KR20080054292A - Discharge control method of fuel cell-super capacitor hybrid electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 파워넷 구성도,1 is a power net diagram of a fuel cell supercap hybrid electric vehicle;
도 2는 본 발명에 따른 수퍼캡 방전시의 전류 흐름도,2 is a flow chart of current during supercap discharge according to the present invention;
도 3과 도 4는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템에서 운전모드에 따른 파워 공급 상태도, 3 and 4 is a power supply state diagram according to the operation mode in the fuel cell supercap hybrid system,
도 5는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템에서 본 발명에 따른 수퍼캡 방전 모드시의 연료전지 파워 공급 상태 및 수퍼캡 방전 전류 흐름 상태를 나타낸 도면,5 is a view showing a fuel cell power supply state and a supercap discharge current flow state in a supercap discharge mode according to the present invention in a fuel cell supercap hybrid system;
도 6은 유지보수를 위해 본 발명의 수퍼캡 방전 모드 과정을 나타낸 순서도,6 is a flow chart showing a supercap discharge mode process of the present invention for maintenance,
도 7은 본 발명에 따른 수퍼캡 방전 모드에서의 파워다운 과정을 좀더 상세히 나타낸 순서도.Figure 7 is a flow chart illustrating in more detail the power down process in the supercap discharge mode according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
10 : 연료전지 11 : 연료전지스택10
12 : 스택 PDU 13 : PDU12: stack PDU 13: PDU
20 : 수퍼캡 30 : 구동모터20: Super Cap 30: Drive Motor
31 : MCU 40 : 초퍼31: MCU 40: Chopper
50 : 브레이킹 레지스터 60 : 부속 부하50: braking resistor 60: accessory load
61 : 12V 보조배터리 62 : 24V 보조배터리61: 12V auxiliary battery 62: 24V auxiliary battery
63, 64 : 저전압 DC-DC 컨버터 65 : BOP 부품63, 64: low voltage DC-DC converter 65: BOP components
66 : 고전압 DC-DC 컨버터 68a : 냉각펌프66: high voltage DC-
C1 : 수퍼캡 메인 릴레이 S1 : 초퍼 프리차징 스위치C1: Supercap main relay S1: Chopper precharge switch
S2 : 초퍼 디스차징 스위치S2: Chopper Discharge Switch
본 발명은 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 수퍼캡 방전 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템의 구성품인 차량의 유지보수를 위해 점검이 필요한 경우 차량 시동을 끄기 전 브레이킹 레지스터, 초퍼, 수퍼캡, PDU를 이용하여 수퍼캡을 방전시키도록 구성됨으로써, 신속하고 안전하게 고용량 수퍼캡을 방전시킬 수 있으며, 간단한 조작에 의해 수퍼캡 방전이 가능해지면서 위험사고 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 수퍼캡 방전 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a supercap discharge control method of a fuel cell supercap hybrid electric vehicle, and more particularly, to check the maintenance of the vehicle, which is a component of the fuel cell supercap hybrid system. It is configured to discharge the supercap by using the supercap and PDU, so that the high capacity supercap can be discharged quickly and safely, and the supercap discharge can be easily performed by simple operation, and the fuel cell supercap hybrid electric vehicle can effectively prevent the occurrence of accidents. It relates to a supercap discharge control method.
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.In general, fuel cells are not only highly efficient in generating electricity compared to conventional power generation methods, but also have no emission of pollutants due to power generation. Therefore, fuel cells are regarded as future power generation technologies. It is being actively researched as a power source for vehicles to solve the problem of global warming, which is emerging in the world.
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 사용된다.A fuel cell converts chemical energy released in the process into electricity by oxidizing an active material such as hydrogen such as LNG, LPG, methanol, etc. through an electrochemical reaction, and can be easily produced in natural gas. Hydrogen and oxygen from the air are used.
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.However, when only an environmentally friendly fuel cell is used as a power source of an electric vehicle, the fuel cell is responsible for all of the loads constituting the electric vehicle, and thus, there is a disadvantage in that performance is deteriorated in a low operating area of the fuel cell. .
그리고, 높은 전압을 요구하는 고속 운전영역에서 출력전압이 급격하게 감소하는 출력특성에 의해 구동모터가 요구하는 충분한 전압을 공급하지 못하여 차량의 가속성능을 저하시키는 문제점이 있다.In addition, there is a problem in that the acceleration performance of the vehicle is deteriorated because a sufficient voltage required by the driving motor cannot be supplied due to an output characteristic in which the output voltage is drastically reduced in a high speed driving region requiring a high voltage.
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).In addition, when a sudden load is applied to the vehicle, the fuel cell output voltage suddenly drops and fails to supply sufficient power to the driving motor, thereby degrading the performance of the vehicle (a sudden load change because it generates electricity by a chemical reaction). Overloading the fuel cell.
또한 연료전지는 단방향성 출력특성을 가지므로 차량 제동시에 구동모터로부터 인입되는 에너지를 회수할 수 없어 차량 시스템의 효율성을 저하시키는 단점이 있다.In addition, since the fuel cell has a unidirectional output characteristic, energy drawn from the driving motor cannot be recovered when the vehicle is braked, thereby degrading the efficiency of the vehicle system.
상기한 단점을 보완하기 위한 방안으로서, 연료전지 차량에서 고전압 배터리 또는 수퍼캡(super capacitor)을 별도 차량 동력원으로 추가 탑재한 연료전지 배터 리 하이브리드 또는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템이 개발되어 있다.As a solution to the above disadvantages, a fuel cell battery hybrid or a fuel cell supercap hybrid system in which a high voltage battery or a supercap is additionally installed as a separate vehicle power source in a fuel cell vehicle has been developed.
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 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 파워넷 구성도이다. Here, the fuel cell supercap hybrid system is a system in which a supercap is mounted as a separate power source for providing power required for driving a motor in addition to a fuel cell as a main power source in a large vehicle such as a bus as well as a small vehicle. PowerNet diagram of a supercap hybrid electric vehicle.
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. Referring to the basic power net configuration of the fuel cell supercap hybrid system, the
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.In addition, the
도시한 바의 연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템의 파워넷 구성에서, 연료전 지(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.In the powernet configuration of the fuel cell supercap hybrid system as shown, the
한편, 현재까지 적용된 연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템은, 소형 차량에 주로 적용되었으며, 그 전압레벨도 400V 이하 정도이고, 차량 레이아웃 상 엔진룸과 수퍼캡이 멀리 떨어져 있어 키 오프(key off) 후 유지보수도 특별한 수퍼캡 방전 없이 수행되었다.Meanwhile, the fuel cell supercap hybrid system applied to date has been mainly applied to small vehicles, and its voltage level is about 400V or less, and the engine room and the supercap are separated from each other due to the vehicle layout. It was performed without supercap discharge.
또한 수퍼캡의 안전장치는 릴레이 스위치가 전부이고, 자기방전 또한 상당히 커서 며칠이 지날 경우에 전압이 많이 떨어지는 특성이 있었다.In addition, the supercap safety device is all relay switch, the self-discharge is also very large, the voltage drops a lot after several days.
그러나, 최근에는 수퍼캡의 자기방전 특성이 많이 향상되어 전압강하 속도가 느리며, 특히 버스에 적용된 고용량 수퍼캡의 경우에는 그 전압이 통상 700V ~ 800V에 이른다.However, in recent years, the self-discharge characteristics of the supercap have been greatly improved, and thus the voltage drop speed is slow. In particular, in the case of a high capacity supercap applied to a bus, the voltage typically reaches 700V to 800V.
또한 버스의 경우, 수퍼캡을 포함한 모든 고전압 부품들이 엔진룸에 함께 탑재되고, 고전압 부품 유지보수 작업시에 차량이 길기 때문에 앞/뒤 작업자간 의사소통의 문제로 위험사고가 발생할 수도 있다.In the case of buses, all high-voltage components, including the supercap, are mounted together in the engine room, and the vehicle is long during maintenance of high-voltage components, which may lead to dangerous accidents due to communication problems between front and rear workers.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템의 구성품인 차량의 유지보수를 위해 점검이 필요한 경우 차량 시동을 끄기 전 브레이킹 레지스터, 초퍼, 수퍼캡, PDU를 이용하여 수퍼캡을 방전시키도록 구성됨으로써, 신속하고 안전하게 고용량 수퍼캡을 방전시킬 수 있으며, 간단한 조작에 의해 수퍼캡 방전이 가능해지면서 위험사고 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 수퍼캡 방전 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been invented to solve the above problems, and if a check is required for maintenance of the vehicle, which is a component of the fuel cell supercap hybrid system, the brake resistor, chopper, supercap, and PDU are turned off before turning off the vehicle. By discharging the supercap, it is possible to discharge the high-capacity supercap quickly and safely, and the supercap discharge control method of the fuel cell supercap hybrid electric vehicle that can effectively prevent the occurrence of dangerous accidents by enabling the supercap discharge by a simple operation. The purpose is to provide.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 방전스위치의 온 조작에 따른 신호를 입력받아 차량의 파킹 여부 및 속도 유무를 판단하는 단계와; 차량이 파킹상태이고 차속이 없다면 현재의 운전모드를 판단하고, 현재의 운전모드가 하이브리드 모드 상태이면 수퍼캡 메인 릴레이를 오프시켜 수퍼캡 파워를 차단시키는 단계와; 초퍼의 디스차징 스위치를 듀티 100%로 온 시키고, 이후 브레이킹 레지스터를 통해 수퍼캡의 전기에너지가 감소하여 전압이 설정전압으로 떨어질 때까지 초퍼 제어를 수행하여 수퍼캡을 방전시키는 단계와; 수퍼캡 전압이 설정전압까지 떨어지면 수퍼캡 방전 완료 신호에 의해 수퍼캡 방전 모드에서의 차량 파워다운 모드를 수행하는 단계;를 포함하는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 수퍼캡 방전 제어방법 을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of receiving a signal according to the on-operation of the discharge switch to determine whether the vehicle is parked and whether the speed; Determining the current driving mode if the vehicle is in the parking state and there is no vehicle speed, and if the current driving mode is in the hybrid mode, turning off the supercap main relay to cut off the supercap power; Discharging the supercap by turning on the discharging switch of the chopper at a duty of 100%, and then performing chopper control until the electrical energy of the supercap is reduced through the breaking resistor and the voltage drops to the set voltage; And performing a vehicle power down mode in the supercap discharge mode according to the supercap discharge completion signal when the supercap voltage drops to the set voltage. The supercap discharge control method of a fuel cell supercap hybrid electric vehicle is provided.
여기서, 수퍼캡 방전과 동시에 연료전지로부터 인버터를 통해 공급되는 파워에 의해 초퍼, 브레이킹 레지스터 및 관련 전장품에 대한 냉각이 이루어지도록 냉각 제어를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The method may further include performing cooling control to cool the chopper, the braking resistor, and the related electric component by the power supplied through the inverter from the fuel cell at the same time as the supercap discharge.
또한 상기 수퍼캡 방전 모드에서의 차량 파워다운 모드를 수행하는 단계는, 보조배터리에 연결된 저전압 DC-DC 컨버터를 승압 모드로 전환시키는 단계와; 상기 보조배터리에서 공급되어 상기 저전압 DC-DC 컨버터에 의해 승압된 전압이 고전압 단품에 공급되면서 상기 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 DC-DC 컨버터를 오프시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The performing of the vehicle power down mode in the supercap discharge mode may include: switching a low voltage DC-DC converter connected to an auxiliary battery to a boost mode; Maintaining a driving state of the high voltage unit while the voltage supplied from the auxiliary battery and boosted by the low voltage DC-DC converter is supplied to the high voltage unit; Turning off the stack PDU to cut off the power of the fuel cell stack; Transmitting a stop command for terminating the operation of the fuel cell to the fuel cell controller and turning off the high voltage component and terminating the operation of the fuel cell; Turning off the low voltage DC-DC converter.
또한 상기 고전압 단품이 연료전지 시스템 구동에 필요한 공기공급장치(APS), 수소공급장치(FPS), 냉각장치(TMS)를 포함하는 BOP 부품인 것을 특징으로 한다.In addition, the high voltage unit is characterized in that the BOP component including the air supply device (APS), hydrogen supply device (FPS), cooling device (TMS) required for driving the fuel cell system.
또한 상기 고전압 단품에 연결된 고전압 DC-DC 컨버터는 저전압 DC-DC 컨버터가 승압 모드로 전환되면서 오프시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the high-voltage DC-DC converter connected to the high-voltage unit is characterized in that the low-voltage DC-DC converter is turned off while switching to the boost mode.
또한 연료전지스택의 파워를 차단 전까지 각 냉각장치에 공급하여 모터, 모터 제어기, 컨버터류, 인버터류를 포함한 고전압 전장부품을 냉각시키는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized by cooling the high-voltage electrical components including the motor, motor controller, converters, inverters by supplying each cooling device until the power of the fuel cell stack is cut off.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 수퍼캡 방전 제어방법에 관한 것으로서, 연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템의 구성품인 차량의 유지보수를 위해 점검이 필요한 경우 차량 시동을 끄기 전 브레이킹 레지스터, 초퍼, 수퍼캡, PDU를 이용하여 수퍼캡을 방전시키는 제어기술에 관한 것이다.The present invention relates to a supercap discharge control method of a fuel cell supercap hybrid electric vehicle, and when a maintenance is required for maintenance of a vehicle that is a component of a fuel cell supercap hybrid system, a braking resistor, a chopper, a supercap, and a PDU is turned off before turning off the vehicle. The present invention relates to a control technique for discharging a supercap using
연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템이 탑재된 버스의 경우에는 모든 고전압 부품들이 엔진룸에 설치되어 있고, 그 전압 레벨이 최고 900V에 이르기 때문에 세심한 주의가 필요하다.In the case of a bus with a fuel cell supercap hybrid system, all high voltage components are installed in the engine room, and the voltage level can be up to 900V.
또한 차량 유지보수를 위한 수퍼캡 방전 과정은 고전압 부품들의 냉각이 고려되어야 하기 때문에 주변 냉각 관련 부품들의 제어가 포함되어야 한다.In addition, the supercap discharge process for vehicle maintenance should include control of peripheral cooling components since cooling of high voltage components should be considered.
특히, 연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템에서 수퍼캡 방전 과정에 의한 차량 파워다운시에 고전압 단품, 예로 공기공급장치(APS), 수소공급장치(FPS), 냉각장치(TMS)를 포함하여 연료전지 시스템 구동에 필요한 BOP 부품은 연료전지가 정상 스톱될 때까지는 운전되어야 하고, 인버터도 고전압 부품 냉각을 위해 일정시간 동안은 동작되어야 한다.In particular, the fuel cell supercap hybrid system is required to drive a fuel cell system including a high voltage unit, such as an air supply unit (APS), a hydrogen supply unit (FPS), and a cooling unit (TMS), when the vehicle is powered down by the supercap discharge process. The BOP components must be operated until the fuel cell is stopped normally, and the inverter must also be operated for a period of time to cool the high voltage components.
첨부한 도 2는 본 발명에서 수퍼캡 방전시 초퍼-브레이킹 레지스터쪽으로의 전류흐름상태와 수퍼캡 방전 완료 후 파워다운 과정시 보조배터리에 연결된 DC-DC 컨버터의 승압 모드에 따른 BOP 부품으로의 전류흐름상태를 나타낸다.2 is a diagram illustrating a current flow state to a chopper-breaking resistor during supercap discharge and a current flow state to a BOP component according to a boost mode of a DC-DC converter connected to an auxiliary battery during a power-down process after completion of the supercap discharge. Indicates.
또한 첨부한 도 3과 도 4는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템에서 운전모 드에 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 3은 하이브리드 모드시를, 도 4는 연료전지 모드시를 나타낸다.3 and 4 are power supply state diagrams according to driving modes in the fuel cell supercap hybrid system, which is a reference diagram for explaining each driving mode, and in particular, according to each driving mode of the fuel cell supercap hybrid electric vehicle. 3 illustrates a hybrid mode and FIG. 4 illustrates a fuel cell mode.
도 3과 도 4에서는 도 2에 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.3 and 4, the various
또한 첨부한 도 5는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템에서 본 발명에 따른 수퍼캡 방전 모드시의 연료전지 파워 공급 상태 및 수퍼캡 방전 전류 흐름 상태를 나타낸 도면이고, 도 6은 유지보수를 위해 본 발명의 수퍼캡 방전 모드 과정을 나타낸 순서도이며, 도 7은 본 발명에 따른 수퍼캡 방전 모드에서의 파워다운 과정을 좀더 상세히 나타낸 순서도이다.5 is a view illustrating a fuel cell power supply state and a supercap discharge current flow state in a supercap discharge mode according to the present invention in a fuel cell supercap hybrid system, and FIG. 6 is a supercap discharge mode of the present invention for maintenance. 7 is a flowchart illustrating a process, and FIG. 7 is a flowchart illustrating a power down process in a supercap discharge mode according to the present invention in more detail.
도 2에 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.In the fuel cell supercap hybrid electric vehicle shown in FIG. 2, a fuel cell mode in which the
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 수퍼캡 방전 제어 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the supercap discharge control process according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 7.
본 발명은 차량 운행 후 키 오프하기 전에 차량의 고전압 부품 유지보수가 필요할 때 차량 운전석에 있는 방전스위치를 3초간 누르면 하이브리드 및 연료전지 모드에 따라 수퍼캡(20)을 방전시키는 제어를 수행하게 된다.The present invention is to control the discharge of the
먼저, 방전스위치를 3초간 눌러줌에 따라 제어기(예, HCU)가 방전스위치의 온 조작상태를 입력받게 되고, 이에 제어기는 차량의 파킹 여부 및 속도 유무를 판단하게 된다.First, when the discharge switch is pressed for 3 seconds, the controller (eg, HCU) receives an ON operation state of the discharge switch. Accordingly, the controller determines whether the vehicle is parked and whether the speed is present.
여기서, 차량이 파킹상태이고 차속이 없다면 현재의 운전모드를 판단하게 되며, 현재의 운전모드가 하이브리드 모드 상태이면 수퍼캡 메인 릴레이(C1)를 오프시켜(PDU 오프) 수퍼캡(20)의 파워를 파워넷에서 단절시킨다.Here, if the vehicle is in the parking state and there is no vehicle speed, the current driving mode is determined. If the current driving mode is the hybrid mode, the supercap main relay C1 is turned off (PDU off) to power the
반면, 현재의 운전모드가 연료전지 모드 상태이면 수퍼캡 메인 릴레이(C1)가 이미 오프상태이므로 바로 다음의 초퍼 런 모드로 진입한다.On the other hand, if the current operation mode is the fuel cell mode, the supercap main relay (C1) is already in the off state enters the next chopper run mode.
초퍼(40)에는 두 개의 반도체 스위치, 즉 IGBT가 사용된 프리차징 스위치(precharging switch)(S1)와 디스차징 스위치(discharging switch)(S2)가 있는데, 상기와 같이 수퍼캡 파워가 차단된 상태에서, 디스차징 스위치(S2)를 듀티 100%로 온 시키고, 이후 브레이킹 레지스터(50)를 통해 수퍼캡(20)의 전기에너지가 감소하여 전압이 설정 전압, 예를 들면 60V까지 떨어질 때까지 계속 초퍼 제어를 수행한다.The
이때, 도 2와 도 5에 나타낸 바와 같이 수퍼캡(20)은 계속 방전된다.At this time, the
상기 브레이킹 레지스터(50)는 전기를 열에너지로 변환시켜 연속적으로 전기를 소모하는 장치로, 본 발명에서 수퍼캡(20)의 방전에 이용된다.The breaking
상기 브레이킹 레지스터(50)는 연료전지 차량에서 모터의 보조제동과 관련하여 기 장착되어 있는 장치이며, 기본적으로 냉각수가 흐를 수 있는 파이프 안에 저항이 있는 구조로 되어 있다. The
이와 동시에 연료전지(10)는 계속해서 동작하기 때문에 연료전지(10)로부터 인버터(67)를 통해 각 냉각장치에 공급되는 파워에 의해 초퍼, 브레이킹 레지스터 및 기타 관련 전장품에 대한 냉각이 이루어지도록 냉각 제어를 수행한다.At the same time, since the
이후, 수퍼캡(20)의 전압이 60V까지 떨어지면 수퍼캡 방전 완료 신호에 의해 수퍼캡 방전 모드에서의 차량 파워다운 모드로 진입하게 된다.Thereafter, when the voltage of the
여기서는 연료전지(10)(연료전지스택(11))의 파워를 차단하기 전에, 수퍼캡 방전 완료 신호에 의해 제어기(이는 또 다른 제어기가 될 수 있음, 예, VCU)가 운전 중에 온도가 상승한 각종 고전압 전장부품, 즉 모터, 모터 제어기, 컨버터류, 인버터류 등의 고전압 전장부품을 냉각시키기 위한 냉각 제어를 수행한다.In this case, before the power of the fuel cell 10 (fuel cell stack 11) is cut off, various high voltages at which the temperature rises during operation of the controller (this may be another controller, for example, by the supercap discharge completion signal) are performed. Cooling control is performed to cool the electrical components, that is, high voltage electrical components such as motors, motor controllers, converters, and inverters.
상기한 고전압 전장부품의 온도를 낮추기 위한 냉각 과정은 각 부품별로 기 장착된 냉각장치를 제어하여 수행되며, 냉각장치는 연료전지(10)가 공급하는 파워를 공급받아 구동한다.The cooling process for lowering the temperature of the high voltage electric component is performed by controlling a cooling apparatus mounted in each component, and the cooling apparatus is driven by receiving power supplied from the
각 고전압 전장부품 별로 냉각을 수행하는 냉각장치들에 대해서는, 이들 냉 각장치들이 전기 차량의 기본적인 구성요소이면서 관련 기술들이 선행 특허 등 다수의 경로를 통해 이미 공지되어 있는 기술이므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.For cooling devices that perform cooling for each high voltage electric component, these cooling devices are basic components of an electric vehicle and related technologies are already known through a plurality of paths such as prior patents, and thus, detailed descriptions thereof will be omitted. Shall be.
상기와 같이 고전압 전장부품의 냉각이 완료되면 제어기(예, HUC)가 전체 파워다운 제어를 수행하게 되며, 이는 다음과 같다.As described above, when the cooling of the high voltage electric component is completed, the controller (for example, the HUC) performs the overall power down control.
수퍼캡 방전 모드에서 수퍼캡 파워는 이미 단절되어 있기 때문에 연료전지(10)의 동작이 종료될 때까지 연료전지 구동에 필요한 BOP 부품(65)을 구동시키기 위해 12V 보조배터리(61)에 연결된 저전압 DC-DC 컨버터(LV DCDC(14V))(63)를 승압 모드(boost mode)로 전환시키기 위한 제어를 수행하고, 이와 동시에 BOP 부품(65)에 직결된 고전압 DC-DC 컨버터(HV DCDC(350V))(66)는 저전압 DC-DC 컨버터(63)의 승압 모드를 지원하기 위해 오프시킨다.In supercap discharge mode, the supercap power is already disconnected, so the low-voltage DC-DC connected to the 12V
이때, 보조배터리(61)에서 출력되는 14V 전압은 저전압 DC-DC 컨버터(LV DCDC(14V))(63)의 승압 모드 작동에 의해 BOP 부품(65)을 작동시키기 위한 고전압 350V로 승압되며, BOP 부품(65)은 보조배터리(61)에서 저전압 DC-DC 컨버터(LV DCDC(14V))(63)를 통해 공급되는 350V 전압으로 구동상태를 유지하게 된다.At this time, the 14V voltage output from the
이후, 24V 보조배터리(62)에 연결된 저전압 DC-DC 컨버터(LV DCDC(28V))(64)를 오프시키고, 이어 스택 PDU(12)를 오프시켜 연료전지스택(11)의 파워를 차단하게 된다.Thereafter, the low voltage DC-DC converter (LV DCDC (28V)) 64 connected to the 24V
이때, BOP 부품(65)은 12V 보조배터리(61)에서 저전압 DC-DC 컨버터(63)를 통해 공급되는 350V 전압으로 계속해서 구동상태를 유지한다. At this time, the
이후, 연료전지(10)의 작동을 종료하기 위한 정지명령을 연료전지 제어기에 전달하며, 이에 연료전지 제어기가 연료전지(10)의 동작에 필요했던 모든 BOP 부품(65)을 오프시키고 연료전지(10)의 동작을 종료시킨다.Thereafter, a stop command for terminating the operation of the
그리고, 나머지 저전압 DC-DC 컨버터(LV DCDC(14V))(63)를 오프시키고, 마지막으로 제어기가 오프되면서 파워다운의 모든 과정이 모두 완료되어 시스템은 셧다운 상태가 된다.Then, the remaining low voltage DC-DC converter (LV DCDC (14V)) 63 is turned off, and finally, the controller is turned off to complete all the power-down processes and the system is in a shutdown state.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기 차량의 수퍼캡 방전 제어방법에 의하면, 연료전지 수퍼캡 하이브리드 시스템의 구성품인 차량의 유지보수를 위해 점검이 필요한 경우 차량 시동을 끄기 전 브레이킹 레지스터, 초퍼, 수퍼캡, PDU를 이용하여 수퍼캡을 방전시키도록 구성됨으로써, 신속하고 안전하게 고용량 수퍼캡을 방전시킬 수 있으며, 간단한 조작에 의해 수퍼캡 방전이 가능해지면서 위험사고 발생을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.As described above, according to the supercap discharge control method of the fuel cell supercap hybrid electric vehicle according to the present invention, if the inspection is necessary for maintenance of the vehicle, which is a component of the fuel cell supercap hybrid system, the braking resistor before turning off the vehicle, By discharging the supercap by using the chopper, the supercap, and the PDU, it is possible to discharge the high capacity supercap quickly and safely, and it is possible to effectively prevent the occurrence of dangerous accidents by enabling the supercap discharge by a simple operation.
또한 수퍼캡 방전 모드에서의 파워다운시 연료전지의 파워를 이용해 고전압 부품들을 계속해서 안정적으로 냉각하면서 연료전지가 정상적으로 종료될 때까지 연료전지 시스템 구동을 위한 BOP 부품들을 안정적으로 운전시킬 수 있는 방안이 마련됨으로써, 연료전지 및 각 단품의 비정상적인 파워다운을 예방할 수 있고, 각 단품의 치명적인 손상 등의 문제를 방지할 수 있게 된다. In addition, there is a plan to reliably cool the high voltage components by using the fuel cell power when powering down in the supercap discharge mode, and to stably operate the BOP components for driving the fuel cell system until the fuel cell is normally shut down. As a result, abnormal power down of the fuel cell and each unit can be prevented, and problems such as fatal damage to each unit can be prevented.
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