KR20200068460A - Apparatus for controlling air flow of fuel cell system and method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for controlling the flow rate of air of a fuel cell system, and provides an apparatus and a method for controlling the flow rate of air of a fuel cell system, in which a vehicle system or a power generation system including a plurality of fuel cell systems sets a target current based on individual stack currents that are insufficient as compared with individual required currents for the respective fuel cell systems, and supplies the flow rate of air corresponding to the set target current, thereby preventing a dry-out phenomenon from occurring due to an oversupply of air into the fuel cell stack that has deteriorated. To achieve this, the apparatus for controlling the flow rate of air of a fuel cell system includes: a power control unit configured to calculate individual required current for respective fuel cell systems, and calculate individual lack current of the respective fuel cell systems based on a total required current and a total stack current of the fuel cell systems; and a plurality of fuel cell control units (FCUs) configured to set a target current based on the individual lack currents, and determine a target flow rate corresponding to the set target current.

Description

연료전지시스템의 공기유량 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING AIR FLOW OF FUEL CELL SYSTEM AND METHOD THEREOF}Air flow control device and method of fuel cell system {APPARATUS FOR CONTROLLING AIR FLOW OF FUEL CELL SYSTEM AND METHOD THEREOF}

본 발명은 복수의 연료전지시스템에 각각 공급되는 공기유량을 제어하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for controlling air flow rates respectively supplied to a plurality of fuel cell systems.

연료전지 차량은 동력원으로서 사용하는 복수의 연료전지 셀들을 적층시킨 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소 등을 공급하는 연료공급 시스템, 전기화학반응에 필요한 산화제인 산소를 공급하는 공기공급 시스템, 연료전지 스택의 온도를 제어하는 물과 열 관리 시스템 등을 포함한다.A fuel cell vehicle includes a fuel cell stack stacked with a plurality of fuel cell cells used as a power source, a fuel supply system for supplying hydrogen as fuel to the fuel cell stack, and an air supply system for supplying oxygen, an oxidant required for electrochemical reactions, And water and heat management systems that control the temperature of the fuel cell stack.

연료공급 시스템은 수소탱크 내부의 압축수소를 감압하여 스택의 연료극(애노드)으로 공급하며, 공기공급 시스템은 공기블로워를 작동시켜 흡입한 외부공기를 스택의 공기극(캐소드)으로 공급한다.The fuel supply system depressurizes the compressed hydrogen inside the hydrogen tank to supply it to the anode (anode) of the stack, and the air supply system operates the air blower to supply the inhaled external air to the anode (cathode) of the stack.

스택의 연료극에 수소가 공급되고, 공기극에 산소가 공급되면, 연료극에서는 촉매반응을 통해 수소이온이 분리된다. 분리된 수소 이온은 전해질 막을 통해 공기극인 산화극으로 전달되고, 산화극에서는 연료극에서 분리된 수소 이온과 전자 및 산소가 함께 전기화학적 반응을 일으켜 이를 통해 전기 에너지를 얻을 수 있다. 구체적으로 연료극에서는 수소의 전기 화학적 산화가 일어나고, 공기극에서는 산소의 전기 화학적 환원이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기와 열이 발생되고, 수소와 산소가 결합하는 화학 작용에 의해 수증기 또는 물이 생성된다.When hydrogen is supplied to the anode of the stack and oxygen is supplied to the cathode, hydrogen ions are separated from the anode through a catalytic reaction. The separated hydrogen ions are transferred through the electrolyte membrane to the cathode, which is an air electrode, and in the anode, hydrogen ions separated from the fuel electrode, electrons, and oxygen react together to obtain electrical energy. Specifically, electrochemical oxidation of hydrogen occurs at the anode, electrochemical reduction of oxygen occurs at the cathode, and electricity and heat are generated due to the movement of electrons generated at this time, and water or water is generated by the chemical action of hydrogen and oxygen bonding. This is created.

연료전지 스택의 전기 에너지 생성 과정에서 발생되는 수증기와 물 및 열과 같은 부산물과 반응되지 않은 수소 및 산소 등을 배출하기 위해 배출 장치가 구비되며, 수증기, 수소 및 산소와 같은 가스들은 배기 통로를 통해 대기 중으로 배출된다.A discharge device is provided to discharge water vapor generated in the process of generating electrical energy of the fuel cell stack and hydrogen and oxygen that are not reacted with byproducts such as water and heat, and gases such as water vapor, hydrogen, and oxygen are atmosphered through the exhaust passage. Discharged into the middle.

연료전지를 구동하기 위한 공기 블로워, 수소 재순환 블로워, 워터 펌프 등의 구성들은 메인 버스단에 연결되어 연료전지 시동을 용이하게 하며, 메인 버스단에는 전력 차단 및 연결을 용이하게 하기 위한 각종 릴레이들과, 연료전지로 역전류가 흐르지 않도록 하는 다이오드가 연결될 수 있다.Components such as air blower, hydrogen recirculation blower, and water pump for driving the fuel cell are connected to the main bus stage to facilitate starting of the fuel cell, and various relays to facilitate power shutdown and connection to the main bus stage. , A diode may be connected to prevent reverse current from flowing into the fuel cell.

공기 블로워를 통해 공급된 건조한 공기는 가습기를 통해 가습된 뒤, 연료전지 스택의 캐소드(Cathode, 공기극)에 공급되며, 캐소드의 배기 가스는 내부에서 발생한 물 성분에 의해 가습된 상태로 가습기에 전해져 공기 블로워에 의해 캐소드로 공급될 건조공기를 가습하는데 사용될 수 있다.The dry air supplied through the air blower is humidified through a humidifier, and then supplied to the cathode of the fuel cell stack (cathode), and the exhaust gas of the cathode is delivered to the humidifier in a humidified state by the water component generated inside, and then air It can be used to humidify the dry air to be supplied to the cathode by a blower.

한편, 연비 향상을 위해 차량 운행 도중에 필요한 경우 연료전지의 발전을 정지시키고 재개하는 과정[연료전지 정지(Fuel Cell Stop)/연료전지 재시동(Fuel Cell Restart) 과정], 즉 연료전지 하이브리드 차량에서 연료전지의 발전을 일시적으로 정지시키는 아이들 스탑(Idle Stop)/해제 제어 과정[연료전지의 온(On)/오프(Off) 제어 과정]이 중요하게 고려되어야 한다.On the other hand, in order to improve fuel efficiency, if necessary, the process of stopping and resuming the generation of fuel cells (Fuel Cell Stop/Fuel Cell Restart process), that is, fuel cells in a fuel cell hybrid vehicle The idle stop/release control process (the on/off control process of the fuel cell), which temporarily stops the power generation, should be considered important.

특히, 운전자로부터 난방 요구가 있을 때 연료전지시스템을 연료전지 정지 불가 모드 및 냉각수 공급 펌프(Coolant Supply Pump) 정지 불가 모드로 동작시킴으로써 발생하는 고전압배터리의 과충전, 난방 성능의 저하, 연료전지 스택의 내구성 저하 및 결빙 등과 같은 문제들을 종합적으로 고려해야 할 필요가 있다.In particular, overheating of the high-voltage battery, deterioration of heating performance, and durability of the fuel cell stack caused by operating the fuel cell system in the non-stop mode of the fuel cell and the non-stop mode of the cooling water supply pump when a heating request from the driver is requested Issues such as deterioration and freezing need to be considered comprehensively.

종래의 공기유량 제어 기술은 PCU(Power Control Unit)가 차량부하 또는 발전부하에서 요구하는 요구전력을 산출하고, 상기 산출된 요구전력에 상응하는 요구전류를 연료전지시스템의 개수로 나눈 결과인 개별 요구전류를 각 FCU(Fuel cell Control Unit)으로 전송하면, 각 FCU는 스택전류와 PCU로부터 전송받은 개별 요구전류를 비교하여 큰 값을 목표전류로 설정하고, 상기 설정된 목표전류에 기초하여 목표공기유량을 결정한다.Conventional air flow control technology calculates the required power required by a PCU (Power Control Unit) in a vehicle load or a power generation load, and divides the required current corresponding to the calculated required power by the number of fuel cell systems, resulting in individual demand. When the current is transmitted to each fuel cell control unit (FCU), each FCU compares the stack current with the individual required current received from the PCU, sets a large value as the target current, and sets the target air flow rate based on the set target current. Decide.

하지만, 각 FCU가 제어하는 연료전지스택은 병렬로 연결되어 있고, 그 출력 특성이 서로 달라 운전시간이 증가할수록 열화 매커니즘에 의한 출력 특성 편차가 커짐에도 불구하고, 종래의 공기유량 제어 기술은 이를 고려하지 않으므로, 열화가 발생한 연료전지스택의 경우 실제 출력전류가 개별 요구전류보다 작지만 공기공급량은 개별 요구전류에 맞춰 지속적으로 이루어지기 때문에 공기과급에 의한 드라이아웃(Dry out) 현상이 발생하는 문제점이 있다.However, although the fuel cell stacks controlled by each FCU are connected in parallel, and the output characteristics are different from each other, the variation in output characteristics due to the deterioration mechanism increases as the operating time increases, but the conventional air flow control technology takes this into account. In the case of the fuel cell stack having deterioration, the actual output current is smaller than the individual required current, but since the air supply amount is continuously made in accordance with the individual required current, there is a problem that a dry out phenomenon occurs due to air charging. .

대한민국공개특허 제2016-0057117호Republic of Korea Patent No. 2016-0057117

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 복수의 연료전지시스템을 구비한 차량시스템 또는 발전시스템에서 각 연료전지시스템별로 개별 요구전류 대비 부족한 개별 스택전류에 기초하여 목표전류를 설정하고, 상기 설정된 목표전류에 상응하는 공기유량을 공급함으로써, 열화가 발생한 연료전지스택에 공기과급에 의한 드라이아웃 현상이 발생하지 않도록 하는 연료전지시스템의 공기유량 제어 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention sets a target current based on an insufficient stack current compared to an individual required current for each fuel cell system in a vehicle system or a power generation system having a plurality of fuel cell systems, and , By providing an air flow rate corresponding to the set target current, to provide an air flow control device and method of the fuel cell system to prevent the dry-out phenomenon caused by air supercharging to the deteriorated fuel cell stack have.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects and advantages of the present invention that are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by embodiments of the present invention. In addition, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention can be realized by means of the appended claims and combinations thereof.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 연료전지시스템의 공기유량 제어 장치에 있어서, 각 연료전지시스템에 대한 개별 요구전류를 산출하고, 각 연료전지시스템의 총 요구전류와 총 스택전류에 기초하여 각 연료전지시스템의 개별 부족전류를 산출하는 PCU(Power Control Unit); 및 상기 개별 부족전류에 기초하여 목표전류를 설정하고, 상기 설정된 목표전류에 상응하는 목표공기유량을 결정하는 복수의 FCU(Fuel cell Control Unit)를 포함할 수 있다.The apparatus of the present invention for achieving the above object, in the air flow control device of the fuel cell system, calculates the individual required current for each fuel cell system, based on the total required current and total stack current of each fuel cell system PCU (Power Control Unit) to calculate the individual shortage current of each fuel cell system; And a plurality of fuel cell control units (FCUs) for setting a target current based on the individual undercurrent and determining a target air flow rate corresponding to the set target current.

여기서, 상기 복수의 FCU는 자신의 스택전류가 상기 개별 요구전류보다 작으면 상기 개별 부족전류가 기준값을 초과하는지 판단하여 상기 개별 부족전류가 기준값을 초과하면 상기 개별 요구전류를 목표전류로 설정하고, 상기 개별 부족전류가 기준값을 초과하지 않으면 자신의 스택전류를 목표전류로 설정할 수 있다.Here, the plurality of FCU determines if the respective shortage current exceeds the reference value when its stack current is less than the respective required current, and sets the respective required current as the target current when the respective shortage current exceeds the reference value, If the individual undercurrent does not exceed the reference value, its own stack current can be set as the target current.

또한, 상기 PCU는 차량에서 요구되는 요구전력과 고전압배터리의 충방전 허용량에 기초하여 총 요구전류를 산출할 수 있다. 이때, 상기 PCU는 상기 산출한 총 요구전류를 연료전지시스템의 수로 나누어 개별 요구전류를 산출할 수 있다.In addition, the PCU can calculate the total required current based on the required power required by the vehicle and the allowable charge/discharge amount of the high voltage battery. At this time, the PCU can calculate the individual required current by dividing the calculated total required current by the number of fuel cell systems.

또한, 상기 PCU는 각 연료전지시스템의 출력전류를 합산하여 총 스택전류를 산출할 수 있다.In addition, the PCU can calculate the total stack current by summing the output currents of each fuel cell system.

또한, 상기 PCU는 총 요구전류에서 총 스택전류를 뺀 결과를 연료전지시스템의 수로 나누어 개별 부족전류를 산출할 수 있다.In addition, the PCU can calculate the individual undercurrent by dividing the result of subtracting the total stack current from the total required current by the number of fuel cell systems.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 연료전지시스템의 공기유량 제어 방법에 있어서, PCU(Power Control Unit)가 각 연료전지시스템에 대한 개별 요구전류를 산출하는 단계; 상기 PCU가 각 연료전지시스템의 총 요구전류와 총 스택전류에 기초하여 각 연료전지시스템의 개별 부족전류를 산출하는 단계; 복수의 FCU(Fuel cell Control Unit)가 상기 개별 부족전류에 기초하여 목표전류를 설정하는 단계; 및 상기 복수의 FCU가 상기 목표전류에 상응하는 목표공기유량을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.Method of the present invention for achieving the above object, In the air flow control method of the fuel cell system, PCU (Power Control Unit) calculating the individual required current for each fuel cell system; Calculating, by the PCU, an individual shortage current of each fuel cell system based on the total required current and total stack current of each fuel cell system; Setting a target current based on a plurality of fuel cell control units (FCUs); And determining, by the plurality of FCUs, a target air flow rate corresponding to the target current.

여기서, 상기 목표전류를 설정하는 단계는 자신의 스택전류가 상기 개별 요구전류보다 작으면 상기 개별 부족전류가 기준값을 초과하는지 판단하는 단계; 상기 개별 부족전류가 기준값을 초과하면 상기 개별 요구전류를 목표전류로 설정하는 단계; 및 상기 개별 부족전류가 기준값을 초과하지 않으면 자신의 스택전류를 목표전류로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.Here, the setting of the target current may include determining whether the individual undercurrent exceeds a reference value when its own stack current is less than the individual required current; Setting the individual required current as a target current when the individual undercurrent exceeds a reference value; And setting the stack current as a target current if the individual undercurrent does not exceed a reference value.

또한, 상기 개별 부족전류를 산출하는 단계는 차량에서 요구되는 요구전력과 고전압배터리의 충방전 허용량에 기초하여 총 요구전류를 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 개별 부족전류를 산출하는 단계는 상기 산출한 총 요구전류를 연료전지시스템의 수로 나누어 개별 요구전류를 산출하는 단계를 더 포함할 수도 있다.In addition, the step of calculating the individual undercurrent may include calculating the total required current based on the required power required by the vehicle and the allowable charge/discharge amount of the high voltage battery. At this time, the step of calculating the individual undercurrent may further include calculating the individual required current by dividing the calculated total required current by the number of fuel cell systems.

또한, 상기 개별 부족전류를 산출하는 단계는 각 연료전지시스템의 출력전류를 합산하여 총 스택전류를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Further, the step of calculating the individual undercurrent may include calculating the total stack current by summing the output currents of each fuel cell system.

또한, 상기 개별 부족전류를 산출하는 단계는 총 요구전류에서 총 스택전류를 뺀 결과를 연료전지시스템의 수로 나누어 개별 부족전류를 산출할 수 있다.In addition, in the step of calculating the individual undercurrent, the result of subtracting the total stack current from the total required current may be divided by the number of fuel cell systems to calculate the individual undercurrent.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템의 공기유량 제어 장치 및 그 방법은, 복수의 연료전지시스템을 구비한 차량시스템 또는 발전시스템에서 각 연료전지시스템별로 개별 요구전류 대비 부족한 개별 스택전류에 기초하여 목표전류를 설정하고, 상기 설정된 목표전류에 상응하는 공기유량을 공급함으로써, 열화가 발생한 연료전지스택에 공기과급에 의한 드라이아웃 현상이 발생하지 않도록 할 수 있다.The air flow control device and method of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention are based on an insufficient stack current compared to an individual required current for each fuel cell system in a vehicle system or a power generation system having a plurality of fuel cell systems. By setting the target current and supplying the air flow rate corresponding to the set target current, it is possible to prevent the dry-out phenomenon caused by air charging from occurring in the deteriorated fuel cell stack.

도 1 은 본 발명이 적용되는 복수의 연료전지시스템을 구비한 차량시스템의 파워넷 구성을 나타내는 일예시도,
도 2 는 본 발명이 적용되는 복수의 연료전지시스템을 구비한 차량시스템의 파워넷 구성을 나타내는 다른 예시도,
도 3 은 본 발명이 적용되는 복수의 연료전지시스템을 구비한 발전시스템의 파워넷 구성을 나타내는 일예시도,
도 4 는 본 발명에 이용되는 공기공급계통을 나타내는 일예시도,
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템의 공기유량 제어 장치에 대한 구성도,
도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지시스템의 공기유량 제어 장치에 대한 일 성능 분석도,
도 7 은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지시스템의 공기유량 제어 장치에 대한 다른 성능 분석도,
도 8 은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지시스템의 공기유량 제어 방법에 대한 흐름도,
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템의 공기유량 제어 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.1 is an exemplary view showing a power net configuration of a vehicle system having a plurality of fuel cell systems to which the present invention is applied;
2 is another exemplary view showing a power net configuration of a vehicle system having a plurality of fuel cell systems to which the present invention is applied;
3 is an exemplary view showing a power net configuration of a power generation system having a plurality of fuel cell systems to which the present invention is applied;
Figure 4 is an exemplary view showing an air supply system used in the present invention,
5 is a block diagram of an apparatus for controlling air flow in a fuel cell system according to an embodiment of the present invention;
6 is a performance analysis diagram for an air flow control device of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention,
7 is another performance analysis diagram for an air flow control device of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention;
8 is a flowchart of a method for controlling air flow in a fuel cell system according to an embodiment of the present invention;
9 is a block diagram showing a computing system for executing a method for controlling air flow in a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. It should be noted that in adding reference numerals to the components of each drawing, the same components have the same reference numerals as possible even though they are displayed on different drawings. In addition, in describing the embodiments of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known configurations or functions interfere with the understanding of the embodiments of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In describing the components of the embodiments of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term. In addition, unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.

도 1 은 본 발명이 적용되는 복수의 연료전지시스템을 구비한 차량시스템의 파워넷 구성을 나타내는 일예시도이다.1 is an exemplary view showing a power net configuration of a vehicle system having a plurality of fuel cell systems to which the present invention is applied.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 복수의 연료전지시스템을 구비한 차량시스템은, 메인버스(11)를 통해 병렬로 접속되는 주동력원인 복수의 연료전지시스템(10a, 10b))과 보조동력원인 고전압배터리(메인배터리)(20), 고전압배터리(20)의 출력 제어가 가능하도록 고전압배터리(20)에 연결된 양방향 전력변환장치(BHDC: Bidirectional High voltage DC/DC Converter)(21), 복수의 연료전지스택과 고전압배터리(20)의 출력측인 메인버스(11)에 연결된 인버터(31), 상기 인버터(31)에 연결된 구동모터(32), 인버터(31) 및 구동모터(32)를 제외한 차량 내 고전압 보기류(33), PCU(Power Control Unit, 30)를 포함할 수 있다.As shown in Figure 1, a vehicle system having a plurality of fuel cell systems to which the present invention is applied, a plurality of fuel cell systems (10a, 10b) which are main power sources connected in parallel through the main bus 11) Bi-directional high voltage DC/DC converter (BHDC) connected to the high voltage battery 20 to control the output of the high voltage battery (main battery) 20 and the high voltage battery 20, which are auxiliary power sources (21) , Inverter 31 connected to the main bus 11 which is the output side of a plurality of fuel cell stacks and a high voltage battery 20, a drive motor 32 connected to the inverter 31, an inverter 31 and a drive motor 32 It may include a high-voltage in-car accessories 33, PCU (Power Control Unit, 30).

여기서, 복수의 연료전지시스템(10a, 10b)는 FCU(Fuel cell Control Unit), 연료전지스택, 공기공급계통, 수소공급계통, 냉각수공급계통을 각각 구비할 수 있다.Here, the plurality of fuel cell systems 10a and 10b may include a fuel cell control unit (FCU), a fuel cell stack, an air supply system, a hydrogen supply system, and a cooling water supply system, respectively.

또한, 차량의 주동력원인 복수의 연료전지스택과 보조동력원으로 사용되는 고전압배터리(20)가 메인버스단(11)을 통해 인버터(31)/구동모터(32) 등 시스템 내 각 부하에 대해 병렬로 접속되고, 고전압배터리(20)에 연결된 양방향 전력변환장치(21)가 연료전지스택의 출력측 메인버스(11)에 접속되어, 상기 양방향 전력변환장치(21)의 전압(메인버스로의 출력전압) 제어에 의해 연료전지스택의 출력 및 고전압배터리(20)의 출력 제어가 가능하도록 되어 있다.In addition, a plurality of fuel cell stacks, which are main power sources of the vehicle, and a high-voltage battery 20 used as an auxiliary power source are parallel to each load in the system, such as an inverter 31 / a driving motor 32, through the main bus stage 11. The bi-directional power converter 21 connected to the high voltage battery 20 is connected to the main bus 11 on the output side of the fuel cell stack, and the voltage of the bi-directional power converter 21 (output voltage to the main bus) ) By controlling, the output of the fuel cell stack and the output of the high voltage battery 20 can be controlled.

또한 구동모터(32)를 회전시키기 위한 인버터(31)가 메인버스(11)를 통해 연료전지스택 및 고전압배터리(20)의 출력측에 연결되어 연료전지스택 및/또는 고전압배터리(20)에서 공급되는 전원을 상(phase) 변환시켜 구동모터(32)를 구동시킨다.In addition, an inverter 31 for rotating the driving motor 32 is connected to the output side of the fuel cell stack and the high voltage battery 20 through the main bus 11 and is supplied from the fuel cell stack and/or the high voltage battery 20. The power is converted to a phase to drive the driving motor 32.

구동모터(32)의 구동은 연료전지스택의 출력(전류)을 단독으로 이용하는 연료전지 모드, 고전압배터리(20)의 출력을 단독으로 이용하는 EV 모드, 연료전지스택의 출력을 고전압배터리(20)의 출력이 보조하게 되는 하이브리드(HEV) 모드로 이루어진다.The driving motor 32 is driven by the fuel cell mode using the output (current) of the fuel cell stack alone, the EV mode using the output of the high voltage battery 20 alone, and the output of the fuel cell stack by using the high voltage battery 20. It is made in a hybrid (HEV) mode in which the output is assisted.

특히, 연료전지시스템에서 소정의 아이들 스탑 조건을 만족하는 경우 공기 공급을 중지하여 연료전지스택의 발전을 정지하는 아이들 스탑 제어가 수행되고, 연료전지스택이 재시동되어 정상적인 연료전지스택의 출력으로 구동모터(32)가 구동되기 전까지는 고전압배터리(20)의 출력을 단독으로 이용하는 EV 모드의 주행이 이루어진다.In particular, when a predetermined idle stop condition is satisfied in the fuel cell system, idle stop control is performed to stop the supply of air and stop the generation of the fuel cell stack, and the fuel cell stack is restarted to drive the motor with the output of the normal fuel cell stack. EV driving using the output of the high-voltage battery 20 alone is performed until (32) is driven.

각 연료전지스택의 출력이 전기적으로 병렬로 연결되어 있고, 구동모터의 토크 출력을 높이거나 작동가능한 전압을 유지하기 위한 BHDC(21)를 사용하여, 병렬로 연결된 연료전지스택으로부터 출력된 전력 성분을 승압하여 인버터(31) 및 고전압 보기류(33)에 공급할 수 있다. 이때, 고전압 보기류는 12V 또는 24V 저전압 전장 부품 전원 공급을 위한 저전압용 DCDC 컨버터, 전장 시스템 냉각을 위한 라디에이터 팬, 차량 편의를 위해 제공되는 공조히터, 에어컨 컴프레서등의 부품을 포함할 수 있다.The output of each fuel cell stack is electrically connected in parallel, and by using the BHDC 21 to increase the torque output of the drive motor or to maintain an operable voltage, the power components output from the fuel cell stack connected in parallel can be obtained. The voltage can be boosted and supplied to the inverter 31 and the high voltage accessory 33. In this case, the high voltage accessories may include components such as a DCV converter for low voltage for supplying 12V or 24V low voltage electric components, a radiator fan for cooling the electric system, an air conditioning heater provided for vehicle convenience, and an air conditioner compressor.

PCU(30)는 차량시스템에서 전력분배제어를 수행하는 모듀로서, 부하장치의 소모전력 예측 및 배터리 충방전 허용량 기준으로 복수의 연료전지시스템(10a, 10b)으로부터 필요한 요구전력을 산출하고, BHDC(21)의 전압제어를 수행한다.PCU (30) is a module that performs power distribution control in a vehicle system, calculates required power from a plurality of fuel cell systems (10a, 10b) based on a predicted power consumption of a load device and an allowable amount of battery charge/discharge. Perform voltage control in 21).

PCU(30)는 차량 구동부에서 필요한 요구전력을 산출하는 기능을 한다. 요구전력을 산출하기 위해 구동토크 명령 및 현재 차속에 기반한 인버터(31)의 소모 전력을 예측하고, 고전압 보기류(33)에서 필요한 부가적인 소모전력을 계산하여 차량 전체 부하의 소모전력을 계산한다. 그리고 이에 기초하여 복수의 연료전지시스템(10a, 10b) 및 고전압배터리(20)로부터 필요한 요구전력을 산출한다.The PCU 30 functions to calculate the required power required by the vehicle driving unit. In order to calculate the required power, the power consumption of the inverter 31 based on the driving torque command and the current vehicle speed is predicted, and the additional power consumption required in the high voltage accessory 33 is calculated to calculate the power consumption of the entire vehicle load. And based on this, the required power is calculated from the plurality of fuel cell systems 10a and 10b and the high voltage battery 20.

고전압배터리(20)의 충방전 허용량을 기준으로 최종적으로 복수의 연료전지스템이 공급해야 하는 전류(요구전류량)를 구할 수 있다.Based on the allowable charge/discharge amount of the high voltage battery 20, it is possible to finally obtain the current (required current amount) that the plurality of fuel cell systems must supply.

한편, BHDC(21)는 도 2에 도시된 바와 같이 각 연료전지시스템(10a, 10b)의 출력단과 메인버스(11) 사이에 위치할 수도 있다.Meanwhile, the BHDC 21 may be located between the output terminal of each fuel cell system 10a and 10b and the main bus 11 as shown in FIG. 2.

도 3 은 본 발명이 적용되는 복수의 연료전지시스템을 구비한 발전시스템의 파워넷 구성을 나타내는 일예시도이다.3 is an exemplary view showing a power net configuration of a power generation system having a plurality of fuel cell systems to which the present invention is applied.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 복수의 연료전지시스템을 구비한 발전시스템은 차량시스템과 유사하다. 다만, BHDC(21)와 고전압배터리(20)를 구비하지 않고, 인버터(31)의 출력이 부하(35)로 곧바로 입력되는 구성을 갖는다. 이때, PCU(30)는 고전압배터리(20) 및 고전압 보기류(33)의 전력량은 제외하고, 인버터(31)를 통한 부하장치에 공급해야 하는 요구전력을 산출하여 각 연료전지시스템(10a, 10b)이 공급해야 하는 전류(요구전류량)를 구할 수 있다.As shown in Fig. 3, a power generation system having a plurality of fuel cell systems to which the present invention is applied is similar to a vehicle system. However, without the BHDC 21 and the high voltage battery 20, the output of the inverter 31 has a configuration that is directly input to the load (35). At this time, the PCU 30 calculates the required power to be supplied to the load device through the inverter 31, except for the amount of power of the high voltage battery 20 and the high voltage accessory 33, thereby calculating the fuel cell systems 10a and 10b. ) Is the current to be supplied (required current amount).

각 FCU는 목표전류를 설정하고 그에 상응하는 목표공기유량을 계산한다. 그리고 계산된 목표공기유량이 공급되도록 공기공급계통을 제어한다.Each FCU sets the target current and calculates the corresponding target air flow rate. And the air supply system is controlled so that the calculated target air flow rate is supplied.

도 4 는 본 발명에 이용되는 공기공급계통을 나타내는 일예시도로서, 연료전지시스템마다 구비된다.4 is an exemplary view showing an air supply system used in the present invention, and is provided for each fuel cell system.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 이용되는 공기공급계통은, 산소를 포함하고 있는 대기중의 공기를 흡입하여 연료전지스택으로 공급을 수행하는 공기 블로어(Air Blower), 운전 정지 후 연료전지스택의 공기극 내로 공기 유입을 차단하기 위한 밸브(Air Cut Off Valve), 연료전지스택 내의 공급 공기압력을 조절하는 압력 조절 밸브(Back Pressure Control Valve), 공기 불순물 제거를 위한 필터, 공급 공기 유량을 측정하기 위한 공기유량센서(Air Flowrate Sensor), 그리고 공기공급제어를 수행하는 FCU를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 4, the air supply system used in the present invention is an air blower that sucks air in the atmosphere containing oxygen and performs supply to a fuel cell stack. Air cut off valve to block air inflow into the cathode of the stack, back pressure control valve to control the supply air pressure in the fuel cell stack, filter to remove air impurities, measure the supply air flow rate It may include an air flow rate sensor to perform, and an FCU for performing air supply control.

도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템의 공기유량 제어 장치에 대한 구성도이다.5 is a block diagram of an apparatus for controlling air flow in a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템의 공기유량 제어 장치(50)는, 제1 FCU(51), 제2 FCU(52), 및 PCU(53)를 포함할 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템의 공기유량 제어 장치(50)를 실시하는 방식에 따라 각 구성요소는 서로 결합되어 하나로 구비될 수 있으며, 아울러 발명을 실시하는 방식에 따라 일부의 구성요소가 생략될 수도 있다.As shown in FIG. 5, the air flow control device 50 of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a first FCU 51, a second FCU 52, and a PCU 53 can do. On the other hand, according to the method of implementing the air flow control device 50 of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention, each component may be combined with each other and provided as one. Components may be omitted.

상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 PCU(30)는 하드웨어 또는 소프트웨어의 형태로 구현될 수 있으며, 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로도 존재할 수 있다. 바람직하게는, 제어부(30)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.Looking at each of the above components, first, the PCU 30 may be implemented in the form of hardware or software, and may exist in a combination of hardware and software. Preferably, the control unit 30 may be implemented as a microprocessor, but is not limited thereto.

또한, PCU(30)는 차량에서 요구되는 요구전력과 고전압배터리(20)의 충방전 허용량(kW)에 기초하여 복수의 연료전지시스템이 공급해야 할 요구전류를 산출할 수 있다.In addition, the PCU 30 may calculate the required current to be supplied by a plurality of fuel cell systems based on the required power required by the vehicle and the allowable charge/discharge amount (kW) of the high voltage battery 20.

또한, PCU(30)는 상기 산출한 요구전류를 연료전지시스템의 수로 나누어 개별 요구전류를 산출할 수 있다. 예를 들어, 요구전류가 10A이고, 연료전지시스템의 개수가 2인 경우, 개별 요구전류는 5A가 된다.In addition, the PCU 30 may calculate the individual required current by dividing the calculated required current by the number of fuel cell systems. For example, if the required current is 10A and the number of fuel cell systems is 2, the individual required current is 5A.

또한, PCU(30)는 상기 산출한 요구전류와 복수의 연료전지시스템의 총 출력전류(이하, 총 스택전류) 간의 차이(부족전류)를 연료전지시스템의 개수로 나눈 결과인 개별 부족전류를 산출할 수도 있다.In addition, the PCU 30 calculates the individual shortage current, which is the result of dividing the difference (lack current) between the calculated required current and the total output current (hereinafter, total stack current) of a plurality of fuel cell systems by the number of fuel cell systems. You may.

다음으로, 제1 FCU(51)는 하드웨어 또는 소프트웨어의 형태로 구현될 수 있으며, 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로도 존재할 수 있다. 바람직하게는, 제어부(30)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.Next, the first FCU 51 may be implemented in the form of hardware or software, and may exist in a combination of hardware and software. Preferably, the control unit 30 may be implemented as a microprocessor, but is not limited thereto.

또한, 제1 FCU(51)는 제1 연료전지시스템에 구비된 제어기로 구현될 수 있으며, 제1 연료전지시스템의 전반적인 제어를 수행한다. 특히, 제1 FCU(51)는 제1 연료전지시스템에 구비된 공기공급계통을 제어한다.In addition, the first FCU 51 may be implemented as a controller provided in the first fuel cell system, and performs overall control of the first fuel cell system. In particular, the first FCU 51 controls the air supply system provided in the first fuel cell system.

또한, 제1 FCU(51)는 제1 연료전지시스템에 구비된 연료전지스택의 출력전류(이하, 스택전류)를 측정할 수 있다.Also, the first FCU 51 may measure the output current (hereinafter, the stack current) of the fuel cell stack provided in the first fuel cell system.

또한, 제1 FCU(51)는 스택전류와 PCU(53)로부터 전송받은 개별 요구전류를 비교하여 큰 값을 목표전류로 설정할 수 있다. 즉, 제1 FCU(51)는 개별 요구전류가 스택전류보다 크면 개별 요구전류를 목표전류로 설정하고, 개별 요구전류가 스택전류보다 작으면 스택전류를 목표전류로 설정할 수 있다.In addition, the first FCU 51 may set a large value as a target current by comparing the stack current with the individual request current received from the PCU 53. That is, the first FCU 51 may set the individual required current as the target current when the individual requested current is greater than the stack current, and set the stack current as the target current when the individual requested current is less than the stack current.

또한, 제1 FCU(51)는 스택전류가 개별 요구전류보다 작은 경우, 곧바로 개별 요구전류를 목표전류로 설정하지 않고, PCU(30)로부터 전송받은 개별 부족전류가 기준값을 초과하는지 판단하여 개별 부족전류가 기준값을 초과하면 개별 요구전류를 목표전류로 설정하고, 개별 부족전류가 기준값을 초과하지 않으면 스택전류를 목표전류로 설정할 수 있다. 이때, 기준값은 일례로 5A 이내로 설정하는 것이 바람직하다.In addition, when the stack current is smaller than the individual required current, the first FCU 51 does not immediately set the individual required current as the target current, and determines whether the individual undercurrent transmitted from the PCU 30 exceeds the reference value and individually deficient. If the current exceeds the reference value, the individual required current can be set as the target current, and if the individual undercurrent does not exceed the reference value, the stack current can be set as the target current. At this time, it is preferable to set the reference value within 5A as an example.

또한, 제1 FCU(51)는 설정된 목표전류에 기초하여 목표공기유량을 결정할 수 있다. 이렇게 결정된 목표공기유량은 공기공급계통을 제어하는데 이용된다.In addition, the first FCU 51 may determine the target air flow rate based on the set target current. The target air flow rate thus determined is used to control the air supply system.

다음으로, 제2 FCU(52)는 하드웨어 또는 소프트웨어의 형태로 구현될 수 있으며, 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로도 존재할 수 있다. 바람직하게는, 제어부(30)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.Next, the second FCU 52 may be implemented in the form of hardware or software, and may exist in a combination of hardware and software. Preferably, the control unit 30 may be implemented as a microprocessor, but is not limited thereto.

또한, 제2 FCU(52)는 제2 연료전지시스템에 구비된 제어기로 구현될 수 있으며, 제2 연료전지시스템의 전반적인 제어를 수행한다. 특히, 제2 FCU(52)는 제2 연료전지시스템에 구비된 공기공급계통을 제어한다.In addition, the second FCU 52 may be implemented as a controller provided in the second fuel cell system, and performs overall control of the second fuel cell system. In particular, the second FCU 52 controls the air supply system provided in the second fuel cell system.

또한, 제2 FCU(52)는 제2 연료전지시스템에 구비된 연료전지스택의 출력전류(이하, 스택전류)를 측정할 수 있다.Also, the second FCU 52 may measure the output current (hereinafter, the stack current) of the fuel cell stack provided in the second fuel cell system.

또한, 제2 FCU(52)는 스택전류와 PCU(53)로부터 전송받은 개별 요구전류를 비교하여 큰 값을 목표전류로 설정할 수 있다. 즉, 제2 FCU(52)는 개별 요구전류가 스택전류보다 크면 개별 요구전류를 목표전류로 설정하고, 개별 요구전류가 스택전류보다 작으면 스택전류를 목표전류로 설정할 수 있다.In addition, the second FCU 52 may set a large value as a target current by comparing the stack current and the individual required current received from the PCU 53. That is, the second FCU 52 may set the individual required current as the target current when the individual required current is greater than the stack current, and set the stack current as the target current when the individual requested current is less than the stack current.

또한, 제2 FCU(52)는 스택전류가 개별 요구전류보다 작은 경우, 곧바로 개별 요구전류를 목표전류로 설정하지 않고, PCU(30)로부터 전송받은 개별 부족전류가 기준값을 초과하는지 판단하여, 개별 부족전류가 기준값을 초과하면 개별 요구전류를 목표전류로 설정하고, 개별 부족전류가 기준값을 초과하지 않으면 스택전류를 목표전류로 설정한다. 이때, 기준값은 일례로 5A 이내로 설정하는 것이 바람직하다.In addition, when the stack current is smaller than the individual required current, the second FCU 52 does not immediately set the individual required current as the target current, and determines whether the individual undercurrent transmitted from the PCU 30 exceeds the reference value, and individually If the undercurrent exceeds the reference value, the individual required current is set as the target current, and if the individual undercurrent does not exceed the reference value, the stack current is set as the target current. At this time, it is preferable to set the reference value within 5A as an example.

또한, 제2 FCU(52)는 설정된 목표전류에 기초하여 목표공기유량을 결정할 수 있다. 이렇게 결정된 목표공기유량은 공기공급계통에 전달되어 에어 블로워의 RPM을 제어하는데 이용된다.In addition, the second FCU 52 may determine the target air flow rate based on the set target current. The determined target air flow rate is transmitted to the air supply system and used to control the RPM of the air blower.

또한, 제2 FCU(52)는 일례로 하기의 [수학식 1]을 통해 목표공기유량(TA)을 산출할 수 있다.Further, the second FCU 52 may calculate the target air flow rate TA through [Equation 1] below as an example.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, TC는 목표전류, SR은 공기과급비, SC는 스택의 셀 수, AC는 공기 분자량, OV는 공기중 산소 부피비, FC는 페러데이(Faraday) 상수를 각각 의미한다.Here, TC is the target current, SR is the air charge ratio, SC is the number of cells in the stack, AC is the molecular weight of the air, OV is the oxygen volume ratio in the air, and FC is the Faraday constant.

도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지시스템의 공기유량 제어 장치에 대한 일 성능 분석도이다.6 is a performance analysis diagram for an air flow control device of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 6의 (a)에서, '610'은 총 스택전류, '620'은 총 요구전류, '630'은 제2 연료전지시스템(연료전지스택)의 목표전류, '640'은 제2 연료전지시스템의 출력전류(스택전류), '650'은 총 요구전류의 반, '660'은 제1 연료전지시스템의 목표전류, '670'은 제1 연료전지시스템의 출력전류(스택전류)를 각각 의미한다.In FIG. 6(a), '610' is the total stack current, '620' is the total required current, '630' is the target current of the second fuel cell system (fuel cell stack), and '640' is the second fuel cell. The output current (stack current) of the system, '650' is half of the total required current, '660' is the target current of the first fuel cell system, and '670' is the output current (stack current) of the first fuel cell system, respectively. it means.

도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 연료전지시스템의 경우 열화가 발생하여 출력전류(670)가 목표전류(660)를 추종하지 못하는 상황임에도 불구하고, 목표전류(660)에 상응하는 공기유량을 공급하여 제2 연료전지시스템의 연료전지스택에 드라이아웃 현상이 발생한다.As shown in (a) of FIG. 6, in the case of the first fuel cell system, despite the situation where the output current 670 cannot follow the target current 660 due to deterioration, it corresponds to the target current 660 A dry out phenomenon occurs in the fuel cell stack of the second fuel cell system by supplying the air flow rate.

도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 개별 부족전류에 기초하여 목표전류(660)를 설정함으로써 공기과급이 발생하지 않는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 6B, it can be seen that air charging does not occur by setting the target current 660 based on the individual undercurrent.

도 7 은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지시스템의 공기유량 제어 장치에 대한 다른 성능 분석도로서, 차량의 가속구간에서의 성능을 나타낸다.7 is another performance analysis diagram for an air flow control device of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, and shows performance in an acceleration section of a vehicle.

도 7 역시 도 6에 도시된 바와 같이 개별 부족전류에 기초하여 목표전류(660)를 설정함으로써 공기과급이 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 한편, 도 7의 (b)에서 '710'은 개별 요구전류와 개별 스택전류 간의 차이를 나타내는 개별 부족전류이다.FIG. 7 also shows that air charging does not occur by setting the target current 660 based on the individual undercurrent as shown in FIG. 6. Meanwhile, '710' in FIG. 7B is an individual undercurrent indicating a difference between an individual required current and an individual stack current.

도 8 은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지시스템의 공기유량 제어 방법에 대한 흐름도이다.8 is a flowchart of a method for controlling air flow in a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

먼저, PCU(53))가 각 연료전지시스템에 대한 개별 요구전류를 산출한다(801). 즉, PCU(53)는 차량에서 요구되는 요구전력과 고전압배터리의 충방전 허용량에 기초하여 총 요구전류를 산출하고, 상기 산출한 총 요구전류를 연료전지시스템의 수로 나누어 개별 요구전류를 산출할 수 있다.First, the PCU 53 calculates an individual required current for each fuel cell system (801). That is, the PCU 53 can calculate the total required current based on the required power required by the vehicle and the allowable charge and discharge capacity of the high voltage battery, and calculate the individual required current by dividing the calculated total required current by the number of fuel cell systems. have.

이후, PCU(53)가 각 연료전지시스템의 총 요구전류와 총 스택전류에 기초하여 각 연료전지시스템의 개별 부족전류를 산출한다(802). 즉, PCU(53)는 각 연료전지시스템의 출력전류를 합산하여 총 스택전류를 산출하고, 총 요구전류에서 총 스택전류를 뺀 결과를 연료전지시스템의 수로 나누어 개별 부족전류를 산출할 수 있다.Thereafter, the PCU 53 calculates individual shortage currents of each fuel cell system based on the total required current and total stack current of each fuel cell system (802). That is, the PCU 53 may calculate the total stack current by summing the output currents of each fuel cell system, and divide the result of subtracting the total stack current from the total required current by the number of fuel cell systems to calculate individual undercurrent.

이후, 복수의 FCU가 상기 개별 부족전류에 기초하여 목표전류를 설정한다(803). 즉, 복수의 FCU는 자신의 스택전류가 상기 개별 요구전류보다 작으면 상기 개별 부족전류가 기준값을 초과하는지 판단하여, 상기 개별 부족전류가 기준값을 초과하면 상기 개별 요구전류를 목표전류로 설정하고, 상기 개별 부족전류가 기준값을 초과하지 않으면 자신의 스택전류를 목표전류로 설정할 수 있다.Thereafter, a plurality of FCUs set target currents based on the individual undercurrents (803). That is, when a plurality of FCUs have their own stack currents smaller than the respective required currents, it is determined whether the respective shortage currents exceed a reference value, and when the respective shortage currents exceed a reference value, the respective required currents are set as target currents, If the individual undercurrent does not exceed the reference value, its own stack current can be set as the target current.

이후, 복수의 FCU가 상기 목표전류에 상응하는 목표공기유량을 결정한다(804). 즉, 복수의 FCU는 상술한 [수학식 1]에 기초하여 목표공기유량을 산출할 수 있다.Thereafter, a plurality of FCUs determines a target air flow rate corresponding to the target current (804). That is, the plurality of FCUs may calculate the target air flow rate based on Equation 1 described above.

도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템의 공기유량 제어 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.9 is a block diagram showing a computing system for executing a method for controlling air flow in a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템의 공기유량 제어 방법은 컴퓨팅 시스템을 통해서도 구현될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1000)은 시스템 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9, the method for controlling air flow in a fuel cell system according to an embodiment of the present invention described above may also be implemented through a computing system. The computing system 1000 includes at least one processor 1100 connected through a system bus 1200, a memory 1300, a user interface input device 1400, a user interface output device 1500, storage 1600, and It may include a network interface 1700.

프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.The processor 1100 may be a central processing unit (CPU) or a semiconductor device that executes processing for instructions stored in the memory 1300 and/or storage 1600. The memory 1300 and the storage 1600 may include various types of volatile or nonvolatile storage media. For example, the memory 1300 may include read only memory (ROM) and random access memory (RAM).

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, SSD(Solid State Drive), 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.Thus, steps of a method or algorithm described in connection with the embodiments disclosed herein may be directly implemented by hardware, software modules, or a combination of the two, executed by processor 1100. The software modules may include storage media such as RAM memory, flash memory, ROM memory, EPROM memory, EEPROM memory, registers, hard disk, solid state drive (SSD), removable disk, CD-ROM (i.e., memory 1300 and/or Storage 1600. An exemplary storage medium is coupled to the processor 1100, which can read information from and write information to the storage medium. Alternatively, the storage medium may be integral with the processor 1100. Processors and storage media may reside within an application specific integrated circuit (ASIC). The ASIC may reside in a user terminal. Alternatively, the processor and storage medium may reside as separate components within the user terminal.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be capable of various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical spirits within the equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

51: 제1 FCU
52: 제2 FCU
53: PCU51: 1st FCU
52: second FCU
53: PCU

Claims (12)

각 연료전지시스템에 대한 개별 요구전류를 산출하고, 각 연료전지시스템의 총 요구전류와 총 스택전류에 기초하여 각 연료전지시스템의 개별 부족전류를 산출하는 PCU(Power Control Unit); 및
상기 개별 부족전류에 기초하여 목표전류를 설정하고, 상기 설정된 목표전류에 상응하는 목표공기유량을 결정하는 복수의 FCU(Fuel cell Control Unit)
를 포함하는 연료전지시스템의 공기유량 제어 장치.
A PCU (Power Control Unit) that calculates an individual required current for each fuel cell system and calculates an individual shortage current of each fuel cell system based on the total required current and total stack current of each fuel cell system; And
A plurality of fuel cell control units (FCUs) for setting a target current based on the individual undercurrent and determining a target air flow rate corresponding to the set target current
Air flow control device of a fuel cell system comprising a.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 FCU는,
자신의 스택전류가 상기 개별 요구전류보다 작으면 상기 개별 부족전류가 기준값을 초과하는지 판단하여 상기 개별 부족전류가 기준값을 초과하면 상기 개별 요구전류를 목표전류로 설정하고, 상기 개별 부족전류가 기준값을 초과하지 않으면 자신의 스택전류를 목표전류로 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 공기유량 제어 장치.
According to claim 1,
The plurality of FCU,
If its own stack current is smaller than the individual required current, it is determined whether the individual undercurrent exceeds the reference value, and if the individual undercurrent exceeds the reference value, the individual required current is set as the target current, and the individual undercurrent is set as the reference value. If not exceeded, the air flow control device of the fuel cell system, characterized in that to set its own stack current as a target current.
제 1 항에 있어서,
상기 PCU는,
차량에서 요구되는 요구전력과 고전압배터리의 충방전 허용량에 기초하여 총 요구전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 공기유량 제어 장치.
According to claim 1,
The PCU,
Air flow control device for a fuel cell system, characterized in that for calculating the total required current based on the required power required by the vehicle and the allowable charge and discharge capacity of the high voltage battery.
제 3 항에 있어서,
상기 PCU는,
상기 산출한 총 요구전류를 연료전지시스템의 수로 나누어 개별 요구전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 공기유량 제어 장치.
The method of claim 3,
The PCU,
An air flow control device for a fuel cell system, characterized in that the calculated total required current is divided by the number of fuel cell systems to calculate individual required current.
제 1 항에 있어서,
상기 PCU는,
각 연료전지시스템의 출력전류를 합산하여 총 스택전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 공기유량 제어 장치.
According to claim 1,
The PCU,
An air flow control device for a fuel cell system, characterized by calculating the total stack current by summing the output current of each fuel cell system.
제 1 항에 있어서,
상기 PCU는,
총 요구전류에서 총 스택전류를 뺀 결과를 연료전지시스템의 수로 나누어 개별 부족전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 공기유량 제어 장치.
According to claim 1,
The PCU,
An air flow control device for a fuel cell system, characterized in that the result of subtracting the total stack current from the total required current is divided by the number of fuel cell systems to calculate the individual undercurrent.
PCU(Power Control Unit)가 각 연료전지시스템에 대한 개별 요구전류를 산출하는 단계;
상기 PCU가 각 연료전지시스템의 총 요구전류와 총 스택전류에 기초하여 각 연료전지시스템의 개별 부족전류를 산출하는 단계;
복수의 FCU(Fuel cell Control Unit)가 상기 개별 부족전류에 기초하여 목표전류를 설정하는 단계; 및
상기 복수의 FCU가 상기 목표전류에 상응하는 목표공기유량을 결정하는 단계
를 포함하는 연료전지시스템의 공기유량 제어 방법.
PCU (Power Control Unit) calculating the individual required current for each fuel cell system;
Calculating, by the PCU, an individual shortage current of each fuel cell system based on the total required current and total stack current of each fuel cell system;
Setting a target current based on a plurality of fuel cell control units (FCUs); And
Determining a target air flow rate corresponding to the target current by the plurality of FCUs
Air flow control method of the fuel cell system comprising a.
제 7 항에 있어서,
상기 목표전류를 설정하는 단계는,
자신의 스택전류가 상기 개별 요구전류보다 작으면 상기 개별 부족전류가 기준값을 초과하는지 판단하는 단계;
상기 개별 부족전류가 기준값을 초과하면 상기 개별 요구전류를 목표전류로 설정하는 단계; 및
상기 개별 부족전류가 기준값을 초과하지 않으면 자신의 스택전류를 목표전류로 설정하는 단계
를 포함하는 연료전지시스템의 공기유량 제어 방법.
The method of claim 7,
The step of setting the target current,
Determining whether the individual undercurrent exceeds a reference value when its own stack current is less than the individual required current;
Setting the individual required current as a target current when the individual undercurrent exceeds a reference value; And
Setting the stack current as a target current if the individual undercurrent does not exceed a reference value
Air flow control method of the fuel cell system comprising a.
제 7 항에 있어서,
상기 개별 부족전류를 산출하는 단계는,
차량에서 요구되는 요구전력과 고전압배터리의 충방전 허용량에 기초하여 총 요구전류를 산출하는 단계
를 포함하는 연료전지시스템의 공기유량 제어 방법.
The method of claim 7,
The step of calculating the individual undercurrent,
Calculating the total required current based on the required power required by the vehicle and the allowable charge/discharge amount of the high voltage battery
Air flow control method of the fuel cell system comprising a.
제 9 항에 있어서,
상기 개별 부족전류를 산출하는 단계는,
상기 산출한 총 요구전류를 연료전지시스템의 수로 나누어 개별 요구전류를 산출하는 단계
를 더 포함하는 연료전지시스템의 공기유량 제어 방법.
The method of claim 9,
The step of calculating the individual undercurrent,
Dividing the calculated total required current by the number of fuel cell systems to calculate individual required current
Air flow control method of the fuel cell system further comprising a.
제 7 항에 있어서,
상기 개별 부족전류를 산출하는 단계는,
각 연료전지시스템의 출력전류를 합산하여 총 스택전류를 산출하는 단계
를 포함하는 연료전지시스템의 공기유량 제어 방법.
The method of claim 7,
The step of calculating the individual undercurrent,
Calculating the total stack current by summing the output current of each fuel cell system
Air flow control method of the fuel cell system comprising a.
제 7 항에 있어서,
상기 개별 부족전류를 산출하는 단계는,
총 요구전류에서 총 스택전류를 뺀 결과를 연료전지시스템의 수로 나누어 개별 부족전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 공기유량 제어 방법.The method of claim 7,
The step of calculating the individual undercurrent,
A method for controlling the air flow rate of a fuel cell system, characterized in that the result of subtracting the total stack current from the total required current is divided by the number of fuel cell systems to calculate the individual undercurrent.
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