KR20100005768A - 연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법 - Google Patents

연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주동력원인 연료전지와 보조동력원인 축전수단을 구비한 연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 연료전지의 저효율 구간인 저출력 구간 및 회생제동 구간에서 공기 공급/수소 공급을 중지한 뒤 잔류 산소/수소를 소모시켜 스택 전압을 떨어뜨리는 과정으로 연료전지를 정지시키는 것에 주된 특징이 있는 것이다. 이러한 본 발명의 제어 방법에 의하면, 연료전지의 저효율 구간에서 연료전지 보기류의 작동을 중지하게 되므로 연비 및 시스템 효율이 향상되고, 연료전지로부터 축전수단으로의 자동 충전 및 그로 인한 축전수단의 전압 상승을 방지하게 되므로 회생제동량 증대 및 연비 향상의 효과가 있게 된다. 또한 본 발명은 연료전지의 비발전 구간에서 연료전지를 최적의 상태로 유지할 수 있는 비발전 구간 제어 방법을 포함하며, 연료전지의 열화 방지 및 내구성 향상에 기여할 수 있게 된다.
연료전지, 하이브리드, 축전수단, 슈퍼캡, 아이들 스탑, 회생제동

Description

연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법{Idle stop and start control method of fuel cell hybrid vehicle}
본 발명은 연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주동력원인 연료전지와 보조동력원인 축전수단(슈퍼캡 또는 배터리)을 구비한 연료전지-축전수단 직결형 하이브리드 차량에서 연비 향상 및 회생제동량 증대를 위한 연료전지의 발전 정지(Fuel Cell Stop)/재시동(Fuel Cell Restart) 제어 방법에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 연료전지 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이며, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다.
이러한 연료전지의 예로, 차량 구동을 위한 전력공급원으로 가장 많이 연구되고 있는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)는, 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)을 포함하여 구성된다.
상기한 연료전지에서 연료인 수소와 산화제인 산소(공기)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드('연료극' 혹은 '수소극', '산화극'이라고도 함)로 공급되고, 산소(공기)는 캐소드('공기극' 혹은 '산소극', '환원극'이라고도 함)로 공급된다. 애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton, H+)과 전자(electron, e-)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다. 상기 캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다.
한편, 연료전지만을 차량의 동력원으로 사용하는 경우 차량을 구성하고 있는 부하 모두를 연료전지가 담당하게 되므로 연료전지의 효율이 낮은 운전영역에서 성능 저하가 발생하는 단점이 있다. 또한 높은 전압을 요구하는 고속 운전영역에서 출력 전압이 급격하게 감소하는 출력 특성에 의해 구동모터가 요구하는 충분한 전압을 공급하지 못하여 차량의 가속성능을 저하시키는 문제점이 있다. 그리고 차량에 급격한 부하가 인가되는 경우 연료전지 출력 전압이 순간적으로 급강하하고 구동모터에 충분한 전력을 공급하지 못하여 차량 성능이 저하되는 단점이 있다(화학반응에 의해 전기를 발생시키므로 급격한 부하 변동에 대해서는 연료전지에 무리가 감). 뿐만 아니라, 연료전지는 단방향성 출력 특성을 가지므로 차량 제동시 구동모터로부터 인입되는 에너지를 회수할 수 없어 차량 시스템의 효율성을 저하시키는 단점이 있다.
상기와 같은 단점들을 보완하기 위한 방안으로 연료전지 하이브리드 차량이 개발되고 있다. 이러한 연료전지 하이브리드 차량은 소형 차량뿐만 아니라 버스 등의 대형 차량에서 주동력원인 연료전지 외에 모터 구동에 필요한 파워를 제공하기 위한 별도 동력원으로 축전수단인 고전압 배터리 또는 슈퍼캐패시터(슈퍼캡)를 탑재한 시스템이다. 현재 전력 변환기를 사용하지 않는 연료전지-슈퍼캡 직결형 하이브리드 차량이 연구되고 있는데, 연료전지-슈퍼캡 직결형 하이브리드 차량은 연비 우수(회생제동 大, 슈퍼캡 자체 효율 高, 전력변환기 無), 연료전지 내구 증대, 제어신뢰성 우수(자동 파워어시스트, 자동 회생제동 기능) 등의 장점을 가진다.
상기와 같이 연료전지와 슈퍼캡이 직결된 하이브리드 차량은 연료전지에서 일정한 전력을 계속 출력하여 주행이 이루어지되, 전력이 남는 경우 잉여분의 전력으로 슈퍼캡을 충전하고, 전력이 모자라는 경우 부족분의 전력을 슈퍼캡에서 보충 출력하는 운전 모드가 적용되고 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량의 파워넷 구성에 대해 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량의 파워넷 구성도로서, 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량의 파워넷 구성은, 주동력원으로 사용되는 연료전지(2), 보조동력원으로 사용되는 슈퍼캡(10), 연료전지(2)의 출력 측인 메인 버스단(3)과 슈퍼캡(10) 사이에 개재되는 슈퍼캡 초기충전 유닛(Supercap Precharge Unit)(9), 구동모터(8)를 회전시키기 위한 파워 모듈로 연료전지(2)와 슈퍼캡(10)의 출력 측에 연결되어 그로부터 직류전류를 입력받아 3상 PWM(Pulse Width Modulation)을 생성하고 모터 구동 및 회생제동을 제어하는 모터 제어기(Motor Control Unit, MCU)(인버터를 포함하는 것임)(7)를 포함한다. 상기 슈퍼캡 초기충전 유닛(9)은 초기 시동시에만 방전된 슈퍼캡 전압을 충전시키는 용도로 사용된다.
이러한 구성에서, 수소탱크(1)로부터 수소를 공급받고 공기블로워(도시하지 않음)로부터 공기를 공급받아 수소와 공기 중 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기를 발생시키는 연료전지(2)를 주동력원으로 사용한다. 구동모터(8) 및 MCU(7)는 연료전지(2)에 메인 버스단(3)을 통해 직접 연결되어 있으며, 동력 보조(파워 어시 스트) 및 회생제동을 위해 슈퍼캡(10)이 초기충전 유닛(9)을 통해 연결되어 있다. 또한 메인 버스단(3)에는 고전압과 저전압 사이의 출력 변환을 위한 LDC(Low Voltage DCDC Converter, LV DCDC)(11)와 보기류 부품 구동을 위한 저전압 배터리(12V 보조 배터리)(12)가 연결되어 있으며, 이와 더불어 메인 버스단(3)을 통해 직접 고전압 전력을 공급받아 작동되는 에어컨(13) 및 히터(냉난방용)(14)가 연결되어 있다.
연료전지(2)를 구동하기 위한 보기류 부품(Fuel Cell BOP, 공기블로워, 수소 재순환 블로워, 물펌프 등)(16)은 메인 버스단(3)에 연결되어 연료전지 시동을 용이하게 하며, 메인 버스단(3)에는 전력 차단 및 연결을 용이하게 하기 위한 각종 릴레이(4,5)와, 연료전지(2)로 역전류가 흐르지 않도록 하는 블로킹 다이오드(6)가 설치된다.
미설명부호 15는 연료전지 보기류(16)의 드라이버(Driver)를 나타내며, 17은 연료전지(2)의 냉시동을 용이하게 하기 위해 열을 공급해주는 히터를 나타낸다.
다음으로, 본 발명의 이해를 돕기 위해 연료전지 시스템의 구성에 대해 간략히 설명하면, 첨부한 도 2는 공기공급부와 수소공급부를 보여주고 있다. 도시된 바와 같이, 공기블로워(28)를 통해 공급된 건조공기는 가습기(29)를 통해 가습된 뒤 연료전지 스택(2)의 캐소드(Cathode)에 공급되며, 캐소드의 배기 가스는 내부에서 발생한 물 성분에 의해 가습된 상태로 가습기(29)에 전해져 공기블로워(28)에 의해 캐소드로 공급될 건조공기를 가습하는데 사용된다.
수소공급부는 2개의 라인으로 구성되어 있는데, 첫 번째 라인은 저압 레귤레 이터(LPR)(23)를 통해 연료전지 스택(2)의 애노드(Anode)로 수소를 공급하며, 수소 재순환 블로워(24)를 통해 애노드 출구단의 수소 중 일부가 재순환된다. 두 번째 라인은 고압의 수소를 밸브(25) 및 이젝터(26)를 통해 직접 애노드로 공급하며, 애노드 출구단의 일부 수소가 재순환되어 이젝터를 통해 공급된다.
또한 애노드에 남아있는 잔존 수소가 전기 발생 없이 전해질막을 직접 통과하여 캐소드의 산소와 반응하는 현상을 수소 크로스오버(Crossover)라 하며, 이러한 수소 크로스오버 양을 줄이기 위해서 저출력 구간에서는 애노드 압력을 낮추고 스택 출력을 높이는 고출력 구간에서는 압력을 높여야 한다. 이는 저압력 요구시에는 저압 레귤레이터(23)를 단독 사용하고, 고압 요구시나 수소 퍼지시에는 고압 수소를 밸브(25)의 제어를 통해 공급하여 해결한다. 애노드 압력(수소압)이 커질수록 수소 크로스오버 양은 증가하며, 수소 크로스오버는 연비 및 연료전지 내구에 좋지 않은 영향을 미치므로 적절한 애노드 압력을 유지하는 것이 필요하다. 수소 퍼지 밸브(27)는 애노드단의 불순물 및 응축된 물을 배출하여 스택 성능을 확보하기 위한 용도이며, 애노드 출구단은 워터 트랩(31)과 연결되어 응축된 물을 저장 후 양이 일정수준에 도달하면 밸브(32)를 통해 배출한다.
한편, 주동력원인 연료전지와 보조동력원인 슈퍼캡(또는 이차 전지인 고전압 배터리)을 포함하는 하이브리드 차량의 주행모드는 연료전지만을 동력원으로 하여 모터를 구동시키는 연료전지 주행모드(EV Mode)와, 연료전지 및 슈퍼캡을 동력원으로 하여 모터를 구동시키는 하이브리드 모드(HEV Mode)와, 슈퍼캡에 대한 충전이 이루어지는 회생제동 모드로 구분된다.
하지만 연료전지-슈퍼캡 직결형 하이브리드 차량은 연료전지에 의해 슈퍼캡이 자동 충전되는 문제가 있어 회생제동에 제약이 있다. 이에 저출력 구간 및 회생제동 시점에서 연료전지의 작동을 정지하는 제어를 통해 이 문제를 해결할 수 있으며, 더불어 효율이 낮은 저출력 구간에서의 연료전지 사용을 자제하여 연비의 상승을 도모할 수 있다.
이와 같이 연비 향상을 위해 차량 운행 도중에 필요한 경우 연료전지의 발전을 정지시키고 재개하는 과정[연료전지 정지(Fuel Cell Stop)/연료전지 재시동(Fuel Cell Restart) 과정], 즉 연료전지-배터리, 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량에서 연료전지의 발전을 일시적으로 정지시키는 아이들 스탑(Idle Stop)/해제 제어 과정[연료전지의 온(On)/오프(Off) 제어 과정]이 중요하게 고려되어야 한다. 차량 운행 도중 연료전지를 아이들 스탑시키는 것은 차량 운행을 모두 마친 뒤 연료전지 시스템을 완전히 셧다운(Shut Down)시키는 것과는 분명한 차이가 있으며, 따라서 연료전지의 아이들 스탑을 위한 제어 과정도 시스템 셧다운 제어 과정과는 분명히 차별화시킬 필요가 있다.
연료전지와 축전수단을 구비한 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 선행기술로서, 미국특허 공개번호 2003/118876에는 저출력 구간 혹은 슈퍼캡 전압이 일정수준 이상일 경우 연료전지와 슈퍼캡 사이에 연결되어 있는 릴레이 스위치를 오프하여 연료전지 출력을 차단하고 차량 요구 출력이 증가하거나 슈퍼캡 전압이 일정수준 이상이면 릴레이 스위치를 연결하여 연료전지 출력이 이루어지도록 하는 기술이 개시되어 있다. 여기서는 아이들 스탑 구현을 위해 연료전지 출력 차단을 위 한 버스단 릴레이 스위치를 온/오프하며, 별도의 릴레이 차단 제어가 필요하다.
또한 미국특허 제6484075호에는 바퀴회전수, 브레이크 작동 유무, SOC(State of Charge), 전기 부하 등을 통해 아이들 상태를 결정하여 연료전지에 의한 전원 공급을 차단하고 전원저장장치가 설정 SOC 값 이하로 떨어지는 경우 전원 공급을 재개하는 기술이 개시되어 있다. 여기서는 아이들 스탑 진입 조건이 매우 제한적이고(차량이 정지하고 부하가 소정치 이하이며 브레이크가 작동상태이고 SOC 값이 소정치 이상일 때), 아이들 스탑을 위해 연료전지 측에 DC/DC 초퍼(Chopper)와 같은 별도 장치가 필요하며, 아이들 스탑 해제시에 전류 제한을 위해서 DC/DC 초퍼를 사용한 뒤 슈퍼캡과 직결한다.
그러나 연료전지의 연비 향상 및 회생제동량 증대를 도모하면서 좀더 간략한 제어 과정으로 연료전지의 발전 정지 및 재시동이 이루어지도록 하는 방안이 필요하다. 또한 연료전지의 발전 정지 구간이 늘어날 경우 연료전지 내구에 문제가 발생할 소지가 많아지며, 이에 연료전지 비발전 구간에서도 연료전지를 최적의 상태로 유지하기 위한 방안이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 발명한 것으로서, 주동력원인 연료전지와 보조동력원인 축전수단(슈퍼캡 또는 배터리)을 구비한 연료전지-축전수단 직결형 하이브리드 차량에서 연비 향상 및 회생제동량 증대를 위한 아이들 스탑/해제 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 연료전지의 비발전 구간에서 연료전지를 최적의 상태로 유지할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 주동력원인 연료전지와 보조동력원인 축전수단을 구비한 연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법에 있어서, 연료전지의 발전 정지 조건을 판단하여 정지 여부를 결정하는 단계와; 연료전지의 발전 정지가 결정되면, 연료전지 스택으로의 반응가스 공급을 중지하여 연료전지로부터의 전류 출력이 중지되는 연료전지 발전 정지 모드가 실행되는 단계와; 연료전지 정지 상태에서 연료전지의 재시동 조건을 만족하면, 공기 공급 및 수소 공급을 재개하여 연료전지 재시동 모드가 실행되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 연료전지의 발전 정지 여부를 결정하는 단계는, 상기 축전수단의 전압을 기설정된 전압기준값과 비교하여 축전수단의 전압이 저출력 구간 또는 회생제동 구간에 해당하는 상기 전압기준값 이상이고 스택 열화에 해당하는 연료전지 경고 상황이 아닐 경우 연료전지의 발전 정지를 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한 일 실시예로서, 상기 연료전지 발전 정지 모드가 실행되는 단계는, 연료전지 스택으로의 공기 공급을 중지하는 단계와; 캐소드의 잔류 산소에 의해 생성된 전류가 차량 부하 및 축전수단 충전에 소모되어 연료전지 스택의 전류 출력이 중지되는 단계;로 실행되는 것임을 특징으로 한다.
여기서, 상기 연료전지 스택의 전류 출력이 중지되면 비발전 제어 모드로 진입하여 스택으로의 수소 공급을 통해 애노드의 압력을 애노드로의 산소 유입을 막기 위한 설정압으로 유지하는 단계와; 이후 연료전지 스택의 전압이 떨어져 제거되면 스택의 전압 형성을 방지하기 위해 전압 제거용 부하장치를 구동하고 수소 공급을 차단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 애노드의 압력을 설정압으로 유지하는 상태에서 비발전 제어 모드 시작 후 설정시간이 경과된 후에도 전압이 떨어지지 않고 존재하면 바로 전압 제거용 부하장치를 구동하는 단계와; 이후 스택의 잔존 전압이 제거되면 수소 공급을 차단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 비발전 제어 모드로 진입한 뒤 차량 가속 여부를 예측하여 가속이 예측되는 상황이라면 기존의 수소 공급 제어 상태를 계속 유지한다.
그리고 다른 실시예로서, 상기 연료전지 발전 정지 모드가 실행되는 단계는, 연료전지 스택으로의 수소 공급을 차단하는 단계와; 애노드의 잔류 수소에 의해 생성된 전류가 소모되고 이때 소모된 수소로 인해 애노드의 압력이 설정압까지 떨 어지면 연료전지 스택의 공기 공급을 차단하여 연료전지 스택의 전류 출력이 중지되는 단계;로 실행되는 것임을 특징으로 한다.
또한 상기 연료전지 재시동 모드가 실행되는 단계에서, 상기 축전수단의 전압이 기설정된 전압기준값 이하이거나 차량 요구 부하가 기준 부하 값 이상인 연료전지 재시동 조건을 만족하면, 공기 공급 및 수소 공급을 재개하여 연료전지 재시동 모드로 진입하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명에서는 연료전지 저효율 구간에서는 공기 공급/수소 공급을 중지한 뒤 잔류 산소/수소의 소모를 통해 스택의 전압을 떨어뜨려 연료전지를 정지시키고(EV 모드 또는 회생제동 모드), 축전수단(슈퍼캡 또는 배터리)의 전압이 기설정된 전압기준값 이하이거나 차량 요구 부하가 기준 부하 값 이상인 연료전지 재시동 조건을 만족하면 공기 공급 및 수소 공급을 재개하여 연료전지를 재시동하게 된다(HEV 모드). 이러한 본 발명의 제어 방법에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
1) 연료전지의 저효율 구간인 저출력 구간에서 연료전지 보기류(특히, 공기블로워)의 작동을 중지하므로 연비 및 시스템 효율의 향상을 기대할 수 있다.
2) 연료전지로부터의 축전수단으로의 자동 충전 및 그로 인한 축전수단의 전압 상승을 방지하므로 회생제동량을 증대시켜 연비를 향상시키는 효과가 있다.
3) 연료전지의 OCV(Open Circuit Voltage) 구간을 감소시켜 연료전지의 내구 성을 증대시킬 수 있게 된다.
4) 연료전지의 발전 정지 모드가 시작되어 스택으로의 공기 공급이 중지되면, 수소 공급을 바로 중지하지 않고 수소 공급을 통해 적정 애노드 압력을 유지한 뒤 연료전지 전압이 제거되면 스택 전압 제거용 부하장치를 연결 및 구동하고 수소 공급을 중지하는 비발전 구간 제어 과정에 의해 연비 손실 없이 애노드의 산소 유입으로 인한 스택 열화를 방지하고 스택 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.
5) 수소 공급 중단과 함께 스택 전압 제거용 부하장치를 연결 및 구동하여 이후 뜻하지 않게 스택에서 전압이 생성되더라도 즉시 제거가 가능하도록 함으로써, 스택 열화 방지 및 내구성 향상에 기여할 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 전력변환기를 사용하지 않는 연료전지-축전수단(예, 축전수단) 직결형 하이브리드 시스템은 연비 우수(회생제동 大, 슈퍼캡 자체 효율 高), 연료전지 내구 증대, 제어신뢰성 우수(자동 파워어시스트, 자동 회생제동 기능) 등의 장점을 가지나 연료전지로부터의 축전수단 자동 충전의 문제가 있어 축전수단의 전압 상승으로 인한 회생제동의 제약이 있게 된다. 예컨대, 연료전지에 의해 축전수단인 슈퍼캡의 자동 충전이 이루어지면 슈퍼캡에 충전된 전기에너지의 양이 많아지면서 회동제동에 의한 전기에너지의 충전량은 감소한다. 이는 저출력 구간 및 회생제동 구간에서 연료전지의 작동을 중지시키는 제어를 통해 해결할 수 있으며, 특히 효율이 낮은 저출력 구간에서의 연료전지 발전을 정지시켜 연비의 상승을 도모할 수 있다.
이에 본 발명은 연료전지-축전수단 직결형 하이브리드 시스템에서 반응가스의 공급/차단을 제어하여 연료전지의 온/오프를 제어하는 것에 주된 특징이 있는 것으로, 저출력 구간에서 반응가스의 차단을 통해 연료전지의 발전을 정지하여 주행을 위한 파워를 축전수단, 예를 들어 슈퍼캡 또는 배터리로부터 공급받아 차량이 EV 모드로 주행하도록 하고, 회생제동 구간에서도 연료전지를 정지시켜 연비 향상을 도모한다. 더불어, 저출력 구간 및 회생제동 구간에서 공기공급(공기블로워 구동을 필요로 함) 및 수소공급을 적절히 중단하게 되면 연료전지 시스템의 효율을 높일 수 있다(연비 향상).
연료전지 하이브리드 차량에서 연비를 증가시키기 위해서는 각 단품들의 효율을 높이는 기술도 필요하지만 최적의 차량 운전 기술 개발 또한 중요하다. 연비 상승을 도모할 수 있는 요인은 크게 연료전지 보기류 및 차량 보기류 구동 감소, 회생제동량 증대 및 수소 이용률 증대 등을 들 수 있으며, 이는 저출력 구간 및 회생제동 구간에서 전원 소스인 연료전지의 발전을 금지하는 방법을 통해 해결할 수 있다. 연료전지 시스템은 저출력 구간에서는 시스템 구동에 필요한 출력에 비해 연료전지 보기류(공기블로워, 수소 재순환 블로워 등)의 출력이 커서 효율이 나쁠 수밖에 없다. 따라서, 연료전지 차단을 위한 장치나 제어 없이 보기류의 사용을 적절히 중단하면 연료전지 시스템의 효율을 높일 수 있으며, 연료전지-축전수 단 직결형 시스템의 단점인 축전수단 자동 충전을 방지하여 회생제동량 감소를 막을 수 있다.
이하, 본 발명의 설명을 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량의 예를 들어 기술하나, 슈퍼캡이 또 다른 보조동력원인 고전압 배터리로 대체(연료전지-배터리 하이브리드 차량)될 수 있음은 당업자 수준에서 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 슈퍼캡 및 배터리는 공히 충/방전이 가능한 축전수단으로서, 이들이 연료전지 하이브리드 차량의 보조동력원으로 사용되고 있음은 주지의 사실이다.
아울러, 본 발명의 아이들 스탑/해제를 수행하는 제어 주체는 연료전지 시스템 제어기가 될 수 있으며, 연료전지 하이브리드 시스템에서 상위 제어기인 전력분배 제어기 등을 포함하여 통상의 제어 과정에 관여하는 여러 제어기들이 상기 연료전지 시스템 제어기와의 협조 제어를 통해 본 발명의 제어 수행이 구현되도록 할 수 있다.
첨부한 도 3은 본 발명에 따른 연료전지 온/오프 제어 과정을 나타내는 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 연료전지 온/오프 제어 방법을 설명하는 그래프이다.
먼저, 아이들 스탑 여부를 결정하는 단계, 즉 연료전지의 발전 정지 여부를 결정하는 단계가 선행된다(S10). 연료전지-슈퍼캡 직결형 하이브리드 시스템은 슈퍼캡의 전압이 연료전지의 부하와 반비례 관계에 있으므로 슈퍼캡 전압을 통해 연료전지의 발전 정지(=off)/재시동(=on) 여부를 결정할 수 있다.
이에 따라, 슈퍼캡 전압과 기설정된 제1전압기준값(도면에서는 'Vhigh _ limit2'로 표시함)을 비교하여 슈퍼캡 전압(=메인 버스단 전압, 메인 버스단에서 전압센서로 센싱되는 전압)이 저출력 구간 또는 회생제동 구간에 해당하는 제1전압기준값 이상이고 스택 열화에 해당하는 연료전지 경고 상황이 아닐 경우('Fuel Cell Warning Flag=0') 연료전지 정지가 결정되고, 결국 후술하는 바대로 연료전지 발전 정지 모드(Fuel Cell Stop Mode)가 수행된다(S20).
반면, 연료전지 정지 상태에서 아이들 스탑 해제 조건, 즉 연료전지 재시동 조건을 만족하는지를 모니터링하며(S30), 이때 슈퍼캡 전압과 기설정된 제2전압기준값(도면에서는 'Vhigh_limit1'로 표시함)을 비교하여 슈퍼캡 전압(연료전지의 부하와 반비례 관계임)이 제2전압기준값 이하이거나 차량 요구 부하가 기준 부하 값 이상이면 연료전지 재시동이 결정되고, 결국 후술하는 바대로 연료전지 재시동 모드(Fuel Cell Restart Mode)가 수행된다(S40).
여기서, 제1전압기준값은 스택의 저출력 구간 또는 회생제동 구간을 판단하기 위한 기준이 되는 슈퍼캡 전압 값으로, 연료전지-슈퍼캡 직결형 하이브리드 차량에서는 슈퍼캡 전압(연료전지의 부하와 반비례 관계임) 값을 통해 스택의 저출력 구간 또는 회생제동 구간을 판단할 수 있다.
바람직하게는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 연료전지 온(on)/오프(off) 시점에 히스테리시스(Hysterisis)를 두어 빈번한 온/오프를 방지하고, 연료전지 스택 열화 등 비정상상태의 연료전지 경고 상황에서는 연료전지의 오프를 금지한다. 또한 연료전지 오프 상태에서 온으로의 복귀 판단시에 차량 요구 부하(모터 전류, 차량 요구토크, 액셀 개도)가 일정수준 이상의 설정치이면 슈퍼캡 전압에 관계없이 재시동한다. 물론, 회생제동시에는 그 회생제동 판단의 기준이 되는 전압 값을 별도로 낮게 설정하여 연료전지를 빨리 정지시키고, 이를 통해 회생제동량을 늘릴 수도 있으며, 연료전지 발전 정지 모드에서는 공기블로워뿐만 아니라 수소 재순환 장치 냉각팬, 냉각펌프도 정지하여 보기류 사용 에너지를 절약한다. 상기 설정치는 연료전지 정지상태로부터 발전 재개로의 복귀 판단 기준이 되는 차량 요구 부하로서, 기설정되는 값이 된다.
이하, 본 발명에 따른 연료전지 발전 정지 모드 과정에 대해 상술하기로 한다.
첨부한 도 5와 도 6은 본 발명의 일 실시예와 다른 실시예에 따른 연료전지 발전 정지 모드의 제어 과정을 나타내는 순서도이고, 도 7은 본 발명에 따른 연료전지 발전 정지 모드의 제어 방법을 설명하는 그래프이다.
도시된 바와 같이, 정상 운행 중 연료전지 정지 조건에 들어서면 연료전지 발전 정지 모드의 제어 과정을 시작하는데(S20), 도 5의 실시예에서는 연료전지 발전 정지 모드 진입시 공기블로워의 구동을 우선 정지시켜 연료전지 스택의 반응가스 중 하나인 공기의 공급을 먼저 중지하고(S21), 이를 통해 연료전지 스택의 전류 출력을 차단하면서 연료전지를 정지시킨다(도 7에서 'F.C OFF').
상기와 같이 연료전지 정지 조건 진입시에 공기블로워의 구동을 멈추어 연료전지 스택의 캐소드로 더 이상 공기 공급을 하지 않게 되면, 연료전지 스택으로부 터의 전류 흐름이 곧바로 제거되지는 않는다. 즉, 캐소드의 잔류 산소에 의하여 생성된 전류는 슈퍼캡 충전 및 차량 보기류 전류, 차량 부하 등으로 소모된 뒤(S22), 소모된 산소로 인해 연료전지 스택의 전압이 슈퍼캡의 전압보다 낮게 되면 더 이상 연료전지 스택의 전류가 흐르지 않게 된다(S23).
이와 같이 연료전지의 출력이 차단된 상태에서 비발전 구간 제어를 수행하며(S24), 비발전 구간에서도 연료전지를 열화가 되지 않는 수준으로 유지하기 위해 공기블로워를 제외한 나머지 연료전지 보기류 작동 유무를 결정하여 제어하며, 연료전지 전압은 거의 사라진 상태가 된다.
반면, 도 6의 실시예에서는 연료전지 발전 정지 모드로 진입하게 되면(S20) 수소 공급을 먼저 차단(수소 밸브 차단)한 뒤(S21') 애노드의 잔류 수소에 의하여 생성된 전류를 슈퍼캡 충전 및 차량 보기류 전류, 차량 부하 등으로 소모하고(S22'), 소모된 수소로 인해 애노드의 압력이 적정 수준의 설정압(Poptimal)까지 떨어지면(S23') 공기 공급도 차단(공기블로워 오프)하여 더 이상의 전압 상승을 막아 연료전지 스택으로부터의 전류 흐름을 차단한다(S23"). 여기서, 상기 설정압(Poptimal)은 연료전지의 발전 정지시 수소 크로스오버(Crossover)를 줄이기 위해 유지하고자 설정하는 애노드 압력 값이다.
이와 같이 연료전지의 출력이 차단된 상태에서 비발전 구간 제어를 수행하며(S24), 비발전 구간에서도 연료전지를 열화가 되지 않는 수준으로 유지하기 위해 공기블로워를 제외한 나머지 연료전지 보기류의 작동 유무를 결정하여 제어하며, 연료전지 전압은 거의 사라진 상태가 된다.
상기한 바의 연료전지 발전 정지 모드가 실행되면 저출력 구간에서의 주행을 위한 파워를 슈퍼캡으로부터 공급받아 차량은 EV 모드로 주행하게 되고, 결국 저출력 구간에서 연료전지 및 그 보기류 등이 정지됨에 따라 연비 항샹을 도모할 수 있다. 또한 회생제동시라면 연료전지가 정지되면서 슈퍼캡으로의 자동 충전이 방지되고, 이에 회생제동량의 증대가 가능해진다.
다음으로, 첨부한 도 8은 본 발명에 따른 연료전지 재시동 모드의 제어 과정을 나타내는 순서도이고, 도 9는 본 발명에 따른 연료전지 재시동 모드의 제어 방법을 설명하는 그래프이다.
우선, 연료전지 재시동 모드에 진입하게 되면(S40), 먼저 전압 제거용 부하장치(도 1에서 도면부호 18임)의 작동 여부를 확인하여 정지하고(S41), 수소 공급 및 공기 공급을 재개(수소 밸브 오픈/공기블로워 온)하여 연료전지 전압을 상승시키며(S42), 연료전지 스택으로부터 차량 부하와 슈퍼캡 충전에 해당하는 전류가 출력되도록 한다(S43). 이때, 차량 요구 부하를 충족하기 위한 통상의 연료전지 보기류(공기블로워, 수소 재순환 블로워, 물펌프) 구동 제어가 개시된다. 또한 연료전지 시동과 동시에 전류를 빼가므로 스택 열화 등 연료전지의 비정상상태를 체크하여(S44) 만약 경고 상황이면 공기 공급량을 증가시키거나 수소 퍼징 주기를 짧게 제어(또는 퍼징시 수소 퍼지 밸브의 열림 유지시간을 길게 제어)하고(S45), 이를 통해 스택의 전기에너지 생성이 보다 빠르게 진행되도록 하여 스택의 성능을 유지한다. 통상의 연료전지 시스템에서는 스택 온도, 셀 간 전압 편차, 스택 토탈 전압 등을 측정하여 스택 열화와 같은 연료전지의 비정상상태를 판단하고 있다.
상술한 바와 같이 연료전지 재시동 모드로 진입하여 수소 공급 및 공기 공급을 재개함으로써 연료전지의 재시동이 완료되며(도 9에서 'F.C ON'), 이후 차량은 연료전지와 슈퍼캡의 파워를 동시에 사용하는 HEV 모드로 주행하게 된다(S46).
한편, 본 발명자는 본 발명의 제어 방법을 실차에 직접 적용하여 실차 정지상태에서 공기 공급 정지 및 공급 재개를 반복하였으며, 그 결과는 첨부한 도 10에 나타낸 바와 같다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 메인 버스단 전압(슈퍼캡 전압)에 따라 공기 공급 정지 및 재개를 반복하였으며, 공기 공급 정지시에는 전압이 자연 감소함을 알 수 있었다. 재시동시에는 적절한 유량을 공급하여 전압을 빨리 회복하였다.
첨부한 도 11과 도 12는 본 발명의 적용시에 연료전지 시스템 효율 향상과 에너지 사용 분포가 개선됨을 보여주는 분석 결과도로서, 효율이 낮은 저출력 구간에서 연료전지 보기류 작동을 멈추어 고효율 영역에 걸쳐 연료전지를 사용할 수 있음을 알 수 있다. 즉 연료전지에서 결론적으로 고효율 운전은 연료전지 보기류 에너지의 감소에서 기인하게 되며, 더구나 전압 상승시 연료전지로부터 충전되는 전류를 막아 충분한 회생제동이 가능토록 한다. 본 발명의 적용시에 기존 대비 약 4 ~ 5%의 연비 향상이 예측되었으며, 이러한 연비 향상은 연료전지 보기류 사용 감소(도 12에서 점선 표시)와 회생제동 에너지 회수 증가(도 12에서 점선 표시)에 기인한다. 도 11에서 'Fuel Cell Net Power'는 연료전지 출력에서 연료전지 보기류에 소요되는 출력을 뺀 출력으로, 연료전지에서 순수하게 차량 부하로 가는 출력 을 의미한다.
다음으로, 본 발명은 아이들 스탑 구현을 위한 연료전지의 발전 정지가 시작된 상태에서 연료전지를 최적의 상태로 유지하기 위한 제어 전략으로서 연비 향상분(아이들 스탑 제어에 따른 연비 향상분)의 손해없이 연료전지의 스택 열화를 방지할 수 있는 비발전 구간에서의 제어 방법을 포함한다.
이하, 첨부한 도 13을 참조하여 본 발명의 비발전 구간 제어 과정에 대해 설명하기로 한다. 도 13의 비발전 구간 제어는 도 5의 실시예에 따른 아이들 스탑 제어 과정의 후속 과정이 된다.
본 발명의 비발전 구간 제어 과정에서는 연료전지의 발전 정지 모드가 시작되어 스택으로의 공기 공급이 중지된 상태에서 연료전지의 잔존 전압(스택 잔존 전압) 판단, 스택의 애노드 압력 제어, 스택의 전압 생성 방지를 위한 부하장치 제어를 통해 연료전지를 최적의 상태로 유지하게 된다.
참고로, 연료전지의 정지시에 연료전지 전압(스택 전압, VFC)이 어느 정도 남아 있는 상태에서 애노드로 산소가 유입되면 카본 부식(Carbon Corrosion)으로 인해 스택 열화가 촉진되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 애노드로 수소 공급을 바로 중단하지 않고 수소 공급을 유지하여 산소가 애노드로 유입되는 것을 막을 필요가 있다.
하지만 수소 공급을 계속해서 유지하게 되면 애노드에 남아 있는 잔존 수소가 전기 발생 없이 전해질막을 직접 통과하여 캐소드의 산소와 반응하는 현상, 즉 수소 크로스오버(Crossover)가 발생하므로 연비에는 악영향을 주게 된다. 첨부한 도 14는 애노드의 수소 압력에 따른 수소 크로스오버 양을 보여주고 있다. 이에 적절한 압력으로 애노드의 수소 압력을 유지한다면 캐소드로의 수소 손실(크로스오버에 따른 손실)도 막을 수 있고 애노드로의 산소 유입을 막아 스택의 내구도 유지할 수 있다.
이러한 점을 감안하여, 본 발명에서는 연료전지 비발전 구간 시작 후 수소 공급을 바로 중지하지 않고 적정량의 수소 공급을 통해 애노드 압력을 유지한 뒤 연료전지 전압(스택 전압)이 제거되면 수소 공급을 중지하는 과정으로 진행하게 된다.
우선, 정상 운행 중에 도 4에 나타낸 바와 같은 연료전지의 발전 정지 조건을 만족하면, 도 5에 나타낸 바와 같은 연료전지의 발전 정지 모드의 제어(아이들 스탑 제어) 과정이 수행된다. 즉, 연료전지의 발전 정지 조건에 들어서면 먼저 공기블로워의 작동을 중지하여 공기 공급을 중단하고, 이때 캐소드의 잔류 산소가 슈퍼캡 충전, 차량 보기류 전류 등에 일부분 소모된다. 결국, 소모된 산소로 인해 연료전지 전압(스택 전압, VFC)이 슈퍼캡 전압보다 낮게 되어 더 이상의 연료전지 전류가 흐르지 않게 된다.
이러한 상태에서 도 13에 나타낸 바와 같이 비발전 제어 모드로 진입하게 되는데(S31), 우선 차량의 가속 여부를 예측하여 가속이 예측되는 상황이라면 스택 전압 제거용 부하장치(도 1에서 도면부호 18임)의 작동 없이 계속해서 기존의 수소 공급 제어 상태를 유지한다(S32,S33). 이때, 가속 예측 여부를 판단하기 위해서 가속페달 및 브레이크 페달 센서 값, 내비게이션 신호, 변속단수 등이 사용될 수 있다. 상기와 같이 가속이 예측이 되는 경우에는 애노드의 수소 공급 상태를 유지하여 수소 크로스오버로 인한 연비 악화를 감수하더라도 동력 성능을 확보할 수 있도록 한다. 이에 추후 연료전지의 재시동시에는 수소 공급 프로세스를 생략할 수 있으며, 발전 재개가 신속히 수행될 수 있게 된다.
반면, 가속이 예측되지 않는 경우에서는 비발전 제어 모드 시작 후 설정시간(Tmax _limit) 내에서 잔존 전압이 어느 정도 남아 있으므로, 이때는 스택으로의 수소 공급을 통해 애노드의 압력을 설정압(Poptimal)으로 유지한다(S34,S35). 여기서, 상기 설정압(Poptimal)은 캐소드로부터의 산소 유입을 막기 위한 애노드의 최소 수소 압력으로 설정된다. 이후, 애노드 내 수소가 크로스오버되어 직접 캐소드의 산소와 반응하고, 이에 캐소드 내에서 산소가 감소(공기 공급은 중지된 상태이므로 캐소드의 산소는 감소)하여 전압이 어느 정도 떨어지면(S36), 스택에 전압 제거용 부하장치를 연결 및 구동하여 전압 형성을 막으며(S37), 수소 공급 라인도 차단한다(S38). 이 상태에서는 외부 공기 유입과 같은 예기치 않은 상황에 의해 전압이 형성되더라도 전압 제거용 부하장치가 구동하여 전압 제거 및 더 이상의 전압 형성을 막게 된다.
한편, 수소 공급을 통해 애노드의 압력이 설정압으로 유지되는 상태에서 비발전 제어 모드 시작 후 설정시간(Tmax _limit)이 경과된 후에도 전압이 떨어지지 않고 존재하면(비발전 유지 시간>Tmax _limit이고 VFC>0인 조건), 전압이 떨어지는 것을 기다리지 않고 바로 전압 제거용 부하장치를 스택에 연결 및 구동하여 스택의 잔존 전압을 제거한다(S34,S35',S36'). 이후 잔존 전압이 제거되면 수소 공급을 차단한다(S37',S38'). 여기서, 상기 설정시간(Tmax _limit)은 스택의 전압 제거용 부하장치를 작동시키지 않는 최대 비발전 유지 시간으로 설정되는 값이다.
기본적으로 연료전지의 비발전 유지 시간이 길어질 경우에는 잔존 전압이 거의 없어지므로 굳이 수소 공급 제어를 할 필요없이 바로 부하장치를 구동하여(저항일 경우 스위치 연결) 전압 형성 방지를 위한 제어를 실시한다. 또한 고속시 뜻하지 않은 외부 공기의 유입으로 연료전지 전압(스택 전압)이 좀처럼 하강하지 않거나, 연료전지 전압이 메인 버스단 전압 이상으로 상승하여 예기치 않게 스택 전류가 흐르는 경우를 막기 위해서 바로 스택 전압 제거용 부하장치를 연결하여 전압을 하강시킨 후 수소 공급을 차단한다.
상기와 같이 본 발명에서는 연료전지의 비발전 구간에서 스택의 전압 형성을 막기 위한 부하장치(도 1에서 도면부호 18임)를 연료전지 스택의 출력측에 연결하여 추가 구비하는데, 전압 제거용 부하장치는 스위칭 수단에 의해 연결/차단되는 수동 소자인 저항이 될 수도 있고, 능동적인 제어를 위해 전력변환장치와 전력저장장치의 조합이 될 수도 있다.
저항일 경우에는 제어기에 의해 온/오프 제어되는 릴레이 스위치를 이용하여 저항을 선택적으로 연결/차단하면 상기의 제어 과정에서 전압 제거용 부하장치의 연결 및 구동 제어가 가능하고, 전력변환장치를 사용할 경우에는 전압이 어느 정도 이상 형성되면 전력변환장치를 제어기를 통해 제어하여 잔존 전력이 전력저장장치에 저장되도록 한다.
상술한 본 발명의 비발전 구간 제어 과정에서 가속이 예측되어 수소 공급 제어를 유지하는 방법이 가속 성능 측면에서 가장 유리하며, 수소 공급을 통해 애노드 압력을 유지한 뒤 수소 공급을 중단하는 방법이 가속 성능 측면에서 가장 불리하다. 또한 연비 측면에서는 가속이 예측되어 수소 공급 제어를 유지하는 방법이 가장 불리하며, 애노드 압력 제어 없이 스택 전압 제거용 부하장치를 바로 구동한 뒤 수소 공급을 중단하는 방법이 가장 유리하다.
첨부한 도 15는 본 발명에 따른 비발전 제어 방법의 실시예를 나타낸 도면으로, 수소 공급을 통해 애노드 압력을 유지한 뒤 최종적으로 수소 공급을 중단하는 방법이 적용되었을 경우의 전압 및 압력 변화를 보여주고 있다.
도시된 바와 같이, 연료전지 발전 정지 모드가 시작되어 공기 공급이 중단된 뒤 잔류 수소 및 산소에 의해 생성된 전류가 차량 부하 및 슈퍼캡 충전에 사용되어 연료전지 전류가 흐르지 않게 되면, 애노드 내 압력을 산소 유입을 막기 위한 최소 수소 압력으로 유지하게 된다. 이후 캐소드 내 산소 감소로 스택 전압이 떨어지면, 전압 제거용 부하장치를 연결 및 구동하고, 수소 공급을 중단한다.
이와 같이 하여, 상술한 본 발명의 비발전 구간 제어 방법에서는, 연료전지의 발전 정지 모드가 시작되어 스택으로의 공기 공급이 중지되고 나면, 수소 공급을 바로 중지하지 않고 적정량의 수소 공급을 통해 애노드 압력을 유지한 뒤 연료 전지 전압이 제거되면 수소 공급을 중지하는 과정으로 진행하게 된다. 이러한 비발전 구간 제어 과정에 의하면, 본 발명의 아이들 스탑 제어 적용에 따른 연비 향상분의 손해없이 산소가 전해질막을 통해 애노드로 유입되어 발생하는 스택 열화를 방지하고 스택 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량의 파워넷 구성도,
도 2는 연료전지 차량에서 공기공급부와 수소공급부를 도시한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 온/오프 제어 과정을 나타내는 순서도,
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 온/오프 제어 방법을 설명하는 그래프,
도 5와 도 6은 본 발명의 일 실시예와 다른 실시예에 따른 연료전지 발전 정지 모드의 제어 과정을 나타내는 순서도,
도 7은 본 발명에 따른 연료전지 발전 정지 모드의 제어 방법을 설명하는 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 연료전지 재시동 모드의 제어 과정을 나타내는 순서도,
도 9는 본 발명에 따른 연료전지 재시동 모드의 제어 방법을 설명하는 그래프,
도 10은 본 발명의 제어 방법을 실차에 적용한 결과를 나타낸 도면,
도 11과 도 12는 본 발명의 적용시에 연료전지 시스템 효율 향상과 에너지 사용 분포가 개선됨을 보여주는 분석 결과도,
도 13은 본 발명에 따른 비발전 구간 제어 방법을 나타내는 순서도,
도 14는 애노드의 수소 압력에 따른 수소 크로스오버 양을 보여주는 도면,
도 15는 본 발명에 따른 비발전 제어 방법의 실시예를 나타낸 도면으로, 전압 및 압력 변화를 보여주고 있는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 : 연료전지 스택 8 : 모터
10 : 슈퍼캡 16 : 연료전지 보기류
18 : 스택 전압 제거용 부하장치

Claims (8)

  1. 주동력원인 연료전지와 보조동력원인 축전수단을 구비한 연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법에 있어서,
    연료전지의 발전 정지 조건을 판단하여 정지 여부를 결정하는 단계와;
    연료전지의 발전 정지가 결정되면, 연료전지 스택으로의 반응가스 공급을 중지하여 연료전지로부터의 전류 출력이 중지되는 연료전지 발전 정지 모드가 실행되는 단계와;
    연료전지 정지 상태에서 연료전지의 재시동 조건을 만족하면, 공기 공급 및 수소 공급을 재개하여 연료전지 재시동 모드가 실행되는 단계;
    를 포함하는 연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료전지의 발전 정지 여부를 결정하는 단계는,
    상기 축전수단의 전압을 기설정된 전압기준값과 비교하여 축전수단의 전압이 저출력 구간 또는 회생제동 구간에 해당하는 상기 전압기준값 이상이고 스택 열화에 해당하는 연료전지 경고 상황이 아닐 경우 연료전지의 발전 정지를 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료전지 발전 정지 모드가 실행되는 단계는,
    연료전지 스택으로의 공기 공급을 중지하는 단계와;
    캐소드의 잔류 산소에 의해 생성된 전류가 소모되어 연료전지 스택의 전류 출력이 중지되는 단계;
    로 실행되는 것임을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 연료전지 스택의 전류 출력이 중지되면 비발전 제어 모드로 진입하여 스택으로의 수소 공급을 통해 애노드의 압력을 애노드로의 산소 유입을 막기 위한 설정압으로 유지하는 단계와;
    이후 연료전지 스택의 전압이 떨어져 제거되면 스택의 전압 형성을 방지하기 위한 전압 제거용 부하장치를 구동하고 수소 공급을 차단하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 애노드의 압력을 설정압으로 유지하는 상태에서 비발전 제어 모드 시작 후 설정시간이 경과된 후에도 전압이 떨어지지 않고 존재하면 바로 전압 제거용 부하장치를 구동하는 단계와;
    이후 스택의 잔존 전압이 제거되면 수소 공급을 차단하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 비발전 제어 모드로 진입한 뒤 차량 가속 여부를 예측하여 가속이 예측되는 상황이라면 기존의 수소 공급 제어 상태를 계속 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료전지 발전 정지 모드가 실행되는 단계는,
    연료전지 스택으로의 수소 공급을 차단하는 단계와;
    애노드의 잔류 수소에 의해 생성된 전류가 소모되고 이때 소모된 수소로 인해 애노드의 압력이 설정압까지 떨어지면 연료전지 스택의 공기 공급을 차단하여 연료전지 스택의 전류 출력이 중지되는 단계;
    로 실행되는 것임을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료전지 재시동 모드가 실행되는 단계에서,
    상기 축전수단의 전압이 기설정된 전압기준값 이하이거나 차량 요구 부하가 기준 부하 값 이상인 연료전지 재시동 조건을 만족하면, 공기 공급 및 수소 공급을 재개하여 연료전지 재시동 모드로 진입하는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법.
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