KR20080054286A - 연료전지 하이브리드 전기 차량의 파워다운 제어방법 - Google Patents

연료전지 하이브리드 전기 차량의 파워다운 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 파워다운 제어방법에 관한 것으로서, 수퍼캡을 사용할 수 없는 연료전지 모드 운전 중 키 오프 입력시에 미리 설정된 전원공급부(LV DCDC(14V))의 고장을 감지한 경우 이를 대체하는 별도 전원공급부(LV DCDC(28V),HV DCDC(350V))를 사용하여 연료전지가 정상적으로 종료될 때까지 연료전지 시스템 구동을 위한 BOP 부품들을 안정적으로 운전시킬 수 있도록 함으로써, BOP 부품에 전압이 공급되지 않으면서 발생하는 연료전지 및 각 단품의 비정상적인 파워다운을 예방할 수 있고, 각 단품의 치명적인 손상 등의 문제를 방지할 수 있는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 파워다운 제어방법에 관한 것이다.
연료전지, 수퍼캡, 하이브리드, 파워다운

Description

연료전지 하이브리드 전기 차량의 파워다운 제어방법 {Power down control method of fuel cell hybrid electric vehicle}
도 1은 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 파워넷 구성도,
도 2는 종래기술에서 보조배터리에 연결된 DC-DC 컨버터의 승압 모드 수행시 전류 흐름도,
도 3은 본 발명에서 보조배터리에 연결된 저전압 DC-DC 컨버터의 승압 모드 및 BOP 부품에 연결된 고전압 DC-DC 컨버터의 감압 모드 수행시 BOP 부품으로의 전류 흐름도,
도 4와 도 5는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템에서 운전모드에 따른 파워 공급 상태도,
도 6은 키 오프시 제어 과정을 간략히 나타낸 순서도,
도 7은 연료전지 모드에서 본 발명의 키 오프 시퀀스 제어 과정을 좀더 상세히 나타낸 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 연료전지 11 : 연료전지스택
12 : 스택 PDU 13 : PDU
20 : 수퍼캡 30 : 구동모터
31 : MCU 60 : 부속 부하
61 : 12V 보조배터리 62 : 24V 보조배터리
63, 64 : 저전압 DC-DC 컨버터 65 : BOP 부품
66 : 고전압 DC-DC 컨버터 68a : 냉각펌프
본 발명은 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 파워다운 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 연료전지 모드 운전 중 키 오프시에 안정적으로 고전압 단품들을 파워다운시킬 수 있는 시퀀스 제어방법을 제공하고자 한 것이다.
일반적으로 연료전지(fuel cell)는 기존의 발전방식과 비교할 때 발전효율이 높을 뿐만 아니라 발전에 따른 공해물질의 배출이 전혀 없어 미래의 발전기술로 평가받고 있으며, 에너지 절약과 환경 공해문제, 그리고 최근에 부각되고 있는 지구 온난화 문제 등을 해결하기 위한 차량의 동력원으로 활발히 연구되고 있다.
연료전지는 수소 등의 활성을 갖는 물질, 예를 들어 LNG, LPG, 메탄올 등을 전기화학반응을 통해 산화시켜 그 과정에서 방출되는 화학에너지를 전기로 변환시키는 것으로, 주로 천연가스에서 쉽게 생산해 낼 수 있는 수소와 공중의 산소가 사 용된다.
하지만, 환경친화적인 연료전지만을 전기 차량의 동력원으로 사용하는 경우, 전기 차량을 구성하고 있는 부하 모두를 연료전지가 담당하게 되므로, 연료전지의 효율이 낮은 운전영역에서 성능 저하가 발생하는 단점이 있다.
그리고, 높은 전압을 요구하는 고속 운전영역에서 출력전압이 급격하게 감소하는 출력특성에 의해 구동모터가 요구하는 충분한 전압을 공급하지 못하여 차량의 가속성능을 저하시키는 문제점이 있다.
또한 차량에 급격한 부하가 인가되는 경우, 연료전지 출력전압이 순간적으로 급강하하고, 구동모터에 충분한 전력을 공급하지 못하여, 차량 성능이 저하되는 단점이 있다(화학반응에 의한 전기를 발생시키므로 급격한 부하변동에 대해서는 연료전지에 무리가 감).
또한 연료전지는 단방향성 출력특성을 가지므로 차량 제동시에 구동모터로부터 인입되는 에너지를 회수할 수 없어 차량 시스템의 효율성을 저하시키는 단점이 있다.
상기한 단점을 보완하기 위한 방안으로서, 연료전지 차량에서 고전압 배터리 또는 수퍼캡(super capacitor)을 별도 차량 동력원으로 추가 탑재한 연료전지 배터리 하이브리드 또는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템이 개발되어 있다.
여기서, 연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템은 소형 차량뿐만 아니라 버스 등의 대형 차량에서 주동력원인 연료전지 외에 모터 구동에 필요한 파워를 제공하기 위한 별도 동력원으로 수퍼캡을 탑재한 시스템이며, 첨부한 도 1은 연료전지 수 퍼캡 하이브리드 전기 차량의 파워넷 구성도이다.
연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템의 기본적인 파워넷 구성을 살펴보면, 모터(30) 구동에 필요한 파워를 제공하는 연료전지(10) 및 수퍼캡(20), 모터의 작동을 제어하는 모터 제어기(Motor Control Unit, 이하 MCU라 함)(31), 반도체 스위치(IGBT)의 스위칭 동작을 통해 멀티기능을 구현하기 위한 초퍼(chopper)(40), 보조제동에 관련된 브레이킹 레지스터(braking resistor)(50)를 포함한다.
또한 각종 보기류 부품 및 연료전지 구동 관련 부속 부품 등의 부속 부하(Parasitic Load)(60)에는 차량에 장착된 각종 부품에 대해 파워를 제공하기 위한 12V 및 24V 보조배터리(61,62), 저전압 DC-DC 컨버터(Low Voltage DC-DC Converter, LV DCDC, LDC)(63,64) 및 고전압 DC-DC 컨버터(High Voltage DC-DC Converter, HV DCDC, HDC)(66), 인버터(67), 연료전지 시스템 구동에 필요한 BOP(Balance Of Plant) 부품(공기공급장치(APS), 수소공급장치(FPS), 냉각장치(TMS) 등의 장치 전체를 말함)(65), 고전압 부품 및 연료전지 냉각을 위한 냉각펌프(고전압 부품 냉각 및 연료전지 냉각용)(68a), 에어컨(68b), 파워 스티어링(68c) 등의 부품이 포함된다.
도시한 바의 연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템의 파워넷 구성에서, 연료전지(10)가 제공하는 파워로만 모터(30)가 구동되는 모드인 연료전지 모드와, 연료전지(10)와 더불어 수퍼캡(20)이 제공하는 파워로 모터(30)가 구동되는 모드인 하이브리드 모드에서는, 모터 구동에 필요한 파워 외에, 저전압 DC-DC 컨버터인 LV DCDC(14V)(63) 및 LV DCDC(28V)(64), 고전압 DC-DC 컨버터인 HV DCDC(350V)(66), 인버터(67)를 통해 각각 12V, 24V 보조배터리(61,62), 연료전지 구동 관련 BOP 부품(65), 냉각펌프(68a), 에어컨(68b), 파워 스티어링(68c)에 고전압 파워 공급을 위해 도 1의 화살표로 나타낸 바와 같은 방향으로 보기류 전류가 흐르게 된다.
한편, 도시된 바와 같이 12V 및 24V 두 개의 보조배터리(61,62)가 장착된 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량에서 파워업(Key On)과 그 동작모드에 대해서 연구된 바 있고, 이와 더불어 파워다운(Key Off)시의 시퀀스 제어에 대한 기술이 연구된 바 있으며, 특히 본 발명의 출원인은 파워다운시의 시퀀스 제어기술에 있어서 키 오프시에 시스템을 구성하고 있는 고전압 부품들을 안정적으로 파워다운시킬 수 있는 기술에 관해 특허 출원한 바 있다.
이를 설명하면, 정상상태에서 하이브리드 모드와 같이 수퍼캡(20)을 운용하는 모드 주행 중에 키 오프 입력시 수퍼캡을 이용하는 파워다운 모드를 수행하고, 수퍼캡을 사용할 수 없는 상태인 연료전지 모드 주행시에는 키 오프 입력시 BOP 부품(65)에 직결된 저전압 DC-DC 컨버터, 즉 LV DCDC(14V)(63)를 이용하여 파워다운 모드를 수행하는 시퀀스 제어기술을 개시하고 있다.
여기서는 연료전지 모드 중 키 오프 입력시에 BOP 부품(65)에 직결된 LV DCDC(14V)(63)를 승압 모드로 전환시켜 연료전지(10)가 정상적으로 작동을 종료하기까지 LV DCDC(14V)에 의해 승압된 전압으로 BOP 부품의 구동상태를 유지하고, 이어 연료전지가 정상적으로 작동 종료를 완료하면 모든 BOP 부품과 LV DCDC(14V)를 차례로 오프시키는 것을 주된 기술 내용으로 한다.
첨부한 도 2는 12V 보조배터리에 연결된 LV DCDC(14V)의 승압 모드시 전류 흐름도를 나타낸 도면으로서, 이는 키 오프 입력시 연료전지(10)의 작동이 정상 종료되기까지는 LV DCDC(14V)(63)가 승압 모드로 작동하여 12V 보조배터리(61)의 전압을 승압시키고(14V→350V) 이렇게 승압된 전압이 BOP 부품(65)에 인가되면서 BOP 부품의 구동상태가 유지되도록 하는 것을 보여주고 있다.
그러나, 이러한 파워다운 제어방법의 경우에는 BOP 부품(65)에 승압된 전압이 바로 인가될 수 있도록 연결된 저전압 DC-DC 컨버터, 즉 LV DCDC(14V) 단품의 고장이 발생하는 경우에 이를 대처할 수 있는 방안이 없다는 문제점이 있다.
이에 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 연료전지 모드 운전 중에 LV DCDC(14V) 단품 고장시 안정적으로 고전압 단품들을 파워다운시킬 수 있는 시퀀스 제어기술이 절실한 실정이다.
전원공급부로 수퍼캡을 사용할 수 없는 연료전지 모드 중 키 오프시에 연료전지의 작동이 정상 종료되기까지 BOP 부품에 전압이 공급되지 않으면 연료전지 및 각 단품의 비정상적인 파워다운이 발생하고, 결국 각 단품의 치명적인 손상이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 수퍼캡을 사용할 수 없는 연료전지 모드 운전 중 키 오프 입력시에 미리 설정된 전원공급부(LV DCDC(14V))의 고장을 감지한 경우 이를 대체하는 별도 전원공급부(LV DCDC(28V),HV DCDC(350V))를 사용하여 연료전지가 정상적으로 종료될 때까지 연료 전지 시스템 구동을 위한 BOP 부품들을 안정적으로 운전시킬 수 있도록 함으로써, BOP 부품에 전압이 공급되지 않으면서 발생하는 연료전지 및 각 단품의 비정상적인 파워다운을 예방할 수 있고, 각 단품의 치명적인 손상 등의 문제를 방지할 수 있는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 파워다운 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 키 오프 입력시 현재의 운전모드를 판단하는 단계와; 현재의 운전모드가 연료전지 모드이면, 고전압 단품에 작동 전압을 인가하도록 설정된 제1전원공급부의 보조배터리 또는 저전압 DC-DC 컨버터의 고장 여부를 판단하는 단계와; 상기 보조배터리 또는 저전압 DC-DC 컨버터의 고장을 인지한 경우, 별도 설정된 제2전원공급부의 저전압 DC-DC 컨버터를 승압 모드로 전환시키는 동시에 상기 제2전원공급부의 저전압 DC-DC 컨버터와 상기 고전압 단품 사이에 연결된 고전압 DC-DC 컨버터를 감압 모드로 전환시키는 단계와; 상기 제2전원공급부의 보조배터리에서 공급되어 상기 저전압 및 고전압 DC-DC 컨버터에 의해 조정된 전압이 상기 고전압 단품에 공급되면서 고전압 단품의 구동상태가 유지되는 단계와; 스택 PDU를 오프시켜 연료전지스택의 파워를 차단하는 단계와; 연료전지의 작동을 종료하기 위한 정지명령을 연료전지 제어기에 전달하고 상기 고전압 단품을 오프시키는 동시에 연료전지의 작동을 종료시키는 단계와; 상기 저전압 및 고전압 DC-DC 컨버터를 오프시키는 단계;를 포함하는 연료전지 하이브리드 전기 차량의 파워다운 제어방법을 제공한다.
여기서, 상기 고전압 단품이 연료전지 시스템 구동에 필요한 공기공급장치(APS), 수소공급장치(FPS), 냉각장치(TMS)를 포함하는 BOP 부품인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고전압 단품이 상기 저전압 및 고전압 DC-DC 컨버터에 의해 조정된 전압에 의해 구동되는 상태가 되면, 연료전지스택의 파워를 차단 전까지 각 냉각장치에 공급하여 모터, 모터 제어기, 컨버터류, 인버터류를 포함한 고전압 전장부품을 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 파워다운 제어방법에 관한 것으로서, 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 연료전지 모드 운전 중 키 오프시에 안정적으로 고전압 단품들을 파워다운시킬 수 있는 시퀀스 제어방법을 제공하고자 한 것이다.
특히, 본 발명은 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량에서 연료전지 모드 운전 중 키 오프시에 구성품인 LV DCDC, HV DCDC, PDU(Power Disconnect Unit), 스택 PDU, 인버터를 이용하여 차량을 안정적으로 파워다운시키기 위한 중요 단품인 LV DCDC(14V)의 고장시 대처할 수 있는 파워다운 방법을 제공하고자 한다.
연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량(예컨대, 연료전지 수퍼캡 하이브리드 버스)에서는, 12V, 24V 보조배터리의 파워를 사용하는 단품들이 있고, 또한 350V를 사용하는 고전압 단품, 예로 공기공급장치(APS), 수소공급장치(FPS), 냉각장치(TMS)를 포함하여 연료전지 시스템 구동에 필요한 BOP 부품(이들 부품은 연료전지가 정상 스톱될 때까지는 운전되어야 함)이 탑재되고 있기 때문에, 특화된 파워다운 제어로직이 필요하다.
이는 도 1에 도시된 파워넷 구성에 기인한 것으로서, 이하 각 모드에 대한 파워다운 시퀀스 제어 과정을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
첨부한 도 3은 본 발명에서 보조배터리(24V 보조배터리)에 연결된 저전압 DC-DC 컨버터(LV DCDC(28V))의 승압 모드 및 BOP 부품에 연결된 고전압 DC-DC 컨버터(HV DCDC(350V))의 감압 모드 수행시 BOP 부품으로의 전류 흐름도이다.
이는 본 발명에서 후술하는 바와 같이 연료전지 모드 운전 중 키 오프될 때 연료전지(10)의 작동이 종료되기까지 BOP 부품(65)들을 구동시키기 위한 전류흐름상태를 나타낸 것이며, 특히 BOP 부품(65)과 직결된 저전압 DC-DC 컨버터(LV DCDC(14V))(63)의 고장(또는 12V 보조배터리의 고장)이 인지되면, 별도 탑재된 또 다른 보조배터리(24V 보조배터리)(62)에 연결된 저전압 DC-DC 컨버터(LV DCDC(28V))(64)의 승압, 이 저전압 DC-DC 컨버터(64)와 상기 BOP 부품(65) 사이에 연결된 고전압 DC-DC 컨버터(HV DCDC(350V))(66)의 감압 작동에 의해 별도 탑재된 상기 보조배터리(62)를 전원으로 하여 BOP 부품(65)의 작동시키는 전류흐름상태를 나타낸 것이다.
첨부한 도 4와 도 5는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템에서 운전모드에 따른 파워 공급 상태도로서, 이는 각 운전모드를 설명하기 위한 참고도이고, 특히 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 각 운전모드에 따른 전기 흐름 상태를 나타낸 것으로, 도 4는 하이브리드 모드시를, 도 5는 연료전지 모드시를 나타낸다.
도 4와 도 5에서는 도 3에 나타낸 각종 보기류 부품(68a,68b,68c) 및 연료전지 구동 관련 BOP 부품(65), 그리고 각 부품에 연결된 LV DCDC(63,64), HV DCDC(66), 인버터(67) 등을 포함하는 부속 부하(Parasitic Load)를 도면부호 60으로 간략화하여 도시하였다.
또한 첨부한 도 6은 키 오프시 제어 과정을 간략히 나타낸 순서도이며, 도 7은 연료전지 모드에서 본 발명의 키 오프 시퀀스 제어 과정을 좀더 상세히 나타낸 순서도이다.
도 3에 도시한 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량에서, 연료전지(10)가 제공하는 파워로만 모터(30)가 구동되는 모드인 연료전지 모드와, 연료전지(10)와 더불어 수퍼캡(20)이 제공하는 파워로 모터(30)가 구동되는 모드인 하이브리드 모드로 운전 중일 때, 연료전지(10)와 수퍼캡(20)으로부터는, 모터 구동에 필요한 파워 외에, 저전압 DC-DC 컨버터인 LV DCDC(14V)(63) 및 LV DCDC(28V)(64), 고전압 DC-DC 컨버터인 HV DCDC(350V)(66), 인버터(67)를 통해 각각 12V, 24V 보조배터리(61,62), 연료전지 구동 관련 BOP 부품(65), 냉각펌프(68a), 에어컨(68b), 파워 스티어링(68c)으로 고전압 파워 공급을 위하여, 화살표로 나타낸 바와 같은 방향으로 보기류 전류가 흐르게 된다.
이러한 상태에서 키 오프시에는 고전압 부품의 냉각을 위해 인버터(67) 및 냉각펌프(68a)는 일정시간 동작되어야 하며, 특히 파워다운 제어 과정에서 연료전지(10)가 정상적으로 종료될 때까지는 연료전지 시스템 구동에 필요한 BOP 부품(65)이 계속해서 전력을 공급받아 운전되어야 한다.
도 4와 도 5를 참조하면, 도 4의 하이브리드 모드에서는 연료전지스택(11)과 수퍼캡(20)이 스택 PDU(Stack Power Disconnect Unit)(12) 및 메인 PDU(Power Disconnect Unit)(13)의 온(on) 상태에서(전기적으로 연결된 상태)에서 모터(30) 구동을 위한 파워와 BOP 부품 등 부속 부하(60)의 구동을 위한 파워를 공급하게 된다.
여기서, 도면상에 상세히 도시하지는 않았으나, 통상의 스택 PDU(12)와 메인 PDU(이하 PDU로 약칭함)(13)는 릴레이를 포함하는 구성으로 구성되어 하이브리드 제어기(Hybrid Control Unit, 이하 HCU로 약칭함)에 의해 내부 릴레이의 구동이 제어되면서 전기적 연결을 단속하도록 되어 있다.
그리고, 도 5의 연료전지 모드에서는 연료전지스택(11)이 스택 PDU(12)의 온(on) 상태에서 모터(30) 구동을 위한 파워와 BOP 부품 등 부속 부하(60)의 구동을 위한 파워를 공급하게 되며, 이때 수퍼캡(20)의 전원은 PDU(13)(관련 릴레이 오프)에 의해 차단되게 된다.
그리고, 상기와 같은 각 모드의 운전 중에 키 오프 명령이 입력되면 도 6에 나타낸 바와 같이 하이브리드 모드와 연료전지 모드 중 현재의 모드 상태에 따라 키 오프 시퀀스 제어가 수행되게 되며, 하이브리드 모드에서는 각 부품들을 파워다운시키는 과정에서 연료전지 정상 종료까지 수퍼캡(20)을 전원공급부로 이용하여 BOP 부품(65) 등 연료전지 구동과 관련된 고전압 단품을 구동시키고, 연료전지 모드에서는 종래기술에서 설명한 바와 같이 보조배터리(12V 보조배터리)(61) 및 이 보조배터리(61)와 고전압 단품 사이에 설치된 저전압 DC-DC 컨버터(LV DCDC(14V))(63)를 제2전원공급부로 이용하여 연료전지 구동 관련 고전압 단품을 구동시키게 된다(도 2 참조).
이와 같이 통상의 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 파워다운 방법은 수퍼캡(제1전원공급부가 됨)을 이용하는 정상 파워다운 방법과, 수퍼캡을 이용할 수 없는 상황(연료전지 모드)에서 보조배터리(12V 보조배터리) 및 저전압 DC-DC 컨버터(LV DCDC(14V))(제2전원공급부가 됨)를 이용하는 연료전지 모드 파워다운 방법이 있다.
여기서, 전원공급부로 수퍼캡을 사용할 수 없는 연료전지 모드 중 키 오프시에 연료전지의 작동이 종료되기까지 BOP 부품에 전압이 공급되지 않으면 연료전지 및 각 단품의 비정상적인 파워다운이 발생하고, 결국 각 단품의 치명적인 손상이 발생할 수 있다.
본 발명은 종래의 연료전지 모드 파워다운 과정을 개선한 것으로, 전원공급부가 되는 보조배터리(12V 보조배터리) 또는 저전압 DC-DC 컨버터(LV DCDC(14V))의 고장시에 대처할 수 있는 파워다운 방법을 제시한다.
하이브리드 모드 운전 중 키 오프 입력시에 파워다운되는 과정은 종래와 동일하며, 본 명세서에서는 종래와 차이가 있는 연료전지 모드 운전 중 파워다운 과정에 대해서 설명하기로 한다.
종래에는 연료전지 모드 중 키 오프시에 LV DCDC(14V)(63)가 승압 모드로 동작하여 연료전지 시스템 구동에 반드시 필요한 고전압 부품들, 즉 BOP 부품(65)에 승압된 전압을 공급하여 주는데, 본 발명에서는 상기 LV DCDC(14V)(63)의 고장 상황 발생시에 또 다른 DC-DC 컨버터인 LV DCDC(28V)(64)을 이용하여 정상적인 파워다운을 가능하게 한다.
우선, 키 오프 명령 입력시에 연료전지 모드 상태이면, 수퍼캡(20) 파워는 이미 단절되어 있기 때문에 이후 연료전지 작동 종료까지 BOP 부품(65)의 구동은 보조배터리의 전원에 의해 이루어져야 한다.
여기서, 제어기(예, HCU)가 기존 연료전지 모드 파워다운 과정에서 사용되도록 설정된 전원공급부, 즉 12V 보조배터리(61) 또는 이 12V 보조배터리(61)와 BOP 부품(65) 사이에 연결된 저전압 DC-DC 컨버터인 LV DCDC(14V)(63)의 고장 여부를 판단하고, 상기 설정된 보조배터리(61) 또는 컨버터(63)의 고장 발생 상황이 아니라면 이들을 전원공급부로 하여(LV DCDC(14V)가 승압 모드로 전환되어 12V 보조배터리의 전압 14V를 BOP 부품에 필요한 350V로 승압) 종래와 같은 파워다운 과정을 수행한다(종래의 연료전지 모드 파워다운 과정과 동일함).
그러나, 전원공급부, 즉 상기 설정된 보조배터리(61) 또는 컨버터(63)의 고장을 인지하게 되면, 제어기는 별도 장착된 전원공급부, 즉 24V 보조배터리(62)와 이에 연결된 저전압 DC-DC 컨버터인 LV DCDC(28V)(64)을 전원공급부로 사용하게 되는 바, 이를 위해 LV DCDC(28V)(64)을 승압 모드로 전환시키고 상기 LV DCDC(28V)(64)과 BOP 부품(65) 사이에 연결된 고전압 DC-DC 컨버터인 HV DCDC(350V)(66)을 감압 모드로 전환시키기 위한 제어를 수행한다.
이때, 24V 보조 배터리(62)에서 출력되는 28V 전압은 승압 모드로 작동하는 저전압 DC-DC 컨버터(LV DCDC(28V))(64)에 의해 900V로 승압되고, 이후 감압 모드로 작동하는 고전압 DC-DC 컨버터(HV DCDC(350V))(66)에 의해 BOP 부품(65)에 필요한 350V로 감압되며, 결국 BOP 부품(65)은 최종 공급되는 350V 전압에 의해 구동상태를 유지하게 된다.
이후, 연료전지(10)(연료전지스택(11))의 파워를 차단하기 전에, 제어기(이는 또 다른 제어기가 될 수 있음, 예, VCU)는 운전 중에 온도가 상승한 각종 고전압 전장부품, 즉 모터, 모터 제어기, 컨버터류, 인버터류 등의 고전압 전장부품을 냉각시키기 위한 냉각 제어를 수행한다.
상기한 고전압 전장부품의 온도를 낮추기 위한 냉각 과정은 각 부품별로 기 장착된 냉각장치를 제어하여 수행되며, 냉각장치는 연료전지(10)가 공급하는 파워를 공급받아 구동한다.
각 고전압 전장부품 별로 냉각을 수행하는 냉각장치들에 대해서는, 이들 냉각장치들이 전기 차량의 기본적인 구성요소이면서 관련 기술들이 선행 특허 등 다수의 경로를 통해 이미 공지되어 있는 기술이므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이어 상기와 같이 고전압 전장부품의 냉각이 완료되면 제어기(예, HCU)는 스택 PDU(12)를 오프시켜 연료전지스택(11)의 파워를 차단하게 된다.
이때, BOP 부품(65)은 24V 보조배터리에서 저전압 DC-DC 컨버터(LV DCDC(28V)) 및 고전압 DC-DC 컨버터(HV DCDC(350V))를 통해 공급되는 350V 전압으로 계속해서 구동상태를 유지한다.
이후, 제어기는 연료전지의 작동을 종료하기 위한 정지명령을 연료전지 제어기에 전달하며, 이에 연료전지 제어기가 연료전지(10)의 동작에 필요했던 모든 BOP 부품(65)을 오프시키고 연료전지의 동작을 종료시킨다.
이후, 제어기는 저전압 DC-DC 컨버터(LV DCDC(28V)) 및 고전압 DC-DC 컨버터(HV DCDC(350V))를 오프시킨다.
마지막으로, 제어기가 오프되면서 키 오프의 모든 과정이 모두 완료되어 시스템은 셧다운 상태가 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 파워다운 제어방법에 의하면, 수퍼캡을 사용할 수 없는 연료전지 모드 운전 중 키 오프 입력시에 미리 설정된 전원공급부(LV DCDC(14V))의 고장을 감지한 경우 별도 전원공급부(LV DCDC(28V),HV DCDC(350V))를 사용하여 연료전지가 정상적으로 종료될 때까지 연료전지 시스템 구동을 위한 BOP 부품들을 안정적으로 운전시킬 수 있는 방안이 마련됨으로써, BOP 부품에 전압이 공급되지 않으면서 발생하는 연료전지 및 각 단품의 비정상적인 파워다운을 예방할 수 있고, 각 단품의 치명적인 손상 등의 문제를 방지할 수 있게 된다.

Claims (3)

  1. 키 오프 입력시 현재의 운전모드를 판단하는 단계와;
    현재의 운전모드가 연료전지 모드이면, 고전압 단품에 작동 전압을 인가하도록 설정된 제1전원공급부의 보조배터리 또는 저전압 DC-DC 컨버터의 고장 여부를 판단하는 단계와;
    상기 보조배터리 또는 저전압 DC-DC 컨버터의 고장을 인지한 경우, 별도 설정된 제2전원공급부의 저전압 DC-DC 컨버터를 승압 모드로 전환시키는 동시에 상기 제2전원공급부의 저전압 DC-DC 컨버터와 상기 고전압 단품 사이에 연결된 고전압 DC-DC 컨버터를 감압 모드로 전환시키는 단계와;
    상기 제2전원공급부의 보조배터리에서 공급되어 상기 저전압 및 고전압 DC-DC 컨버터에 의해 조정된 전압이 상기 고전압 단품에 공급되면서 고전압 단품의 구동상태가 유지되는 단계와;
    스택 PDU를 오프시켜 연료전지스택의 파워를 차단하는 단계와;
    연료전지의 작동을 종료하기 위한 정지명령을 연료전지 제어기에 전달하고 상기 고전압 단품을 오프시키는 동시에 연료전지의 작동을 종료시키는 단계와;
    상기 저전압 및 고전압 DC-DC 컨버터를 오프시키는 단계;
    를 포함하는 연료전지 하이브리드 전기 차량의 파워다운 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고전압 단품이 연료전지 시스템 구동에 필요한 공기공급장치(APS), 수소공급장치(FPS), 냉각장치(TMS)를 포함하는 BOP 부품인 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 전기 차량의 파워다운 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고전압 단품이 상기 저전압 및 고전압 DC-DC 컨버터에 의해 조정된 전압에 의해 구동되는 상태가 되면, 연료전지스택의 파워를 차단 전까지 각 냉각장치에 공급하여 모터, 모터 제어기, 컨버터류, 인버터류를 포함한 고전압 전장부품을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 전기 차량의 파워다운 제어방법.
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