KR102478057B1 - 연료전지 차량 제어방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

연료전지의 열화 정도를 산출하는 단계; 산출된 열화 정도를 기반으로 구동모터의 최대 구동 전류 값을 산출하는 단계; 및 운전자의 가속 요구에 따른 구동모터의 요구 구동 전류 값을 산출하고, 최대 구동 전류 값과 요구 구동 전류 값을 비교하며, 요구 구동 전류 값이 최대 구동 전류 값을 초과하면 요구 구동 전류 값을 최대 구동 전류 값으로 제한하는 단계;를 포함하는 연료전지 차량 제어시스템 및 제어방법이 소개된다.

Description

연료전지 차량 제어방법 및 시스템{CONTROLLING METHOD AND SYSTEM FOR FUEL CELL VEHICLE}

본 발명은 연료전지의 열화 정도를 반영하여 스택의 최대 출력 전류 값을 산출하고, 이에 따라 구동 모터의 최대 토크를 미리 제한하여 차량의 운전성 및 상품성을 향상시킬 수 있는 연료전지 차량 제어방법 및 시스템에 관한 것이다.

연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 연료전지 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이며, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다.

특히, 최근에는 수소와 산소의 결합으로 인하여 발생하는 에너지를 이용하여 차량을 구동시키는 연료전지 차량에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 연료전지 차량은 주요 동력원으로 연료전지와 2차 동력원으로 고전압배터리를 하이브리드화 하여 연비와 동력성능을 높인다.

연료전지 스택의 최대 출력 전류 값은 초기 성능을 기준으로 설정된 전압-전류 성능 곡선 및 공기/수소 공급계의 응답성 등을 고려하여 튜닝된 고정 값으로 정해진다.

또한, 고정 값으로 정해진 스택의 최대 출력 전류 값에 대응되는 최소 기준 전압 값도 스택의 초기 성능을 기준으로 설정된 고정 값으로 정해지는데, 연료전지의 고출력 구간에서 고정 값으로 정해진 최소 기준 전압 값을 기준으로 스택 보호를 위해 구동모터 제어기에서 순간적으로 토크 지령을 감소시키는 토크 디레이팅(Torque Derating)을 통해 구동 모터의 출력을 제한한다.

연료전지 차량의 주 전원인 연료전지 스택은 열화의 정도에 따라 전압-전류 특성이 변화하는 특징을 갖는다. 연료전지 스택의 초기 성능과 말기 성능 전압-전류 성능 곡선을 비교하면, 연료전지 스택의 열화가 진행됨에 따라 성능 곡선은 -y축 방향으로 하향하게 되어, 동일한 출력 전류가 발생할 때 전압은 낮아지게 된다. 따라서 연료전지 스택의 열화에 따라 전압과 전류의 곱으로 표현되는 출력 파워가 저하된다.

따라서, 연료전지 스택의 열화가 발생하는 경우 고정 값으로 정해진 최대 출력 전류 값보다 실제 출력 가능한 스택의 최대 전류 값이 낮아지게 되고, 이에 따라 고정 값으로 정해진 최소 기준 전압 값에 의해 열화 전보다 더 낮은 출력에서도 토크 디레이팅이 발생하게 되어 토크 디레이팅 발생 빈도가 잦아진다.

토크 디레이팅이 발생하는 경우, 순간적으로 토크가 줄어들기 때문에 차량 가속이 심하게 요동치게되고, 이에 따라 운전성 및 상품성에 악영향을 미친다. 또한, 토크 디레이팅이 반복되면 연료전지 공기/수소 공급계의 제어 응답성이 스택 출력 전류 응답성을 추종하는데 한계가 발생하여 연료전지 제어 불안정성을 야기하고, 열화된 스택의 출력 전류가 급변하는 상황이 반복되어 연료전지 열화가 촉진될 우려가 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-0921096 B1 US 8405399 B2 KR 10-1293961 B1

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 연료전지의 열화 정도를 실시간으로 산출하고, 이에 따라 스택의 최대 출력 전류 값을 실시간으로 산출하여 구동모터에 인가되는 토크 지령을 선제적으로 제한하여 토크 디레이팅을 방지하는 연료전지 차량 제어방법 및 시스템을 제공하고자 함이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 차량 제어방법은 연료전지의 열화 정도를 산출하는 단계; 산출된 열화 정도를 기반으로 구동모터의 최대 구동 전류 값을 산출하는 단계; 및 운전자의 가속 요구에 따른 구동모터의 요구 구동 전류 값을 산출하고, 최대 구동 전류 값과 요구 구동 전류 값을 비교하며, 요구 구동 전류 값이 최대 구동 전류 값을 초과하면 요구 구동 전류 값을 최대 구동 전류 값으로 제한하는 단계;를 포함한다.

구동모터의 최대 구동 전류 값을 산출하는 단계에서는 산출된 열화 정도를 기반으로 스택의 최대 출력 전류 값을 산출하고, 스택의 최대 출력 전류 값을 기반으로 최대 구동 전류 값을 산출할 수 있다.

연료전지의 열화 정도를 산출하는 단계는 스택의 유효반응면적 데이터와 유효촉매량 데이터를 도출하고, 구동모터의 최대 구동 전류 값을 산출하는 단계에서는 도출된 스택의 유효반응면적 데이터와 도출된 유효촉매량 데이터를 기반으로 스택의 최대 출력 전류 값을 산출할 수 있다.

구동모터의 최대 구동 전류 값을 산출하는 단계에서는 도출된 스택의 유효반응면적 데이터를 기반으로 산출한 전류 값과 도출된 스택의 유효촉매량 데이터를 기반으로 산출한 전류 값 중 작은 값을 스택의 최대 출력 전류 값으로 산출할 수 있다.

구동모터의 최대 구동 전류 값을 산출하는 단계에서는 산출된 열화 정도에 따른 전압-전류 성능 곡선을 도출하고, 전압-전류 성능 곡선과 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값을 기반으로 스택의 최대 출력 전류 값을 도출할 수 있다.

구동모터의 최대 구동 전류 값을 산출하는 단계에서는 산출된 스택의 최대 출력 전류 값에 고전압배터리의 최대 방전 전류를 합한 값에서 보기류 소모 전류를 뺀 값을 최대 구동 전류 값으로 산출할 수 있다.

구동모터의 요구 구동 전류 값을 제한하는 단계 이후에, 연료전지의 출력 전압과 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값과 비교하고, 연료전지의 출력 전압이 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값 이하인 경우에 구동모터의 요구 구동 전류 값에 따른 토크 지령을 감소시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

구동모터의 요구 구동 전류 값에 따른 토크 지령을 감소시키는 단계에서는 연료전지의 출력 전압이 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값 이하인 경우에 연료전지의 출력 전압과 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값 사이의 전압 차이를 기반으로 구동모터의 최대 구동 전류 값을 감소시킬 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 차량 제어시스템은 연료전지의 열화 정도를 산출하고, 산출된 열화 정도를 기반으로 구동모터의 최대 구동 전류 값을 산출하며, 운전자의 가속 요구에 따른 구동모터의 요구 구동 전류 값과 최대 구동 전류 값을 비교하여 구동모터의 요구 구동 전류 값이 최대 구동 전류 값을 초과하면 요구 구동 전류 값을 최대 구동 전류 값으로 제한하여 토크 지령을 내리는 연료전지 제어기; 및 연료전지 제어기에서 내린 토크 지령에 따라 구동모터를 구동하는 구동모터 제어기;를 포함할 수 있다.

구동모터 제어기는 연료전지의 출력 전압과 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값과 비교하고, 연료전지의 출력 전압이 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값 이하인 경우에 연료전지 제어기에서 내린 토크 지령을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 연료전지 차량 제어방법 및 시스템에 따르면, 스택의 열화 정도에 따른 스택의 최대 출력 전류값을 실시간으로 산출하여 구동모터 토크 지령을 선제적으로 제한할 수 있다. 따라서 불필요한 구동모터 출력 제한을 방지하여 차량의 운전성을 개선할 수 있고, 토크 디레이팅에 따라 공기/수소 공급 제어의 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 스택의 열화 정도에 따른 한계 운전 영역을 회피하여 내구성을 확보할 수 있는 효과도 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량 제어방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량 제어시스템의 구성도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량 제어방법의 순서도이다.

도 1을 참조하면, 연료전지 차량의 제어는 악셀을 통해 운전자로부터 가속 요구가 입력되면(S100), 연료전지 제어기(FCU)에서 운전자의 가속 요구에 따른 토크 지령을 산출하여 구동모터 제어기로 전달하고(S200), 구동모터 제어기(MCU)는 전달받은 토크 지령에 따라 구동모터를 제어하면(S300), 구동모터는 토크를 발생시켜 차량을 가속시키는(S400) 순서도를 나타낸다.

본 발명에 따른 연료전지 차량 제어방법은 연료전지 스택의 열화 정도를 산출하는 단계(S220); 산출된 열화 정도를 기반으로 구동모터의 최대 구동 전류 값을 산출하는 단계(S280); 및 운전자의 가속 요구에 따른 구동모터의 요구 구동 전류 값을 산출하고, 최대 구동 전류 값과 요구 구동 전류 값을 비교하며, 요구 구동 전류 값이 최대 구동 전류 값을 초과하면 요구 구동 전류 값을 최대 구동 전류 값으로 제한하는 단계(S290);를 포함한다.

연료전지의 열화 정도를 산출하는 단계(S220)에서 열화 정도는 성능 회복이 가능하며 주로 연료전지 반응에 의한 생성되는 물이 배출이 안되거나 너무 많이 배출되어 물양이 부족할 때 발생하는 가역 열화와 성능 회복이 불가능하며 화학반응을 위해 분산된 촉매의 양이 줄어들거나 수소이온 전해질막의 구멍이 발생하여 수소가 크로스오버되는 경우 발생하는 비가역 열화를 포함한다.

연료전지의 열화 정도를 산출하는 단계(S220)에서는 열화 정도를 나타내는 파라미터로 유효반응면적 데이터(Ac)와 유효촉매량 데이터(Lc)를 도출할 수 있다(S230).

구체적으로, 전극막 함수율, 공기극 압력, 수소극 압력, 냉각수 온도, 스택 전류를 포함하는 상태데이터를 획득하는 단계; 획득한 상태데이터를 전압산출수식에 대입하여 수학적전압모델을 도출하는 단계; 및 연료전지의 전압을 측정하는 단계;를 거쳐, 반응면적 데이터를 변화시킴으로써 수학적전압모델이 측정전압에 근접하도록 하고 수학적전압모델이 측정전압에 근접하는 경우의 반응면적 데이터를 유효반응면적 데이터(Ac)로 도출하거나(S231), 촉매량 데이터를 변화시킴으로써 수학적전압모델이 측정전압에 근접하도록 하고 수학적전압모델이 측정전압에 근접하는 경우의 촉매량 데이터를 유효촉매량 데이터(Ac)로 도출할 수 있다(S232).

전극막의 함수율은 전극막에 어느 정도의 수분이 존재하는지에 관한 것이며, 이는 연료전지의 공기극 출구단의 상대습도를 통해 알 수 있다. 전극막 함수율은 상대습도와 비례관계에 있기 때문에 간단히 상수를 곱하여 얻거나 또는 수식을 미리 메모리하고 그 수식에 상대습도를 입력하여 함수율을 도출하는 것도 가능하다. 공기극 출구단의 상대습도 역시 센서를 달아 계측하는 것도 가능하고, KR 10-1293961 B1와 같은 방식으로 추정하는 것도 가능하다.

또한, 공기극의 압력과 수소극의 압력은 각각에 센서를 달아 계측하는 것이 가능하고 냉각수의 온도 역시 연료전지를 순환하는 냉각수라인에서 온도를 측정하는 것이 가능하다. 또한 스택 전류는 전류센서를 통해 측정할 수 있다.

이와 같이 얻어진 상태데이터를 전압산출수식에 대입하여 수학적전압모델을 도출하는 단계를 수행한다. 전압산출수식은 연료전지에서 출력되는 전압을 다양한 입력값들로 간접적으로 계산하여 얻는 수식을 말한다. 전압산출수식에서는 수학적 전압(V_m)을 아래의 수학식 1과 같이 손실 없는 열역학적 이론전압(E)에서 활성화 손실(V_act), 저항손실(V_ohm), 농도손실(V_con)을 빼서 계산한다. 활성화 손실은 반응을 일으키기 위한 활성화 에너지를 낮추기 위해 발생하는 손실이고, 저항손실은 전해질에서 이온의 이동 저항과 전극, 가스확산층 및 분리판에서 전자의 이동 저항으로 일어나는 손실이다. 농도손실은 전기화학 반응에 의해 전극에서 반응물질이 소모됨에 따라 평균유체의 초기 농도를 유지하는 능력의 부족으로 인한 손실이다.

계측 내지 추정된 상태데이터들을 상기 수식에 대입할 경우 특정 전류밀도(i)에 대한 전압값(V_m)을 얻을 수 있고, 이를 X축을 전류밀도로 하고 Y축을 셀전압으로 하는 그래프의 형태로 만들어 수학적전압모델을 도출하는 것이다.

위 수식에는 몇 가지 변수들이 포함되어 있는데, 바로 반응면적 데이터(Ac), 촉매량 데이터(Lc), 내부전류밀도(i_in)이다. 따라서, 이 중 나머지 변수들은 초기 대입한 값으로 고정하고 하나의 변수만을 다양하게 변화시키며 대입하여 수학적전압모델과 측정전압의 그래프의 형태를 유사하게 만들며, 수학적전압모델과 측정전압의 그래프의 형태가 유사해진 시점에서의 변수값이 바로 우리가 구하고자 하는 변수값이 되는 것이다. 이러한 그래프 피팅(fitting) 방식으로 반응면적 데이터(Ac), 촉매량 데이터(Lc)를 도출한다.

먼저, 반응면적 데이터를 변화시킴으로써 수학적전압모델이 측정전압에 근접하도록 하고, 수학적전압모델이 측정전압에 근접하는 경우의 반응면적 데이터를 도출하는 단계를 수행한다. 반응면적 데이터를 변화시켜 구하는 전압은 최소셀전압을 기준으로 함이 좀 더 정확하다. 즉, 반응면적 데이터를 변화시킴으로써 도출하는 수학적전압모델의 경우 최소셀전압에 대한 수학적전압모델을 구하고, 비교 대상 역시 실제 측정한 최소셀전압을 측정전압으로 정의하여 대비함으로써 유효반응면적 데이터(Ac)를 도출하는 것이다(S231).

촉매량 데이터를 변화시켜 구하는 전압은 평균셀전압을 기준으로 함이 좀 더 정확하다. 즉, 촉매량 데이터를 변화시킴으로써 도출하는 수학적전압모델의 경우 평균셀전압에 대한 수학적전압모델을 구하고, 비교 대상 역시 실제 측정한 평균셀전압을 측정전압으로 정의하여 대비함으로써 유효촉매량 데이터(Lc)를 도출하는 것이다(S232).

구동모터의 최대 구동 전류 값을 산출하는 단계(S280) 이전에 스택의 최대 출력 전류 값을 구할 수 있다(S270). 스택의 최대 출력 전류 값은 산출된 열화 정도에 따른 전압-전류 성능 곡선을 도출하고, 전압-전류 성능 곡선과 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값을 기반으로 스택의 최대 출력 전류 값을 도출할 수 있다(S270). 여기서 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값은 차량의 구동시스템이 정상적인 동력 성능을 확보하기 위한 최소한의 기준 전압으로 설정할 수 있다.

전압-전류 성능 곡선은 실시간 열화 정도에 따라 도출하여 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값을 기반으로 스택의 최대 출력 전류 값을 도출할 수도 있고, 열화 정도를 나타내는 파라미터에 따른 전압-전류 성능 곡선을 메모리(미도시)에 저장해놓고 도출된 열화 파라미터에 따라 스택의 최대 출력 전류 값을 도출할 수도 있다.

일 실시예로 도 1에 따르면, 열화 정도를 나타내는 파라미터로 유효반응면적 데이터(Ac) 및 유효촉매량 데이터(Lc)를 이용하는 경우에는 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값을 기반으로 계산한 최소 셀 전압 값(V_xmin)을 이용하여 유효반응면적 데이터(Ac)에 따른 전류 밀도(j_fc_Ac) 및 유효촉매량 데이터(Lc)에 따른 전류 밀도(j_fc_Lc)를 각각 구할 수 있다(S240). 스택의 전류(I_fc_Ac, I_fc_Lc)는 전류 밀도(j_fc_Ac, j_fc_Lc)에 유효반응면적 데이터(Ac)를 곱하여 구할 수 있다(S240).

구체적으로, 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값을 기반으로 계산한 최소 셀 전압 값(V_xmin)과 유효반응면적 데이터(Ac)를 통해 전류 밀도(j_fc_Ac)를 산출하고(S241), 산출한 전류 밀도(j_fc_Ac)에 유효반응면적 데이터(Ac)을 곱하여 스택의 전류 값(I_fc_Ac)을 도출할 수 있다(S251).

또한, 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값을 기반으로 계산한 최소 셀 전압 값(V_xmin)과 유효촉매량 데이터(Lc)를 통해 전류 밀도(j_fc_Lc)를 산출하고(S242), 산출한 전류 밀도(j_fc_Ac)에 유효반응면적 데이터(Ac)을 곱하여 스택의 전류 값(I_fc_Lc)을 도출할 수 있다(S252). 여기서 유효반응면적 데이터(Ac)는 초기 값으로 설정된 상수를 이용할 수 있다.

스택의 최대 출력 전류 값(I_fc_final)은 유효반응면적 데이터(Ac)와 유효촉매량 데이터(Lc)를 통해 도출한 각각의 스택의 전류 값(I_fc_Ac, I_fc_Lc) 중 작은 값으로 산출할 수 있다(S260). 각각의 스택의 전류 값(I_fc_Ac, I_fc_Lc) 중 작은 값을 스택의 최대 출력 전류 값으로 정하는 것이 더 안정적이고, 스택의 내구성 보호에 유리하기 때문이다.

구동모터의 최대 구동 전류 값을 산출하는 단계(S280)에서는 산출된 열화 정도를 기반으로 스택의 최대 출력 전류 값을 산출하고(S270), 스택의 최대 출력 전류 값을 기반으로 최대 구동 전류 값을 산출할 수 있다.

더 구체적으로, 구동모터의 최대 구동 전류 값은 산출된 스택의 최대 출력 전류 값에 고전압배터리의 최대 방전 전류를 합한 값에서 보기류 소모 전류를 뺀 값을 최대 구동 전류 값으로 산출할 수 있다(S280). 여기서 고전압배터리의 최대 방전 전류는 현재 고전압배터리의 충전량(SOC)에 따라 달라지는 값일 수 있다.

요구 구동 전류 값을 최대 구동 전류 값으로 제한하는 단계(S290)는 운전자의 가속 요구(S100)에 따른 구동모터의 요구 구동 전류 값을 산출(S210)하고, 최대 구동 전류 값과 요구 구동 전류 값을 비교하며, 요구 구동 전류 값이 최대 구동 전류 값을 초과하면 요구 구동 전류 값을 최대 구동 전류 값으로 제한할 수 있다.

구체적으로, 운전자가 악셀 등을 통해 입력한 가속 요구(S100)에 따라 운전자가 요구하는 가속을 위한 토크를 의미하는 토크 기준값 및 그에 따른 구동모터의 요구 구동 전류 값을 산출하고(S210), 산출된 요구 구동 전류 값을 최대 구동 전류 값과 비교한다. 요구 구동 전류 값이 최대 구동 전류 값 이하이면 토크 기준값 및 그에 따른 구동모터의 요구 구동 전류 값을 제한하지 않지만, 요구 구동 전류 값이 최대 구동 전류 값을 초과하면 요구 구동 전류 값을 최대 구동 전류 값으로 제한하고 토크 기준값 또한 제한된 요구 구동 전류 값에 따라 제한한다(S290).

연료전지 제어기(FCU)에서는 구동모터 제어기(MCU)로 토크 지령을 전달한다. 토크 지령은 요구 구동 전류 값이 구동모터의 최대 구동 전류 값 이하인 경우에는 제한되지 않은 토크 기준값을 기반으로 산출하고, 요구 구동 전류 값이 구동모터의 최대 구동 전류 값보다 큰 경우에는 제한된 요구 구동 전류 값에 따라 제한된 토크 기준값을 기반으로 산출한다.

구동모터의 요구 구동 전류 값을 제한하는 단계(S290) 이후에, 연료전지의 출력 전압과 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값과 비교하고(S310), 연료전지의 출력 전압이 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값 이하인 경우에 구동모터의 요구 구동 전류 값에 따른 토크 지령을 감소시키는 단계(S320);를 더 포함할 수 있다.

연료전지의 출력 전압은 연료전지의 출력단에 연결된 메인 버스(Main bus)의 전압을 의미하는 것으로 연료전지의 출력단의 전압을 직접 측정할 수도 있고, 구동모터에 연결된 인버터의 입력 전압을 측정할 수도 있다.

측정된 연료전지의 출력 전압을 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값과 비교하고(S310), 연료전지의 출력 전압이 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값보다 작으면 토크 지령을 감소시킬 수 있다(S320). 여기서 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값은 상기 구동모터의 최대 구동 전류 값을 산출하는 단계에서 이용한 스택의 최소 출력 전압 값과 동일할 수 있다.

연료전지의 출력 전압과 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값 사이의 전압 차이는 스택의 열화 정도 산출 또는 이에 따른 구동모터의 최대 구동 전류 값 산출 등에서 발생한 오차로 인한 것일 수 있다.

따라서, 토크 지령을 감소시킬 때는 연료전지의 출력 전압과 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값 사이의 전압 차이에 따라 선형 보간을 통해 토크 지령을 감소시킬 수 있다(S320). 즉, 연료전지의 출력 전압과 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값 사이의 전압 차이가 클수록 토크 지령을 크게 감소시킬 수 있는 것이다.

또한, 토크 지령은 구동모터의 최대 구동 전류 값을 기반으로 제한된 구동모터의 요구 구동 전류 값에 따라 산출된 것이므로, 구동모터의 최대 구동 전류 값 또한 감소시킬 필요가 있다. 따라서, 토크 지령 감소에 따라 구동 전류 값으로 구동모터의 최대 구동 전류 값을 감소시킬 수 있다(S320).

연료전지 스택의 열화 정도를 반영하여 연료전지 제어기에서 구동모터의 토크 값을 선제적으로 제한하였지만, 스택의 열화 정도 산출 또는 이에 따른 구동모터의 최대 구동 전류 값 산출 등에서 오차가 발생할 수 있다. 연료전지의 스택은 최소 출력 전압 값 이하로 전압이 떨어지는 경우에 지속적으로 고출력을 요구하면 회복할 수 없는 고장이 발생할 수 있기 때문에 스택 보호를 위해 구동모터의 출력을 제한하는 것이다.

구동모터 제어기는 정해진 토크 지령을 반영하여 구동모터를 제어하여 토크를 발생시킬 수 있다(S400).

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량 제어시스템의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 연료전지 차량 제어시스템은 연료전지(10)의 열화 정도를 산출하고, 산출된 열화 정도를 기반으로 구동모터(30)의 최대 구동 전류 값을 산출하며, 운전자의 가속 요구에 따른 구동모터(30)의 요구 구동 전류 값과 최대 구동 전류 값을 비교하여 구동모터(30)의 요구 구동 전류 값이 최대 구동 전류 값을 초과하면 요구 구동 전류 값을 최대 구동 전류 값으로 제한하여 토크 지령을 내리는 연료전지 제어기(20); 및 연료전지 제어기(20)에서 내린 토크 지령에 따라 구동모터(30)를 구동하는 구동모터 제어기(50);를 포함한다.

구동모터 제어기(50)는 연료전지(10)의 출력 전압과 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값과 비교하고, 연료전지(10)의 출력 전압이 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값 이하인 경우에 연료전지 제어기(20)에서 내린 토크 지령을 감소시킬 수 있다.

연료전지(10)의 출력단에 연결된 메인 버스(Main bus)에는 보기류(70), 고전압배터리(60) 및 구동모터(30)가 연결된 인버터(40)가 연결되어 있다. 구동모터(30)의 최대 구동 전류 값은 구동모터(30)에 연결된 인버터(40)에 입력되는 최대 전류 값으로, 연료전지(10) 스택의 최대 출력 전류 값에 고전압배터리(60)의 최대 방전 전류를 합한 값에서 보기류(70) 소모 전류를 뺀 값으로 산출할 수 있다.

본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

S100 : 운전자의 가속요구 입력단계
S200 : 연료전지 제어기(FCU) 제어단계
S300 : 구동모터 제어기(MCU) 제어단계
S400 : 구동모터 구동단계
10 : 연료전지 20 : 연료전지 제어기
30 : 구동모터 40 : 인버터
50 : 구동모터 제어기 60 : 고전압배터리
70 : 보기류

Claims (10)

1. 연료전지의 열화 정도를 산출하는 단계;
   산출된 열화 정도를 기반으로 구동모터의 최대 구동 전류 값을 산출하는 단계; 및
   운전자의 가속 요구에 따른 구동모터의 요구 구동 전류 값을 산출하고, 최대 구동 전류 값과 요구 구동 전류 값을 비교하며, 요구 구동 전류 값이 최대 구동 전류 값을 초과하면 요구 구동 전류 값을 최대 구동 전류 값으로 제한하는 단계;를 포함하고,
   연료전지의 열화 정도를 산출하는 단계는 스택의 유효반응면적 데이터와 유효촉매량 데이터를 도출하며,
   구동모터의 최대 구동 전류 값을 산출하는 단계에서는 산출된 열화 정도를 기반으로 스택의 최대 출력 전류 값을 산출하여 이를 기반으로 최대 구동 전류 값을 산출하고, 도출된 스택의 유효반응면적 데이터와 도출된 유효촉매량 데이터를 기반으로 스택의 최대 출력 전류 값을 산출하며,
   구동모터의 최대 구동 전류 값을 산출하는 단계에서는 도출된 스택의 유효반응면적 데이터를 기반으로 산출한 전류 값과 도출된 스택의 유효촉매량 데이터를 기반으로 산출한 전류 값 중 작은 값을 스택의 최대 출력 전류 값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량 제어방법.
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5. 청구항 1에 있어서,
   구동모터의 최대 구동 전류 값을 산출하는 단계에서는 산출된 열화 정도에 따른 전압-전류 성능 곡선을 도출하고, 전압-전류 성능 곡선과 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값을 기반으로 스택의 최대 출력 전류 값을 도출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량 제어방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   구동모터의 최대 구동 전류 값을 산출하는 단계에서는 산출된 스택의 최대 출력 전류 값에 고전압배터리의 최대 방전 전류를 합한 값에서 보기류 소모 전류를 뺀 값을 최대 구동 전류 값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량 제어방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   구동모터의 요구 구동 전류 값을 제한하는 단계 이후에, 연료전지의 출력 전압과 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값과 비교하고, 연료전지의 출력 전압이 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값 이하인 경우에 구동모터의 요구 구동 전류 값에 따른 토크 지령을 감소시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량 제어방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   구동모터의 요구 구동 전류 값에 따른 토크 지령을 감소시키는 단계에서는 연료전지의 출력 전압이 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값 이하인 경우에 연료전지의 출력 전압과 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값 사이의 전압 차이를 기반으로 구동모터의 최대 구동 전류 값을 감소시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량 제어방법.
9. 연료전지의 열화 정도를 산출하고, 산출된 열화 정도를 기반으로 구동모터의 최대 구동 전류 값을 산출하며, 운전자의 가속 요구에 따른 구동모터의 요구 구동 전류 값과 최대 구동 전류 값을 비교하여 구동모터의 요구 구동 전류 값이 최대 구동 전류 값을 초과하면 요구 구동 전류 값을 최대 구동 전류 값으로 제한하여 토크 지령을 내리는 연료전지 제어기; 및
   연료전지 제어기에서 내린 토크 지령에 따라 구동모터를 구동하는 구동모터 제어기;를 포함하며,
   연료전지 제어기는 스택의 유효반응면적 데이터와 유효촉매량 데이터를 도출하고, 산출된 열화 정도를 기반으로 스택의 최대 출력 전류 값을 산출하여 이를 기반으로 최대 구동 전류 값을 산출하며, 도출된 스택의 유효반응면적 데이터와 도출된 유효촉매량 데이터를 기반으로 스택의 최대 출력 전류 값을 산출하고,
   도출된 스택의 유효반응면적 데이터를 기반으로 산출한 전류 값과 도출된 스택의 유효촉매량 데이터를 기반으로 산출한 전류 값 중 작은 값을 스택의 최대 출력 전류 값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량 제어시스템.
10. 청구항 9에 있어서,
    구동모터 제어기는 연료전지의 출력 전압과 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값과 비교하고, 연료전지의 출력 전압이 기설정된 스택의 최소 출력 전압 값 이하인 경우에 연료전지 제어기에서 내린 토크 지령을 감소시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량 제어시스템.

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