KR102575394B1 - 연료전지시스템의 정지 제어방법 - Google Patents

연료전지시스템의 정지 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102575394B1
KR102575394B1 KR1020180029506A KR20180029506A KR102575394B1 KR 102575394 B1 KR102575394 B1 KR 102575394B1 KR 1020180029506 A KR1020180029506 A KR 1020180029506A KR 20180029506 A KR20180029506 A KR 20180029506A KR 102575394 B1 KR102575394 B1 KR 102575394B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
fuel cell
high voltage
control unit
cod
Prior art date
Application number
KR1020180029506A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190108238A (ko
Inventor
박건형
김현희
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아 주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020180029506A priority Critical patent/KR102575394B1/ko
Priority to US16/017,103 priority patent/US10923747B2/en
Publication of KR20190108238A publication Critical patent/KR20190108238A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102575394B1 publication Critical patent/KR102575394B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04303—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during shut-down
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • B60L50/72—Constructional details of fuel cells specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/75—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using propulsion power supplied by both fuel cells and batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/28—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/0488—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 연료전지 시스템의 정지 제어방법은 키 오프(KEY OFF) 신호가 전달될 경우, 제어부가 연료전지의 셧-다운 여부를 확인하는 연료전지확인단계; 상기 연료전지확인단계 수행결과, 연료전지가 구동중인 경우, 상기 제어부가 연료전지의 전압을 제1설정전압과 비교하는 전압비교단계; 상기 전압비교단계 수행결과, 연료전지의 전압이 제1설정전압보다 클 경우, 상기 제어부가 고전압단 전압을 하향제어하는 전압하향제어단계; 상기 전압하향제어단계 후, 상기 제어부가 COD릴레이를 온(ON) 제어하는 제1COD제어단계; 상기 제1COD제어단계 후, 상기 제어부가 연료전지와 고전압단 부품들 사이의 고전압단릴레이를 오프(OFF) 제어하는 제1고전압차단단계; 및 상기 제1고전압차단단계 후, 상기 제어부가 연료전지를 셧-다운시킨 다음, 키 오프(KEY OFF) 제어하는 시스템정지단계;를 포함할 수 있다.

Description

연료전지시스템의 정지 제어방법 {STOP CONTROL METHOD FOR FUELCELL SYSTEM}
본 발명은 연료전지가 구동중인 상태에서 키 오프(KEY OFF)가 요구될 경우, 연료전지가 OCV(Open Circuit Voltage)에 노출되는 것을 방지하여 스택 내구성을 확보하는 연료전지시스템의 정지 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지는 기존의 발전방식과 비교할 때, 발전 효율이 높을 뿐만 아니라 발전에 따른 공해 물질의 배출이 전혀 없어서 미래의 발전 기술로 평가받고 있으며, 에너지 절약, 환경 공해 문제 및 지구 온난화 문제 등을 해결하기 위한 자동차의 동력원으로써 연구되고 있다.
연료전지는 수소 등의 활성을 갖는 물질, 예를 들어, LNG, LPG, 메탄올 등을 전기화학 반응을 통해 산화시켜 그 과정에서 방출되는 화학에너지를 전기로 변환시키는 것으로, 주로 천연가스에서 쉽게 생산해낼 수 있는 수소와 공중의 산소가 사용된다.
이러한 연료전지가 적용된 하이브리드 차량에서는 고전압 DC-DC 컨버터(HDC)가 연료전지와 고전압배터리 사이에 위치하여 연료전지와 배터리의 전압차이를 완충시키며, 배터리의 충방전 제어 또는 연료전지의 파워제어를 수행한다.
또한, 연료전지는 정지하기 전에 잔존하는 전압을 소진시킬 목적으로 COD(Cathode Oxygen Depletion)히터와 연결된다.
일반적으로, 하이브리드 차량에 셧다운이 요구되어 연료전지 시스템을 정지시키려할 경우, 연료전지와 고전압 전장부품들 사이에 구비된 고전압단 릴레이를 오픈(OPEN)한 후, 연료전지와 COD히터 사이에 구비된 COD릴레이를 클로즈(CLOSE)함으로써, 연료전지의 전압을 COD히터를 통해 열로 소진시키게 된다.
하지만, 고전압단 릴레이를 오픈한 상태에서 연료전지가 개회로전압(OCV:Open Circuit Voltage)에 노출되기 때문에 불필요한 전압이 생성되고, 이를 방지하기 위해 COD릴레이를 고전압단 릴레이보다 빨리 동작시킬 경우에는 고전압단 전압이 연료전지 전압보다 높아지면서 불필요하게 고전압배터리의 전류가 소모되는 문제점이 발생하였다.
도 1은 종래에 연료전지 시스템 정지 시 전압 및 제어신호를 간략히 도시한 그래프이다. 여기서, SVM(Stack Voltage Monitor)전압은 연료전지의 전압을 모니터링한 값을 의미한다.
도 1을 참조하면, COD릴레이를 오픈(OPEN)한 상태에서 고전압단 릴레이를 오픈(OPEN)함에 따라 연료전지가 개회로전압에 노출되어 급격히 상승하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 과전압을 연료전지의 내구 성능을 저하시키는 요인이 된다.
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.
KR10-20009-0014769 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 연료전지와 연결된 고전압단 릴레이의 정지 시점과 COD릴레이의 연결 시점을 적절히 제어하여 연료전지 시스템의 정지과정에서도 과전압이 발생하는 것을 방지함으로써 연료전지 스택의 내구성능을 확보하는 연료전지 시스템의 정지 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 정지 제어방법은 키 오프(KEY OFF) 신호가 전달될 경우, 제어부가 연료전지의 셧-다운 여부를 확인하는 연료전지확인단계; 상기 연료전지확인단계 수행결과, 연료전지가 구동중인 경우, 상기 제어부가 연료전지의 전압을 제1설정전압과 비교하는 전압비교단계; 상기 전압비교단계 수행결과, 연료전지의 전압이 제1설정전압보다 클 경우, 상기 제어부가 고전압단 전압을 하향제어하는 전압하향제어단계; 상기 전압하향제어단계 후, 상기 제어부가 COD릴레이를 온(ON) 제어하는 제1COD제어단계; 상기 제1COD제어단계 후, 상기 제어부가 연료전지와 고전압단 부품들 사이의 고전압단릴레이를 오프(OFF) 제어하는 제1고전압차단단계; 및 상기 제1고전압차단단계 후, 상기 제어부가 연료전지를 셧-다운시킨 다음, 키 오프(KEY OFF) 제어하는 시스템정지단계;를 포함할 수 있다.
상기 제1고전압차단단계에서, 상기 제어부는 연료전지 전압과 고전압단 전압의 차이값이 제2설정전압보다 작아질 경우에 상기 고전압단릴레이를 오프(OFF) 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 연료전지확인단계 수행결과, 연료전지가 셧-다운된 경우, 상기 제어부가 상기 고전압단릴레이를 오프(OFF) 제어하는 제2고전압차단단계; 및 상기 제2고전압차단단계 후, 상기 제어부가 상기 COD릴레이를 온(ON) 제어하는 제2COD제어단계;를 더 포함하고, 상기 제2COD제어단계 후, 상기 제어부는 상기 시스템정지단계를 실시하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전압비교단계 수행결과, 연료전지의 전압이 제1설정전압 이하일 경우, 상기 제어부는 상기 제2고전압차단단계를 실시하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 시스템정지단계에서, 상기 제어부는 연료전지 전압이 상기 제1설정전압보다 낮게 설정된 제3설정전압 이하일 경우에 상기 연료전지를 셧-다운시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 연료전지 시스템의 정지 제어방법에 따르면, 연료전지시스템 정지시에도 연료전지가 개회로전압(OCV)에 노출되지 않음으로써 과전압 발생으로 인한 연료전지의 내구성 감소를 막을 수 있다.
또한, 연료전지 시스템 정지시 고전압배터리의 방전현상이 발생하는 것을 막을 수 있는바, 연료전지 시스템의 상품성을 개선할 수 있다.
도 1은 종래에 연료전지 시스템 정지 시 전압 및 제어신호를 간략히 도시한 그래프,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 정지 제어방법을 도시한 순서도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 간략히 도시한 블록도,
도 4는 도 2의 연료전지 시스템의 정지 제어방법에 따른 연료전지 전압 및 제어신호 흐름을 도시한 그래프이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료전지 시스템의 정지 제어방법에 대하여 살펴본다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 정지 제어방법을 도시한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 간략히 도시한 블록도이며, 도 4는 도 2의 연료전지 시스템의 정지 제어방법에 따른 연료전지 전압 및 제어신호 흐름을 도시한 그래프이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 연료전지 시스템의 정지 제어방법은 키 오프(KEY OFF) 신호가 전달될 경우, 제어부(140)가 연료전지(100)의 셧-다운 여부를 확인하는 연료전지확인단계(S10); 상기 연료전지확인단계(S10) 수행결과, 연료전지(100)가 구동중인 경우, 상기 제어부(140)가 연료전지(100)의 전압을 제1설정전압(α)과 비교하는 전압비교단계(S20); 상기 전압비교단계(S20) 수행결과, 연료전지(100)의 전압이 제1설정전압(α)보다 클 경우, 상기 제어부(140)가 고전압단 전압을 하향제어하는 전압하향제어단계(S30); 상기 전압하향제어단계(S30) 후, 상기 제어부(140)가 COD릴레이(105)를 온(ON) 제어하는 제1COD제어단계(S40); 상기 제1COD제어단계(S40) 후, 상기 제어부(140)가 연료전지(100)와 고전압단 부품들(120) 사이의 고전압단릴레이(125)를 오프(OFF) 제어하는 제1고전압차단단계(S50); 및 상기 제1고전압차단단계(S50) 후, 상기 제어부(140)가 연료전지(100)를 셧-다운시킨 다음, 키 오프(KEY OFF) 제어하는 시스템정지단계(S60);를 포함할 수 있다.
먼저, 도 3을 참조하면, 하이브리드 차량의 연료전지 시스템에서 연료전지(100)는 COD(Cathode Oxygen Depletion)릴레이(105)와 고전압단릴레이(125)를 매개로 각각 COD(110), 고전압부품(120)들과 연결된다.
고전압부품(120)들에는 고전압배터리(127), 고전압배터리(127)와 연료전지(100) 사이의 전압을 완충하는 HDC(High voltage DC-DC Converter), HDC에 의해 완충된 전압을 공급받아 동작하는 전장부품인 압축기, 냉각펌프 및 모터 등으로 구성된다.
도 3에는 압축기, 냉각펌프 및 모터 구성만을 전장부품들로 도시하였으나, 그 외의 다양한 전장부품들이 설치될 수 있으며 자세한 설명은 생략하도록 한다.
또한, 연료전지(100)에는 스택동작을 보호하는 BOP(Balance Of Plants,130)가 연결되도록 마련될 수 있다.
상기 제어부(140)는 연료전지(100)의 전압을 센싱하고, COD릴레이(105) 및 고전압단릴레이(125)를 제어하며, HDC를 통해 고전압단의 전압을 제어하도록 마련된다.
이러한 구성에 따라 도 2 내지 도 3을 참조하면. 본 발명에서 제어부(140)는 일차적으로 운전자나 차량 제어에 의해 키 오프(KEY OFF) 신호가 수신되는지 확인하여 연료전지 시스템 정지가 시작되는지 판단하고, 연료전지 시스템의 정지가 시작된 경우라면 연료전지(100)의 상태를 파악하기 위해 셧-다운(shut down) 여부를 확인한다(S10).
연료전지 시스템의 키 오프(KEY OFF)가 요구되는 상황에서 만약 연료전지(100)가 스톱(STOP)되지 않은 상태라면 제어부(140)는 연료전지(100)의 전압과 제1설정전압(α)을 비교하여 전압 강하가 요구되는지 판단한다(S20).
여기서, 상기 제1설정전압(α)은 연료전지(100)가 과도하게 높은 전압으로 형성된다고 판단하는 기준이 되는 전압으로 설정될 수 있는데, 차량 또는 설계자에 따라 설정되는 전압값이 가변될 수 있음으로 특정 수치로 한정되어서는 안될 것이다.
상기 전압비교단계(S20) 수행결과, 연료전지(100)의 전압이 제1설정전압(α)보다 크다면, 상기 제어부(140)는 HDC를 통해 고전압단 부품들에 전달되는 전압을 하향제어하고(S30), 이후에 COD릴레이(105)를 온(ON) 제어할 수 있다(S40).
만약, 고전압단 전압이 연료전지(100)의 전압보다 높은 상태에서 COD릴레이(105)를 온(ON) 제어하게 되면 고전압배터리의 전류가 COD(110) 측으로 전달되면서 불필요하게 배터리 방전이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 COD릴레이(105)를 온(ON) 제어하기 전에 고전압단 전압을 HDC를 통해 일정값만큼 하향 제어함으로써, 연료전지(100)의 전압이 하향되더라도 고전압단 전압보다 낮아져 배터리 방전 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 연료전지(100)에 잔존하는 전압을 COD(110)를 통해 신속하게 소모할 수 있는바, 연료전지 정지 시퀀스에 소요되는 시간을 효과적으로 단축할 수 있다.
상기 제1COD제어단계(S40)를 수행한 후, 상기 제어부(140)는 연료전지(100)와 고전압단 부품(120) 사이에 구비된 고전압단릴레이(125)를 오프(OFF) 제어할 수 있다(S50).
즉, 제1COD제어단계(S40)를 통해 연료전지(100)의 전압을 일정부분 소진한 후, 고전압단릴레이(125)를 오프(OFF)함으로써, 연료전지(100)가 고전압단 부품(120)들로 이루어진 부하로부터 해방되도록 하여 연료전지(100) 셧-다운 상황을 준비할 수 있다.
이후, 제어부(140)는 연료전지(100)를 셧-다운하고, 차량을 키 오프(KEY OFF) 제어함으로써, 연료전지(100)에 과전압이 가해지거나 고전압배터리(127)가 불필요하게 방전되는 것을 막으면서 연료전지 시스템을 정지할 수 있다(S60).
여기서, 상기 제1고전압차단단계(S50)에서, 상기 제어부(140)는 연료전지(100) 전압과 고전압단 전압의 차이값이 제2설정전압(β)보다 작아질 경우에 상기 고전압단릴레이(125)를 오프(OFF) 제어할 수 있다.
즉, 제어부(140)는 제1COD제어단계(S40)를 통해 COD릴레이(105)를 온(ON)함으로써, 연료전지(100)의 전압을 점진적으로 해소하게 되는데, 이때 연료전지 전압이 고전압단 전압보다 낮아지기 전에 고전압단릴레이(125)를 오프(OFF) 제어함으로써 고전압배터리(127)에 방전현상이 발생하는 것을 방지하면서도 연료전지(100)의 셧다운을 준비할 수 있다.
상기 제2설정전압(β)은 고전압단릴레이(125)를 오프(OFF) 제어하는 시점이 적절하다고 판단되는 시점에 연료전지(100)의 전압과 고전압단 전압의 차이 전압으로 설정될 수 있고, 이는 설계자 또는 차량에 따라 가변되어 적용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 연료전지 시스템의 정지가 요구되는 상황에서 연료전지의 전압이 제1설정전압보다 클 경우라면 고전압단 전압(Hdc)를 먼저 하향 제어한 후, COD릴레이를 온(ON) 제어한다. 이로 인해 연료전지의 전압(SVM전압)이 점진적으로 하향되는데, 연료전지 전압(SVM전압)이 고전압단 전압(Hdc전압)에 도달하기 직전에 고전압단릴레이를 오프(OFF) 제어함으로써 고전압배터리에 불필요한 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다시, 도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 연료전지 시스템의 정지 제어방법은 상기 연료전지확인단계(S10) 수행결과, 연료전지(100)가 셧-다운된 경우, 상기 제어부(140)가 상기 고전압단릴레이(125)를 오프(OFF) 제어하는 제2고전압차단단계(S70); 및 상기 제2고전압차단단계(S70) 후, 상기 제어부(140)가 상기 COD릴레이(105)를 온(ON) 제어하는 제2COD제어단계(S80);를 더 포함할 수 있다.
상기 제2COD제어단계(S80) 후, 상기 제어부(140)는 상기 시스템정지단계(S60)를 실시할 수 있다.
즉, 이미 연료전지(100)가 셧-다운된 상황에서 차량 키오프(KEY OFF)가 요구된 경우라면, 연료전지(100)의 잔존하는 전압이 낮기 때문에 바로 고전압단릴레이(125)를 오프하더라도 이후 COD릴레이(105)를 온(ON)제어할 때까지 연료전지(100)에 과전압이 발생하지 않는다.
따라서, 불필요한 제어를 수행하지 않고 고전압단릴레이(125)와 COD릴레이(105)를 제어함으로써, 신속하게 연료전지(100)의 잔존 전압을 해소할 수 있다.
또한, 상기 전압비교단계(S20) 수행결과, 연료전지(100)의 전압이 제1설정전압(α) 이하일 경우, 상기 제어부(140)는 상기 제2고전압차단단계(S70)를 실시할 수 있다.
즉, 하이브리드 차량 키 오프(KEY OFF)가 요구되지만 연료전지(100)가 구동되는 상황에서, 연료전지(100)의 전압이 제1설정전압(α) 이하라면 고전압단릴레이(125)를 해제하더라도 연료전지(100)에 과전압이 발생하지 않게 된다.
따라서, 굳이 연료전지(100)의 내구성능을 확보하기 위한 로직을 수행하지 않아도 되는바, 제어부(140)는 상술한 제2고전압차단단계(S70)와 제2COD제어단계(S80)를 실시하여 신속하게 연료전지(100)의 잔존 전압을 해소할 수 있다.
한편, 상기 시스템정지단계(S60)에서, 상기 제어부(140)는 연료전지(100) 전압이 상기 제1설정전압(α)보다 낮게 설정된 제3설정전압 이하일 경우에 상기 연료전지(100)를 셧-다운시킬 수 있다.
즉, 제어부(140)는 연료전지(100)의 전압이 제3설정전압 이하로써, 충분히 해소된 상황이라 판단되면, 연료전지(100)를 셧-다운 제어하고, 이후 차량을 키 오프 제어함으로써 원활하게 연료전지 시스템을 정지 제어할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 연료전지 시스템의 정지 제어방법에 따르면, 연료전지시스템 정지시에도 연료전지가 개회로전압(OCV)에 노출되지 않음으로써 과전압 발생으로 인한 연료전지의 내구성 감소를 막을 수 있다.
또한, 연료전지 시스템 정지시 고전압배터리의 방전현상이 발생하는 것을 막을 수 있는바, 연료전지 시스템의 상품성을 개선할 수 있다.
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 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
S10: 연료전지확인단계
S20: 전압비교단계
S30: 전압하향단계
S40: 제1COD제어단계
S50: 제1고전압차단단계
S60: 시스템정지단계
S70: 제2고전압차단단계
S80: 제2COD제어단계
100: 연료전지 105: COD릴레이
110: COD 120: 고전압단 부품
125: 고전압단릴레이 127: 고전압배터리
130: BOP 140: 제어부

Claims (5)

  1. 키 오프(KEY OFF) 신호가 전달될 경우, 제어부가 연료전지의 셧-다운 여부를 확인하는 연료전지확인단계;
    상기 연료전지확인단계 수행결과, 연료전지가 구동중인 경우, 상기 제어부가 연료전지의 전압을 제1설정전압과 비교하는 전압비교단계;
    상기 전압비교단계 수행결과, 연료전지의 전압이 제1설정전압보다 클 경우, 상기 제어부가 고전압단 전압을 하향제어하는 전압하향제어단계;
    상기 전압하향제어단계 후, 상기 제어부가 COD릴레이를 온(ON) 제어하는 제1COD제어단계;
    상기 제1COD제어단계 후, 상기 제어부가 연료전지와 고전압단 부품들 사이의 고전압단릴레이를 오프(OFF) 제어하는 제1고전압차단단계; 및
    상기 제1고전압차단단계 후, 상기 제어부가 연료전지를 셧-다운시킨 다음, 키 오프(KEY OFF) 제어하는 시스템정지단계;를 포함하며,
    상기 제1고전압차단단계에서, 상기 제어부는 연료전지 전압과 고전압단 전압의 차이값이 제2설정전압보다 작아질 경우에 상기 고전압단릴레이를 오프(OFF) 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 정지 제어방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료전지확인단계 수행결과, 연료전지가 셧-다운된 경우, 상기 제어부가 상기 고전압단릴레이를 오프(OFF) 제어하는 제2고전압차단단계; 및
    상기 제2고전압차단단계 후, 상기 제어부가 상기 COD릴레이를 온(ON) 제어하는 제2COD제어단계;를 더 포함하고,
    상기 제2COD제어단계 후, 상기 제어부는 상기 시스템정지단계를 실시하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 정지 제어방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전압비교단계 수행결과, 연료전지의 전압이 제1설정전압 이하일 경우, 상기 제어부는 상기 제2고전압차단단계를 실시하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 정지 제어방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 시스템정지단계에서, 상기 제어부는 연료전지 전압이 상기 제1설정전압보다 낮게 설정된 제3설정전압 이하일 경우에 상기 연료전지를 셧-다운시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 정지 제어방법.
KR1020180029506A 2018-03-14 2018-03-14 연료전지시스템의 정지 제어방법 KR102575394B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180029506A KR102575394B1 (ko) 2018-03-14 2018-03-14 연료전지시스템의 정지 제어방법
US16/017,103 US10923747B2 (en) 2018-03-14 2018-06-25 Stop control method for fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180029506A KR102575394B1 (ko) 2018-03-14 2018-03-14 연료전지시스템의 정지 제어방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190108238A KR20190108238A (ko) 2019-09-24
KR102575394B1 true KR102575394B1 (ko) 2023-09-06

Family

ID=67906190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180029506A KR102575394B1 (ko) 2018-03-14 2018-03-14 연료전지시스템의 정지 제어방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10923747B2 (ko)
KR (1) KR102575394B1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN211106993U (zh) * 2019-09-26 2020-07-28 潍柴动力股份有限公司 一种车辆供电系统和固态氧化物燃料电池汽车
KR20210069134A (ko) 2019-12-02 2021-06-11 현대자동차주식회사 연료전지의 정지 제어시스템 및 제어방법
CN111016662B (zh) * 2019-12-27 2021-10-26 中通客车控股股份有限公司 一种燃料电池客车下电控制方法及系统
KR20220041297A (ko) * 2020-09-24 2022-04-01 현대자동차주식회사 연료전지의 시동 제어 시스템 및 방법
KR20220080573A (ko) 2020-12-07 2022-06-14 현대자동차주식회사 연료전지차량의 고장 진단 장치 및 방법

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100911562B1 (ko) 2007-08-07 2009-08-10 현대자동차주식회사 연료전지 스택 ｏｃｖ 제거 및 과전압 상승 방지를 위한장치 및 방법
KR100906910B1 (ko) * 2007-12-13 2009-07-08 현대자동차주식회사 연료전지 하이브리드 차량의 시동오프 제어방법
KR101240987B1 (ko) * 2010-12-06 2013-03-11 현대자동차주식회사 연료전지 차량
JP2016072106A (ja) 2014-09-30 2016-05-09 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 電力供給システムの電力制御方法、及び、電力供給システム
KR101846632B1 (ko) * 2015-12-10 2018-04-09 현대자동차주식회사 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법
JP6667147B2 (ja) 2016-03-09 2020-03-18 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 燃料電池システム
KR101897338B1 (ko) * 2016-09-05 2018-09-11 현대자동차주식회사 연료전지차량의 셧다운 시스템 및 그 제어방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190108238A (ko) 2019-09-24
US20190288308A1 (en) 2019-09-19
US10923747B2 (en) 2021-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102575394B1 (ko) 연료전지시스템의 정지 제어방법
US10511041B2 (en) Method of controlling operation of fuel cell system
US8400101B2 (en) Power supply control circuit
US11050072B2 (en) Fuel cell system and operation control method of the same
CN106876747B (zh) 用于控制燃料电池车辆的启动的方法
JP4806953B2 (ja) 燃料電池システムとその運転方法、及び燃料電池車両
CN107791856B (zh) 燃料电池车辆的关闭系统及控制方法
CN111092246A (zh) 一种燃料电池系统启动方法
KR20140145938A (ko) 전력 이행 및 아이들링 중의 pem 연료 전지 전압 제어
US9660281B2 (en) Method for controlling startup of fuel cell system
CN111430750B (zh) 一种预测式燃料电池汽车电堆阳极压力智能控制系统
JP2005243630A (ja) ディスクリートな弁を用いた燃料電池システムの背圧制御
KR101858808B1 (ko) 연료 전지 시스템
JP4626126B2 (ja) 燃料電池システム
KR20210044631A (ko) 연료전지차량 및 그 발전 제어 방법
JP2006210057A (ja) 動力供給システム
WO2010004688A1 (ja) 燃料電池システム
KR20210063894A (ko) 연료전지시스템의 배기수소 농도 저감 장치 및 그 방법
KR20210061884A (ko) 연료전지시스템의 배기수소 농도 제어 장치 및 그 방법
KR102540935B1 (ko) 연료전지시스템의 운전 제어 방법
KR101966465B1 (ko) 연료전지 스택의 물 배출 장치 및 방법
CN112701329B (zh) 燃料电池系统带载启动的控制方法
US20240190254A1 (en) Apparatus and method for controlling regeneration of fuel cell vehicle
JP5282863B2 (ja) 燃料電池システム
CN117445665A (zh) 燃料电池电流抛载的控制方法及车辆

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right