KR20100051511A - Method for starting fuel cell vehicle - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for starting a fuel cell vehicle is provided to obtain the driving power of fuel cell accessories by boosting the voltage of a low voltage sub battery and a high voltage sub battery. CONSTITUTION: A high voltage DC-DC converter boosts the voltage of the high voltage sub battery of an auxiliary power(S11). A low voltage DC-DC converter boosts the voltage of the low voltage sub battery of the auxiliary power(S13). The final supply voltage is supplied to a fuel cell BOP(Balance of plant)(S14). An auxiliary part for driving a vehicle is driven with the power from a fuel cell stack(S15). A surplus power is charged in the high voltage sub battery through a high voltage DC-DC converter(S16). The surplus power is charged in the low voltage sub battery through a low voltage DC-DC converter(S17). The surplus power is charged in a super capacitor(S18).

Description

연료전지 차량의 시동 방법{Method for starting fuel cell vehicle}Method for starting fuel cell vehicle

본 발명은 연료전지 차량의 시동 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 보조 전원을 탑재한 연료전지 차량에서 보조 전원의 전압을 DCDC 컨버터를 이용해 부스팅한 뒤 연료전지 보기류에 공급하여 연료전지 차량을 시동하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for starting a fuel cell vehicle, and more particularly, in a fuel cell vehicle equipped with a plurality of auxiliary power sources, boosts the voltage of the auxiliary power source using a DCDC converter and supplies the fuel cell accessory to the fuel cell vehicle. It is about how to start up.

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. A fuel cell is a kind of power generation device that converts chemical energy of fuel into electric energy by electrochemical reaction in the fuel cell stack without converting it into heat by combustion. It can also be applied to the power supply of electrical / electronic products, especially portable devices.

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 막전극접합 체(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.As an example of such a fuel cell, a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), which is most frequently researched as a power supply for driving a vehicle, has a membrane centered around an electrolyte membrane through which hydrogen ions move. Membrane Electrode Assembly (MEA) with a catalytic electrode layer on both sides, and a Gas Diffusion Layer (GDL) that distributes the reactants evenly and delivers the generated electrical energy. And a gasket and fastening mechanism for maintaining the airtightness and proper clamping pressure of the reactor bodies and the coolant, and a bipolar plate for moving the reactor bodies and the coolant.

현재, 상기와 같은 고분자 전해질막 연료전지를 탑재한 차량으로서, 소형 차량뿐만 아니라 버스 등의 대형 차량에서 주동력원인 연료전지 외에 모터 구동에 필요한 파워를 제공하기 위한 별도 동력원으로 고전압 배터리 또는 슈퍼캐패시터(슈퍼캡)를 탑재한 연료전지-배터리, 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 차량이 개발되고 있다.Currently, as a vehicle equipped with a polymer electrolyte membrane fuel cell as described above, a high-voltage battery or a supercapacitor 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 ( Fuel cell-battery and fuel cell-supercap hybrid vehicles equipped with super cap are being developed.

특히, 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. In particular, fuel cell-supercap direct hybrid vehicles that do not use a power converter are being studied. Fuel cell-supercap direct hybrid vehicles have excellent fuel economy (large regenerative braking, high efficiency of the supercap itself, no power converter), It has advantages such as increased fuel cell durability and excellent control reliability (automatic power assist and auto regenerative braking).

상기와 같이 연료전지와 슈퍼캡이 직결된 하이브리드 차량에서는 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.As described above, in a hybrid vehicle directly connected to a fuel cell and a super cap, the fuel cell continuously outputs a constant electric power, and the driving is performed. If the power remains, the super cap is charged with surplus power. Mode is applied to supplement the output from the SuperCap.

한편, 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 버스 차량 등 연료전지를 주동력원으로 사용하는 버스 차량에서는 차량에 탑재된 연료전지 보기류나 다양한 전장부하들의 요구 전력을 충족시키기 위해 보조배터리를 복수로 탑재하기도 한다. On the other hand, a bus vehicle using a fuel cell as a main power source such as a fuel cell-supercap hybrid bus vehicle may include a plurality of auxiliary batteries in order to meet the power requirements of fuel cell accessories and various electric loads mounted on the vehicle.

일 예를 들면, 통상의 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 버스 차량에서 저전압 보조배터리인 12V 배터리와 고전압 보조배터리인 24V 배터리를 탑재하여 다양한 부하들의 요구 전력을 충족시키고 있다.For example, in a typical fuel cell-supercap hybrid bus vehicle, a low voltage secondary battery 12V battery and a high voltage secondary battery 24V battery are mounted to meet the power requirements of various loads.

첨부한 도 1과 도 2는 종래의 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 버스 차량의 파워넷 구조를 도시한 예로서, 종래의 시동 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 and 2 are diagrams illustrating a powernet structure of a conventional fuel cell-supercap hybrid bus vehicle, which is a view for explaining a conventional starting method.

도시된 바와 같이, 종래에는 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 버스 차량의 시동시에 12V 배터리(31)와 24V 배터리(33) 전원 중 어느 하나의 전원과 이에 연결된 DCDC 컨버터(저전압 DCDC 컨버터, Low Voltage DCDC Converter, LDC)(32,34)를 이용하여 보조배터리의 전압을 고전압으로 부스팅(boosting)한 뒤, 스택(10)이 정상 작동하기 전까지는 부스팅된 고전압을 사용하여 연료전지 구동에 필요한 여러 연료전지 보기류(BOP:Balance of Plant)(공기블로워, 수소 재순환 블로워, 냉각수 순환용 펌프 등 포함)(20) 및 기타 차량 시스템을 구동하였다.As shown, conventionally, a power supply of any one of a 12V battery 31 and a 24V battery 33 and a DCDC converter connected thereto at the start of a fuel cell-supercap hybrid bus vehicle (low voltage DCDC converter). Boost the secondary battery's voltage to a high voltage using LDC (32,34), and then use the boosted high voltage to view the fuel cells needed to drive the fuel cell until the stack 10 is fully operational. A BOP (Balance of Plant) (including an air blower, a hydrogen recycle blower, a pump for cooling water circulation, etc.) 20 and other vehicle systems were driven.

특히, 종래에는 부스팅시 전력원이 되는 12V 배터리(31)와 24V 배터리(33) 중 어느 한쪽의 배터리 전압을 사용하여 연료전지의 시동이 이루어지는데, 예로서 도 1은 저전압 보조배터리인 12V 배터리(31)와 이에 연결된 저전압 DCDC 컨버터(LDC)(32)를 이용하여 연료전지를 시동하는 예를 나타낸 것이고, 도 2는 고전압 보조배터리인 24V 배터리(33)와 이에 연결된 LDC(34)를 이용하여 연료전지를 시동하는 예를 나타낸 것이다. In particular, the fuel cell is started using a battery voltage of any one of the 12V battery 31 and the 24V battery 33, which are power sources during boosting. For example, FIG. 1 illustrates a 12V battery that is a low voltage auxiliary battery. 31) and an example of starting a fuel cell using a low voltage DCDC converter (LDC) 32 connected thereto, and FIG. 2 shows a fuel using a 24V battery 33, which is a high voltage auxiliary battery, and an LDC 34 connected thereto. An example of starting the battery is shown.

도 1을 참조하여 설명하면, 12V 배터리(31)에 연결된 LDC(32)를 이용하여 12V 배터리 전원을 고전압(예, 350V)으로 부스팅한 뒤, 이 고전압을 이용하여 공기블로워 등 연료전지 보기류(BOP)(20)를 구동(예, 350V 전압으로 구동)하고, 이후 연료전지 시동이 완료되어 스택(10)이 정상화되고 나면 스택의 전원을 이용한다.Referring to FIG. 1, after boosting a 12V battery power to a high voltage (eg, 350V) using an LDC 32 connected to a 12V battery 31, a fuel cell accessory such as an air blower may be used using the high voltage. BOP) 20 is driven (eg, driven at a voltage of 350V), and after the fuel cell startup is completed and the stack 10 is normalized, power of the stack is used.

도 1에서 연료전지 스택(10)이 정상 구동되면 고전압 DCDC 컨버터(High Voltage DCDC Converter, HDC)(35)가 벅(buck) 모드로 동작하여 스택의 고전압을 강압한 뒤 연료전지 보기류(20)를 구동시키고, 또한 잉여 전력은 각각의 LDC(32,34)를 통해 12V 배터리(31)와 24V 배터리(33)를 충전하게 된다.In FIG. 1, when the fuel cell stack 10 is normally driven, the high voltage DCDC converter (HDC) 35 operates in the buck mode to step down the high voltage of the stack, and then the fuel cell accessory 20. And the surplus power charges the 12V battery 31 and the 24V battery 33 through the respective LDCs 32 and 34.

도 2를 참조하면, 24V 배터리(33)에 연결된 LDC(32)를 이용하여 24V 배터리(33)의 전압을 고전압(예, 800V)으로 부스팅하고, 이 고전압을 벅 모드로 동작하는 HDC(35)가 강압하여 정전압(예, 350V)을 형성한 뒤, 강압된 전압을 이용하여 연료전지 보기류(20)를 구동하게 된다. 이후 연료전지 시동이 완료되어 스택(10)이 정상화되고 나면 스택의 전원을 이용한다.Referring to FIG. 2, the HDC 35 boosting the voltage of the 24V battery 33 to a high voltage (eg, 800V) using the LDC 32 connected to the 24V battery 33, and operating the high voltage in the buck mode. After stepping down to form a constant voltage (eg, 350V), the fuel cell accessory 20 is driven using the stepped down voltage. After the fuel cell startup is completed and the stack 10 is normalized, power of the stack is used.

상기와 같이 종래에는 저전압 보조배터리인 12V 배터리(31)와 고전압 보조배터리인 24V 배터리(33) 중 어느 한쪽의 전원만을 이용하여 연료전지 보기류(20)를 구동하고, 이를 통해 연료전지를 시동하는데, 이 경우 고전압 부스팅시 전력원이 되는 12V 배터리(31) 또는 24V 배터리(33) 어느 한쪽의 배터리 전원만을 사용하기 때문에 한쪽으로 너무 많은 부하 부담이 있을 수 있고, 이에 차량 시동 실패가 여러 번 반복되거나 배터리 초기 전압이 낮은 경우 차량 시동에 실패하는 문제가 발생할 수 있다.As described above, the fuel cell accessory 20 is driven using only one of the power supply of any one of the low voltage secondary battery 12V battery 31 and the high voltage secondary battery 24V battery 33, thereby starting the fuel cell. In this case, since 12V battery 31 or 24V battery 33, which is a power source during high voltage boosting, uses only one battery power source, there may be too much load on one side, and thus, the vehicle fails to start repeatedly. If the initial voltage of the battery is low, the vehicle may fail to start.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 복수의 보조 전원을 탑재한 차량에서 연료전지 시동을 위한 보기류(BOP) 구동을 위해 저전압 보조배터리와 고전압 보조배터리 전원 모두를 각각의 전원에 연결된 DCDC 컨버터(LDC)를 이용하여 고전압으로 부스팅한 뒤 사용하도록 함으로써, 전력원을 분산하여 서로 간의 부담을 줄여줄 수 있고(시동시 보조배터리 전원의 부하 편중 부담 감소), 어느 한쪽의 초기 전압이 낮은 경우나 잦은 시동 실패시에도 배터리의 방전 부담 없이 시동을 다시 시도할 수 있는 연료전지 차량의 시동 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been invented to solve the above problems, each of the low voltage secondary battery and the high voltage secondary battery power source for driving a bogie (BOP) for the fuel cell start in a vehicle equipped with a plurality of auxiliary power source, respectively By boosting to high voltage by using DCDC converter (LDC) connected to power supply, it is possible to reduce the load between each other by distributing the power sources (reducing the load-biased load of auxiliary battery power at startup). It is an object of the present invention to provide a method of starting a fuel cell vehicle that can retry starting without a battery discharge even when the initial voltage is low or frequent starting failures.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 복수의 보조 전원을 탑재한 연료전지 차량에서 상기 보조 전원의 고전압 보조배터리와 저전압 보조배터리의 전압이 미리 설정된 기준전압보다 큰 조건을 만족하면, 각 배터리에 연결된 저전압 DCDC 컨버터를 통해 상기 두 보조배터리의 전압을 모두 부스팅하여 공급 전압을 형성하는 단계와; 상기 공급 전압을 연료전지 시동을 위한 연료전지 보기류(BOP)에 공급하여 상기 연료전지 보기류를 구동시킴으로써 연료전지를 시동하는 단계;를 포함하는 연료전지 차량의 시동 방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention, in the fuel cell vehicle equipped with a plurality of auxiliary power source, if the voltage of the high voltage secondary battery and the low voltage secondary battery of the auxiliary power satisfies a condition larger than a predetermined reference voltage, each battery Boosting the voltages of the two secondary batteries through a low voltage DCDC converter connected to the second voltage to form a supply voltage; Providing a fuel cell vehicle by starting the fuel cell by supplying the supply voltage to a fuel cell accessory (BOP) for starting a fuel cell and driving the fuel cell accessory.

이러한 본 발명의 시동 방법은, 상기 보조 전원 중 저전압 보조배터리의 전 압이 기준전압보다 크고 고전압 보조배터리의 전압이 기준전압 이하인 조건을 만족하면, 상기 저전압 보조배터리에 연결된 저전압 DCDC 컨버터를 통해 저전압 보조배터리의 전압을 부스팅하여 공급 전압을 형성하는 단계와; 상기 저전압 보조배터리의 전압을 부스팅하여 형성된 공급 전압을 연료전지 시동을 위한 연료전지 보기에 공급하여 연료전지를 시동하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The start method of the present invention, if the voltage of the low voltage secondary battery of the auxiliary power supply is greater than the reference voltage and the condition of the voltage of the high voltage auxiliary battery is less than the reference voltage, low voltage auxiliary through the low voltage DCDC converter connected to the low voltage auxiliary battery Boosting the voltage of the battery to form a supply voltage; And starting a fuel cell by supplying a supply voltage formed by boosting a voltage of the low voltage auxiliary battery to a fuel cell view for starting a fuel cell.

또한 본 발명의 시동 방법은, 상기 보조 전원 중 저전압 보조배터리의 전압이 기준전압 이하이고 고전압 보조배터리의 전압이 기준전압보다 큰 조건을 만족하면, 상기 고전압 보조배터리에 연결된 저전압 DCDC 컨버터를 통해 고전압 보조배터리의 전압을 부스팅하여 공급 전압을 형성하는 단계와; 상기 고전압 보조배터리의 전압을 부스팅하여 형성된 공급 전압을 연료전지 시동을 위한 상기 연료전지 보기류에 공급하여 연료전지를 시동하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the start method of the present invention, if the voltage of the low voltage secondary battery of the auxiliary power is less than the reference voltage and the voltage of the high voltage secondary battery meets the condition greater than the reference voltage, high voltage auxiliary through the low voltage DCDC converter connected to the high voltage secondary battery Boosting the voltage of the battery to form a supply voltage; And starting a fuel cell by supplying a supply voltage formed by boosting a voltage of the high voltage auxiliary battery to the fuel cell accessory for starting a fuel cell.

여기서, 상기 고전압 보조배터리의 전압을 부스팅하여 공급 전압을 형성하는 단계는, 상기 고전압 보조배터리에 연결된 저전압 DCDC 컨버터를 통해 고전압 보조배터리의 전압을 부스팅하는 단계와; 상기 저전압 DCDC 컨버터를 통해 부스팅된 전압을 벅 모드로 동작되는 고전압 DCDC 컨버터를 통해 강압하여 상기 공급 전압을 형성하는 단계;로 이루어짐을 특징으로 한다.Here, the step of boosting the voltage of the high voltage auxiliary battery to form a supply voltage includes: boosting a voltage of the high voltage auxiliary battery through a low voltage DCDC converter connected to the high voltage auxiliary battery; And stepping down the voltage boosted by the low voltage DCDC converter through a high voltage DCDC converter operated in a buck mode to form the supply voltage.

이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 차량의 시동 방법에 의하면, 복수의 보조 전원을 탑재한 차량에서 연료전지 시동을 위한 보기류(공기블로워, 수소 재순환 블로워, 냉각수 순환용 펌프 등 포함)(BOP) 구동을 위해 저전압 보조배터리와 고전압 보조배터리 전원 모두를 각각의 전원에 연결된 DCDC 컨버터(LDC)를 이용하여 고전압으로 부스팅한 뒤 사용하도록 함으로써, 전력원을 분산하여 서로 간의 부담을 줄여줄 수 있고(시동시 보조배터리 전원의 부하 편중 부담 감소), 어느 한쪽의 초기 전압이 낮은 경우나 잦은 시동 실패시에도 배터리의 방전 부담 없이 시동을 다시 시도할 수 있게 된다.Accordingly, according to the method for starting a fuel cell vehicle according to the present invention, bogies (including an air blower, a hydrogen recirculation blower, a cooling water circulation pump, etc.) for starting a fuel cell in a vehicle equipped with a plurality of auxiliary power sources (BOP) The low voltage secondary battery and the high voltage secondary battery power source can be boosted and boosted by using a DCDC converter (LDC) connected to each power source to drive the power source. When the initial voltage on either side is low or frequent startup failures, it is possible to retry starting without discharging the battery.

또한 연료전지 시동시 보기류 구동을 위해 복수의 보조 전원 중 시동 초기 어느 한쪽의 전압이 낮은 경우에는 다른 한쪽의 전압을 고전압으로 부스팅하여 사용함으로써, 두 개의 보조배터리 중 어느 하나만 정상이어도 시스템 시동이 가능하여 차량의 신뢰성과 안정성이 향상될 수 있게 된다.In addition, when one of the plurality of auxiliary power sources is low during initial start-up of the auxiliary power supply during fuel cell start-up, by boosting the other voltage to a high voltage, the system can be started even if only one of the two auxiliary batteries is normal. Therefore, the reliability and stability of the vehicle can be improved.

또한 보기류 동작시의 돌입전류(inrush current)로 인해 짧은 시간 동안 피크(peak) 전류가 발생하더라도 DCDC 컨버터가 안정적으로 동작할 수 있게 된다.In addition, the DCDC converter can be stably operated even when a peak current occurs for a short time due to the inrush current during the auxiliary operation.

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 차량, 예를 들어 주동력원인 연료전지와 보조동력원인 슈퍼캡을 탑재한 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 버스 차량의 시동 방법에 관한 것으로서, 특히 병렬로 연결된 복수의 보조 전원을 탑재한 차량에서 연료전지 시동을 위한 보기류(공기블로워, 수소 재순환 블로워, 냉각수 순환용 펌프 등 포함)(BOP) 구동을 위해 저전압 보조배터리와 고전압 보조배터리 전원 모두를 각각의 전원에 연결된 DCDC 컨버터(LDC)를 이용하여 고전압으로 부스팅한 뒤 사용하도록 함으로써, 전력원을 분산하여 서로 간의 부담을 줄여줄 수 있고, 어느 한쪽의 초기 전압이 낮은 경우나 잦은 시동 실패시에도 배터리의 방전 부담 없이 시동을 다시 시도할 수 있도록 한 것에 주안점이 있는 것이다. The present invention relates to a method of starting a fuel cell vehicle, for example, a fuel cell-supercap hybrid bus vehicle equipped with a fuel cell as a main power source and a supercap as a secondary power source. DCDC converters (LDC) that connect both low-voltage and high-voltage auxiliary batteries to their respective power supplies to drive bogies (including air blowers, hydrogen recirculation blowers, coolant circulation pumps, etc.) (BOP) for starting fuel cells in vehicles By boosting to high voltage by using and then, it is possible to reduce the burden between each other by distributing the power source, and even if the initial voltage of one side is low or the frequent start failure, the battery can be restarted without the burden of discharge. The point is to make it possible.

또한 연료전지 시동시 보기류 구동을 위해 복수의 보조 전원 중 시동 초기 어느 한쪽의 전압이 낮은 경우에는 다른 한쪽의 전압을 고전압으로 부스팅하여 사용함으로써, 차량의 안정성과 신뢰성을 개선할 수 있도록 한 것을 포함한다.In addition, when one of the plurality of auxiliary power sources is low during the initial start-up of the auxiliary power source to start the fuel cell startup, the other voltage is boosted and used to improve the stability and reliability of the vehicle. do.

이하, 본 발명을 설명함에 있어서 저전압 보조배터리로서 12V 배터리(31)를, 고전압 보조배터리로서 24V 배터리(33)를 적용한 파워넷 구조의 예를 들어 설명하기로 하며, 12V, 24V의 전압 정의는 복수의 보조 전원을 사용함을 예를 들기 위한 것으로, 이에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, in describing the present invention, an example of a power net structure in which a 12V battery 31 is applied as a low voltage auxiliary battery and a 24V battery 33 as a high voltage auxiliary battery will be described. To use an auxiliary power supply for example, the present invention is not limited thereto.

또한 이하의 설명에서 각 DCDC 컨버터(32,34,35)의 구동(buck/boosting) 및 연료전지 보기류(BOP)(20)의 구동, 차량에 탑재된 각종 부품(워터펌프, 파워스티어링, 에어컨)(40)의 구동 제어는 상위 제어기와 각 단품별 구비되는 하위 제어기 간의 상호 협조 제어하에 수행되며, 각 보조배터리의 전압 측정은 배터리 전압을 모니터링하는 시스템에 의해 수행된다.In addition, in the following description, driving of each DCDC converter 32, 34, 35 (buck / boosting) and driving of a fuel cell accessory (BOP) 20, various components mounted in a vehicle (water pump, power steering, air conditioner) Driving control of the 40) is performed under cooperative control between the upper controller and the lower controller provided for each unit, and the voltage measurement of each auxiliary battery is performed by a system for monitoring the battery voltage.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 버스 차량의 시동 방법을 설명하기 위한 파워넷 구조도로서, 도시된 바와 같이 본 발명에서는 보조 전원인 12V 배터리(31)와 24V 배터리(33) 전원 모두를 각각의 전원과 연결된 DCDC 컨버터(32,34)를 이용하여 고전압으로 부스팅하여 시동하게 된다. 여기서, 연료전지의 시동은 공기블로워 등 연료전지 보기류(20)를 부스팅된 고전압을 이용하여 구동시킴으로써 이루어진다. FIG. 3 is a diagram illustrating a powernet structure for explaining a method of starting a fuel cell-supercap hybrid bus vehicle according to the present invention. As shown in the present invention, a power supply of a 12V battery 31 and a 24V battery 33, which are auxiliary power sources, is illustrated in the present invention. All are started by boosting to high voltage using DCDC converters 32 and 34 connected to their respective power supplies. Here, the fuel cell is started by driving the fuel cell accessory 20, such as an air blower, using the boosted high voltage.

시동 과정을 좀더 상세히 설명하면, 24V 배터리(33)에 연결된 저전압 DCDC 컨버터(34)를 이용하여 24V 배터리(33)의 전압을 고전압으로 부스팅한 뒤 고전압 DCDC 컨버터(35)를 통해 공급 전압 εV를 형성하고, 이어 12V 배터리(31)에 연결된 저전압 DCDC 컨버터(32)를 이용하여 14V 배터리(32)의 전압을 부스팅하여 공급 전압 εV를 형성한 뒤, 형성된 전압 εV를 사용하여 각종 고전압 단품들, 즉 연료전지 시동에 필요한 보기류 부품(20)들을 구동시킨다.In more detail, the start-up process is performed by boosting the voltage of the 24V battery 33 to a high voltage using a low voltage DCDC converter 34 connected to the 24V battery 33, and then forming a supply voltage εV through the high voltage DCDC converter 35. Subsequently, the low voltage DCDC converter 32 connected to the 12V battery 31 is used to boost the voltage of the 14V battery 32 to form a supply voltage εV, and then the various high voltage components, that is, fuel, are formed using the formed voltage εV. The accessory parts 20 required for starting the battery are driven.

이와 같이 두 개의 보조배터리를 모두 이용하게 되면 어느 한쪽의 보조배터리에 부하가 편중되는 것을 막을 수 있다.By using both auxiliary batteries in this way, it is possible to prevent the load from being biased on either of the auxiliary batteries.

시동시 DCDC 컨버터들의 구동 순서를 아래와 같이 달리해도 무방하다. The startup sequence of the DCDC converters at startup may be different as follows.

- 12V 배터리(31)에 연결된 저전압 DCDC 컨버터(32) 부스팅 → 24V 배터리(33)에 연결된 저전압 DCDC 컨버터(34) 부스팅 → 고전압 DCDC 컨버터(35) 벅 Boosting the low voltage DCDC converter 32 connected to the 12V battery 31 → Boosting the low voltage DCDC converter 34 connected to the 24V battery 33 buck the high voltage DCDC converter 35

- 24V 배터리(33)에 연결된 저전압 DCDC 컨버터(34) 부스팅 → 12V 배터리(31)에 연결된 저전압 DCDC 컨버터(32) 부스팅 → 고전압 DCDC 컨버터(35) 벅Boosting the low voltage DCDC converter 34 connected to the 24V battery 33.Boosting the low voltage DCDC converter 32 connected to the 12V battery 31.buck the high voltage DCDC converter 35.

- 24V 배터리(33)에 연결된 저전압 DCDC 컨버터(34) 부스팅 → 고전압 DCDC 컨버터(35) 벅 → 12V 배터리(31)에 연결된 저전압 DCDC 컨버터(32) 부스팅 Boosting the low voltage DCDC converter 34 connected to the 24V battery 33 → Buck the high voltage DCDC converter 35 → Boosting the low voltage DCDC converter 32 connected to the 12V battery 31

물론, 연료전지 스택(10)이 시동 완료 후 정상화되면, 벅 모드로 동작하는 고전압 DCDC 컨버터(35)와 저전압 DCDC 컨버터(32,34)를 이용하여 스택의 잉여 전 력을 보조 전원, 즉 12V 배터리(31)와 24V 배터리(33)에 충전하게 된다.Of course, when the fuel cell stack 10 is normalized after the start-up is completed, the surplus power of the stack is supplied to the auxiliary power source, that is, the 12V battery using the high voltage DCDC converter 35 and the low voltage DCDC converters 32 and 34 operating in the buck mode. Charged to the 31 and the 24V battery 33.

첨부한 도 4는 본 발명에 따른 시동 방법을 나타낸 순서도로서, 24V 배터리(33)에 연결된 저전압 DCDC 컨버터(34)가 24V 배터리(33)의 전압을 αV로 부스팅한 뒤(S11) 고전압 DCDC 컨버터(35)가 벅 모드로 동작하여 αV 전압을 εV로 강압하고(S12), 12V 배터리(31)에 연결된 저전압 DCDC 컨버터(32)는 12V 배터리(31)의 전압을 εV로 부스팅하여(13), 최종의 공급 전압 εV 전력이 연료전지 보기류(20)에 공급되면서 연료전지가 구동된다(S14).4 is a flowchart illustrating a start method according to the present invention, after the low voltage DCDC converter 34 connected to the 24V battery 33 boosts the voltage of the 24V battery 33 to αV (S11). 35 operates in the buck mode to step down the αV voltage to εV (S12), and the low voltage DCDC converter 32 connected to the 12V battery 31 boosts the voltage of the 12V battery 31 to εV (13). The supply voltage εV of the power is supplied to the fuel cell accessory 20, the fuel cell is driven (S14).

상기와 같이 연료전지가 구동되는 동안 차량 구동용 보조부품(워터펌프, 파워스티어링, 에어컨 등)(40)들이 스택(10)의 전력을 공급받아 구동하고(S15), 잉여 전력이 벅 모드로 동작되는 고전압 DCDC 컨버터(35) 및 저전압 DCDC 컨버터(32,34)를 통해 각 보조배터리(31,33)를 충전하며(S16,S17), 또한 슈퍼캡(50)을 충전하게 되어(S18) 시동을 완료하게 된다.While the fuel cell is driven as described above, vehicle driving auxiliary parts (water pump, power steering, air conditioner, etc.) 40 are driven by receiving the power of the stack 10 (S15), and the surplus power operates in the buck mode. The secondary batteries 31 and 33 are charged through the high voltage DCDC converter 35 and the low voltage DCDC converters 32 and 34 (S16 and S17), and the supercap 50 is charged (S18). You are done.

한편, 본 발명은 차량 시동시 두 보조배터리의 전원을 확인한 뒤 어느 한 전원의 전압이 기준전압 이하일 경우 다른 정상 전원 하나만을 이용하여 고전압으로 부스팅하는 과정을 포함한다.On the other hand, the present invention includes the step of boosting to a high voltage using only one of the other normal power supply when the voltage of any one power supply is below the reference voltage after checking the power of the two auxiliary batteries at the start of the vehicle.

첨부한 도 5는 본 발명에서 보조배터리 전압에 따른 시동 방법을 나타낸 순서도로서, 기본적으로 12V 배터리(31)의 전압과 24V 배터리(33)의 전압이 미리 설정된 기준전압(βV,γV)보다 큰 조건을 만족하면, 두 보조배터리의 전원을 모두 이용하여 연료전지 보기류(20)를 구동하고 연료전지를 구동하는 도 4의 시동 과정이 그대로 수행된다(S1,S2,S11~S18).5 is a flowchart illustrating a startup method according to a secondary battery voltage according to the present invention, in which the voltage of the 12V battery 31 and the voltage of the 24V battery 33 are basically greater than the preset reference voltages βV and γV. If satisfies the above, the start-up process of FIG. 4 for driving the fuel cell accessory 20 using the power of both auxiliary batteries and driving the fuel cell is performed as it is (S1, S2, S11 to S18).

다만, 12V 배터리(31)의 전압이 기준전압(βV) 이하이고 24V 배터리(33)의 전압이 기준전압(γV)보다 큰 조건을 만족하면, 24V 배터리(33)에 연결된 저전압 DCDC 컨버터(34)가 24V 배터리(33)의 전압을 αV로 부스팅한 뒤(S1,S3,S4) 고전압 DCDC 컨버터(35)가 벅 모드로 동작하여 부스팅된 전압 αV를 εV로 강압한 뒤(S5) 연료전지 보기류(20)에 공급하고, 이에 연료전지 보기류 및 연료전지가 구동된다(S6). However, when the voltage of the 12V battery 31 is equal to or less than the reference voltage βV and the voltage of the 24V battery 33 is greater than the reference voltage γV, the low voltage DCDC converter 34 connected to the 24V battery 33 may be used. After boosting the voltage of the 24V battery 33 to αV (S1, S3, S4), the high voltage DCDC converter 35 operates in the buck mode to step down the boosted voltage αV to εV (S5). 20, and the fuel cell accessory and the fuel cell are driven (S6).

이후 연료전지가 구동되는 동안 차량 구동용 보조부품(워터펌프, 파워스티어링, 에어컨 등)(40)들이 스택(10)의 전력을 공급받아 구동하고(S15), 잉여 전력이 벅 모드로 동작되는 고전압 DCDC 컨버터(35) 및 저전압 DCDC 컨버터(32,34)를 통해 각 보조배터리(31,33)를 충전하며(S16,S17), 또한 슈퍼캡(50)을 충전하게 되어(S18) 시동을 완료하게 된다.Then, while the fuel cell is driven, the vehicle driving auxiliary parts (water pump, power steering, air conditioner, etc.) 40 are driven by receiving the power of the stack 10 (S15), and the high voltage at which the surplus power is operated in the buck mode. The secondary batteries 31 and 33 are charged through the DCDC converter 35 and the low voltage DCDC converters 32 and 34 (S16 and S17), and also the supercap 50 is charged (S18) to complete startup. do.

반면, 12V 배터리(31)의 전압이 기준전압(βV)보다 크나 24V 배터리(33)의 전압이 기준전압(γV) 이하이면, 12V 배터리(31)에 연결된 저전압 DCDC 컨버터(32)가 12V 배터리(31)의 전압을 εV로 부스팅한 뒤(S1,S2,S7) 연료전지 보기류(20)에 공급하고, 이에 연료전지 보기류 및 연료전지가 구동된다(S8). On the other hand, when the voltage of the 12V battery 31 is greater than the reference voltage βV but the voltage of the 24V battery 33 is lower than the reference voltage γV, the low voltage DCDC converter 32 connected to the 12V battery 31 is connected to the 12V battery ( The voltage of 31 is boosted to εV (S1, S2, S7) and then supplied to the fuel cell accessory 20, and the fuel cell accessory and the fuel cell are driven (S8).

이후 연료전지가 구동되는 동안 차량 구동용 보조부품(워터펌프, 파워스티어링, 에어컨 등)(40)들이 스택의 전력을 공급받아 구동하고(S15), 잉여 전력이 벅 모드로 동작되는 고전압 DCDC 컨버터(35) 및 저전압 DCDC 컨버터(32,34)를 통해 각 보조배터리(31,33)를 충전하며(S16,S17), 또한 슈퍼캡(50)을 충전하게 되어 시동을 완료하게 된다(S18). Then, while the fuel cell is driven, the vehicle driving auxiliary parts (water pump, power steering, air conditioner, etc.) 40 are driven by receiving the power of the stack (S15), and the high voltage DCDC converter in which the surplus power is operated in the buck mode ( 35) and the secondary batteries 31 and 33 are charged through the low voltage DCDC converters 32 and 34 (S16 and S17), and the supercap 50 is charged to complete the startup (S18).

이와 같이 하여, 본 발명에서는 연료전지 시동을 위한 보기류(공기블로워, 수소 재순환 블로워, 냉각수 순환용 펌프 등 포함)(BOP) 구동을 위해 12V 배터리(31)와 24V 배터리(33) 전원 모두를 각각의 전원에 연결된 저전압 DCDC 컨버터(LDC)(32,34)를 이용하여 고전압으로 부스팅한 뒤 사용하도록 함으로써, 전력원을 분산하여 서로 간의 부담을 줄여줄 수 있고, 어느 한쪽의 초기 전압이 낮은 경우나 잦은 시동 실패시에도 배터리 방전의 부담 없이 시동을 다시 시도할 수 있는 장점이 있게 된다.In this way, in the present invention, both the 12V battery 31 and the 24V battery 33 power supplies are respectively driven for driving the auxiliary air (including the air blower, hydrogen recirculation blower, cooling water circulation pump, etc.) (BOP) for starting the fuel cell. By using the low-voltage DCDC converter (LDC) 32,34 connected to the power supply after boosting to high voltage, it is possible to reduce the burden between each other by distributing the power sources, and when either initial voltage is low Even in the event of frequent startup failures, there is an advantage in that the startup can be attempted again without the burden of battery discharge.

도 1과 도 2는 종래의 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 버스 차량의 파워넷 구조를 도시한 도면,1 and 2 are views illustrating a power net structure of a conventional fuel cell-supercap hybrid bus vehicle;

도 3은 본 발명에 따른 연료전지-슈퍼캡 하이브리드 버스 차량의 시동 방법을 설명하기 위한 파워넷 구조도,3 is a powernet structure diagram for explaining a method for starting a fuel cell-supercap hybrid bus vehicle according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 시동 방법을 나타낸 순서도,4 is a flowchart showing a startup method according to the present invention;

도 5는 본 발명에서 보조배터리 전압에 따른 시동 방법을 나타낸 순서도.Figure 5 is a flow chart showing a start method according to the secondary battery voltage in the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 스택 20 : 연료전지 보기류10: stack 20: fuel cell accessories

31 : 12V 배터리 32 : 저전압 DCDC 컨버터(LDC)31: 12V Battery 32: Low Voltage DCDC Converter (LDC)

33 : 14V 배너리 34 : 저전압 DCDC 컨버터(LDC)33: 14V Bannerry 34: Low Voltage DCDC Converter (LDC)

35 : 고전압 DCDC 컨버터(HDC)35: high voltage DCDC converter (HDC)

Claims (4)

복수의 보조 전원을 탑재한 연료전지 차량에서 상기 보조 전원의 고전압 보조배터리(33)와 저전압 보조배터리(31)의 전압이 미리 설정된 기준전압(βV,γV)보다 큰 조건을 만족하면, 각 배터리에 연결된 저전압 DCDC 컨버터(32,34)를 통해 상기 두 보조배터리(31,33)의 전압을 모두 부스팅하여 공급 전압을 형성하는 단계와;In a fuel cell vehicle equipped with a plurality of auxiliary power sources, if the voltage of the high voltage auxiliary battery 33 and the low voltage auxiliary battery 31 of the auxiliary power satisfies a predetermined reference voltage (βV, γV), Boosting the voltages of the two auxiliary batteries (31, 33) through a connected low voltage DCDC converter (32, 34) to form a supply voltage; 상기 공급 전압을 연료전지 시동을 위한 연료전지 보기류(BOP)(20)에 공급하여 상기 연료전지 보기류를 구동시킴으로써 연료전지를 시동하는 단계;Starting the fuel cell by supplying the supply voltage to a fuel cell accessory (BOP) 20 for starting a fuel cell to drive the fuel cell accessory; 를 포함하는 연료전지 차량의 시동 방법. Starting method of a fuel cell vehicle comprising a. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 보조 전원 중 저전압 보조배터리(31)의 전압이 기준전압(βV)보다 크고 고전압 보조배터리(33)의 전압이 기준전압(γV) 이하인 조건을 만족하면, 상기 전압 보조배터리(31)에 연결된 저전압 DCDC 컨버터(32)를 통해 저전압 보조배터리(31)의 전압을 부스팅하여 공급 전압을 형성하는 단계와;When the voltage of the low voltage auxiliary battery 31 among the auxiliary power supplies is higher than the reference voltage βV and the voltage of the high voltage auxiliary battery 33 is lower than the reference voltage γV, the low voltage connected to the voltage auxiliary battery 31 is satisfied. Boosting the voltage of the low voltage auxiliary battery 31 through the DCDC converter 32 to form a supply voltage; 상기 저전압 보조배터리(31)의 전압을 부스팅하여 형성된 공급 전압을 연료전지 시동을 위한 상기 연료전지 보기류(20)에 공급하여 연료전지를 시동하는 단계;Starting a fuel cell by supplying a supply voltage formed by boosting a voltage of the low voltage auxiliary battery 31 to the fuel cell accessory 20 for starting a fuel cell; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 방법.Starting method of a fuel cell vehicle characterized in that it further comprises. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 보조 전원 중 저전압 보조배터리(31)의 전압이 기준전압(βV) 이하이고 고전압 보조배터리(33)의 전압이 기준전압(γV)보다 큰 조건을 만족하면, 상기 고전압 보조배터리(33)에 연결된 저전압 DCDC 컨버터(34)를 통해 고전압 보조배터리(33)의 전압을 부스팅하여 공급 전압을 형성하는 단계와;When the voltage of the low voltage auxiliary battery 31 among the auxiliary power supplies is lower than or equal to the reference voltage βV and the voltage of the high voltage auxiliary battery 33 is larger than the reference voltage γV, the low voltage auxiliary battery 31 is connected to the high voltage auxiliary battery 33. Boosting the voltage of the high voltage auxiliary battery 33 through the low voltage DCDC converter 34 to form a supply voltage; 상기 고전압 보조배터리(33)의 전압을 부스팅하여 형성된 공급 전압을 연료전지 시동을 위한 상기 연료전지 보기류(20)에 공급하여 연료전지를 시동하는 단계;Starting a fuel cell by supplying a supply voltage formed by boosting a voltage of the high voltage auxiliary battery 33 to the fuel cell accessory 20 for starting a fuel cell; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 방법.Starting method of a fuel cell vehicle characterized in that it further comprises. 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, 상기 고전압 보조배터리(33)의 전압을 부스팅하여 공급 전압을 형성하는 단계는,Boosting the voltage of the high voltage auxiliary battery 33 to form a supply voltage, 상기 고전압 보조배터리(33)에 연결된 저전압 DCDC 컨버터(34)를 통해 고전압 보조배터리(33)의 전압을 부스팅하는 단계와;Boosting the voltage of the high voltage auxiliary battery (33) through a low voltage DCDC converter (34) connected to the high voltage auxiliary battery (33); 상기 저전압 DCDC 컨버터(34)를 통해 부스팅된 전압을 벅 모드로 동작되는 고전압 DCDC 컨버터(35)를 통해 강압하여 상기 공급 전압을 형성하는 단계;Step-down the voltage boosted by the low voltage DCDC converter 34 through a high voltage DCDC converter 35 operated in a buck mode to form the supply voltage; 로 이루어짐을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 방법. Starting method of a fuel cell vehicle, characterized in that consisting of.
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