KR20030070057A - 차량용 연료전지 전력 플랜트 예열 제어 - Google Patents

Abstract

연료전지 전력 플랜트는 독립적으로 발전 가능한 다수의 연료전지 스택(10A∼10B), 및 연료전지 스택(10A∼10C)을 독립적으로 예열할 수 있는 예열 회로(33)를 구비한다. 제어기(14)는 차량이 주행을 시작한 후 소정 시간 내에 전력 플랜트의 필요 출력 전력을 추정하여(S121∼S127), 그 필요 출력 전력을 만족시키는 연료전지 스택의 개수를 결정한다(S106). 제어기(14)는 차량이 주행을 시작하기 전에 결정된 개수의 연료전지 스택만을 예열함으로써 필요 출력 전력을 제공하면서 연료전지 스택의 예열에 필요한 에너지를 절약한다.

Description

차량용 연료전지 전력 플랜트 예열 제어{VEHICLE FUEL CELL POWER PLANT WARM-UP CONTROL}

2000년 일본 특허청에서 공개된 도카이 2000-173638호는 차량용 연료전지 전력 플랜트가 기동할 때 예열 효율을 높이는 예열 장치를 개시하고 있다. 이 종래 기술에서는, 대상 전력 플랜트는 2개의 연료전지 스택을 갖고 있다. 이 기술에 의하면, 가열된 물은 전력 플랜트가 기동될 때 우선 어느 하나의 연료전지 스택으로만 순환된다. 이 연료전지 스택의 예열이 완료된 후, 가열된 물은 다른 연료전지 스택에 순환된다.

차량에 필요한 구동력은 주행 상태 또는 부하 상태에 따라 변화한다. 2개 이상의 연료전지 스택을 구비한 차량용 연료전지 전력 플랜트에서, 차량에 필요한 구동력이 작으면 일부 연료전지 스택만을 작동시키고, 차량에 필요한 구동력이 커지면 모든 연료전지 스택을 작동시키는 것이 에너지 효율 면에서 바람직하다.

본 발명은 2개 이상의 연료전지 스택을 구비한 차량용 연료전지 전력 플랜트의 예열 제어에 관련된다.

도 1은 본 발명이 적용된 차량용 연료전지 전력 플랜트의 물 순환 상태를 설명하는 개략도이다.

도 2는 도 1과 유사하지만, 다른 물 순환 상태를 나타내고 있다.

도 3은 도 1과 유사하지만, 또 다른 물 순환 상태를 나타내고 있다.

도 4는 도 1과 유사하지만, 또 다른 물 순환 상태를 나타내고 있다.

도 5는 본 발명에 따른 제어기에 의해 실행되는 전력 플랜트 예열 루틴을 설명하는 순서도이다.

도 6은 필요 출력 전력 및 작동되어야 하는 연료전지 스택의 개수를 지정하며, 제어기에 의해 기억된 맵의 특성을 설명하는 도면이다.

도 7은 제어기에 의해 실행된 필요 출력 전력을 산출하기 위한 루틴을 설명하는 순서도이다.

도 8은 도 5와 유사하지만, 본 발명의 제2 실시예를 나타내고 있다.

도 9는 도 5와 유사하지만, 본 발명의 제3 실시예를 나타내고 있다.

종래 기술이 전체 전력 플랜트의 예열을 효율적으로 한다는 점에서는 바람직하지만, 모든 연료전지 스택이 순서대로 예열되므로, 당분간 작동될 필요가 없는 소정의 연료전지 스택이 예열될 수도 있고, 이는 과도한 에너지를 소비할 수도 있다. 더욱이, 연료전지 스택이 생성하는 에너지는 다른 연료전지 스택의 예열에 소비되어, 주행을 위한 에너지가 충분하지 않을 수도 있다.

따라서, 차량용 연료전지 전력 플랜트의 필요 출력 전력을 추정하여, 그 필요 출력 전력에 따른 연료전지 전력 플랜트의 작동을 실현하는 것이 본 발명의 목적이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 차량에 탑재된 연료전지 전력 플랜트에 구비된 다수의 연료전지 스택의 예열 제어기를 제공한다. 연료전지 스택은 독립적으로 작동 가능하며 차량 구동을 위한 전력을 발생한다.

제어기는 연료전지 스택을 독립적으로 예열할 수 있는 예열 회로, 차량 주행 상태를 검출하는 센서, 및 주행 상태에 기초하여 차량이 주행을 시작한 후 소정 시간 내에 전력 플랜트에 필요한 필요 출력 전력을 추정하여, 그 필요 출력 전력에 따라 예열되어야 하는 연료전지 스택의 개수를 결정하고, 상기 예열 회로를 제어하여 상기 결정된 개수의 연료전지 스택만을 예열하도록 프로그램이 짜여진 프로그램 가능 제어기를 구비한다.

또한 본 발명은 차량에 탑재된 연료전지 전력 플랜트에 구비된 다수의 연료전지 스택의 예열을 제어하는 방법을 제공하며, 전력 플랜트는 연료전지 스택을 독립적으로 예열할 수 있는 예열 회로를 구비하고, 연료전지 스택은 독립적으로 작동 가능하며 차량 구동을 위한 전력을 발생한다.

이 방법은 차량 주행 상태를 검출하는 단계, 주행 상태에 기초하여 차량이 주행을 시작한 후 소정 시간 내에 전력 플랜트에 필요한 필요 출력 전력을 추정하는 단계, 필요 출력 전력에 따라 예열되어야 하는 연료전지 스택의 개수를 결정하는 단계, 및 결정된 개수의 연료전지 스택만을 예열하도록 예열 회로를 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 그 밖의 특징 및 이점과 상세에 관해서는 명세서의 나머지 부분에서 설명하며 첨부 도면에 나타낸다.

도면 중 도 1∼도 4를 참조하면, 본 발명이 적용된 차량용 연료전지 전력 플랜트는 3개의 연료전지 스택(10A∼10C)을 포함하는 발전부(10)를 구비하고 있다. 연료전지 스택(10A∼10C)은 부하(L)에 병렬로 접속된다.

차량용 연료전지 전력 플랜트는, 도면에 도시한 바와 같이, 연료전지 스택(10A∼10C)의 온도를 발전에 필요한 범위 내로 유지하기 위해 연료전지 스택(10A∼10C)에 냉각수 또는 온수를 순환시키는 순환로(33)를 구비하고 있다. 순환로(33)에는 펌프(13), 재순환된 물을 가열하는 히터(11), 및 재순환된 물의 온도가 낮아지는 라디에이터(12)가 구비된다.

흐름 경로를 전환하기 위해 3방향 밸브(21∼28)도 구비된다.

전력 플랜트의 상태에 따라 제어기(14)에 의해 3방향 밸브(21∼28)의 전환 동작, 펌프(13)의 동작 및 히터(11)의 활성화가 제어된다. 발전부(10)로부터 부하(L)에 공급되는 전압이 전압계(31)에 의해 검출되고, 전류량이 전류계(32)에 의해 검출되며, 검출된 데이터는 각각 신호로서 제어기(14)에 입력된다. 여기서, 부하(L)는 차량을 구동하는 전동기이다. 차량의 주행 속도를 검출하는 차속 센서(34)로부터 차속(V)이 또한 신호로서 제어기(14)에 입력된다.

제어기(14)는 중앙 처리 장치(CPU), 읽기 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및 입력/출력 인터페이스를 구비한 마이크로컴퓨터로 구성된다. 제어기는 다수의 마이크로컴퓨터를 구비할 수도 있다. 차량의 운전자에게 차량의 주행상태에 관해 알려주고 운전자가 명령을 입력할 수 있는 표시/입력부(40)가 제어기(14)에 접속된다.

전력 플랜트 기동 시에 발전에 적합한 범위 내로 연료전지 스택(10A(10B, 10C))의 온도를 상승시키기 위해, 제어기(14)는 도 1∼도 3에 도시한 패턴 중 하나를 적용함으로써 발전의 개시 전에 순환로(33)에 온수를 순환시킨다.

우선 도 1을 참조하면, 연료전지 스택(10A)만 예열될 때, 제어기(14)는 도면에서 화살표로 나타낸 경로를 따라 물이 흘러 히터(11)를 활성화시키고 펌프(13)를 작동시키도록 3방향 밸브(21, 22, 24∼27)를 조작한다. 히터(11)에 의해 가열된 온수는 연료전지 스택(10A)을 데우면서, 도면에서 화살표로 나타낸 경로를 따라 순환로(33)에 흐른다. 온수의 온도가 떨어지는 것을 막기 위해, 온수가 라디에이터(12)를 우회하도록 3방향 밸브(24, 26)가 조작된다.

다음에 도 2를 참조하면, 연료전지 스택(10A, 10B)이 예열될 때, 제어기(14)는 도면에서 화살표로 나타낸 경로를 따라 물이 흘러 히터(11)를 활성화시키고 펌프(13)를 작동시키도록 3방향 밸브(21∼28)를 조작한다. 히터(11)에 의해 가열된 온수가 도면에서 화살표로 나타낸 경로를 따라 순환로(33)에 흘러 연료전지 스택(10A, 10B)을 데운다. 또한 이 경우, 온수의 온도가 떨어지는 것을 막기 위해, 온수가 라디에이터(12)를 우회하도록 3방향 밸브(24, 26)가 조작된다.

다음에 도 3을 참조하면, 모든 연료전지 스택(10A∼10C)이 예열될 때, 제어기(14)는 도면에서 화살표로 나타낸 경로를 따라 물이 흘러 히터(11)를 활성화시키고 펌프(13)를 작동시키도록 3방향 밸브(21∼28)를 조작한다. 히터(11)에 의해 가열된 온수가 도면에서 화살표로 나타낸 경로를 따라 순환로(33)에 흘러 연료전지 스택(10A∼10C)을 데운다. 또한 이 경우, 온수의 온도가 떨어지는 것을 막기 위해, 온수가 라디에이터(12)를 우회하도록 3방향 밸브(24, 26)가 조작된다.

도 1에 나타낸 경로를 따라 연료전지 스택(10A)만의 예열이 완료한 후, 또는 도 2에 나타낸 경로를 따라 연료전지 스택(10A, 10B)만의 예열이 완료한 후, 이들 연료전지 스택에 의해 행해진 발전을 수반하여 열이 발생하게 된다.

제어기(14)는 이 잉여 열을 이용하여 도 4에서 실선 화살표로 나타낸 패턴에 따라 모든 연료전지 스택(10A∼10C)에 물이 흐르게 하여, 이전에 예열되지 않았던 연료전지 스택(10C) 또는 연료전지 스택(10B, 10C)을 예열한다. 즉, 제어기(14)는 히터(11)의 활성화를 중단시키고 3방향 밸브(21, 25)를 조작하여, 펌프(13)로부터 방출된 물이 히터(11)를 통과하지 않고 연료전지 스택(10A)에 흐르게 한다.

따라서, 재순환된 물이 발전이 시작된 연료전지 스택(10A) 또는 연료전지 스택(10A, 10B)으로부터의 열을 흡수하여 온도를 상승시키고, 예열되지 않았던 연료전지 스택(10C) 또는 연료전지 스택(10B, 10C)을 데운다.

모든 연료전지 스택(10A∼10C)의 예열이 완료된 후, 제어기(14)는 3방향 밸브(24∼26)를 조작하여, 펌프(13)로부터 방출된 물이 도면에서 점선 화살표로 나타낸 것처럼 3방향 밸브(26)로부터 라디에이터(12), 3방향 밸브(24), 3방향 밸브(25) 및 3방향 밸브(21)를 통해 연료전지 스택(10A)에 흐르게 한다.

모든 연료전지 스택(10A∼10C)의 예열이 완료되지 않은 경우에도, 재순환된 물의 온도가 상당히 상승하면, 재순환된 물도 역시 라디에이터(12)에 의해 냉각된다. 이 경우, 도면에서 실선 화살표로 나타낸 물 재순환 패턴 대신에 점선 화살표로 나타낸 물 재순환 패턴이 적용된다.

이제, 전력 플랜트가 기동되면, 제어기(14)는 전력 플랜트가 발전을 시작하기 전에 도 5에 나타낸 전력 플랜트 예열 루틴을 실행함으로써 도 1∼도 3의 물 재순환 패턴을 선택하여, 소정의 상태에서 차량의 주행에 필요한 차량 연료전지 스택을 예열한다.

이 루틴은 전력 플랜트가 기동할 때 발전을 개시하기 전에 한번 실행된다.

도 5를 참조하면, 우선 단계 S101에서 제어기(14)는 차량의 운전자가 전력 플랜트 기동 준비 스위치를 ON으로 한 것을 검출한다. 기동 준비 스위치는 상술한 표시/입력부(40)에 마련된다.

다음 단계 S102에서, 전력 플랜트에 필요한 출력 전력의 설정 모드가 결정된다. 출력 전력 설정 모드는 전력 플랜트에 필요한 출력 전력이 운전자에 의해 지정되어야 하는지, 혹은 이전의 주행 패턴에 기초하여 자동적으로 설정되어야 하는지를 결정한다. 이 선택은 운전자가 전력 플랜트 기동 준비 스위치를 조작함으로써 행해진다. 단계 S102에서, 제어기(14)는 전력 플랜트 기동 준비 스위치로부터의 신호에 기초하여, 수동 설정 모드가 선택되는지 혹은 자동 설정 모드가 선택되는지를 결정한다.

단계 S102의 결정 결과로서 자동 설정 모드가 선택되면, 단계 S103에서 제어기(14)는 메모리에 미리 기억된 필요 출력 전력(Ln)을 읽는다. 필요 출력 전력(Ln)은 전력 플랜트의 기동으로부터 소정 시간 내에 전력 플랜트에 필요한 최대 출력 전력의 추정치이다. 여기서, 소정 시간은 10분으로 설정된다. 필요 출력 전력(Ln)은 후술하는 도 7에 나타낸 루틴의 실행에 의해 갱신된다.

다음 단계 S105에서, 추정된 필요 출력 전력(Ln)이 표시/입력부(40)에 표시되고, 운전자의 동의가 요구된다. 운전자는 자신이 표시/입력부(40)에 표시된 필요 출력 전력에 동의하는지 여부를 입력한다.

단계 S102의 결정 결과로서 수동 설정 모드가 선택된 경우, 혹은 단계 S105에서 운전자가 필요 출력 전력(Ln)에 동의하지 않은 경우에는, 단계 S108에서 운전자에게 필요 출력 전력의 수동 입력을 요청하고, 제어기(4)는 표시/입력부(40)에 입력된 필요 출력 전력을 읽는다.

단계 S105에서 운전자가 필요 출력 전력(Ln)에 동의한 경우, 혹은 단계 S108에서 표시/입력부(40)에 입력된 필요 출력 전력을 읽은 후에 제어기(14)는 단계 S106의 처리를 행한다. 단계 S106에서는, 도 6에 나타낸 특성을 가지며 제어기(14)의 메모리에 미리 기억되어 있는 맵을 참조함으로써, 기동해야 하는 연료전지 스택의 개수가 결정된다. 이 맵에 의하면, 기동해야 하는 연료전지 스택의 개수는 필요 출력 전력에 따라 증가한다.

다음 단계 S107에서, 도 1∼도 3의 상기 패턴 중 하나가 선택되어, 필요 출력 전력을 만족시키기 위해 작동할 연료전지 스택의 개수에 따라 연료전지 스택(들)의 예열이 행해진다.

다음에, 도 5의 단계 S103에서 사용되는 필요 출력 전력(Ln)의 맵을 생성하는 루틴에 관해 도 7을 참조하여 설명한다. 이 루틴은 도 5의 전력 플랜트 예열루틴과 관계없이 차량이 주행을 시작한 직후에 한번만 실행된다. 이 루틴에 의해 갱신된 필요 출력 전력(Ln)은 제어기(14)의 메모리에 기억되어, 다음 번에 전력 플랜트가 작동될 때 도 5의 단계 S103에서 이용된다. 필요 출력 전력(Ln)의 초기값은 동일한 사양의 차량용 연료전지 전력 플랜트의 필요 출력 전력의 평균값으로 설정된다.

단계 S121에서 제어기(14)는 타이머 값(T)을 0으로 리셋한다.

다음 단계 S122에서 차속(V)이 0보다 큰지 여부, 즉 차량이 주행중인지 여부가 결정된다. 차속(V)이 0보다 크지 않으면, 차속(V)이 0보다 커질 때까지 다음 단계로 진행하지 않고 단계 S121, S122의 처리가 반복된다.

차속(V)이 0보다 커지면, 단계 S123에서 전압계(31)로부터 입력된 발전부(10)의 출력 전압과 전류계(32)로부터의 발전부(10)의 출력 전류의 곱으로부터 전력 플랜트의 출력 전력이 산출된다. 루틴을 시작한 후 출력 전력의 최대값이 최대 출력 전력(Lmax)으로서 제어기(14)의 메모리에 기억된다. 이 루틴의 실행에 의해 산출된 출력 전력과 메모리에 기억된 최대 출력 전력(Lmax)이 비교되고, 이 경우에 산출된 출력 전력이 최대 출력 전력(Lmax)보다 크면, 이 경우에 산출된 부하의 값으로 최대 출력 전력(Lmax)이 갱신된다.

다음 단계 S124에서는 타이머 값(T)이 소정 시간과 비교된다. 소정 시간은 상술한 바와 같이 10분이다. 여기서, 타이머 값(T)의 단위는 초이고, 소정 시간은 600초이다.

타이머 값(T)이 소정 시간에 이르지 않은 경우, 제어기(14)는 단계 S125에서1초간 대기하여, 단계 S126에서 타이머 값(T)을 증분하고, 단계 S123, S124의 처리를 반복한다.

단계 S124에서 타이머 값(T)이 600초의 소정 시간을 초과하면, 제어기(14)는 단계 S127에서 다음의 식(1)으로 필요 출력 전력의 가중 평균 처리를 행한다.

(1)

여기서,r= 가중계수.

즉, 루틴이 실행되기 직전에 산출된 필요 출력 전력(L _n-1 ) 및 이 루틴의 실행으로 산출된 최대 부하(Lmax)를 가중계수(r)를 적용하여 평균하고, 그 결과가 새로운 필요 출력 전력(Ln)으로서 설정된다. 가중계수(r)는 0보다 크고 1보다 작은 상수이다.

단계 S127의 처리 후에 제어기(14)는 루틴을 종료한다.

전력 플랜트 기동 시에 제어기(14)가 행하는 도 5의 전력 플랜트 예열 루틴에 의하면, 차량 시동 후 10분간 필요 출력 전력의 이전 트랙 기록에 기초하여 도 1∼도 3의 예열 패턴 중 하나를 적용함으로써 연료전지 스택의 예열이 행해질 때, 전력 플랜트가 기동되면 우선 필요 출력 전력에 따른 개수의 연료전지 스택만이 예열된다. 예열이 완료되면, 전력 플랜트는 예열을 완료한 연료전지 스택을 이용하여 발전을 시작하고, 차량은 전력 플랜트의 출력 전력을 이용하여 주행을 시작한다. 시동 중에 예열되지 않은 연료전지 스택에 관해서는, 차량이 주행을 시작한 후, 연료전지 스택의 잉여 열을 작동에 사용하는, 도 4에서 실선 화살표로 나타낸 물 재순환 패턴에 따라 예열이 행해진다. 따라서, 결국 모든 연료전지 스택(10A∼10C)이 발전 가능한 상태가 된다. 이와 같이, 예열에 의해 소비되는 에너지는 전력 플랜트가 기동하여 차량이 주행을 시작한 후, 소정 시간, 즉, 10분 내에 필요 출력 전력을 만족시키는데 필요한 연료전지 스택만을 예열함으로써 최소로 억제될 수 있다.

다음에, 도 8을 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.

이 실시예에서, 차량은 현재 위치에서 차량의 목적지까지의 도로 상황에 관한 정보를 수집하는, 도 1∼도 4에 나타낸 카 네비게이션 시스템(41)을 구비하고 있다. 제어기(14)는 카 네비게이션 시스템(41)으로부터의 정보에 기초하여 전력 플랜트의 필요 출력 전력을 결정한다.

이를 위해, 제어기(14)는 제1 실시예의 도 5 및 도 7의 루틴을 대신하여 도 8에 나타낸 전력 플랜트 예열 루틴을 행한다.

단계 S141의 처리는 도 5의 루틴의 단계 S101의 처리와 동일하고, 단계 S142의 처리는 도 5의 루틴의 단계 S102의 처리와 동일하며, 단계 S146∼S149의 처리는 도 5의 단계 S105∼S108의 처리와 각각 동일하다.

단계 S142에서 자동 설정 모드가 설정되면, 단계 S143에서 제어기(14)는 운전자에게 네비게이션 시스템(41)에 목적지를 입력할 것을 요구한다. 제어기(14)는 운전자에 의한 목적지의 입력을 확인할 때까지 다음 단계 S144로 진행하지 않는다.

다음 단계 S144에서 제어기(14)는 차량의 현재 위치에서 목적지까지의 도로 상황을 카 네비게이션 시스템(41)으로부터 읽는다. 여기서, 카 네비게이션 시스템(41)은 입력된 목적지 및 현재 위치에 기초하여 메모리나 디스크 등의 기억매체로부터 도로 정보를 읽는 시스템이어도 되고, 셀룰러폰과 같은 외부와의 통신 수단을 통해 정보 센터의 서버로부터 도로 정보를 수신하는 시스템이어도 된다. 제어기(14)가 읽은 도로 상황은, 차량이 주행을 시작한 후 소정 시간 내에 운전자가 가고자 하는 도로에 관한, 도로의 종류, 즉 고속도로인지 일반도로인지, 도로가 평탄한지, 오르막인지 내리막인지, 이 도로들이 혼잡한지 여부 등의 정보를 포함한다. 여기서 소정 시간은 10분이다.

다음 단계 S145에서, 제어기(14)는 읽은 도로 상황에 기초하여 차량이 주행을 시작한 후 소정 시간 내에 차량의 주행에 필요한 전력 플랜트의 필요 출력 전력(Ln)을 추정한다. 구체적으로, 도로가 혼잡한지 여부를 고려하여 주행에 선택된 도로의 종류로부터 주행 속도가 설정된다. 일단 주행 속도가 설정되면, 주행 속도 및 주행할 도로의 경사로부터 필요 전력 플랜트 출력 전력(Ln)이 산출된다.

도로 경사 및 주행 속도에 따른 필요 출력 전력의 맵이 경험적으로 혹은 시뮬레이션에 의해 미리 준비되어 제어기(14)의 메모리에 기억되면, 단계 S145에서 맵을 검색함으로써 필요 출력 전력(Ln)이 산출될 수 있다. 맵 대신에, 도로 경사 및 주행 속도로부터 필요 출력 전력(Ln)을 산출하는 근사값이 사용될 수도 있다. 산출된 필요 출력 전력(Ln)은 표시/입력부(40)에 표시된다.

다음 단계 S146에서는 도 5의 단계 S105에서와 같이, 표시된 필요 출력전력(Ln)에 관련하여 운전자의 동의가 요구된다. 운전자가 동의하지 않거나, 운전자가 단계 S142에서 수동 입력을 선택하면, 단계 S108에서와 같이 단계 S149에서 표시/입력부(40)를 통한 필요 출력 전력(Ln)의 수동 입력이 요구되고, 제어기(14)는 입력된 필요 출력 전력(Ln)을 읽는다. 필요 출력 전력(Ln)을 입력하는 대신, 운전자가 표시/입력부(40)에 도로 상태를 입력할 수도 있고, 제어기(14)가 단계 S145에서와 같은 방법으로 도로 상태로부터 필요 출력 전력(Ln)을 결정할 수도 있다.

단계 S146에서, 운전자는 예를 들어 자신이 카 네비게이션 시스템(41)에 의해 설정된 것 이외의 도로를 선택하거나, 도로 공사에 관한 정보 등, 필요 출력 전력(Ln)의 산출에 이용되는 도로 경사 및 주행 속도 이외에 선택된 도로의 상황을 아는 경우, 필요 출력 전력(Ln)에 동의하지 않을 수도 있다.

단계 S146 또는 단계 S149에서 필요 출력 전력(Ln)이 결정되면, 단계 S147, S148에서 제어기(14)는 도 5의 단계 S106, S107과 동일한 처리를 행하고, 필요 출력 전력(Ln)에 기초하여 도 1∼도 3의 상기 패턴 중 하나를 선택하여, 필요 출력 전력(Ln)을 만족시키기 위해 작동할 연료전지 스택(들)(10A(10B, 10C))의 예열을 행한다.

다음에, 도 9를 참조하여 본 발명의 제3 실시예를 설명한다.

이 실시예에서는 제2 실시예에서와 같이, 제어기(14)가 카 네비게이션 시스템(41)과 공동하여 필요 출력 전력(Ln)을 추정한다. 이를 위해, 도 8의 루틴 대신에 도 9에 나타낸 루틴이 행해진다.

도 9의 루틴의 단계 S161, S162의 처리는 도 8의 루틴의 단계 S141, S142의 처리와 동일하다. 또한, 단계 S165∼S168의 처리는 도 8의 루틴의 단계 S146∼S149의 처리와 동일하다.

단계 S162에서 자동 설정 모드가 선택되면, 제어기(14)는 단계 S163에서 카 네비게이션 시스템으로부터 차량이 차량의 현재 위치로부터 소정 시간 내에 지날 수 있는 모든 도로에 관한 정보를 수집한다. 수집된 정보의 종류는 제2 실시형태에서와 동일하다.

다음 단계 S164에서 제어기(14)는 정보가 수집된 모든 도로에 대한 필요 출력 전력을 추정한다. 필요 출력 전력을 추정하는 방법은 제2 실시형태에서와 동일하다. 필요 출력 전력의 최대값(Ln)이 표시/입력부(40)에 표시된다.

다음 단계 S165에서는 도 8의 단계 S126에서와 같이, 제어기(14)가 표시된 필요 출력 전력(Ln)에 관련하여 운전자의 동의를 요구한다. 여기서, 운전자는 예를 들어 운전자가 가고자 하는 도로의 상황을 미리 아는 경우, 필요 출력 전력(Ln)에 동의하지 않을 수도 있고, 필요하다고 생각된 필요 출력 전력은 표시된 값과 다르다.

운전자가 단계 S165에서 표시된 필요 출력 전력(Ln)에 동의하지 않는 경우, 또는 단계 S162에서 자동 모드가 선택되지 않은 경우, 단계 S168에서는 도 8의 단계 S149에서와 같이, 표시/입력부(40)에 필요 출력 전력(Ln)의 수동 입력이 요구되고, 제어기(14)는 입력된 필요 출력 전력(Ln)을 읽는다.

단계 S165 또는 단계 S168에서 필요 출력 전력(Ln)을 결정한 후, 단계 S166,S167에서 제어기(14)는 도 5의 단계 S106, S107에서와 동일한 처리를 행하고, 필요 출력 전력(Ln)에 기초하여 도 1∼도 3의 패턴 중 하나를 선택하여, 필요 출력 전력(Ln)을 만족시키기 위해 작동될 연료전지 스택(들)(10A(10B, 10C))의 예열을 행한다.

이 실시예에서, 제어기(14)는 소정 시간 내에 지날 수 있는 모든 도로에 관한 정보를 수집하지만, 현재 차량 위치로부터 소정 거리 내의 모든 도로의 상황에 관해 정보가 보다 간단히 수집될 수도 있다. 소정 거리는 예를 들어 5㎞로 설정될 수 있다.

상기 모든 실시예에서, 예열되는 연료전지 스택의 개수는 차량이 주행을 시작한 후 소정 시간 내에 차량의 주행에 필요한 출력 전력(Ln)이 얻어질 수 있도록 도로 상황에 따라 결정되고, 예열에 필요한 에너지는 출력 전력의 부족을 일으키지 않고 최소로 억제될 수 있다.

전력 플랜트 기동 준비 스위치가 ON이 되면 도 5, 8, 9의 각 루틴의 실행이 시작된다. 루틴의 실행에 의해 연료전지 스택(들)(10A(10B, 10C))의 예열이 완료된 후, 다음 방법들 중 하나에 의해 처리가 계속될 수 있다.

어떤 방법에서는, 연료전지 스택의 예열 완료가 표시/입력부(40)에 표시될 수도 있고, 메인 스위치를 ON으로 함으로서 전력 플랜트에 의한 발전이 시작되었다. 메인 스위치는 표시/입력부(40)에 마련될 수도 있고, 혹은 표시/입력부(40)와 관계없이 마련될 수도 있다.

다른 방법은 필요 출력 전력(Ln)에 따른 연료전지 스택(들)(10A(10B, 10C))의 예열이 완료되면 전력 플랜트가 자동으로 발전을 시작하는 것이다.

상기 모든 실시예에서 소정 시간은 10분으로 설정된다. 이것은 차량이 주행을 시작한 후 처음 작동된 연료전지 스택(들)의 잉여 열에 의해 다른 연료전지 스택의 예열을 완료하는데 걸리는 시간, 즉, 차량이 주행을 시작하고부터 도 4에서 실선 화살표로 나타낸 재순환 패턴 하에 모든 연료전지 스택(10A∼10C)의 예열이 완료할 때까지 필요한 시간에 근거한다. 따라서, 실험 또는 시뮬레이션에 의해 소정 시간을 결정하는 것이 바람직하다.

2001년 12월 19일 일본에 제출된 도쿠간 2001-385713호의 내용이 여기에 참조로서 포함된다.

본 발명은 본 발명의 특정 실시예를 참조하여 상기에 설명하였지만, 상술한 실시예에 한정되지 않는다. 상기 기재 내용에 기초하여, 당업자에 의해 상술한 실시예의 변형 및 개조가 이루어질 수 있다.

예를 들어, 상기 실시예에서는 본 발명이 3개의 연료전지 스택(10A∼10C)을 포함하는 전력 플랜트에 적용되지만, 개별적으로 예열될 수 있는 2개 또는 그 이상의 연료전지 스택을 구비한 모든 전력 플랜트에 적용될 수도 있다.

상술한 바와 같아, 본 발명은 차량이 주행을 시작하고부터 소정 시간 내에 전력 플랜트에 필요한 출력 전력을 추정하여, 주행 시작 전에 필요 출력 전력에 따른 개수의 연료전지 스택만을 예열한다. 따라서, 외부로부터 에너지가 공급될 수 없는 차량의 연료전지 전력 플랜트에서 예열에 의해 소비되는 에너지가 감소될 수있다.

독점적인 특징이나 특권이 청구된 본 발명의 실시예는 다음과 같이 정의된다.

Claims (10)

1. 차량에 탑재된 연료전지 전력 플랜트에 구비되어, 독립적으로 작동 가능하며 차량 구동을 위한 전력을 발생하는 다수의 연료전지 스택(10A∼10C)의 예열 제어기에 있어서,

   상기 연료전지 스택(10A∼10C)을 독립적으로 예열할 수 있는 예열 회로(11, 13, 21∼28);

   차량 주행 상태를 검출하는 센서(31, 32, 40, 41); 및

   상기 주행 상태에 기초하여 차량이 주행을 시작한 후 소정 시간 내에 상기 전력 플랜트에 필요한 필요 출력 전력을 추정하고(S103, S108, S121∼S127, S145, S149, S164, S168);

   상기 필요 출력 전력에 따라 예열되어야 하는 연료전지 스택(10A∼10C)의 개수를 결정하고(S106, S147, S166);

   상기 예열 회로(11, 13, 21∼28)를 제어하여 상기 결정된 개수의 연료전지 스택(10A∼10C)만을 예열하도록(S107, S148, S167) 프로그램이 짜여진 프로그램 가능 제어기(14)를 구비하는 것을 특징으로 하는 예열 제어기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어기(14)는 상기 예열 회로(11, 13, 21∼28)를 제어하여 차량이 주행을 시작하기 전에 상기 결정된 개수의 연료전지 스택(10A∼10C)만을 예열하도록 프로그램이 짜여진 것을 특징으로 하는 예열 제어기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센서(31, 32, 40, 41)는 상기 전력 플랜트에 필요한 출력 전력을 검출하는 센서(31, 32)를 더 포함하고, 상기 제어기(14)는 차량이 주행을 시작한 후 소정 시간동안 상기 전력 플랜트에 필요한 출력 전력을 모니터하고(S122∼S126), 상기 소정 시간동안 모니터 된 상기 필요 출력 전력의 최대값에 기초하여 다음 번에 예열할 연료전지 스택(10A∼10C)의 개수를 결정하기 위해 인가되어야 하는 필요 출력 전력을 추정하도록(S127) 프로그램이 짜여진 것을 특징으로 하는 예열 제어기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센서(31, 32, 40, 41)는 상기 차량의 현재 위치에서 상기 차량의 목적지까지 이르는 도로의 상태를 검출하는 네비게이션 시스템(41)을 구비하고, 상기 제어기(14)는 상기 현재 위치에서 상기 목적지까지 이르는 상기 도로의 상태에 기초하여 필요 출력 전력을 추정하도록(S145) 프로그램이 짜여진 것을 특징으로 하는 예열 제어기.
5. 제4항에 있어서, 상기 도로 상태는 도로의 경사 및 차량이 상기 도로 위를 달릴 수 있는 속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 예열 제어기.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센서(31, 32, 40, 41)는 상기 차량의 현재 위치에서 상기 차량의 목적지까지 이르는 모든 도로의 상태를 검출하는 네비게이션시스템(41)을 구비하고, 상기 제어기(14)는 상기 현재 위치에서 상기 목적지까지 이르는 모든 도로의 상기 도로 상태에 기초하여 필요 출력 전력을 추정하도록(S167) 프로그램이 짜여진 것을 특징으로 하는 예열 제어기.
7. 제6항에 있어서, 상기 도로 상태는 도로의 경사 및 차량이 상기 도로 위를 달릴 수 있는 속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 예열 제어기.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센서(31, 32, 40, 41)는 주행 상태 입력 장치(40)를 구비하고, 상기 제어기(14)는 차량의 운전자에 의해 상기 입력 장치(40)에 입력된 주행 상태에 기초하여 상기 차량이 주행을 시작한 후 소정 시간 내에 상기 전력 플랜트에 필요한 출력 전력을 추정하도록(S108, S149, S168) 프로그램이 짜여진 것을 특징으로 하는 예열 제어기.
9. 차량에 탑재된 연료전지 전력 플랜트에 구비되어, 독립적으로 작동 가능하며 차량 구동을 위한 전력을 발생하는 다수의 연료전지 스택(10A∼10C)의 예열 제어기에 있어서,

   상기 연료전지 스택(10A∼10C)을 독립적으로 예열할 수 있는 예열 회로(11, 13, 21∼28);

   차량 주행 상태를 검출하는 수단(31, 32, 40, 41);

   상기 주행 상태에 기초하여 차량이 주행을 시작한 후 소정 시간 내에 상기전력 플랜트에 필요한 필요 출력 전력을 추정하는 수단(14, S103, S108, S121∼S127, S145, S149, S164, S168);

   상기 필요 출력 전력에 따라 예열되어야 하는 연료전지 스택(10A∼10C)의 개수를 결정하는 수단(14, S106, S147, S166); 및

   상기 결정된 개수의 연료전지 스택(10A∼10C)만을 예열하도록 상기 예열 회로(11, 13, 21∼28)를 제어하는 수단(14, S107, S148, S167)을 구비하는 것을 특징으로 하는 예열 제어기.
10. 차량에 탑재된 연료전지 전력 플랜트에 구비된 다수의 연료전지 스택(10A∼10C)의 예열을 제어하는 방법에 있어서, 상기 전력 플랜트는 상기 연료전지 스택(10A∼10C)을 독립적으로 예열할 수 있는 예열 회로(11, 13, 21∼28)를 구비하고, 상기 연료전지 스택(10A∼10C)은 독립적으로 작동 가능하며 차량 구동을 위한 전력을 발생하고, 상기 방법은,

    차량 주행 상태를 검출하는 단계(31, 32, 40, 41);

    상기 주행 상태에 기초하여 차량이 주행을 시작한 후 소정 시간 내에 상기 전력 플랜트에 필요한 필요 출력 전력을 추정하는 단계(S103, S108, S121∼S127, S145, S149, S164, S168);

    상기 필요 출력 전력에 따라 예열되어야 하는 연료전지 스택(10A∼10C)의 개수를 결정하는 단계(S106, S147, S166); 및

    상기 결정된 개수의 연료전지 스택(10A∼10C)만을 예열하도록 상기 예열 회로(11, 13, 21∼28)를 제어하는 단계(S107, S148, S167)를 포함하는 것을 특징으로 하는 예열 제어 방법.