KR20170006306A - 연료전지차량의 운전 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

차량 제어부에서 차량의 상태 정보를 모니터링하는 모니터링단계; 모니터링한 차량의 상태가 최소 운전 모드 진입 조건에 해당하는 경우 최소 운전 모드로 진입하고 차량 제어부에서 연료전지 스택의 온도를 도출하는 온도도출단계; 및 도출한 연료전지 스택의 온도와 기설정된 목표스택온도값이 다른 경우, 차량 제어부에서 연료전지 스택의 온도와 기설정된 목표스택온도값이 일치하도록 연료전지 스택 온도를 제어하는 온도제어단계;를 포함하는 연료전지차량 운전 제어 방법이 소개된다.

Description

연료전지차량의 운전 제어 방법{DRIVING CONTROL METHOD OF FUEL CELL VEHICLE}
본 발명은 연료전지 차량의 최소 운전 모드에서의 제어 방법 및 최소 운전 모드 진입 및 해제 조건을 제시함으로써 차량의 내구성 및 운전성을 향상 시킬 수 있는 연료전지차량 운전 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.
특히, 최근에는 수소와 산소의 결합으로 인하여 발생하는 에너지를 이용하여 차량을 구동시키는 연료전지차량에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 그 중 연료전지 차량의 연비 향상을 위해 차량 운행 도중에 필요한 경우 연료전지의 발전을 정지시키고 재개하는 아이들 스탑 기능에 대해서 활발한 연구가 이루어지고 있고 상용화 되고 있는 추세이다.
아이들 스탑 기능은 차량 운행을 모두 마친 뒤 연료전지 시스템을 완전히 셧다운시키는 것과는 분명한 차이가 있으며, 따라서 연료전지의 아이들 스탑을 위한 제어 과정도 시스템 셧다운 제어 과정과는 분명히 차별화가 된다.
이와 관련하여 아이들 스탑에 대한 다양한 제어 방법들이 제시되었으며 종래의 KR 10-1000703 B1 "연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법"에서도 아이들 스탑시 연료전지를 최적의 상태로 유지하여 연료전지의 내구성을 향상시킬 수 있는 방법을 제시하고 있다.
그러나 아이들 스탑제어를 연료전지 시스템 셧다운 제어와 구별을 한다고 하더라도 여전히 연료전지를 스탑하게 되면 스택의 전압과 온도가 감소하게 되므로 차량의 운전성이 하락되는 문제점이 존재하였다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-1000703 B1
본 발명은 연료 전지 차량이 최소 운전 모드로 주행하는 경우에 운전성 및 내구성을 향상 시킬 수 있는 연료전지차량 운전 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지차량의 운전제어방법은 차량 제어부에서 차량의 상태 정보를 모니터링하는 모니터링단계; 모니터링한 차량의 상태가 최소 운전 모드 진입 조건에 해당하는 경우 최소 운전 모드로 진입하고 차량 제어부에서 연료전지 스택의 온도를 도출하는 온도도출단계; 및 도출한 연료전지 스택의 온도와 기설정된 목표스택온도값이 다른 경우, 차량 제어부에서 연료전지 스택의 온도와 기설정된 목표스택온도값이 일치하도록 연료전지 스택 온도를 제어하는 온도제어단계;를 포함할 수 있다.
온도제어단계는 연료전지 스택의 온도가 기설정된 목표스택온도값 미만인 경우에는 차량 제어부에서 라디에이터에서 스택으로 흐르는 냉각수를 차단하는 냉각수 차단단계;를 포함할 수 있고, 차량 제어부에서 냉각펌프의 RPM을 기설정된 RPM값으로 유지하는 냉각펌프RPM 유지단계;를 포함할 수도 있다. 반면에, 연료전지 스택의 온도가 기설정된 목표스택온도값을 초과하는 경우에는 차량 제어부에서 냉각펌프의 RPM을 증가시키는 냉각펌프RPM 증가단계;를 포함할 수 있다.
온도제어단계 이후에는, 차량 제어부에서 연료전지 스택 전압을 기설정된 스택전압값으로 유지하는 스택 전압 유지단계; 차량 제어부에서 공기블로워의 RPM을 기설정된 제1 공기블로워 RPM값으로 유지하는 제1 공기블로워 RPM 유지단계; 또는 차량 제어부에서 공기블로워 출구부의 유량을 기설정된 공기블로워 유량값으로 유지하는 유량유지단계;를 포함할 수 있다.
여기에서 최소 운전 모드 진입 조건은 차량 요구 토크가 기설정된 제1 요구 토크값 미만이고, 배터리의 SOC가 기설정된 제1 SOC값을 초과하는 것을 의미한다.
더불어, 온도제어단계 이후에는, 모니터링한 차량의 상태가 최소 운전 모드 해제 조건에 해당하는 경우 차량 제어부에서 최소 운전 모드를 해제하고 기설정된 해제시간동안 연료전지 스택의 최소셀전압을 모니터링하는 셀전압 모니터링단계; 모니터링한 최소셀전압이 기설정된 최소셀전압값 미만인 경우에는 차량 제어부에서 공기블로워 RPM 을 기설정된 제2 공기블로워 RPM값으로 기설정된 유지시간동안 유지하는 제2 공기블로워 RPM유지단계; 및 기설정된 유지시간 경과 후에는 차량 제어부에서 연료전지를 재시동하는 재시동단계;를 포함할 수 있다. 만약, 셀전압 모니터링 단계 이후에 모니터링한 최소셀전압이 기설정된 최소셀전압값 이상인 경우에는 차량 제어부에서 연료전지를 재시동하는 재시동단계;를 포함할 수 있다.
여기서 최소 운전 모드 해제 조건은 차량 요구 토크가 기설정된 제2 요구 토크값을 초과하거나 배터리의 SOC가 기설정된 제2 SOC값 미만인 것을 의미한다.
상술한 바와 같이 이용하면 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 최소 운전 모드 상태에서 스택의 온도 및 전압이 일정하게 유지되므로 차량의 저온 성능 및 운전성이 향상된다.
둘째, 최소 운전 모드 진입 조건에서 연료전지 스택의 냉각수 온도를 포함하고 있지 않으며 최소 운전 모드 상태에서 스택 온도의 제어가 가능하므로 연료전지차량이 냉간시에도 최소 운전 모드에 진입이 가능하다.
셋째, 냉간시에도 최소 운전 모드 진입이 가능해짐으로써 연료전지의 고전위 유지로 인한 내구성 약화를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지차량 운전 제어 방법의 순서도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
본 발명에 의한 연료전지차량 운전 제어 방법은 도1에서 도시한 바와 같이 차량 제어부에서 차량의 상태 정보를 모니터링하는 모니터링단계(S100); 모니터링한 차량의 상태가 최소 운전 모드 진입 조건에 해당하는 경우 최소 운전 모드로 진입하고 차량 제어부에서 연료전지 스택의 온도를 도출하는 온도도출단계(S300); 및 도출한 연료전지 스택의 온도와 기설정된 목표스택온도값이 다른 경우, 차량 제어부에서 연료전지 스택의 온도와 기설정된 목표스택온도값이 일치하도록 연료전지 스택 온도를 제어하는 온도제어단계(S400);를 포함한다.
모니터링단계(S100)에서는 제어부에서 차량의 전반적인 상태를 모니터링 하게 되는데, 일반적으로 연료전지차량의 동작에 있어서 핵심적인 메인 팩터(main factor)들이 이에 해당될 것이다. 즉, 연료전지 냉각수의 온도값, 연료전지 스택의 전압, 배터리의 SOC, 차량요구토크, 공기블로워의 유량 및 RPM 등이 이에 포함될 것이다.
모니터링단계(S100)에 의한 차량 상태 정보를 이용하여 차량 제어부는 차량의 상태가 최소 운전 모드 진입 조건에 해당하는지 판단하는 단계를(S200) 거치게 된다. 최소 운전 모드는 연료전지차량에서 흔히 쓰는 용어인 아이들 스탑 또는 FC STOP과 같은 목적을 가진다. 즉, 연료전지 차량이 정상 운전 모드로 주행하는 과정 중 저출력구간에서 차량의 효율을 높이기 위하여 최소 운전 모드를 두고 있다. 다만, 아이들 스탑과의 차이가 있다면 최소 운전 모드는 아이들 스탑과 달리 연료전지의 발전을 아예 중지 시키는 것은 아니라는 것이다.
따라서 아이들 스탑과 최소 운전 모드는 몇 가지 측면에서 구별이 되는데, 그 중 하나가 최소 운전 모드 진입 가능 여부를 판단하는 진입 조건이다. 진입 조건은 차량의 상태나 종류에 따라 다양하게 설정이 가능할 것이고, 본 발명에서도 다양한 방식 중 일례로써 차량 요구 토크가 기설정된 제1 요구 토크값 미만이고, 배터리의 SOC(State Of Charge)가 기설정된 제1 SOC값을 초과하는 것을 최소 운전 모드 진입 조건으로 제시하고 있다.
차량 요구 토크는 다시 말하자면 운전자가 원하는 차량 파워라고도 할 수 있다. 따라서 차량 요구 토크가 크다는 것은 운전자가 가속 등의 의지를 가지고 있어 차량이 큰 파워를 필요로 하는 것이므로, 최소 운전 모드에 진입해서는 안 된다. 그러므로 본 발명에서는 차량 요구 토크가 기설정된 제1요구 토크값 미만인 경우를 최소 운전 모드 진입조건으로 하고 있는 것이다.
제1요구 토크값은 다양한 값으로 존재할 수 있을 것이다. 차량의 종류에 따라 다양한 값을 가질 수도 있겠지만, 운전자의 성향에 따라서도 다양한 값을 가질 수 있을 것이다. 운전자가 급가속을 좋아하는 공격적인 성향을 가진 운전자라면 제1요구토크값을 낮게 설정하는 것이 바람직할 것이며, 천천히 운전하는 것을 즐기는 온순한 성향을 가진 운전자라면 제1요구토크값을 높게 설정하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명에서는 위에서 설명한 차량 요구 토크와 더불어 배터리의 SOC도 최소 운전 모드 진입 조건으로 보고 있다. 배터리의 SOC가 낮아지게 되면 열화현상이 발생하여 배터리의 내구성이 크게 떨어지게 되므로, 배터리의 SOC는 항상 적정수준을 유지하는 것이 중요하다. 따라서 본 발명에서도 배터리의 SOC가 기설정된 제1 SOC값을 초과하는 경우에만 최소 운전 모드로 진입할 수 있도록 하고 있다. 제1 SOC값에 대한 기준은 배터리의 종류에 따라 다를 수 있으나, 일반적으로 70~80% 정도가 가장 바람직할 것이다.
앞서 기재한 바와 같이 본 발명에서는 최소 운전 모드 진입 조건으로서 차량 요구 토크와 배터리 SOC를 제시하고 있는데, 여기서 주목해야 할 것은 연료전지 스택의 온도는 최소 운전 모드 진입 조건으로 두고 있지 않다는 것이다.
연료전지차량에 있어서 아이들 스탑 진입 조건 중 연료전지 냉각수의 온도는 가장 중요한 조건의 하나이다. 왜냐하면 아이들 스탑에 진입하게 되면 연료전지의 발전이 정지되므로 연료전지 스택의 온도가 지속적으로 하강하기 때문이다. 또한 이에 따라 온도가 계속 낮아지게 될 경우 연료전지 스택 내부에 잔존하여 있는 물이 얼어 플러딩(Flooding) 현상이 발생할 수 있다. 플러딩 현상이 발생할 경우 연료전지의 효율이 떨어지고 내구성에 악영향을 끼치게 된다. 따라서 기존에는 아이들 스탑 진입 조건으로 연료전지 냉각수의 온도가 일정온도 이상일 것을 포함하였고, 이로 인하여 연료전지 스택의 온도가 낮은 상태인 냉간 주행 모드 및 냉간 시동 상태에서는 아이들 스탑에 진입하지 못하였다.
그러나 본 발명에서는 최소 운전 모드 진입 조건인 연료전지 냉각수의 온도 조건을 삭제하고 이로 인하여 발생할 수 있는 문제인 플러딩 현상을 해결하기 위해 최소 운전 모드에서 연료전지 스택의 온도를 제어할 수 있는 방법을 제시하여 연료전지 차량이 냉간 주행 모드 상태이거나 냉간 시동 상태에서도 최소 운전 모드에 진입할 수 있도록 하였다.
따라서, 온도 제어를 하기 위하여 본 발명에서는 도1에서도 볼 수 있듯이 온도도출단계(S300)를 통하여 차량 제어부에서 연료전지 스택의 온도를 도출하고 온도제어단계(S400)에서 도출한 연료전지 스택의 온도와 기설정된 목표스택온도값이 다른 경우, 차량 제어부에서 연료전지 스택의 온도와 기설정된 목표스택온도값이 일치하도록 연료전지 스택 온도를 제어하는 단계를 포함하고 있다.
연료전지 스택의 온도는 다양한 방식으로 도출할 수 있을 것이나, 가장 일반적인 방법은 연료전지 스택 냉각수의 온도를 냉각유로에 마련된 온도센서를 통하여 검출하고 이를 바탕으로 연료전지 스택의 온도를 도출하는 방법일 것이다.
목표스택온도값은 차량의 상태 혹은 운전자의 성향에 따라 다양하게 설정이 가능할 것이나 앞서 설명한 바와 같이 연료전지 스택의 플러딩 현상을 방지할 수 있는 스택의 온도 값이어야 할 것이다. 일반적으로 대기압에서 물의 어는점은 0℃ 이므로 이에 마진(margin)값을 두어 5℃ 이내의 값을 목표스택온도값으로 하는 것이 가장 바람직할 것이다.
연료전지 스택의 온도를 도출하였다면 기설정된 목표스택온도값과 비교하고 이에 따라 발생한 차이값만큼 보상해주는 제어단계를 거치게 된다. 스택의 온도를 제어하는 방법은 다양한 방법이 존재할 수 있을 것이다. 특히 스택의 온도가 목표스택온도값보다 높은 경우와 낮은 경우에 따라 다른 제어방법을 가지게 될 것이다. 본 발명에서는 온도제어방법으로써 대표적인 방법으로 세가지를 제시하고 있다.
첫 번째는 연료전지 스택의 온도가 기설정된 목표스택온도값 미만인 경우에 해당하는 제어방법으로 차량 제어부가 라디에이터에서 스택으로 흐르는 냉각수를 차단하는 방법이다. 일반적으로 연료전지 차량의 라디에이터와 스택은 3-way 밸브를 통하여 연결되어 있고, 이 연결통로를 이용하여 라디에이터에 의하여 냉각된 냉각수가 연료전지 스택으로 흘러 연료전지 스택의 온도를 낮추는 역할을 한다. 따라서 본 냉각수의 흐름을 차단한다면 스택에 흐르는 냉각수의 양이 줄게 되어 이전에 비해 연료전지 스택의 온도가 상승하게 된다.
두 번째도 역시 연료전지 스택의 온도가 기설정된 목표스택온도값 미만인 경우에 해당하는 제어방법으로 차량 제어부에서 냉각펌프의 RPM을 기설정된 RPM값으로 유지하는 방법이다. 연료전지 차량의 스택은 라디에이터에 의하여 냉각된 냉각수 외에 별도의 냉각펌프에 의하여 공급되는 냉각수에 의해서도 냉각될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 스택의 온도가 기설정된 목표스택온도값 미만인 경우에 스택의 온도를 상승시키기 위하여 냉각펌프의 RPM을 조절하는 단계를 두고 있는 것이다. 기설정된 RPM 값은 스택의 성능에 따라 다양한 값으로 존재할 수 있을 것이나, 스택의 온도를 상승시키기 위한 제어 방법이므로 일반적인 냉각펌프의 RPM값보다는 훨씬 작은 값에 해당할 것이다.
마지막으로 세 번째는 앞서 설명한 두 가지 방법과는 달리 연료전지 스택의 온도가 기설정된 목표스택온도값을 초과하는 경우이다. 이 경우에 본 발명에서는 차량 제어부에서 냉각펌프의 RPM을 증가시키는 방법을 제시하고 있다. 이는 앞서 설명한 두 번째 방법을 역으로 이용하여 수행하는 방법으로 연료전지 스택의 온도를 낮추기 위해 냉각펌프의 RPM을 증가시켜 연료전지 스택으로 흐르는 냉각수의 유량을 증가시키는 방식이다. 따라서 이 경우, 연료전지 스택에 흐르는 냉각수의 유량이 늘어나게 되므로 결국 연료전지 스택의 온도가 낮아지는 결과가 발생하게 된다.
앞서 설명했듯이 최소 운전 모드는 아이들 스탑과는 구분되는 모드이므로 최소 운전 모드 유지 중 연료전지 차량을 제어하는 방법도 상이하다. 따라서 온도를 제어하는 방법 외에 최소 운전 모드에서의 운전성 향상을 위하여 본 발명에서는 다양한 제어 방법을 제시하고 있다.
그 중 하나는 차량 제어부에서 연료전지 스택 전압을 기설정된 스택전압값으로 유지하는 방법이다. 일반적으로 아이들 스탑시에는 연료전지의 발전이 정지되므로 스택전압은 시간이 지남에 따라 0V까지 하강하게 된다. 따라서 아이들 스탑이 해제되어 스택을 재시동하게 되는 경우 연료전지가 고출력을 요구하게 되므로 차량 급가속시 이질감이 발생하여 운전성이 떨어지게 된다.
따라서 이를 방지하기 위하여 본 발명에서는 스택 전압을 기설정된 스택전압값으로 유지하는 방법을 제시하고 있다. 스택전압값의 설정은 차량의 상태 및 운전자의 성향에 따라 다양한 값으로 존재할 수 있을 것이다. 그러나 스택전압값을 너무 높게 설정할 경우에는 운전성의 향상은 있을 수 있으나 내구성 측면에서 효율적이지 못하고, 낮게 설정할 경우에는 이와 반대로 내구성은 향상되나 운전성과 연비 측면에서 효율적이지 못하므로 이를 잘 비교하여 최적의 스택전압값을 설정하는 것이 바람직할 것이다.
이외에 스택전압값을 일정하게 유지한다는 것과 동일한 의미로 차량 제어부에서 공기블로워의 RPM을 기설정된 제1 공기블로워 RPM값으로 유지하는 방법을 고려해 볼 수 있다. 연료전지 스택의 전압값이 0V로 떨어지지 않고 일정전압을 유지한다는 것은 연료전지의 발전이 완전히 정지된 것이 아니라는 것을 의미한다. 따라서 연료전지의 발전을 위해서는 연료전지 스택에 산소를 공급하는 공기블로워가 작동하여야 한다. 그래서 본 발명에서는 공기블로워의 RPM을 기설정된 제1공기블로워 RPM값으로 유지하는 방법을 제시하고 있는 것이다.
제1공기블로워 RPM 값은 다양한 형태로 도출이 가능할 것이나 가장 손쉬운 방법은 공기블로워 RPM을 입력값으로 하여 스택전압값을 출력값으로 도출할 수 있는 맵데이터를 통하여 도출하는 방법일 것이다.
이와 유사하게 연료전지 스택에 공급되는 산소의 양을 제어하는 방법으로 차량 제어부에서 공기블로워 출구부의 유량을 기설정된 공기블로워 유량값으로 유지하는 방법이 있다. 본 방법도 산소의 양을 제어하는 방법이라는 점에서 공기블로워 RPM을 제어하는 방법과 목적이 동일하다. 그러나 공기블로워의 RPM을 통한 제어방법은 간접적으로 연료전지 스택으로 유입되는 산소의 양을 도출하는 방식인 반면에 공기블로워 출구부의 유량을 통한 제어방법은 직접적으로 산소의 양을 도출할 수 있는 방식이라는 점에서 유량을 통한 제어 방법이 정확성 측면에서 더 효율적일 것이다.
유량을 통한 제어방법에서의 기설정된 공기블로워 유량값도 다양한 형태로 존재가 가능할 것이다. 다만 여기서의 유량값은 체적유량값을 이용하는 것보다는 질량유량값을 이용하는 것이 본 발명의 목표에 더 부합할 것이다. 왜냐하면 산소는 기체에 해당하므로 체적유량값은 압력에 따라 변동이 클 수 있기 때문이다. 이런 이유로 일반적으로 유량값의 측정에 있어서 기체의 경우는 질량유량값을 이용하고 액체는 체적유량값을 이용하므로 본 발명에서는 질량유량값으로 공기블로워의 유량값을 설정하는 것이 바람직할 것이다.
위에서 설명한 방법에 따라 최소 운전 모드를 유지하는 중에 차량 제어부에서 모니터링한 차량의 상태가 최소 운전 모드 해제 조건에 해당하는 경우가 발생할 수 있을 것이다. 최소 운전 모드 해제 조건은 앞서 설명한 최소 운전 모드 진입 조건과 유사한 형태로 다양하게 설정이 가능하다. 본 발명에서는 최소 운전 모드 진입 조건에 맞추어 해제 조건으로 두 가지 조건을 기재하고 있다.
하나는 차량 요구 토크가 기설정된 제2 요구 토크값을 초과하는 조건을 최소 운전 모드 해제 조건으로 보는 것이다. 최소 운전 모드를 통해서는 운전자가 원하는 차량 요구 토크를 구현할 수 없기 때문에 이 경우에는 자연스럽게 차량의 최소 운전 모드가 해제될 것이다. 기설정된 제2요구 토크값 역시 앞서 설명한 제1요구 토크값과 마찬가지로 차량의 종류 및 운전자의 성향에 따라 다양한 값으로 존재할 수 있을 것이다.
다른 하나는 배터리의 SOC가 기설정된 제2 SOC값 미만인 조건이다. 이 경우에는 배터리의 열화방지를 위하여 배터리를 충전시켜야 하므로 최소 운전 모드를 해제하게 된다. 제2 SOC값 역시 제1 SOC값과 동일하게 배터리의 종류에 따라 다양한 값이 존재할 수 있을 것이나 일반적으로 15~25%보는 것이 가장 바람직할 것이다.
위의 최소 운전 모드 해제 조건(S500)을 적용하여 모니터링한 차량의 상태가 최소 운전 모드 해제 조건에 해당하는 경우 도1에서 도시한 바와 같이 차량 제어부에서 최소 운전 모드를 해제하고 기설정된 해제시간동안 연료전지 스택의 최소셀전압을 모니터링하는 셀전압 모니터링단계(600); 및 모니터링한 최소셀전압이 기설정된 최소셀전압값 이상에 해당하는지 비교하는 비교단계(S700)를 거치게 된다.
최소셀전압이랑 연료전지 스택의 이루고 있는 셀의 최소전압을 의미한다. 최소 운전 모드중에는 정상 주행 모드일때보다 스택의 전압값은 더 낮기 때문에 최소셀전압도 당연히 정상 주행 모드일 때보다 낮아질 수 밖에 없다. 그리고 최소셀전압이 일정기준 아래로 낮아지게 되는 경우에는 스택내에서 플러딩 현상이 발생할 수 있다. 따라서 플러딩 현상을 방지하기 위해 최소셀전압을 기설정된 최소셀전압값과 비교하는 단계(S700)를 두고 있는 것이다. 여기서 기설정된 최소셀전압값 역시 연료전지 스택의 종류 및 주변환경에 따라 다양한 값으로 존재할 수 있을 것이다.
앞서 설명한 비교단계(S700)에 의하여 모니터링한 최소셀전압이 기설정된 최소셀전압값 미만인 경우에는 도1에서 볼 수 있듯이 차량 제어부에서 공기블로워 RPM 을 기설정된 제2 공기블로워 RPM값으로 기설정된 유지시간동안 유지하는 제2 공기블로워 RPM유지단계(S750); 및 기설정된 유지시간 경과 후에는 차량 제어부에서 연료전지를 재시동하는 재시동단계(S800);를 수행하게 된다.
최소셀전압이 기설정된 최소셀전압값 미만인 경우에는 연료전지 스택내에서 발생하는 플러딩 현상을 방지해야 할 필요가 있는 것이므로, 이 경우에는 연료전지를 재시동하기 이전에 제2공기블로워 RPM 유지단계(S750)를 거치게 되는 것이다.
공기블로워가 작동한다는 것은 연료전지 스택에 산소가 공급된다는 것을 의미하고 결과적으로 스택에서 발전이 이루어지면서 스택의 온도가 상승하게 되므로 이를 통하여 스택 내에 잔존하는 물을 증발시킬 수 있을 것이다. 따라서 이를 통하여 플러딩 현상을 방지할 수 있을 것이다. 여기서의 기설정된 제2공기블로워 RPM값과 기설정된 유지시간의 값은 다양한 형태로 존재할 수 있다. 다만 RPM값이 높을 경우 유지시간이 짧아질 수 있을 것이고 반대로 RPM값이 낮은 경우에는 유지시간이 길어질 것이므로 서로 반비례 관계에 있는바 양 조건의 장단점을 조합하여 가장 적절한 제2공기블로워의 RPM값과 유지시간을 설정하는 것이 바람직할 것이다.
반면 도1에서 도시한 바와 같이 비교단계(S700)에서 모니터링한 최소셀전압이 기설정된 최소셀전압값 이상인 경우에는 차량 제어부에서 연료전지를 재시동하는 재시동단계(S800);를 수행하게 된다. 이 경우에는 앞서 기재한 바와 달리 연료전지 스택의 플러딩 현상을 방지해야 할 필요가 없으므로 바로 최소 운전 모드를 해제하고 정상 주행 모드로 돌입하는 재시동 단계(S800)로 진입해도 무방하다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
S100: 모니터링 단계 S300: 온도 도출 단계
S400: 온도 제어 단계 S600: 셀 전압 모니터링 단계
S800: 재시동단계

Claims (12)

  1. 차량 제어부에서 차량의 상태 정보를 모니터링하는 모니터링단계;
    모니터링한 차량의 상태가 최소 운전 모드 진입 조건에 해당하는 경우 최소 운전 모드로 진입하고 차량 제어부에서 연료전지 스택의 온도를 도출하는 온도도출단계; 및
    도출한 연료전지 스택의 온도와 기설정된 목표스택온도값이 다른 경우, 차량 제어부에서 연료전지 스택의 온도와 기설정된 목표스택온도값이 일치하도록 연료전지 스택 온도를 제어하는 온도제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량 운전 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    온도제어단계는
    연료전지 스택의 온도가 기설정된 목표스택온도값 미만인 경우에는 차량 제어부에서 라디에이터에서 스택으로 흐르는 냉각수를 차단하는 냉각수 차단단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량 운전 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    온도제어단계는
    연료전지 스택의 온도가 기설정된 목표스택온도값 미만인 경우에는 차량 제어부에서 냉각펌프의 RPM을 기설정된 RPM값으로 유지하는 냉각펌프RPM 유지단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량 운전 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    온도제어단계는
    연료전지 스택의 온도가 기설정된 목표스택온도값을 초과하는 경우에는 차량 제어부에서 냉각펌프의 RPM을 증가시키는 냉각펌프RPM 증가단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량 운전 제어 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    온도제어단계 이후에는,
    차량 제어부에서 연료전지 스택 전압을 기설정된 스택전압값으로 유지하는 스택 전압 유지단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량 운전 제어 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    온도제어단계 이후에는,
    차량 제어부에서 공기블로워의 RPM을 기설정된 제1 공기블로워 RPM값으로 유지하는 제1 공기블로워 RPM 유지단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량 운전 제어 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    온도제어단계 이후에는,
    차량 제어부에서 공기블로워 출구부의 유량을 기설정된 공기블로워 유량값으로 유지하는 유량유지단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량 운전 제어 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    최소 운전 모드 진입 조건은 차량 요구 토크가 기설정된 제1 요구 토크값 미만이고, 배터리의 SOC가 기설정된 제1 SOC값을 초과하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량 운전 제어 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    온도제어단계 이후에는,
    모니터링한 차량의 상태가 최소 운전 모드 해제 조건에 해당하는 경우 차량 제어부에서 최소 운전 모드를 해제하고 기설정된 해제시간동안 연료전지 스택의 최소셀전압을 모니터링하는 셀전압 모니터링단계;
    모니터링한 최소셀전압이 기설정된 최소셀전압값 미만인 경우에는 차량 제어부에서 공기블로워 RPM 을 기설정된 제2 공기블로워 RPM값으로 기설정된 유지시간동안 유지하는 제2 공기블로워 RPM유지단계; 및
    기설정된 유지시간 경과 후에는 차량 제어부에서 연료전지를 재시동하는 재시동단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 운전 제어 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    셀전압 모니터링 단계 이후에는,
    모니터링한 최소셀전압이 기설정된 최소셀전압값 이상인 경우에는 차량 제어부에서 연료전지를 재시동하는 재시동단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 운전 제어 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    최소 운전 모드 해제 조건은 차량 요구 토크가 기설정된 제2요구토크값을 초과하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량 운전 제어 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    최소 운전 모드 해제 조건은 배터리의 SOC가 기설정된 제2 SOC값 미만인 것을 특징으로 하는 연료전지차량 운전 제어 방법.


KR1020150096282A 2015-07-07 2015-07-07 연료전지차량의 운전 제어 방법 KR101755803B1 (ko)

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