KR20080095311A - 연료전지 하이브리드 전기차량의 운행모드제어방법 - Google Patents

연료전지 하이브리드 전기차량의 운행모드제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지 하이브리드 전기차량의 운행모드제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정상운행 중에 배터리 및 고전압 전력변환기의 작동불가시 연료전지 단독모드로 진입, 연료전지가 문제가 생겼을 경우에 전기차모드로 진입, 저전압 전력변환기가 고장일 경우에 저전압변환기 리셋모드로 진입하되, 각 모드에서의 제어는 일반주행시와 다른 제어변수 값을 사용하여 모드전환이 용이하고, 상기 비상모드의 정의를 통해 운행중 문제가 생겼을 경우에 바로 셧다운 모드로 진행하지 않고 주행이 어느 정도 가능한 상태로 만들어 운전자가 비상시를 용이하게 대처할 수 있도록 한 연료전지 하이브리드 전기차량의 운행모드제어방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 시동키를 온시키고 BMS에 전원을 인가하는 단계와; HDC 및 LDC의 연결여부 및 상태를 확인하는 단계와; 상기 HDC 및 LDC에 전류 및 전압경계값을 셋팅하여 전송하는 단계와; 배터리와 HDC의 연결을 위해 배터리연결용 릴레이를 작동하여 고전압배터리 라인을 연결하는 단계와; 상기 HDC 및 LDC에 전압명령을 전송하여 부스트 및 벅 모드로 제어하는 단계와; 상기 HDC에 의해 메인버스단에 고전압을 형성하고, MCU연결용 릴레이를 작동하여 MCU 입력단 커패시터에 전압을 형성하는 단계와; PDU가 연료전지 보기류 부품을 구동하여 연료전지를 시동하는 단계와; 상기 연료전지 시동이 완료되면 연료전지연결용 릴레이를 작동하여 연료전지와 메인버스단을 연결하고, 하이브리드 모드로 운행을 시작하는 단계를 포함 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 전기차량의 정상시동모드제어방법을 제공한다.
연료전지, 하이브리드, PDU, MCU, 메인버스단, HDC, LDC, 보기류 부품

Description

연료전지 하이브리드 전기차량의 운행모드제어방법{Operation mode control method for fuel cell hybrid electric vehicle}
도 1은 본 발명에 따른 연료전지 하이브리드 전기차량의 파워넷을 나타내는 구성도이고,
도 2a 내지 도 2d는 정상시동시 도 1의 작동순서를 나타내는 구성도이고,
도 3a 내지 도 3d는 운행모드별 도 1의 작동상태를 나타내는 구성도이고,
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 하이브리드 전기차량의 운행모드제어방법을 나타내는 순서도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 수소탱크 11 : 연료전지
12 : 고전압동력분배기 13 : PDU
14 : MCU 15 : 모터
16 : HDC 18 : 고전압배터리
19 : LDC 20 : 저전압배터리
21 : 에어컨 22,25 : 히터
23 : 보기류 부품 24,26 : 드라이버
27 : MCU연결용 릴레이 28 : 연료전지연결용 릴레이
29 : 메인버스단
본 발명은 연료전지 하이브리드 전기차량의 운행모드제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정상운행 중에 배터리 및 고전압 전력변환기의 작동불가시 연료전지 단독모드로 진입, 연료전지가 문제가 생겼을 경우에 전기차모드로 진입, 저전압 전력변환기가 고장일 경우에 저전압변환기 리셋모드로 진입하되, 각 모드에서의 제어는 일반주행시와 다른 제어변수 값을 사용하여 모드전환이 용이하고, 상기 비상모드의 정의를 통해 운행중 문제가 생겼을 경우에 바로 셧다운 모드로 진행하지 않고 주행이 어느 정도 가능한 상태로 만들어 운전자가 비상시를 용이하게 대처할 수 있도록 한 연료전지 하이브리드 전기차량의 운행모드제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지는 기존의 발전방식과 비교할 때 발전 효율이 높을 뿐만 아니라 발전에 따른 공해 물질의 배출이 전혀 없어서 미래의 발전 기술로 평가받고 있으며, 에너지 절약과 환경 공해 문제 그리고 최근에 부각되고 있는 지구 온난화 문제등을 해결하기 위한 자동차의 동력원 적용으로 연구되고 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 공중의 산소가 사용된다.
상기와 같이 환경 친화적인 연료전지만을 전기 자동차의 동력원으로 사용하는 경우 전기자동차를 구성하고 있는 부하 모두를 연료전지가 담당하게 되므로, 연료전지의 효율이 낮은 운전영역에서의 운전이 불가피하게 되어 성능 저하를 유발시키게 되는 단점이 있다.
그리고, 높은 전압을 요구하는 고속 운전 영역에서 출력전압이 급격하게 감소하는 출력 특성에 의해 모터가 요구하는 충분한 전압을 공급 못하여 차량의 가속 성능을 저하시키게 되는 문제점이 발생한다.
또한, 초기 시동시 연료 개질기로부터 수소를 추출하고 화학반응을 일으켜 전기 에너지를 공급하기까지의 시간이 수분의 시간이 소모되며, 차량에 급격한 부하가 인가되는 경우 연료 개질기에서 충분한 수소가 공급되기까지의 지연기간이 존재하게 되어 연료전지 출력전압이 순간적으로 급강하 하므로, 모터에 충분한 전력을 공급하지 못하여 차량 성능이 저하되는 단점이 있다.
또한, 연료전지는 단방향성 출력 특성을 가지고 있으므로, 차량 제동시 모터로부터 인입되는 에너지를 회수할 수 없어 차량 시스템의 효율성을 저하시키는 단점이 있다.
상기한 바와 같은 단점을 보완하기 위한 방안으로 연료전지 하이브리드 전기자동차가 개발되고 있다.
일반적으로 연료전지 하이브리드 전기자동차는 보조 동력원인 배터리와, 주동력원으로 사용되는 연료전지와, 상기 배터리와 연료전지의 사이에 병렬로 연결되어 모터에 공급되는 전압이 안전되게 유지되도록 하고, 배터리와 연료전지의 서로 다른 출력전압의 균형을 매칭시켜 주며, 연료전지의 잉여 전압 및 회생 제동 에너지를 배터리측에 충전 전압으로 제공되도록 하는 양방향 DC/DC 컨버터와, 양방향 DC/DC 컨버터의 출력단 및 저전압원인 연료전지의 출력단에 연결되어 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 통한 IGBT 스위칭으로 모터의 거동을 제어하는 모터 제어기로 구성된다.
상기에서 주동력원으로 사용되며 저전압원인 연료전지는 연료 공급원과 공급되는 연료의 화학반응을 통해 수소를 발생시키는 연료개질기 및 연료개질기로부터 공급되는 수소를 공급받아 전기 에너지를 생성시켜 축적하는 축전지를 포함하여 구성된다.
상기 DC/DC 컨버터는 제어기에서 인가되는 제어신호에 따라 내부의 트랜지스터가 스위칭되어 다이오드를 통한 전류 패스의 형성으로 고전압원인 배터리에서 저전압원인 연료전지로 동력을 전달하는 벅 기능(Buck Operation) 과 저전압원인 연료전지에서 고전압원인 배터리로 동력을 전달하는 부스트 기능(Boost Operation)을 수행한다.
그러나, 종래의 연료전지 하이브리드 차량의 경우에 운행도중 연료전지, 배터리 및 전력 변환기(DCDC Converter)가 작동하지 않는 비상시에 운전자가 능동적으로 대처할 수 있는 방안이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 정상적인 운행모드의 하이브리드 및 회생제동 모드에서 각 단품이 정상적으로 작동하지 않을 경우에는 비상 모드로 운행되며, 비상모드인 비상연료전지모드, 비상전기차모드 및 비상 LDC 리셋 모드에서는 제어변수와 각 경계값만을 바꾸어 줌으로써 모드전환이 용이하고, 상기 비상모드의 정의를 통해 운행중 문제가 생겼을 경우에 운전자가 적극적으로 대응할 수 있도록 한 연료전지 하이브리드 전기차량의 운행모드제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연료전지 하이브리드 전기차량의 운행모드제어방법에 있어서,
시동키를 온시키고 BMS에 전원을 인가하는 단계와; HDC 및 LDC의 연결여부 및 상태를 확인하는 단계와; 상기 HDC 및 LDC에 전류 및 전압경계값을 셋팅하여 전송하는 단계와; 배터리와 HDC의 연결을 위해 배터리연결용 릴레이를 작동하여 고전압배터리 라인을 연결하는 단계와; 상기 HDC 및 LDC에 전압명령을 전송하여 부스트 및 벅 모드로 제어하는 단계와; 상기 HDC에 의해 메인버스단에 고전압을 형성하고, MCU연결용 릴레이를 작동하여 MCU 입력단 커패시터에 전압을 형성하는 단계와; PDU가 연료전지 보기류 부품을 구동하여 연료전지를 시동하는 단계와; 상기 연료전지 시동이 완료되면 연료전지연결용 릴레이를 작동하여 연료전지와 메인버스단을 연결하고, 하이브리드 모드로 운행을 시작하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직한 구현예로서, 상기 하이브리드 모드로 운행중에 상기 HDC 고전압 명령은 HDC 고전압의 현재값에 배터리 충전량 및 운전자의 가속의지를 고려한 전압값을 더한 값으로 정해지고, 모터링 전류경계값은 연료전지 최대가능전류+배터리방전 최대가능전류, 회생제동전류경계값은 배터리충전 최대가능전류, HDC 부스트 전류경계값은 배터리방전 최대가능전류, HDC 벅 전류경계값은 배터리충전 최대가능전류인 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직한 구현예로서, 모터로부터의 회생제동 전류를 고전압 배터리가 회수하는 회생제동 모드로 운행중에 상기 HDC 고전압 명령은 연료전지 OCV 근사 값으로 정해지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하이브리드 또는 회생제동 모드로 정상 운행 중 배터리 및 배터리 전력변환기가 작동 및 통신 불가능한 경우에 연료전지로만 운행하되, 상기 HDC 고전압 명령은 연료전지 전압이 그대로 사용되고, 모터링 전류경계값은 연료전지 최대가능전류로 정해지며, 회생제동 전류경계값, HDC 부스트 전류경계값 및 HDC 벅 전류경계값이 모두 제로(0)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하이브리드 또는 회생제동 모드로 정상 운행 중 연료전지가 작동불가능한 경우에 고전압 배터리로만 운행하되, 상기 HDC 고전압 명령은 연료전지 OCV 근사 값으로, 모터링 전류경계값은 배터리방전 최대가능전류로 정해지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하이브리드 또는 회생제동 모드로 정상 운행 중 저전압 전력변환기가 일정시간동안 작동불가능한 경우에는 운행을 정지하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 연료전지 하이브리드 전기차량의 파워넷을 나타내는 구성도이다.
본 발명에 따른 연료전지 하이브리드 전기차량은 수소탱크(10)로부터 수소를 공급받고, 공기블로워로부터 공기중 산소를 공급받아 전기화학적 반응에 의해 전기를 발생시키는 연료전지(11)를 주동력원으로 사용한다.
즉, 양극(애노드)에서는 수소가 수소이온과 전자로 분리되는 산화반응이 일어나고, 음극(캐소드)에서는 산소가 수소이온과 전자를 전달받아 물과 열을 발생하는 환원반응이 일어난다. 이때, 생성되는 전자의 이동으로 전기가 발생한다.
상기 연료전지(11)의 양극 및 음극에는 메인 버스단(29)에 의해 전력분배유닛(13)(Power Distribute Unit;이하,PDU), 모터제어유닛(14)(Motor Control Unit;이하 MCU) 및 모터(15)가 연결되어 있다.
상기 PDU(13)는 메인 버스단(29)의 출력을 모터(15) 및 각종 보기류로 분배해주는 장치이며, 메인버스단에는 MCU(14)의 전력을 연결 및 차단하는 MCU연결용 릴레이(27)와, 연료전의 전력을 연결 및 차단하는 연료전지연결용 릴레이(28)가 설치되어 있다.
상기 모터(15) 및 인버터는 연료전지(11)에 직접 연결되어 있으며, 모터(15) 의 파워어시스트 및 회생제동을 위해 고전압 배터리(18) 및 고전압 전력 변환기(16)(High Voltage DCDC Converter;이하, HDC)(16)가 PDU(13)의 메인 버스단(29)에 연결되어 있다.
상기 PDU(13)의 메인 버스단(29)에는 12V 저전압 배터 및 보기류 부품(23)을 구동하기 위해 메인 버스단(29)의 고전압 출력을 저전압 출력으로 변환해 주는 저전압 전력 변환기(19)(Low Voltage DCDC Converter;이하, LDC)가 연결되어 있다.
또한, 상기 PDU(13)의 메인 버스단(29)에는 메인 버스단(29)의 고전압 출력을 공급받아 작동되는 에어컨(21) 및 히터(22)(통상 차량에 장착되는 냉난방장치)가 연결되어 있다.
상기 연료전지(11)와 PDU(13) 사이에는 연료전지(11)의 시동을 위해 동력분배기(12)(High Voltage Power Distributer;HVPD)를 매개로 연결되는 히터(25) 및 보기류 부품(23)이 연결되게 된다.
여기서, 히터(25)는 연료전지(11)의 냉시동을 용이하게 하기 위해 열을 공급해주는 장치이고, 보기류 부품(23)은 연료전지(11)의 시동하기 위한 공기블로워, 수소재순환 블로워 및 물펌프 등을 말한다.
미설명부호 24,26은 드라이버(DRIVER), 17은 고전압배터리와 HDC를 연결하는 배터리연결용 릴레이이다.
이와 같은 구성에 의한 본 발명은 정상시동시에 HDC(16)에 의해 고전압 배터리(18)를 주동력원으로 사용하여 연료전지(11)를 시동하고, 정상 운행 도중 배터리(18), 연료전지, LDC(19) 및 HDC(16)가 작동불가능한 비상시에는 각 비상모드의 정의를 통해 바로 셧다운 모드로 진행하지 않고 주행이 어느정도 가능하도록 한 비상모드제어방법을 제공한다.
1) 정상시동시
먼저 시동키를 온시켜 BMS(Battery Management System)에 전원을 인가한 후 BMS가 준비되면(S100), HDC(16) 및 LDC(19)의 연결여부 및 상태를 확인하고(S101), HDC(16) 및 LDC(19)에 전류 및 전압경계값을 전송한다(S102).
그다음, 배터리(18)와 HDC(16)를 연결하기 위해 배터리 연결용 릴레이(17)를 작동하여 고전압 배터리 라인을 연결하고(S103), HDC(16) 및 LDC(19)에 전압명령을 전송하며, 부스트 및 벅 모드로 제어한다(S104).
이때, HDC(16)의 고전압 명령은 연료전지(11)의 OCV(Open Circuit Voltage) 근처 값으로 정하며, LDC(19)의 저전압 명령은 저전압 배터리(20)의 전압값인 12V근처로 정한다.
상기 HDC(16)가 배터리(18)를 주동력원으로 사용하여 고전압 배터리(18) 부스트를 통해 메인 버스단(29)에 고전압을 형성하고(도 2a), PDU(13)가 MCU연결용 릴레이(27)를 작동하여 MCU(14) 입력단 커패시터에 전압을 형성한다(S105).
이때, 상기 PDU(13)는 저전압 보기류 파워(BOP)도 담당한다. 즉, LDC(19)를 통해 메인 버스단(29)의 전력을 저전압 배터리(18)에 공급한다(도 2b).
계속해서 상기 PDU(13)는 연료전지 보기류 부품(23)을 구동하여 연료전지(11)를 시동하고(도 2c,S106), 시동이 완료되면(S107) 연료전지연결용 릴레이(28)를 작동하여 연료전지(11)와 메인버스단을 연결하여(S108) 하이브리드 모드 로 운행을 시작한다(도 2d).
2) 정상 운행모드
2-1) 하이브리드 모드 : 연료전지(11)와 고전압 배터리(18)가 같이 운행되는 정상적인 모드로 가속의지와 배터리 SOC를 통해 배터리 출력을 결정한다(도 3a).
2-2) 회생제동 모드 : 모터(15)로부터의 회생제동 전류를 고전압 배터리(18)가 받아들여 충전시킨다(도 3b).
3) 비상 모드
3-1) 비상연료전지 모드 : 고전압 배터리(18) 및 HDC(16)의 통신 불가 및 작동 불가시 연료전지(11)로만 운행한다(도 3c).
3-2) 비상전지차 모드 : 연료전지(11) 운행이 불가능한 경우 고전압 배터리(18)로만 운행한다(도 3d).
3-3) 비상 LDC 리셋 모드 : LDC(19)가 작동하지 않을 경웨 진입하는 모드로 LDC(19)가 일정시간 이사이 지속될 경우에 LDC(19)의 작동 및 운행을 중지한다.
본 발명에 따른 운행모드는 상기 5가지 모드로 나뉘어지고, 정상적인 운행모드의 하이브리드 및 회생제동 모드에서 각 단품이 정상적으로 작동하지 않을 경우에는 비상 모드로 운행되며, 각 모드에서는 제어변수와 각 경계값만을 바꾸어 줌으로써 용이하게 제어할 수 있다.
배터리의 출력을 결정하기 위해서는 HDC(16)의 고전압을 전압제어하고, MCU(14)가 가속페달 및 브레이크 값으로 토크제어를 수행할 때 각 동력원의 최대 가능출력을 고려해 전류 리밋 제어를 하며, 고전압 배터리의 최대 출력을 고려하여 HDC(16) 전류 리밋 제어를 한다.
각 비상 모드로 운행 중에는 다른 모드로 전환할 수 있도록 항상 단품들의 상황을 확인한다.
본 발명에 따른 운행모드 별 고전압 전압명령 및 전류 리밋 값을 정의하면 다음 표 1과 같다.
Figure 112006091953131-PAT00001
1) 정상 운행 모드(하이브리드 모드) : HDC(16)의 고전압 전압명령은 HDC 고전압의 현재값(VHDC_hivol_cur)에 배터리 SOC 및 운전자의 가속의지를 고려한 전압값(VHDC_hivol_add)을 더한다. 이때, 상기 더해주는 전압값은 가속시에는 양수이나 충전양 부족시에는 음수이다.
이때, MCU(14)에 의해 제어되는 모터링 전류 경계값은 연료전지 최대가능전류(Ifc_max)+배터리 방전 최대가능전류(Ibat_dch_max)이고, 회생제동 전류 경계값은 배터리 충전 최대가능전류(Ibat_chg_max), HDC 부스트 전류경계값은 배터리 방전 최대가능전류, HDC 벅 전류경계값은 배터리 충전 최대가능전류이다.
2) 정상 운행 모드(회생제동모드) : HDC의 고전압 전압명령은 연료전지의 OCV 근처값이다.
3) 비상 연료전지 모드 : HDC(16) 전압 명령은 연료전지 스택전압(VFC)을 그대로 사용하고 고전압 배터리(18)의 사용을 멈춘다. 이때, 모터(15)의 모터링 전류 경계값은 연료전지 최대가능전류이고, 회생제동 전류경계값, HDC 부스트 전류경계값 및 HDC 벅 전류경계값이 모두 0이다.
4) 비상 전기차 모드 : HDC(18) 전압명령은 연료전지 OCV 근처 값으로 유지하고, 모터(15)의 모터링 전류경계값은 배터리 방전 최대가능전류이고, 그 외 회생제동 전류경계값, HDC 부스트 전류경계값 및 HDC 벅 전류경계값은 하이브리드 모드와 같다.
5) 비상 LDC 리셋 모드 : LDC(19)가 일정시간 이상 작동불가능한 경우에는 차량의 저전압 보기류의 구동을 더이상 할 수 없으므로 운행을 멈춘다.
상기 비상모드의 정의를 통해 운행중 문제가 생겼을 경우에 제어변수와 각 경계값만을 바꾸어 줌으로써, 바로 셧다운 모드로 진행하지 않고 주행이 어느 정도 가능한 상태로 만들어 운전자가 비상시를 적극적으로 대응할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 하이브리드 전기차량의 비상운행모드 제어방법에 의하면, 정상적인 운행모드의 하이브리드 및 회생제동 모드에서 각 단품이 정상적으로 작동하지 않을 경우에는 비상 모드로 운행되며, 비상모드인 비상연료전지모드, 비상전기차모드 및 비상 LDC 리셋 모드에서는 제어변수와 각 경계값만을 바꾸어 줌으로써 모드전환이 용이하고, 상기 비상모드의 정의를 통해 운행중 문제가 생겼을 경우에 운전자가 적극적으로 대응할 수 있다.

Claims (6)

  1. 연료전지 하이브리드 전기차량의 운행모드제어방법에 있어서,
    시동키를 온시키고 BMS에 전원을 인가하는 단계와;
    HDC 및 LDC의 연결여부 및 상태를 확인하는 단계와;
    상기 HDC 및 LDC에 전류 및 전압경계값을 셋팅하여 전송하는 단계와;
    배터리와 HDC의 연결을 위해 배터리연결용 릴레이를 작동하여 고전압배터리 라인을 연결하는 단계와;
    상기 HDC 및 LDC에 전압명령을 전송하여 부스트 및 벅 모드로 제어하는 단계와;
    상기 HDC에 의해 메인버스단에 고전압을 형성하고, MCU연결용 릴레이를 작동하여 MCU 입력단 커패시터에 전압을 형성하는 단계와;
    PDU가 연료전지 보기류 부품을 구동하여 연료전지를 시동하는 단계와;
    상기 연료전지 시동이 완료되면 연료전지연결용 릴레이를 작동하여 연료전지와 메인버스단을 연결하고, 하이브리드 모드로 운행을 시작하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 전기차량의 정상시동모드제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하이브리드 모드로 운행중에 상기 HDC 고전압 명령은 HDC 고전압의 현재값에 배터리 충전량 및 운전자의 가속의지를 고려한 전압값을 더한 값으로 정해지고, 모터링 전류경계값은 연료전지 최대가능전류+배터리방전 최대가능전류, 회생제동전류경계값은 배터리충전 최대가능전류, HDC 부스트 전류경계값은 배터리방전 최대가능전류, HDC 벅 전류경계값은 배터리충전 최대가능전류인 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 전기차량의 정상운행모드제어방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    모터로부터의 회생제동 전류를 고전압 배터리가 회수하는 회생제동 모드로 운행중에 상기 HDC 고전압 명령은 연료전지 OCV 근사 값으로 정해지는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 전기차량의 정상운행모드제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 하이브리드 또는 회생제동 모드로 정상 운행 중 배터리 및 배터리 전력변환기가 작동 및 통신 불가능한 경우에 연료전지로만 운행하되, 상기 HDC 고전압 명령은 연료전지 전압이 그대로 사용되고, 모터링 전류경계값은 연료전지 최대가능전류로 정해지며, 회생제동 전류경계값, HDC 부스트 전류경계값 및 HDC 벅 전류경계값이 모두 제로(0)인 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 전기차량의 비상 운행모드제어방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 하이브리드 또는 회생제동 모드로 정상 운행 중 연료전지가 작동불가능한 경우에 고전압 배터리로만 운행하되, 상기 HDC 고전압 명령은 연료전지 OCV 근사 값으로, 모터링 전류경계값은 배터리방전 최대가능전류로 정해지는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 전기차량의 비상운행모드제어방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 하이브리드 또는 회생제동 모드로 정상 운행 중 저전압 전력변환기가 일정시간동안 작동불가능한 경우에는 운행을 정지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 전기차량의 비상운행모드제어방법.
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012005554A2 (ko) * 2010-07-09 2012-01-12 (주)브이이엔에스 전기자동차 및 그 제어방법
KR101289052B1 (ko) * 2011-12-23 2013-07-22 대동공업주식회사 저전압 배터리를 이용한 전기구동식 농용 작업차의 시동 제어 시스템
KR20130136702A (ko) * 2012-06-05 2013-12-13 현대모비스 주식회사 차량 배터리의 충전을 위한 통신 인터페이스 시스템 및 이를 이용한 차량 배터리의 충전방법, 차량 배터리의 충전을 위한 통신 인터페이스 시스템을 구비한 전기자동차
CN104742714A (zh) * 2015-03-16 2015-07-01 南京奥特佳新能源科技有限公司 汽车电动/汽油模式快速切换系统
KR20160116583A (ko) * 2015-03-30 2016-10-10 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 비상운전 제어 시스템 및 그 방법
KR20170001231A (ko) * 2015-06-26 2017-01-04 현대자동차주식회사 연료전지 시스템 운전 제어 장치 및 방법
US10118491B2 (en) 2014-05-15 2018-11-06 Hyundai Motor Company Control method for fuel cell vehicle
CN110834554A (zh) * 2019-10-30 2020-02-25 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种氢燃料电池汽车高压系统
KR20200075097A (ko) * 2018-12-11 2020-06-26 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 비상운전 시 연료전지 시스템의 제어 방법
DE102019201712A1 (de) * 2019-02-11 2020-08-13 Novacon GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter: Dipl.-Des. Holger Pilz, 70176 Stuttgart) Ladestation für Elektrofahrzeuge mit mindestens zwei Ladesäulen
CN112277851A (zh) * 2020-10-30 2021-01-29 东风商用车有限公司 整车多能源管理48v上下电控制方法及系统
US10938043B2 (en) 2016-07-21 2021-03-02 Hyundai Motor Company Restarting system, controller and restarting method for fuel cell vehicle

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000358304A (ja) 1999-06-11 2000-12-26 Denso Corp ハイブリッド車用充電装置
KR100460874B1 (ko) * 2002-05-24 2004-12-09 현대자동차주식회사 연료전지 하이브리드 전기자동차의 동력 제어방법
KR100645560B1 (ko) * 2004-12-17 2006-11-14 현대자동차주식회사 하이브리드 차량의 동력 분배 제어방법
KR20070060752A (ko) * 2005-12-09 2007-06-13 현대자동차주식회사 수퍼캡-연료전지 하이브리드 버스 시스템 및 시동 제어방법

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012005554A3 (ko) * 2010-07-09 2012-04-05 (주)브이이엔에스 전기자동차 및 그 제어방법
US8655535B2 (en) 2010-07-09 2014-02-18 Lg Electronics Inc. Electric vehicle and method for controlling same
WO2012005554A2 (ko) * 2010-07-09 2012-01-12 (주)브이이엔에스 전기자동차 및 그 제어방법
KR101289052B1 (ko) * 2011-12-23 2013-07-22 대동공업주식회사 저전압 배터리를 이용한 전기구동식 농용 작업차의 시동 제어 시스템
KR20130136702A (ko) * 2012-06-05 2013-12-13 현대모비스 주식회사 차량 배터리의 충전을 위한 통신 인터페이스 시스템 및 이를 이용한 차량 배터리의 충전방법, 차량 배터리의 충전을 위한 통신 인터페이스 시스템을 구비한 전기자동차
US10118491B2 (en) 2014-05-15 2018-11-06 Hyundai Motor Company Control method for fuel cell vehicle
CN104742714A (zh) * 2015-03-16 2015-07-01 南京奥特佳新能源科技有限公司 汽车电动/汽油模式快速切换系统
US9725011B2 (en) 2015-03-30 2017-08-08 Hyundai Motor Company System and method for controlling emergency driving for fuel cell vehicle
KR20160116583A (ko) * 2015-03-30 2016-10-10 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 비상운전 제어 시스템 및 그 방법
CN106299417A (zh) * 2015-06-26 2017-01-04 现代自动车株式会社 用于控制燃料电池系统的运行的设备和方法
KR20170001231A (ko) * 2015-06-26 2017-01-04 현대자동차주식회사 연료전지 시스템 운전 제어 장치 및 방법
CN106299417B (zh) * 2015-06-26 2020-12-22 现代自动车株式会社 用于控制燃料电池系统的运行的设备和方法
US10938043B2 (en) 2016-07-21 2021-03-02 Hyundai Motor Company Restarting system, controller and restarting method for fuel cell vehicle
KR20200075097A (ko) * 2018-12-11 2020-06-26 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 비상운전 시 연료전지 시스템의 제어 방법
DE102019201712A1 (de) * 2019-02-11 2020-08-13 Novacon GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter: Dipl.-Des. Holger Pilz, 70176 Stuttgart) Ladestation für Elektrofahrzeuge mit mindestens zwei Ladesäulen
CN110834554A (zh) * 2019-10-30 2020-02-25 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种氢燃料电池汽车高压系统
CN112277851A (zh) * 2020-10-30 2021-01-29 东风商用车有限公司 整车多能源管理48v上下电控制方法及系统

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