KR20140078948A - Method for rising temperature of fuel cell - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for raising the temperature of a fuel cell, and an objective thereof is to provided an improved method for raising the temperature of a fuel cell which is more advantageous in fuel economy than a load using method, such as existing PTC heaters lowering the fuel economy of vehicles, in rapidly raising the temperature of a fuel cell stack to a normal operating temperature during a fuel cell cold start. In order to achieve the objective described above, the present invention provides a method for raising the temperature of a fuel cell including a) a step for determining a fuel cell cold start condition from a temperature which is detected with a sensor; b) a step for putting a fuel cell stack into power generation operation by supplying reaction gas in the event of the cold start condition; and c) a step for charging a high-voltage battery with the power generated by the fuel cell stack by controlling a bidirectional high-voltage power conversion device so that the high-voltage battery is used as a load for stack heat generation.

Description

연료전지 승온 방법{Method for rising temperature of fuel cell}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은 연료전지 승온 방법에 관한 것으로서, 연료전지 냉시동시에 연료전지 스택의 온도를 정상 작동온도 범위로 신속히 상승시키기 위한 연료전지 승온 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell temperature raising method, and more particularly, to a fuel cell temperature raising method for rapidly raising the temperature of a fuel cell stack to a normal operating temperature range while the fuel cell is cold.

주지된 바와 같이, 수소 연료전지 자동차에서 주 동력원이 되는 연료전지는 수소와 공기(또는 산소)의 화학적인 반응을 통해 전기와 물을 발생시키며, 이 화학적인 반응은 온도에 민감한 특성을 가진다.As is well known, a fuel cell, which is a main power source in a hydrogen fuel cell vehicle, generates electricity and water through a chemical reaction between hydrogen and air (or oxygen), and the chemical reaction has temperature-sensitive characteristics.

특히, 연료전지 자동차에서와 같이 넓은 작동영역을 요구하는 응용분야에서는 연료전지가 작동하는데 유리한 적정 온도를 조기에 확보하는 것이 매우 중요한 이슈 중에 하나이다. Particularly, in an application field requiring a wide operating range as in a fuel cell vehicle, securing an appropriate temperature early enough to operate the fuel cell is one of the most important issues.

연료전지는 화학반응이 주반응인 관계로 저온 상태인 경우 내부 저항이 증가하여 각 셀간의 편차가 커지고, 정상적인 작동온도에 도달하기 전에는 정상적인 차량 요구 출력을 확보하기가 어렵게 된다.Since the chemical reaction is the main reaction in the fuel cell, the internal resistance increases in the low temperature state, and the deviation between the cells becomes large, and it becomes difficult to obtain the normal vehicle required output before the normal operating temperature is reached.

그리고, 연료전지 자동차에서 반드시 해결해야 할 여러 과제 중 가장 시급하고 어려운 문제가 냉시동성 확보이다. And the most urgent and difficult problem among the various problems that must be solved in the fuel cell vehicle is securing the cold-freeness.

이에 연료전지의 작동온도를 조기에 적정 온도로 상승시키고 냉시동성을 확보하기 위한 방법으로 외부 부하를 이용하여 스택을 자체 발열시키는 방법이 널리 적용되고 있다.Therefore, a method of raising the operating temperature of the fuel cell to an appropriate temperature early and keeping the stack self-heating by using an external load is widely applied as a method for ensuring cold-live.

즉, 연료가스인 수소와 산화제 가스인 공기(또는 산소)의 전기화학 반응을 통해 전기를 발생시켜 외부 부하를 통해 소모시키고, 전기화학 반응 동안 발생하는 열을 이용하여 연료전지(스택)의 온도를 상승시키는 것이다.That is, electricity is generated through the electrochemical reaction between hydrogen as a fuel gas and air (or oxygen) as an oxidant gas, consuming it through an external load, and using the heat generated during the electrochemical reaction, It will rise.

도 1은 냉시동시 연료전지 스택의 온도를 승온시키기 위한 종래의 방법을 보여주는 도면으로, 주 동력원이 되는 연료전지 스택(10)과 HV J/B(High Voltage Junction Box)(20), 상기 HV J/B(20)를 통해 연료전지 스택(10)과 연결된 인버터(31) 및 구동모터(32)를 도시하고 있다.FIG. 1 is a view showing a conventional method for raising the temperature of the cold-cathode hybrid fuel cell stack. The fuel cell stack 10 serving as a main power source, the HV J / B (High Voltage Junction Box) / B 20 connected to the fuel cell stack 10 via the inverter 31 and the drive motor 32. [

이에 나타낸 바와 같이, 차량 내 전기부하(저항부하), 예컨대 PTC 히터(40)를 이용하여 연료전지 스택(10)에서 생성되는 전력의 소모를 증대시킴으로써 연료전지 스택의 온도를 정상 작동온도로 신속히 상승시킬 수 있다.The temperature of the fuel cell stack is quickly raised to the normal operating temperature by increasing the consumption of electric power generated in the fuel cell stack 10 by using an in-vehicle electric load (resistive load), for example, the PTC heater 40. [ .

그러나, PTC 히터(40)와 같은 차량 내 저항부하를 이용하는 종래의 방법은 부하를 통해 전력(에너지)을 그대로 소모하는 방식, 즉 연료인 수소를 다른 에너지로의 변환이나 저장 없이 그대로 소비하고 없애는 방식이므로 차량의 연비를 저하시키는바, 연비 측면에서 불리함이 있게 된다.
However, the conventional method using the in-vehicle resistive load such as the PTC heater 40 is a method of consuming power (energy) as it is through the load, that is, The fuel consumption of the vehicle is lowered, which is disadvantageous in terms of fuel economy.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 연료전지 냉시동시 연료전지 스택의 온도를 정상 작동온도로 신속히 상승시키기 위해 차량 연비를 저하시키는 기존 PTC 히터 등의 부하 이용 방법 대신에 연비 측면에서 보다 유리한 개선된 연료전지 승온 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a fuel cell stack for a fuel cell stack, It is an object of the present invention to provide an improved fuel cell temperature raising method which is more advantageous in terms of fuel economy.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, a) 센서에 의해 검출되는 온도로부터 연료전지의 냉시동 조건인지를 판단하는 단계; b) 냉시동 조건에 해당하면 반응가스를 공급하여 연료전지 스택을 발전 작동시키는 단계; 및 c) 고전압 배터리가 스택 발열을 위한 부하로 사용되도록 양방향 고전압 전력변환장치를 제어하여 연료전지 스택의 발전 전력으로 고전압 배터리를 충전하는 단계;를 포함하는 연료전지 승온 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell system comprising: a) determining whether a cold start condition of a fuel cell is determined from a temperature detected by a sensor; b) generating a fuel cell stack by supplying a reaction gas when the cold start condition is satisfied; And c) charging the high voltage battery with the generated power of the fuel cell stack by controlling the bidirectional high voltage power converter so that the high voltage battery is used as a load for stack heat generation.

바람직한 실시예에서, 상기 c) 단계 이전에, 연료전지 스택의 전압이 설정된 제1기준전압을 초과할 경우 저전압 전력변환장치를 제어하여 연료전지 스택의 발전 전력이 저전압 배터리를 통해 전력을 필요로 하는 차량 내 저전압 전장부하에서 소모되도록 할 수 있따.In a preferred embodiment, before the step c), when the voltage of the fuel cell stack exceeds a set first reference voltage, the low-voltage power converter is controlled so that the generated power of the fuel cell stack requires power through the low-voltage battery It can be consumed at the low voltage electric field load in the vehicle.

또한 상기 연료전지 스택의 발전 전력이 저전압 전장부하에서 소모되는 동안 연료전지 스택의 전압 변화가 설정된 기준치 이하인 경우 상기 c) 단계가 진행되도록 할 수 있다.Also, if the voltage change of the fuel cell stack is less than the set reference value while the generated power of the fuel cell stack is consumed at the low voltage electric field load, the step c) may be performed.

이때, c) 단계에서 고전압 배터리의 충전이 이루어지는 동안 연료전지 스택의 전압이 제2기준전압 이상인 경우 저전압 배터리가 스택 발열을 위한 부하로 사용되도록 저전압 전력변환장치를 제어하여 연료전지 스택의 발전 전력에 의해 저전압 배터리가 충전되도록 할 수 있다.In this case, when the voltage of the fuel cell stack is higher than the second reference voltage during charging of the high-voltage battery in step c), the low-voltage power converter is controlled so that the low-voltage battery is used as the load for stack heat generation, Thereby allowing the low voltage battery to be charged.

또한 c) 단계에서 고전압 배터리의 충전이 이루어지는 동안 연료전지 스택의 전압이 설정된 제2기준전압보다 낮아진 경우 고전압 전력변환장치와 저전력 전력변환장치의 작동을 중지시킬 수 있다.In addition, when the voltage of the fuel cell stack becomes lower than a set second reference voltage during the charging of the high voltage battery in step c), the operation of the high voltage power conversion device and the low power conversion device may be stopped.

또한 상기 연료전지 스택의 발전 전력이 저전압 전장부하에서 소모되는 동안 연료전지 스택의 전압 변화가 설정된 기준치를 초과하면서 연료전지 스택의 전압이 설정된 제2기준전압 이상인 경우 저전압 배터리가 스택 발열을 위한 부하로 사용되도록 저전압 전력변환장치를 제어하여 연료전지 스택의 발전 전력에 의해 저전압 배터리가 충전되도록 할 수 있다.When the voltage change of the fuel cell stack exceeds the set reference value while the generated power of the fuel cell stack is consumed at the low voltage electric field load and the voltage of the fuel cell stack is equal to or higher than the set second reference voltage, Voltage power converter to be used so that the low-voltage battery is charged by the generated power of the fuel cell stack.

또한 상기 연료전지 스택의 발전 전력이 저전압 전장부하에서 소모되는 동안 연료전지 스택의 전압 변화가 설정된 기준치를 초과하면서 연료전지 스택의 전압이 제2기준전압보다 낮아지면 저전압 전력변환장치의 작동을 중지시킬 수 있다.
If the voltage change of the fuel cell stack exceeds the set reference value while the generated power of the fuel cell stack is consumed at the low voltage electric field load and the voltage of the fuel cell stack becomes lower than the second reference voltage, .

이에 따라, 본 발명의 연료전지 승온 방법에 의하면, 스택 발열을 위한 전력 소모 부하로 기존 PTC 히터 등의 저항부하를 이용하는 방법 대신 전력을 저장하는 배터리를 이용함으로써 연비 측면에서 보다 유리해지는 개선된 효과가 있게 된다.
Therefore, according to the fuel cell temperature raising method of the present invention, a battery for storing electric power is used instead of a resistance load such as a conventional PTC heater for a power consumption load for stack heat generation, .

도 1은 냉시동시 연료전지 스택의 온도를 승온시키기 위한 종래의 방법을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 승온을 위한 시스템 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 승온 방법을 나타내는 순서도이다.FIG. 1 is a view showing a conventional method for raising the temperature of the cold-cathode hybrid fuel cell stack.
2 is a diagram showing a system configuration for raising the temperature of a fuel cell according to the present invention.
3 is a flowchart showing a method for raising the temperature of the fuel cell according to the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains.

본 발명은 연료전지 승온 방법에 관한 것으로서, 차량 연비를 저하시키는 기존 PTC 히터 등의 저항부하 이용 방법 대신 연료전지 스택의 온도를 연비 저하 없이 정상 작동온도로 신속히 상승시킬 수 있는 보다 개선된 연료전지 승온 방법을 제시하고자 하는 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell temperature raising method, and more particularly, to an improved fuel cell temperature raising method capable of quickly raising the temperature of a fuel cell stack to a normal operating temperature without lowering fuel efficiency, And to suggest a method.

본 발명의 연료전지 승온 방법은 냉시동시에 차량 내 여러 배터리를 부하로 이용하여 연료전지 스택을 발열시키는 점에 주된 특징이 있는 것으로, 반응가스(수소와 공기(또는 산소))를 공급함과 더불어 부하로 작용하는 배터리에 전력을 저장하는 방식으로 스택의 전력을 소모해줌으로써 스택의 발열 및 신속한 승온, 에너지 저장을 동시에 도모하게 된다.The fuel cell temperature raising method of the present invention is characterized in that the fuel cell stack is heated by using various batteries in the vehicle as a load at the same time as the vehicle is cold. The fuel cell stack is supplied with a reaction gas (hydrogen and air (or oxygen) By storing power in a battery that operates, the power of the stack is consumed, and the heat of the stack, rapid temperature rise, and energy storage are simultaneously achieved.

이러한 본 발명의 연료전지 승온 방법에서는 발열을 위해 전력을 소모해야 하는 연료전지 스택의 전력을 부하로 작용하는 배터리에 저장하므로 차량 연비 측면에서 보다 유리함이 있게 된다. According to the fuel cell temperature raising method of the present invention, the power of the fuel cell stack, which requires power consumption for heat generation, is stored in a battery serving as a load, which is advantageous in terms of vehicle fuel economy.

도 2는 본 발명에 따른 연료전지 승온을 위한 시스템 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 연료전지 승온 방법을 나타내는 순서도이다.FIG. 2 is a view showing a system configuration for raising the temperature of the fuel cell according to the present invention, and FIG. 3 is a flowchart showing a method for raising the temperature of the fuel cell according to the present invention.

도 2에 나타낸 바와 같이, 주 동력원인 연료전지 스택(10)과 보조 동력원인 고전압 배터리(메인 배터리)(52)가 HV J/B(High Voltage Junction Box)(20)를 통해 인버터(31) 및 구동모터(32)에 대해 병렬로 접속되어 있다.2, the fuel cell stack 10 serving as a main power source and the high voltage battery (main battery) 52 serving as an auxiliary power source are connected to the inverter 31 and the inverter 31 via an HV J / B (High Voltage Junction Box) And are connected in parallel to the drive motor 32.

이때, HV J/B(20)와 고전압 배터리(52) 사이에는 연료전지 스택(10)의 발전 전력을 변환하여 고전압 배터리(52)에 전달하거나(고전압 배터리 충전), 고전압 배터리(52)의 방전 제어가 가능하도록 하기 위한 양방향 고전압 전력변환장치(BHDC:Bidirectional High Voltage DC/DC Converter)(51)가 연결된다.At this time, the generated power of the fuel cell stack 10 is converted between the HV J / B 20 and the high-voltage battery 52 to be transferred to the high-voltage battery 52 (high-voltage battery charging) Way high voltage DC / DC converter (BHDC) 51 is connected to the control unit 50 so that the control can be performed.

또한 차량의 저전압 전장부하(12V 부하)(63)에 전력을 공급하기 위한 저전압 배터리(보조 배터리,12V 배터리)(62)가 구비되고, HV J/B(20)와 저전압 배터리(62) 사이에는 고전압을 저전압으로 변환해주어 저전압 배터리(62)에 전달하기 위한 저전압 전력변환장치(LDC:Low Voltage DC/DC Conveter)(61)가 연결된다.(12V battery) 62 for supplying electric power to the low voltage electric field load (12V load) 63 of the vehicle, and between the HV J / B 20 and the low voltage battery 62 And a low voltage DC / DC converter (LDC) 61 for converting the high voltage to a low voltage and transmitting the low voltage to the low voltage battery 62 are connected.

이러한 구성에서 고전압 배터리(52)와 저전압 배터리(62)가 냉시동시에 연료전지 스택(10)의 온도를 정상 작동온도로 신속히 승온시키기 위한 부하로 사용되며, 본 발명에서 고전압 배터리(52)와 저전압 배터리(62)를 선택적으로 충전하는 것에 의해 연료전지 스택(10)를 발열시킬 충분한 부하량을 충족시킬 수 있다.In this configuration, the high-voltage battery 52 and the low-voltage battery 62 are used as a load for rapidly raising the temperature of the fuel cell stack 10 to the normal operating temperature at the same time as the cold- A sufficient amount of load to heat the fuel cell stack 10 can be met by selectively charging the fuel cell stack 10. [

본 발명에서는 냉시동 초기에 스택의 발전 전력 사용을 증대하여 스택을 발열시킴으로써 냉시동 시간을 단축하되, 스택의 발전 전력을 소모하는 방법으로, 기존 PTC 히터 등의 저항부하로 소모시키는 방법 대신, 발전 전력을 1차로 저전압 변환장치(61)를 통해 저전압 배터리(62)로 전달하여 전력을 필요로 하는 전장부하(63)에서 소모시키고, 이어 요구 부하 증대시 2차로 양방향 고전압 전력변환장치(51)를 통해 고전압 배터리(52)에 저장하여(고전압 배터리 충전) 추후 차량 주행시 사용될 수 있도록 하며, 3차로 저전압 전력변환장치(61)의 전압을 올려 저전압 배터리(62)에 저장함으로써(저전압 배터리 충전) 추후 전장부하(63)에서 사용될 수 있도록 한다.In the present invention, in order to shorten the cold start time by heating the stack by increasing the use of the generated power of the stack in the early stage of cold start, the power consumption of the stack is consumed. Instead of consuming the resistance load of the conventional PTC heater, Power is firstly transferred to the low-voltage battery 62 through the low-voltage inverter 61 to consume the electric power in the required electric load 63, and then, when the required load is increased, the bidirectional high- (Low-voltage battery charging) by storing the voltage of the low-voltage power conversion device 61 in the low-voltage battery 62 by increasing the voltage of the third-order low-voltage power conversion device 61 and storing it in the high voltage battery 52 So that it can be used in the load 63.

이와 같이 연료전지 스택(10)의 전력 소모를 위한 부하로 고전압 배터리(52)와 저전압 배터리(62)를 사용함으로써, 스택 발열 및 온도 상승을 유도하여 시동 시간과 스택 정상화 시간을 단축할 수 있고, 동시에 에너지를 배터리에 저장하게 되면서(축전) 연비 측면의 불리함을 어느 정도 해소할 수 있게 된다(종래의 PTC 히터 이용시에 비해 연비 개선 효과가 있음).By using the high voltage battery 52 and the low voltage battery 62 as the loads for power consumption of the fuel cell stack 10 as described above, it is possible to shorten the startup time and the normalization time of the stack by inducing the stack heat generation and the temperature rise, At the same time, energy is stored in the battery, and the disadvantage of fuel economy can be solved to some extent (fuel efficiency is improved as compared with the conventional PTC heater).

도 3을 참조하여 본 발명에 따른 연료전지 승온 방법에 대해 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The fuel cell temperature raising method according to the present invention will be described in more detail with reference to FIG.

먼저, 제어기는 센서에 의해 검출되는 연료전지 스택의 온도 또는 외기온이 미리 정해진 기준온도 이하가 되는 냉시동 조건인지를 판단하고(S1), 냉시동 조건에 해당하면 반응가스 공급장치(공기(산소)공급장치와 수소공급장치)를 작동시켜 연료전지 스택에 반응가스(수소와 공기(산소))를 공급한다(S2).First, the controller determines whether the temperature of the fuel cell stack detected by the sensor or the cold start condition in which the outdoor temperature is lower than a predetermined reference temperature (S1). If the cold start condition is satisfied, (Hydrogen and air (oxygen)) is supplied to the fuel cell stack (S2).

이어 센서에 의해 검출되는 스택 전압이 일정 전압을 초과할 때, 즉 미리 설정된 제1기준전압을 초과할 때, 저전압 전력변환장치(LDC)를 제어하여 스택에서 생성되는 전력이 저전압 배터리를 통해 전력을 필요로 하는 저전압 전장부하(12V 부하)에서 소모될 수 있도록 한다(S3,S4).When the stack voltage detected by the sensor exceeds a predetermined voltage, that is, when the predetermined first reference voltage is exceeded, the power generated by the stack is controlled by the low voltage power converter (LDC) So that it can be consumed at the required low voltage electric field load (12V load) (S3, S4).

이렇게 연료인 수소를 소모하는 동안 스택의 발전 전력을 12V 전장라인에서 사용할 수 있도록 함으로써 연비 측면에서 유리함이 있게 된다.In this way, it is advantageous in terms of fuel economy that the power generation of the stack can be used in the 12V electric field line while consuming the fuel hydrogen.

이때, 스택의 발전 전력이 저전압 배터리로 전달되도록 하기 위해 저전압 전장부하에서 전력을 소모해야 하나, 만약 저전압 전장부하에 의한 전력 소모가 없거나 부족하다면, 스택 발열을 위한 부하 증대가 필요하므로 고전압 배터리(부하로 작용)를 충전하는 것에 의해 스택 전력이 소모되도록 한다.At this time, in order to transfer the generated power of the stack to the low voltage battery, power must be consumed at the low voltage electric field load. However, if the electric power consumption due to the low voltage electric field load is absent or insufficient, Thereby consuming the stack power.

즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 저전압 전력변환장치의 제어를 통해 저전압 배터리를 통해 전력이 전달될 수 있는 조건을 만들어준 상태에서, 스택 전압의 변화가 기준치 이하로 작은 경우라면(스택 발열을 위한 부하 증대가 필요한 경우임), 양방향 고전압 전력변환장치를 제어하여 스택의 발전 전력을 고전압 배터리로 전달하고, 이로써 고전압 배터리가 충전되도록 한다(S5,S6).That is, as shown in FIG. 3, if the change of the stack voltage is smaller than the reference value in a state where power can be transmitted through the low-voltage battery through the control of the low-voltage power converter, Voltage high-voltage power conversion device is controlled to transmit the generated power of the stack to the high-voltage battery so that the high-voltage battery is charged (S5, S6).

이에 스택의 온도를 추가로 상승시키며, 이때 충전된 에너지는 차량 주행시의 모터 구동 전력으로 사용이 가능하다.As a result, the temperature of the stack is further raised. At this time, the charged energy can be used as the motor driving power at the time of driving the vehicle.

이렇게 발열을 위해 스택에서 연료인 수소를 소모하지만 배터리를 충전함에 따른 에너지 저장 효과(축전)에 의해 기존 PTC 히터 등을 사용하는 경우에 비해 연비 측면에서 보다 유리해지게 된다.Although the fuel consumes hydrogen in the stack for the heat generation, the energy saving effect (charge) due to the charging of the battery is more advantageous in terms of fuel economy than in the case of using a conventional PTC heater or the like.

이어 상기 과정(S5 단계)에서 스택 전압의 변화가 기준치를 초과하거나(경우 1), 고전압 배터리의 충전이 이루어지는 상태일 때(경우 2)(S6), 스택의 전압이 미리 설정된 제2기준전압보다 낮아질 경우 저전압 전력변환장치의 작동을 중지시키거나(경우 1일 때), 저전압 전력변환장치와 고전압 전력변환장치의 작동을 중단시킨다(경우 2일 때)(S7,S8).When the change of the stack voltage exceeds the reference value (Case 1) or when the high voltage battery is charged (Case 2) (S6), the voltage of the stack is higher than the preset reference voltage If low, stop the operation of the low voltage power converter (case 1) or stop the operation of the low voltage power converter and high voltage power converter (case 2) (S7, S8).

단, S7 단계에서 스택의 전압이 제2기준전압 이상인 경우에는 저전압 전력변환장치를 통해 전달되는 스택의 발전 전력에 의해 저전압 배터리가 충전되도록 하여(S4), 추후 저전압 배터리의 충전 전력이 저전압 전장부하에서 사용될 수 있도록 한다.However, when the voltage of the stack is equal to or higher than the second reference voltage in step S7, the low-voltage battery is charged by the generated power of the stack transmitted through the low-voltage power converter (S4), and the charging power of the low- .

이와 같이 본 발명에서는 스택 발열을 위한 부하로 배터리를 이용함에 따라 기존 PTC 히터 등의 저항부하를 이용하는 방법에 비해 차량 연비를 개선할 수 있게 된다. As described above, according to the present invention, since the battery is used as the load for the stack heat generation, the fuel efficiency of the vehicle can be improved as compared with the method using the resistance load such as the conventional PTC heater.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Modified forms are also included within the scope of the present invention.

10 : 연료전지 스택
20 : HV J/B
31 : 인버터
32 : 구동모터
51 : 양방향 고전압 전력변환장치(BHDC)
52 : 고전압 배터리(메인 배터리)
61 : 저전압 전력변환장치(LDC)
62 : 저전압 배터리(보조 배터리,12V 배터리)
63 : 저전압 전장부하(12V 부하)10: Fuel cell stack
20: HV J / B
31: Inverter
32: drive motor
51: Bidirectional High Voltage Power Inverter (BHDC)
52: High voltage battery (main battery)
61: Low-voltage power converter (LDC)
62: Low voltage battery (auxiliary battery, 12V battery)
63: Low voltage electric field load (12V load)

Claims (7)

a) 센서에 의해 검출되는 온도로부터 연료전지의 냉시동 조건인지를 판단하는 단계;
b) 냉시동 조건에 해당하면 반응가스를 공급하여 연료전지 스택을 발전 작동시키는 단계; 및
c) 고전압 배터리가 스택 발열을 위한 부하로 사용되도록 양방향 고전압 전력변환장치를 제어하여 연료전지 스택의 발전 전력으로 고전압 배터리를 충전하는 단계;
를 포함하는 연료전지 승온 방법.
a) determining whether the fuel cell is in a cold start condition from a temperature detected by a sensor;
b) generating a fuel cell stack by supplying a reaction gas when the cold start condition is satisfied; And
c) charging the high voltage battery with the generated power of the fuel cell stack by controlling the bidirectional high voltage power converter so that the high voltage battery is used as a load for stack heat generation;
The temperature of the fuel cell.
청구항 1에 있어서,
상기 c) 단계 이전에, 연료전지 스택의 전압이 설정된 제1기준전압을 초과할 경우 저전압 전력변환장치를 제어하여 연료전지 스택의 발전 전력이 저전압 배터리를 통해 전력을 필요로 하는 차량 내 저전압 전장부하에서 소모되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 승온 방법.
The method according to claim 1,
When the voltage of the fuel cell stack exceeds the set first reference voltage before the step c), the low voltage electric power conversion device is controlled so that the generated electric power of the fuel cell stack is supplied to the low voltage electric vehicle load And the fuel cell is heated to a predetermined temperature.
청구항 2에 있어서,
상기 연료전지 스택의 발전 전력이 저전압 전장부하에서 소모되는 동안 연료전지 스택의 전압 변화가 설정된 기준치 이하인 경우 상기 c) 단계가 진행되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 승온 방법.
The method of claim 2,
Wherein the step c) is performed when the voltage change of the fuel cell stack is lower than the set reference value while the generated power of the fuel cell stack is consumed at the low voltage electric field load.
청구항 3에 있어서,
상기 c) 단계에서 고전압 배터리의 충전이 이루어지는 동안 연료전지 스택의 전압이 제2기준전압 이상인 경우 저전압 배터리가 스택 발열을 위한 부하로 사용되도록 저전압 전력변환장치를 제어하여 연료전지 스택의 발전 전력에 의해 저전압 배터리가 충전되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 승온 방법.
The method of claim 3,
When the voltage of the fuel cell stack is equal to or higher than the second reference voltage during charging of the high voltage battery in step c), the low voltage power converter is controlled so that the low voltage battery is used as a load for stack heat generation, So that the low-voltage battery is charged.
청구항 3에 있어서,
상기 c) 단계에서 고전압 배터리의 충전이 이루어지는 동안 연료전지 스택의 전압이 설정된 제2기준전압보다 낮아진 경우 고전압 전력변환장치와 저전력 전력변환장치의 작동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 승온 방법.
The method of claim 3,
Wherein the operation of the high-voltage power conversion apparatus and the low-power power conversion apparatus is stopped when the voltage of the fuel cell stack becomes lower than the set second reference voltage during the charging of the high-voltage battery in step c).
청구항 2에 있어서,
상기 연료전지 스택의 발전 전력이 저전압 전장부하에서 소모되는 동안 연료전지 스택의 전압 변화가 설정된 기준치를 초과하면서 연료전지 스택의 전압이 설정된 제2기준전압 이상인 경우 저전압 배터리가 스택 발열을 위한 부하로 사용되도록 저전압 전력변환장치를 제어하여 연료전지 스택의 발전 전력에 의해 저전압 배터리가 충전되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 승온 방법.
The method of claim 2,
When the voltage change of the fuel cell stack exceeds the set reference value while the generated power of the fuel cell stack is consumed at the low voltage electric field load, when the voltage of the fuel cell stack is equal to or higher than the set second reference voltage, the low voltage battery is used as the load for stack heat generation Voltage power converter so that the low-voltage battery is charged by the generated power of the fuel cell stack.
청구항 2에 있어서,
상기 연료전지 스택의 발전 전력이 저전압 전장부하에서 소모되는 동안 연료전지 스택의 전압 변화가 설정된 기준치를 초과하면서 연료전지 스택의 전압이 제2기준전압보다 낮아지면 저전압 전력변환장치의 작동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 승온 방법. The method of claim 2,
The operation of the low-voltage power converter is stopped when the voltage of the fuel cell stack becomes lower than the second reference voltage while the voltage change of the fuel cell stack exceeds the set reference value while the generated power of the fuel cell stack is consumed at the low- Wherein the temperature of the fuel cell is raised.
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