KR20100013313A - 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어방법 및 제어장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어방법 및 제어장치에 관한 것으로, 연료전지 및/또는 배터리로부터 일정한 전압을 공급받는 모터의 최대출력값 이하의 범위 내에서 상기 연료전지와 배터리의 동력공급상태의 변환 및 분배의 기준이 되는 모드변환출력값을 설정하는 기준치설정단계와; 주행 중에 상기 모터에서 요구되는 출력값을 실시간으로 추출하는 요구치추출단계와; 상기 모드변환출력값을 상기 모터에서 실시간으로 추출되는 요구출력값과 비교하는 출력치비교단계와; 상기 요구출력값이 상기 모드변환출력값 미만이면, 연료전지로부터 모터로 일정한 전압을 공급하는 연료전지 컨버터를 가동시키고, 배터리로부터 모터로 일정한 전압을 공급하는 배터리 컨버터의 가동을 정지시키는 저출력변환단계와; 상기 요구출력값이 상기 모드변환출력값 이상이면, 상기 연료전지 컨버터와 배터리 컨버터를 상호 일정한 출력비율을 가지도록 동시에 가동시키는 고출력변환단계;를 포함하여 구성됨을 기술적 요지로 하여, 연료전지와 배터리 각각의 출력특성의 한계를 상호보완하도록 연료전지와 배터리의 출력비중을 적정하게 분배 적용하여 에너지 분배효율을 보다 향상시킬 수 있으며, 연료전지의 최대허용출력을 줄여 고출력 범위에서 안정적으로 동력을 공급할 수 있는 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어방법 및 제어장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어방법 및 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지와 배터리를 이용하여 요구되는 출력값에 따라 다른 동력공급방식으로 변환되며 안정적으로 모터에 동력을 공급할 수 있는 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어방법 및 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에 있어서 하이브리드는 자동차에 동력을 두 가지 이상 준다는 의미로서, 하이브리드 자동차는 기존 엔진과 배터리, 엔진과 연료전지, 밧데리와 연료전지와 같은 2가지 동력원을 혼합적용함으로써 전기, 기름, 가스 등의 연료를 보다 에너지 효율적으로 사용가능하고, 자동차 배기가스로 인한 공해문제를 해결할 수 있어 이를 실용화시키기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
연료전지는 수소 등의 활성을 갖는 물질을 전기화학 반응을 통해 산화시켜 그 과정에서 방출되는 화학에너지를 전기로 변환시키는 작동원리를 가짐에 따라, 특정 범위의 출력밀도에서 최적효율을 유지할 수 있는 출력특성으로 인해 순수 연 료전지를 자동차의 동력원으로 적용시킨 경우 연료전지의 고효율 영역에서 벗어나는 경우가 빈번하여 효율이 저하될 수 밖에 없게 된다.
연료전지 적용의 이러한 제약을 극복하기 위하여 연료전지의 출력특성을 보상해 줄 수 있는 다른 에너지원을 보조적으로 적용하고 있으며, 이러한 종래기술로써 대한민국 특허청 특허등록번호 제460881호의 연료전지 하이브리드 전기자동차의 동력분배 제어시스템 및 제어방법이 공지되어 있어, 이를 간단히 설명하기로 한다.
상기 종래기술은 주동력원으로 사용되는 연료전지; 보조동력원으로 사용되는 배터리; 상기 배터리에 연결되어 전력이 입출력되도록 하는 양방향 DC/DC 컨버터; 상기 연료전지와 상기 양방향 DC/DC 컨버터에 전기적으로 연결되는 인버터; 상기 인버터에 연결되어 전기에너지를 차량을 구동하는 회전운동에너지로 변환하는 모터; 및 차량 요구동력을 추정하고, 상기 추정된 차량 요구동력과 연료전지 및 배터리의 상태에 기초하여 연료전지, 배터리, 양방향 DC/DC 컨버터, 및 인버터 사이의 동력전달을 제어하는 제어부를 포함하는 구성을 가진다.
그리고, 상기 제어부는, 상기 연료전지의 에너지만이 상기 모터를 구동하도록 하는 연료전지 모드; 상기 연료전지와 상기 배터리의 에너지가 동시에 상기 모터를 구동하도록 하는 배터리 방전 모드; 상기 연료전지에서 출력되는 에너지의 일부는 상기 모터를 구동하고, 다른 일부는 배터리를 충전하도록 하는 배터리 충전 모드; 및 회생 제동 에너지로 배터리를 충전하는 리제너레이션 모드 중 어느 하나의 모드를 택일적으로 수행하는 구성을 가진다.
상기 종래기술은 상황에 따라 상기 모드 중 적절하게 선택, 적용함으로써 연 료전지의 운용범위 및 배터리 상태를 고려하여 에너지 분배의 최적화를 도모하고자 하였으나, 배터리의 가동이 유일하게 이루어지는 배터리 방전모드에서도 배터리가 최대출력으로 가동중인 연료전지의 부족한 동력분 중 일부만을 충당하게 되는 한계를 가지고 있었다.
상기와 같이 배터리가 연료전지를 보조하는 역할로써 미시적으로만 출력을 분담하게 됨에 따라, 고출력에서 일정한 성능을 구현하지 못하는 연료전지의 특성에 그대로 의존하게 되어 가속구간이나 경사면을 오르는 구간과 같이 고출력이 요구되는 구간이나 고출력으로 급변환되는 구간 등에서 동력공급이 안정되게 이루어질 수 없는 문제점을 그대로 가지게 된다.
또한, 연료전지의 에너지 이용효율을 고려하는 것에 비해 배터리의 가동효율이 고려되지 못하여 연료전지와 배터리의 출력 비중을 적정하게 분배하지 못하고 있어, 연료전지와 배터리를 상호보완적으로 적정하게 복합적용시킴에 따른 에너지 분배효율을 향상시키지 못하고 있다는 문제점이 있었다.
기술적 과제
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 연료전지와 배터리의 출력비중을 적정하게 분배 적용함으로써 보다 안정적으로 고출력의 동력을 공급할 수 있고 에너지 분배효율 또한 향상시킬 수 있는 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어방법 및 제어장치를 제공하는 데 목적이 있다.
기술적 해결방법
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 연료전지 및/또는 배터리로부터 일정한 전압을 공급받는 모터의 최대출력값 이하의 범위 내에서 상기 연료전지와 배터리의 동력공급상태의 변환 및 분배의 기준이 되는 모드변환출력값을 설정하는 기준치설정단계와; 주행 중에 상기 모터에서 요구되는 출력값을 실시간으로 추출하는 요구치추출단계와; 상기 모드변환출력값을 상기 모터에서 실시간으로 추출되는 요구출력값과 비교하는 출력치비교단계와; 상기 요구출력값이 상기 모드변환출력값 미만이면, 연료전지로부터 모터로 일정한 전압을 공급하는 연료전지 컨버터를 가동시키고, 배터리로부터 모터로 일정한 전압을 공급하는 배터리 컨버터의 가동을 정지시키는 저출력변환단계와; 상기 요구출력값이 상기 모드변환출력값 이상이면, 상기 연료전지 컨버터와 배터리 컨버터를 상호 일정한 출력비율을 가지도록 동시에 가동시키는 고출력변환단계;를 포함하여 구성되는 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어방법을 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 연료전지와 배터리가 동시에 작동되는 경우에 적용가능한 연료전지와 배터리의 출력분배비율 설정하는 출력비설정단계와; 상기 연료전지 컨버터에서 모터로의 전압공급경로상에서 저항을 조정하여 상기 연료전지와 배터리의 지정된 출력분배비율로 전압을 조정하는 출력비조정단계;를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 모드변환출력값은, 속도, 제동, 경사각의 유지 및 변동이 이루어지는 지정된 주행조건 하에서 상기 모터에 요구되는 전력값의 평균을 도출하고, 평균치의 전력값을 상기 연료전지 및 연료전지 컨버터로부터 일정하게 공급되는 전압으로 나누어 일정한 전류값을 도출하며, 도출된 평균치의 전류값을 초과하는 수치로 지정된 전류값임이 바람직하다.
또한, 상기 요구출력값은, 속도, 제동, 경사각의 유지 및 변동이 이루어지는 주행조건 하에서 실시간으로 요구되는 전력값을 상기 연료전지 및 연료전지 컨버터로부터 일정하게 공급되는 전압으로 나누어 도출된 전류값임이 바람직하다.
그리고, 상기 연료전지와 배터리의 출력분배비율은, 상기 연료전지(및 연료전지 컨버터)와 배터리(및 배터리 컨버터)의 공급가능한 최대출력의 비율임이 바람직하다.
또한, 상기 연료전지의 전압을 상기 배터리로 공급하여 충전시키는 배터리충전단계;를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명은 모터에 전력을 공급하도록 전기적으로 연결되는 연료전지와; 상기 모터가 상기 연료전지로부터, 또는 상기 연료전지 및 배터리로부터 선택적으로 전력을 공급받을 수 있도록 상기 모터에 전기적으로 연결되는 배터리와; 상기 연료전지에서 상기 모터로 공급되는 전력을 일정하게 조정하도록 상기 연료전지와 모터의 연결경로상에 설치되는 연료전지 컨버터와; 상기 연료전지 컨버터 외부에서 상기 모터로 공급되는 전력을 조정가능하도록 상기 연료전지 컨버터와 모터의 연결경로상에 설치되는 가변저항과; 상기 배터리에서 상기 모터로 공급되는 전력을 일정하게 조정하도록 상기 배터리와 모터의 연결경로상에 설치되며, 상기 연료전지와 배터리가 일정한 출력 비율로 모터에 전력을 공급가능하도록 상기 가변저항과 모터의 연결경로상에 전기적으로 연결된 배터리 컨버터와; 상기 모터에서 요구되는 출력값이 지정된 기준출력값 미만인 경우, 상기 연료전지와 모터간의 연결경로상에서 상기 배터리와 모터의 연결경로를 단락조정하는 제어부;를 포함하여 구성되는 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어장치를 다른 기술적 요지로 한다.
유리한 효과
상술한 바와 같은 구성에 의한 본 발명은, 모드변환출력값 이상의 고출력이 요구되는 경우 연료전지와 배터리가 상호 일정한 비율로 출력전압을 공급하도록 하도록 함으로써, 연료전지와 배터리 각각의 출력특성의 한계를 상호보완하도록 연료전지와 배터리의 출력비중을 적정하게 분배 적용하여 에너지 분배효율을 보다 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 고출력 공급 시 연료전지와 배터리가 동급의 출력비중을 가짐으로써, 연료전지의 최대허용출력을 줄이면서 고출력 범위에서 안정적으로 동력을 공급할 수 있으며, 무게와 부피의 제약이 많고 고가의 연료전지의 비중을 감소시켜 보다 경량화, 소형화, 실용화를 구현할 수 있다는 다른 효과가 있다.
그리고, 저출력 모드와 고출력 모드 전부에서 연료전지의 여분의 에너지가 지속적으로 배터리를 충전시킬 수 있어 연료전지 가동 중에는 요구출력값의 고, 저에 무관하게 지속적인 동력공급이 이루어질 수 있다는 다른 효과가 있다.
또한, 컨버터 및 가변저항을 이용한 간단한 구조에 의해, 연료전지만을 사용하는 모드와 연료전지와 배터리를 지정된 출력비로 함께 사용하는 모드 각각의 구현과, 지정출력값을 기준으로 모드간의 변환조정이 가능하고 연료전지와 배터리의 출력비율을 조정이 용이하게 이루어질 수 있는 제어방식의 구현이 용이하게 이루어질 수 있다는 다른 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어방법의 제1실시예를 도시한 순서도
도 2는 본 발명에 따른 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어장치를 도시한 구성도
도 3은 지정된 주행조건 하에서 주행하는 동안 요구되는 출력값의 데이터를 표시한 그래프
도 4는 연료전지와 배터리의 요구출력 및 담당출력을 개념화시킨 그래프
도 5는 최대출력 4kw, 모드변환전류값 30A에서 연료전지와 배터리의 요구출력 및 담당출력값의 데이터를 표시한 그래프
발명의 실시를 위한 최선의 형태
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명을 다음의 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어방법의 제1실시예를 도시한 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어장치를 도시한 구성도이다.
그리고, 도 3은 지정된 주행조건 하에서 주행하는 동안 요구되는 출력값의 데이터를 표시한 그래프이고, 도 4는 연료전지와 배터리의 요구출력 및 담당출력을 개념화시킨 그래프이며, 도 5는 최대출력 4kw, 모드변환전류값 30A에서 연료전지와 배터리의 요구출력 및 담당출력값의 데이터를 표시한 그래프이다.
본 발명에 따른 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어방법은 크게 기준치설정단계와, 요구치추출단계와, 출력치비교단계와, 저출력변환단계와, 고출력변환단계로 이루어지며, 고출력 모드에서 연료전지와 배터리를 동급의 출력비중으로 가동시켜 상기 연료전지 및 배터리로부터 전압을 공급받는 모터를 주요한 동력원으로 사용하는 근거리 이동용 소형의 전기자동차의 주행성능을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
상기 기준치설정단계는 상기 연료전지와 배터리를 상기 저출력변환단계 또는 고출력변환단계로 동력공급상태를 변환시키는 기준이 되는 모드변환출력값을 설정하는 과정으로, 상기 모드변환출력값은 특정한 사양을 가지는 상기 연료전지와 배터리로부터 일정한 전압을 공급받게 되는 상기 모터의 최대출력값 이하의 범위 내에서 설정되어야 한다.
상기 모드변환출력값은, 속도, 제동, 경사각의 유지 및 변동이 이루어지는 지정된 주행조건 하에서 지정된 시간동안 상기 모터에 요구되는 전력값의 평균을 도출한 후, 상기 평균치의 전력값을 특정한 사양을 가지는 상기 연료전지 및 연료전지 컨버터에 의해 상기 모터로 공급되는 일정한 전압값으로 나누어 평균의 전류값을 도출하고, 최종적으로 상기 평균치의 전류값을 초과하면서도 상기 모터의 최대출력값 이하의 범위 내에서 지정한 전류값이다.
도 3은 지정된 주행조건 하에서 주행하는 동안 요구되는 출력값의 데이터를 표시한 그래프로, 일정시간간격마다 체크한 전력값을 연료전지 및 연료전지 컨버터 의 일정한 출력전압으로 나누어 평균치의 전류값 28A를 도출할 수 있으며, 상기 모드변환출력값을 28A보다 작게 설정하면 상기 배터리를 빈번히 충전해야하고, 상기 모드변환출력값이 28A이면 모드변환이 자주 발생하게 되어 상기 연료전지 컨버터 및 배터리 컨버터에 무리가 가게 되므로, 도 4의 데이터를 얻은 주행조건 하에서 상기 모드변환출력값은 상기 평균치의 전류값 28A 보다 약간 큰 30A 로 지정하는 것이 바람직하다.
상기 요구치추출단계는 주행 중에 상기 모터에서 요구되는 출력값을 실시간으로 추출하는 과정으로, 상기 요구출력값은 차량이 실제 주행하는 동안 실시간으로 요구되는 전력값을 특정한 사양을 가지는 상기 연료전지 및 연료전지 컨버터에서 일정하게 공급되는 전압값으로 나눈 전류값이다.
상기 출력치비교단계는 상기 모드변환출력값을 상기 모터에서 실시간으로 추출되는 상기 요구출력값과 실시간으로 비교하는 과정이며, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 출력치비교단계에서 상기 저출력변환단계와 고출력변환단계로 연속됨에 있어서, 상기 요구출력값이 상기 모드변환출력값 미만이면 이후 상기 저출력변환단계로 변환되거나 이어지고, 상기 요구출력값이 상기 모드변환출력값 이상이면 상기 고출력변환단계로 변환되거나 이어진다.
상기 저출력변환단계는 상기 요구출력값이 상기 모드변환출력값 미만인 경우에 적용되는 과정으로, 상기 연료전지로부터 상기 모터로 일정한 전압을 공급하는 연료전지 컨버터는 가동시키고, 상기 배터리로부터 상기 모터로 일정한 전압을 공급하는 상기 배터리 컨버터의 가동은 정지시킴으로써, 상기 연료전지만으로부터 전 압이 공급되도록 한다.
상기 고출력변환단계는 상기 요구출력값이 상기 모드변환출력값 이상인 경우에 적용되는 과정으로, 상기 연료전지 컨버터와 배터리 컨버터를 특정한 사양을 가지는 상기 연료전지(및 연료전지 컨버터)와 배터리(및 배터리 컨버터)의 공급가능한 최대출력을 고려한 일정한 비율로 출력되도록 동시에 가동시킨다.
상기 연료전지와 배터리를 일정한 비율로 출력시킴에 있어서, 상기 연료전지(및 연료전지 컨버터)와 배터리(및 배터리 컨버터)의 최대출력값의 비에 해당되는 비율로 상기 연료전지와 배터리의 출력분배비율을 미리 지정하는 출력비지정단계와, 상기 연료전지 컨버터에서 상기 모터로의 전압공급경로상에서 저항값을 조정함으로써 상기 고출력변환단계에서 출력될 지정된 분배비율로 상기 연료전지와 배터리의 공급전압을 조정하는 출력비조정단계를 포함하면 상기 고출력변환단계에서 상기 연료전지와 배터리를 각각의 출력사양에 비례되는 분배비율로 자동으로 가동시킬 수 있다.
고출력 공급 시 상기 고출력변환단계에 의해 상기 연료전지와 배터리가 동급의 출력비중을 가짐으로써 고출력 범위에서도 상기 연료전지의 최대허용출력을 줄이면서 안정적으로 동력을 공급할 수 있고, 무게와 부피의 제약이 많은 상기 연료전지의 비중을 감소시켜 하이브리드 자동차의 경량화, 소형화를 구현할 수 있다.
상기 연료전지의 전압을 상기 배터리로 공급하여 충전시키는 배터리충전단계를 더 포함하면, 상기 저출력변환단계에 의해 상기 연료전지만 가동되는 경우와 상기 고출력변환단계에 의해 상기 연료전지와 배터리가 함께 가동되는 경우 전부에서 상기 연료전지의 최대허용출력이 최대출력보다 낮은 범위에서 가동이 이루어지게 되어, 상기 연료전지의 여분의 에너지로 지속적으로 배터리를 충전시킬 수 있어, 연료전지 가동 중에는 요구출력값의 고, 저에 무관하게 지속적인 동력공급이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기와 같이 상기 모터에서 상기 모드변환출력값 이상의 고출력이 요구되는 경우 상기 연료전지와 배터리가 각각의 출력성능에 비례하여 상호 일정한 비율로 출력전압을 공급하게 되어, 상기 연료전지의 고출력에서의 일정하게 성능을 유지못하는 한계를 가지는 출력특성과 상기 배터리의 고출력, 장시간가동이 이루어지기 어려운 한계를 가지는 출력특성을 상호보완시킴으로써 기존에 연료전지의 기능에만 치중되어 이루어지던 경우에 비해 에너지 분배효율이 보다 향상된 결과를 얻게 된다.
다음으로 상기와 같은 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어방법을 구현할 수 있는 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어장치에 대해 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어장치는 크게 연료전지, 배터리, 연료전지 컨버터, 가변저항, 배터리 컨버터, 제어부로 이루어지며, 상기 배터리에서 상기 모터측으로 전력이 공급되는 경로를 단락시키거나 상기 연료전지와 일정한 비율로 상기 배터리에서 전력을 공급하도록 상기 모터와 전기적으로 연결시키는 조정이 이루어지게 된다.
상기 연료전지는 모터에 전력을 공급하도록 전기적으로 연결되고, 상기 연료 전지 컨버터는 상기 연료전지에서 상기 모터로 공급되는 전력을 일정하게 조정하도록 상기 연료전지와 모터의 연결경로상에 설치된다.
상기 배터리는 상기 모터가 상기 연료전지로부터, 또는 상기 연료전지 및 배터리로부터 선택적으로 전력을 공급받을 수 있도록 상기 모터에 전기적으로 연결되고, 상기 배터리 컨버터는 상기 배터리에서 상기 모터로 공급되는 전력을 일정하게 조정하도록 상기 배터리와 모터의 연결경로상에 설치된다.
상기 연료전지 컨버터와 배터리 컨버터는 전류를 제어하는 반도체 회로 위에 변압기 코일역할을 하는 인덕터를 적층하거나 반도체 회로 옆에 인덕터를 나란히 배열한 형태를 가져 배터리 등으로부터 생성되는 직류전기를 각 부품에 맞는 전압의 직류로 바꿔 배분하는 기능을 수행하는 DC-DC 컨버터를 사용한다.
상기 연료전지 컨버터와 모터의 연결경로상에는 상기 가변저항이 상기 연료전지 컨버터 외부에서 상기 모터로 공급되는 전력을 조정가능하도록 설치되며, 상기 가변저항과 모터의 연결경로상에는 상기 배터리 컨버터에서 상기 모터측으로 연장되는 전압공급경로의 단부가 상기 연료전지와 배터리가 일정한 출력 비율로 모터에 전력을 공급가능하도록 전기적으로 연결된다.
상기 제어부는 상기 모터에서 요구되는 출력값이 상기 모드변환출력값에 해당되는 지정된 기준출력값 미만인 경우 상기 연료전지와 모터간의 연결경로상에서 상기 배터리와 모터의 연결경로를 단락시켜 상기 연료전지 컨버터만이 가동되도록 하며, 상기 모터의 요구출력값이 상기 모드변환출력값 이상인 경우 상기 연료전지와 배터리가 상기 가변저항에 의해 형성된 전압분배비율로 함께 가동이 이루어지게 된다.
최대출력 4kw의 모터, 최대정격출력 1.7kw의 연료전지, 최대출력 2.4kw의 사양의 배터리를 구비하고, 도 3의 그래프로부터 도출된 모드변환출력값 30A를 적용하면, 상기 모드변환출력값 이상에서 최대출력 4kw 이하의 출력범위에서는 도 4에 도시된 바와 같이 연료전지와 배터리의 요구출력 및 담당출력을 상기 연료전지의 최대정격출력 1.7kw와 상기 배터리의 최대출력 2.4kw의 비에 해당되는 1 : 1.4의 출력비율을 적용시켜 개념화할 수 있다.
도 5는 최대출력 4kw, 모드변환전류값을 30A, 전압값 47.8V, 연료전지와 배터리의 전압비율 1 : 1.4를 적용하여 요구출력을 일정하게 상승시켜가며 실제로 측정한 연료전지와 배터리의 요구출력 및 담당출력값의 데이터를 표시한 그래프로, 상기 모드변환전류값 30A에 해당되는 요구출력 1425kw지점 이상에서 연료전지와 배터리가 1 : 1.3∼1.5 의 비율로 출력됨을 확인할 수 있다.
상기 모드변환전류값과 연료전지와 배터리의 출력비율은 주행조건이나 장치의 사양에 따라 각각 다르게 적용되는 것이 바람직하나, 상기 연료전지 컨버터, 배터리 컨버터 및 가변저항을 이용하여 간단히 조정할 수 있고, 상기 모드변환출력값을 다른 수치로 순차적용시키면서 최적효율을 찾아낼 수 있으며, 상기 모드변환출력값을 기준으로 모드간의 변환조정 또한 용이하게 이루어질 수 있다.
Claims (8)
- 연료전지 및/또는 배터리로부터 일정한 전압을 공급받는 모터의 최대출력값 이하의 범위 내에서 상기 연료전지와 배터리의 동력공급상태의 변환 및 분배의 기준이 되는 모드변환출력값을 설정하는 기준치설정단계와;주행 중에 상기 모터에서 요구되는 출력값을 실시간으로 추출하는 요구치추출단계와;상기 모드변환출력값을 상기 모터에서 실시간으로 추출되는 요구출력값과 비교하는 출력치비교단계와;상기 요구출력값이 상기 모드변환출력값 미만이면, 연료전지로부터 모터로 일정한 전압을 공급하는 연료전지 컨버터를 가동시키고, 배터리로부터 모터로 일정한 전압을 공급하는 배터리 컨버터의 가동을 정지시키는 저출력변환단계와;상기 요구출력값이 상기 모드변환출력값 이상이면, 상기 연료전지 컨버터와 배터리 컨버터를 상호 일정한 출력비율을 가지도록 동시에 가동시키는 고출력변환단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어방법
- 제 1항에 있어서,상기 연료전지와 배터리가 동시에 작동되는 경우에 적용가능한 연료전지와 배터리의 출력분배비율 설정하는 출력비설정단계와;상기 연료전지 컨버터에서 모터로의 전압공급경로상에서 저항을 조정하여 상기 연료전지와 배터리의 지정된 출력분배비율로 전압을 조정하는 출력비조정단계;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어방법
- 제 1항에 있어서, 상기 모드변환출력값은,속도, 제동, 경사각의 유지 및 변동이 이루어지는 지정된 주행조건 하에서 상기 모터에 요구되는 전력값의 평균을 도출하고, 평균치의 전력값을 상기 연료전지 및 연료전지 컨버터로부터 일정하게 공급되는 전압으로 나누어 일정한 전류값을 도출하며, 도출된 평균치의 전류값을 초과하는 수치로 지정된 전류값임을 특징으로 하는 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어방법
- 제 1항에 있어서, 상기 요구출력값은,속도, 제동, 경사각의 유지 및 변동이 이루어지는 주행조건 하에서 실시간으로 요구되는 전력값을 상기 연료전지 및 연료전지 컨버터로부터 일정하게 공급되는 전압으로 나누어 도출된 전류값임을 특징으로 하는 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어방법
- 제 1항에 있어서, 상기 연료전지와 배터리의 출력분배비율은,상기 연료전지(및 연료전지 컨버터)와 배터리(및 배터리 컨버터)의 공급가능 한 최대출력의 비율임을 특징으로 하는 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어방법
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 연료전지의 전압을 상기 배터리로 공급하여 충전시키는 배터리충전단계;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로하는 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어방법
- 모터에 전력을 공급하도록 전기적으로 연결되는 연료전지와;상기 모터가 상기 연료전지로부터, 또는 상기 연료전지 및 배터리로부터 선택적으로 전력을 공급받을 수 있도록 상기 모터에 전기적으로 연결되는 배터리와;상기 연료전지에서 상기 모터로 공급되는 전력을 일정하게 조정하도록 상기 연료전지와 모터의 연결경로상에 설치되는 연료전지 컨버터와;상기 연료전지 컨버터 외부에서 상기 모터로 공급되는 전력을 조정가능하도록 상기 연료전지 컨버터와 모터의 연결경로상에 설치되는 가변저항과;상기 배터리에서 상기 모터로 공급되는 전력을 일정하게 조정하도록 상기 배터리와 모터의 연결경로상에 설치되며, 상기 연료전지와 배터리가 일정한 출력 비율로 모터에 전력을 공급가능하도록 상기 가변저항과 모터의 연결경로상에 전기적으로 연결된 배터리 컨버터와;상기 모터에서 요구되는 출력값이 지정된 기준출력값 미만인 경우, 상기 연 료전지와 모터간의 연결경로상에서 상기 배터리와 모터의 연결경로를 단락조정하는 제어부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어장치
- 제 7항에 있어서,상기 모터는 최대출력 4kw, 상기 연료전지는 최대정격출력 1.7kw, 상기 배터리는 최대출력 2.4kw을 가지는 주행조건 하에서, 상기 연료전지와 배터리는 1 : 1.3∼1.5 의 출력 비율을 가짐을 특징으로 하는 연료전지-배터리 하이브리드 시스템의 동력분배 제어장치
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