀을 형성할 수 있도록 하는 것이다.

한편, 상기 컨트롤러(CLR)는 상기 튕김방지전류를 소정의 개시전류로부터 종료전류인 0에 이르도록 점진적으로 저감시키며, 상기 환경온도가 낮을수록, 상기 개시전류로부터 종료전류에 이르는 전류 감소 시간을 더 길게 제어하도록 한다.

예컨대, 상기 컨트롤러(CLR)는 다음의 표 2와 같이 상기 환경온도를 온도의 높낮이에 따라 다수의 구간으로 구획하고, 온도가 낮은 구간일수록, 상기 전류 감소 시간을 더 길게 제어하는 것이다.

환경온도	전류 감소 시간
-40℃ ~ -25℃	40s
-25℃ ~ 0℃	30s
0℃ ~ 25℃	25s
25℃ ~ (상온)	20s

즉, 상기 누름단계(S20) 이후, 튕김방지전류로 모터(M)를 제어하는 것은 상기 누름단계(S20)에 의해 ACV가 완전히 닫히고 나서, 급격하게 모터(M) 구동 전류를 해제하면, 반작용에 의해 상기 밸브디스크(1)가 역방향으로 회전되는 현상이 발생할 수 있으므로, 이러한 현상을 방지하기 위한 것으로서, 상기 튕김방지전류를 인가하는 시간인 상기 전류 감소 시간도 상기와 같이 환경온도가 낮을수록 길게 확보함에 따라, 상기 밸브디스크(1)의 역회전을 보다 효과적으로 방지하여, 보다 확실한 ACV의 기밀 상태 확보를 도모하는 것이다.

한편, 상기 컨트롤러(CLR)는 상기 환경온도가 낮을수록, 상기 개시전류를 높게 설정하도록 할 수 있다.

즉, 상기 컨트롤러(CLR)는 상기 누름전류 및 튕김방지전류의 경우와 같이, 상기 환경온도를 온도의 높낮이에 따라 다수의 구간으로 구획하고, 온도가 낮은 구간일수록, 상기 개시전류를 높게 설정하여, 상기 반발억제단계(S30)를 수행하도록 할 수 있는 것이다.

이와 같이 하면, 환경온도가 낮은 구간일수록 상기 반발억제단계(S30)의 개시전류가 더 높게 시작됨에 의해, 상기 밸브디스크(1)의 튕김 방지가 더욱 확실하게 구현되도록 할 수 있는 것이다.

한편, 상기 컨트롤러(CLR)가 상기한 바와 같은 누름전류와 튕김방지전류를 상기 환경온도에 따라 가변 제어함에 있어서, 실질적으로는 상기 환경온도가 소정의 표준온도영역 미만인 경우에만, 상기 누름전류와 튕김방지전류를 환경온도에 따라 가변 제어하도록 구성된 것이다.

즉, 상기 표 1과 표 2에 예시된 바와 같이 25℃ 이상의 상온 상태인 표준온도영역 이하의 환경온도에 대해서만 구간별로 상기 누름전류의 듀티와 인가 시간 및 튕김방지전류의 전류 감소 시간을 달리 정하여, 상기 가변제어를 수행하는 것이고, 상기 표준온도영역을 초과하는 온도에 대해서는 본 발명의 제어를 적용할 필요가 없는 것이다.

본 발명은 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 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 밸브디스크
3; 밸브시트
5; 온도센서
7; 저장장치
M; 모터
CLR; 컨트롤러
S10; 회전단계
S20; 누름단계
S30; 반발억제단계

Claims

컨트롤러가 모터를 구동하여 ACV의 밸브디스크를 닫는 방향으로 회전시키는 회전단계;
상기 밸브디스크가 소정의 기준각도 이하로 닫히면, 상기 컨트롤러가 상기 모터의 구동 전류를 상기 회전단계에서 보다 높은 소정의 누름전류로 상승시켜 상기 밸브디스크를 닫는 방향으로 더욱 강하게 가압하는 누름단계;
상기 누름단계 이후, 상기 모터의 구동 전류를 소정의 튕김방지전류로 제어함에 의해, 상기 밸브디스크의 역방향 회전을 억제하면서, 상기 모터의 구동 전류를 해제하는 반발억제단계;
를 포함하여 구성되고,
상기 누름전류와 튕김방지전류는 ACV 주위의 환경온도에 따라 가변 제어되며,
상기 컨트롤러는 상기 환경온도가 낮을수록, 상기 누름전류의 듀티를 증가시켜서 제어하는 것
을 특징으로 하는 공기 차단 밸브 제어 방법.
삭제
컨트롤러가 모터를 구동하여 ACV의 밸브디스크를 닫는 방향으로 회전시키는 회전단계;
상기 밸브디스크가 소정의 기준각도 이하로 닫히면, 상기 컨트롤러가 상기 모터의 구동 전류를 상기 회전단계에서 보다 높은 소정의 누름전류로 상승시켜 상기 밸브디스크를 닫는 방향으로 더욱 강하게 가압하는 누름단계;
상기 누름단계 이후, 상기 모터의 구동 전류를 소정의 튕김방지전류로 제어함에 의해, 상기 밸브디스크의 역방향 회전을 억제하면서, 상기 모터의 구동 전류를 해제하는 반발억제단계;
를 포함하여 구성되고,
상기 누름전류와 튕김방지전류는 ACV 주위의 환경온도에 따라 가변 제어되며,
상기 컨트롤러는 상기 환경온도가 낮을수록, 상기 누름전류의 인가 시간을 더 길게 제어하는 것
을 특징으로 하는 공기 차단 밸브 제어 방법.
컨트롤러가 모터를 구동하여 ACV의 밸브디스크를 닫는 방향으로 회전시키는 회전단계;
상기 밸브디스크가 소정의 기준각도 이하로 닫히면, 상기 컨트롤러가 상기 모터의 구동 전류를 상기 회전단계에서 보다 높은 소정의 누름전류로 상승시켜 상기 밸브디스크를 닫는 방향으로 더욱 강하게 가압하는 누름단계;
상기 누름단계 이후, 상기 모터의 구동 전류를 소정의 튕김방지전류로 제어함에 의해, 상기 밸브디스크의 역방향 회전을 억제하면서, 상기 모터의 구동 전류를 해제하는 반발억제단계;
를 포함하여 구성되고,
상기 누름전류와 튕김방지전류는 ACV 주위의 환경온도에 따라 가변 제어되며,
상기 컨트롤러는 상기 환경온도가 낮을수록, 상기 누름전류의 듀티를 증가시키고, 상기 누름전류의 인가 시간을 더 길게 제어하는 것
을 특징으로 하는 공기 차단 밸브 제어 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 환경온도를 온도의 높낮이에 따라 다수의 구간으로 구획하고, 온도가 낮은 구간일수록, 상기 누름전류의 듀티가 증가되도록 하고, 상기 누름전류의 인가 시간이 길어지도록 제어하는 것
을 특징으로 하는 공기 차단 밸브 제어 방법.
컨트롤러가 모터를 구동하여 ACV의 밸브디스크를 닫는 방향으로 회전시키는 회전단계;
상기 밸브디스크가 소정의 기준각도 이하로 닫히면, 상기 컨트롤러가 상기 모터의 구동 전류를 상기 회전단계에서 보다 높은 소정의 누름전류로 상승시켜 상기 밸브디스크를 닫는 방향으로 더욱 강하게 가압하는 누름단계;
상기 누름단계 이후, 상기 모터의 구동 전류를 소정의 튕김방지전류로 제어함에 의해, 상기 밸브디스크의 역방향 회전을 억제하면서, 상기 모터의 구동 전류를 해제하는 반발억제단계;
를 포함하여 구성되고,
상기 누름전류와 튕김방지전류는 ACV 주위의 환경온도에 따라 가변 제어되며,
상기 컨트롤러는 상기 튕김방지전류를 소정의 개시전류로부터 종료전류인 0에 이르도록 점진적으로 저감시키며;
상기 환경온도가 낮을수록, 상기 개시전류로부터 종료전류에 이르는 전류 감소 시간을 더 길게 제어하는 것
을 특징으로 하는 공기 차단 밸브 제어 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 환경온도를 온도의 높낮이에 따라 다수의 구간으로 구획하고, 온도가 낮은 구간일수록, 상기 전류 감소 시간을 더 길게 제어하는 것
을 특징으로 하는 공기 차단 밸브 제어 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 환경온도가 낮을수록, 상기 개시전류를 높게 설정하는 것
을 특징으로 하는 공기 차단 밸브 제어 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 환경온도를 온도의 높낮이에 따라 다수의 구간으로 구획하고, 온도가 낮은 구간일수록, 상기 개시전류를 높게 설정하여, 상기 반발억제단계를 수행하는 것
을 특징으로 하는 공기 차단 밸브 제어 방법.
컨트롤러가 모터를 구동하여 ACV의 밸브디스크를 닫는 방향으로 회전시키는 회전단계;
상기 밸브디스크가 소정의 기준각도 이하로 닫히면, 상기 컨트롤러가 상기 모터의 구동 전류를 상기 회전단계에서 보다 높은 소정의 누름전류로 상승시켜 상기 밸브디스크를 닫는 방향으로 더욱 강하게 가압하는 누름단계;
상기 누름단계 이후, 상기 모터의 구동 전류를 소정의 튕김방지전류로 제어함에 의해, 상기 밸브디스크의 역방향 회전을 억제하면서, 상기 모터의 구동 전류를 해제하는 반발억제단계;
를 포함하여 구성되고,
상기 누름전류와 튕김방지전류는 ACV 주위의 환경온도에 따라 가변 제어되며,
상기 컨트롤러는 상기 환경온도가 소정의 표준온도영역 미만인 경우에, 상기 누름전류와 튕김방지전류를 환경온도에 따라 가변 제어하도록 구성된 것
을 특징으로 하는 공기 차단 밸브 제어 방법.