KR102390880B1 - System and method for sensing fuel cell of vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 연료전지 센싱 시스템은, 연료전지 스택에 연결되는 채널에 입력되는 입력 전압을 비트 데이터로 변환하는 가변 ADC, 및 상기 채널에 연결되는 상기 연료전지 스택의 셀 개수에 따라 상기 가변 ADC의 해상도 변경을 제어하는 제어 로직을 포함한다.A fuel cell sensing system for a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention includes a variable ADC that converts an input voltage input to a channel connected to a fuel cell stack into bit data, and the number of cells in the fuel cell stack connected to the channel. control logic for controlling the resolution change of the variable ADC according to the present invention.
Description
본 발명은 차량용 연료전지 센싱 시스템 및 방법에 관한 것으로, 일례로 연료전진 셀의 평균 전압을 산출하는 차량용 연료전지 센싱 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle fuel cell sensing system and method, and for example, to a vehicle fuel cell sensing system and method for calculating an average voltage of a fuel advance cell.
가솔린이나 중유를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기 자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.Vehicles using internal combustion engines that use gasoline or heavy oil as their main fuel have a serious impact on air pollution and other pollution. Therefore, in recent years, in order to reduce pollution, much effort has been put into the development of electric vehicles or hybrid vehicles.
전기 자동차 중에서 수소연료전지차량(FCEV: Fuel Cell Electric Vehicle)의 경우, 복수의 연료전지 셀이 직렬 연결되어 구성되는 연료전지 스택을 이용하여 구동된다.Among electric vehicles, a fuel cell electric vehicle (FCEV) is driven using a fuel cell stack in which a plurality of fuel cell cells are connected in series.
연료전지 스택의 경우, 연료전지 스택을 구성하는 단위 셀이 최대 1V의 출력 전압을 가지고 있으며, 연료전지 단위 셀의 개수에 따라 전체 출력 전압을 조절할 수 있다.In the case of a fuel cell stack, unit cells constituting the fuel cell stack have an output voltage of up to 1V, and the total output voltage can be adjusted according to the number of fuel cell unit cells.
이러한 연료전지 스택의 단위 셀이 출력하는 전압은 1V 수준으로 매우 작기 때문에, 단위 셀의 전압을 정확히 검출하기 위해 고해상도의 ADC(Analog Digital Converter)가 요구된다.Since the voltage output from the unit cell of the fuel cell stack is very small at the level of 1V, a high-resolution ADC (Analog Digital Converter) is required to accurately detect the voltage of the unit cell.
또한, 연료전지 스택의 단위 셀의 전압을 일일이 측정하기에는 단위 셀의 수가 많으므로 공간적 및 물리적으로 불가능한데, ADC는 하나의 채널을 통해 소정 개수의 단위 셀이 묶어서 구성되는 다중 셀의 전압을 측정하게 되며, 이때 다중 셀의 평균 전압이 대표 전압이 된다.In addition, it is spatially and physically impossible to measure the voltage of each unit cell of the fuel cell stack because the number of unit cells is large. In this case, the average voltage of multiple cells becomes the representative voltage.
도 1은 종래 기술에 따른 연료전지 센싱 시스템의 예시를 보여준다.1 shows an example of a fuel cell sensing system according to the prior art.
도 1을 참고하면, 종래 기술에 따른 연료전지 센싱 시스템(10)은 연료전지 스택(11), 센싱 반도체(12), 및 연산 반도체(13)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a fuel
연료전지 스택(11)은 단위 셀 또는 다중 셀 별로 센싱 반도체(12)의 채널에 연결된다.The
센싱 반도체(12)는 채널을 통해 연료전지 스택(11)의 단위 셀의 전압과 다중 셀의 전압을 입력받는다. 센싱 반도체(120)는 연료전지 스택(110)의 단위 셀의 전압과 다중 셀의 전압을 측정하는 ADC(12a)를 구비한다. ADC(12a)는 측정한 전압값을 비트 데이터 형태로 변환하여 연산 반도체(13)에 전달한다.The
연산 반도체(13)는 전달받은 비트 데이터를 이용하여 단위 셀의 평균 전압을 계산하는 평균 산출부(13a)를 구비한다. 평균 산출부(13a)는 채널당 연결된 셀의 개수를 기초로 전달받은 비트 데이터를 나눔 계산함으로써 평균 전압을 산출할 수 있다.The operation semiconductor 13 includes an
종래 기술에 따른 연료전지 센싱 시스템은, 2개 이상의 단위 셀을 묶어 다중 셀을 측정하는 경우, 해당 다중 셀의 평균을 구하면 소수점 연산을 하지 않는 이상 정확도가 떨어지며, 소수점 연산을 위해 과도한 부가회로(MCU 급)가 필요하다.In the fuel cell sensing system according to the prior art, when multiple cells are measured by binding two or more unit cells, when the average of the multiple cells is obtained, the accuracy is lowered unless a decimal point operation is performed, and an excessive additional circuit (MCU) for decimal point operation class) is required.
또한, 연료전지 스택 별로 채널당 셀의 개수가 가변적인데, 채널당 셀 수에 따라 유효 비트수가 달라져 정확도의 차이가 발생하는 문제가 있다.In addition, although the number of cells per channel is variable for each fuel cell stack, the number of effective bits varies according to the number of cells per channel, resulting in a difference in accuracy.
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 연료전지 셀 전압 센싱 정확도가 향상되는 차량용 연료전지 센싱 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention has been devised in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell sensing system and method for a vehicle in which fuel cell voltage sensing accuracy is improved.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 연료전지 센싱 시스템은, 연료전지 스택에 연결되는 채널에 입력되는 입력 전압을 비트 데이터로 변환하는 가변 ADC: 및 상기 채널에 연결되는 상기 연료전지 스택의 셀 개수에 따라 상기 가변 ADC의 해상도 변경을 제어하는 제어 로직;을 포함한다.A fuel cell sensing system for a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object includes: a variable ADC that converts an input voltage input to a channel connected to a fuel cell stack into bit data; and the fuel connected to the channel and a control logic for controlling the change in resolution of the variable ADC according to the number of cells in the battery stack.
상기 제어 로직은, 상기 채널에 연결되는 상기 연료전지 스택의 셀 개수가 하나인 경우, 상기 가변 ADC의 해상도를 N(N은 4 이상의 정수) 비트로 변경할 수 있다.When the number of cells of the fuel cell stack connected to the channel is one, the control logic may change the resolution of the variable ADC to N bits (N is an integer greater than or equal to 4).
상기 가변 ADC는, 상기 입력 전압을 N 비트 데이터로 변환할 수 있다.The variable ADC may convert the input voltage into N-bit data.
상기 제어 로직은, 상기 채널에 연결되는 상기 연료전지 스택의 셀 개수가 적어도 두 개(2A 개, A는 1 이상의 정수)인 경우, 상기 가변 ADC의 해상도를 N+A 비트로 변경할 수 있다.The control logic may change the resolution of the variable ADC to N+A bits when the number of cells in the fuel cell stack connected to the channel is at least two (2 A , where A is an integer of 1 or more).
상기 가변 ADC는, 상기 입력 전압을 N+A 비트 데이터로 변환할 수 있다.The variable ADC may convert the input voltage into N+A bit data.
상기 제어 로직은, 상기 N+A 비트 데이터에서 하위 A 개의 비트를 제거하여 N비트 유효 데이터를 획득할 수 있다.The control logic may obtain N-bit valid data by removing the lower A bits from the N+A bit data.
상기 제어 로직은 상기 N 비트 유효 데이터를 통해 상기 연료전지 스택의 셀 평균 전압을 획득할 수 있다.The control logic may obtain an average cell voltage of the fuel cell stack through the N-bit valid data.
상기 가변 ADC는, 상기 연료전지 스택에 연결된 채널로부터 입력 전압을 입력받는 비교기, 사이클 진행에 따라 상기 비교기 출력을 비트 레지스터의 최상위 비트부터 차례대로 저장하는 SAR 로직, 및 상기 SAR 로직의 출력 디지털 신호를 아날로그 전압으로 변환하여 상기 비교기에 전송하는 DAC를 포함할 수 있다.The variable ADC includes a comparator that receives an input voltage from a channel connected to the fuel cell stack, a SAR logic that sequentially stores the comparator output from the most significant bit of a bit register as cycle progresses, and an output digital signal of the SAR logic. It may include a DAC that converts the analog voltage and transmits it to the comparator.
상기 가변 ADC는, 상기 채널에 연결되는 상기 연료전지 스택의 셀 개수에 따라 OSR이 가변되어 해상도가 변경되는 SD-ADC 일 수 있다.The variable ADC may be an SD-ADC whose resolution is changed by changing OSR according to the number of cells of the fuel cell stack connected to the channel.
상기 가변 ADC는, 상기 채널에 연결 가능한 상기 연료전지 스택의 최대 셀 개수에 따라 모든 채널을 측정 가능한 해상도로 가변될 수 있다.The variable ADC may vary with a resolution capable of measuring all channels according to the maximum number of cells of the fuel cell stack connectable to the channel.
상기 제어 로직은, 상기 채널에 연결되는 상기 연료전지 스택의 셀 개수에 따라 채널 별로 배치되는 레지스터 값을 설정하고, 설정된 레지스터 값을 이용하여 상기 가변 ADC의 해상도를 변경할 수 있다.The control logic may set a register value arranged for each channel according to the number of cells of the fuel cell stack connected to the channel, and change the resolution of the variable ADC by using the set register value.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 연료전지 센싱 방법은, 연료전지 스택에 연결된 채널로 입력되는 입력 전압을 비트 데이터로 변환하는 비트 데이터 변환 단계; 상기 채널에 연결되는 상기 연료전지 스택의 셀 개수를 계산하는 셀 개수 계산 단계; 및 상기 계산된 셀 개수를 기초로 상기 비트 데이터의 비트 개수를 저감하여 상기 연료전지 스택의 셀 평균 전압을 획득하는 셀 평균 전압 획득 단계;를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object, there is provided a method for sensing a fuel cell for a vehicle, comprising: a bit data conversion step of converting an input voltage input to a channel connected to a fuel cell stack into bit data; a cell number counting step of calculating the number of cells of the fuel cell stack connected to the channel; and a cell average voltage obtaining step of obtaining an average cell voltage of the fuel cell stack by reducing the number of bits of the bit data based on the calculated number of cells.
상기 입력 전압은, 상기 계산된 셀 개수에 따라 N(N은 4 이상의 정수) 비트 데이터 내지 N+A(A는 1 이상의 정수)비트 데이터 중에서 어느 하나로 변환될 수 있다.The input voltage may be converted into any one of N (N is an integer of 4 or more) bit data or N+A (A is an integer of 1 or more) bit data according to the calculated number of cells.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 연료전지 센싱 시스템에 의하면, 채널에 연결되는 단위 셀의 개수에 따라 ADC 해상도를 가변함으로써 연료전지 셀 전압 센싱 정확도가 향상되는 효과가 있다.According to the fuel cell sensing system for a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention, there is an effect that the fuel cell voltage sensing accuracy is improved by varying the ADC resolution according to the number of unit cells connected to the channel.
도 1은 종래 기술에 따른 연료전지 센싱 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 연료전지 센싱 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 연료전지 센싱 시스템의 추가 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 연료전지 셀 전압의 6비트 데이터 변환을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 연료전지 셀 전압의 4비트 데이터 변환을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 2의 연료전지 센싱 시스템의 제1 셀 평균 전압 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7는 도 2의 연료전지 센싱 시스템의 제2 셀 평균 전압 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 연료전지 센싱 방법의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 연료전지 센싱 시스템의 가변 ADC의 다른 예를 보여주는 도면이다.1 is a configuration diagram of a fuel cell sensing system according to the prior art.
2 is a configuration diagram of a fuel cell sensing system for a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining an additional configuration of a fuel cell sensing system for a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining 6-bit data conversion of a fuel cell voltage.
5 is a diagram for explaining 4-bit data conversion of a fuel cell voltage.
FIG. 6 is a view for explaining a first cell average voltage calculation process of the fuel cell sensing system of FIG. 2 .
FIG. 7 is a view for explaining a second cell average voltage calculation process of the fuel cell sensing system of FIG. 2 .
8 is a flowchart of a method for sensing a fuel cell for a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.
9 is a view showing another example of a variable ADC of a fuel cell sensing system for a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, it should be noted that in adding reference numerals to the components of each drawing, the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, preferred embodiments of the present invention will be described below, but the technical spirit of the present invention is not limited thereto and may be variously implemented by those skilled in the art without being limited thereto.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 연료전지 센싱 시스템의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a fuel cell sensing system for a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 연료전지 센싱 시스템(100)은, 연료전지 스택(110), 및 전압 센싱부(120)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , a fuel
연료전지 스택(110)은 서로 직렬 연결되는 복수의 셀로 구성될 수 있다. 연료전지 스택(110)은 채널 별로 다른 수의 셀이 전압 센싱될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 연료전지 스택(110)은, 하나의 셀로 구성되는 최하위 단위 셀(uc1), 두 개의 셀로 구성되는 하위 다중 셀(mc1), 네 개의 셀로 구성되는 상위 다중 셀(mc2), 및 최상위 단위 셀(uc2)를 포함할 수 있다.The
전압 센싱부(120)는 복수의 채널(C1, C2, C3, C4, CN)을 통해 연료전지 스택(110)의 전압을 입력받을 수 있다.The
전압 센싱부(120)는 채널 별로 최하위 단위 셀(uc1)의 전압, 하위 다중 셀(mc1)의 전압, 상위 다중 셀(mc2)의 전압, 및 최상위 단위 셀(uc2)의 전압을 입력받을 수 있다.The
전압 센싱부(120)는 입력 전압을 비트 데이터로 변환하는 가변 ADC(121)를 구비할 수 있다.The
가변 ADC(121)는 입력 전압을 4비트 데이터로 변환하는 4bit ADC일 수 있다. 또한 가변 ADC(121)는 입력 전압에 대한 검출 정확도 강화를 위해 6bit ADC로 변경될 수 있다. 가변 ADC(121)는 필요에 따라 더 큰 14bit 이상의 해상도를 가지도록 변경될 수도 있다.The
한편, 가변 ADC(121)는 상술한 구성 이외에 다른 예로 구성될 수 있다. 다른 실시예에 따른 가변 ADC(121)는 채널 당 셀 수에 따라 해상도가 가변되지 않고, 채널 당 센싱 가능한 최대 셀 수가 A인 경우, 최대 셀 수 A에 필요한 해상도를 기초로 모든 채널을 측정 가능한 해상도로 동작할 수 있다. 모든 채널을 측정 가능한 해상도는 N+log2(A) bit로 계산될 수 있다. 가변 ADC(121)에서 모든 채널에 대한 전압 센싱이 이루어진 이후에, 제어 로직(123)은 하나의 셀 당 필요한 해상도 N비트만큼을 MSB로부터 획득하여 채널 평균 전압을 획득할 수 있다.Meanwhile, the variable ADC 121 may be configured as an example other than the above-described configuration. In the
일 실시예에 있어서, 채널당 센싱 가능한 최대 셀 수 A가 4인 경우, 가변 ADC(121)는 6비트 해상도로 동작할 수 있다. 가변 ADC(121)는 6비트 해상도로 모든 채널의 전압을 측정할 수 있다.In an embodiment, when the maximum number of cells A that can be sensed per channel is 4, the
제어 로직(123)은 채널 별 입력 전압 또는 채널 당 연결되는 연료전지 모듈(110)의 셀 개수를 고려하여 가변 ADC(121)의 해상도를 변경할 수 있다. 제어 로직(123)은 가변 ADC(121)에서 변환된 비트 데이터를 이용하여 연료전지 스택(110)의 단위 셀의 평균 전압을 산출할 수 있다.The control logic 123 may change the resolution of the
일 실시예에 있어서, 제어 로직(123)은 채널 당 셀 수 에 따라 채널 별로 배치되는 레지스터 값을 설정할 수 있다. 제어 로직(123)은 설정된 레지스터 값을 이용하여 가변 ADC(121)를 제어할 수 있다. 제어 로직(123)은, 가변 ADC(121)가 SAR 로직(121b)을 이용하는 경우, SAR 사이클 수를 결정할 수 있다. 또한, 제어 로직(123)은, 가변 ADC(121)가 SD(Sigma Delta)-ADC인 경우(도 9 참고), OSR을 조정할 수 있다.In an embodiment, the control logic 123 may set a register value arranged for each channel according to the number of cells per channel. The control logic 123 may control the
하기 표 1은 레지스터 값의 예를 보여준다.Table 1 below shows examples of register values.
(메모리)
맵register
(Memory)
map
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 연료전지 센싱 시스템의 추가 구성을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining an additional configuration of a fuel cell sensing system for a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3을 참고하면, 일 실시예에 있어서, 가변 ADC(121)는 비교기(121a), SAR 로직(121b)(Successive Approximation Register Logic), 레지스터(121c), 및 DAC(121d)(Digital Analog Converter)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , in an embodiment, the
비교기(121a)는 채널을 통해 입력되는 입력 전압(Vin)과 DAC(121c)의 출력 전압(Dout)을 비교한다. 비교기(121a)는 입력 전압(Vin)과 출력 전압(Dout) 중에서 어느 전압값이 큰 지를 전압 레벨로 출력한다. 비교기(121a)는 입력 전압(Vin)이 출력 전압(Dout)보다 큰 경우 하이 레벨의 전압 레벨을 출력한다. 비교기(121a)는 입력 전압(Vin)이 출력 전압(Dout)보다 작은 경우 로우 레벨의 전압 레벨을 출력한다.The
SAR 로직(121b)은 1회의 사이클 진행마다 비교결과를 최상위 비트(MSB:Most Significant Bit))부터 차례대로 데이터 비트값으로 결정한다.The
일 실시예에 있어서, SAR 로직(121b)은 하나의 채널에 1 개의 셀이 연결된 단위 셀의 전압에 대한 비트 데이터를 획득하는 경우, 제어 로직(123)의 제어에 의해 4회의 사이클이 진행될 수 있다. 이때 SAR 로직(121b)은 4bit 데이터를 획득할 수 있다.In an embodiment, when the
일 실시예에 있어서, SAR 로직(121b)은, 하나의 채널에 2 개의 셀이 연결된 다중 셀의 전압에 대한 비트 데이터를 획득하는 경우, 제어 로직(123)의 제어에 의해 5회의 사이클이 진행될 수 있다. 이때 SAR 로직(121b)은 5bit 데이터를 획득할 수 있다.In an embodiment, when the
일 실시예에 있어서, SAR 로직(121b)은 하나의 채널에 4 개의 셀이 연결된 다중 셀의 전압에 대한 비트 데이터를 획득하는 경우, 제어 로직(123)의 제어에 의해 6회의 사이클이 진행될 수 있다. 이때 SAR 로직(121B)은 6bit 데이터를 획득할 수 있다. 이를 통해 SAR 로직(121b)의 출력 해상도가 가변될 수 있다.In an embodiment, when the
레지스터(121c)는 별도의 제어기(미도시)로부터 채널 별 연결된 연료전지 스택(110)의 셀 개수를 전달받아 저장할 수 있다. 레지스터(121c)에 저장된 채널 별 셀 개수는 SAR 로직(121b)의 사이클 횟수를 제어하는데 이용될 수 있다.The register 121c may receive and store the number of cells of the
DAC(121d)는 SAR 로직(121b)에서 출력되는 비트 데이터를 아날로그 전압으로 변환하여 출력할 수 있다. DAC(121d)는 출력 전압(Dout)을 비교기(121a)의 입력단에 전송할 수 있다.The DAC 121d may convert the bit data output from the
도 4는 연료전지 셀 전압의 6비트 데이터 변환을 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining 6-bit data conversion of a fuel cell voltage.
도 4를 참고하면, SAR 로직(121b)에서 1회 사이클 진행시, 비교기(121a)의 비교 결과에 따라 입력전압(Vin)이 DAC(121d)의 출력 전압(Dout)을 초과하는 경우, SAR 로직(121b)은 1 비트값을 최상위 비트(MSB) 레지스터에 저장할 수 있다. 또한, SAR 로직(121B)에서 2회 사이클 진행시, 비교기(121a)의 비교 결과에 따라 입력전압(Vin)이 DAC(121d)의 출력 전압(Dout) 미만인 경우, SAR 로직(121b)은 0 비트값을 최상위 비트(MSB) 다음의 비트 레지스터에 저장할 수 있다. 이후 SAR 로직(121B)에서 3회 사이클 내지 6회 사이클 진행시, 상술한 내용을 기초로 적절한 비트값을 최하위 비트(LSB) 레지스터까지 저장할 수 있다.Referring to FIG. 4 , when one cycle is performed in the
도 5는 연료전지 셀 전압의 4비트 데이터 변환을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for explaining 4-bit data conversion of a fuel cell voltage.
도 5를 참고하면, SAR 로직(121b)에서 1회 사이클 진행시, 비교기(121a)의 비교 결과에 따라 입력전압(Vin)이 DAC(121d)의 출력 전압(Dout)을 초과하는 경우, SAR 로직(121b)은 1 비트값을 최상위 비트(MSB) 레지스터에 저장할 수 있다. 또한, SAR 로직(121B)에서 2회 사이클 진행시, 비교기(121a)의 비교 결과에 따라 입력전압(Vin)이 DAC(121d)의 출력 전압(Dout) 미만인 경우, SAR 로직(121b)은 0 비트값을 최상위 비트(MSB) 다음의 비트 레지스터에 저장할 수 있다. 이후 SAR 로직(121B)에서 3회 사이클 내지 4회 사이클 진행시, 상술한 내용을 기초로 적절한 비트값을 두 개의 하위 비트를 제외한 비트 레지스터까지 저장할 수 있다.Referring to FIG. 5 , when one cycle is performed in the
도 6은 도 2의 연료전지 센싱 시스템의 제1 셀 평균 전압 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a view for explaining a first cell average voltage calculation process of the fuel cell sensing system of FIG. 2 .
도 6을 참고하면, 연료전지 스택(110)의 단위 셀 또는 다중 셀 별 전압에 대해 가변 ADC(121)에서 획득한 비트 데이터의 평균값 산출 과정을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6 , a process of calculating an average value of bit data obtained by the
일 실시예에 있어서, 채널에 연결된 단위 셀(1Cell/Ch)의 전압(Vsen)이 0.9375V로 검출되는 경우, 검출된 전압은 SAR 로직(121b)에서 ‘0011’ 4비트 데이터로 변환될 수 있다. 이때 제어 로직(123)은 채널 당 단위 셀의 수가 하나이므로, 추가 연산 없이 ‘0011’의 4비트 데이터를 연료전지 스택(110)의 단위 셀의 평균 전압으로 결정할 수 있다. 제어 로직(123)은 비트 당 전압이 대략 0.3175V이고, ‘0011’의 10진수 값이 3 이므로, 비트 당 전압 0.3175V에 3을 곱하여 단위 셀의 평균 전압 0.9375V를 획득할 수 있다.In an embodiment, when the voltage Vsen of the unit cell (1Cell/Ch) connected to the channel is detected to be 0.9375V, the detected voltage may be converted into '0011' 4-bit data in the
일 실시예에 있어서, 채널에 연결된 두 개의 단위 셀로 구성된 다중 셀(2Cell/Ch)의 전압(Vsen)이 1.5635V로 검출되는 경우, 검출된 전압은 SAR 로직(121b)에서 ‘0101’ 4비트 데이터로 변환될 수 있다. 이때, 제어 로직(123)은 채널에 연결된 다중 셀(2Cell/Ch)의 개수가 2개이므로, 채널 별 셀 개수를 고려하여 ‘0101’의 4비트 데이터에 대해 1비트 우측 쉬프트를 수행할 수 있다. 이를 통해 제어 로직(123)은 무효 비트인 최상위 비트를 제외한‘010’의 3비트 유효 데이터를 획득할 수 있다. 이를 통해, 제어 로직(123)은 다중 셀(2Cell/ch)의 평균 전압(Vsen)으로 0.625V을 획득할 수 있다.In one embodiment, when the voltage Vsen of the multi-cell (2Cell/Ch) composed of two unit cells connected to the channel is detected as 1.5635V, the detected voltage is '0101' 4-bit data in the
일 실시예에 있어서, 채널에 연결된 네 개의 단위 셀로 구성된 다중 셀(4Cell/Ch)의 전압(Vsen)이 4.0625V로 검출되는 경우, 검출된 전압은 SAR 로직(121b)에서 ‘1101’ 4비트 데이터로 변환될 수 있다. 이때, 제어 로직(123)은 채널에 연결된 다중 셀(4Cell/Ch)의 개수가 4개이므로, 채널 별 셀 개수를 고려하여 ‘1101’의 4비트 데이터에 대해 2비트 우측 쉬프트를 수행할 수 있다. 이를 통해 제어 로직(123)은 무효 비트인 상위 두 개의 비트를 제외한‘11’의 2비트 유효 데이터를 획득할 수 있다. 이를 통해, 제어 로직(123)은 다중 셀(4Cell/ch)의 평균 전압(Vsen)으로 0.9375V를 획득할 수 있다.In one embodiment, when the voltage Vsen of the multi-cell (4Cell/Ch) composed of four unit cells connected to the channel is detected as 4.0625V, the detected voltage is '1101' 4-bit data in the
도 7는 도 2의 연료전지 센싱 시스템의 제2 셀 평균 전압 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 7 is a view for explaining a second cell average voltage calculation process of the fuel cell sensing system of FIG. 2 .
도 7을 참고하면, 연료전지 스택(110)의 단위 셀 또는 다중 셀 별 전압에 대해 가변 ADC(121)에서 획득한 비트 데이터의 평균값 산출 과정을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7 , a process of calculating an average value of bit data obtained by the
일 실시예에 있어서, 채널에 연결된 단위 셀(1Cell/Ch)의 전압(Vsen)이 0.9375V로 검출되는 경우, 검출된 전압은 SAR 로직(121b)에서 ‘0011’ N(N은 4이상의 정수)비트 데이터로 변환될 수 있다. 이하, N은 4인 것으로 설명한다. 이때 제어 로직(123)은 채널 당 단위 셀의 수가 하나이므로, 추가 연산 없이 ‘0011’의 4비트 데이터를 연료전지 스택(110)의 단위 셀의 평균 전압으로 결정할 수 있다. 제어 로직(123)은 비트 당 전압이 대략 0.3175V이고, ‘0011’의 10진수 값이 3 이므로, 비트 당 전압 0.3175V에 3을 곱하여 단위 셀의 평균 전압 0.9375V를 획득할 수 있다.In one embodiment, when the voltage (Vsen) of the unit cell (1Cell/Ch) connected to the channel is detected as 0.9375V, the detected voltage is '0011' N in the
일 실시예에 있어서, 채널에 연결된 두 개의 단위 셀로 구성된 다중 셀(2Cell/Ch)의 전압(Vsen)이 1.5635V로 검출되는 경우, 검출된 전압은 SAR 로직(121b)에서 ‘01010’ 4+A(A는 1 이상의 정수) 비트 데이터로 변환될 수 있다. 이때, 제어 로직(123)은 채널에 연결된 다중 셀(2Cell/Ch)의 개수(2A 개, A는 1)가 2개이므로, 채널 별 셀 개수를 고려하여 ‘01010’의 5(4+1) 비트 데이터에 대해 최하위 비트를 제거할 수 있다. 이를 통해 제어 로직(123)은 무효 비트인 최상위 비트를 제외한‘0101’의 4비트 유효 데이터를 획득할 수 있다. 이를 통해, 제어 로직(123)은 다중 셀(2Cell/ch)의 평균 전압(Vsen)으로 0.78125V를 획득할 수 있다. 이는 도 6의 제1 셀 평균 전압 산출 과정에서 획득한 전압 0.625V보다 제2 셀 평균 전압 산출 과정에서 획득한 전압 0.78125V의 검출 정확도가 상승한 것을 보여준다.In one embodiment, when the voltage Vsen of the multi-cell (2Cell/Ch) composed of two unit cells connected to the channel is detected as 1.5635V, the detected voltage is '01010' 4+A in the
일 실시예에 있어서, 채널에 연결된 네 개의 단위 셀로 구성된 다중 셀(4Cell/Ch)의 전압(Vsen)이 4.0625V로 검출되는 경우, 검출된 전압은 SAR 로직(121b)에서 ‘110100’ 4+A 비트 데이터로 변환될 수 있다. 이때, 제어 로직(123)은 채널에 연결된 다중 셀(4Cell/Ch)의 개수(2A 개, A는 2)가 4개이므로, 채널 별 셀 개수를 고려하여 ‘1101000’의 6(4+2) 비트 데이터에 대해 하위 두 개의 비트를 제거할 수 있다. 이를 통해 제어 로직(123)은 무효 비트인 상위 두 개의 비트를 제외한‘1101’의 4비트 유효 데이터를 획득할 수 있다. 이를 통해, 제어 로직(123)은 다중 셀(4Cell/ch)의 평균 전압(Vsen)으로 1.015625V를 획득할 수 있다. 이는 도 6의 제1 셀 평균 전압 산출 과정에서 획득한 전압 0.9375V보다 제2 셀 평균 전압 산출 과정에서 획득한 전압 1.015625V의 검출 정확도가 상승한 것을 보여준다.In one embodiment, when the voltage Vsen of the multi-cell (4Cell/Ch) composed of four unit cells connected to the channel is detected as 4.0625V, the detected voltage is '110100' 4+A in the
이와 같이, SAR 로직(121b)에서 6회 사이클을 진행하는 경우, 전체 6bit 데이터에서 상위 4bit 데이터만 이용하여 입력 전압을 비트 데이터 형태로 변환할 수 있다. 이 경우, 별도의 우측 시프트 동작없이 나누기 연산의 효과가 있다.In this way, when the
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 연료전지 센싱 방법의 순서도이다.8 is a flowchart of a method for sensing a fuel cell for a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.
도 8을 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 연료전지 센싱 방법은, 비트 데이터 산출 단계(S810), 셀 개수 계산 단계(S820), 및 셀 평균 전압 획득 단계(S830)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the method for sensing a fuel cell for a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention may include a bit data calculation step ( S810 ), a cell number calculation step ( S820 ), and a cell average voltage obtaining step ( S830 ). there is.
비트 데이터 산출 단계(S810)에서, 가변 ADC(121)는 연료전지 스택(110)에 연결된 채널로 입력되는 입력 전압을 비트 데이터로 변환한다.In the bit data calculation step S810 , the
셀 개수 계산 단계(S820)에서, 제어 로직(123)은 채널에 연결되는 연료전지 스택의 셀 개수를 계산한다.In the cell number calculation step S820 , the control logic 123 calculates the number of cells in the fuel cell stack connected to the channel.
셀 평균 전압 획득 단계(S830)에서, 제어 로직(123)은 계산된 셀 개수를 기초로 비트 데이터의 비트 개수를 저감하여 연료전지 스택(110)의 셀 평균 전압을 획득한다. 제어 로직(123)은 이에 앞서 계산된 셀 개수를 기초로 ADC(121)의 해상도를 변경할 수 있다. ADC(121)는 변경된 해상도에 따라 입력 전압을 4비트 데이터 내지 6비트 데이터로 변환할 수 있다. 제어 로직(123)은 계산된 셀 개수에 따라 비트 저감 개수를 결정하고, 결정된 비트 저감 개수를 통해 ADC(121)에서 출력되는 비트 데이터의 비트 개수를 저감할 수 있다.In the cell average voltage obtaining step S830 , the control logic 123 reduces the number of bits of bit data based on the calculated number of cells to obtain the cell average voltage of the
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 연료전지 센싱 시스템의 가변 ADC의 다른 예를 보여주는 도면이다.9 is a view showing another example of a variable ADC of a fuel cell sensing system for a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.
도 9를 참고하면, 가변 ADC(121)는 SD-ADC 일 수 있다. 가변 ADC(121)는 필터부(121a)와 변조부(121b)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 9 , the
도 9의(a)에서, 필터부(121a)는 입력 전압의 주파수(A HZ)를 필터링하여 2K·log2(OSR) 비트 데이터로 변환할 수 있다. 여기서, K는 1 내지 3 사이의 정수일 수 있다. OSR(Oversampling Rate)은 2의 지수일 수 있다. OSR은 채널 당 셀의 개수(N 개)에 따라 조정될 수 있다. 조정되는 OSR은 변조부(121b)의 동작 속도를 가변할 수 있다. 변조부(121b)는 가변되는 동작 속도를 통해 가변 ADC(121)의 해상도를 변경할 수 있다.In FIG. 9A , the
도 9의(b)에서, 가변 ADC(121)는 채널 당 셀 개수가 하나인 경우, 저해상도로 동작할 수 있다. 입력 전압은 필터부(121a)에 의해 15비트 데이터로 변환될 수 있다. 이때, OSR은 32로 조정될 수 있다. 입력 전압의 주파수 1kHz는 변조부(121b)에서 32kHz로 주파수 변조될 수 있다. 제어 로직(123)은 15비트 데이터에서 상위 4비트 데이터를 획득하여 셀 평균 전압을 획득할 수 있다.In FIG. 9B , when the number of cells per channel is one, the
도 9의(c)에서, 가변 ADC(121)는 채널 당 셀 개수가 네 개인 경우, 고해상도로 동작할 수 있다. 입력 전압은 필터부(121a)에 의해 18비트 데이터로 변환될 수 있다. 이때, OSR은 64로 조정될 수 있다. 입력 전압의 주파수 1kHz는 변조부(121b)에서 64kHz로 주파수 변조될 수 있다. 제어 로직(123)은 18비트 데이터에서 상위 4비트 데이터를 획득하여 셀 평균 전압을 획득할 수 있다.In FIG. 9C , the
가변 ADC(121)는 낮은 해상도를 가지는 경우, 전력소모가 감소되고 센싱 시간이 감축되는 효과가 있다.When the
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may make various modifications, changes and substitutions within the scope without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are for explaining, not limiting, the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings .
본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.Steps and/or operations according to the present invention may occur concurrently in different embodiments, either in a different order, or in parallel, or for different epochs, etc., as would be understood by one of ordinary skill in the art. can
실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.Depending on the embodiment, some or all of the steps and/or operations run instructions, a program, an interactive data structure, a client and/or a server stored in one or more non-transitory computer-readable media. At least some may be implemented or performed using one or more processors. The one or more non-transitory computer-readable media may be illustratively software, firmware, hardware, and/or any combination thereof. Further, the functionality of a “module” discussed herein may be implemented in software, firmware, hardware, and/or any combination thereof.
100: 차량용 연료전지 센싱 시스템
110: 연료전지 스택
120: 전압 센싱부
121: 가변 ADC
121a: 비교기
121b: SAR 로직
121c: 레지스터
121d: DAC
123: 제어 로직100: vehicle fuel cell sensing system
110: fuel cell stack
120: voltage sensing unit
121: variable ADC
121a: comparator
121b: SAR logic
121c: register
121d: DAC
123: control logic
Claims (13)
상기 채널에 연결되는 상기 연료전지 스택의 셀 개수에 따라 상기 가변 ADC의 해상도 변경을 제어하는 제어 로직;을 포함하고,
상기 제어 로직은, 상기 채널에 연결되는 상기 연료전지 스택의 셀 개수가 하나인 경우, 상기 가변 ADC의 해상도를 N(N은 4 이상의 정수)비트로 변경하고,
상기 채널에 연결되는 상기 연료전지 스택의 셀 개수가 적어도 두 개 이상(2A 개, A는 1 이상의 정수)인 경우, 상기 가변 ADC의 해상도를 N+A 비트로 변경하는 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지 센싱 시스템.A variable ADC that converts an input voltage input to a channel connected to the fuel cell stack into bit data: and
a control logic for controlling a resolution change of the variable ADC according to the number of cells of the fuel cell stack connected to the channel; and
The control logic, when the number of cells of the fuel cell stack connected to the channel is one, changes the resolution of the variable ADC to N bits (N is an integer greater than or equal to 4) bits;
When the number of cells of the fuel cell stack connected to the channel is at least two or more (2 A , A is an integer of 1 or more), the resolution of the variable ADC is changed to N+A bits. sensing system.
상기 가변 ADC는, 상기 채널에 연결되는 상기 연료전지 스택의 셀 개수가 하나인 경우, 상기 입력 전압을 N비트 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지 센싱 시스템.The method of claim 1,
The variable ADC converts the input voltage into N-bit data when the number of cells in the fuel cell stack connected to the channel is one.
상기 가변 ADC는, 상기 채널에 연결되는 상기 연료전지 스택의 셀 개수가 적어도 두 개 이상(2A 개, A는 1 이상의 정수)인 경우, 상기 입력 전압을 N+A 비트 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지 센싱 시스템.The method of claim 1,
The variable ADC converts the input voltage into N+A bit data when the number of cells in the fuel cell stack connected to the channel is at least two or more (2 A , A is an integer of 1 or more) A fuel cell sensing system for vehicles.
상기 제어 로직은, 상기 N+A 비트 데이터에서 하위 A 개의 비트를 제거하여 N 비트 유효 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지 센싱 시스템.6. The method of claim 5,
wherein the control logic is configured to obtain N-bit valid data by removing the lower A bits from the N+A-bit data.
상기 제어 로직은 상기 N 비트 유효 데이터를 통해 상기 연료전지 스택의 셀 평균 전압을 획득하는 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지 센싱 시스템.7. The method of claim 6,
and the control logic acquires the cell average voltage of the fuel cell stack through the N-bit valid data.
상기 가변 ADC는,
상기 연료전지 스택에 연결된 채널로부터 입력 전압을 입력받는 비교기,
사이클 진행에 따라 상기 비교기 출력을 비트 레지스터의 최상위 비트부터 차례대로 저장하는 SAR 로직, 및
상기 SAR 로직의 출력 디지털 신호를 아날로그 전압으로 변환하여 상기 비교기에 전송하는 DAC
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지 센싱 시스템.The method of claim 1,
The variable ADC,
a comparator receiving an input voltage from a channel connected to the fuel cell stack;
SAR logic that sequentially stores the comparator output as the cycle progresses, starting with the most significant bit of a bit register, and
DAC that converts the output digital signal of the SAR logic into an analog voltage and transmits it to the comparator
A vehicle fuel cell sensing system comprising a.
상기 가변 ADC는,
상기 채널에 연결되는 상기 연료전지 스택의 셀 개수에 따라 OSR이 가변되어 해상도가 변경되는 SD-ADC 인 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지 센싱 시스템.The method of claim 1,
The variable ADC,
The fuel cell sensing system for a vehicle according to claim 1, wherein the OSR is variable according to the number of cells of the fuel cell stack connected to the channel and the resolution is changed.
상기 가변 ADC는,
상기 채널에 연결 가능한 상기 연료전지 스택의 최대 셀 개수에 따라 모든 채널을 측정 가능한 해상도로 가변되는 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지 센싱 시스템.The method of claim 1,
The variable ADC,
A fuel cell sensing system for a vehicle, characterized in that the resolution of all channels is varied according to the maximum number of cells of the fuel cell stack connectable to the channel.
상기 제어 로직은, 상기 채널에 연결되는 상기 연료전지 스택의 셀 개수에 따라 채널 별로 배치되는 레지스터 값을 설정하고, 설정된 레지스터 값을 이용하여 상기 가변 ADC의 해상도를 변경하는 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지 센싱 시스템.The method of claim 1,
wherein the control logic sets a register value arranged for each channel according to the number of cells of the fuel cell stack connected to the channel, and changes the resolution of the variable ADC by using the set register value. sensing system.
상기 채널에 연결되는 상기 연료전지 스택의 셀 개수를 계산하는 셀 개수 계산 단계; 및
상기 계산된 셀 개수를 기초로 상기 비트 데이터의 비트 개수를 저감하고, 저감된 비트 데이터를 통해 상기 연료전지 스택의 셀 평균 전압을 획득하는 셀 평균 전압 획득 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지 센싱 방법.a bit data conversion step of converting an input voltage input to a channel connected to the fuel cell stack into bit data;
a cell number counting step of calculating the number of cells of the fuel cell stack connected to the channel; and
a cell average voltage obtaining step of reducing the number of bits of the bit data based on the calculated number of cells, and obtaining an average cell voltage of the fuel cell stack through the reduced bit data;
A vehicle fuel cell sensing method comprising a.
상기 입력 전압은, 상기 계산된 셀 개수에 따라 N(N은 4 이상의 정수)비트 데이터 내지 N+A(A는 1 이상의 정수) 비트 데이터 중에서 어느 하나로 변환되는 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지 센싱 방법.13. The method of claim 12,
The input voltage is converted into any one of N (N is an integer greater than or equal to 4) bit data to N+A (A is an integer greater than or equal to 1) bit data according to the calculated number of cells.
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