KR102496641B1 - 연료전지 온도 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 온도 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 온도 제어 장치는, 차량 주행 중 운전자 성향을 판단하는 운전자 성향 판단부; 및 외기온도 및 상기 운전자 성향에 따라 연료전지 온도 제어를 위한 온도 제어 인자를 결정하는 온도 제어 인자 결정부;를 포함할 수 있다.

Description

연료전지 온도 제어 장치 및 그 방법{Apparatus for controlling temperature of fuel cell and method thereof}
본 발명은 연료전지 온도 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 운전자 성향 및 발열량 변화율을 활용하여 연료전지의 온도를 제어하는 기술에 관한 것이다.
통상적으로 차량의 연료전지는 과냉 또는 과열 시 차량 시스템의 안전을 위협하므로, 연료전지의 온도를 일정하게 유지하는 것이 중요하다.
이에 종래에는 외기온에 의한 타겟온도를 설정하고 타겟온도에 맞춰 연료 전지의 온도를 제어하였다. 도 1은 일반적인 외기온에 따른 연료 전지 타겟온도 설정 예시를 나타내는 그래프이다. 도 1을 참조하면, 외기온도가 높을수록 연료전지의 타겟 온도를 감소시켜 연료전지의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 한다.
그런데, 외기온 뿐만 아니라 운전자의 성향에 따라 연료전지의 온도가 급변할 수 있다. 도 2는 일반적인 운전자 성향이 다른 운전자간의 요구출력의 비교를 나타내는 그래프이다. 도 2를 참조하면, 운전자의 성향이 방어운전 성향이 낮은(공격 성향)인 경우, 방어운전 성향이 높은(온화 성향) 경우에 비해 요구 출력이 확연히 높음을 알 수 있다.
즉 운전을 과격하게 하는 운전자의 경우 연료전지 온도가 급격히 변화할 수 있는데, 외기온만으로 연료전지 온도를 제어하는 경우, 이러한 운전자 성향에 따른 연료전지의 급격한 변화를 바로 대처하기 어려운 문제점이 있다.
이는 연료전지의 과열 또는 과냉으로 이어져 차량 시스템 손상을 야기하는 문제점이 있었다.
본 발명의 실시예는 외기온 및 운전자 성향 정보를 이용하여 연료전지 온도 제어를 위한 제어인자를 산출하여 적용함으로써 정확한 연료전지 온도 제어가 가능한 연료전지 온도 제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한, 연료전지 발열량 변화율 및 운전자 성향 천이를 고려하여 보상값을 산출하고 연로전지 온도 제어 인자에 보상값을 적용함으로써, 운전자 성향 천이 후에도 단기적으로 발생할 수 있는 과열 및 과냉을 사전에 방지할 수 있는 연료전지 온도 제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 온도 제어 장치는 차량 주행 중 운전자 성향을 판단하는 운전자 성향 판단부; 및 외기온도 및 상기 운전자 성향에 따라 연료전지 온도 제어를 위한 온도 제어 인자를 결정하는 온도 제어 인자 결정부;를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 온도 제어 인자 결정부는, 상기 차량 주행 중 외기온도에 따른 타겟온도, 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 설정하고, 상기 운전자 성향에 따라 상기 외기온도에 의해 설정된 타겟온도, 상기 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 가변하여 운전자 성향 제어인자를 결정할 수 있다.
일실시예에서, 상기 운전자 성향 판단부는, 상기 운전자 성향은 제 1 그룹, 상기 제 1 그룹보다 방어 운전 성향이 낮은 제 2 그룹, 상기 제 2 그룹보다 상기 방어 운전 성향이 낮은 제 3 그룹으로 구분하여 판단할 수 있다.
일실시예에서, 상기 온도 제어 인자 결정부는, 상기 운전자 성향이 상기 제 1 그룹에 속하는 경우, 상기 외기온도에 따라 설정된 타겟온도, 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 상기 운전자 성향 제어인자로 결정할 수 있다.
일실시예에서, 상기 온도 제어 인자 결정부는, 상기 운전자 성향이 상기 제 2 그룹에 속하는 경우, 상기 외기온도에 따라 설정된 타겟온도, 상기 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량을 일정 크기만큼 하향 조정하고, 상기 피드포워드 제어인자의 값을 일정 크기만큼 상향 조정한 값을 운전자 성향 제어인자로 결정할 수 있다.
일실시예에서, 상기 온도 제어 인자 결정부는, 상기 운전자 성향이 상기 제 3 그룹에 속하는 경우, 상기 운전자 성향이 제 1 그룹에 속하는 경우의 타겟온도, 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량보다 일정 크기만큼 하향 조정하고, 상기 제 2 그룹에 속하는 경우의 피드포워드 제어인자의 값보다 일정 크기만큼 상향 조정한 값을 상기 운전자 성향 제어인자로 결정할 수 있다.
일실시예에서, 상기 온도 제어 인자 결정부는, 상기 타겟 온도 가변을 위해 출력제한 기준 온도 마진을 확대하고, 상기 타겟 온도 하한선을 설정하고, 상기 타겟온도 하한선 내에서 상기 타겟 온도를 가변하고, 상기 피드포워드 진입을 위한 발열량 또는 온도 기준의 가변 시, 하한선을 설정하여 상기 하한선 내에서 상기 피드포워드 진입을 위한 발열량 또는 온도 기준을 가변하며, 상기 피드포워드 제어인자의 상한선을 설정하고, 상기 상한선 내에서 상기 피드포워드 제어인자를 가변할 수 있다.
일실시예에서, 상기 온도 제어 인자 결정부는, 상기 운전자 성향이 상기 제 3 그룹에 속하는 경우의 피드포워드 진입 시점을 상기 운전자 성향이 상기 제 2 그룹에 속하는 경우의 피드포워드 진입 시점보다 빠르게 결정하고, 상기 운전자 성향이 상기 제 1 그룹에 속하는 경우 상기 제 2 그룹에 속하는 경우의 피드포워드 진입 시점보다 느리게 결정할 수 있다.
일실시예에서, 상기 운전자 성향 판단부에 의해 판단된 운전자 성향 판단 정보를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 피드포워드 제어인자는, 냉각수 펌프 Rpm 제어, 라디에이터 팬 Rpm 제어, 냉각수 온도 조절 밸브(Ctv)의 개도 제어 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 연료 전지 발열량 변화율을 산출하는 연료 전지 발열량 변화율 산출부; 상기 운전자 성향 천이 케이스를 결정하는 운전자 성향 천이 판단부; 상기 발열량 변화율 및 상기 운전자 성향 천이 케이스에 따라 상기 타겟온도, 상기 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자 각각의 보상값을 산출하는 보상값 산출부; 상기 보상값과 상기 운전자 성향 제어인자를 이용하여 최종 제어인자 결정값을 산출하는 온도 제어 인자 최종 결정부;를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 운전자 성향 천이 케이스는, 방어운전 성향이 낮은 방향 천이, 방어운전 성향이 높은 방향 천이, 성향 유지 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 보상값 산출부는, 상기 방어운전 성향이 낮은 방향 천이 시, 상기 발열량 변화율이 제 1 기준값 이하인 경우 타겟온도, 피드포워드 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량을 상향조정하기 위한 제 1 보상값 및 피드포워드 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브 개도 명령값을 하향조정하기 위한 제 2 보상값을 산출할 수 있다.
일실시예에서, 상기 보상값 산출부는, 상기 방어운전 성향이 높은 방향 천이 시, 상기 발열량 변화율이 상기 제 1 기준값보다 큰 제 2 기준값 이상인 경우 타겟온도, 피드포워드 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량을 하향조정하기 위한 제 3 보상값 및 피드포워드 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브 개도 명령값을 상향 조정하기 위한 제 4 보상값을 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 온도 제어 방법은 차량 주행 중 외기온도에 따른 타겟온도, 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 설정하는 단계; 차량 주행 중의 운전자 성향을 판단하는 단계; 상기 운전자 성향에 따라 상기 외기온도에 의해 설정된 상기 타겟온도, 상기 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 가변하여 운전자 성향 제어인자를 결정하는 단계; 및 발열량 변화율 및 상기 운전자 성향 천이에 따라, 상기 운전자 성향 제어인자에 대한 보상값을 산출하는 단계; 상기 운전자 성향 제어인자와 상기 운전자 성향 제어인자에 대한 보상값을 이용하여 최종 제어인자 결정값을 산출하는 단계; 상기 최종 제어인자 결정값에 따라 연료전지 온도를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 온도 제어 방법은 차량 주행 중 외기온도에 따른 타겟온도, 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 설정하는 단계; 운전자 성향에 따라 상기 외기온도에 의해 설정된 상기 타겟온도, 상기 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 가변하는 단계; 및 상기 가변된 값을 상기 연료전지 온도 제어를 위한 운전자 성향 제어인자로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 운전자 성향은 제 1 그룹, 상기 제 1 그룹보다 방어 운전 성향이 낮은 제 2 그룹, 상기 제 2 그룹보다 상기 방어 운전 성향이 낮은 제 3 그룹으로 구분할 수 있다.
일실시예에서, 상기 운전자 성향에 따라 상기 타겟온도, 상기 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 가변하는 단계는, 상기 운전자 성향이 상기 제 1 그룹에 속하는 경우, 상기 외기온도에 따라 설정된 타겟온도, 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 상기 운전자 성향 제어인자로 결정할 수 있다.
일실시예에서, 상기 운전자 성향에 따라 상기 타겟온도, 상기 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 가변하는 단계는, 상기 운전자 성향이 상기 제 2 그룹에 속하는 경우, 상기 외기온도에 따라 설정된 타겟온도, 상기 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량을 일정 크기만큼 하향 조정하고, 상기 피드포워드 제어인자의 값을 일정 크기만큼 상향 조정한 값을 운전자 성향 제어인자로 결정할 수 있다.
일실시예에서, 상기 운전자 성향에 따라 상기 타겟온도, 상기 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 가변하는 단계는, 상기 운전자 성향이 상기 제 3 그룹에 속하는 경우, 상기 운전자 성향이 상기 제 2 그룹인 경우의 타겟온도, 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량보다 일정 크기만큼 하향 조정하고, 상기 제 2 그룹인 경우의 피드포워드 제어인자의 값보다 일정 크기만큼 상향 조정한 값을 상기 운전자 성향 제어인자로 결정할 수 있다.
일실시예에서, 상기 피드포워드 제어인자는, 펌프 Rpm, 라디에이터 팬 Rpm, 냉각수 온도 조절 밸브(Ctv)의 개도 명령값 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 운전자 성향에 따라 상기 타겟온도, 상기 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 가변하는 단계는, 상기 피드포워드 제어인자의 상한선을 설정하고, 상기 상한선 내에서 상기 피드포워드 제어인자를 가변하고, 상기 타겟 온도 가변을 위해 출력제한 기준 온도 마진을 확대하고, 상기 타겟 온도 하한선을 설정하고, 상기 타겟온도 하한선 내에서 상기 타겟 온도를 가변할 수 있다.
일실시예에서, 상기 운전자 성향에 따라 상기 타겟온도, 상기 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 가변하는 단계는,상기 운전자 성향이 상기 제 3 그룹인 경우의 피드포워드 진입 시점을 상기 운전자 성향이 상기 제 2 그룹에 속하는 경우의 피드포워드 진입 시점보다 빠르게 결정하고, 상기 운전자 성향이 상기 제 1 그룹에 속하는 경우 상기 제 2 그룹에 속하는 경우의 피드포워드 진입 시점보다 느리게 결정할 수 있다.
일실시예에서, 상기 운전자 성향에 따라 가변된 상기 타겟온도, 상기 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자에 따라 연료 전지 온도를 제어하는 단계; 및 상기 주행 중 운전자 성향을 판단하고, 상기 운전자 성향을 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 연료 전지 발열량 변화율을 산출하는 단계; 상기 운전자 성향 천이 케이스를 결정하는 단계; 상기 발열량 변화율 및 상기 운전자 성향 천이 케이스에 따라 상기 타겟온도, 상기 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자 각각의 보상값을 산출하는 단계; 및 상기 보상값과 상기 운전자 성향 제어인자를 이용하여 최종 제어인자 결정값을 산출하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 각각의 보상값을 산출하는 단계는, 상기 운전자 성향이 방어운전 성향이 낮은 방향으로 천이한 경우, 상기 발열량 변화율이 제 1 기준값 이하인 경우 타겟온도, 피드포워드 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량을 상향조정하기 위한 제 1 보상값 및 피드포워드 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브 개도 명령값을 하향조정하기 위한 제 2 보상값을 산출하고, 상기 각각의 보상값을 산출하는 단계는, 상기 운전자 성향이 방어운전 성향이 높은 방향으로 천이한 경우, 상기 발열량 변화율이 상기 제 1 기준값보다 큰 제 2 기준값 이상인 경우 타겟온도, 피드포워드 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량을 하향조정하기 위한 제 3 보상값 및 피드포워드 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브 개도 명령값을 상향 조정하기 위한 제 4 보상값을 산출할 수 있다.
본 기술은 운전자 성향에 따라 가변하는 연료전지 온도 변화에 능동적으로 대처하여 연료전지의 과냉 또는 과열을 방지함으로써 차량 시스템 손상을 최소화할 수 있다.
또한, 본 기술은 운전자 성향의 천이까지 고려하여 연료전지 온도 제어 인자를 결정함으로써 더욱 정확한 연료전지 온도 제어를 수행함으로써 차량 시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 외기온에 따른 연료 전지 타겟온도 설정 예시를 나타내는 그래프이다.
도 2는 일반적인 운전자 성향이 다른 운전자간의 요구출력의 비교를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 온도 제어 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향에 따른 타겟 온도 가변을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향에 따른 피드포워드(feedforward) 진입 온도 또는 발열량 기준 가변을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향에 따른 피드포워드 제어시 Rpm, Ctv 개도 명령을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향에 따른 연료 전지 온도를 제어한 경우와 종래의 온도 제어 결과의 비교 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향이 방어운전 성향이 낮은 방향으로 천이된 경우 타겟온도, 피드 포워드 제어진입 온도, 발열량 기준 보상값을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향이 방어운전 성향이 낮은 방향으로 천이된 경우 피드포워드 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브 개도 보상값을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향이 방어운전 성향이 높은 방향으로 천이된 경우, 타겟온도, 피드 포워드 제어진입 온도, 발열량 기준 보상값을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향이 방어 운전 성향이 높은 방향으로 천이된 경우, 피드포워드 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브 개도 보상값을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향 유지 시, 타겟온도, 피드 포워드 제어진입 온도, 발열량 기준 보상값을 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향 유지 시 피드포워드 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브 개도 보상값을 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 보상값 적용을 통한 노말성향의 타겟 온도 변화 실시예를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향에 따른 연료전지 온도 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향 천이에 따른 연료전지 온도 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 온도 제어 방법을 적용한 컴퓨터 시스템의 구성도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도 3 내지 도 17을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서는 외기온 뿐만 아니라 운전자 성향 정보를 이용하여 연료전지 온도제어를 위한 타겟 온도를 가변시키고 피드포워드(Feedforward) 제어 진입 조건을 가변적으로 적용시켜 운전자에 의한 요구 출력에 의해 발생되는 급격한 온도 변화에 의한 차량 시스템 손상을 완화시키고 온도 마진을 확대시켜 가속성능을 개선하고 아울러 스택 연료 전지의 과냉 또는 과열을 방지하고자 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 온도 제어 장치의 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 온도 제어 장치(100)는 운전자 성향 판단부(110), 저장부(120), 온도 제어 인자 결정부(130), 연료전지 발열량 변화율 산출부(140), 운전자 성향 천이 판단부(150), 보상값 산출부(160), 온도 제어 인자 최종 결정부(170), 및 온도 제어부(180)를 포함한다.
운전자 성향 판단부(110)는 차량 주행 중 운전자 성향을 판단한다. 이때, 운전자 성향 판단부(110)는 운전자의 방어운전 성향에 따라 제 1 그룹(온화 성향), 제 2 그룹(노말 성향), 제 3 그룹(공격 성향)으로 판단한다. 이때, 제 1 그룹은 제 2 그룹보다 방어운전 성향이 높고, 제 2 그룹은 제 3 그룹보다 방어운전 성향이 높다. 이때 방어운전 성향의 정도는 가속도 평균값과 감속도 평균값을 이용한 가감속의 변화, 액셀 페달과 브레이크 페달의 사용 경향, 급가속 등을 이용하여 판단될 수 있다. 예를 들어, 가감속이 급격히 변하는 정도가 클수록, 액셀 페달과 브레이크 페달을 밟는 횟수가 클수록, 급가속 횟수가 클수록 방어운전 성향이 낮은 제 3 그룹으로 판단한다. 즉, 방어운전 성향이 낮다는 의미는 공격성향이 높다는 의미와 동일하다.
편의상 본 발명에서는 운전자 성향을 방어운전 성향의 정도에 따라 낮은 순으로 온화 성향, 노말 성향, 공격 성향으로 구분하여 예를 들어 설명하기로 한다. 그러나 운전자 성향이 온화 성향, 노말 성향, 공격성향으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 운전자 성향 판단부(110)는 이외에 운전자 성향을 판단하는 통상의 모든 기술을 적용하여 운전자 성향을 판단할 수 있다.
저장부(120)는 운전자 성향 판단부(110)에 의해 판단된 운전자 성향 판단 정보를 저장한다.
온도 제어 인자 결정부(130)는 차량 주행 중 외기온도에 따른 타겟온도, 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 피드포워드 제어인자를 설정하고, 운전자 성향에 따라 타겟온도, 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 피드포워드 제어인자를 가변하여 운전자 성향 제어인자를 결정한다. 이때, 피드포워드 제어인자는, 냉각수 펌프 Rpm, 라디에이터 팬 Rpm 제어, 냉각수 온도 조절 밸브(Ctv; Coolant Temperature Control Valve)의 개도 제어 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 피드 포워드란 앞으로의 징후를 계산에 의해 예측하고 그 정보에 기준하여 제어를 행하는 방식을 의미하며, 본 발며에서는 사용 출력에 의한 발열량이 일정 레벨 이상이고 냉각수 온도가 일정 수준 이상인 경우 미리 미리 정한 온도 제어인자를 이용하여 냉각수 펌프 Rpm, 라디에이터 팬 Rpm 제어, 냉각수 온도 조절 밸브를 제어함으로써 선행적으로 냉각 성능을 올려주는 제어 방식이다 이러한 피드포워드 제어는 사용자에 의한 급격한 출력 증대에 따른 과도한 온도 상승을 막고, 타겟 온도 추종 성능을 높일 수 있다.
온도 제어 인자 결정부(130)는 운전자 성향이 방어운전 성향이 높은 제 1 그룹(온화(mild) 성향)인 경우, 외기온도에 따라 설정된 타겟온도, 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 피드포워드 제어인자를 운전자 성향 제어인자로 결정한다.
또한, 온도 제어 인자 결정부(130)는 운전자 성향이 방어운전 성향이 중간인 제 2 그룹(노말(normal) 성향)인 경우, 외기온도에 따라 설정된 타겟온도, 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량을 일정 크기만큼 하향 조정하고, 피드포워드 제어인자의 값을 일정 크기만큼 상향 조정한 값을 운전자 성향 제어인자로 결정한다.
또한, 온도 제어 인자 결정부(130)는 운전자 성향이 방어 운전 성향이 낮은 제 3 그룹(공격성향)인 경우, 운전자 성향이 방어 운전 성향이 제 3 그룹보다 낮고 제 1 그룹보다 높은 제 2 그룹(노말 성향)인 경우의 타겟온도, 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량보다 일정 크기만큼 하향 조정하고, 노말 성향인 경우의 피드포워드 제어인자의 값보다 일정 크기만큼 상향 조정한 값을 상기 운전자 성향 제어인자로 결정한다.
이때, 운전자 성향은 제 1 그룹(온화 성향), 제 2 그룹(노말 성향), 제 3 그룹(공격성향) 순으로 차량 주행 시 요구 출력이 높은 것으로 가정한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향에 따른 타겟 온도 가변을 나타내는 그래프이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향에 따른 피드포워드(feedforward) 진입 온도 또는 발열량 기준 가변을 나타내는 그래프이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향에 따른 피드포워드 제어시 Rpm, Ctv 개도 명령을 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 온도 제어 인자 결정부(130)는 타겟 온도 가변을 위해 출력제한 기준 온도 마진을 확대하고, 타겟 온도 하한선을 설정하고, 타겟온도 하한선 내에서 타겟 온도를 가변한다. 이처럼 하한선을 설정함으로써 제 3 그룹(공격성향) 운전자가 급격한 요구 출력 후 출력의 요구가 없어질 때 발생할 수 있는 과냉 또는 과열을 방지할 수 있다. 도 4를 참조하면, 제 3 그룹(공격 성향), 제 2 그룹(노말 성향), 제 1 그룹(온화 성향) 순으로 타겟 온도가 낮게 설정됨을 알 수 있다.
도 5를 참조하면, 온도 제어 인자 결정부(130)는 피드포워드 진입을 위한 발열량 또는 온도 기준의 가변 시, 하한선을 설정하여 하한선 내에서 피드포워드 진입을 위한 발열량 또는 온도 기준을 가변한다. 도 5를 참조하면 제 3 그룹(공격 성향), 제 2 그룹(노말 성향), 제 3 그룹(온화 성향) 순으로 피드포워드 진입을 위한 발열량 또는 온도 기준이 낮게 설정됨을 알 수 있다.
즉, 온도 제어 인자 결정부(130)는 운전자 성향이 제 3 그룹(공격 성향)인 경우의 피드포워드 진입 시점을 운전자 성향이 제 2 그룹(노말 성향)인 경우의 피드포워드 진입 시점보다 빠르게 결정하고, 운전자 성향이 제 1 그룹(온화 성향)인 경우 제 2 그룹(노말 성향)인 경우의 피드포워드 진입 시점보다 느리게 결정한다. 이처럼 공격 성향의 경우 피드포워드 진입을 빨리 하여 연료전지 온도 제어를 빨리 수행함으로써 과열 또는 과냉을 최소화할 수 있다.
도 6을 참조하면, 피드포워드 제어시 제어인자(냉각수 펌프 Rpm, 라디에이터 팬 Rpm 제어, 냉각수 온도 조절 밸브 제어인자)를 운전자 성향에 따라 가변하며, 제 3 그룹(공격 성향), 제 2 그룹(노말 성향), 제 3 그룹(온화 성향) 순으로 제어인자 가변크기가 높아짐을 알 수 있다. 이때, 온도 제어 인자 결정부(130)는 피드포워드 제어인자의 상한선을 설정하고, 상한선 내에서 피드포워드 제어인자를 가변하도록 함으로써 과냉 및 범람(floodidng)을 방지할 수 있다.
즉, 온도 제어 인자 결정부(130)는 제 3 그룹(공격 성향)의 운전자일수록 급격한 요구 출력이 예상되므로 냉각 성능을 조기에 확보하기 위해 제어인자 크기를 상향시켜준다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향에 따른 연료 전지 온도를 제어한 경우와 종래의 온도 제어 결과의 비교 그래프이다. 도 7을 참조하면, 사용자의 급격한 요구 추력에 의한 온도 변화에 대해 종래 기술에 비해 과열에 의한 손상을 최소화하고 효율적인 연료전지 온도 제어가 가능함을 알 수 있다. 이는 본 발명의 선행적인 타겟 온도 마진 확보 및 적극적인 피드포워드 제어 방식을 통해 가능하다.
연료전지 발열량 변화율 산출부(140)는 연료 전지 발열량 변화율을 산출한다.
운전자 성향 천이 판단부(150)는 운전자 성향 천이 케이스를 결정한다.
장기적 관점으로 운전자 성향이 온화 성향으로 판단되어 연료전지 타겟 온도를 높게 설정하였으나 실제로는 단기적으로 급격한 출력을 요구하는 제 2 그룹(노말 성향)이나 제 3 그룹(공격 성향) 운전 상황이 발생할 수 있다. 이러한 경우 제 2 그룹(노말 성향)이나 제 3 그룹(공격 성향)에 맞게 운전상황 제어인자가 설정되어 과냉 상황이 발생할 수 있게 된다. 반대로, 장기적 관점으로 운전자 성향이 제 3 그룹(공격 성향)으로 판단되나 단기적으로 운전자가 제 1 그룹(온화성향)으로 운전하게 되면 제 1그룹(온화성향)에 맞게 운전상황 제어인자가 설정되어 과열 상황이 발생할 수 있다. 이에 장기적 관점의 운전자 성향 판단 뿐만 아니라 단기적 운전자 성향의 판단 즉 운전자 성향 천이를 판단하여 그에 맞게 보상 제어가 필요하다.
이때, 운전자 성향 천이는 방어운전 성향이 낮은 방향 천이(온화성향->노말성향, 온화성향->공격성향, 노말성향->공격성향), 방어운전 성향이 높은 방향 천이(공격성향->노말성향, 공격성향->온화성향, 노말성향->온화 성향), 성향 유지(공격성향->공격성향, 노말 성향->노말 성향, 온화 성향->온화 성향)을 포함할 수 있다.
보상값 산출부(160)는 발열량 변화율 및 운전자 성향 천이 케이스에 따라 타겟온도, 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 피드포워드 제어인자 각각의 보상값을 산출한다.
연료전지 차량에서 주행을 위한 모터의 구동을 포함하여 보기류, 공조 등으로 요구 출력이 발생하지만, 직접적으로 연료전지의 온도를 좌우하는 인자는 발열량 인자이다. 따라서 보상값 산출부(160)는 발열량 변화율을 이용하여 연료전지 요구 출력을 예상하여 보상값을 산출할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향이 방어운전 성향이 낮은 방향으로 천이된 경우 타겟온도, 피드 포워드 제어진입 온도, 발열량 기준 보상값을 나타내는 그래프이다. 도 8을 참조하면, 방어운전 성향이 낮은 방향 천이(온화성향->노말성향, 온화성향->공격성향, 노말성향->공격성향) 시 발열량 변화율이 제 1 기준값 H_l이하인 경우 타겟온도, 피드포워드 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량에 대한 보상값 L_u를 산출할 수 있다. 즉, 제 3 그룹(공격성향)의 제어인자가 설정되어 있는 상태에서 발열량 변화율이 마이너스값인 경우 현재 주행 상황은 운전자 성향이 제 1 그룹(온화 성향)인 것으로 판단하여 제 1 그룹(온화성향)의 제어인자값을 보상값 L_u으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 제 1 그룹(온화성향)의 타겟온도가 60도로 설정되고, 제 2 그룹(노말성향)의 타겟온도가 58도로 설정되는 경우, 현재 제 2 그룹(노말성향)의 타겟온도로 설정되어 있는 상태에서 발열량 변화율이 제 1 기준값 H_l이하인 경우 제 2 그룹(노말성향) 의 타겟온도와 제 1 그룹(온화 성향)의 타겟온도의 차이인 2도가 보상값 L_u가 될 수 있다. 다만, 보상값 L_u는 이전 운전자 성향(예, 온화 성향)의 타겟온도(예, 60도)를 넘지 않도록 한다. 이때, 제 1 기준값 H_l은 0보다 작은 값일 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향이 방어운전 성향이 낮은 방향으로 천이된 경우 피드포워드 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브 개도 보상값을 나타내는 그래프이다. 도 9를 참조하면 발열량 변화율이 제 1 기준값 H_l이하인 경우 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브 명령값에 대한 보상값 L_d을 산출한다. 이때 보상값 L_d는 운전자 성향 제어인자의 하향 조정을 위해 마이너스값으로 산출될 수 있다.
도 8 및 도 9의 예는, 제 1 그룹(온화성향)으로 제어인자가 설정되어 주행하다 제 2 그룹(노말성향)으로 제어인자가 설정 변경된 경우로서, 제 2 그룹(노말성향)의 제어인자로 제어중이나 발열량 변화율을 통해 실제로는 이전 성향인 제 1 그룹(온화 성향으로 주행중인 것으로 판단되는 경우에 이전 성향인 제 1 그룹(온화 성향)의 제어인자의 값에 가깝게 보상되도록 보상값을 산출하여 적용하는 예에 해당한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향이 방어운전 성향이 높은 방향으로 천이된 경우, 타겟온도, 피드 포워드 제어진입 온도, 발열량 기준 보상값을 나타내는 그래프이다. 도 10을 참조하면, 방어운전 성향이 높은 방향 천이(공격성향->노말성향, 공격성향->온화성향, 노말성향->온화 성향) 시 온화 성향으로 제어인자 설정 후 발열량 변화율이 제 2 기준값 H_h이상인 경우 공격 성향의 운전중인 것으로 판단하여, 타겟온도, 피드포워드 제어진입 온도, 발열량을 하향조정하기 위해 타겟온도, 피드포워드 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량에 대해 마이너스값인 보상값 L_d를 산출한다. 이때, 제 2 기준값 H_h은 0보다 큰 값일 수 있으며 제 1 기준값 H_l보다 큰 값일 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향이 방어운전 성향이 높은 방향으로 천이된 경우, 피드포워드 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브 개도 보상값을 나타내는 그래프이다. 도 11을 참조하면 제 1 그룹(온화 성향)으로 제어인자 설정 후 발열량 변화율이 제 2 기준값 H_h이상인 경우 제 3 그룹(공격 성향)의 운전중인 것으로 판단하여, 피드포워드 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브 개도 명령값을 상향 조정하기 위해 보상값 L_u를 산출한다.
도 10 및 도 11의 예는, 제 3 그룹(공격성향)으로 제어인자가 설정되어 주행하다 제 1 그룹(온화성향)으로 제어인자가 설정 변경된 경우로서, 현재 제 1 그룹(온화성향)의 제어인자로 제어중이나 발열량 변화율을 통해 실제로는 이전 성향인 제 3 그룹(공격 성향)으로 주행중인 것으로 판단되는 경우에 이전 성향인 제 3 그룹(공격 성향)의제어인자의 값에 가깝게 보상되도록 보상값을 산출하여 적용하는 예에 해당한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향 유지 시, 타겟온도, 피드 포워드 제어진입 온도, 발열량 기준 보상값을 나타내는 그래프이고, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향 유지 시 피드포워드 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브 개도 보상값을 나타내는 그래프이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 발열량 변화율이 제 1 기준값 H_l이상이고 제 2 기준값 H_h이하인 경우, 유지된 운전자 성향에 의해 제 1 기준값 H_l과 제 2 기준값 H_h 사이의 보상값으로 결정한다.
온도 제어 인자 최종 결정부(170)는 보상값 산출부(160)를 통해 산출된 보상값과 운전자 성향 제어인자를 합하여 아래 수학식 1과 같이 최종 제어인자 결정값을 산출한다.
Figure 112016123957211-pat00001
온도 제어부(180)는 외기온, 운전자 성향, 운전자 성향 천이에 의해서 결정되는 연료전지 타겟 온도를 기반으로 냉각수온도 조절밸브(Ctv) 개도를 제어하고, 냉각수 펌프(Pmp) 및 라디에이터 팬(Fan) Rpm 제어를 시행한다.
또한, 온도 제어부(180)는 피드포워드 제어를 시행하여 사용자에 의한 급격한 출력 증대에 따른 과도한 온도 상승을 막고, 타겟 온도 추종 성능을 높일 수 있다. 즉, 사용 출력에 의한 발열량이 일정 레벨 이상이고 냉각수 온도가 일정 레벨 이상일 시에는 미리 정해놓은 냉각수 펌프(Pmp) Rpm 및 라디에이터 팬(Fan) Rpm, 그리고 냉각수온도 조절밸브(Ctv) 개도를 적용시켜 선행적으로 냉각성능을 올려준다.
즉, 온도 제어부(180)는 외기온 및 운전자 성향에 의해서 결정되는 타겟온도, 피드포워드 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 피드포워드 제어인자의 가변된 운전자 성향 제어인자와 보상값에 의한 최종 제어인자에 따라 연료 전지의 온도를 제어한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 보상값 적용을 통한 제 2 그룹(노말성향)의 타겟 온도 변화 실시예를 나타내는 그래프이다. 도 14를 참조하면, 운전자 성향에 의한 연료전지 온도제어 방법과 단기적인 발열량 변화율에 따른 보상제어를 함께 적용했을 때의 타겟 온도 결정 실시예(Mild->Normal)를 보여준다. 즉, 제 2 그룹(노말성향)으로 천이 후에도 보상 로직에 의해 타겟 온도가 가변 적용됨을 알 수 있다.
이하, 도 15를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향에 따른 연료전지 온도 제어 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 연료전지 차량이 시동을 하고(S101), 차량 주행을 시작하면(S102), 연료전지 온도 제어 장치(100)는 외기온도를 측정한다(S103).
이후 연료전지 온도 제어 장치(100)는 외기온도에 따른 타겟 온도(Tt)를 설정한다(S104).
이어, 연료전지 온도 제어 장치(100)는 외기온에 따른 피드포워드 진입 발열량(H) 및 온도 기준(Tf)을 설정한다(S105).
그 후 연료전지 온도 제어 장치(100)는 외기온에 따른 피드포워드 펌프(Pmp) Rpm 제어(Rp), 팬(Fan) Rpm 제어(Rf), 밸브(Ctv) 개도 명령값(C)을 설정한다(S106).
이어서 연료전지 온도 제어 장치(100)는 운전자 성향을 판단하고(S107), 현재 운전자 성향을 설정한다(S108). 한편, 운전자 성향 판단을 하지 않은 경우 이전 주행 시 미리 저장한 운전자 성향 정보로 설정한다(S109). 이때, 운전자 성향 판단 및 설정은 상기 과정 S106 이후로 한정되는 것이 아니고 상기 과정 S102의 차량 주행 중 언제든지 실행할 수 있다.
그 후 연료전지 온도 제어 장치(100)는 운전자 성향이 제 1 그룹(온화 성향)이면(S110), 외기온에 따른 타겟온도(Tt), 외기온에 따른 피드포워드 진입 발열량(H) 및 온도 기준(Tf), 외기온에 따른 피드포워드 펌프(Pmp) Rpm 제어(Rp), 팬(Fan) Rpm 제어(Rf), 밸브(Ctv) 개도 명령값(C)을 유지한다(S111, S112, S113).
그 후 연료전지 온도 제어 장치(100)는 운전자 성향이 제 2 그룹(노말성향)인 경우(S114), 타겟온도를 a1만큼 하향가변하고 max(Tt - a1, a_L)(S115), 피드포워드 발열량은 b1만큼, 온도기준은 c1만큼 하향 가변하며 max(H - b1, b_L), max(Tf - c1, c_L)(S116), 피드포워드 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브(Ctv)개도 명령값을 각각 상향 가변한다 max(Rp + d1, d_L), max(Rf - e1, e_L), max(C + f1, f_L)(S117).
한편, 연료전지 온도 제어 장치(100)는 운전자 성향이 제 3 그룹(공격성향)인 경우(S118), 타겟온도를 a2만큼 하향가변하고 max(Tt - a2, a_L)(S119), 피드포워드 발열량은 b2만큼, 온도기준은 c2만큼 하향 가변하며 max(H - b2, b_L), max(Tf - c2, c_L)(S120), 피드포워드 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브(Ctv)개도 명령값을 각각 상향 가변한다 max(Rp + d2, d_L), max(Rf - e2, e_L), max(C + f2, f_L)(S121).
여기서, Tt, H, Tf, Rp, Rf, C: 운전성향이 Mild일때의 타겟 온도, FF 진입 발열량, 온도 기준, FF 제어시 펌프, Fan Rpm, Ctv 개도값을 각각 의미하고, a1, a2, b1, b2, c1, c2, d1, d2, e1, e2, f1, f2 : 운전 성향에 따른 타겟 온도, FF 진입 발열량, 온도 기준, FF 제어시 펌프, Fan Rpm, Ctv 개도값 가변치를 각각 의미하며, a_L, b_L, c_L, d_L, e_L, f_L : 위 가변치에 대한 상/하한값을 의미한다. 또한, 0<a1, b1, c1, d1, e1, f1<a2, b2, c2, d2, e2, f2 이 된다.
이어서 연료전지 온도 제어 장치(100)는 운전자 성향별로 결정된 타겟온도, 피드포워드 진입 발열량, 진입 온도기준, 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브 개도명령값을 이용하여 연료 전지 온도 제어를 수행한다(S122).
그 후 연료전지 온도 제어 장치(100)는 차량 운전을 계속 하고(S123), 시동이 오프되면 운전자 성향 정보를 저장한다(S124).
이하, 도 16을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 운전자 성향 천이에 따른 연료전지 온도 제어 방법을 설명하기로 한다.
연료전지 온도 제어 장치(100)는 연료 전지 발열량을 계산한다(S201)
그 후, 연료전지 온도 제어 장치(100)는 운전자 성향 천이 케이스를 결정한다(S202).
이어, 연료전지 온도 제어 장치(100)는 방어운전 성향이 낮은 방향 천이 케이스의 경우(S203), 발열량 변화율이 H_I 이하시 타겟온도, 피드포워드 제어인자 보상값을 산출한다(S204).
이어, 연료전지 온도 제어 장치(100)는 방어운전 성향이 높은 방향 천이 케이스의 경우(S205), 발열량 변화율이 H_I 이상시 타겟온도, 피드포워드 제어인자 보상값을 산출한다(S206).
이어, 연료전지 온도 제어 장치(100)는 성향유지 케이스의 경우(S207), 발열량 변화율이 H_I 이하시 타겟온도, 피드포워드 제어인자 보상값을 산출한다(S208).
그 후, 연료전지 온도 제어 장치(100)는 운전자 성향에 따른 제어인자와 운전자 성향 천이에 따른 보상값을 합하여 최종 제어인자를 결정한다(S209).
이어, 연료전지 온도 제어 장치(100)는 차량 주행을 계속하고(S210), 시동 오프 시 운전자 성향을 저장한다(S211)
이와 같이, 본 발명은 외기온 뿐만 아니라 운전자 성향, 운전자 성향 천이를 고려하여 연료전지 온도 제어를 수행함으로써 연료전지의 과냉 또는 과열에 의한 차량 시스템 손상을 방지할 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 온도 제어 방법을 적용한 컴퓨터 시스템의 구성도이다.
도 17을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다.
예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
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 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 연료전지 온도 제어 장치
110 : 운전자 성향 판단부
120 : 저장부
130 : 온도 제어 인자 결정부
140 : 연료전지 발열량 변화율 산출부
150 : 운전자 성향 천이 판단부
160 : 보상값 산출부
170 : 온도 제어 인자 최종 결정부
180 : 온도 제어부

Claims (26)

  1. 차량 주행 중 운전자 성향을 판단하는 운전자 성향 판단부;
    외기온도 및 상기 운전자 성향에 따라 연료전지 온도 제어를 위한 온도 제어 인자를 결정하고, 상기 차량 주행 중 외기온도에 따른 타겟온도, 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 설정하고, 상기 운전자 성향에 따라 상기 외기온도에 의해 설정된 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 가변하여 운전자 성향 제어인자를 결정하는 온도 제어 인자 결정부;
    연료 전지 발열량 변화율을 산출하는 연료 전지 발열량 변화율 산출부;
    상기 운전자 성향 천이 케이스를 결정하는 운전자 성향 천이 판단부;
    상기 발열량 변화율 및 상기 운전자 성향 천이 케이스에 따라 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자 각각의 보상값을 산출하는 보상값 산출부; 및
    상기 보상값과 상기 운전자 성향 제어인자를 이용하여 최종 제어인자 결정값을 산출하는 온도 제어 인자 최종 결정부;
    를 포함하는 연료전지 온도 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 운전자 성향 판단부는,
    상기 운전자 성향은 제 1 그룹, 상기 제 1 그룹보다 방어 운전 성향이 낮은 제 2 그룹, 상기 제 2 그룹보다 상기 방어 운전 성향이 낮은 제 3 그룹으로 구분하여 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도 제어 인자 결정부는,
    상기 운전자 성향이 상기 제 1 그룹에 속하는 경우,
    상기 외기온도에 따라 설정된 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 상기 운전자 성향 제어인자로 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 온도 제어 인자 결정부는,
    상기 운전자 성향이 상기 제 2 그룹에 속하는 경우,
    상기 외기온도에 따라 설정된 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량 각각을 미리 설정된 각각의 제1 내지 3 가변치들 만큼 하향 조정하고, 상기 피드포워드 제어인자의 값을 미리 설정된 제4 가변치 만큼 상향 조정한 값을 운전자 성향 제어인자로 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 온도 제어 인자 결정부는,
    상기 운전자 성향이 상기 제 3 그룹에 속하는 경우,
    상기 외기온도에 따라 설정된 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자 각각을 상기 운전자 성향이 제 1 그룹에 속하는 경우의 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량 각각보다 미리 설정된 각각의 제5 내지 7 가변치들 만큼 하향 조정하고, 상기 제 1 그룹에 속하는 경우의 상기 피드포워드 제어인자의 값보다 미리 설정된 제8 가변치 만큼 상향 조정한 값을 상기 운전자 성향 제어인자로 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도 제어 인자 결정부는,
    상기 타겟 온도 가변을 위해 출력제한 기준 온도 마진을 확대하고, 상기 타겟 온도 하한선을 설정하고, 상기 타겟온도 하한선 내에서 상기 타겟 온도를 가변하고,
    상기 피드포워드 진입을 위한 발열량 또는 온도 기준의 가변 시, 하한선을 설정하여 상기 하한선 내에서 상기 피드포워드 진입을 위한 발열량 또는 온도 기준을 가변하며,
    상기 피드포워드 제어인자의 상한선을 설정하고, 상기 상한선 내에서 상기 피드포워드 제어인자를 가변하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 장치.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 온도 제어 인자 결정부는,
    상기 운전자 성향이 상기 제 3 그룹에 속하는 경우의 피드포워드 진입 시점을 상기 운전자 성향이 상기 제 2 그룹에 속하는 경우의 피드포워드 진입 시점보다 빠르게 결정하고, 상기 운전자 성향이 상기 제 1 그룹에 속하는 경우 상기 제 2 그룹에 속하는 경우의 피드포워드 진입 시점보다 느리게 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 운전자 성향 판단부에 의해 판단된 운전자 성향 판단 정보를 저장하는 저장부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 피드포워드 제어인자는,
    냉각수 펌프 Rpm 제어, 라디에이터 팬 Rpm 제어, 냉각수 온도 조절 밸브(Ctv)의 개도 제어 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 장치.
  11. 삭제
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 운전자 성향 천이 케이스는,
    방어운전 성향이 낮은 방향 천이, 방어운전 성향이 높은 방향 천이, 성향 유지 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 보상값 산출부는,
    상기 방어운전 성향이 낮은 방향 천이 시,
    상기 발열량 변화율이 제 1 기준값 이하인 경우 타겟온도, 피드포워드 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량을 상향조정하기 위한 제 1 보상값 및 피드포워드 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브 개도 명령값을 하향조정하기 위한 제 2 보상값을 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 보상값 산출부는,
    상기 방어운전 성향이 높은 방향 천이 시,
    상기 발열량 변화율이 상기 제 1 기준값보다 큰 제 2 기준값 이상인 경우
    타겟온도, 피드포워드 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량을 하향조정하기 위한 제 3 보상값 및 피드포워드 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브 개도 명령값을 상향 조정하기 위한 제 4 보상값을 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 장치.
  15. 차량 주행 중 외기온도에 따른 타겟온도, 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 설정하는 단계;
    차량 주행 중의 운전자 성향을 판단하는 단계;
    상기 운전자 성향에 따라 상기 외기온도에 의해 설정된 상기 타겟온도, 상기 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 가변하여 운전자 성향 제어인자를 결정하는 단계; 및
    발열량 변화율 및 상기 운전자 성향 천이에 따라, 상기 운전자 성향 제어인자에 대한 보상값을 산출하는 단계;
    상기 운전자 성향 제어인자와 상기 운전자 성향 제어인자에 대한 보상값을 이용하여 최종 제어인자 결정값을 산출하는 단계;
    상기 최종 제어인자 결정값에 따라 연료전지 온도를 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 방법.
  16. 차량 주행 중 외기온도에 따른 타겟온도, 피드포워드(feedforward) 제어 진입 온도, 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 설정하는 단계;
    운전자 성향에 따라 상기 외기온도에 의해 설정된 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 가변하는 단계;
    상기 가변된 값을 상기 연료전지 온도 제어를 위한 운전자 성향 제어인자로 결정하는 단계;
    연료 전지 발열량 변화율을 산출하는 단계;
    상기 운전자 성향 천이 케이스를 결정하는 단계;
    상기 발열량 변화율 및 상기 운전자 성향 천이 케이스에 따라 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자 각각의 보상값을 산출하는 단계; 및
    상기 보상값과 상기 운전자 성향 제어인자를 이용하여 최종 제어인자 결정값을 산출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 운전자 성향은 제 1 그룹, 상기 제 1 그룹보다 방어 운전 성향이 낮은 제 2 그룹, 상기 제 2 그룹보다 상기 방어 운전 성향이 낮은 제 3 그룹으로 구분되는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 운전자 성향에 따라 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 가변하는 단계는,
    상기 운전자 성향이 상기 제 1 그룹에 속하는 경우,
    상기 외기온도에 따라 설정된 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 상기 운전자 성향 제어인자로 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 운전자 성향에 따라 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 가변하는 단계는,
    상기 운전자 성향이 상기 제 2 그룹에 속하는 경우,
    상기 외기온도에 따라 설정된 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량 각각을 미리 설정된 각각의 제1 내지 3 가변치들 만큼 하향 조정하고, 상기 피드포워드 제어인자의 값을 미리 설정된 제4 가변치 만큼 상향 조정한 값을 운전자 성향 제어인자로 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 운전자 성향에 따라 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 가변하는 단계는,
    상기 운전자 성향이 상기 제 3 그룹에 속하는 경우,
    상기 외기온도에 따라 설정된 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자 각각을 상기 운전자 성향이 상기 제 1 그룹인 경우의 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량 각각보다 미리 설정된 각각의 제5 내지 7 가변치들 만큼 하향 조정하고, 상기 제 1 그룹인 경우의 상기 피드포워드 제어인자의 값보다 미리 설정된 각각의 제8 가변치 만큼 상향 조정한 값을 상기 운전자 성향 제어인자로 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 방법.
  21. 청구항 16에 있어서,
    상기 피드포워드 제어인자는,
    펌프 Rpm, 라디에이터 팬 Rpm, 냉각수 온도 조절 밸브(Ctv)의 개도 명령값 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 운전자 성향에 따라 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 가변하는 단계는,
    상기 피드포워드 제어인자의 상한선을 설정하고, 상기 상한선 내에서 상기 피드포워드 제어인자를 가변하고,
    상기 타겟 온도 가변을 위해 출력제한 기준 온도 마진을 확대하고, 상기 타겟 온도 하한선을 설정하고, 상기 타겟온도 하한선 내에서 상기 타겟 온도를 가변하는 것
    을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 방법.
  23. 청구항 17에 있어서,
    상기 운전자 성향에 따라 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자를 가변하는 단계는,
    상기 운전자 성향이 상기 제 3 그룹인 경우의 피드포워드 진입 시점을 상기 운전자 성향이 상기 제 2 그룹에 속하는 경우의 피드포워드 진입 시점보다 빠르게 결정하고, 상기 운전자 성향이 상기 제 1 그룹에 속하는 경우 상기 제 2 그룹에 속하는 경우의 피드포워드 진입 시점보다 느리게 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 방법.
  24. 청구항 16에 있어서,
    상기 운전자 성향에 따라 가변된 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량, 상기 피드포워드 제어인자에 따라 연료 전지 온도를 제어하는 단계; 및
    상기 주행 중 운전자 성향을 판단하고, 상기 운전자 성향을 저장하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 방법.
  25. 삭제
  26. 청구항 16에 있어서,
    상기 각각의 보상값을 산출하는 단계는,
    상기 운전자 성향이 방어운전 성향이 낮은 방향으로 천이한 경우,
    상기 발열량 변화율이 제 1 기준값 이하인 경우 상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량을 상향조정하기 위한 제 1 보상값 및 피드포워드 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브 개도 명령값을 하향조정하기 위한 제 2 보상값을 산출하고,
    상기 각각의 보상값을 산출하는 단계는,
    상기 운전자 성향이 방어운전 성향이 높은 방향으로 천이한 경우,
    상기 발열량 변화율이 상기 제 1 기준값보다 큰 제 2 기준값 이상인 경우
    상기 타겟온도, 상기 피드포워드 제어 진입 온도, 상기 피드포워드 제어 진입 발열량을 하향조정하기 위한 제 3 보상값 및 피드포워드 펌프 Rpm, 팬 Rpm, 밸브 개도 명령값을 상향 조정하기 위한 제 4 보상값을 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 온도 제어 방법.
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