KR20030062829A - 연료전지 차량의 제동 에너지 재생장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

버퍼용 배터리가 장착되지 않은 연료전지 차량에서 브레이크 제동시 구동 모터에서 생성되는 전기 에너지로 물을 전기 분해시켜 수소를 발생시킨 다음 이를 포집 저장하여 차량의 주행시 연료전지에서 전기 생성을 위한 에너지원으로 공급할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 차량의 구동 에너지원을 공급하는 연료전지와, 운행모드에 따라 전류 전압의 패스를 스위칭 연결하는 스위치와, 주행모드에서 토오크를 발생시키고 제동 제어시 발전기로 동작되는 모터와, 브레이크 페달에 연동되어 접점이 온/오프되며, 접점의 온/오프에 따라 상기 스위치의 전류 전압 패스를 스위칭시켜 주는 브레이크 스위치와, 브레이크 페달의 변위 각도를 검출하여 그에 대한 전기적 신호를 출력하는 브레이크 페달 위치 검출부와, 브레이크 페달 변위 각도 정보에 따라 상기 스위치를 통해 공급되는 발전 전류량을 조정하는 전류 제어기와, 물 전기분해장치로 전류량 조정되어 공급되는 전기 에너지에 의해 물을 전기 분해하여 수소를 발생시키는 수소 발생기 및, 발생되는 수소를 포집하여 저장한 다음 주행모드시 상기 연료전지에 에너지원으로 공급하는 탱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 연료전지의 전기 에너지를 이용하는 주행모드에서 브레이크 페달의 구동에 의한 제동 제어가 발생되면 전압 전류의 패스를 제동 에너지 재생 패스로 스위칭 연결하고, 브레이크 페달의 구동 변위에 따라 모터로부터 공급되는 발전 전류량을 제어하여, 물의 전기분해로 수소를 생성 포집 저장한다.

Description

연료전지 차량의 제동 에너지 재생장치 및 방법{APPARATUS FOR A REGENERATION Of BRAKING ENERGY ON FUEL CELL VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 연료전지 차량에 관한 것으로, 더 상세하게는 버퍼용 배터리가 장착되지 않은 연료전지 차량에서 브레이크 제동 에너지를 재생할 수 있도록 하는 연료전지 차량의 제동 에너지 재생장치 및 방법에 관한 것이다.

에너지 절약과 환경 공해문제 그리고 최근에 부각되는 지구 온난화 문제 등을 해결하기 위하여 전기자동차, 엔진 하이브리드 전기 자동차 및 연료전지 자동차 등이 개발되고 있는데, 이중에서 고효율, 저공해 발전 시스템인 연료전지를 적용하는 연료전지 자동차가 기존의 내연기관을 대체하기 위한 자동차의 동력원으로 부각되고 있다.

연료전지는 수소 등의 활성을 갖는 물질, 예를들어 LNG, LPG, 메탄올 등을 전기화학 반응을 통해 산화시켜 그 과정에서 방출되는 화학에너지를 전기로 변환시키는 것으로, 주로 천연가스에서 쉽게 생산해 낼 수 있는 수소와 공기중의 산소가 사용되며, 이에 대한 양극과 음극에서의 화학반응은 다음과 같다.

양극반응 : H_2 (g) ~~ -> ~~2H^+~ +~ 2e^-

음극반응 :

총반응식 :

연료전지를 동력원으로 사용하는 자동차는 연료 공급원과 공급되는 연료의 화학반응을 통해 수소(H2)를 발생시키는 연료개질기 및 연료개질기로부터 공급되는 수소(H2)를 공급받아 전기 에너지를 생성시켜 축적하는 축전지를 포함하여 구성되는 연료전지와, 연료전지 자동차의 제반적인 동작을 제어하는 제어장치와, 제어장치에서 제어신호에 따라 연료전지에서 공급되는 전기적 에너지를 정전압으로 출력되도록 하는 DC/DC 컨버터, DC/DC 컨버터에서 출력되는 정전압을 소정의 전압으로 승압하여 모터의 구동 토오크를 제어하는 인버터 및 버퍼용 배터리로 이루어진다.

그러나, 연료전지 기술의 발달에 따라 연료전지의 고효율성 및 응답성의 향상으로 인하여 연료전지 자동차의 경우 차량의 가격 상승과 제어에 있어 복잡함을 야기시키는 버퍼용 배터리를 삭제하는 방향으로 개발되고 있다.

따라서, 기존에 적용되고 있는 브레이크 제동 재생장치를 적용하지 못하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 버퍼용 배터리가 장착되지 않은 연료전지 차량에서 브레이크 제동시 구동 모터에서 생성되는 전기 에너지로 물을 전기 분해시켜 수소를 발생시킨 다음 이를 포집 저장하여 차량의 주행시 연료전지에서 전기 생성을 위한 에너지원으로 사용하도록 한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 차량의 제동 에너지 재생장치에 대한 구성 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 연료전지 차량에서 제동 에너지 재생을 실행하는 일 실시예의 흐름도.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 차량의 구동 에너지원을 공급하는 연료전지와; 운행모드에 따라 전류 전압의 패스를 스위칭 연결하는 스위치와; 주행모드에서 토오크를 발생시키고 제동 제어시 발전기로 동작되는 모터와; 브레이크 페달에 연동되어 접점이 온/오프되며, 접점의 온/오프에 따라 상기 스위치의 전류 전압 패스를 스위칭시켜 주는 브레이크 스위치와; 브레이크 페달의 변위 각도를 검출하여 그에 대한 전기적 신호를 출력하는 브레이크 페달 위치 검출부와; 브레이크 페달 변위 각도 정보에 따라 상기 스위치를 통해 공급되는 발전 전류량을 조정하는 전류 제어기와; 물 전기분해장치로 전류량 조정되어 공급되는 전기 에너지에 의해 물을 전기 분해하여 수소를 발생시키는 수소 발생기 및; 발생되는 수소를 포집하여 저장한 다음 주행모드시 상기 연료전지에 에너지원으로 공급하는 탱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 스위치는 3 방향의 연결을 스위칭하는 것으로, 주행모드에서 상기 연료전지와 모터간의 전류 전압 패스를 연결하고, 제동 제어시 상기 모터와 전류 제어기간의 전류 전압 패스를 연결하여 주는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 연료전지의 전기 에너지를 이용하는 주행모드에서 브레이크 페달의 구동에 의한 제동 제어가 발생되는지를 판단하는 과정과; 제동 제어가 발생되면 전압 전류의 패스를 제동 에너지 재생 패스로 스위칭 연결하는 과정과; 브레이크 페달의 구동 변위에 따라 모터로부터 공급되는 발전 전류량을 제어하는 과정과; 제어된 발전 전류량에 의한 물의 전기분해로 수소를 생성 포집 저장하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 연료전지 차량의 제동 에너지 재생장치는 연료전지(10)와, 삼로 스위치(20), 모터(30), 브레이크 스위치(40), 브레이크 페달 위치 검출부(50), 전류 제어기(60), 수소 발생기(70) 및 탱크(80)로 이루어지는데, 연료전지(10)는 연료 공급원과 공급되는 연료의 화학반응을 통해 수소(H2)를 발생시키는 연료개질기 및 연료개질기로부터 공급되는 수소(H2)를 공급받아 전기 에너지를 생성시켜 축적하는 축전지를 포함하여 구성되며, 축적된 전기 에너지를 차량의 구동 에너지원으로 공급하여 준다.

삼로 스위치(20)는 전류 전압의 공급 방향을 결정 스위치되는 장치로 차량의 통상적인 주행모드에서 연료전지(10)와 모터(30)간의 전류 전압 패스를 연결하여 연료전지(10)의 축적 에너지로 차량이 주행될 수 있도록 하여 주고, 차량의 제동 제어시 재생 에너지를 회수할 수 있도록 하는 전류 전압 패스를 연결하여 준다.

모터(30)는 통상적인 주행모드에서 연료 전지(10)에서 공급되는 전류 전압에 의해 구동되고, 제동 제어시 발전기로 동작되어 전기 에너지를 발생한다.

브레이크 스위치(40)는 운전자가 구동하는 브레이크 페달에 연동되어 접점이 온/오프되며, 접점의 온/오프에 따라 상기 삼로 스위치(20)의 전류 전압 패스를 결정하여 스위칭시켜 준다.

브레이크 페달 위치 검출부(50)는 운전자가 차량의 제동 제어시 구동하는 브레이크 페달의 변위 각도를 검출하여 그에 대한 전기적 신호를 출력한다.

전류 제어기(60)는 상기 브레이크 페달 위치 검출부(50)에서 인가되는 변위 각도 정보에 따라 삼로 스위치(20)를 통해 공급되는 모터(30)의 발전 전류량을 조정하여 준다.

수소 발생기(70)는 물 전기분해장치로 전류량 조정되어 공급되는 전기 에너지에 의해 물을 전기 분해하여 수소를 발생시킨다.

탱크(80)는 상기 물의 전기 분해에 발생되는 수소를 포집하여 저장한 다음 주행모드시 상기 연료전지(10)에 전압 발전의 인자로 공급하여 연료전지(10)의 효율성 및 응답 성능을 향상시켜 준다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하여 구성되는 본 발명의 제동 에너지 재생에 대한 동작에 대하여 도 2와 함께 설명하면 다음과 같다.

차량이 통상적인 주행모드를 갖는 경우 삼로 스위치(20)는 연료전지(10)와 모터(30)간의 전류 전압 패스로 연결되어 연료전지(10)의 전기 에너지를 모터(30)측에 공급하여 줌으로써 주행을 유지하여 준다(S101).

상기와 같이 주행이 유지되는 상태에서 운전자가 구동하는 브레이크 페달의 변동을 검출하여 주행속도를 감속하거나 정지시키고자 하는 제동 제어가 발생하는지, 즉 브레이크 페달 스위치(40)의 접점이 오프 상태에서 온 상태로 절환되는지의 여부를 판단한다(S102)(S103).

상기에서 브레이크 페달 스위치(40)가 오프 접점을 연속적으로 유지하는 상태이면 삼로 스위치(20)는 연료전지(10)와 모터(30)간의 전류 전압 패스 연결을 유지하고(S104), 브레이크 페달 스위치(40)가 오프 접점에서 온 접점으로의 절환이 발생하게 되면 삼로 스위치(20)는 브레이크 페달 스위치(40)의 신호에 따라 제동 에너지 재생을 위한 전류 전압의 패스, 즉 모터(30)와 전류제어기(60)간의 패스로 스위칭 연결된다(S104)(S105).

상기와 같이 운전자에 의해 브레이크 페달이 구동되어 브레이크 페달 스위치 (40)가 접점 온을 유지하게 되면 브레이크 페달 위치 검출부(50)는 브레이크 페달의 변위 각도의 정보를 전류 제어기(60)측에 인가한다.

이때, 전류 제어기(60)는 브레이크 페달의 변위 각도에 대한 정보를 판독하여 삼로 스위치(20)를 통해 모터(30)로부터 생성되어 공급되는 발전 전압의 전류량을 브레이크 페달의 변위각에 따라 제어하여 수소 발생기(70)측에 공급한다 (S106)(S107).

따라서, 물 전기분해 장치인 수소 발생기(70)는 전류량 제어되어 공급되는 전압에 의해 수소를 생성시켜 탱크(80)에 포집 저장한다(S108).

이후, 차량이 정상적인 주행 모드로 전환되면 탱크(80)에 포집 저장된 수소가 연료 전지(10)에 에너지 발생원으로 공급되어 연료전지(10)의 전기 에너지 생성에 대한 응답성과 효율성을 제공하여 줌으로써 여타의 부하 변동에 안정된 주행성을 확보하여 준다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 버퍼용 배터리가 장착되지 않는 연료전지 차량에서 제동 제어시 생성되는 전기 에너지를 이용하여 연료전지의 에너지원인 수소를 발생 저장시킨 다음 주행 모드에서 이를 사용하도록 함으로써 연료전지의 효율성 및 응답성이 향상되고, 제동 제어시 발생되는 전기 에너지를 효율적으로 사용하여 차량의 운행에 신뢰성이 제공된다.

Claims (4)

1. 차량의 구동 에너지원을 공급하는 연료전지와;

   운행모드에 따라 전류 전압의 패스를 스위칭 연결하는 스위치와;

   주행모드에서 토오크를 발생시키고 제동 제어시 발전기로 동작되는 모터와;

   브레이크 페달에 연동되어 접점이 온/오프되며, 접점의 온/오프에 따라 상기 스위치의 전류 전압 패스를 스위칭시켜 주는 브레이크 스위치와;

   브레이크 페달의 변위 각도를 검출하여 그에 대한 전기적 신호를 출력하는 브레이크 페달 위치 검출부와;

   브레이크 페달 변위 각도 정보에 따라 상기 스위치를 통해 공급되는 발전 전류량을 조정하는 전류 제어기와;

   물 전기분해장치로 전류량 조정되어 공급되는 전기 에너지에 의해 물을 전기 분해하여 수소를 발생시키는 수소 발생기 및;

   발생되는 수소를 포집하여 저장한 다음 주행모드시 상기 연료전지에 에너지원으로 공급하는 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제동 에너지 재생장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스위치는 3 방향의 연결을 스위칭하는 것으로, 주행모드에서 상기 연료전지와 모터간의 전류 전압 패스를 연결하고, 제동 제어시 상기 모터와 전류 제어기간의 전류 전압 패스를 연결하여 주는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제동 에너지 재생장치.
3. 연료전지의 전기 에너지를 이용하는 주행모드에서 브레이크 페달의 구동에 의한 제동 제어가 발생되는지를 판단하는 과정과;

   제동 제어가 발생되면 전압 전류의 패스를 제동 에너지 재생 패스로 스위칭 연결하는 과정과;

   브레이크 페달의 구동 변위에 따라 모터로부터 공급되는 발전 전류량을 제어하는 과정과;

   제어된 발전 전류량에 의한 물의 전기분해로 수소를 생성 포집 저장하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제동 에너지 재생장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 저장된 수소는 차량의 주행모드시 연료전지에 에너지원으로 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제동 에너지 재생장치.