KR102605891B1 - A supercap module control system against capacity degradation due to thermal stress or overvoltage input - Google Patents
A supercap module control system against capacity degradation due to thermal stress or overvoltage input Download PDFInfo
- Publication number
- KR102605891B1 KR102605891B1 KR1020220011106A KR20220011106A KR102605891B1 KR 102605891 B1 KR102605891 B1 KR 102605891B1 KR 1020220011106 A KR1020220011106 A KR 1020220011106A KR 20220011106 A KR20220011106 A KR 20220011106A KR 102605891 B1 KR102605891 B1 KR 102605891B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cell
- voltage
- supercap
- lifespan
- module
- Prior art date
Links
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 title claims abstract description 22
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 title 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 39
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 abstract description 8
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 abstract description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 212
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 16
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 12
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 2
- 230000003915 cell function Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 210000000692 cap cell Anatomy 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006355 external stress Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
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
-
- 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
- B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
- B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
- B60L3/0053—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to fuel cells
-
- 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
- B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
-
- 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
- B60L53/20—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 characterised by converters located in the vehicle
- B60L53/24—Using the vehicle's propulsion converter for charging
-
- 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
- H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
-
- 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
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04858—Electric variables
-
- 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
- B60Y2200/91—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
- 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
- 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 Energy (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
본 발명은 컨버터 출력 보조를 위해 장착된 고용량의 슈퍼캡 모듈의 차량 시스템 시동 시, 외란(온도,전압)에 의해 슈퍼캡 모듈에서 기능 저하가 발생하는 것에 대응하여 최적 동작 및 수명을 확대 제어하는, 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템에 관한 것으로서, 전력을 공급하는 연료전지; 전기 구동 차량의 모터를 구동하는 인버터; 상기 연료전지의 전압을 상기 인버터의 구동 전압으로 변경시켜주는 컨버터; 및, 상기 컨버터의 출력 전압의 변동을 축소하기 위하여 상기 컨버터의 출력 전압에 따라 충전하거나 방전하는 슈퍼캡 모듈을 포함하고, 상기 슈퍼캡 모듈은, 전력을 충방전하는 다수의 셀; 각 셀을 우회시키는 다수의 우회 회로; 각 셀의 전압 또는 온도를 측정하는 센서부; 및, 각 셀의 전압 또는 온도에 따라 해당 셀의 우회 회로를 우회시키도록 제어하는 제어부를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 시스템에 의하여, 연료전지 시스템 장착 대용량 슈퍼캡 모듈의 단위 셀 기능저하에 의한 오동작을 신속이 검출하여 제거함으로써, 출력 전압을 안정적으로 유지할 수 있고, 수명을 연장할 수 있다.
The present invention controls optimal operation and lifespan to expand in response to functional deterioration in the supercap module due to disturbance (temperature, voltage) when starting the vehicle system of the high-capacity supercap module installed to assist the converter output. It relates to a control system for a supercap module to cope with performance degradation due to high temperature and overvoltage, comprising: a fuel cell that supplies power; An inverter that drives the motor of an electric drive vehicle; A converter that changes the voltage of the fuel cell to the driving voltage of the inverter; and a supercap module that charges or discharges according to the output voltage of the converter to reduce fluctuations in the output voltage of the converter, wherein the supercap module includes a plurality of cells that charge and discharge power; Multiple bypass circuits to bypass each cell; A sensor unit that measures the voltage or temperature of each cell; And, a configuration including a control unit that controls to bypass the bypass circuit of each cell according to the voltage or temperature of each cell is provided.
By using the above system, malfunctions due to unit cell deterioration of the fuel cell system-equipped high-capacity supercap module can be quickly detected and eliminated, thereby stably maintaining the output voltage and extending the lifespan.
Description
본 발명은 연료전지 전원 시스템 및 연료전지의 출력전압을, 모터 구동을 수행하는 인버터의 입력 전압으로 변경시켜주는, 컨버터를 탑재한 시스템에서, 컨버터 출력 보조를 위해 장착된 고용량의 슈퍼캡 모듈의 차량 시스템 작동 시, 외란(온도,전압)에 의해 슈퍼캡 모듈에서 기능 저하가 발생하는 것에 대응하여 최적 동작 및 수명을 확대 제어하는, 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention is a fuel cell power system and a vehicle with a high-capacity supercap module installed to assist the converter output in a system equipped with a converter that changes the output voltage of the fuel cell to the input voltage of the inverter that drives the motor. A control system for the supercap module to respond to performance degradation due to high temperature and overvoltage, which expands and controls optimal operation and lifespan in response to functional deterioration in the supercap module due to disturbances (temperature, voltage) during system operation. It's about.
전 세계적으로 탄소 중립 확보를 통한 대기 오염에 의한 온난화의 급속히 진행을 개선하고자 다양한 대응 방안들이 만들어지고 있다. 특히, 육상에서 운항하는 전기 구동 방식의 자동차에 대해서도 대기 오염을 일으키는 이산화탄소 발생을 억제하고자 하는 대응 방안들이 규제화 되어지고 있다. Around the world, various response measures are being developed to improve the rapid progress of warming caused by air pollution by ensuring carbon neutrality. In particular, measures to suppress carbon dioxide emissions that cause air pollution are being regulated for electric vehicles that operate on land.
상기와 같은 대응 방안들 중 하나로서, 차량의 구동을 전기로 수행하는 수소차량에 대한 이용을 높여 나가고 있다. 그러나 이러한 수소차의 적용에 있어서 최적 효율울 발생시키 위한 모터 구동 전압과 연료전지의 출력 전압이 차이가 발생하여 주행 조건에서 최적의 최적 효율을 도출할 수 없다.As one of the above-mentioned countermeasures, the use of hydrogen vehicles that are driven by electricity is being increased. However, in the application of such hydrogen vehicles, there is a difference between the motor driving voltage to generate optimal efficiency and the output voltage of the fuel cell, so the optimal efficiency cannot be derived under driving conditions.
구체적으로, 연료전지 시스템은 출력 전류의 양에 따라 연료전지의 출력 전압이 변동되어 제어됨에 따라 최적의 시스템 효율을 일정하게 유지할 수 없다.Specifically, the fuel cell system cannot maintain constant optimal system efficiency as the output voltage of the fuel cell is controlled to vary depending on the amount of output current.
따라서 이러한 문제를 해결하기 위하여 연료전지의 출력 전압과 모터 구동 인버터의 전압을 맞추어 주는 컨버터의 장착을 수행하고, 이와같은 컨버터의 출력 변위를 최소화 시키는 슈퍼캡을 컨버터 출력에 인버터와 병렬로 연결시킨다.Therefore, in order to solve this problem, a converter that matches the output voltage of the fuel cell and the voltage of the motor driving inverter is installed, and a super capacitor that minimizes the output displacement of the converter is connected to the converter output in parallel with the inverter.
이와 같은 조건에서 슈퍼캡 모듈은 장착 시스템에서 반복 발생되는 과전압 입력 및 커패시터 모듈 온도 상승에 의해 단위 슈퍼 커패시터들이 스트레스를 받아 전체 기능의 저하를 유발한다. 특히, 차량 시스템의 동작 성능을 떨어뜨려 차량의 운행을 어렵게 하는 상태를 발생시킨다. 따라서 이와 같은 차량 동작 문제를 해결하여 원하는 차량 운행 및 커패시터 모듈 수명을 보장할 수 있는 제어 기술이 필요하다.Under these conditions, the unit super capacitors of the supercap module are stressed due to repeated overvoltage input and capacitor module temperature rise in the installation system, causing a deterioration of the overall function. In particular, it reduces the operating performance of vehicle systems and creates a condition that makes driving the vehicle difficult. Therefore, a control technology is needed that can solve such vehicle operation problems and ensure desired vehicle operation and capacitor module lifespan.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기 구동 차량의 연료전지, DC/DC 컨버터 및 슈퍼캡 모듈이 직결된 시스템 구조에서, 슈퍼캡 모듈의 전압이 정상 동작 모드에서 차량에서 요구되는 인버터 구동 전압을 유지하기 위해, 실시간 슈퍼캡 모듈 개별 셀들의 측정된 전압 및 온도를 적용하여 슈퍼캡 셀 우회 내부 스위치 모듈 연결을 조절하고, 이를 통해, 슈퍼캡 모듈의 정상적 충방전을 수행하게 하는, 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to solve the problems described above. In a system structure in which the fuel cell, DC/DC converter, and supercap module of an electric drive vehicle are directly connected, the voltage of the supercap module is controlled by the vehicle in normal operation mode. In order to maintain the required inverter driving voltage, the measured voltage and temperature of individual cells of the supercap module are applied in real time to adjust the supercap cell bypass internal switch module connection, thereby performing normal charging and discharging of the supercap module. The aim is to provide a control system for a supercapacitor module to cope with performance degradation due to high temperature and overvoltage.
또한, 본 발명의 목적은 연료전치 차량 구동 시 슈퍼캡 모듈의 문제 발생된 셀을 우회 연결 스위치 제어를 통해 실시간으로 제거하여 동작의 연속성을 확보하며, 전체 슈퍼캡 모듈의 최대 수명을 확보할 수 있는, 슈퍼캡 모듈 고속 충방전 제어 시스템을 제공하는 것이다.In addition, the purpose of the present invention is to secure continuity of operation by removing problematic cells in the supercap module in real time through bypass connection switch control when driving an electric fuel vehicle, and to secure the maximum lifespan of the entire supercap module. , to provide a supercap module high-speed charge/discharge control system.
또한, 본 발명의 목적은 연료전지 시스템이 구동 시 인버터 및 기타 전력사용 장치에 출력전압을 일정한 범위에서 조절되어야 하는 조건에서 슈퍼캡 모듈이 적용될 때, 해당 슈퍼캡 모듈이 외부 스트레스에 의해 단위 셀 모듈의 기능 저하에 대비하여, 인버터 입력을 공급하는 컨버터 출력 전압의 급격한 출력 전압 변동을 축소하도록 실시간으로 제어하되, 연료전지로부터 일정 전류 이상의 급속한 출력 전력 발생 없이 안정적으로 출력을 발생시키도록, 슈퍼캡 모듈의 내부 스위치의 연결을 병행하여 조절하는, 슈퍼캡 모듈 고속 충방전 제어 시스템을 제공하는 것이다.In addition, the purpose of the present invention is that when a supercap module is applied under conditions where the output voltage of an inverter and other power-using devices must be adjusted within a certain range when the fuel cell system is running, the supercap module is damaged by external stress from the unit cell module. In preparation for functional deterioration, the supercap module is controlled in real time to reduce rapid output voltage fluctuations in the converter output voltage that supplies the inverter input, but generates output stably without rapid output power exceeding a certain current from the fuel cell. The goal is to provide a supercap module high-speed charge/discharge control system that adjusts the connections of the internal switches in parallel.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템에 관한 것으로서, 전력을 공급하는 연료전지; 전기 구동 차량의 모터를 구동하는 인버터; 상기 연료전지의 전압을 상기 인버터의 구동 전압으로 변경시켜주는 컨버터; 및, 상기 컨버터의 출력 전압의 변동을 축소하기 위하여 상기 컨버터의 출력 전압에 따라 충전하거나 방전하는 슈퍼캡 모듈을 포함하고, 상기 슈퍼캡 모듈은, 전력을 충방전하는 다수의 셀; 각 셀을 우회시키는 다수의 우회 회로; 각 셀의 전압 또는 온도를 측정하는 센서부; 및, 각 셀의 전압 또는 온도에 따라 해당 셀의 우회 회로를 우회시키도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention relates to a control system for a supercapacitor module to cope with performance degradation due to high temperature and overvoltage, including a fuel cell that supplies power; An inverter that drives the motor of an electric drive vehicle; A converter that changes the voltage of the fuel cell to the driving voltage of the inverter; and a supercap module that charges or discharges according to the output voltage of the converter to reduce fluctuations in the output voltage of the converter, wherein the supercap module includes a plurality of cells that charge and discharge power; Multiple bypass circuits to bypass each cell; A sensor unit that measures the voltage or temperature of each cell; And, a control unit that controls to bypass the bypass circuit of each cell according to the voltage or temperature of each cell.
또한, 본 발명은 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템에 관한 것으로서, 상기 각 우회 회로는 각 셀과 병렬로 구성되고, 회로 상에 온/오프 스위치를 구비하고, 상기 제어부는 상기 각 우회 회로의 스위치를 온/오프 함으로써, 상기 우회 회로의 온/오프를 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a control system for a supercap module to cope with performance degradation due to high temperature and overvoltage, wherein each bypass circuit is configured in parallel with each cell and has an on/off switch on the circuit, The control unit is characterized in that it controls the on/off of the bypass circuit by turning on/off the switch of each bypass circuit.
또한, 본 발명은 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템에 관한 것으로서, 상기 제어부는, 각 셀의 개별 전압과, 우회되지 않은 모든 셀의 전압을 평균한 평균값 또는 사전에 정해진 고정값 간의 편차를 구하고, 해당 편차가 사전에 정해진 임계 편차 보다 크면, 해당 셀을 비정상 상태로 판별하고, 비정상 상태의 셀을 우회하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a control system for a supercap module to cope with performance degradation due to high temperature and overvoltage, wherein the control unit determines the average value or dictionary of the individual voltage of each cell and the voltage of all cells that have not been bypassed. It is characterized in that the deviation between the fixed values set in is obtained, and if the deviation is greater than the predetermined threshold deviation, the corresponding cell is determined to be in an abnormal state and controlled to bypass the cell in the abnormal state.
또한, 본 발명은 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템에 관한 것으로서, 상기 제어부는, 컨버터의 출력 전압이 사전에 설정된 목표 전압에 도달한 이우, 우회되지 않은 모든 셀의 전압을 모니터링하여 우회하는 작업을 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a control system for a supercap module to cope with performance degradation due to high temperature and overvoltage, wherein the control unit controls all cells that have not been bypassed once the output voltage of the converter reaches a preset target voltage. It is characterized by performing a bypass operation by monitoring the voltage of.
또한, 본 발명은 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템에 관한 것으로서, 상기 제어부는, (a) 우회되지 않은 모든 셀의 전압을 측정하는 단계; (b) 각 셀과 상기 평균값 또는 고정값의 편차를 산출하고 가장 차이가 큰 셀(이하 최대 편차의 셀)을 선정하는 단계; (c) 상기 최대 편차의 셀의 편차가 상기 임계 편차 보다 큰지를 판단하는 단계; (d) 상기 임계 편차 보다 크면 해당 최대 편차의 셀을 우회시키는 단계; 및, (e) 상기 단계 (b)를 반복하는 단계를 포함하는 방법을 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a control system for a supercapacitor module to cope with performance degradation due to high temperature and overvoltage, wherein the control unit includes the following steps: (a) measuring the voltage of all cells that have not been bypassed; (b) calculating the deviation of each cell from the average or fixed value and selecting the cell with the largest difference (hereinafter referred to as the cell with the largest deviation); (c) determining whether the deviation of the maximum deviation cell is greater than the threshold deviation; (d) if it is greater than the threshold deviation, bypassing the cell with the maximum deviation; And, (e) repeating step (b).
또한, 본 발명은 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템에 관한 것으로서, 상기 제어부는, 우회되지 않은 모든 셀의 전압 및 온도를 측정하고, 사전에 설정된 전압 및 온도와, 수명 간의 관계를 참조하여 각 셀의 수명을 산출하고, 수명이 최소인 셀(이하 우회 전 최소 수명 셀)을 우회하여 제외한 후 나머지 셀의 수명을 추정하고, 우회 후 수명이 최소로 추정되는 셀의 최소 수명(이하 우회 후 최소 수명)이 상기 우회 전 최소 수명 셀의 최소 수명(이하 우회 전 최소 수명) 보다 더 길면 해당 우회 전 최소 수명 셀을 우회시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a control system for a supercap module to cope with performance degradation due to high temperature and overvoltage, wherein the control unit measures the voltage and temperature of all cells that have not been bypassed, and controls the voltage and temperature set in advance. , calculate the lifespan of each cell by referring to the relationship between lifespans, bypass and exclude cells with the minimum lifespan (hereinafter referred to as cells with the minimum lifespan before detour), estimate the lifespan of the remaining cells, and estimate the lifespan of the cells whose lifespan is estimated to be minimum after detour. If the minimum lifespan (hereinafter, the minimum lifespan after bypass) is longer than the minimum lifespan of the minimum lifespan before the bypass (hereinafter, the minimum lifespan before the detour), the minimum lifespan before the detour is bypassed.
또한, 본 발명은 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템에 관한 것으로서, 상기 제어부는, 상기 우회 전 최소 수명 셀을 제외한 후, 우회되지 않은 모든 셀의 전압 및 온도를 측정하여 우회 여부를 결정하는 작업을 반복하되, 우회 전 최소 수명 보다 우회 후 최소 수명이 더 길지 않을 때까지 반복하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a control system for a supercap module to cope with performance degradation due to high temperature and overvoltage, wherein the control unit controls the voltage and temperature of all cells that are not bypassed after excluding the minimum lifespan cell before bypass. The process of measuring and determining whether to bypass is repeated until the minimum lifespan after the bypass is no longer than the minimum lifespan before the bypass.
또한, 본 발명은 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템에 관한 것으로서, 상기 제어부는 상기 우회 전 최소 수명 셀을 제외한 후 나머지 셀의 수명을 추정할 때, 상기 우회 전 최소 수명 셀에 부담되는 전압을 나머지 셀들이 분담하는 것을 가정하여 추정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a control system for a supercap module to cope with performance degradation due to high temperature and overvoltage, wherein the control unit determines the lifespan of the remaining cells after excluding the minimum lifespan cell for the right turn. It is characterized by estimating the voltage burdened on the minimum lifespan cell by assuming that the remaining cells share it.
또한, 본 발명은 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템에 관한 것으로서, 상기 전압 및 온도와, 수명 간의 관계는, 전압이 높을수록 수명이 짧아지고 온도가 높아질수록 수명이 짧아지는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a control system for a supercap module to cope with performance degradation due to high temperature and overvoltage. The relationship between the voltage and temperature and lifespan is that the higher the voltage, the shorter the lifespan and the higher the temperature, the longer the lifespan. It is characterized by including shortening.
또한, 본 발명은 대용량 슈퍼캡 모듈 장착 연료전지 차량의 동작 안정화 및 슈퍼캡 모듈의 수명 연장을 위한 슈퍼캡 모듈 충/방전 제어 시스템에 관한 것으로서, 상기 전기 구동 차량이 동작되면, 상기 슈퍼캡 모듈의 전압이 사전에 설정된 목표 전압을 유지하도록 제어하되, 상기 커패시터 모듈의 내부 커패시터 셀들의 전압 및 온도를 개별 검출하고, 셀 별 측정된 전압 적용 셀 모듈의 평균 전압을 계산하고, 평균 전압(또는 설정된 고정값)과 슈퍼 캡 셀 간의 전압 차이를 검출하고, 검출된 전압 차이에 따라 상기 슈퍼캡 모듈의 연결 스위치를 제어하여 컨버터의 출력 전압 변동을 안정화 시키며 수퍼캡 모듈이 수명확대를 위한 상기 슈퍼캡 모듈의 연결 경로를 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a supercap module charge/discharge control system for stabilizing the operation of a fuel cell vehicle equipped with a large capacity supercap module and extending the life of the supercap module. When the electric drive vehicle is operated, the supercap module The voltage is controlled to maintain a preset target voltage, but the voltage and temperature of the internal capacitor cells of the capacitor module are individually detected, the average voltage of the cell module is calculated, and the average voltage (or a set fixed voltage is applied to each cell) is controlled to maintain the preset target voltage. value) and the super cap cell, and control the connection switch of the super cap module according to the detected voltage difference to stabilize the output voltage fluctuation of the converter and connect the super cap module to extend the life of the super cap module. It is characterized by controlling the path.
또한, 본 발명은 슈퍼캡 모듈 장착 연료전지 차량의 연료전지 출력 안정화를 및 슈퍼캡 수명 확대를 위한 슈퍼캡 모듈 충/방전 제어 시스템에 관한 것으로서, 상기 전기 구동 차량이 시동되면, 상기 상기 슈퍼캡 모듈의 내부 셀의 평균 전압과 각 셀의 전압 차이가 기준치 이상이 되면 스위치를 제어하여 기능저하 커패시터를 우회시키는 작업, 및, 각 셀들의 전압 및 온도를 측정하여 수명 최대화를 위한 셀의 우회 작업을 수행하는 단계를 포함하는 방법을 수행하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명은, 슈퍼캡 모듈의 슈퍼캡 셀들이 직결구조를 이룰 수 있도록 설정하되 각 셀의 전압을 측정하고 평균 전압과 차이를 측정하여 우회되는 스위치들을 확정하고, 스위치를 제어하여 기능이 저하된 슈퍼캡을 우회하여 출력 전압을 안정화 시키고, 온도와 전압을 적용하여 추가적 스위치 제어를 통해 수명확대를 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a supercap module charge/discharge control system for stabilizing the fuel cell output of a fuel cell vehicle equipped with a supercap module and extending the life of the supercap. When the electric drive vehicle is started, the supercap module is When the difference between the average voltage of the internal cells and the voltage of each cell exceeds the standard value, the switch is controlled to bypass the malfunctioning capacitor, and the voltage and temperature of each cell are measured to bypass the cell to maximize lifespan. It is characterized by performing a method comprising the steps of: In other words, the present invention sets the supercap cells of the supercap module to form a direct connection structure, measures the voltage of each cell, measures the average voltage and the difference to determine bypassed switches, and controls the switches to reduce functionality. It is characterized by stabilizing the output voltage by bypassing the supercap, and extending the lifespan through additional switch control by applying temperature and voltage.
또한, 본 발명은 슈퍼캡 모듈의 각 셀들의 충전 전압이 일반 구동 동작 모드에서 지정된 전압 범위를 벗어날 경우에서 컨버터 출력이 슈퍼캡 셀 병렬 스위치를 통해 우회시킨 후, 슈퍼캡 셀이 목표된 정상 구동 범위 전압까지 연료전지에 손상이 없도록 상승시키는, 안정화된 컨버터 출력 제어에 대한 것으로, 슈퍼캡 모듈 내부에 슈퍼캡 단위 셀들을 우회하여 슈퍼캡 어레이와 컨버터 출력을 직렬로 형성할 수 있는 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, when the charging voltage of each cell of the supercap module is outside the specified voltage range in the normal driving operation mode, the converter output is diverted through the supercap cell parallel switch, and then the supercap cell is converted to the target normal driving range. It is about stabilized converter output control that increases the voltage to prevent damage to the fuel cell, and includes a structure that can form the supercap array and converter output in series by bypassing the supercap unit cells inside the supercap module. It is characterized by
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템에 의하면, 연료전지 시스템 장착 대용량 슈퍼캡 모듈의 단위 셀 기능저하에 의한 오동작을 신속이 검출하여 제거함으로써, 출력 전압을 안정적으로 유지할 수 있고, 수명을 연장할 수 있는 효과가 얻어진다.As described above, according to the supercap module control system for responding to performance degradation due to high temperature and overvoltage according to the present invention, malfunctions due to unit cell deterioration of the large capacity supercap module equipped with a fuel cell system are quickly detected and By removing it, the output voltage can be stably maintained and the lifespan can be extended.
또한, 본 발명에 따르면, 컨버터 출력과 슈퍼캡 모듈이 연결된 후 슈퍼캡 모듈의 개별 셀 전압을 감지하여 평균 전압(또는 설정된 고정값)과 일정 이상 차이가 발생하는 전압을 가진 슈퍼캡 셀들을 검출하고, 검출된 셀들과 병렬로 연결되어 있는 스위치들의 작동시켜 셀들을 우회하여 전류가 흐르게 하고, 우회를 통해 전류가 흐르는 조건에서 단위 셀들의 전압이 설정된 범위를 벗어나면 우회되어진 셀들 중 스위치를 다시 조절하여, 단위 셀들의 전압이 제한된 범위 안으로 들어오도록 제어하여 슈퍼캡 모듈의 수명을 최대 확대 시킬 수 있는 효과가 얻어진다.In addition, according to the present invention, after the converter output and the supercap module are connected, the individual cell voltage of the supercap module is detected to detect supercap cells with a voltage that differs by a certain amount from the average voltage (or a set fixed value). , the switches connected in parallel with the detected cells are activated to allow current to flow by bypassing the cells. If the voltage of the unit cells is outside the set range under the condition that the current flows through the bypass, the switches among the bypassed cells are adjusted again. , the effect of maximizing the lifespan of the supercap module is obtained by controlling the voltage of the unit cells to fall within a limited range.
즉, 본 발명은, 연료전지 차량의 DC/DC 컨버터 및 슈퍼캡 모듈이 직렬 장착된 차량의 동작 시 컨버터 출력 전압의 안정화 및 슈퍼캡 모듈의 단위 셀들이 안정적으로 존재하기 위하여, 단순 직렬구조의 기존의 충/방전 방식에 따라 외란에 의해 슈퍼캡 모듈의 단위 셀 들의 기능 저하 발생 시, 안정적 출력 전압 및 수명 확보를 하는 슈퍼캡 모듈의 단위 셀 우회 스위치가 내재된 전력시스템을 도입한다.In other words, the present invention is to stabilize the converter output voltage and ensure the stable existence of the unit cells of the supercap module during the operation of a vehicle in which the DC/DC converter and supercap module of a fuel cell vehicle are mounted in series. According to the charging/discharging method, a power system with a unit cell bypass switch of the supercap module is introduced to ensure a stable output voltage and lifespan when the function of the unit cells of the supercap module is deteriorated due to a disturbance.
또한, 기존 연료전지 슈퍼캡에서는 컨버터 출력의 전압이 설정된 전압 범위에서 안정적으로 제어되는 단순 구조 설계를 하였으나, 실제 시스템에서는 컨버터 전압의 상승 및 하강이 다양한 조건에서, 컨버터 출력 전압 제어 및 슈퍼캡 모듈의 수명 확대를 위한 제어가 필요하다. 즉, 본 발명은, 구동 중 슈퍼캡 모듈의 단위 셀 전압 감지에 의한 슈퍼캡 단위 셀 기능 저하 감지 시, 슈퍼캡 단위 셀의 우회 스위치를 연결하고, 연결된 후 우회되지 않은 단위 셀들의 전압을 확인 후 셀들의 전압이 제한된 범위 내에 있지 않으면 셀들의 연결을 다시 조절하고, 단위 셀들의 전압이 제한된 범위 이내까지 들어올 수 있도록 조절한다.In addition, the existing fuel cell supercap has a simple structural design in which the voltage of the converter output is stably controlled within a set voltage range, but in the actual system, the rise and fall of the converter voltage varies under various conditions, and the control of the converter output voltage and the supercap module Control is needed to extend lifespan. That is, the present invention connects the bypass switch of the supercap unit cell when detecting a decrease in supercap unit cell function by detecting the unit cell voltage of the supercap module during operation, and checks the voltage of the unit cells that have not been bypassed after connection. If the voltage of the cells is not within the limited range, the connections of the cells are adjusted again, and the voltage of the unit cells is adjusted so that it falls within the limited range.
또한, 슈퍼캡 모듈의 단위 셀 우회 스위치의 제어에 의하여 연결된 후 전압이 안정화 될 때까지, 슈퍼캡 모듈의 최대 안정 범위 내에서, 스위치를 제어하며 목표된 제한된 전압 범위에 접근할 수 있도록 제어를 진행하여 슈퍼캡 모듈의 수명을 컨버터 출력 전압의 변동 범위을 안정화 시키면서 수명을 최대화 시킬 수 있다.In addition, after connection is made by controlling the unit cell bypass switch of the supercap module, the switch is controlled within the maximum stable range of the supercap module until the voltage is stabilized, and control is performed to approach the target limited voltage range. Thus, the lifespan of the supercap module can be maximized while stabilizing the fluctuation range of the converter output voltage.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지, DC/DC 컨버터, 슈퍼탭 모듈 기반 전기 구동 특성을 갖는 차량의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 슈퍼캡 모듈의 내부 전기적 내부 연결 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 전압 출력 응답 그래프.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 전압에 의한 제어 방법을 설명하는 흐름도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 온도 및 전압에 따른 셀 수명을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 수명에 의한 제어 방법을 설명하는 흐름도.1 is a block diagram showing the configuration of a vehicle with electric drive characteristics based on a fuel cell, DC/DC converter, and SuperTap module according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram illustrating the internal electrical connection configuration of a supercapacitor module according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a converter voltage output response graph according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a flowchart illustrating a control method by voltage of a control unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph showing cell lifespan according to temperature and voltage according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a flowchart illustrating a control method based on the lifespan of a control unit according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.Hereinafter, specific details for implementing the present invention will be described with reference to the drawings.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.In addition, in explaining the present invention, like parts are given the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
먼저, 본 발명을 실시하기 위한 전기구동 차량 적용 연료전지 기반 전력 공급 시스템(100)의 구성을 도 1를 참조하여 설명한다.First, the configuration of a fuel cell-based power supply system 100 applied to an electric drive vehicle for implementing the present invention will be described with reference to FIG. 1.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 기반 전력 공급 시스템(100)은 연료전지(1), DC/DC 컨버터(2), 슈퍼캡 모듈(5), 인버터(3) 등으로 구성된다, 또한, DC/DC 컨버터 입력 측에 연료전지 출력을 보조하기 위한 소형 DC/DC 컨버터(또는 보조용 컨버터)(4)가 보조 배터리(6)와 함께 추가적으로 더 포함하여 구성될 수 있다.As shown in Figure 1, the fuel cell-based power supply system 100 according to the present invention consists of a fuel cell (1), a DC/DC converter (2), a supercapacitor module (5), and an inverter (3). , In addition, a small DC/DC converter (or auxiliary converter) 4 to assist the fuel cell output may be additionally included along with the auxiliary battery 6 on the DC/DC converter input side.
먼저, 연료전지(1)는 전체 전원을 생성하여 공급하는 부분으로서, 전기 구동 차량에서 필요한 모든 전력을 공급하는 전력을 발생시킨다. 바람직하게는, 연료전지는 수소 연료전지이다.First, the fuel cell 1 is a part that generates and supplies overall power, and generates power to supply all the power required for an electric drive vehicle. Preferably, the fuel cell is a hydrogen fuel cell.
다음으로, DC/DC 컨버터(2)는 연료전지(1)와 직렬로 연결되어, 연료전지의 출력 전압을 입력받고, 슈퍼캡 모듈(5) 및 모터 구동 인버터(3)에 해당 연료전지의 출력전압을 변경하여 제공한다. 특히, DC/DC 컨버터(2)는 인버터 구동 전압이 가능한 전압으로 변경하여 컨버터 출력을 공급한다.Next, the DC/DC converter (2) is connected in series with the fuel cell (1), receives the output voltage of the fuel cell, and outputs the fuel cell to the supercap module (5) and the motor drive inverter (3). Provided by changing voltage. In particular, the DC/DC converter 2 changes the inverter driving voltage to a possible voltage and supplies the converter output.
다음으로, 인버터(3)는 DC/DC 컨버터(2), 특히, 컨버터(2)의 출력에 연결되어 구성된다. 인버터(3)에 의해 모터(8)가 구동된다.Next, the inverter 3 is configured to be connected to the DC/DC converter 2, especially the output of the converter 2. The motor 8 is driven by the inverter 3.
다음으로, 슈퍼캡 모듈(5)은 인버터(3)와 병렬로 연결되고, 컨버터(2)의 출력에 연결되어 구성된다. 슈퍼캡 모듈(5)은 컨버터(2)의 출력을 공급받아 내부에 전원 또는 전력을 충전하고, 충전된 전력을 컨버터 구동 시 보조 전력으로 인버터(3)로 출력한다. 즉, 슈퍼캡 모듈(5)은 인버터 구동 시 컨버터(2)의 출력전압 변동을 최소화 하기 위한 컨버터 출력보조 장치로 사용된다. 특히, 슈퍼캡 모듈(5)은 출력 보조를 통해, 컨버터의 급속한 전압 상승 및 하강을 줄여준다.Next, the supercap module 5 is connected in parallel with the inverter 3 and connected to the output of the converter 2. The supercap module 5 receives the output of the converter 2, charges internal power or power, and outputs the charged power to the inverter 3 as auxiliary power when driving the converter. In other words, the supercap module 5 is used as a converter output auxiliary device to minimize the output voltage fluctuation of the converter 2 when the inverter is driven. In particular, the supercap module (5) reduces the rapid voltage rise and fall of the converter through output assistance.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 슈퍼캡 모듈(5)의 구성을 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Next, the configuration of the supercap module 5 according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 2.
도 2에서 보는 바와 같이, 슈퍼캡 모듈(5)은 컨버터(2)의 출력과 연결되는 전력선 또는 전력단자(10), 전력을 충방전하는 슈퍼캡 어레이(14), 슈퍼캡 어레이(14)의 각 셀을 우회시키는 우회 회로부(11), 및, 우회 회로부(11)의 스위치를 제어하는 제어부(15)로 구성된다. 또한, 슈퍼캡 어레이(14)의 각 셀에서의 전압 또는 온도를 측정하는 센서부(12), 또는, 슈퍼캡 어레이(14)에 공급되는 전압을 측정하는 공급전압 센서(13)를 더 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 2, the supercap module 5 includes a power line or power terminal 10 connected to the output of the converter 2, a supercap array 14 for charging and discharging power, and a power line of the supercap array 14. It is composed of a bypass circuit unit 11 that bypasses each cell, and a control unit 15 that controls the switches of the bypass circuit unit 11. In addition, it further includes a sensor unit 12 that measures the voltage or temperature in each cell of the supercap array 14, or a supply voltage sensor 13 that measures the voltage supplied to the supercap array 14. It can be configured.
슈퍼캡 모듈(5)의 전력선 또는 전력 단자(10)는 컨버터(2)의 출력과 연결된다. 이를 통해, 전력선 또는 전력단자(10)를 통해, 컨버터(2)의 출력이 입력되거나, 슈퍼캡 어레이(14)에 충전된 전력이 인버터(3)의 입력으로 출력될 수 있다.The power line or power terminal 10 of the supercap module 5 is connected to the output of the converter 2. Through this, the output of the converter 2 can be input through the power line or power terminal 10, or the power charged in the supercap array 14 can be output as the input of the inverter 3.
또한, 슈퍼캡 어레이(14)는 전력을 충방전할 수 있는 회로로서, 다수의 단위 셀 또는 셀(c1,c2,...,cn)로 구성된다. 각 셀(c1,c2,...,cn)은 커패시터(capacity)이며, 각각 직렬로 연결된다. 각 셀은 자신의 용량에 따라 전력을 충전하거나 방전한다.In addition, the supercap array 14 is a circuit capable of charging and discharging power, and is composed of a plurality of unit cells or cells (c1, c2,...,cn). Each cell (c1, c2,...,cn) is a capacitor and is connected in series. Each cell charges or discharges power according to its capacity.
또한, 슈퍼캡 어레이(14)는 전력선 또는 전력 단자(10)로 입력되는 전력을 공급받는다. 이때, 충전에 의해 슈퍼캡 어레이(14)의 전압이 상승된다. 또는 슈퍼캡 어레이(14)는 전력선 또는 전력 단자(10)를 통해, 충전된 전력을 외부로 출력(방전)할 수 있다.In addition, the supercap array 14 receives power input through the power line or power terminal 10. At this time, the voltage of the supercap array 14 increases due to charging. Alternatively, the supercap array 14 may output (discharge) the charged power to the outside through the power line or power terminal 10.
한편, 각 셀(c1,c2,...,cn)의 커패시터는 과전압 또는 스트레스에 의해 내부 저항(ESR, 등가직렬저항) 값이 높아지고 용량값이 줄어들 수 있다. 이때, 커패시터가 내부저항이 높아지고 용량값이 줄어들면 충전 또는 방전 속도가 느려져서 상대적으로 충전/방전 대응능력이 줄어든다. 이때, 어느 하나의 셀의 성능(내부저항 증가 및 용량 감소)이 떨어지면, 슈퍼캡 어레이(14)의 전체 성능(용량)도 크게 감소한다.Meanwhile, the internal resistance (ESR, equivalent series resistance) of the capacitor of each cell (c1, c2,...,cn) may increase and the capacitance value may decrease due to overvoltage or stress. At this time, when the internal resistance of the capacitor increases and the capacity value decreases, the charging or discharging speed slows down and the charging/discharging response ability is relatively reduced. At this time, if the performance (increased internal resistance and decreased capacity) of any one cell decreases, the overall performance (capacity) of the supercap array 14 also decreases significantly.
다음으로, 우회 회로부(11)는 슈퍼캡 어레이(14)의 각 셀(c1,c2,...,cn)에 대해 각각 우회하는 다수의 우회 회로(a1,a2,...,an)를 구비한다.Next, the bypass circuit unit 11 operates a plurality of bypass circuits (a1, a2,...,an) that respectively bypass each cell (c1, c2,...,cn) of the supercap array 14. Equipped with
즉, 각 우회 회로(a1,a2,...,an)는 각각 대응하는 셀(c1,c2,...,cn)과 병렬로 구성되고, 각 우회 회로(a1,a2,...,an) 상에는 해당 회로를 온/오프 하는 스위치(b1,b2,...,bn)가 구비된다. 즉, 우회 회로 a1은 셀 c1과 병렬로 구성되고, 우회 회로 a1 상에는 스위치 b1이 구비된다. 또한, 우회 회로 a2는 셀 c2와 병렬로 구성되고, 우회 회로 a2 상에는 스위치 b2가 구비된다.That is, each bypass circuit (a1, a2,...,an) is configured in parallel with the corresponding cell (c1,c2,...,cn), and each bypass circuit (a1,a2,..., On the an), switches (b1, b2,...,bn) are provided to turn on/off the corresponding circuit. That is, the bypass circuit a1 is configured in parallel with the cell c1, and the switch b1 is provided on the bypass circuit a1. Additionally, the bypass circuit a2 is configured in parallel with the cell c2, and a switch b2 is provided on the bypass circuit a2.
특히, 각 우회 회로(a1,a2,...,an)는 각 스위치 별 전압 드롭이 거의 없는 회선(또는 각 슈퍼캡 셀의 전압을 거의 0으로 하는 방전 시키는 회선)으로 구성되어, 스위치(b1,b2,...,bn)가 온(on)되면 내부 등가 저항을 가지는 셀(c1,c2,...,cn) 대신 우회 회로(a1,a2,...,an)로 회선이 연결된다.In particular, each bypass circuit (a1, a2,...,an) is composed of a line with almost no voltage drop for each switch (or a line that discharges the voltage of each supercap cell to almost 0), so that the switch (b1) When ,b2,...,bn) is turned on, the line is connected to the bypass circuit (a1,a2,...,an) instead of the cell (c1,c2,...,cn) with internal equivalent resistance. do.
또한, 각 스위치(b1,b2,...,bn)가 온(on)되면, 해당 셀(c1,c2,...,cn)은 우회 회로(a1,a2,...,an)로 우회되어 충전(방전)되지 않는다. 즉, 해당 셀, 또는, 우회되는 셀은 충방전에 참여되지 않고, 나머지 오프(off)된 셀들만 충방전에 참여된다. 예를 들어, 스위치 b1이 온(on)되면, 셀 c1은 우회되어 충방전에 참여되지 않는다. 따라서 슈퍼캡 어레이(14)는 셀 c2,c3,...,cn 에만 충방전한다.In addition, when each switch (b1,b2,...,bn) is turned on, the corresponding cell (c1,c2,...,cn) is transferred to the bypass circuit (a1,a2,...,an). It is bypassed and does not charge (discharge). That is, the corresponding cell or the bypassed cell does not participate in charging and discharging, and only the remaining cells that are turned off participate in charging and discharging. For example, when switch b1 is turned on, cell c1 is bypassed and does not participate in charging or discharging. Therefore, the supercap array 14 charges and discharges only cells c2, c3,...,cn.
다음으로, 센서부(12)는 각 셀(c1,c2,...,cn)에 각각 구비되는 전압 또는 온도를 측정하는 센서들(s1,s2,...,sn)로 구성된다. 즉, 센서 s1은 셀 c1의 전압 또는 온도를 측정하고, 센서 s2는 셀 c2의 전압 또는 온도를 측정한다.Next, the sensor unit 12 is composed of sensors (s1, s2,...,sn) that measure the voltage or temperature provided in each cell (c1, c2,...,cn). That is, sensor s1 measures the voltage or temperature of cell c1, and sensor s2 measures the voltage or temperature of cell c2.
센서부(12)에 측정된 측정값은 제어부(15)에 의해 수집된다. 즉, 각 센서(s1,s2,...,sn)에서 측정되는 측정값은 제어부(15)에 입력된다.The measurement values measured by the sensor unit 12 are collected by the control unit 15. That is, the measured values from each sensor (s1, s2,...,sn) are input to the control unit 15.
또한, 전력선 또는 전력 단자(10)와 슈퍼캡 어레이(14)의 사이에는 전압을 측정하는 공급전압 센서(13)가 구비된다. 공급전압 센서(13)는 컨버터(2)의 출력 전압 또는 슈퍼캡 어레이(14)의 공급 전압을 측정한다.Additionally, a supply voltage sensor 13 that measures voltage is provided between the power line or power terminal 10 and the supercap array 14. The supply voltage sensor 13 measures the output voltage of the converter 2 or the supply voltage of the supercap array 14.
다음으로, 제어부(15)는 우회 회로부(11)의 각 스위치를 선택적으로 온/오프 제어하여, 충방전에 참여하는 슈퍼캡 어레이(14)의 셀들 선택한다(또는 충방전에 제외할 셀들을 선택한다).Next, the control unit 15 selectively controls on/off each switch of the bypass circuit unit 11 to select cells of the supercap array 14 participating in charging and discharging (or select cells to be excluded from charging and discharging). do).
앞서 설명한 바와 같이, 제어부(15)가 각 스위치(b1,b2,...,bn)를 온(on)하면, 해당 셀(c1,c2,...,cn)은 우회 회로(a1,a2,...,an)로 우회되어 충전(방전)되지 않는다. 또한, 제어부(15)가 각 스위치(b1,b2,...,bn)를 오프(off)하면, 해당 셀(c1,c2,...,cn)은 우회 회로(a1,a2,...,an)로 우회되지 않으므로 충전(방전)된다. 예를 들어, 셀 c1,c2,c3,c4,c5에 대하여, 스위치를 on,on,off,on,off 로 제어하면, 온(on)된 셀 c1,c2,c4는 제외되고, 오프(off)된 셀 c3,c5만 충방전에 참여된다. 따라서 슈퍼캡 어레이(14)는 셀 c3와 c5 로 구성된 것과 같이 작동한다.As described above, when the control unit 15 turns on each switch (b1, b2,...,bn), the corresponding cells (c1, c2,...,cn) are connected to the bypass circuit (a1, a2). ,...,an) and is not charged (discharged). In addition, when the control unit 15 turns off each switch (b1, b2,...,bn), the corresponding cells (c1, c2,...,cn) are connected to the bypass circuits (a1, a2,...). .,an), so it is charged (discharged). For example, for cells c1, c2, c3, c4, and c5, if the switch is controlled to on, on, off, on, off, cells c1, c2, and c4 that are on are excluded, and cells c1, c2, and c4 that are on are excluded. ) only cells c3 and c5 participate in charging and discharging. Therefore, the supercap array 14 operates as if composed of cells c3 and c5.
한편, 제어부(15)는 센서부(12)의 센서(s1,s2,...,sn)로부터 각 셀(c1,c2,...,cn)의 전압 또는 온도를 수집하고, 각 셀의 전압 또는 온도에 따라 해당 셀(c1,c2,...,cn)의 우회 여부를 결정한다. 즉, 제어부(15)는 각 셀의 전압과 온도를 분석하여 해당 셀의 우회 여부를 결정하고, 우회 여부의 결정에 따라 해당 셀의 우회 스위치(b1,b2,...,bn)를 온/오프 시킨다.Meanwhile, the control unit 15 collects the voltage or temperature of each cell (c1, c2,...,cn) from the sensors (s1, s2,...,sn) of the sensor unit 12, and Depending on the voltage or temperature, it is decided whether to bypass the corresponding cells (c1, c2,...,cn). That is, the control unit 15 analyzes the voltage and temperature of each cell to determine whether to bypass the cell, and turns on/off the bypass switches (b1, b2,...,bn) for the cell according to the decision to bypass. Turn it off.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 제어부(15)의 전압에 의한 제어 방법에 대하여 도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.Next, the control method using the voltage of the control unit 15 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4.
도 3은 컨버터(2)의 출력 전압 또는 슈퍼캡 어레이(14)의 공급 전압을 나타낸 그래프이다. 특히, 도 3에서, 실선 그래프(21)는 슈퍼캡 모듈(5)이 정상적으로 작동하는 경우를 나타내고, 제1 점선 그래프(22)는 슈퍼캡 모듈(5)이 비정상적으로 작동하는 경우를 나타내고, 제2 점선 그래프(23)는 슈퍼캡 모듈(5)이 비정상적일 때 보정한 경우를 나타낸다.Figure 3 is a graph showing the output voltage of the converter 2 or the supply voltage of the supercap array 14. In particular, in Figure 3, the solid line graph 21 represents a case where the supercap module 5 operates normally, the first dotted line graph 22 represents a case where the supercap module 5 operates abnormally, and the first dotted line graph 22 represents a case where the supercap module 5 operates abnormally. 2 The dotted line graph (23) shows the case of correction when the supercap module (5) is abnormal.
도 3에서 시간 축에서 의미있는 시점은 t0, t1, t2, t3, t4, t5 이다. 해당 시점 또는 해당 시점에 의한 구간을 구분하여, 슈퍼캡 모듈의 상태 또는 제어 방법에 대하여 설명한다.In Figure 3, meaningful points on the time axis are t0, t1, t2, t3, t4, and t5. The status or control method of the supercap module is explained by dividing the relevant point in time or section by that point in time.
먼저, 구간 t0-t1은 전력 공급 시스템(100)의 시동 전 구간으로서, 컨버터의 출력 전압과 슈퍼캡 어레이 전압은 최저 전압을 나타낸다. 즉, 컨버터(2)에는 아직 전력이 공급되지 않고, 슈퍼캡 어레이(14)는 완전 방전되어 최저 전압을 갖는다.First, the section t0-t1 is a section before starting the power supply system 100, and the output voltage of the converter and the supercap array voltage represent the lowest voltage. That is, power is not yet supplied to the converter 2, and the supercap array 14 is completely discharged and has the lowest voltage.
다음으로, 구간 t1-t2는 전력 공급 시스템(100)이 시동되는 구간(시동 시작 구간)으로서, 컨버터의 출력 전압(21)과 슈퍼캡 어레이(14)의 전압이 동시에 상승한다. 즉, 시동이 되어 전력이 공급되기 시작하여 슈퍼캡 어레이(14)에 충전이 시작되고 컨버터의 출력 전압(21)도 증가하기 시작한다.Next, the section t1-t2 is a section (start-up start section) in which the power supply system 100 is started, and the output voltage 21 of the converter and the voltage of the supercap array 14 rise simultaneously. That is, the engine starts and power begins to be supplied, charging the supercap array 14 begins, and the output voltage 21 of the converter also begins to increase.
이때, 슈퍼캡 어레이(14)의 각 셀(c1,c2,...,cn)은 모두 정상적으로 작동하므로, 제어부(15)는 각 셀(c1,c2,...,cn)에 대응되는 각 우회 회로(a1,a2,...,an)의 스위치(b1,b2,...,bn)를 모두 오프(off)한다. 즉, 제어부(15)는 슈퍼캡 어레이(14)의 각 셀(c1,c2,...,cn)이 모두 우회되지 않고 충전되도록 제어한다. 이때, 슈퍼캡 어레이(14)의 각 셀(c1,c2,...,cn)에도 컨버터의 출력에 의해 충전되어, 슈퍼캡 어레이(14)의 셀 전압이 빠르게 상승한다. 이때, 컨버터의 목표 전압(V1)까지 상승한다.At this time, since each cell (c1, c2,...,cn) of the supercap array 14 operates normally, the control unit 15 controls each cell (c1, c2,...,cn) corresponding to each cell (c1, c2,...,cn). Turn off all switches (b1, b2,...,bn) of the bypass circuit (a1, a2,...,an). That is, the control unit 15 controls each cell (c1, c2,...,cn) of the supercap array 14 to be charged without being bypassed. At this time, each cell (c1, c2,...,cn) of the supercap array 14 is also charged by the output of the converter, and the cell voltage of the supercap array 14 quickly increases. At this time, it rises to the target voltage (V1) of the converter.
다음으로, 시점 t2 이후의 구간에서, 슈퍼캡 어레이(14)의 각 셀(c1,c2,...,cn)이 모두 정상적으로 작동되면, 실선 그래프(21)와 같이, 컨버터 출력 전압은 일정하게 유지된다. 도 3과 같이, 컨버터의 출력 전압이 제1 전압(V1)으로 유지된다.Next, in the section after time t2, when each cell (c1, c2,...,cn) of the supercap array 14 operates normally, the converter output voltage remains constant, as shown in the solid line graph 21. maintain. As shown in Figure 3, the output voltage of the converter is maintained at the first voltage (V1).
즉, 연료전지의 출력 전압 또는 모터 구동 인버터의 부하에 따라 컨버터 출력 전압에 변동(변위)이 발생하나, 전압 변위에 맞추어 슈퍼캡 어레이(14)가 그 변위를 최대로 억제하며 충방전되어 일정한 출력 전압을 유지하게 된다.In other words, fluctuations (displacements) occur in the converter output voltage depending on the output voltage of the fuel cell or the load of the motor drive inverter, but the supercap array 14 suppresses the displacement to the maximum in accordance with the voltage displacement and charges and discharges to provide a constant output. The voltage is maintained.
다음으로, 구간 t3-t4에서, 슈퍼캡 어레이(14)의 각 셀 중 일부 셀에서 내부 등가 저항(ESR) 높아지고 용량이 저하되어 슈퍼캡 어레이의 전체 성능이 최저 성능 슈퍼캡 셀에 맞추어져 동작이 비정상 상태가 된다. 이때, 슈퍼캡 어레이(14)의 충방전 성능(또는 용량)이 급격히 줄어든다. 그리고 제1 점선 그래프(22)와 같이, 컨버터 출력 전압은 변동(변위)된다. 즉, 연료전지의 출력 전압 또는 모터 구동 인버터의 부하에 따라 컨버터 출력 전압에 변동(변위)이 발생함에도, 슈퍼캡 어레이(14)가 충방전 기능이 낮아져서 출력 전압의 변동을 보완하지 못한다. 따라서 제1 점선 그래프(22)와 같이, 컨버터 출력 전압의 변위가 크게 증가한다.Next, in the section t3-t4, the internal equivalent resistance (ESR) increases and the capacity decreases in some cells of each cell of the supercap array 14, so that the overall performance of the supercap array is adjusted to the lowest performance supercap cell and the operation is reduced. becomes abnormal. At this time, the charge/discharge performance (or capacity) of the supercap array 14 is rapidly reduced. And as shown in the first dotted line graph 22, the converter output voltage fluctuates (displaces). That is, even though there is a change (displacement) in the converter output voltage depending on the output voltage of the fuel cell or the load of the motor driving inverter, the supercap array 14 does not compensate for the change in output voltage because the charging and discharging function is lowered. Therefore, as shown in the first dotted line graph 22, the displacement of the converter output voltage greatly increases.
특히, 일반적으로 t2 시점과 t3 시점 사이에서 슈퍼캡 성능 저하 셀이 감지되어 슈퍼캡 셀 우회 스위치 제어가 이루어질 수도 있으나, 동작 저하가 감지되어지지 않았을 시, 전 시점 t4에서, 제어부(15)는 출력 전압의 변위가 사전에 정해진 기준 범위를 벗어나면 슈퍼캡 어레이(14)가 비정상 상태로 검출한다. 도 3의 예에서, 컨버터의 출력 전압이 제1 전압(V1)에서 제2 전압(V2)로 낮아지면 비정상 상태로 검출한다. 즉, 제어부(15)는 슈퍼캡 어레이(14)의 충방전 기능의 감쇠 상태(또는 비정상 상태)를 검출하고, 특히, 비정상 상태의 셀을 검출하여 이를 우회 하도록 제어한다.In particular, in general, a cell with deteriorated supercap performance is detected between time t2 and time t3, and supercap cell bypass switch control may be performed. However, if no deterioration in operation is detected, the control unit 15 outputs an output at the previous time t4. If the voltage displacement is outside a predetermined reference range, the supercap array 14 detects an abnormal state. In the example of FIG. 3, when the output voltage of the converter decreases from the first voltage (V1) to the second voltage (V2), an abnormal state is detected. That is, the control unit 15 detects the attenuation state (or abnormal state) of the charging and discharging function of the supercapacitor array 14, and in particular, detects cells in an abnormal state and controls them to bypass them.
바람직하게는, 제어부(15)는 센서부(12)의 센서(s1,s2,...,sn)로부터 각 셀(c1,c2,...,cn)의 전압을 읽어온다. 그리고 제어부(15)는 각 셀의 개별 전압과, 우회되지 않은 모든 셀의 전압을 평균한 평균값 또는 사전에 정해진 고정값 간의 편차(차이)를 구한다. 그리고 그 차이가 사전에 정해진 설정값(임계 편차) 이상이면, 해당 셀을 비정상 상태로 판별한다. 그리고 비정상 상태의 셀에 대응되는 우회회로의 스위치를 온(on)하여 우회시킨다.Preferably, the control unit 15 reads the voltage of each cell (c1, c2,...,cn) from the sensors (s1, s2,...,sn) of the sensor unit 12. Then, the control unit 15 calculates the deviation (difference) between the individual voltage of each cell and the average value of the voltages of all cells that are not bypassed or a predetermined fixed value. And if the difference is more than a predetermined set value (threshold deviation), the cell is determined to be in an abnormal state. Then, the switch of the bypass circuit corresponding to the cell in an abnormal state is turned on to bypass it.
한편, 제어부(15)는 센서들로부터 셀들의 전압 전체 또는 일부를 모두 읽어들인 후, 읽어들인 다수의 전압들에 대하여 개별 전압의 편차(차이)를 구할 수도 있고, 한번에 하나씩 개별 전압을 읽고 읽어들일 때마다 편차를 구하여 판별할 수 있다.Meanwhile, the control unit 15 may read all or part of the voltage of the cells from the sensors and then obtain the deviation (difference) of the individual voltages for the plurality of voltages read, or read the individual voltages one at a time. It can be determined by calculating the deviation each time.
다음으로, 구간 t4-t5에서, 비정상 상태의 셀을 우회시키면, 슈퍼캡 어레이(14)의 충방전 단위 셀 용량(기능) 용량에 대한 입력 전압의 셀 당 분배 전압은 높아지나, 남은 정상 상태의 셀 중 최소 용량 기준 성능이 작동 되어 셀 기능 저하 오동작 이전 근사 정도의 충방전 용량(기능)이 복원된다. 따라서, 제2 점선 그래프(23)과 같이, 완전 정상 상태(또는 이전 정상 상태)와, 복원된 정상 상태의 차이에 의해, 짧은 시간(구간 t4-t5) 동안 변위가 발생한다.Next, in the section t4-t5, if the cell in the abnormal state is bypassed, the distribution voltage per cell of the input voltage for the charging and discharging unit cell capacity (function) capacity of the supercap array 14 increases, but the remaining normal state cell distribution voltage increases. The minimum capacity standard performance among cells is activated, and the charging and discharging capacity (function) is restored to the approximate level before the malfunction or deterioration of cell function. Therefore, as shown in the second dotted line graph 23, displacement occurs for a short time (section t4-t5) due to the difference between the completely normal state (or previous normal state) and the restored normal state.
그런데 시점 t5 이후에는, 복원된 정상 상태의 슈퍼캡 어레이(14)에 의해 컨버터의 출력 전압은 안정화 된다.However, after time t5, the output voltage of the converter is stabilized by the restored normal state supercap array 14.
한편, 앞서 제어부(15)의 압력에 의한 제어 방법의 흐름도를 도 4에 도시하고 있다.Meanwhile, a flowchart of the control method using the pressure of the control unit 15 is shown in FIG. 4.
도 4에서 보는 바와 같이, 연료전지(1)가 온(on)되면(S11) 컨버터(2)가 시동된다(S12). 그리고 컨버터가 시동되면, 컨버터의 출력 전압이 빠르게 증가하여(S13), 컨버터의 목표 전압 V1에 도착한다(S14).As shown in FIG. 4, when the fuel cell 1 is turned on (S11), the converter 2 is started (S12). And when the converter starts, the output voltage of the converter quickly increases (S13) and reaches the converter's target voltage V1 (S14).
컨버터의 출력 전압이 컨버터의 목표 전압(V1)이 도달하면, 제어부(15)는 슈퍼캡 어레이(14)의 각 셀(c1,c2,...,cn)에 대하여 개별 전압을 모니터링 한다(S15). 즉, 각 셀(c1,c2,...,cn)의 센서(s1,s2,...,sn)로부터 각 셀(c1,c2,...,cn)의 전압을 읽어온다.When the output voltage of the converter reaches the target voltage (V1) of the converter, the control unit 15 monitors the individual voltage for each cell (c1, c2,...,cn) of the supercap array 14 (S15) ). That is, the voltage of each cell (c1, c2,...,cn) is read from the sensor (s1, s2,...,sn) of each cell (c1, c2,...,cn).
그리고 제어부(15)는 각 셀의 전압과 평균값 또는 고정값의 차이(또는 편차)를 구한다(S16). 이때, 바람직하게는, 제어부(15)는 우회되지 않은 모든 셀의 전압을 평균하여 평균값을 구한다.Then, the control unit 15 calculates the difference (or deviation) between the voltage of each cell and the average or fixed value (S16). At this time, preferably, the control unit 15 calculates the average value by averaging the voltages of all cells that are not bypassed.
현재 흐름도에서는, 한번에 하나씩 개별 전압을 읽고 읽어들일 때마다 편차를 구하여 판별하는 것으로 표시되었으나, 센서들로부터 셀들의 전압 전체 또는 일부를 읽어들인 후, 읽어들인 다수의 전압들에 대하여 개별 전압의 편차(차이)를 구할 수도 있다.In the current flow chart, it is shown that individual voltages are read one at a time and the deviation is calculated and determined each time they are read. However, after reading all or part of the voltage of the cells from the sensors, the individual voltage deviation (deviation) for the multiple voltages read. difference) can also be obtained.
그리고 그 차이(또는 편차)가 사전에 정해진 설정값(또는 임계 편차)과 대비한다(S17). 특히, 편차가 가장 큰 셀(이하 최대 편차 셀)의 편차와 상기 임계 편차를 대비한다.Then, the difference (or deviation) is compared with a predetermined set value (or threshold deviation) (S17). In particular, the deviation of the cell with the largest deviation (hereinafter referred to as the maximum deviation cell) is compared with the critical deviation.
다음으로, 제어부(15)는 최대 편차 셀의 편차가 임계 편차 보다 크면, 해당 셀을 비정상 상태로 판별한다. 그리고 비정상 상태의 셀에 대응되는 우회회로의 스위치를 온(on)하여 우회시킨다(S18).Next, if the deviation of the maximum deviation cell is greater than the threshold deviation, the control unit 15 determines the corresponding cell to be in an abnormal state. Then, the switch of the bypass circuit corresponding to the cell in an abnormal state is turned on to bypass the cell (S18).
그리고 최대 편차 셀은 우회시켜 제외시키고 나머지 셀들에 대하여 단계 S16을 반복한다(S19). 즉, 나머지 셀들 중에서 최대 편차 셀을 구하여 우회시키는 단계, 즉, 단계 S16, S17, S18을 반복한다. 셀의 편차가 임계 편차 보다 큰 셀이 없을 때까지 반복한다. 결국, 편차가 임계 편차 보다 큰 모든 셀은 스위치가 온(on)되어 우회 된다.Then, the cell with the maximum deviation is bypassed and excluded, and step S16 is repeated for the remaining cells (S19). That is, the step of finding and bypassing the cell with the maximum deviation among the remaining cells, that is, repeating steps S16, S17, and S18. Repeat until there are no cells whose deviation is greater than the threshold deviation. Ultimately, all cells whose deviation is greater than the critical deviation are switched on and bypassed.
다음으로, 제어부(15)는 최대 편차 셀의 편차가 임계 편차 보다 크지 않으면, 우회 스위치를 온(on)하지 않고 정상 구동한다(S20). 또는 다시 모니터링 상태로 전환한다.Next, if the deviation of the maximum deviation cell is not greater than the threshold deviation, the control unit 15 operates normally without turning on the bypass switch (S20). Or switch back to monitoring state.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 제어부(15)의 수명에 의한 제어 방법에 대하여 도 5 및 도 6을 참조하여 구체적으로 설명한다.Next, a control method based on the lifespan of the control unit 15 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.
도 5는 셀을 구성하는 커패시터의 입력 전압 및 온도에 따른 수명 관계를 나타내고 있다. 도 5에서 보는 바와 같이, 각 셀(c1,c2,...,cn)의 커패시터는 온도가 높을수록 수명이 짧아지고, 전압이 높을수록 수명이 짧아진다.Figure 5 shows the lifespan relationship according to the input voltage and temperature of the capacitors constituting the cell. As shown in FIG. 5, the lifespan of the capacitors of each cell (c1, c2,...,cn) becomes shorter as the temperature increases, and as the voltage increases, the lifespan becomes shorter.
한편, 슈퍼캡 어레이(14)에서 일부 셀을 우회시켜 제외하면, 컨버터의 출력 전압은 목표 전압 V1으로 유지되므로 각 셀이 부담하는 전압은 높아진다. 즉, 우회되어 제외된 셀이 부담하는 전압을 나머지 셀들이 분담하여 부담해야 하기 때문이다. 따라서 셀을 우회시켜 제외하면, 각 셀에 부여되는 전압이 높아지므로 수명이 짧아진다.Meanwhile, if some cells are bypassed and excluded from the supercap array 14, the output voltage of the converter is maintained at the target voltage V1, so the voltage borne by each cell increases. In other words, the voltage borne by the bypassed and excluded cells must be shared and borne by the remaining cells. Therefore, if cells are bypassed and excluded, the voltage applied to each cell increases and its lifespan is shortened.
그러나 일부 셀의 온도가 너무 높다면, 높은 온도의 셀이 실질적 동작 수명을 결정함으로 해당 온도에 의해 결정되는 수명이, 해당 셀이 우회되어 분담되는 전압 증가에 따른 수명 보다 더 작을 수 있다. 이 경우, 해당 셀을 우회 하여 제외시키는 것이 전체적인 슈퍼캡 어레이(14)의 수명을 더 길게 한다.However, if the temperature of some cells is too high, the lifespan determined by the temperature may be shorter than the lifespan due to the increase in voltage shared by bypassing the cells, since the cells with high temperatures determine the actual operating lifespan. In this case, bypassing and excluding the corresponding cell increases the lifespan of the overall supercap array 14.
따라서 도 5와 같은 입력 전압 및 온도에 따른 수명 관계를 이용하여, 각 셀의 온도를 모니터링하여, 필요한 경우 온도가 높은 셀을 우회하여 제외한다. 한편, 앞서 입력 전압 및 온도에 따른 수명 관계는 사전에 설정된다.Therefore, using the lifespan relationship according to input voltage and temperature as shown in FIG. 5, the temperature of each cell is monitored, and if necessary, cells with high temperatures are bypassed and excluded. Meanwhile, the lifespan relationship according to input voltage and temperature is set in advance.
도 6은 제어부(15)의 수명에 의한 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.FIG. 6 is a flowchart explaining a control method based on the lifespan of the control unit 15.
도 6에서 보는 바와 같이, 컨버터(2)가 온(on)되어 구동되면(S21) 인버터(3)가 온(on)되어 구동된다(S22). 그리고 인버터가 구동되면, 슈퍼캡 어레이(14)의 각 셀(c1,c2,...,cn)의 개별 전압 및 개별 온도를 측정한다(S23). 즉, 센서(s1,s2,...,sn)로부터 각 셀(c1,c2,...,cn)의 전압 및 온도를 입력받는다.As shown in FIG. 6, when the converter 2 is turned on and driven (S21), the inverter 3 is turned on and driven (S22). And when the inverter is driven, the individual voltage and individual temperature of each cell (c1, c2,...,cn) of the supercap array 14 are measured (S23). That is, the voltage and temperature of each cell (c1, c2,...,cn) are input from the sensors (s1, s2,...,sn).
다음으로, 제어부(15)는 전압 및 온도에 따른 수명의 관계를 참조하여, 슈퍼캡 어레이(14)의 각 셀(c1,c2,...,cn)의 개별 전압 및 개별 온도에 의한 각 셀의 수명을 산출한다(S24). 특히, 각 셀의 수명 중에서, 수명이 최소인 셀을 선정한다.Next, the control unit 15 refers to the relationship between the lifespan according to voltage and temperature, and determines the individual voltage and individual temperature of each cell (c1, c2,...,cn) of the supercap array 14. Calculate the lifespan (S24). In particular, among the lifespans of each cell, the cell with the minimum lifespan is selected.
다음으로, 제어부(15)는 최소 수명을 가지는 셀(Cmin)을 우회하여 제외하는 경우 우회 셀이 부담하는 전압을 나머지 셀들이 분담하므로, 나머지 셀들의 개별 전압은 최소 수명을 가지는 셀을 우회 시 우회된 셀의 전압 만큼 나머지 셀들이 용량에 비례하여 얼마나 분배되는지 계산된다. 이렇게 우회되지 않은 슈퍼캡 셀의 수명을 산출하고, 새로운 최소 수명을 가지는 예상 셀(Cnewmin)을 선정한다(S25).Next, when the control unit 15 bypasses and excludes the cell (Cmin) with the minimum lifespan, the voltage borne by the bypass cell is shared by the remaining cells, so the individual voltages of the remaining cells are changed when the cell with the minimum lifespan is bypassed. The voltage of the selected cell is calculated to be distributed to the remaining cells in proportion to their capacity. In this way, the lifespan of the supercap cell that was not bypassed is calculated, and the expected cell (Cnewmin) with a new minimum lifespan is selected (S25).
다음으로, 제어부(15)는 우회 전의 최소 수명이 우회 후의 최소 수명 보다 더 작은지를 판별한다(S26).Next, the control unit 15 determines whether the minimum life before detour is smaller than the minimum life after detour (S26).
만약 우회하기 전의 최소 수명이 더 작으면, 해당 최소 수명의 셀(Cmin)을 우회 시킨다(S27). 즉, 해당 최소 수명의 셀(Cmin)의 우회 스위치를 온(on) 시켜 우회시킨다. 즉, 우회하기 전의 최소 수명이 더 작고 우회한 이후의 최소 수명이 더 길다면, 해당 셀을 우회시키는 것이 전체적으로 최소 수명을 더 늘린다.If the minimum life before bypassing is smaller, the cell (Cmin) with the corresponding minimum life is bypassed (S27). In other words, the bypass switch of the cell (Cmin) with the corresponding minimum lifespan is turned on to bypass it. In other words, if the minimum lifespan before bypassing is smaller and the minimum lifespan after bypassing is longer, bypassing the cell increases the overall minimum lifespan further.
또한, 해당 셀을 우회한 후 다시 단계 S23이후, 즉, 셀의 개별 온도 및 전압을 측정하는 단계 부터 다시 반복한다(S28). 또한, 우회 전의 최소 수명이 우회 후의 최소 수명 보다 더 길더라도 셀의 개별 온도 및 전압을 측정하는 단계(S23)부터 다시 반복한다(S29).In addition, after bypassing the corresponding cell, the process is repeated from step S23, that is, measuring the individual temperature and voltage of the cell (S28). In addition, even if the minimum life before bypass is longer than the minimum life after bypass, the step of measuring the individual temperature and voltage of the cell (S23) is repeated again (S29).
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Above, the invention made by the present inventor has been described in detail based on examples, but the present invention is not limited to the examples and, of course, can be changed in various ways without departing from the gist of the invention.
1 : 연료전지 2 : DC/DC 컨버터
3 : 인버터 4 : 보조용 컨버터
5 : 슈퍼캡 모듈 6 : 배터리
8 : 모터
10 : 전력선, 전력단자 11 : 우회 회로부
12 : 센서부 13 : 공급전압 센서
14 : 슈퍼캡 어레이 15 : 제어부
100 : 전력 공급 시스템1: Fuel cell 2: DC/DC converter
3: Inverter 4: Auxiliary converter
5: Supercap module 6: Battery
8: motor
10: power line, power terminal 11: bypass circuit part
12: sensor unit 13: supply voltage sensor
14: Supercap array 15: Control unit
100: Power supply system
Claims (9)
전력을 공급하는 연료전지;
전기 구동 차량의 모터를 구동하는 인버터;
상기 연료전지의 전압을 상기 인버터의 구동 전압으로 변경시켜주는 컨버터; 및,
상기 컨버터의 출력 전압의 변동을 축소하기 위하여 상기 컨버터의 출력 전압에 따라 충전하거나 방전하는 슈퍼캡 모듈을 포함하고,
상기 슈퍼캡 모듈은, 전력을 충방전하는 다수의 셀; 각 셀을 우회시키는 다수의 우회 회로; 각 셀의 전압 또는 온도를 측정하는 센서부; 및, 각 셀의 전압 또는 온도에 따라 해당 셀의 우회 회로를 우회시키도록 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는, 우회되지 않은 모든 셀의 전압 및 온도를 측정하고, 사전에 설정된 전압 및 온도와, 수명 간의 관계를 참조하여 각 셀의 수명을 산출하고, 수명이 최소인 셀(이하 우회 전 최소 수명 셀)을 우회하여 제외한 후 나머지 셀의 수명을 추정하고, 우회 후 수명이 최소로 추정되는 셀의 최소 수명(이하 우회 후 최소 수명)이 상기 우회 전 최소 수명 셀의 최소 수명(이하 우회 전 최소 수명) 보다 더 길면 해당 우회 전 최소 수명 셀을 우회시키는 것을 특징으로 하는 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템.
In the control system of the supercap module to respond to performance degradation due to high temperature and overvoltage,
Fuel cells that provide power;
An inverter that drives the motor of an electric drive vehicle;
A converter that changes the voltage of the fuel cell to the driving voltage of the inverter; and,
In order to reduce fluctuations in the output voltage of the converter, it includes a supercap module that charges or discharges according to the output voltage of the converter,
The supercap module includes a plurality of cells that charge and discharge power; Multiple bypass circuits to bypass each cell; A sensor unit that measures the voltage or temperature of each cell; And, a control unit that controls to bypass the bypass circuit of each cell according to the voltage or temperature of each cell,
The control unit measures the voltage and temperature of all cells that are not bypassed, calculates the lifespan of each cell by referring to the relationship between the preset voltage and temperature and the lifespan, and calculates the lifespan of the cell with the minimum lifespan (hereinafter referred to as the minimum lifespan before bypassing). After bypassing and excluding cells), the lifespan of the remaining cells is estimated, and the minimum lifespan of the cell whose lifespan is estimated to be minimum after bypassing (hereinafter referred to as minimum lifespan after bypassing) is the minimum lifespan of the cell with the minimum lifespan before bypassing (hereinafter referred to as minimum lifespan before bypassing). ) The control system of the supercap module to respond to performance degradation due to high temperature and overvoltage, characterized in that it bypasses the minimum lifespan cell before the bypass if it is longer than that.
상기 각 우회 회로는 각 셀과 병렬로 구성되고, 회로 상에 온/오프 스위치를 구비하고,
상기 제어부는 상기 각 우회 회로의 스위치를 온/오프 함으로써, 상기 우회 회로의 온/오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템.
According to paragraph 1,
Each of the bypass circuits is configured in parallel with each cell and has an on/off switch on the circuit,
The control system of the supercap module for responding to performance degradation due to high temperature and overvoltage, characterized in that the control unit controls on/off of the bypass circuit by turning on/off the switch of each bypass circuit.
상기 제어부는, 각 셀의 개별 전압과, 우회되지 않은 모든 셀의 전압을 평균한 평균값 또는 사전에 정해진 고정값 간의 편차를 구하고, 해당 편차가 사전에 정해진 임계 편차 보다 크면, 해당 셀을 비정상 상태로 판별하고, 비정상 상태의 셀을 우회하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템.
According to paragraph 1,
The control unit calculates the deviation between the individual voltage of each cell and the average value of the voltages of all cells that are not bypassed or a predetermined fixed value, and if the deviation is greater than the predetermined threshold deviation, puts the cell in an abnormal state. A control system for a supercapacitor module to respond to performance degradation due to high temperature and overvoltage, characterized by determining and controlling to bypass cells in an abnormal state.
상기 제어부는, 컨버터의 출력 전압이 사전에 설정된 목표 전압에 도달한 이후, 우회되지 않은 모든 셀의 전압을 모니터링하여 우회하는 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템.
According to paragraph 3,
The control unit monitors the voltage of all cells that have not been bypassed and performs a bypass operation after the output voltage of the converter reaches a preset target voltage. Supercap module control system.
(a) 우회되지 않은 모든 셀의 전압을 측정하는 단계;
(b) 각 셀과 상기 평균값 또는 고정값의 편차를 산출하고 가장 차이가 큰 셀(이하 최대 편차의 셀)을 선정하는 단계;
(c) 상기 최대 편차의 셀의 편차가 상기 임계 편차 보다 큰지를 판단하는 단계;
(d) 상기 임계 편차 보다 크면 해당 최대 편차의 셀을 우회시키는 단계; 및,
(e) 상기 단계 (b)를 반복하는 단계를 포함하는 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템.
The method of claim 3, wherein the control unit,
(a) measuring the voltage of all non-bypassed cells;
(b) calculating the deviation of each cell from the average or fixed value and selecting the cell with the largest difference (hereinafter referred to as the cell with the largest deviation);
(c) determining whether the deviation of the maximum deviation cell is greater than the threshold deviation;
(d) if it is greater than the threshold deviation, bypassing the cell with the maximum deviation; and,
(e) A control system for a supercapacitor module to counteract performance degradation due to high temperature and overvoltage, characterized in that the method includes repeating step (b).
상기 제어부는, 상기 우회 전 최소 수명 셀을 제외한 후, 우회되지 않은 모든 셀의 전압 및 온도를 측정하여 우회 여부를 결정하는 작업을 반복하되, 우회 전 최소 수명 보다 우회 후 최소 수명이 더 길지 않을 때까지 반복하는 것을 특징으로 하는 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템.
According to paragraph 1,
The control unit repeats the operation of determining whether to bypass by measuring the voltage and temperature of all cells that have not been bypassed, excluding the cells with the minimum life before bypass, when the minimum life after bypass is not longer than the minimum life before bypass. A control system for the supercap module to respond to performance degradation due to high temperature and overvoltage, characterized by repeating until.
상기 제어부는 상기 우회 전 최소 수명 셀을 제외한 후 나머지 셀의 수명을 추정할 때, 상기 우회 전 최소 수명 셀에 부담되는 전압을 나머지 셀들이 분담하는 것을 가정하여 추정하는 것을 특징으로 하는 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템.
According to paragraph 1,
When estimating the lifespan of the remaining cells after excluding the minimum lifespan cell before the detour, the control unit estimates the voltage burdened on the minimum lifespan cell before the detour, assuming that the remaining cells share the voltage. Supercap module control system to respond to performance degradation due to
상기 전압 및 온도와, 수명 간의 관계는, 전압이 높을수록 수명이 짧아지고 온도가 높아질수록 수명이 짧아지는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 및 과전압에 의한 성능 저하를 대응하기 위한 슈퍼캡 모듈의 제어 시스템.
According to paragraph 1,
The relationship between the voltage, temperature, and lifespan includes that the higher the voltage, the shorter the lifespan, and the higher the temperature, the shorter the lifespan. Control of the supercap module to respond to performance degradation due to high temperature and overvoltage. system.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220011106A KR102605891B1 (en) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | A supercap module control system against capacity degradation due to thermal stress or overvoltage input |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220011106A KR102605891B1 (en) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | A supercap module control system against capacity degradation due to thermal stress or overvoltage input |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230115357A KR20230115357A (en) | 2023-08-03 |
| KR102605891B1 true KR102605891B1 (en) | 2023-11-30 |
Family
ID=87568213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220011106A KR102605891B1 (en) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | A supercap module control system against capacity degradation due to thermal stress or overvoltage input |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102605891B1 (en) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101047406B1 (en) | 2008-10-10 | 2011-07-08 | 현대자동차주식회사 | Powernet system of fuel cell hybrid vehicle and its control method |
| KR101349021B1 (en) | 2008-11-07 | 2014-01-09 | 현대자동차주식회사 | Method for charging and discharging current limit of fuel cell-super capacitor hybrid electric vehicle |
| FR2972304A1 (en) * | 2011-03-02 | 2012-09-07 | Commissariat Energie Atomique | BATTERY WITH INDIVIDUAL MANAGEMENT OF CELLS |
| KR102119779B1 (en) * | 2018-07-02 | 2020-06-09 | 현대자동차(주) | Power supply system of fuel cell and control method of the same |
-
2022
- 2022-01-26 KR KR1020220011106A patent/KR102605891B1/en active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230115357A (en) | 2023-08-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102199151B1 (en) | Dc charging of an intelligent battery | |
| US7019489B2 (en) | Capacity adjustment apparatus for battery pack and capacity adjustment method for battery pack | |
| KR101024138B1 (en) | Electricity storage device | |
| EP1947752B1 (en) | Charge storing device using capacitors and its control method | |
| US9018922B2 (en) | Capacitor device | |
| US8143854B2 (en) | Adjusting method of battery pack and adjusting method of battery pack with controller | |
| JP5002919B2 (en) | Voltage variation control device | |
| CN112332486B (en) | Active equalizing charging system of battery pack and control method thereof | |
| JP2008092656A (en) | Power supply for vehicle | |
| US20090102434A1 (en) | Auxiliary power supply device for vehicle, power supply device for vehicle, having the auxiliary power supply device, and automobile | |
| JP2010220380A (en) | Device for adjusting capacity of battery pack | |
| JP3907065B1 (en) | Storage element charge / discharge system | |
| JP4710547B2 (en) | Vehicle power supply | |
| JP4054776B2 (en) | Hybrid system | |
| KR102605891B1 (en) | A supercap module control system against capacity degradation due to thermal stress or overvoltage input | |
| US8981788B2 (en) | Capacitor power supply, voltage monitoring device, method of monitoring voltage, and method of manufacturing capacitor power supply | |
| KR20230100402A (en) | A Power Compensating System for Photovoltaic Module | |
| JP2001006750A (en) | Battery inspecting device | |
| JP2008232989A (en) | Power storage device | |
| JP2008131773A (en) | Capacitor device | |
| JP6221697B2 (en) | Voltage difference correction apparatus, voltage difference correction program and method | |
| JP5012483B2 (en) | Power storage device | |
| KR101794101B1 (en) | Apparatus for controlling charging and method thereof | |
| JP2009055701A (en) | Power unit | |
| KR20090114910A (en) | battery control system for aircraft |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |