KR20060133005A - 구동시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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KR20060133005A
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마사히로 시게
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

연료전지(30)의 현재 상태가 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 시사할 때, 본 발명의 제어 절차는 2차전지(60)의 목표 SOC 레벨을 상승시키고(단계 S170), 상기 연료전지(30)가 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 갖는 그 현재 상태를 유지하도록 하기 위해 충전레벨제한(Wch)을 설정한다(단계 S180). 상기 제어 절차는 상기 설정된 충전레벨제한(Wch)의 범위 내에서 2차전지(60)를 충전하고(단계 S210), 모터(36)가 사전설정토크요청(Td*)의 레벨로 토크를 출력하도록 한다(단계 S230). 따라서, 상기 2차전지(60)는 연료전지(30)의 상태를 출력 제한을 부과하기 위한 조건들에 접근시키지 않고도 충전가능하여, 상기 연료전지(30)의 출력 제한을 가능하게 할 준비가 되어 있다.

Description

구동시스템 및 그 제어방법{DRIVE SYSTEM AND CONTROL METHOD OF THE SAME}
본 발명은 구동시스템, 상기 구동시스템의 제어방법, 및 상기 구동시스템이 장착된 이동체에 관한 것이다.
한 가지 제안된 구동시스템은 2개의 전원회로를 구비하는데, 그 각각은 모터차량 상에 장착된 연료전지 및 2차전지를 포함하고 있다. 하나의 전원회로의 연료전지에서 어떤 이상이 발생하는 경우, 이상이 있는 전원회로에서의 2차전지의 충전상태(SOC)는 나머지 다른 정상의 전원회로에서의 연료전지에 의해 발생되는 전력에 의해 높아진다(예컨대, 일본특허공개공보 제2003-333707호 참조). 이러한 종래의 구동시스템에서는, 요청(demand)에 대응하는 충분한 레벨의 전력 출력을 보장하도록 이상이 있는 전원회로에서 2차전지의 충전상태(SOC)가 높아진다.
일반적인 연료전지시스템에 있어서, 연료전지들의 출력레벨은 연료전지의 어떤 이상의 검출, 예컨대 연료전지의 과도한 온도 상승 또는 연료전지의 불량 전류-전압 특성에 응답하여 연료전지의 보호를 위해 제한된다. 연료전지 및 2차전지의 두 전원회로를 구비한 종래의 구동시스템에서는, 이상이 있는 전원회로에서의 2차전지의 충전상태(SOC)가, 요청에 대응하는 충분한 레벨의 전력 출력을 보장하도록 정상의 전원회로에서 연료전지에 의해 발생되는 전력에 의해 높아진다. 하지만, 단 하나의 전원회로를 구비한 구동시스템에서는, 연료전지의 출력 제한 하에 2차전지의 충전상태(SOC)를 높이는 것이 어렵다.
따라서, 본 발명의 구동시스템 및 상기 구동시스템이 장착된 이동체는 연료전지와 같은 전력발생장치에 의해 발생되는 전력의 출력 제한 하에도 요청에 응답하여 적절한 구동을 보장하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 구동시스템 및 상기 구동시스템이 그 위에 장착된 이동체는 또한 2차전지와 같은 축전지(accumulator battery)의 축전레벨(power storage level)을 적절하게 조절하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적 및 기타 관련된 목적들 가운데 적어도 일부를 달성하기 위하여, 본 발명은 구동시스템, 상기 구동시스템의 제어방법, 및 상기 구동시스템이 장착된 이동체에 관한 것으로, 그 구성들은 후술하는 바와 같다.
본 발명의 제1구동시스템은: 연료의 공급을 받아 전력을 발생시키는 전력발생모듈(power generation module); 상기 전력발생모듈에 의해 발생되는 전력으로 충전가능한 축전지모듈(accumulator module); 상기 전력발생모듈에 의해 발생되는 전력의 공급과 상기 축전지모듈로부터 방전되는 전력의 공급으로 작동되는 구동모듈; 상기 전력발생모듈의 현재 상태를 검출하는 상태검출모듈; 및 상기 상태검출모듈에 의해 검출된 상기 전력발생모듈의 현재 상태가 상기 전력발생모듈의 적절한 동작이 보장되는 적절한 상태 범위에 포함되는 사전 설정 상태(preset state) 영역 이내에 있을 때, 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 제1목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어하는 한편, 상기 상태검출모듈에 의해 검출된 상기 전력발생모듈의 현재 상태가 상기 적절한 상태 범위 이내에 있지만 상기 사전설정 상태 영역을 벗어난 경우에는, 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 제2목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어하며, 상기 상태검출모듈에 의해 검출된 상기 전력발생모듈의 현재 상태가 상기 적절한 상태 범위를 벗어난 경우에는, 상기 전력발생모듈의 제한된 동작 하에 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 상기 제1목표축전레벨 또는 제2목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1구동시스템은, 상기 전력발생모듈의 검출된 현재 상태가 상기 전력발생모듈의 적절한 동작이 보장되는 적절한 상태 범위에 포함되는 사전설정 상태 영역 이내에 있을 때, 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 제1목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어한다. 상기 제1구동시스템은, 상기 전력발생모듈의 검출된 현재 상태가 상기 적절한 상태 범위 이내에 있지만 상기 사전설정 상태 영역을 벗어난 경우, 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 제2목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어한다. 즉, 상기 축전지모듈의 축전레벨은, 현재 적절한 상태 범위 이내에 있는 전력발생모듈의 상태가 상기 적절한 상태 범위로부터 곧 벗어날 가능성(potential)이 있을 때, 제2목표축전레벨로 조정된다. 이러한 형태는 전력발생모듈의 검출된 상태에 따라 축전지모듈의 축전레벨의 적절한 조절을 보장한다. 상기 제1구동시스템은 상기 전력발생모듈의 검출된 현재 상태가 상기 적절한 상태 범위를 벗어난 경우에는, 상기 전력발생모듈의 제한된 동작 하에 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 상기 제1목표축전레벨 또는 제2목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어한다. 이러한 형태는 전력발생모듈의 과도한 작동을 효과적으로 방지한다. 여기서, '축전레벨(power storage level)'이란 용어는 축전지모듈에 저장된 전기용량 또는 상기 축전지모듈의 충전상태를 나타낸다.
본 발명의 제1구동시스템에 있어서, 상기 제어모듈은 상기 구동모듈에 필요한 구동상태요청을 설정하고, 상기 설정된 구동상태요청을 이행하기 위해 특정 구동상태로 작동되도록 상기 구동모듈을 제어할 수도 있다. 이러한 형태는 상기 구동상태요청에 대응하여 상기 구동모듈이 특정 구동상태로 작동되도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 제어모듈은 상기 설정된 구동상태요청의 로딩(loading)이 증가함에 따라 보다 높은 레벨의 전력을 발생시키기 위해 상기 전력발생모듈을 제어할 수도 있다. 이러한 형태는 전력발생모듈이 구동상태요청에 응답하여 전력을 발생시키는 것을 가능하게 한다. 따라서, 상기 구동모듈에 필요한 대부분의 전력이 상기 전력발생모듈로부터 공급가능하다.
또한, 본 발명의 제1구동시스템에서는, 상기 제2목표축전레벨이 상기 제1목표축전레벨보다 높을 수도 있다. 이러한 형태는 전력발생모듈의 제한된 작동 하에서도 상기 구동모듈이 보다 긴 시간동안 작동되도록 하는 것이 가능하다.
더욱이, 본 발명의 제1구동시스템에 있어서, 상기 제2목표축전레벨은 상기 전력발생모듈의 검출된 상태에 대응하여 설정될 수도 있다. 이러한 형태는 전력발생모듈의 상태에 대응하여 축전지모듈의 축전레벨을 설정한다. 이 경우, 상기 제2목표축전레벨은, 상기 전력발생모듈의 검출된 상태가 상기 적절한 상태 범위의 경계에 접근함에 따라 증가하도록 설정될 수도 있다.
본 발명의 제1구동시스템의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 전력발생모듈은 연료전지스택 및 상기 연료전지스택의 동작에 필요한 보조기계를 포함하고, 상기 상태검출모듈은 상기 연료전지스택 및 상기 보조기계 양자 모두의 현재 상태를 검출한다. 이 실시예에 있어서, 상기 상태검출모듈은 상기 연료전지스택의 온도, 상기 연료전지스택의 전압레벨, 상기 연료전지스택에 포함된 단위연료전지의 전압레벨, 상기 연료전지스택의 전류-전압특성, 및 상기 보조기계의 온도 중 하나 이상을 상기 전력발생모듈의 현재 상태로서 검출할 수도 있다.
본 발명의 제1구동시스템의 바람직한 또다른 실시예에 있어서, 상기 제어모듈은 상기 상태검출모듈에 의해 검출된 상기 전력발생모듈의 현재 상태가 상기 적절한 상태 범위 이내에 있지만 상기 사전설정 상태 영역을 벗어난 경우에는, 상기 축전지모듈의 축전레벨이 증가함에 따라 상기 현재 상태를 유지하도록 상기 전력발생모듈을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2구동시스템은: 전력을 내부에 축전시키는 축전지모듈; 전력을 허용가능한 범위로 사전설정 출력 상한까지 발생시키는 전력발생모듈; 상기 전력발생모듈에 의해 발생되는 전력의 공급과 상기 축전지모듈로부터 방전되는 전력의 공급에 의해 작동되는 구동모듈; 상기 축전지모듈에서 상기 전력발생모듈에 의해 발생되는 전력을 사전설정목표축전레벨까지 축전시키는 축전레벨조절모듈; 상기 전력발생모듈의 현재 상태에 따라 상기 전력발생모듈의 상기 출력 상한을 변경시키는 출력상한변경모듈; 상기 출력상한변경모듈에 의한 출력 상한의 임박한 감소(impending decrease)에 대한 가능성을 검출하는 감소가능성검출모듈; 및 상기 감소가능성검출모듈에 의한 출력 상한의 임박한 감소에 대한 가능성의 검출에 응답하여, 상기 축전레벨조절모듈에 의해 설정되는 상기 목표축전레벨을 올리는 목표축전레벨상승모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2구동시스템은, 전력발생모듈의 현재 상태에 따라 상기 전력발생모듈의 출력 상한의 임박한 감소에 대한 가능성의 검출에 응답하여, 상기 전력발생모듈에 의해 발생되는 전력을 저장하는 축전지모듈의 목표축전레벨을 상승시킨다. 이러한 형태는 전력발생모듈의 출력 상한의 가능성 있는 감소를 위해 준비되도록 축전지모듈의 축전레벨을 높이고, 상기 구동시스템에 사용되는 전력량을 증가시킨다.
본 발명의 이동체는 본 발명의 제1구동시스템 또는 제2구동시스템이 장착되어 있고, 상기 구동모듈의 작동에 의해 움직인다. 여기서, 본 발명의 제1구동시스템은: 연료의 공급을 받아 전력을 발생시키는 전력발생모듈; 상기 전력발생모듈에 의해 발생되는 전력으로 충전가능한 축전지모듈; 상기 전력발생모듈에 의해 발생되는 전력의 공급과 상기 축전지모듈로부터 방전되는 전력의 공급으로 작동되는 구동모듈; 상기 전력발생모듈의 현재 상태를 검출하는 상태검출모듈; 및 상기 상태검출모듈에 의해 검출된 상기 전력발생모듈의 현재 상태가 상기 전력발생모듈의 적절한 동작이 보장되는 적절한 상태 범위에 포함되는 사전설정 상태 영역 이내에 있을 때, 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 제1목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어하는 한편, 상기 상태검출모듈에 의해 검출된 상기 전력발생모듈의 현재 상태가 상기 적절한 상태 범위 이내에 있지만 상기 사전설정 상태 영역을 벗어난 경우에는, 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 제2목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어하며, 상기 상태검출모듈에 의해 검출된 상기 전력발생모듈의 현재 상태가 상기 적절한 상태 범위를 벗어난 경우에는, 상기 전력발생모듈의 제한된 동작 하에 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 상기 제1목표축전레벨 또는 제2목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제2구동시스템은: 전력을 내부에 축전시키는 축전지모듈; 전력을 허용가능한 범위로 사전설정 출력 상한까지 발생시키는 전력발생모듈; 상기 전력발생모듈에 의해 발생되는 전력의 공급과 상기 축전지모듈로부터 방전되는 전력의 공급에 의해 작동되는 구동모듈; 상기 축전지모듈에서 상기 전력발생모듈에 의해 발생되는 전력을 사전설정목표축전레벨까지 축전시키는 축전레벨조절모듈; 상기 전력발생모듈의 현재 상태에 따라 상기 전력발생모듈의 상기 출력 상한을 변경시키는 출력상한변경모듈; 상기 출력상한변경모듈에 의한 출력 상한의 임박한 감소에 대한 가능성을 검출하는 감소가능성검출모듈; 및 상기 감소가능성검출모듈에 의한 출력 상한의 임박한 감소에 대한 전위의 검출에 응답하여, 상기 축전레벨조절모듈에 의해 설정되는 상기 목표축전레벨을 올리는 목표축전레벨상승모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이동체는 본 발명의 제1구동시스템 또는 제2구동시스템이 그 위에 장착되어 있다. 따라서, 본 발명의 이동체는 상기 제1구동시스템과 유사한 효과들을 가질 수도 있다. 즉, 본 발명의 이동체는 전력발생모듈의 검출된 상태에 따라 축전지모듈의 축전레벨의 적절한 조절을 보장하는 한편, 상기 전력발생모듈의 과도한 작동을 효과적으로 방지할 수 있다. 본 발명의 이동체는 또한 제2구동시스템과 유사한 효과들을 가질 수도 있다. 즉, 본 발명의 이동체는 전력발생모듈의 출력 상한의 가능성 있는 감소를 위해 준비되도록 축전지모듈의 축전레벨을 높이고, 상기 구동시스템에 사용되는 전력량을 증가시킨다.
본 발명의 제어방법은 구동시스템의 제어방법으로서, 상기 구동시스템은 연료의 공급을 받아 전력을 발생시키는 전력발생모듈; 상기 전력발생모듈에 의해 발생되는 전력으로 충전가능한 축전지모듈; 및 상기 전력발생모듈에 의해 발생되는 전력의 공급과 상기 축전지모듈로부터 방전되는 전력의 공급으로 작동되는 구동모듈을 포함하고, 상기 제어방법은: (a) 상기 전력발생모듈의 현재 상태를 검출하는 단계; 및 (b) 상기 전력발생모듈의 검출된 현재 상태가 상기 전력발생모듈의 적절한 동작이 보장되는 적절한 상태 범위에 포함되는 사전설정 상태 영역 이내에 있을 때, 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 제1목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어하는 단계를 포함하며, 상기 전력발생모듈의 검출된 현재 상태가 상기 적절한 상태 범위 이내에 있지만 상기 사전설정 상태 영역을 벗어난 경우에는, 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 제2목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어하고, 상기 전력발생모듈의 검출된 현재 상태가 상기 적절한 상태 범위를 벗어난 경우에는, 상기 전력발생모듈의 제한된 동작 하에 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 상기 제1목표축전레벨 또는 제2목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 구동시스템의 제어방법은, 상기 전력발생모듈의 검출된 현재 상태가 상기 전력발생모듈의 적절한 동작이 보장되는 적절한 상태 범위에 포함되는 사전설정 상태 영역 이내에 있을 때, 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 제1목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어한다. 상기 구동시스템의 제어방법은, 상기 전력발생모듈의 검출된 현재 상태가 상기 적절한 상태 범위 이내에 있지만 상기 사전설정 상태 영역을 벗어난 경우, 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 제2목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어한다. 즉, 상기 축전지모듈의 축전레벨은, 현재 적절한 상태 범위 이내에 있는 전력발생모듈의 상태가 상기 적절한 상태 범위로부터 곧 벗어날 가능성이 있을 때, 제2목표축전레벨로 조정된다. 이러한 형태는 전력발생모듈의 검출된 상태에 따라 축전지모듈의 축전레벨의 적절한 조절을 보장한다. 상기 구동시스템의 제어방법은 상기 전력발생모듈의 검출된 현재 상태가 상기 적절한 상태 범위를 벗어난 경우에는, 상기 전력발생모듈의 제한된 동작 하에 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 상기 제1목표축전레벨 또는 제2목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어한다. 이러한 형태는 전력발생모듈의 과도한 작동을 효과적으로 방지한다. 여기서, '축전레벨'이란 용어는 축전지모듈에 저장된 전기용량 또는 상기 축전지모듈의 충전상태를 나타낸다.
본 발명의 구동시스템의 제어방법에 있어서, 상기 단계 (b)는 상기 구동모듈에 필요한 구동상태요청을 설정하고, 상기 설정된 구동상태요청을 이행하기 위해 특정 구동상태로 작동되도록 상기 구동모듈을 제어할 수도 있다. 이러한 형태는 상기 구동모듈이 구동상태요청에 대응하여 특정 구동상태로 작동되도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 단계 (b)는 상기 설정된 구동상태요청의 로딩이 증가함에 따라 보다 높은 레벨의 전력을 발생시키기 위해 상기 전력발생모듈을 제어할 수도 있다. 이러한 형태는 상기 전력발생모듈이 상기 구동상태요청에 응답하여 전력을 발생시키도록 할 수 있다. 상기 구동모듈에 필요한 대부분의 전력이 이에 따라 상기 전력발생모듈로부터 공급가능하다.
또한, 본 발명의 구동시스템의 제어방법에 있어서, 상기 단계 (b)는 상기 전력발생모듈의 검출된 현재 상태가 상기 적절한 상태 범위 이내에 있지만 상기 사전설정 상태 영역을 벗어난 경우, 상기 축전지모듈의 축전레벨이 증가함에 따라 상기 현재 상태를 유지하도록 상기 전력발생모듈을 제어할 수도 있다. 이러한 형태는 상기 전력발생모듈의 상태가 상기 적절한 상태 범위로부터 벗어나는 것을 효과적으로 방지한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 있어서 구동시스템이 장착된 전기차량의 구성을 개략적으로 예시한 도면;
도 2는 상기 실시예의 구동시스템에 포함된 전기제어유닛에 의해 실행되는 구동제어순서를 도시한 플로우차트; 및
도 3은 토크요청설정맵을 도시한 도면이다.
본 발명을 실시하는 한 가지 모드를 바람직한 실시예로서 후술한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 있어서 구동시스템이 장착된 전기차량(10)의 구성을 개략적 으로 예시한다. 예시된 바와 같이, 상기 실시예의 전기차량(10)은 연료전지스택(30)을 구비한다. 상기 연료전지(30)는 고압수소탱크(22)로부터 공급되어 순환펌프(26)에 의해 순환되는 수소함유연료가스의 공급 및 에어컴프레서(28)와 어큐뮬레이터(24)로부터 변환밸브(changeover valve; 50)를 거쳐 공급되는 공기의 공급을 받고, 상기 공기 내의 산소와 상기 연료가스 내의 수소의 전기화학반응을 통해 DC 전력을 발생시킨다. 상기 전기차량(10)은 연료전지(30)에 의해 발생되는 DC 전력을 3상 AC 전력으로 변환하는 트랙션인버터(traction inverter; 34), 및 상기 트랙션인버터(34)에 의해 변환된 3상 AC 전력으로 구동되어 전력을 차동기어(14)를 거쳐 구동차륜(12)으로 출력하는 구동모터(36)를 포함한다. 상기 전기차량(10)은 또한 DC 전력을 변환하여 연료전지(30)의 내부단자전압을 조절하도록 작용하는 DC-DC 컨버터(54), 파워 어큐뮬레이터로서 작용하여 상기 DC-DC 컨버터(54)를 통해 연료전지(30)와 병렬로 연결되는 2차전지(60), 상기 연료전지(30)와 2차전지(60)로부터 전력을 공급받아 작동되는 고압보조기계(66)(예컨대, 객실의 에어컨 내의 컴프레서), 및 상기 전기차량(10)의 각각의 구성요소들을 제어하는 전기제어유닛(70)을 포함한다.
상기 연료전지(30)는 구체적으로 예시되어 있지는 않지만, 다수의 단위전지들이 인접하는 단위전지들간에 위치한 격벽들로서 세퍼레이터(separator)들과 함께 차례대로 놓여지는 공지된 스택 구조를 가진다. 각각의 단위전지는 전해질멤브레인(electrolyte membrane)을 가로질러 배치된 애노드 및 캐소드를 구비한다. 상기 연료전지(30)는 세퍼레이터들에 형성된 공기도관들을 통해 캐소드들로 공급되는 공기 와 상기 세퍼레이터들에 형성된 연료가스도관들을 통해 애노드들로 공급되는 수소의 전기화학반응을 통해 전력을 발생시킨다. 상기 연료전지(30)는 냉각매체(예를 들면, 냉각수)의 유동이 순환되는 순환유로(도시안됨)를 구비한다. 상기 순환유로를 통한 냉각매체의 순환은 상기 연료전지(30)의 내부 온도를 적절한 범위(예컨대, 65 내지 85℃ 의 범위)로 유지시킨다.
상기 구동모터(36)는 예컨대 모터와 제너레이터 양자 모두로서의 역할을 하는 공지된 동기식 모터제너레이터이고, 액셀러레이터 페달(83) 및 브레이크 페달(85)의 운전자의 감압량 및 측정된 차량속도(V)에 따라 연료전지(30) 및 2차전지(60)로부터 전력을 공급받아 구동된다.
상기 전기제어유닛(70)은 CPU(72), 처리프로그램들을 저장하기 위한 저장매체인 ROM(74), 데이터를 일시적으로 저장하는 RAM(76), 및 입출력포트(도시안됨)를 포함하는 마이크로프로세서로서 구성된다. 상기 전기제어유닛(70)은 그 입력포트를 통해, 연료전지(30)에 부착된 온도센서(40)로부터의 연료전지온도(Tfc), 내부전지전압센서(42)로부터의 연료전지(30)의 내부전지전압(Vcel), 상기 연료전지(30)의 출력 단자들 사이에 위치한 전압센서(44)로부터의 내부단자전압(Vfc), 전원선 상에 위치한 전류센서(46)로부터의 출력전류(Ifc), 에어컴프레서(28)에 부착된 온도센서(48)로부터의 에어컴프레서온도(Tac), 회전위치검출센서(37)로부터의 구동모터(36) 내의 로터의 회전위치, 트랙션인버터(34)에 부착된 전류센서(도시안됨)로부터 구동모터(36)에 인가되는 상전류(phase current), 2차전지(60)의 출력 단자들 사이에 위치한 전압센서(62)로부터의 전지전압(Vb), 2차전지(60)의 출력 단자에 부착된 전 류센서(64)로부터의 전지전류(Ib), 변속위치센서(82)로부터 변속레버(81)에 의해 현재 설정된 변속위치, 액셀러레이터페달위치센서(84)로부터의 액셀러레이터 페달(83)의 운전자의 감압량 또는 액셀러레이터 오프닝(Acc), 브레이크페달위치센서(86)로부터의 브레이크 페달(85)의 운전자의 감압량 또는 브레이크 페달 위치(BP), 및 차량속도센서(88)로부터의 전기차량(10)의 현재구동속도 또는 차량속도(V)를 수신한다. 상기 온도센서(40), 내부전지전압센서(42), 전압센서(44), 전류센서(46), 및 온도센서(48)는 연료전지(30) 및 그 보조기계(예컨대, 에어컴프레서(28))의 현재 조건들로서 온도, 전압 및 전류를 측정한다. 상기 전기제어유닛(70)은 그 출력포트를 통해, 순환펌프(26)에 대한 그리고 에어컴프레서(28)에 대한 구동신호, 트랙션인버터(34)에 대한 스위칭제어신호, DC-DC 컨버터(54)에 대한 DC전력변환신호, 및 변환밸브(50)에 대한 변환신호들을 출력한다. 상기 전기제어유닛(70)은 후술하는 바와 같이 입력포트를 통해 수신되는 데이터를 토대로, 연료전지(30)의 작동 제어 및 구동모터(36)의 구동 제어를 실행한다. 상기 전기제어유닛(70)은 온도센서(40)로부터의 연료전지온도(Tfc), 내부전지전압센서(42)로부터의 내부전지전압(Vcel), 전압센서(44)로부터의 전압(Vfc), 전류센서(46)로부터의 전류(Ifc), 및 온도센서(48)로부터의 에어컴프레서온도(Tac)에 따라 상기 연료전지(30)의 출력 제한치(Output limit; Wout)를 설정한다. 상기 전기제어유닛(70)은 전압센서(62)로부터의 전지전압(Vb) 및 전류센서(64)로부터의 전지전류(Ib)로부터 전지전류(Ib)로부터 2차전지(60)의 충전상태(SOC)를 연산하고, 상기 연산된 현재충전상태(SOC) 및 목표SOC 간의 비교를 토대로 2차전지(60)의 충전요청(Pb*)을 설정한다. 상기 목표SOC는 2차전지(60)의 충전레벨의 목표값을 나타낸다. 상기 2차전지(60)로 입력되고 그로부터 출력되는 전하량은 상기 목표SOC에 대응하여 조절된다. 상기 목표SOC는 고정되어 있지 않고, 후술하는 바와 같이 연료전지(30) 및 그 보조기계의 조건들에 따라 CPU(72)에 의해 변경된다.
상술된 구성을 구비한 실시예의 전기차량(10)의 동작들에 관한 설명, 특히 연료전지(30)의 출력 제한 및 2차전지(60)의 목표SOC와 관련된 일련의 구동 제어를 설명한다. 도 2는 상기 실시예의 전기제어유닛(70)에 의해 실행되는 구동제어순서를 도시한 플로우차트이다. 이러한 구동제어순서는 사전설정 시간 간격(예컨대, 매 8 msec)으로 반복해서 실행된다. 상기 CPU(72)는 이러한 구동제어순서를 실행하도록 ROM(74)에 저장된 구동제어프로그램을 판독한다.
상기 구동제어순서에 있어서, 전기제어유닛(70)의 CPU(72)는 우선 제어에 필요한 데이터, 예컨대 액셀러레이터페달위치센서(84)로부터의 액셀러레이터 개방정도(Acc), 차량속도센서(88)로부터의 차량속도(V), 온도센서(40)로부터의 연료전지온도(Tfc), 내부전지전압센서(42)로부터의 내부전지전압(Vcel), 전압센서(44)로부터의 전압(Vfc), 전류센서(46)로부터의 전류(Ifc), 온도센서(48)로부터의 에어컴프레서온도(Tac), 연료전지(30)의 출력 제한치(Wout), 및 2차전지(60)의 충전요청(Pb*)을 수신한다(단계 S100). 상기 연료전지(30)의 출력 제한치(Wout)는 연료전지온도(Tfc), 내부전지전압(Vcel), 전압(Vfc), 전류(Ifc), 및 에어컴프레서온도(Tac)로부터 연산되어, 출력제한설정순서(도시안됨)에 따라 RAM(76)에 기록된다. 상기 2차전지(60)의 충전요청(Pb*)은 2차전지(60)의 현재충전상태(SOC)에 대응하여 설정 되고, 충전요청설정순서(도시안됨)에 따라 RAM(76)에 기록된다. 상기 CPU(72)는 이에 따라 단계 S100에서 RAM(76)으로부터 연료전지(30)의 출력 제한치(Wout) 및 2차전지(60)의 충전요청(Pb*)을 판독한다. 상기 연료전지(30)의 출력 제한치(Wout) 및 2차전지(60)의 충전요청(Pb*)을 설정하는 기술은 본 발명의 요지 부분이 아니므로, 상세히 설명하지는 않는다.
필요한 데이터의 입력 후, CPU(72)는 입력된 액셀러레이터 개구정도(Acc) 및 입력된 차량속도(V)에 따라 구동모터(36)의 필요한 구동상태로서 상기 구동모터(36)의 구동축 또는 회전축에 필요한 토크요청(Td*)을 설정하고, 전기차량(10)을 구동하는데 필요한 전력요청(P*)을 연산한다(단계 S110). 상기 실시예에서 토크요청(Td*)을 설정하는 구체적인 절차는 상기 ROM(74)에 액셀러레이터 개구정도(Acc) 및 차량속도(V)에 대한 토크요청(Td*)의 변량들을 토크요청설정맵으로 사전에 미리 저장하고, 상기 맵으로부터 주어진 액셀러레이터 개구정도(Acc) 및 주어진 차량속도(V)에 대응하는 토크요청(Td*)을 판독한다. 상기 토크요청설정맵의 일 예가 도 3에 도시되어 있다.
연료전지(30)의 출력 제한치(Wout)는 연료전지(30)의 최대정격출력(maximum rated output; Wmax)과 비교된다(단계 S120). 상기 출력 제한치(Wout)가 최대정격출력(Wmax)과 같은 경우, 상기 연료전지(30)는 출력 제한이 없고, 상기 최대정격출력(Wmax)까지의 로딩 하에 구동된다. 상기 출력 제한치(Wout)가 최대정격출력(Wmax)보다 낮은 경우, 상기 연료전지(30)는 출력 제한을 가져, 상기 출력 제한치(Wout)까지의 로딩 하에 구동된다. 상기 출력 제한치(Wout)가 상기 최대정격출력 (Wmax)과 같다는 조건 하에, 상기 CPU(72)는 연료전지(30)의 현재 상태가 상기 연료전지(30) 및 그 보조기계의 조건들, 즉 연료전지온도(Tfc), 전류(Ifc), 전압(Vfc), 에어컴프레서온도(Tac), 및 내부전지전압(Vcel)을 토대로 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 시사하는 지의 여부를 판정한다(단계 S130). 이러한 단계는 현재 연료전지(30)의 출력 제한이 없는 적절한 구동 범위 내에 있는 연료전지온도(Tfc), 전류(Ifc), 전압(Vfc), 에어컴프레서온도(Tac), 및 내부전지전압(Vcel)의 여하한의 현재 상태들이 상기 연료전지(30)의 출력 제한을 부과하기 위한 임계값에 어느 정도까지 접근하는 지의 여부를 판정한다. 예를 들면, 연료전지(30)의 출력 제한은, 연료전지온도(Tfc)가 최소허용온도(Tfcmin)와 최대허용온도(Tfcmax) 사이의 범위를 벗어난 상태에 부과된다. 이 경우, 상기 절차는 연료전지온도(Tfc)가 최소허용온도(Tfcmin)보다 높은 온도(Tfc1)와 최대허용온도(Tfcmax)보다 낮은 온도(Tfc2) 사이의 범위 이내에 있는 지의 판정 결과를 토대로 상기 연료전지(30)의 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 검출할 수도 있다. 또다른 예로서, 연료전지(30)의 출력 제한은, 전류(Ifc)와 전압(Vfc)간의 전류-전압특성이 최소허용레벨(IVmin)보다 높지 않은 상태에 부과된다. 이 경우, 상기 절차는 전류-전압특성이 최소허용레벨(IVmin)보다 높은 소정의 레벨(IV1)보다 낮지 않은 지의 판정 결과를 토대로 상기 연료전지(30)의 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 검출할 수도 있다. 또다른 예로서, 연료전지(30)의 출력 제한은, 에어컴프레서온도(Tac)가 최소허용온도(Tacmin)와 최대허용온도(Tacmax) 사이의 범위를 벗어난 상태에 부과된다. 이 경우, 상기 절차는 에어컴프레서온도(Tac)가 최소허용온도(Tacmin)보다 높은 온도(Tac1)와 최 대허용온도(Tacmax)보다 낮은 온도(Tac2) 사이의 범위 이내에 있는 지의 판정 결과를 토대로 상기 연료전지(30)의 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 검출할 수도 있다. 또 다른 예로서, 연료전지(30)의 출력 제한은, 내부전지전압(Vcel)이 최소허용전압(Vcelmin)보다 높지 않은 상태에 부과된다. 이 경우, 상기 절차는 내부전지전압(Vcel)이 최소허용전압(Vcelmin)보다 높은 소정의 전압(Vcel1)보다 낮지 않은 지의 판정 결과를 토대로 상기 연료전지(30)의 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 검출할 수도 있다.
연료전지(30)의 현재 상태들이 상기 연료전지(30)의 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 시사하지 않는 경우, 즉 연료전지(30)가 바람직한 상태에 있는 경우에는(단계 S140), 상기 CPU(72)는 표준값(Sset)을 2차전지(60)의 목표SOC로 설정하고(단계 S150), 전력요청(P*)과 충전요청(Pb*)의 합을 연료전지(30)의 목표출력(Pfc*)으로 설정한다(단계 S160). 상기 목표SOC는 앞서 언급된 바와 같이 전기제어유닛(70)에 의해 충전요청(Pb*)을 설정하도록 2차전지(60)의 측정된 현재충전상태(SOC)와 조합하여 사용된다. 부언하면, 상기 충전요청(Pb*)은 2차전지(60)의 현재충전상태(SOC)가 목표SOC에 접근하도록 하거나 또는 목표SOC에 대한 사전설정 범위로 들어가거나 적어도 접근하도록 하기 위해 설정된다. 상기 CPU(72)는 그 후에 구동축의 회전속도(k·V)로 2차전지(60)의 출력 제한치(Wout)와 최대출력(Wbmax)의 합을 나눈 몫과 토크요청(Td*) 사이의 보다 작은 값을 구동모터(36)의 토크명령값(Tm*)으로 설정한다(단계 S230). 이러한 조건들 하에, 연료전지(30)는 출력 제한이 없으므로, 상기 출력 제한치(Wout)는 상기 연료전지(30)의 최대정격출력(Wmax)과 같게 된다. 따라서, 상기 구동축의 회전속도(k·V)로 2차전지(60)의 출력 제한치(Wout)와 최대출력(Wbmax)의 합을 나눈 몫은 연료전지(30)와 2차전지(60)로부터의 전체 최대허용출력전력의 공급 하에 차량속도(V)에서의 최대토크와 등가이다. 단계 S230의 처리는 최대토크와 토크요청(Td*) 사이의 보다 작은 값이 토크명령값(Tm*)으로 설정된다. 상기 토크요청(Td*)은 이에 따라 보통의 상태에서 토크명령값(Tm*)으로 설정된다. 토크명령값(Tm*)을 설정한 후, 상기 CPU(72)는 토크명령값(Tm*)에 대응하는 토크를 출력하도록 구동모터(36)를 구동 및 제어하는 한편, 목표출력(Pfc*)에 대응하는 전력을 출력하도록 연료전지(30)를 구동 및 제어한다(단계 S240). 구동모터(36) 및 연료전지(30)의 제어 완료 시, 상기 구동제어순서가 종료된다. 상기 구동모터(36)의 제어절차는 구동모터(36)의 응답을 고려하여 레벨링 공정 및 정격 공정(rating process)을 실행하여, 트랙션인버터(34)의 스위칭을 조절함으로써, 상기 구동모터(36)가 토크명령값(Tm*)에 대응하는 토크를 출력하도록 할 수 있다. 상기 연료전지(30)의 제어절차는 연료전지(30)의 응답을 고려하여 레벨링 공정 및 정격 공정을 실행하여, 에어컴프레서(28), DC-DC 컨버터(54) 및 순환펌프(26)의 작동을 조절함으로써, 상기 연료전지(30)가 목표출력(Pfc*)에 대응하는 전력을 출력하도록 할 수 있다.
다른 한편으로, 연료전지(30)의 현재 상태들이 단계 S130 및 S140에서 상기 연료전지(30)의 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 시사하는 경우, 상기 CPU(72)는 표준값(Sset)과 증가치(S1)의 합을 2차전지(60)의 목표SOC로 설정한다. 상술된 바와 같이, 상기 충전요청(Pb*)은 2차전지(60)의 현재충전상태(SOC) 및 목표SOC에 따 라 설정된다. 증가된 목표SOC는 보다 높은 충전요청(Pb*)을 설정하거나 또는 비교적 높은 충전상태(SOC)에서도 충전요청(Pb*)을 설정하게 된다. 이는 2차전지(60)의 충전상태(SOC)를 높인다. 상기 목표SOC를 설정한 후, 연료전지(30)의 충전레벨제한치(Wch)는 상기 연료전지(30)의 현재 상태들(연료전지온도(Tfc), 전류(Ifc), 전압(Vfc), 에어컴프레서온도(Tac), 및 내부전지전압(Vcel))에 대응하여 설정된다(단계 S180). 상기 충전레벨제한치(Wch)는, 전력요청(P*)이 2차전지(60)의 충전을 허용하도록 비교적 낮은 레벨에 있는 경우, 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 갖는 그 현재 상태를 유지하도록 상기 연료전지(30)의 최대출력으로 설정된다. 연료전지온도(Tfc), 전류(Ifc), 전압(Vfc), 에어컴프레서온도(Tac), 및 내부전지전압(Vcel)에 대한 충전레벨제한치(Wch)의 변량들은 실험적으로 또는 기타 방식으로 결정되어, ROM(74) 내의 충전레벨제한설정맵으로 저장된다. 이러한 실시예의 절차는 상기 맵으로부터 연료전지온도(Tfc), 전류(Ifc), 전압(Vfc), 에어컴프레서온도(Tac), 및 내부전지전압(Vcel)의 주어진 값들에 대응하는 충전레벨제한치(Wch)를 판독한다. 상기 충전레벨제한치(Wch)는 출력 제한을 부과하기 위한 조건들에 대해 연료전지(30)의 현재 상태들이 접근함에 따라 감소하도록 설정된다. 상기 전력요청(P*)은 상기 충전레벨제한치(Wch)와 비교된다(단계 S190). 상기 전력요청(P*)이 충전레벨제한치(Wch)보다 크면, 상기 전력요청(P*)은 연료전지(30)의 목표출력(Pfc*)으로 설정된다(단계 S200). 다른 한편으로, 전력요청(P*)이 충전레벨제한치(Wch)보다 크지 않으면, 상기 충전레벨제한치(Wch)와 전력요청(P*) 및 충전요청(Pb*)의 합 사이의 보다 작은 값이 목표출력(Pfc*)으로 설정된다(단계 S210). 상기 충전레벨제한치 (Wch)보다 큰 전력요청(P*)의 조건 하에, 상기 절차는 상기 전력요청(P*)을 가능성 있는 가장 큰 정도까지 커버하도록 상기 연료전지(30)를 제어한다. 다른 한편으로, 상기 충전레벨제한치(Wch)보다 크지 않은 전력요청(P*)의 조건 하에서는, 상기 절차가 상기 전력요청(P*)을 출력하도록 상기 연료전지(30)를 제어하는 한편, 상기 충전레벨제한치(Wch)의 범위 이내에서 2차전지(60)를 충전하게 된다. 따라서, 상기 2차전지(60)는 연료전지(30)의 상태를 출력 제한을 부과하기 위한 조건들에 접근시킬 필요없이 충전가능하다. 상기 CPU(72)는 후속해서 구동축의 회전속도(k·V)로 2차전지(60)의 출력 제한치(Wout)와 최대출력(Wbmax)의 합을 나눈 몫과 토크요청(Td*) 사이의 보다 작은 값을 구동모터(36)의 토크명령값(Tm*)으로 설정한다(단계 S230). 상기 CPU(72)는 그 후에 토크명령값(Tm*)에 대응하는 토크를 출력하도록 구동모터(36)를 구동 및 제어하는 한편, 목표출력(Pfc*)에 대응하는 전력을 출력하도록 연료전지(30)를 구동 및 제어한다(단계 S240). 구동모터(36) 및 연료전지(30)의 제어 완료 시, 상기 구동제어순서가 종료된다.
출력 제한치(Wout)가 단계 S120에서 연료전지(30)의 최대정격출력(Wmax)보다 낮은 경우, 상기 연료전지(30)는 출력 제한을 가진다. 상기 CPU(72)는 이에 따라 전력요청(P*)과 출력제한치(Wout) 사이의 보다 작은 값을 연료전지(30)의 목표출력(Pfc*)으로 설정한다(단계 S220). 부언하면, 연료전지(30)의 목표출력(Pfc*)이 상기 출력 제한치(Wout)의 범위 이내로 설정된다. 상기 CPU(72)는 후속해서 구동축의 회전속도(k·V)로 2차전지(60)의 출력 제한치(Wout)와 최대출력(Wbmax)의 합을 나눈 몫과 토크요청(Td*) 사이의 보다 작은 값을 구동모터(36)의 토크명령값(Tm*)으 로 설정한다(단계 S230). 상기 CPU(72)는 그 후에 토크명령값(Tm*)에 대응하는 토크를 출력하도록 구동모터(36)를 구동 및 제어하는 한편, 목표출력(Pfc*)에 대응하는 전력을 출력하도록 연료전지(30)를 구동 및 제어한다(단계 S240). 구동모터(36) 및 연료전지(30)의 제어 완료 시, 상기 구동제어순서가 종료된다.
상술된 실시예의 전기차량(10)에 있어서, 연료전지(30)의 현재 상태가 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 시사하는 경우, 2차전지(60)의 목표SOC는 상기 2차전지(60)의 충전상태(SOC)를 높여 상기 2차전지(60)가 연료전지(30)의 가능성 있는 출력 제한을 준비하도록 증가된다. 상기 2차전지(60)의 충전상태(SOC)를 높이는 절차는, 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 갖는 현재 상태를 연료전지(30)가 유지하도록 충전레벨제한치(Wch)를 설정하고, 상기 충전레벨제한치(Wch)의 범위 이내로 상기 2차전지(60)를 충전한다. 따라서, 상기 2차전지(60)는 연료전지(30)의 상태를 출력 제한을 부과하기 위한 조건들에 접근시킬 필요없이 충전가능하다.
상기 실시예의 전기차량(10)은, 연료전지온도(Tfc), 전류(Ifc), 전압(Vfc), 에어컴프레서온도(Tac), 및 내부전지전압(Vcel)의 측정된 값들을 토대로, 상기 연료전지(30)의 현재 상태가 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 가지는 지의 여부를 판정한다. 한 가지 수정된 절차는 이들 측정된 값들 이외에 여타의 파라미터들을 토대로, 상기 연료전지(30)의 현재 상태가 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 가지는 지의 여부를 판정할 수도 있다. 또다른 수정된 절차는, 연료전지온도(Tfc), 전류(Ifc), 전압(Vfc), 에어컴프레서온도(Tac), 및 내부전지전압(Vcel)의 측정된 값들과 다른 여타의 파라미터들을 토대로, 상기 연료전지(30)의 현재 상태가 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 가지는 지의 여부를 판정할 수도 있다.
상기 실시예의 전기차량(10)은, 연료전지(30)의 현재 상태가 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 시사할 때, 표준값(Sset)과 고정증가치(S1)의 합을 2차전지(60)의 목표SOC로 설정한다. 한 가지 수정된 절차는, 표준값(Sset)과 상기 연료전지(30)의 상태에 대응하여 변하는 증가치의 합을 상기 2차전지(60)의 목표SOC로 설정할 수도 있다. 상기 증가치는 연료전지(30)의 현재 상태들이 출력 제한을 부과하기 위한 조건들에 접근함에 따라 보다 큰 값으로 변할 수도 있다.
상기 실시예의 전기차량(10)에 있어서, 2차전지(60)의 충전상태(SOC)를 높이는 절차는 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 갖는 현재 상태를 연료전지(30)가 유지하도록 충전레벨제한치(Wch)를 설정하고, 상기 충전레벨제한치(Wch)의 범위 이내로 상기 2차전지(60)를 충전한다. 한 가지 수정된 절차는, 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 갖는 현재 상태를 연료전지(30)가 유지하도록 하는 충전레벨제한치(Wch)보다 낮은 제한값의 범위 이내로 상기 2차전지(60)를 충전할 수도 있다. 또다른 수정된 절차는, 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 갖는 현재 상태를 연료전지(30)가 유지하도록 하는 충전레벨제한치(Wch)보다 약간 높은 제한값의 범위 이내로 상기 2차전지(60)를 충전할 수도 있다.
상기 실시예의 전기차량(10)은, 연료전지(30)의 현재 상태가 임박한 출력 제한에 대한 가능성을 시사하는 지의 여부와, 전력요청(P*)에 따라 상기 연료전지(30)의 목표출력(Pfc*)을 설정한다. 상기 연료전지(30)의 출력 제한 하에, 상기 연료전지(30)의 목표출력(Pfc*)은 상기 출력 제한치(Wout)의 범위 이내에서 상기 전 력요청(P*)에 따라 설정된다. 상기 연료전지(30)의 목표출력(Pfc*)은 대안적으로 상기 전력요청(P*)에 따라 설정되지 않을 수도 있다.
상기 실시예의 전기차량(10)은 전력발생장치로서 연료전지(30)를 사용한다. 상기 차량 상에 장착된 전력발생장치는 연료전지(30)로 국한되지 않고, 내연기관 및 제너레이터의 조합예일 수도 있다. 이러한 수정된 구조에 있어서, 상기 제어절차는 내연기관 및 제너레이터 중 하나 이상의 상태에 따라 2차전지(60)의 목표SOC를 변경시킨다.
상기 실시예는 모터차량에 장착된 구동시스템에 관한 것이다. 본 발명의 구동시스템은 모터차량 이외의 여하한의 각종 차량들 뿐만 아니라, 선박, 보트, 항공기를 포함하는 여하한의 각종 이동체 상에 장착될 수도 있다. 상기 구동시스템은 또한 건설기계와 같은 고정 설비에 설치될 수도 있다. 본 발명의 원리는 구동시스템에 국한되는 것이 아니라, 구동시스템의 제어방법에 의해서도 작동된다.
상술된 실시예는 모든 형태에 있어서 예시적인 것이지 제한적인 것이 아님을 유의해야 한다. 본 발명의 주요 특성들의 범위 또는 기술적 사상에서 벗어나지 않는 수많은 수정예, 변형예 및 변경예가 있을 수 있다. 청구범위의 의미 및 등가 범위 이내의 모든 변경들을 본 명세서에 포함하고자 한다.
본 발명의 기술은 구동시스템의 제조산업에 적용가능하다.

Claims (15)

  1. 구동시스템에 있어서,
    연료의 공급을 받아 전력을 발생시키는 전력발생모듈;
    상기 전력발생모듈에 의해 발생되는 전력으로 충전가능한 축전지모듈;
    상기 전력발생모듈에 의해 발생되는 전력의 공급과 상기 축전지모듈로부터 방전되는 전력의 공급으로 작동되는 구동모듈;
    상기 전력발생모듈의 현재 상태를 검출하는 상태검출모듈; 및
    상기 상태검출모듈에 의해 검출된 상기 전력발생모듈의 현재 상태가 상기 전력발생모듈의 적절한 동작이 보장되는 적절한 상태 범위에 포함되는 사전 설정 상태 영역 이내에 있을 때, 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 제1목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어하는 제어모듈을 포함하여 이루어지고,
    상기 제어모듈은, 상기 상태검출모듈에 의해 검출된 상기 전력발생모듈의 현재 상태가 상기 적절한 상태 범위 이내에 있지만 상기 사전 설정 상태 영역을 벗어난 경우에는, 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 제2목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어하며,
    상기 제어모듈은, 상기 상태검출모듈에 의해 검출된 상기 전력발생모듈의 현재 상태가 상기 적절한 상태 범위를 벗어난 경우에는, 상기 전력발생모듈의 제한된 동작 하에 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 상기 제1목표축전레벨 또는 제2목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 구동시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어모듈은 상기 구동모듈에 필요한 구동상태요청을 설정하고, 상기 설정된 구동상태요청을 이행하기 위해 특정 구동상태로 작동되도록 상기 구동모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 구동시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어모듈은 상기 설정된 구동상태요청의 로딩이 증가함에 따라 보다 높은 레벨의 전력을 발생시키도록 상기 전력발생모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 구동시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2목표축전레벨은 상기 제1목표축전레벨보다 높은 것을 특징으로 하는 구동시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2목표축전레벨은 상기 전력발생모듈의 검출된 상태에 대응하여 설정되는 것을 특징으로 하는 구동시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2목표축전레벨은, 상기 전력발생모듈의 검출된 상태가 상기 적절한 상태 범위의 경계에 접근함에 따라 증가하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 구동시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력발생모듈은 연료전지스택 및 상기 연료전지스택의 동작에 필요한 보조기계를 포함하여 이루어지고,
    상기 상태검출모듈은 상기 연료전지스택 및 상기 보조기계 양자 모두의 현재 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 구동시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상태검출모듈은 상기 연료전지스택의 온도, 상기 연료전지스택의 전압레벨, 상기 연료전지스택에 포함된 단위연료전지의 전압레벨, 상기 연료전지스택의 전류-전압특성, 및 상기 보조기계의 온도 중 하나 이상을 상기 전력발생모듈의 현재 상태로서 검출하는 것을 특징으로 하는 구동시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어모듈은, 상기 상태검출모듈에 의해 검출된 상기 전력발생모듈의 현재 상태가 상기 적절한 상태 범위 이내에 있지만 상기 사전 설정 상태 영역을 벗어난 경우에는, 상기 축전지모듈의 축전레벨 증가와 함께 상기 현재 상태를 유지하도 록 상기 전력발생모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 구동시스템.
  10. 구동시스템에 있어서,
    전력을 내부에 축전시키는 축전지모듈;
    전력을 허용가능한 범위로 사전 설정 출력 상한까지 발생시키는 전력발생모듈;
    상기 전력발생모듈에 의해 발생되는 전력의 공급과 상기 축전지모듈로부터 방전되는 전력의 공급에 의해 작동되는 구동모듈;
    상기 축전지모듈에서 상기 전력발생모듈에 의해 발생되는 전력을 사전설정목표축전레벨까지 축전시키는 축전레벨조절모듈;
    상기 전력발생모듈의 현재 상태에 따라 상기 전력발생모듈의 상기 출력 상한을 변경시키는 출력상한변경모듈;
    상기 출력상한변경모듈에 의한 출력 상한의 임박한 감소(impending decrease)에 대한 가능성을 검출하는 감소가능성검출모듈; 및
    상기 감소가능성검출모듈에 의한 출력 상한의 임박한 감소에 대한 가능성의 검출에 응답하여, 상기 축전레벨조절모듈에 의해 설정되는 상기 목표축전레벨을 올리는 목표축전레벨상승모듈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 구동시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 구동시스템이 장착된 이동체에 있 어서,
    상기 이동체는 상기 구동모듈의 작동에 의해 움직이는 것을 특징으로 하는 이동체.
  12. 구동시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 구동시스템은,
    연료의 공급을 받아 전력을 발생시키는 전력발생모듈; 상기 전력발생모듈에 의해 발생되는 전력으로 충전가능한 축전지모듈; 및 상기 전력발생모듈에 의해 발생되는 전력의 공급과 상기 축전지모듈로부터 방전되는 전력의 공급으로 작동되는 구동모듈을 포함하여 이루어지고,
    상기 제어방법은:
    (a) 상기 전력발생모듈의 현재 상태를 검출하는 단계; 및
    (b) 상기 전력발생모듈의 검출된 현재 상태가 상기 전력발생모듈의 적절한 동작이 보장되는 적절한 상태 범위에 포함되는 사전 설정 상태 영역 이내에 있을 때, 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 제1목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어하며,
    상기 전력발생모듈의 검출된 현재 상태가 상기 적절한 상태 범위 이내에 있지만 상기 사전 설정 상태 영역을 벗어난 경우에는, 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 제2목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어하고,
    상기 전력발생모듈의 검출된 현재 상태가 상기 적절한 상태 범위를 벗어난 경우에는, 상기 전력발생모듈의 제한된 동작 하에 상기 축전지모듈의 축전 레벨을 상기 제1목표축전레벨 또는 제2목표축전레벨로 조정하도록 상기 전력발생모듈을 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 구동시스템의 제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단계 (b)는 상기 구동모듈에 필요한 구동상태요청을 설정하고, 상기 설정된 구동상태요청을 이행하기 위해 특정 구동상태로 작동되도록 상기 구동모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 구동시스템의 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단계 (b)는 상기 설정된 구동상태요청의 로딩이 증가함에 따라 보다 높은 레벨의 전력을 발생시키기 위해 상기 전력발생모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 구동시스템의 제어방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 단계 (b)는 상기 전력발생모듈의 검출된 현재 상태가 상기 적절한 상태 범위 이내에 있지만 상기 사전 설정 상태 영역을 벗어난 경우, 상기 축전지모듈의 축전레벨 증가와 함께 상기 현재 상태를 유지하도록 상기 전력발생모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 구동시스템의 제어방법.
KR1020067021110A 2004-04-12 2005-04-11 구동시스템 및 그 제어방법 KR20060133005A (ko)

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