KR20170069374A - 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법 - Google Patents

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Abstract

제어부에서 연료전지 스탑모드 진입을 체크하는 체크단계; 연료전지 스탑모드 진입시, 고전압배터리에서 충전이 가능한 전력의 정도를 나타내는 배터리가용충전전력에 기반하여 제어부에서 버스단 전압명령치를 산출하는 산출단계; 제어부에서 버스단의 전압이 버스단 전압명령치가 되도록 고전압배터리와 버스단의 사이에 연결된 컨버터를 제어하는 전압하강단계; 및 전압하강단계를 수행한 후 전압센서를 통해 측정된 연료전지의 전압이 메모리에 미리 설정된 기준전압 이상인 경우 제어부에서 차량 전장부하의 전력소모를 증가시키는 전력소모단계;를 포함하는 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법이 소개된다.

Description

연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법 {METHOD FOR CONTROLLING VOLTAGE OF FUELCELL IN STOP-MODE OF FUELCELL VEHICLE}
본 발명은 연료전지차량의 연료전지 정지시 전압을 능동적으로 하강시킴으로서 연료전지의 내구성을 확보하고, 동시에 연비저하를 방지할 수 있도록 하는 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법에 관한 것이다.
연료전지차량의 경우 연료전지의 스탑(stop) 진입 조건이 만족되면 스탑모드 프로세스를 진행한다. 스탑모드 프로세스에서는 공기 블로워를 중지하여 공기 유량이 감소되는지 확인하는 발전 정지 과정을 거친다. 공기 유량이 모두 감소 되었을 경우 발전 정지 과정을 완료하고 스탑모드로 진입한다.
연료전지 스탑모드 진입 후에도 연료전지 스택의 전압은 바로 떨어지지 않는다. 램 에어가 유입되거나 수소 Cross Over가 없을 경우 전압이 OCV 근처로 계속 유지되며 이 경우에는 스택 내구 측면에서 좋지 않다. 그리고 강제적으로 스택전압을 낮추어야 하나 스택 전압을 너무 낮게 유지하면 연료전지 리스타트시 전압 상승 소요시간으로 재가속성능이 떨어지게 된다. 따라서, 차량 재가속성을 손해 보지 않는 범위에서 OCV 근처에서만 스택전압이 머물지 않도록 전압 하강 제어가 필요하다.
한편, 전압 하강을 위해서 강제적으로 저항장치를 연결해도 되나 연비 측면에서 불리하다. 그래서 전력변환장치를 통한 버스단 전압 하강제어를 통해 연료전지 출력을 발생시켜 연료전지 전압을 하강시키고(공기 공급 중단 상태) 연료전지 출력을 구동모터나 고전압 보기류로 소모하고 잉여전력을 고전압배터리로 강제충전 하는 방법을 사용한다.
이와 같이 차량의 고전압배터리의 전력변환장치를 통한 버스단 전압 하강 제어는 연료전지 출력을 발생시킬 수 있고, 배터리 충전 가용 출력이 제한적이기 때문에 회생제동량이 클 경우 회생제동 에너지를 감소시킬 수밖에 없으며, 이는 연비의 손실을 가져 올 수 있다. 또한, 회생제동 출력과 연료전지 출력 발생을 감소하지 않을 경우 배터리의 과충전 문제가 발생한다.
이에, 종래기술에서는 배터리 과충전 방지 및 연비를 고려하여 차속이 없을 경우 또는 회생제동 제한치에 비해 현재 회생제동량이 크지 않을 경우에만 전력변환장치 버스단 전압 하강제어를 수행하였다. 또한, 고전압배터리가 충전 가능 상태인지를 판단하는 과정이 추가될 수 있다. 즉, 연비손실과 배터리 과충전을 막을 수 있는 상황을 미리 판단하여 연료전지 출력을 발생시키고 연료전지 전압을 낮추는 버스단 전압 하강제어를 진행하고 있었다.
하지만, 버스단 전압 하강제어를 통한 연료전지 출력 발생이 불가능한 상황을 차속이나 회생제동 마진, 배터리 충전가능 여부 등으로 선행적으로 판단할 경우, 연료전지 출력 발생이 작은 양이라도 가능한 상황에서도 버스단 전압 하강제어를 수행하지 않는 상황이 발생할 수 있다. 회생제동 마진이 부족하더라도 부족한 마진 만큼 작은 양의 연료전지 출력이 발생가능 하여 연료전지 전압을 늦은 속도라도 하강시킬 수 있기 때문이다.
따라서, 종래기술에 따르면 연료전지의 전압이 늦은 속도로 저하되거나 또는 충분히 저하되지 못하여 연료전지의 내구성을 충분히 보장할 수 없는 상황이 발생될 수 있었던 것이다.
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 10-2010-0005768 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 연료전지차량의 연료전지 정지시 전압을 능동적으로 하강시킴으로서 연료전지의 내구성을 확보하고, 동시에 연비저하를 방지할 수 있도록 하는 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법은, 제어부에서 연료전지 스탑모드 진입을 체크하는 체크단계; 연료전지 스탑모드 진입시, 고전압배터리에서 충전이 가능한 전력의 정도를 나타내는 배터리가용충전전력에 기반하여 제어부에서 버스단 전압명령치를 산출하는 산출단계; 제어부에서 버스단의 전압이 버스단 전압명령치가 되도록 고전압배터리와 버스단의 사이에 연결된 컨버터를 제어하는 전압하강단계; 및 전압하강단계를 수행한 후 전압센서를 통해 측정된 연료전지의 전압이 메모리에 미리 설정된 기준전압 이상인 경우 제어부에서 차량 전장부하의 전력소모를 증가시키는 전력소모단계;를 포함한다.
체크단계에서는 배터리 SOC가 제1기준 이상이거나 차량 요구토크가 제2기준 이하인 경우 제어부에서 연료전지 스탑모드에 돌입할 수 있다.
배터리가용충전전력은 제어부의 메모리에 저장된 데이터맵을 통해 도출할 수 있다.
데이터맵은 고전압배터리의 고장여부, 고전압배터리의 온도, 고전압배터리의 SOC를 입력값으로 하고, 고전압배터리의 배터리가용충전전력을 출력값으로 할 수 있다.
산출단계에서는 버스단 전압에 고전압배터리의 배터리가용충전전력과 실제 충전전력의 차이를 반영하여 버스단 전압명령치를 산출할 수 있다.
산출단계에서는 버스단 전압명령치를 아래 수식을 통해 산출할 수 있다.
버스단 전압명령치 = 버스단 전압 - K1 × (배터리가용충전전력 - 배터리충전전압 × 배터리충전전류)
전압하강단계에서는 제어부에서 버스단 전압명령치에 따라 고전압배터리의 목표충전전류를 산출하고, 목표충전전류에 따라 컨버터를 제어하여 고전압배터리가 충전되도록 함으로써 버스단의 전압이 버스단 전압명령치가 되도록 할 수 있다.
전력소모단계에서는 차량 전장부하의 전력소모를 증가시킴과 동시에 버스단 전압명령치를 메모리에 미리 설정된 기준전압으로 변경하여 컨버터를 제어할 수 있다.
산출단계에서는 제어부에서 메모리에 미리 마련된 기울기에 따라 점차 하강하는 버스단 전압명령치를 산출하며, 전압하강단계에서는 제어부에서 버스단 전압명령치에 따라 고전압배터리의 목표충전전류를 산출하고, 목표충전전류에 따라 컨버터를 제어하며, 목표충전전류는 배터리가용충전전력에 기반하는 배터리충전제한전류가 최대값으로 제한될 수 있다.
배터리충전제한전류는 배터리가용충전전력을 배터리충전전압으로 나누어 산출할 수 있다.
전력소모단계에서는 공기 블로워 또는 수소 재순환 블로워 또는 냉각수 펌프를 포함하는 고전압 보기류의 구동 증대 또는 저효율 운전을 통해 차량 전장부하의 전력소모를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법에 따르면, 연료전지차량의 연료전지 정지시 전압을 능동적으로 하강시킴으로서 연료전지의 내구성을 확보하고, 동시에 연비저하를 방지할 수 있다.
또한, 연비의 저하와 고전압배터리의 과충전을 방지하면서 보다 빠르고 확실하게 연료전지의 전압을 하강시킬 수 있어 연료전지의 내구성을 충분히 보호할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법을 수행하기 위한 연료전지 차량의 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법의 순서도.
도 3 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법의 블록도.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법을 수행하기 위한 연료전지 차량의 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법의 순서도이며, 도 3 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법의 블록도이다.
본 발명에서는 주행중 연료전지 발전 중지와 발전 중지 후 전력변환장치를 통한 버스단 전압제어를 통해 연료전지 전압을 하강하는 제어를 제안하고자 한다. 종래 기술과 달리 버스단 전압 제어를 수행함에 있어 배터리가용충전전력과 실제 충전전력을 고려하는 전압 보정방식 또는 전력변환장치 전류제한 방식을 사용하여, 연비 손실과 배터리 과충전을 효과적으로 막고 동시에 연료전지 전압 하강제어 진입을 확대하고자 한다. 또한 이 방법으로도 연료전지 전압 하강제어 불가할 경우 고전압 보기류 소모를 일시적으로 증대하는 방법을 사용하여 연료전지 고전압 회피 확대 제어를 수행한다. 이를 통해 연료전지 내구성이 크게 증대될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법을 수행하기 위한 연료전지 차량의 시스템을 나타낸 도면으로서, 연료전지(100)와 고전압배터리(200) 하이브리드 시스템을 나타낸다. 고전압배터리(200)에 고전압배터리의 출력제어가 가능한 양방향 전력변환장치인 컨버터(300)가 있다. 모터/인버터를 제외한 전장부하(고전압 전자부하와 저전압 배터리, 저전압 전자 부하, 고전압을 저전압으로 변환해주는 저전압 전력변환장치)가 있다. 연료전지에는 역전류가 흐르지 않도록 다이오드가 있으며 연료전지(100)를 메인 버스단(500)에 연결하기 위한 릴레이가 있다. 릴레이는 차량 운행중 뿐만 아니라 본 적용 기술인 Start/Stop 중에도 상시 연결되어 있으며 키오프 또는 비상 셧다운시에만 연결이 해제된다. 그리고 이러한 장비들을 제어하는 제어부(600)가 있으며, 제어부는 프로세서(620)와 각종 정보들을 미리 저장하거나 수집하기 위한 메모리(640)가 구비된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법의 순서도로서, 본 발명에 따른 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법은, 제어부에서 연료전지 스탑모드 진입을 체크하는 체크단계(S100); 연료전지 스탑모드 진입시, 고전압배터리에서 충전이 가능한 전력의 정도를 나타내는 배터리가용충전전력에 기반하여 제어부에서 버스단 전압명령치를 산출하는 산출단계(S200); 제어부에서 버스단의 전압이 버스단 전압명령치가 되도록 고전압배터리와 버스단의 사이에 연결된 컨버터를 제어하는 전압하강단계(S300); 및 전압하강단계를 수행한 후 전압센서를 통해 측정된 연료전지의 전압이 메모리에 미리 설정된 기준전압 이상인 경우 제어부에서 차량 전장부하의 전력소모를 증가시키는 전력소모단계(S400,S500);를 포함한다.
본 발명에서는 버스단 전압의 하강제어 금지 조건을 사전에 판단하지 않고 고전압배터리의 가용 충전 전력을 기반으로 하여 전압명령치를 보정하는 방법을 사용하도록 한다. 전압명령치를 보정할 경우, 고전압배터리가용충전전력이 감소(배터리 고장, 온도 급상승, 온도 급하강, SOC 과다)하거나, 회생제동량이 클 경우, 버스단 전압 명령이 미리 설정된 OCV 근처의 기준전압보다 높게 유지되어 연료전지 전압도 동시에 높게 유지되는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우에는 버스단 전압 하강제어 전압명령치를 보정 없이 초기의 기준전압으로 수행하되 고전압 보기류 등을 일시적으로 증가하는 방법을 적용하여 연료전지 출력을 증가된 보기류로 충당하여 연료전지 전압을 하강하는 제어를 수행한다.
보기류 증가는 연비의 손실을 발생시킬 수 있기 때문에 연료전지 고전압이 어느정도 일정시간 유지될 경우(고전압 열화 우려 상황이 높은 상태)에만 수행할 수 있도록 한다. 연료전지 전압이 설정 전압 이하가 되었을 경우에는 보기류 증가를 중단하고 정상구동하며, 버스단 전압명령치는 유지하는 제어를 수행한다. 이때 연료전지 전압이 재상승하지 않도록 블로워를 작동하면서도 공기 차단 밸브를 차단하여 램에어 유입을 막도록 한다.
먼저, 제어부에서 연료전지 스탑모드 진입을 체크하는 체크단계(S100)를 수행한다. 체크단계에서는 배터리 SOC가 제1기준 이상이거나 차량 요구토크가 제2기준 이하인 경우 연료전지의 발전이 불필요한 상황으로 인식하여 제어부에서 연료전지 스탑모드에 돌입할 수 있다.
연료전지 스탑모드 진입시, 고전압배터리에서 충전이 가능한 전력의 정도를 나타내는 배터리가용충전전력에 기반하여 제어부에서 버스단 전압명령치를 산출하는 산출단계(S200)를 수행한다. 즉, 회생제동량이나 고전압배터리의 SOC를 참조하는 것이 아니라 고전압배터리의 충전 가능 정도만을 보고 바로 전압 하강제어를 수행하기에 보다 직접적이고 세밀한 제어가 가능해지는 것이다.
여기서, 배터리가용충전전력은 제어부의 메모리에 저장된 데이터맵을 통해 도출할 수 있다. 구체적으로, 데이터맵은 고전압배터리의 고장여부, 고전압배터리의 온도, 고전압배터리의 SOC를 입력값으로 하고, 고전압배터리의 배터리가용충전전력을 출력값으로 할 수 있다. 이러한 값들은 수식을 마련하여 실시간으로 계산하는 것도 가능하고, 미리 실험이나 해석 등을 통하여 마련된 데이터값들의 집합으로 구성하는 것도 가능하다.
또한, 산출단계에서는 버스단 전압에 고전압배터리의 배터리가용충전전력과 실제 충전전력의 차이를 반영하여 버스단 전압명령치를 산출할 수 있다.
구체적으로, 산출단계에서는 버스단 전압명령치를 아래 수식을 통해 산출할 수 있다.
버스단 전압명령치 = 버스단 전압 - K1 × (배터리가용충전전력 - 배터리충전전압 × 배터리충전전류)
그리고 제어부에서 버스단의 전압이 버스단 전압명령치가 되도록 고전압배터리와 버스단의 사이에 연결된 컨버터를 제어하는 전압하강단계(S300)를 수행한다.
전압하강단계에서는 제어부에서 버스단 전압명령치에 따라 고전압배터리의 목표충전전류를 산출하고, 목표충전전류에 따라 컨버터를 제어하여 고전압배터리가 충전되도록 함으로써 버스단의 전압이 버스단 전압명령치가 되도록 할 수 있다.
한편, 전압하강단계를 수행한 후 전압센서를 통해 측정된 연료전지의 전압이 메모리에 미리 설정된 기준전압 이상인 경우(S400) 제어부에서 차량 전장부하의 전력소모를 증가시키는 전력소모단계(S500)를 수행한다.
전력소모단계에서는 차량 전장부하의 전력소모를 증가시킴과 동시에 버스단 전압명령치를 메모리에 미리 설정된 기준전압으로 변경하여 컨버터를 제어할 수 있다.
이러한 과정은 도 3에 좀 더 구체적으로 표현되어 있다. 도 3을 참고하여 설명하면, 위의 수학식 1처럼 전압 명령을 배터리가용충전전력에 따라 보정한다. 즉, 버스단 실제 전압에 고전압 배터리가용충전전력과 실제 충전전력의 차를 보정하는 방식이다. 계산식에 의해, 가용충전전력보다 실제 충전전력이 높을 경우 현재 버스단 전압보다 전압명령을 상승하며, 가용충전전력보다 실제 충전전력이 낮을 경우에는 전압명령을 현재 버스단 전압보다 하강하되 최소치를 기준전압으로 설정하여 기준전압까지만 하강하도록 한다. 이때 전압명령치의 상승 및 하강 기울기를 제한하여 급격한 전압 명령 변화를 막도록 한다. 전압명령치가 설정되면, 전압명령을 추종하기 위한 배터리 목표충전전류를 계산하고 배터리 전류센서 피드백을 통한 컨버터의 IGBT 듀티 제어를 통해 배터리충전전류를 발생시킨다.
고전압배터리의 전압명령을 배터리 특성에 따른 맵으로 설정하는 방식은 차량 부하 특성을 충분히 고려하지 못하여 연료전지 전압 하강이 가능한 상황에서도 전압하강을 하지 못하는 경우가 발생한다. 본 발명처럼, 버스단의 실제 전압과 실제 배터리 충방전 전력과 배터리 가용 전력맵을 고려하여 전압명령을 보정하는 것이 연비 손실이나 배터리 과충전을 막는 동시에 연료전지 전압을 하강시킬 수 있는 빈도를 증가시켜 연료전지 내구를 더 확보할 수 있는 정확하고 효율적인 방법이다.
한편, 또 다른 실시예로서, 산출단계에서는 제어부에서 메모리에 미리 마련된 기울기에 따라 점차 하강하는 버스단 전압명령치를 산출하며, 전압하강단계에서는 제어부에서 버스단 전압명령치에 따라 고전압배터리의 목표충전전류를 산출하고, 목표충전전류에 따라 컨버터를 제어하며, 목표충전전류는 배터리가용충전전력에 기반하는 배터리충전제한전류가 최대값으로 제한될 수 있다. 그리고 배터리충전제한전류는 배터리가용충전전력을 배터리충전전압으로 나누어 산출할 수 있다.
이에 관하여는 도 4에 상세히 도시되어 있다. 도 4를 참고하여 설명하면, 이 방법은 배터리가용충전전력 기반으로 전압명령치를 보정하는 방법 대신, 컨버터 제어의 충전전류제한치를 설정하는 방법을 사용한 경우이다. 고전압 배터리의 가용충전전력이 감소하거나, 회생제동량이 클 경우, 전압명령치는 기준전압으로 고정되지만 컨버터의 충전전류제한 설정으로 인해, 버스단 설정 전압 명령(기준전압)보다 버스단 실제 전압(연료전지 전압과 동일)이 높게 유지되는 상황이 된다.
버스단 전압(연료전지 전압)이 기준전압보다 높게 유지되는 경우, 고전압 보기류를 증가하여 연료전지 전압을 기준전압 이하로 하강하는 방법은 앞에서와 동일하다.
먼저, 전압명령치의 보정 없이 전압명령을 일정한 기울기를 가지고 하강시켜 최종 기준전압으로 전압명령치를 생성하되, 데이터맵을 통해 충전전류제한치 명령도 동시에 생성한다. 배터리충전제한전류는 도 4에서와 같이 배터리가용충전전력을 배터리의 충전전압으로 나누어 계산할 수 있다. 최종 전압명령치와 충전제한전류 명령을 통해, 목표 전류를 추종하기 위한 전류제어를 수행한다.
이때, 충전전류제한 명령 기반으로 실제 배터리 충/방전 전류를 제한하는 제어를 추가적으로 수행한다. 이 방식은 앞에서와 달리, 전압명령치의 보정 역할을 전류제한 제어가 대신하는 방식이다. 즉, 이 경우에는 버스단 전압 하강 명령은 기준전압으로 설정되더라도 고전압 배터리의 상태나 차량 부하 상태에 따라 연료전지 출력을 발생할 수 없는 상태에서는 배터리의 충방전 전류 제한를 통해서 자동적으로 실제 버스단 전압이 기준전압보다 높게 상승된다.
한편, 컨버터를 통한 버스단 전압의 조정은, 설정된 버스단 전압 명령을 추종하기 위해 목표충전전류를 산출하고, 제어부에서는 목표충전전류를 발생시키기 위해 실제 전류센서값(I)을 피드백 받아 컨버터 IGBT의 듀티를 조정하는 방식을 사용한다. 온도나 SOC에 따른 배터리 가용충전전력 정보는 제어기의 메모리에 내장되어 있으며, 온도나 SOC에 따라 실시간 산출되어 진다. 버스단 실제 전압을 측정하기 위한 전압센서, 배터리전압을 측정하기 위한 전압센서도 회로에 구비되어 있다.
한편, 고전압 전장부하는 대표적인 예로 연료전지의 보기류를 들 수 있는데, 보기류는 공기 블로워, 물펌프, 수소 재순환 블로워 등이 될 수 있으며, 고전압 보기류의 출력의 증가로 인해 연료전지 시스템의 운전상태가 변하지 않도록 하여야 한다. 예를 들어, 공기 블로워를 구동을 증가하되 연료전지 시스템에 공기 출입이 되지 않도록 한다던지, 물펌프 구동을 증가시키되 연료전지 시스템이 냉각이 되지 않도록 해야 한다. 따라서 이를 위해서 스택의 공기 또는 냉각수 또는 수소 Bypass 밸브가 마련되어 있으면, 보기를 구동을 증가시키되 스택으로 공기나 수소, 냉각수가 유입되지 않도록 할 수 있다.
스택 Bypass밸브는 냉각수 유입을 스택이나 부하장치로 선택적으로 할 수 있는 밸브이며, 스택 bypass 밸브를 작동하여 스택으로 냉각수 유입이 되지 않도록 한 후, 냉각 펌프의 회전수를 증가시키는 방법을 사용할 수 있다. 이는 공기 블로워나 수소 재순환 블로워에 동일하게 적용 할 수 있다. 이를 위해 공기공급계나 수소 재순환계에 바이패스 밸브를 마련해야 한다.
또한, 고전압 보기류의 저효율 운전을 통해 고전압 보기류의 열손실을 증가시키는 방향으로 운전을 하여 공기 공급/수소/냉각수의 공급이 되지 않는 상태에서 보기류 소모 출력을 증가시키는 방법을 사용할 수도 있다. 연료전지 시스템을 구동하기 위한 고전압 보기류 이외에도 차량에 필요한 고전압 보기류 (차량 실내 공조 관련 에어컨 컴프레셔나 난방용 히터, 저전압 12V 배터리를 충전하기 위한 저전압 전력변환기)의 소모를 증가시킬 수 있다. 저전압 배터리를 충전하기 위한 저전압 전력변환기의 충전 목표 전압을 12V보다 높은 14 ~ 15V로 상향시키는 것이 그 예가 될 수 있다.
이와 같은 전압제어방법의 경우, 연료전지 스탑 모드 진입 상태에서 차량 구동출력이 발생하고 있는 상황에서는 버스단 전압 하강 제어로 발생하는 연료전지 출력을 차량 구동 출력으로 소모하여 연료전지 전압을 제거할 수 있고, 차량 구동 출력이 없는 상태에서는 버스단 전압 하강 제어로 발생하는 연료전지 출력을 배터리 충전으로 소모하여 연료전지 전압을 제거할 수 있게 된다.
또한, 연료전지 스탑 모드 진입시 회생제동양이 많을 경우에는 버스단 전압 하강제어로 발생하는 연료전지 출력을 추가 보기류 증대 제어를 통해 충당하여 연료전지 전압을 하강할 수 있도록 한다.
연료전지 발전 중지 후 버스단 전압 하강제어를 수행하는 방식은 연료전지 발전이 유지되고 있는 상태에서 연료전지 전압이 고전압 영역으로 상승하지 않도록 버스단 전압 상한치를 제한하는 방식에 비해 연료전지 출력발생이 일시적이기 때문에 연비 측면에서 더욱 유리하다. 발전 유지 상태에서 버스단 전압을 하강하기 위해서는 연료전지 출력을 연속적으로 발생하여 배터리 충전이 과도하게 발생하여 연비 손실이 발생할 수 있기 때문이다. 또한 발전 중지 이후에는 연료전지 전압이 수소 크로스 오버로 인해 자연 방전이 수행되어 전압이 떨어지는데, 수소 크로스 오버로 인해 버리는 수소를 버스단 전압 하강제어를 통해 연료전지 출력을 발생하여 배터리로 충전하거나 차량 보기류로 소모하는 것이 연비에 더 유리하다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 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.
100 : 연료전지 200 : 고전압배터리
300 : 컨버터 400 : 전장부하
500 : 버스단 600 : 제어부

Claims (11)

  1. 제어부에서 연료전지 스탑모드 진입을 체크하는 체크단계;
    연료전지 스탑모드 진입시, 고전압배터리에서 충전이 가능한 전력의 정도를 나타내는 배터리가용충전전력에 기반하여 제어부에서 버스단 전압명령치를 산출하는 산출단계;
    제어부에서 버스단의 전압이 버스단 전압명령치가 되도록 고전압배터리와 버스단의 사이에 연결된 컨버터를 제어하는 전압하강단계; 및
    전압하강단계를 수행한 후 전압센서를 통해 측정된 연료전지의 전압이 메모리에 미리 설정된 기준전압 이상인 경우 제어부에서 차량 전장부하의 전력소모를 증가시키는 전력소모단계;를 포함하는 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    체크단계에서는 배터리 SOC가 제1기준 이상이거나 차량 요구토크가 제2기준 이하인 경우 제어부에서 연료전지 스탑모드에 돌입하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    배터리가용충전전력은 제어부의 메모리에 저장된 데이터맵을 통해 도출하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    데이터맵은 고전압배터리의 고장여부, 고전압배터리의 온도, 고전압배터리의 SOC를 입력값으로 하고, 고전압배터리의 배터리가용충전전력을 출력값으로 하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    산출단계에서는 버스단 전압에 고전압배터리의 배터리가용충전전력과 실제 충전전력의 차이를 반영하여 버스단 전압명령치를 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    산출단계에서는 버스단 전압명령치를 아래 수식을 통해 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법.
    버스단 전압명령치 = 버스단 전압 - K1 × (배터리가용충전전력 - 배터리충전전압 × 배터리충전전류)
  7. 청구항 1에 있어서,
    전압하강단계에서는 제어부에서 버스단 전압명령치에 따라 고전압배터리의 목표충전전류를 산출하고, 목표충전전류에 따라 컨버터를 제어하여 고전압배터리가 충전되도록 함으로써 버스단의 전압이 버스단 전압명령치가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    전력소모단계에서는 차량 전장부하의 전력소모를 증가시킴과 동시에 버스단 전압명령치를 메모리에 미리 설정된 기준전압으로 변경하여 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    산출단계에서는 제어부에서 메모리에 미리 마련된 기울기에 따라 점차 하강하는 버스단 전압명령치를 산출하며,
    전압하강단계에서는 제어부에서 버스단 전압명령치에 따라 고전압배터리의 목표충전전류를 산출하고, 목표충전전류에 따라 컨버터를 제어하며, 목표충전전류는 배터리가용충전전력에 기반하는 배터리충전제한전류가 최대값으로 제한되는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    배터리충전제한전류는 배터리가용충전전력을 배터리충전전압으로 나누어 산출되는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    전력소모단계에서는 공기 블로워 또는 수소 재순환 블로워 또는 냉각수 펌프를 포함하는 고전압 보기류의 구동 증대 또는 저효율 운전을 통해 차량 전장부하의 전력소모를 증가시키는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스탑모드시 전압 제어방법.
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