KR20170122062A

KR20170122062A - 연료전지 차량의 시동 제어방법

Info

Publication number: KR20170122062A
Application number: KR1020160051163A
Authority: KR
Inventors: 김대종
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2017-11-03
Also published as: DE102016221382A1; US20170305297A1; KR101836624B1; US10220724B2; DE102016221382B4

Abstract

연료전지의 전압을 허용 가능한 수준에서 최대한 낮게 정전압 제어함으로써 냉시동 시 시동성을 빠르게 확보할 수 있는 연료전지 차량의 시동 제어방법이 개시된다. 상기 연료전지 차량의 시동 제어방법은, 제어부에서, 연료전지에 수소와 공기를 공급하는 단계; 상기 제어부에서, 상기 연료전지의 출력단이 연결된 고전압버스단과 고전압배터리 사이에 마련된 컨버터의 상기 고전압 버스단 측 전압이 사전 설정된 최저 제어전압이 되도록 정전압 제어하는 단계; 및 상기 제어부에서, 상기 고전압버스단의 전압을 변환하여 구동모터에 제공하는 인버터의 상기 고전압 버스단 측에서 검출된 인버터 검출전압과 사전 설정된 상기 인버터의 동작 하한전압을 비교한 결과에 따라, 상기 컨버터의 상기 고전압 버스단 측 전압을 변경하는 단계를 포함한다.

Description

연료전지 차량의 시동 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING START OF FUEL CELL VEHICLE}

본 발명은 연료전지 차량의 시동 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지의 전압을 허용 가능한 수준에서 최대한 낮게 정전압 제어함으로써 냉시동 시 시동성을 빠르게 확보할 수 있는 연료전지 차량의 시동 제어방법에 관한 것이다.

냉시동 또는 저온시동 시에는 연료전지를 낮은 전압과 높은 전류로 운전하는 것이 연료전지의 승온에 유리하다. 즉, 동일 출력 상태에서 시스템이 허용하는 최대한 낮은 전압으로 연료전지의 전압을 제어하면 최대한 높은 전류를 출력하며 연료전지를 가장 빠르게 승온할 수 있게 된다.

실제 연료전지 차량 시스템에서 연료전지와 고전압 배터리의 전압을 변환하는 컨버터와 모터를 구동하는 인버터는 고전압 버스단에서 상호 연결되는데, 냉시동 시 컨버터의 전압을 허용가능한 가장 낮은 값으로 정전압 제어하여 연료전지 전압을 낮게 유지하게 함으로써 신속한 승온을 유도하게 된다.

그러나, 정전압 운전 중에 실제 제어 과정에서, 컨버터를 제어하기 위한 컨버터 제어 전압과 실제 인버터에서 측정되는 인버터 검출전압과 연료전지 전압을 측정한 연료전지 전압 사이에는 상호 오차가 존재하게 된다. 이러한 오차는, 각 부품에서 각각 개별적으로 전압 검출을 위한 별도의 전압 센서를 사용하여 전압을 측정함으로써 발생하게 되는 것이다.

예를 들어, 냉시동 시 연료전지의 승온 운전을 위해 최저 운전 전압에 해당하는 컨버터 제어 전압을 이용하여 컨버터를 제어하여 고전압 버스단의 전압을 제어 전압에 해당하는 전압으로 정전압 제어하더라도, 인버터나 연료전지에 설치된 전압 센서는 컨버터 제어 전압 보다 낮거나 높은 값으로 인식하게 될 수 있다.

이 때, 연료전지의 전압은 실제 컨버터의 전압과 비교하여 높거나 낮은 값을 갖더라도 시스템 제어에 활용하는 제어인자가 아니므로 운전에 큰 영향을 미치지 못한다. 하지만, 저전압 DC/DC 컨버터(LDC)나, 공기 블로워, 냉각수 펌프, 인버터 등은 연료전지 차량 시스템에서 고전압 버스단의 전압에 의해 영향을 받는 부품들이다. 따라서, 냉시동시 연료전지의 신속한 승온이 요구되는 경우라고 하더라도, 고전압 버스단의 전압은 이러한 장치들이 정상적으로 작동할 수 있는 하한 전압 이상의 범위에서 일정하게 유지되어야 한다.

특히, 정전압 운전의 승온 주체인 인버터는 부품 설계상 정상 동작이 이루어질 수 있는 동작 하한전압이 존재한다. 만약, 컨버터 출력이 이 인버터의 동작 하한전압을 유지하고 있다고 하더라도, 인버터에 설치된 전압 센서에 의해 인버터 전압이 동작 하한전압 보다 낮은 것으로 검출되는 경우, 인버터는 출력을 감소시키는 비상 운전을 실시하게 된다. 냉시동 중 정전압 운전 중에 이러한 비상 운전 상황이 발생하면 연료전지의 출력 소모가 낮아져 승온 시간 지연이 발생할 수 있다. 반대로, 컨버터 출력이 이 인버터의 동작 하한전압을 유지하고 있다고 하더라도, 인버터에 설치된 전압 센서에 의해 인버터 전압이 동작 하한 전압 보다 높은 것으로 검출되는 경우, 추가로 전압을 낮추어 운전할 수 있음에도 불구하고 높은 전압을 유지하면서 운전하게 되므로 추가적인 승온 출력 상승을 할 수 있는 여력이 있게 되는 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2015-0078448 A

이에 본 발명은, 냉시동 또는 저온시동 시 연료전지의 전압을 허용 가능한 범위에서 최소 크기로 정전압 제어함으로써 연료전지의 신속한 승온을 통해 연료전지 차량 시스템의 시동 준비 시간을 단축시킬 수 있는 연료전지 차량의 시동 제어방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,

제어부에서, 연료전지에 수소와 공기를 공급하는 단계;

상기 제어부에서, 상기 연료전지의 출력단이 연결된 고전압버스단과 고전압배터리 사이에 마련된 컨버터의 상기 고전압 버스단 측 전압이 사전 설정된 최저 제어전압이 되도록 정전압 제어하는 단계; 및

상기 제어부에서, 상기 고전압버스단의 전압을 변환하여 구동모터에 제공하는 인버터의 상기 고전압 버스단 측에서 검출된 인버터 검출전압과 사전 설정된 상기 인버터의 동작 하한전압을 비교한 결과에 따라, 상기 컨버터의 상기 고전압 버스단 측 전압을 변경하는 단계;

를 포함하는 연료전지 차량의 시동 제어방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 설정하는 단계는, 상기 인버터의 동작 하한전압과 사전 설정된 옵셋값의 합을 상기 최저 제어전압으로 설정할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 변경하는 단계는, 상기 인버터 검출전압과 상기 동작 하한전압의 오차전압을 상기 최저 제어전압에 가감한 전압값으로 상기 컨버터의 상기 고전압 버스단 측 전압을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 변경하는 단계는, 상기 인버터 검출전압과 상기 동작 하한전압의 오차전압을 사전 설정된 시간 간격마다 검출하여 누적하고, 누적된 오차전압을 전체 검출 회수으로 나눈 평균 오차전압을 상기 최저 제어전압에 가감한 전압값으로 상기 컨버터의 상기 고전압 버스단 측 전압을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 변경하는 단계는, 상기 인버터 검출전압에서 상기 동작 하한전압을 차감한 값이 양의 값을 갖는 사전 설정된 기준값 보다 큰지 판단하는 단계; 상기 차감한 값이 상기 사전 설정된 기준값 보다 큰 경우, 상기 차감한 값을 사전 설정된 제1 기준회수 동안 누적하는 단계; 상기 차감한 값의 누적값을 상기 제1 기준회수로 나누어 평균값을 도출하는 단계; 및 상기 평균값을 상기 최저 제어전압에 차감한 값으로 상기 컨버터의 상기 고전압 버스단 측 전압을 변경하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 기준값은 상기 오프셋값보다 작은 값을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 변경하는 단계는, 상기 차감한 값이 상기 기준값보다 작은 경우, 상기 차감한 값이 음의 값을 갖는지 판단하는 단계; 상기 차감한 값이 음의 값을 갖는 경우, 상기 차감한 값을 사전 설정된 제2 기준회수 동안 누적하는 단계; 상기 차감한 값의 누적값을 상기 제2 기준회수로 나누어 평균값을 도출하는 단계; 및 상기 평균값을 상기 최저 제어전압에 차감한 값으로 상기 컨버터의 상기 고전압 버스단 측 전압을 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 기준회수는 상기 제1 기준회수보다 작은 값을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 변경하는 단계는, 상기 차감한 값이 상기 기준값보다 작고 양의 값을 갖는 경우, 상기 컨버터의 상기 고전압 버스단 측 전압을 유지할 수 있다.

상술한 바와 같은 과제 해결 수단을 갖는 연료전지 차량의 시동 제어방법에 따르면, 고전압 버스단에서 연료전지 및 인버터와 연결되는 컨버터의 제어전압을 설정하는데 있어서, 인버터의 동작 하한전압에 마진을 부여하기 위한 오프셋값을 인버터 검출전압에 따라 변동시킴으로써, 인버터의 동작 하한전압이 허용하는 범위 내에서 연료전지의 출력 전압을 최소로 유지하도록 할 수 있다.

이에 따라, 상기 연료전지 차량의 시동 제어방법에 따르면, 냉시동 또는 저온시동 시 연료전지의 최대 발열을 유도할 수 있으며, 냉시동 또는 저온시동에 따른 연료전지 차량 시동 시간을 단축시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법이 적용되는 연료전지 차량 시스템을 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법을 도시한 흐름도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법이 적용되는 연료전지 차량 시스템을 도시한 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법이 적용되는 연료전지 차량 시스템은, 연료전지(100)와 연료전지(100)에 연료 및 공기를 공급하기 위한 여러 가지 요소들을 포함하는 연료전지 시스템, 연료전지(100)와 고전압 버스단에서 전기적 연결을 형성하는 컨버터(300), 컨버터(300)를 통해 고전압 버스단과 전력을 주고받는 고전압 배터리(400), 고전압 버스단에 연결되어 직류전력을 제공받아 교류전력으로 변환하여 모터로 제공하는 인버터(500) 및 연료전지 시스템과 컨버터, 인터버를 제어하기 위한 제어부(200)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 1에서, 연료전지 시스템에 포함되는 요소들의 예로서 공기공급 밸브(10), 공기공급 밸브(10)를 통해 공급되는 공기를 압축하여 고압 공기를 생성하는 블로워(800), 고압 공기에 수분을 제공하는 가습기(700), 연료전지(100)에서 반응 후 배출되는 공기를 차량의 외부로 배출하기 위한 공기배출 밸브(20), 연료전지의 연료인 수소를 보관하는 수소탱크(600), 및 수소탱크(600)에서 연료전지(100)로 수소공급을 제어하는 수소공급 밸브(30) 등이 존재할 수 있다.

이와 같이 구성되는 연료전지 차량 시스템에서, 냉시동 중에는 모터의 자체 발열을 통해 출력을 소모하기 위해, 인버터(500)가 고전압 버스단으로부터 전력을 공급받아 모터로 제공한다. 모터에 의해 소모되는 전력을 'A'라고 한다. 이 때, 연료전지(100)와 컨버터(300)를 통해 각각 'C' 와 'B'의 출력이 고전압 버스단으로 공급 된다(A=B+C). 연료전지 승온 측면에서는, 고전압 배터리(400)를 가능한 한 충전 방향으로 운전(B가 음수)하면 C가 극대화되어 연료전지(100) 승온에 매우 유리하다. 거기에 연료전지(100) 전압(E)를 시스템이 허용하는 가장 낮은 전압으로 운전할 수 있다면, 그 운전점이 시간당 승온 성능이 최대가 되는 지점이다.

본 발명의 일 실시형태에서는, 전력을 소모하는 모터에 전력을 공급하여 승온을 달성하는 주체인 인버터에 존재하는 동작 하한전압(G)을 고려하여 연료전지(100) 전압(E)를 인버터 동작 하한전압(G)으로 일정하게 유지될 수 있게 제어함으로써 냉시동 시 연료전지 차량의 시동성을 빠르게 확보하고자 하는 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법을 도시한 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 차량의 시동 제어방법은, 제어부(200)에서, 연료전지(100)에 수소와 공기를 공급하는 단계(S12, S13)와 제어부(100)에서, 연료전지(100)의 출력단이 연결된 고전압버스단과 고전압배터리 사이에 마련된 컨버터(300)의 고전압 버스단 측 전압이 사전 설정된 최저 제어전압이 되도록 정전압 제어하는 단계(S14) 및 제어부(100)에서, 고전압버스단의 전압을 변환하여 구동모터에 제공하는 인버터(500)의 고전압 버스단 측에서 검출된 인버터 검출전압(F)과 사전 설정된 인버터(500)의 동작 하한전압(G)을 비교한 결과에 따라, 컨버터(300)의 고전압 버스단 측 전압을 제어하는 단계(S21 내지 S24, S31 내지 S34, S41 및 S42)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 연료전지(100)의 시동이 시작되면, 연료전지(100)의 온도 등을 통하여 제어부(200)에서 냉시동 여부를 판단한다(S11). 이는 연료전지(100)의 온도센서 등을 통해 검출되는 값을 제어부(200)가 수신함으로써 파악할 수 있다. 단계(S11)에서 냉시동 상태가 아닌 것으로 판단된 경우, 제어부(200)는 정상적인 시동 과정을 진행하여(S61) 연료전지 차량의 시동과정을 완료하게 된다.

한편, 제어부(200)가 냉시동 상태인 것으로 판단한 경우, 제어부(200)는 수소와 공기를 연료전지(100)에 공급하기 위한 제어를 시작한다(S12, S13). 예를 들어, 제어부(200)는 수소공급 밸브(30)와 공기공급 밸브(10)를 개방함으로써 연료전지(100)에 수소와 공기가 공급되게 제어할 수 있다. 단계(S12, S13)에서는 제어부(200)에서 수소탱크(600)측의 수소밸브(30)와 공기공급밸브(10)를 개방 제어할 수 있다.

이어, 제어부(200)는 고전압 버스단과 고전압배터리(400) 사이에 마련된 컨버터(300)의 고전압 버스단측 제어전압(D)을 사전 설정된 최저 제어전압으로 설정할 수 있다(S14).

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태는 전력을 소모하는 모터에 전력을 공급하여 승온을 달성하는 주체인 인버터(500)의 동작 하한전압(G)을 고려하여 저온시동을 제어하기 위한 것으로, 단계(S14)에서 설정되는 최저 제어전압은 상기 인버터의 동작 하한전압과 사전 설정된 옵셋값의 합으로 결정될 수 있다(즉, D=G+α, 여기서 α는 사전 설정된 옵셋값). 즉, 단계(S14)에서, 제어부는 인버터(500)의 동작 하한전압(G)에 사전 설정된 옵셋값(α)를 합산한 값을 컨버터 제어전압(D)으로 설정할 수 있다.

여기서, 사전 설정된 옵셋값(α)은 저온 시동 초기 진입시 인버터(500)의 고전압 버스단측 전압을 검출한 인버터 검출 전압(F)의 오차를 알지 못하는 상태에서, 인버터 검출 전압(F)이 인버터 동작 하한전압(G) 보다 낮을 것으로 검출되어 인버터(500) 비상 운전 모드로 진입하여 승온을 위한 출력에 감소가 발생하는 것을 미리 방지하기 위해 설정된 값이다. 이 옵셋값(α)의 크기는 시스템 마다 상이할 수 있으므로, 해당 시스템의 특성에 따라 실험적인 방법으로 적절하게 결정될 수 있다.

이상과 같이 설정된 컨버터 제어전압(D)에 의해 고전압 버스단의 전압이 일정하게 유지되는 정전압 제어가 수행될 수 있다.

이어, 정전압 제어가 수행되기 시작하면, 인버터 검출전압(F)과 사전 설정된 인버터의 동작 하한전압(G)을 비교한 결과에 따라, 컨버터(300)의 고전압 버스단 측 전압을 제어하는 단계들이 수행된다.

기본적으로, 본 발명의 일 실시형태는 인버터 검출전압(F)와 인버터 동작 하한전압(G)의 오차값을 컨버터 제어전압(D)에 가감하여 컨버터 제어전압(D)이 최대한 인버터 동작 하한전압(G)에 가까운 값을 갖도록 제어함으로써 저온시동 시 전력 소모에 의한 승온을 최대화하는 것을 특징으로 한다.

특히, 급격한 컨버터 제어전압(D)의 변동을 방지하기 위해, 본 발명의 일 실시형태에서는, 제어부(200)가 인버터 검출전압(F)과 인버터 동작 하한전압(G)의 오차전압을 사전 설정된 시간 간격마다 검출하여 누적하고, 누적된 오차전압을 전체 검출 시간으로 나눈 평균 오차전압을 직전에 결정된 컨버터(300)의 최저 제어전압에 가감한 전압값으로 컨버터(300)의 고전압 버스단 측 전압(컨버터 제어전압(D))을 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시형태에서는 더욱 정밀한 제어를 위해 도 3에 구체적으로 도시된 제어 기법이 수행될 수 있다. 도 3에 도시된 실시형태는, 인버터 검출전압(F)에 인버터의 동작 하한전압(G)을 차감한 값이 양수인 경우와 음수인 경우를 나누어 제어를 수행할 수 있다.

(F-G)가 양수인 경우

단계(S14)에서 설정된 컨버터 제어전압(D)으로 정전압 운전이 개시되면, 제어부(200)는 인버터(500)의 고전압 버스단에서 검출된 인버터 검출전압(F)에 사전 설정된 인버터의 동작 하한전압(G)을 차감하고 이 값이 사전 설정된 기준값(β: 양수) 보다 큰지, 또는 음수인지 판단한다(S21, S31). 여기서, 사전 설정된 기준값(β: 양수)은 전술한 옵셋값(α)과 유사한 목적을 위해 적용된 것으로, 인버터(500)의 고전압 버스단측 전압을 검출하는 과정에서 허용될 수 있는 최소한의 마진을 고려한 것이다. 본 발명의 일 실시형태에서는 사전 설정된 옵셋값이 허용하는 오차보다 정밀한 수준으로 컨버터 제어전압(D)을 제어하고자 하는 것이므로, 사전 설정된 기준값(β)은 옵셋값(α)보다 작은 양의 값을 갖는 것이 바람직하다.

단계(S21)에서, (F-G)의 값이 사전 설정된 기준값(β)보다 큰 경우, 제어부(200)는 (F-G)의 값을 누적한다(S22). 단계(S22)에서는 (F-G)의 값을 누적연산한 회수(Time1)도 카운트할 수 있다. (F-G)의 값의 크기를 판단하고 이를 누적하는 과정은 사전 설정된 시간 간격마다 수행될 수 있는데, 이 과정이 수행되는 회수(Time1)를 카운트함으로써 이후 단계에서 카운트 회수가 사전 설정된 기준 회수(ΔT1) 이상이 되는 경우 (F-G)의 누적값을 평균할 수 있게 된다.

즉, 단계(S23)에서는, 제어부(200)가 단계(S22)를 수행하여 (F-G)의 누적연산을 수행한 회수(Time1)가 사전 설정된 기준 회수 이상인지 판단한다.

이어, 단계(S23)의 판단결과 누적 연산을 수행한 회수(Time1)가 사전 설정된 기준 회수 이상인 경우에는, 제어부(200)가 (F-G)의 누적값을 전체 카운트값으로 나누어 보정값(γ)을 산출하고(S24), 이를 컨버터(300)의 직전 제어전압(D)에 차감하여 새로운 컨버터 제어전압을 설정하게 한다(S41).

한편, 제어부(200)는 단계(S23)에서 (F-G)의 누적연산을 수행한 회수가 사전 설정된 기준 회수 미만인 경우 컨버터(300)의 직전 제어전압(D)을 유지하도록 할 수 있다(S42).

이어, 제어부(200)는 단계(S41 및 S42)를 수행한 후, 연료전지(100)의 온도 등을 고려하여 저온시동 완료 조건이 충족하였는지 판단하고(S51), 저온시동 완료 조건이 충족한 경우 시동을 완료하고, 저온시동 완료조건이 충족하지 못한 경우 다시 (F-G)의 값의 크기를 판단하는 단계를 수행하도록 제어한다.

(F-G)가 음수인 경우

전술한 바와 같이, 단계(S14)에서 설정된 컨버터 제어전압(D)으로 정전압 운전이 개시되면, 제어부(200)는 인버터(500)의 고전압 버스단에서 검출된 인버터 검출전압(F)에 사전 설정된 인버터의 동작 하한전압(G)을 차감하고 이 값이 사전 설정된 기준값(β: 양수) 보다 큰지, 또는 음수인지 판단한다(S21, S31).

단계(S21)에서, (F-G)의 값이 사전 설정된 기준값(β)보다 크지 않은 경우 제어부(200)는 (F-G)의 값이 음수인지 판단하고, 음수가 아닌 경우에는 직전의 컨버터 제어 전압(D)을 유지하는 제어를 수행하며(S42), (F-G)의 값이 음수인 경우에는 (F-G)의 값을 누적하는 연산을 수행한다.

제어부(200)는 단계(S32)에서, (F-G)의 값을 누적하고, 누적한 회수를 카운트한다(S32).

이어, 단계(S33)에서는, 제어부(200)가 단계(S32)를 수행하여 (F-G)의 누적연산을 수행한 회수(Time2)가 사전 설정된 기준 회수(ΔT2) 이상인지 판단한다. 여기서 사전 설정된 기준 회수(ΔT2)는 전술한 (F-G)가 양수인 경우에 이루어지는 제어에서 사용되는 기준 회수(ΔT1)보다 작은 값일 수 있다. (F-G)의 값이 음수인 경우는 인버터 검출전압(F)이 인버터 동작 하한전압(G) 보다 작아 인버터(500)가 비상 운전을 실시하여 인버터(500) 출력이 감소하게 되는 경우이다. 따라서, 사전 설정된 기준 회수(ΔT2)를 적게 설정함으로써 인버터가 출력 감소 영역에 진입하는 것을 최소화하는 것이 바람직하다.

이어, 단계(S33)의 판단결과 누적 연산을 수행한 회수가 사전 설정된 기준 회수(ΔT2) 이상인 경우에는, 제어부(200)가 (F-G)의 누적값을 전체 카운트값으로 나누어 보정값(γ)을 산출하고(S34), 이를 컨버터(300)의 직전 제어전압(D)에 차감하여 새로운 컨버터 제어전압을 설정하게 한다(S41).

한편, 전술한 단계(S22)에서는 단계(S32)에서 카운트된 회수(Time2)를 0으로 리셋하고, 단계(S32)에서는 단계(S22)에서 카운트된 회수(Time1)을 0으로 리셋할 수 있다. 이는 (F-G)의 값이 일정하게 기준값(β) 이상으로 유지되거나 음수로 유지되는 경우에 누적 연산 및 평균 연산을 통해 컨버터 제어전압(D)을 변경하기 위함이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태는, 연료전지 차량의 구동 모터에 전력을 공급하는 인버터의 동작 하한전압이 허용하는 범위 내에서, 연료전지의 출력 전압을 최소로 유지하도록 정전압 운전 가능하게 함으로써 냉시동 또는 저온시동 시 연료전지의 최대 발열을 유도할 수 있다.

더욱 상세하게는, 고전압 버스단에서 연료전지 및 인버터와 연결되는 컨버터의 제어전압을 설정하는데 있어서, 본 발명의 일 실시형태는 인버터의 동작 하한전압에 마진을 부여하기 위한 오프셋값을 인버터 검출전압에 따라 변동시킴으로써, 인버터의 동작 하한전압이 허용하는 범위 내에서 연료전지의 출력 전압을 최소로 유지하도록 할 수 있다. 이에 따라 냉시동 또는 저온시동 시 연료전지의 최대 발열을 유도할 수 있다.

본 발명은 특정한 실시형태에 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: 제어부
300: 컨버터 400: 고전압 배터리
500: 인버터

Claims

제어부에서, 연료전지에 수소와 공기를 공급하는 단계;
상기 제어부에서, 상기 연료전지의 출력단이 연결된 고전압버스단과 고전압배터리 사이에 마련된 컨버터의 상기 고전압 버스단 측 전압이 사전 설정된 최저 제어전압이 되도록 정전압 제어하는 단계; 및
상기 제어부에서, 상기 고전압버스단의 전압을 변환하여 구동모터에 제공하는 인버터의 상기 고전압 버스단 측에서 검출된 인버터 검출전압과 사전 설정된 상기 인버터의 동작 하한전압을 비교한 결과에 따라, 상기 컨버터의 상기 고전압 버스단 측 전압을 변경하는 단계;
를 포함하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 설정하는 단계는,
상기 인버터의 동작 하한전압과 사전 설정된 옵셋값의 합을 상기 최저 제어전압으로 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 변경하는 단계는,
상기 인버터 검출전압과 상기 동작 하한전압의 오차전압을 상기 최저 제어전압에 가감한 전압값으로 상기 컨버터의 상기 고전압 버스단 측 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 변경하는 단계는,
상기 인버터 검출전압과 상기 동작 하한전압의 오차전압을 상기 최저 제어전압에 가감한 전압값으로 상기 컨버터의 상기 고전압 버스단 측 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
청구항 4에 있어서, 상기 변경하는 단계는,
상기 인버터 검출전압과 상기 동작 하한전압의 오차전압을 사전 설정된 시간 간격마다 검출하여 누적하고, 누적된 오차전압을 전체 검출 회수으로 나눈 평균 오차전압을 상기 최저 제어전압에 가감한 전압값으로 상기 컨버터의 상기 고전압 버스단 측 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
청구항 2에 있어서, 상기 변경하는 단계는,
상기 인버터 검출전압에서 상기 동작 하한전압을 차감한 값이 양의 값을 갖는 사전 설정된 기준값 보다 큰지 판단하는 단계;
상기 차감한 값이 상기 사전 설정된 기준값 보다 큰 경우, 상기 차감한 값을 사전 설정된 제1 기준회수 동안 누적하는 단계;
상기 차감한 값의 누적값을 상기 제1 기준회수로 나누어 평균값을 도출하는 단계; 및
상기 평균값을 상기 최저 제어전압에 차감한 값으로 상기 컨버터의 상기 고전압 버스단 측 전압을 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
청구항 6에 있어서,
상기 기준값은 상기 오프셋값보다 작은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
청구항 6에 있어서, 상기 변경하는 단계는,
상기 차감한 값이 상기 기준값보다 작은 경우, 상기 차감한 값이 음의 값을 갖는지 판단하는 단계;
상기 차감한 값이 음의 값을 갖는 경우, 상기 차감한 값을 사전 설정된 제2 기준회수 동안 누적하는 단계;
상기 차감한 값의 누적값을 상기 제2 기준회수로 나누어 평균값을 도출하는 단계; 및
상기 평균값을 상기 최저 제어전압에 차감한 값으로 상기 컨버터의 상기 고전압 버스단 측 전압을 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
청구항 8에 있어서,
상기 제2 기준회수는 상기 제1 기준회수보다 작은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.
청구항 8에 있어서, 상기 변경하는 단계는,
상기 차감한 값이 상기 기준값보다 작고 양의 값을 갖는 경우, 상기 컨버터의 상기 고전압 버스단 측 전압을 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 시동 제어방법.