KR20200069451A - 연료전지의 운전 제어시스템 및 제어방법 - Google Patents

연료전지의 운전 제어시스템 및 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200069451A
KR20200069451A KR1020180156327A KR20180156327A KR20200069451A KR 20200069451 A KR20200069451 A KR 20200069451A KR 1020180156327 A KR1020180156327 A KR 1020180156327A KR 20180156327 A KR20180156327 A KR 20180156327A KR 20200069451 A KR20200069451 A KR 20200069451A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
fuel cell
cell stack
lower limit
power
Prior art date
Application number
KR1020180156327A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102602924B1 (ko
Inventor
김대종
추현석
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020180156327A priority Critical patent/KR102602924B1/ko
Priority to US16/418,000 priority patent/US20200185735A1/en
Publication of KR20200069451A publication Critical patent/KR20200069451A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102602924B1 publication Critical patent/KR102602924B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0053—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/75—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using propulsion power supplied by both fuel cells and batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/50—Charging stations characterised by energy-storage or power-generation means
    • B60L53/54—Fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/40—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for controlling a combination of batteries and fuel cells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04303—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04365—Temperature; Ambient temperature of other components of a fuel cell or fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04679—Failure or abnormal function of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/0488—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04895—Current
    • H01M8/0491—Current of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04947—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/18—Buses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/36—Vehicles designed to transport cargo, e.g. trucks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/10—Road Vehicles
    • B60Y2200/14—Trucks; Load vehicles, Busses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/10—Road Vehicles
    • B60Y2200/14—Trucks; Load vehicles, Busses
    • B60Y2200/143—Busses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/30—Railway vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

연료전지 스택; 연료전지 스택과 메인버스단으로 연결되어 전력을 공급받는 모터; 메인버스단의 연료전지 스택과 부하 사이에 위치되어 연료전지 스택의 출력 전압을 제어하는 부스터; 메인버스단의 부스터와 부하 사이에 연결된 고전압배터리; 메인버스단의 연료전지 스택과 부스터 사이에 연결되어 연료전지 스택의 출력 전압을 측정하는 전압센서; 연료전지 스택 또는 고전압배터리의 상태를 기반으로 연료전지 스택의 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하고, 전압센서에서 측정한 연료전지 스택의 출력 전압이 설정한 상한 전압 이하 또는 하한 전압 이상으로 유지되도록 부스터를 제어하는 전압제어기;를 포함하는 연료전지의 운전 제어시스템이 소개된다.

Description

연료전지의 운전 제어시스템 및 제어방법{OPERATING CONTROL SYSTEM AND CONTROL METHOD OF FUEL CELL}
본 발명은 연료전지의 운전 제어시스템 및 제어방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는 연료전지 스택의 전압을 제어하여 내구성을 향상시키는 기술에 관한 것이다.
연료전지는 수소공급장치 및 공기공급장치에서 각각 공급된 수소와 산소의 산화 환원 반응을 이용하여 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 것으로 전기 에너지를 생산하는 연료전지 스택 및 이를 냉각시키기 위한 냉각 시스템 등을 포함하고 있다.
즉, 연료전지 스택의 애노드(Anode)측에는 수소가 공급되고, 애노드에서 수소의 산화반응이 진행되어 수소이온(Proton)과 전자(Electron)가 발생하게 되고, 이때 생성된 수소이온과 전자는 각각 전해질막과 분리판을 통하여 캐소드(Cathode)로 이동한다. 캐소드에서는 애노드로부터 이동한 수소이온과 전자, 공기중의 산소가 참여하는 전기화학반응을 통하여 물을 생성하며, 이러한 전자의 흐름으로부터 전기에너지가 발생한다.
연료전지 스택은 OCV(Open Circuit Voltage)에 가까운 높은 전압에 노출되면 연료전지 스택에 포함된 촉매가 손상되는 등의 문제로 내구성이 악화된다. 연료전지와 연료전지에서 출력된 전력을 충전하였다가 방전하는 고전압배터리를 함께 이용하는 연료전지-배터리 하이브리드(Hybrid) 타입은 일반적으로 공간 또는 무게 등의 한계에 따라 저용량을 갖는 고전압배터리를 이용하고, 이에 따라 모터에서 요구되는 전력의 대부분은 연료전지에서 감당한다.
특히, 고전압배터리는 충전 또는 방전 가능한 최대 출력이 연료전지의 최대 출력에 대비하여 매우 작은 수준이고, 주로 연료전지 차량의 발진시 출력을 어시스트하거나 제동시 회생제동 에너지를 회수하는 목적으로 사용된다.
이에 따라, 연료전지 스택의 상한 전압을 제한하는 경우, 연료전지 스택의 잉여 출력으로 고전압배터리를 충전하는데 한계가 있어 연료전지 스택의 상한 전압을 제어하는데 제약이 발생한다. 또한, 연료전지 스택의 상한 전압을 제한하는 경우, 연료전지의 출력을 어시스트하는 고전압배터리의 출력에 한계가 있어 연료전지 스택의 하한 전압을 제어하는데 제약이 발생한다. 즉, 연료전지 스택의 운전 전압을 제어하기 어려운 문제가 있어 연료전지 스택이 고전압에 노출되는 빈도가 큰 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 일반적인 승용차량에 대비하여 연료전지 스택의 내구 성능이 크게 요구되고 고전압배터리의 공간 또는 무게 등의 한계가 적은 버스, 트럭, 열차 등의 상용차량에는 대용량을 갖는 고전압배터리를 포함하는 연료전지-배터리 하이브리드(Hybrid) 타입이 개발되고 있다.
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 10-1887770 B
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 대용량의 고전압배터리를 이용하여 연료전지 스택의 운전 전압이 OCV에 가까운 높은 고전압에 노출되지 않도록 제어하는 시스템 및 방법을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지의 운전 제어시스템은 연료전지 스택; 연료전지 스택과 메인버스단으로 연결되어 전력을 공급받는 모터; 메인버스단의 연료전지 스택과 부하 사이에 위치되어 연료전지 스택의 출력 전압을 제어하는 부스터; 메인버스단의 부스터와 부하 사이에 연결된 고전압배터리; 메인버스단의 연료전지 스택과 부스터 사이에 연결되어 연료전지 스택의 출력 전압을 측정하는 전압센서; 연료전지 스택 또는 고전압배터리의 상태를 기반으로 연료전지 스택의 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하고, 전압센서에서 측정한 연료전지 스택의 출력 전압이 설정한 상한 전압 이하 또는 하한 전압 이상으로 유지되도록 부스터를 제어하는 전압제어기;를 포함한다.
전압제어기는, 연료전지 스택의 출력 전압이 설정한 상한 전압 이상이면 연료전지 스택의 출력 전류를 증가시키면서 고전압배터리를 충전하도록 부스터를 제어할 수 있다.
전압제어기는, 연료전지 스택의 출력 전압이 설정한 하한 전압 이하면 연료전지 스택의 출력 전압을 유지시키면서 고전압배터리를 방전하도록 부스터를 제어할 수 있다.
전압제어기는, 연료전지 스택이 정상적으로 전력을 발전하는 상태에서는 연료전지 스택의 내구성이 최적화되는 운전 전압 구간의 최대 전압 및 최소 전압으로 기설정된 제1전압 및 제2전압을 각각 상한 전압 및 하한 전압으로 설정할 수 있다.
전압제어기는, 연료전지 스택의 온도가 기설정된 온도 이하로 추정되는 경우, 하한 전압을 제2전압보다 작고 연료전지 스택의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압으로 설정할 수 있다.
전압제어기는, 출력 전압이 제2전압인 상태로 연료전지 스택에서 출력되는 전력과 고전압배터리에서 방전 가능한 전력의 합이 모터의 요구전력보다 작은 경우, 하한 전압을 제2전압보다 작고 연료전지 스택의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압으로 설정할 수 있다.
전압제어기는, 연료전지 스택이 발전 정지 모드에 진입시, 연료전지 스택의 내구성이 최적화되는 전압 구간의 최대 전압으로 기설정된 제1전압을 상한 전압으로 설정하고, 연료전지 스택의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압을 하한 전압으로 설정할 수 있다.
전압제어기는, 연료전지 스택의 전압이 제3전압 이하로 감소되면 부스터를 이용한 연료전지 스택의 전압 제어를 중단할 수 있다.
메인버스단의 연료전지 스택과 부스터 사이에 위치된 릴레이; 및 릴레이의 단속을 제어하는 릴레이제어기;를 더 포함하고, 릴레이제어기는, 연료전지 스택이 발전 정지 모드에 진입되어 연료전지 스택의 전압이 제3전압 이하로 감소되면 릴레이를 차단하도록 제어할 수 있다.
전압제어기는, 연료전지 스택이 발전 정지 모드 해제시, 연료전지 스택의 내구성을 위한 최대 전압으로 기설정된 제4전압을 상한 전압으로 설정할 수 있다.
고전압배터리는 최대로 방전 가능한 전력이 모터에서 소모 가능한 최대 전력의 70[%] 이상일 수 있다.
고전압배터리는 최대로 충전 가능한 전력이 연료전지 스택에서 출력 가능한 최대 전력의 70[%] 이상일 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지의 운전 제어방법은 연료전지 스택 또는 고전압배터리의 상태를 판단하는 단계; 판단한 연료전지 스택 또는 고전압배터리의 상태를 기반으로 연료전지 스택의 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하는 단계; 및 연료전지 스택의 출력 전압이 설정한 상한 전압 이하 또는 하한 전압 이상으로 유지되도록 연료전지 스택과 모터 사이를 연결하는 메인버스단에 위치된 부스터를 제어하는 단계;를 포함한다.
상태를 판단하는 단계에서, 연료전지 스택이 정상적으로 전력을 발전하는 상태로 판단한 경우, 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하는 단계에서는, 연료전지 스택의 내구성이 최적화되는 전압 구간의 최대 전압 및 최소 전압으로 기설정된 제1전압 및 제2전압을 각각 상한 전압 및 하한 전압으로 설정할 수 있다.
상태를 판단하는 단계에서, 연료전지 스택의 온도가 기설정된 온도 이하인 것으로 판단한 경우, 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하는 단계에서는, 하한 전압을 제2전압보다 작고 연료전지 스택의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압으로 설정할 수 있다.
상태를 판단하는 단계에서, 출력 전압이 제2전압인 상태로 연료전지 스택에서 출력되는 전력과 고전압배터리에서 방전 가능한 전력의 합이 모터의 요구전력보다 작은 경우, 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하는 단계에서는, 하한 전압을 제2전압보다 작고 연료전지 스택의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압으로 설정할 수 있다.
상태를 판단하는 단계에서, 연료전지 스택이 발전 정지 모드에 진입한 것으로 판단한 경우, 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하는 단계에서는, 연료전지 스택의 내구성이 최적화되는 전압 구간의 최대 전압으로 기설정된 제1전압을 상한 전압으로 설정하고, 연료전지 스택의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압을 하한 전압으로 설정할 수 있다.
부스터를 제어하는 단계에서는, 연료전지 스택의 전압이 제3전압 이하로 감소되면 부스터를 이용한 연료전지 스택의 전압 제어를 중단할 수 있다.
상태를 판단하는 단계에서, 연료전지 스택이 발전 정지 모드가 해제된 것으로 판단하면, 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하는 단계에서는, 연료전지 스택의 내구성을 위한 최대 전압으로 기설정된 제4전압을 상한 전압으로 설정할 수 있다.
본 발명의 연료전지의 운전 제어시스템 및 제어방법에 따르면, 연료전지 스택의 전압이 고전위에 노출되지 않도록 방지함에 따라 연료전지 스택의 내구성이 크게 향상되는 효과를 갖는다.
또한, 연료전지 스택의 운전 전압 구간을 축소함에 따라 연료전지 스택의 물리적 조건 변화를 최소화하여 연료전지 스택의 내구성이 향상되는 효과를 갖는다.
도 1은 연료전지 스택에 포함된 셀의 운전 전압 범위에 따른 성능 감소율 및 백금 전하량 감소율을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 운전 제어시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 또는 고전압배터리의 상태에 대응되는 상한 전압 및 하한 전압을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 운전 제어방법의 순서도이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 연료전지 스택에 포함된 셀의 운전 전압 범위에 따른 성능 감소율 및 백금 전하량 감소율을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 연료전지 스택은 일반적으로 복수의 단위셀이 직렬로 적층되어 형성된다. 연료전지 스택에 포함된 셀의 상한 전압과 하한 전압 사이의 운전 전압 범위에 따라 성능 감소율 및 막-전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly)에 포함된 촉매인 백금 전하량의 감소율이 상이하다.
구체적으로, 셀 전압의 상한 전압과 하한 전압을 별도로 제어하지 않는 경우에 해당하는 0.95[V]와 0.6[V] 사이의 운전 전압 범위(①)에서는 성능 감소율 및 백금 전하량 감소율이 크게 나타난다. 또한, 일반적인 연료전지 차량에서의 운전 전압 범위에 해당하는 0.85[V]와 0.6[V] 사이의 운전 전압 범위(②)에서는 성능 감소율이 절반 이하로 감소되는 것을 확인할 수 있다.
운전 전압 범위(①②③④⑤)를 참고하면, 상한 전압을 점차적으로 감소시키면 성능 감소율이 점차적으로 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 다만, 운전 전압 범위(④⑤)를 비교하면, 상한 전압의 하강에 따른 성능 감소율이 거의 차이가 없어 내구성의 향상 효과가 미미한 것을 확인할 수 있다.
그러나 운전 전압 범위(④⑤⑥)를 참고하면, 하한 전압을 상승시키면 성능 감소율 및 백금 전하량 감소율이 감소되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 0.8[V]와 0.75[V] 사이의 운전 전압 범위(⑥)에서 내구성이 가장 우수한 것을 확인할 수 있다.
종래 기술에 따른 연료전지 시스템에서는 고전압배터리의 한계에 의해 연료전지 스택의 운전 전압을 제한하기 어려웠다. 특히, 연료전지 스택의 전압을 상한 전압 이하로 제한하면 고전압배터리에 연료전지 스택에서 발생한 잉여 전력을 충전하여야 하고, 연료전지 스택의 전압을 하한 전압 이상으로 제한하면 연료전지 스택에서 출력되는 전력을 제한하게 되므로 고전압배터리에서 추가 전력이 방전되어야 한다.
다만, 배터리의 충전 전력 및 방전 전력과 배터리의 용량에 한계가 있어 연료전지 스택의 전압을 제한하는데 한계가 있었고, 이에 따라 종래에는 0.85[V]를 상한 전합으로 운전하도록 제어하는데 그치는 문제가 있었다.
그러나 버스, 트럭, 열차 등의 상용차량에서는 연료전지 스택이 EOL(End Of Life)에 도달하는 운전 시간이 승용차량에 대비하여 3~5배의 수준이 되도록 요구되므로 연료전지 스택의 내구성 확보가 특히 더 요구된다.
또한, 상용차량에서는 승용차량에 대비하여 고전압배터리의 공간 또는 무게에 대한 제약이 적은 점에서 연료전지 스택의 내구성 향상을 위하여 고용량의 고전압배터리를 탑재할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 운전 제어시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 운전 제어시스템은 연료전지 스택(10); 연료전지 스택(10)과 메인버스단(20)으로 연결되어 전력을 공급받는 모터(30); 메인버스단(20)의 연료전지 스택(10)과 부하 사이에 위치되어 연료전지 스택(10)의 출력 전압을 제어하는 부스터(21); 메인버스단(20)의 부스터(21)와 부하 사이에 연결된 고전압배터리(40); 메인버스단(20)의 연료전지 스택(10)과 부스터(21) 사이에 연결되어 연료전지 스택(10)의 출력 전압을 측정하는 전압센서(60); 연료전지 스택(10) 또는 고전압배터리(40)의 상태를 기반으로 연료전지 스택(10)의 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하고, 전압센서(60)에서 측정한 연료전지 스택(10)의 출력 전압이 설정한 상한 전압 이하 또는 하한 전압 이상으로 유지되도록 부스터(21)를 제어하는 전압제어기(50);를 포함한다.
연료전지 스택(10)에는 수소와 공기가 각각 공급되고, 내부에서 화학 반응을 통하여 전기 에너지를 발생시킨다. 연료전지 스택(10)에서 발생된 전력은 메인버스단(20)을 통하여 연결된 모터(30)로 공급된다. 연료전지 스택(10)의 출력단에 연결된 메인버스단(20)에는 연료전지 스택(10)의 출력 전압을 측정하는 전압센서(60)가 위치된다.
부스터(21, Booster)는 직류(DC) 승압기에 해당하는 것으로, 연료전지 스택(10)과 모터(30) 사이에 위치되어 연료전지 스택(10)에서 출력되는 전력을 변환 및 조절할 수 있다. 부스터(21)를 이용하여 연료전지 스택(10)의 전압을 상승시킬 수 있으므로, 연료전지 스택(10)의 전압을 낮게 유지하더라도, 모터(30)의 구동을 위한 인버터(31) 등이 정상적으로 동작할 수 있는 전압으로 제어가 가능하다.
모터(30)는 인버터(31)를 통하여 연료전지 스택(10)과 메인버스단(20)으로 연결되어 전력을 공급받는다. 메인버스단(20)에는 고전압배터리(40)도 연결되어 방전을 통하여 모터(30)로 전력을 공급할 수 있다.
보기류(80, BOP: Balance Of Plant)는 연료전지 스택(10)의 발전을 위한 보조장치들로, 메인버스단(20)에 연결되어 전력을 공급받을 수 있다. 보기류(80)는 연료전지 스택(10)과 부스터(21) 사이에 연결될 수 있다.
고전압배터리(40)는 후술하는 것과 같이 최대로 방전 가능한 전력, 최대로 충전 가능한 전력 및 에너지 용량이 확대된 대용량의 고전압배터리(40)일 수 있다. 고전압배터리(40)는 연료전지 스택(10)에서 발전한 전력에 의해 충전되거나 연료전지 스택(10)의 전력을 어시스트하여 모터(30)에 공급하도록 방전될 수 있다.
고전압배터리(40)의 전압 범위에 따라 고전압배터리의 출력 전압을 제어하는 양방향컨버터(41)가 포함되거나 생략될 수 있다.
전압제어기(50)는 부스터(21)를 제어하여 전압센서(60)에서 측정한 연료전지 스택(10)의 출력 전압이 설정한 상한 전압 이하 또는 하한 전압 이상으로 유지되도록 제어할 수 있다. 특히, 후술하는 것과 같이 상한 전압 및 하한 전압은 연료전지 스택(10) 또는 고전압배터리(40)의 상태를 기반으로 설정될 수 있다.
이에 따라, 부스터(21)를 이용하여 연료전지 스택(10)의 전압을 상한 전압 이하 및 하한 전압 이상의 구간으로 제어함에 따라 연료전지 스택(10)의 운전 전압 범위를 제한함으로써 연료전지 스택(10)의 온도, 압력 등의 물리적 조건에 대한 변동을 최소화하고, 고전위에 노출되지 않도록 방지하여 촉매의 열화를 방지하여 연료전지 스택(10)의 내구성이 향상되는 효과를 갖는다.
특히, 전압제어기(50)는, 연료전지 스택(10)의 출력 전압이 설정한 상한 전압 이상이면 연료전지 스택(10)의 출력 전류를 증가시키면서 고전압배터리(40)를 충전하도록 부스터(21)를 제어할 수 있다.
즉, 연료전지 스택(10)에서 출력하도록 요구되는 전력이 감소되어 출력 전압이 증가되는 경우, 부스터(21)를 이용하여 연료전지 스택(10)의 출력 전압이 증가되지 않도록 제한함으로써 연료전지 스택(10)의 출력 전류를 생산하여 고전압배터리(40)를 충전할 수 있다.
반대로, 전압제어기(50)는, 연료전지 스택(10)의 출력 전압이 설정한 하한 전압 이하면 연료전지 스택(10)의 출력 전압을 유지시키면서 고전압배터리(40)를 방전하도록 부스터(21)를 제어할 수 있다.
즉, 연료전지 스택(10)에서 출력하도록 요구되는 전력이 증가되어 출력 전압이 감소되는 경우, 부스터(21)를 이용하여 연료전지 스택(10)의 출력 전압이 감소되지 않도록 제한함으로써 모터(30)에서 요구되는 전력은 고전압배터리(40)를 방전하여 공급할 수 있다.
이에 따라, 연료전지 스택(10)의 운전 전압 범위가 상한 전압과 하한 전압 사이의 범위를 벗어나지 않도록 운전할 수 있다.
이를 위하여 고전압배터리(40)는 충전 가능한 전력이 연료전지 스택(10)의 잉여 전력을 충전할 수 있는 정도이어야 하고, 방전 가능한 전력은 모터(30)에서 요구되는 전력 중 연료전지 스택(10)에서 하한 전압의 제한에 따라 부족한 전력을 방전할 수 있는 정도이어야 한다. 또한, 이러한 충전 및 방전이 장시간 연속될 수 있도록 저장되는 전력량이 충분해야 한다.
특히, 고전압배터리(40)는 최대로 방전 가능한 전력이 모터(30)에서 소모 가능한 최대 전력의 70[%] 이상일 수 있다. 즉, 고전압배터리(40)는 모터(30)에서 소모하는 전력의 최대값인 최대 전력의 70[%] 이상을 고전압배터리(40)에서 방전 가능할 수 있다. 이에 따라, 연료전지 스택(10)의 출력 전압이 하한 전압 이하로 하강되지 않도록 제한함에 따라 모터(30)에서 요구되는 전력보다 부족하게 연료전지 스택(10)에서 출력된 전력을 고전압배터리(40)에서 충분히 보상하도록 공급할 수 있다.
또한, 고전압배터리(40)는 최대로 충전 가능한 전력이 연료전지 스택(10)에서 출력 가능한 최대 전력의 70[%] 이상일 수 있다. 연료전지 스택(10)의 출력 전압이 상한 전압 이상으로 상승되지 않도록 제한함에 따라 연료전지 스택(10)에서 출력하는 전력의 잉여 전력을 고전압배터리(40)에서 충전할 수 있다.
추가로, 고전압배터리(40)는 에너지 용량이 차량을 20[km] 주행하는데 요구되는 모터(30)의 전력량 이상일 수 있다. 즉, 고전압배터리(40)가 완전히 충전된 상태에서 완전히 방전된 상태까지 최대로 방전 가능한 전력량은 고전압배터리(40)만으로 모터(30)를 구동하여 연료전지 차량을 평균적으로 20[km] 이상 주행시킬 수 있다. 차량을 20[km] 주행하는데 요구되는 모터(30)의 전력량은 평균적인 연비(전비)를 고려하여 산출될 수 있다. 이에 따라, 고전압배터리(40)는 연료전지 스택(10)의 상한 전압 또는 하한 전압으로의 제어에 따른 충전 또는 방전을 장시간 유지할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 메인버스단(20)의 연료전지 스택(10)과 부스터(21) 사이에 위치된 릴레이(70); 및 릴레이(70)의 단속을 제어하는 릴레이제어기(71);를 더 포함할 수 있다. 릴레이제어기(71)는, 연료전지 스택(10)이 발전 정지 모드에 진입되고, 연료전지 스택(10)의 전압을 제어할 필요가 없는 경우에 릴레이(70)를 차단하도록 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(10) 또는 고전압배터리(40)의 상태에 대응되는 상한 전압 및 하한 전압을 도시한 것이다.
도 3을 더 참조하면, 전압제어기(50)는 연료전지 스택(10) 또는 고전압배터리(40)의 상태를 기반으로 연료전지 스택(10)의 상한 전압 또는 하한 전압을 설정할 수 있다. 연료전지 스택(10)의 출력 전압과 출력 전류 사이의 관계는 도 3에 도시한 성능곡선과 같고, 연료전지에서 출력되는 전력(에너지)는 출력 전압과 출력 전류의 곱이다. 연료전지에서 출력되는 전력은 출력 전압이 가변됨에 따라 가변된다(I1*V1, I2*V2, I3*V3, I4*V4).
구체적으로, 전압제어기(50)는, 연료전지 스택(10)이 정상적으로 전력을 발전하는 상태에서는 연료전지 스택(10)의 내구성이 최적화되는 운전 전압 구간의 최대 전압 및 최소 전압으로 기설정된 제1전압(V2) 및 제2전압(V3)을 각각 상한 전압 및 하한 전압으로 설정할 수 있다.
즉, 연료전지 스택(10)의 상태가 정상적인 전력 발전 상태이고, 고전압배터리(40)의 충전 및 방전 가능한 전력이 정상범위인 경우에는 연료전지 스택(10)의 내구성이 최적화되는 운전 전압 구간으로 기설정된 제1전압(V2)과 제2전압(V3) 사이에서 연료전지 스택(10)이 운전되도록 부스터(21)를 제어할 수 있다.
제1전압(V2)은 연료전지 스택(10)의 내구성 측면에서 최적화된 최대 전압으로 단위셀의 전압을 기준으로 0.8[V] 수준일 수 있다. 제2전압(V3)은 연료전지 스택(10)의 내구성 측면에서 물리적인 조건이 크게 가변되지 않도록 기설정된 구간의 최소 전압으로 단위셀의 전압을 기준으로 0.75[V] 수준일 수 있다.
이에 따라, 연료전지 스택(10)이 정상적인 전력 발전 상태인 경우 협소한 운전 전압 범위로 제어함으로써 막-전극접합체의 물리적 조건 변동을 최소화하여 내구성을 개선하는 효과를 갖는다.
전압제어기(50)는, 연료전지 스택(10)의 온도가 기설정된 온도 이하로 추정되는 경우, 하한 전압을 제2전압(V3)보다 작고 연료전지 스택(10)의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압(V4)으로 설정할 수 있다.
냉시동시와 같이 연료전지 스택(10)의 온도를 승온할 필요가 있는 경우는 연료전지 스택(10)의 온도가 기설정된 온도 이하로 추정되는 경우로 판단할 수 있다. 구체적으로, 연료전지 스택(10)의 출구측 냉각수 온도가 0[℃]이하인 경우에 승온 운전으로 제어할 수 있다.
승온 운전시, 연료전지 스택(10)의 승온을 가속화하기 위하여 연료전지 스택(10)의 출력 전압이 상대적으로 낮게 유지되도록 제어할 수 있다. 특히, 승온 운전시에는 연료전지 스택(10)의 출력 성능이 정상 상태에 대비하여 상대적으로 저하되므로 하한 전압을 제2전압(V3)보다 작은 제3전압(V4)으로 설정할 수 있다.
제3전압(V4)은 연료전지 스택(10)의 허용 가능한 최소 전압으로, 연료전지 스택(10)에서 출력된 전력을 공급받는 모터(30) 또는 기타 보기류(80, BOP: Balance Of Plant)의 정격 전압을 고려하여 기설정될 수 있다. 제3전압(V4)은 연료전지 스택(10)에서 출력하는 전력이 최대가 되는 전압으로, 단위셀의 전압을 기준으로 0.6[V] 수준일 수 있다.
추가로, 전압제어기(50)는, 승온 운전시, 연료전지 스택(10)의 상한 전압은 제2전압(V3)으로 설정할 수 있다. 즉, 연료전지 스택(10)의 상한 전압 또한 하강시켜 연료전지 스택(10)에서 발생하는 열에너지를 증가시킬 수 있다.
이에 따라, 연료전지 스택(10)의 승온을 가속화시키고, 승온 운전시 발생한 전력은 고전압배터리(40)로 충전됨으로써 에너지 손실 없이 승온이 가능한 효과를 갖는다.
또한, 전압제어기(50)는, 출력 전압이 제2전압(V3)인 상태로 연료전지 스택(10)에서 출력되는 전력과 고전압배터리(40)에서 방전 가능한 전력의 합이 모터(30)의 요구전력보다 작은 경우, 하한 전압을 제2전압(V3)보다 작고 연료전지 스택(10)의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압(V4)으로 설정할 수 있다.
구체적으로, 연료전지 스택(10)이 정상적인 전력 발전 상태인 경우이지만, 고전압배터리(40)에서 저장된 전력량이 소모되거나, 과열 또는 냉각에 의해 고전압배터리(40)의 방전 가능한 전력이 감소된 경우에는 하한 전압을 하강시킬 수 있다.
특히, 고전압배터리(40)의 방전 가능한 전력이 감소되어 출력 전압이 제2전압(V3)인 상태로 연료전지 스택(10)에서 출력되는 전력과 고전압배터리(40)에서 방전 가능한 전력의 합이 모터(30)의 요구전력보다 작은 경우, 하한 전압을 연료전지 스택(10)의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압(V4)으로 설정할 수 있다. 이에 따라, 연료전지 스택(10)의 전압을 하강시켜 모터(30)의 요구전력을 충족시킬 수 있는 효과를 갖는다.
전압제어기(50)는, 연료전지 스택(10)이 발전 정지 모드에 진입시, 연료전지 스택(10)의 내구성이 최적화되는 전압 구간의 최대 전압으로 기설정된 제1전압(V2)을 상한 전압으로 설정하고, 연료전지 스택(10)의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압(V4)을 하한 전압으로 설정할 수 있다.
연료전지 스택(10)의 발전 정지 모드(FC Stop Mode)는 고전압배터리(40)의 SOC(State Of Charge)가 기설정된 충전량 이상이고, 모터(30)의 요구전력이 고전압배터리(40)에서 방전 가능한 전력 이하인 경우 연료전지 스택(10)의 전력 발전을 중단하고 고전압배터리(40)에서 방전하는 전력으로만 모터(30)를 구동할 수 있다. 연료전지 스택(10)의 발전 정지 모드에서는 연료전지 스택(10)으로 공기 공급을 차단하고 수소의 농도 제어를 중단할 수 있다.
연료전지 스택(10)이 발전 정지 모드에 진입한 초기에는 연료전지 스택(10)에 이미 공급된 수소와 산소가 남아있는 상태이므로 계속해서 연료전지 스택(10)의 출력 전압을 제어해야 한다. 이 경우에는 연료전지 스택(10)의 전압이 하강하는 상태이므로 하한 전압을 연료전지 스택(10)의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압(V4)으로 설정할 수 있다.
또한, 전압제어기(50)는, 연료전지 스택(10)의 전압이 제3전압(V4) 이하로 감소되면 부스터(21)를 이용한 연료전지 스택(10)의 전압 제어를 중단할 수 있다.
특히, 메인버스단(20)의 연료전지 스택(10)과 부스터(21) 사이에 위치된 릴레이(70); 및 릴레이(70)의 단속을 제어하는 릴레이제어기(71);를 더 포함하고, 릴레이제어기(71)는, 연료전지 스택(10)이 발전 정지 모드에 진입되어 연료전지 스택(10)의 전압이 제3전압(V4) 이하로 감소되면 릴레이(70)를 차단하도록 제어할 수 있다.
즉, 연료전지 스택(10)이 발전 정지 모드에 진입하여 출력 전압이 제3전압(V4) 이하로 감소되면 연료전지 스택(10)의 내부에 잔존한 산소를 모두 소모하고 더 이상 공기가 공급되지 않아 연료전지 스택(10)의 발전이 중단된다. 이 경우에는 연료전지 스택(10)의 전압이 OCV로 상승할 우려가 없는 점에서 연료전지 스택(10)과 부스터(21) 사이의 연결을 차단하도록 릴레이(70)를 제어할 수 있다.
고전압배터리(40) 충전을 통하여 연료전지 스택(10)의 전압을 소진시킨 후 릴레이(70)를 차단할 수 있다. 메인버스단(20)에 상당한 전류가 흐르는 동안 릴레이(70)를 차단하도록 제어하면, 릴레이(70)에 융착 손상이 발생할 수 있다. 이에 따라, 연료전지 스택(10)의 전압이 제3전압(V4) 이하로 감소되어 메인버스단(20)에 흐르는 전류가 안정범위 이하로 감소되면 릴레이(70)를 차단하도록 제어할 수 있다.
전압제어기(50)는, 연료전지 스택(10)이 발전 정지 모드 해제시, 연료전지 스택(10)의 내구성을 위한 최대 전압으로 기설정된 제4전압(V1)을 상한 전압으로 설정할 수 있다.
고전압배터리(40)의 충전된 전력량이 다시 감소되어 연료전지 스택(10)의 발전을 재개하는 경우, 연료전지 스택(10)으로 공급하는 수소의 농도를 충분히 확보하여야 연료전지 스택(10)에서 정상적으로 전력 발전이 가능하다. 즉, 모터(30)의 부하를 바로 허용하기 어려운 상태에는 OCV에 노출되는 것을 방지하면서 과다한 전류가 발생하는 것도 방지해야 한다. 따라서, 연료전지 스택(10)의 상한 전압을 제4전압(V1)으로 상승시켜 완화시킬 수 있다. 제4전압(V1)은 연료전지 스택(10)의 내구성이 악화되지 않도록 허용 가능한 최대 전압으로 단위셀의 전압을 기준으로 0.85[V] 수준일 수 있다.
이에 따라, 연료전지 스택(10)이 정상적인 발전 상태로 복귀할 때까지 모터(30)의 부하가 과다하지 않도록 방지하고, OCV에 가까운 고전위에 노출되지 않도록 제어할 수 있다. 연료전지 스택(10)의 내부 상태(출력 전압, 수소 농도 등)가 정상적으로 복귀하면 정상 주행 모드로 복귀할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 운전 제어방법의 순서도이다.
도 4를 참조하면, 연료전지 스택 또는 고전압배터리의 상태를 판단하는 단계(S100); 판단한 연료전지 스택 또는 고전압배터리의 상태를 기반으로 연료전지 스택의 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하는 단계(S200); 및 연료전지 스택의 출력 전압이 설정한 상한 전압 이하 또는 하한 전압 이상으로 유지되도록 연료전지 스택과 모터 사이를 연결하는 메인버스단에 위치된 부스터를 제어하는 단계(S300);를 포함한다.
상태를 판단하는 단계(S100)에서, 연료전지 스택이 정상적으로 전력을 발전하는 상태로 판단한 경우, 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하는 단계(S200)에서는, 연료전지 스택의 내구성이 최적화되는 전압 구간의 최대 전압 및 최소 전압으로 기설정된 제1전압 및 제2전압을 각각 상한 전압 및 하한 전압으로 설정할 수 있다(S260).
상태를 판단하는 단계(S100)에서, 연료전지 스택의 온도가 기설정된 온도 이하인 것으로 판단한 경우(S140), 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하는 단계(S200)에서는, 하한 전압을 제2전압보다 작고 연료전지 스택의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압으로 설정할 수 있다(S240).
상태를 판단하는 단계(S100)에서, 출력 전압이 제2전압인 상태로 연료전지 스택에서 출력되는 전력과 고전압배터리에서 방전 가능한 전력의 합이 모터의 요구전력보다 작은 경우(S150), 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하는 단계(S200)에서는, 하한 전압을 제2전압보다 작고 연료전지 스택의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압으로 설정할 수 있다.(S250)
상태를 판단하는 단계(S100)에서, 연료전지 스택이 발전 정지 모드에 진입한 것으로 판단한 경우(S110), 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하는 단계(S200)에서는, 연료전지 스택의 내구성이 최적화되는 전압 구간의 최대 전압으로 기설정된 제1전압을 상한 전압으로 설정하고, 연료전지 스택의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압을 하한 전압으로 설정할 수 있다(S210).
부스터를 제어하는 단계(S300)에서는, 연료전지 스택의 전압이 제3전압 이하로 감소되면(S120) 부스터를 이용한 연료전지 스택의 전압 제어를 중단할 수 있다(S300').
부스터를 제어하는 단계(S300)에서 연료전지 스택의 전압제어를 중단한 경우(S300'), 부스터를 제어하는 단계(S300) 이후에, 연료전지 스택과 부스터 사이의 메인버스단에 위치된 릴레이를 차단하는 단계(S400);를 더 포함할 수 있다.
상태를 판단하는 단계(S100)에서, 연료전지 스택이 발전 정지 모드가 해제된 것으로 판단하면(S130), 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하는 단계(S200)에서는, 연료전지 스택의 내구성을 위한 최대 전압으로 기설정된 제4전압을 상한 전압으로 설정할 수 있다(S230). 하한 전압은 연료전지 스택의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압으로 설정할 수 있다.
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.
10 : 연료전지 스택 20 : 메인버스단
21 : 부스터 30 : 모터
31 : 인버터 40 : 고전압배터리
50 : 전압제어기 60 : 전압센서
70 : 릴레이 71 : 릴레이제어기
80 : 보기류

Claims (19)

  1. 연료전지 스택;
    연료전지 스택과 메인버스단으로 연결되어 전력을 공급받는 모터;
    메인버스단의 연료전지 스택과 부하 사이에 위치되어 연료전지 스택의 출력 전압을 제어하는 부스터;
    메인버스단의 부스터와 부하 사이에 연결된 고전압배터리;
    메인버스단의 연료전지 스택과 부스터 사이에 연결되어 연료전지 스택의 출력 전압을 측정하는 전압센서;
    연료전지 스택 또는 고전압배터리의 상태를 기반으로 연료전지 스택의 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하고, 전압센서에서 측정한 연료전지 스택의 출력 전압이 설정한 상한 전압 이하 또는 하한 전압 이상으로 유지되도록 부스터를 제어하는 전압제어기;를 포함하는 연료전지의 운전 제어시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    전압제어기는, 연료전지 스택의 출력 전압이 설정한 상한 전압 이상이면 연료전지 스택의 출력 전류를 증가시키면서 고전압배터리를 충전하도록 부스터를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    전압제어기는, 연료전지 스택의 출력 전압이 설정한 하한 전압 이하면 연료전지 스택의 출력 전압을 유지시키면서 고전압배터리를 방전하도록 부스터를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    전압제어기는, 연료전지 스택이 정상적으로 전력을 발전하는 상태에서는 연료전지 스택의 내구성이 최적화되는 운전 전압 구간의 최대 전압 및 최소 전압으로 기설정된 제1전압 및 제2전압을 각각 상한 전압 및 하한 전압으로 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    전압제어기는, 연료전지 스택의 온도가 기설정된 온도 이하로 추정되는 경우, 하한 전압을 제2전압보다 작고 연료전지 스택의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압으로 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    전압제어기는, 출력 전압이 제2전압인 상태로 연료전지 스택에서 출력되는 전력과 고전압배터리에서 방전 가능한 전력의 합이 모터의 요구전력보다 작은 경우, 하한 전압을 제2전압보다 작고 연료전지 스택의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압으로 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    전압제어기는, 연료전지 스택이 발전 정지 모드에 진입시, 연료전지 스택의 내구성이 최적화되는 전압 구간의 최대 전압으로 기설정된 제1전압을 상한 전압으로 설정하고, 연료전지 스택의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압을 하한 전압으로 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    전압제어기는, 연료전지 스택의 전압이 제3전압 이하로 감소되면 부스터를 이용한 연료전지 스택의 전압 제어를 중단하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    메인버스단의 연료전지 스택과 부스터 사이에 위치된 릴레이; 및
    릴레이의 단속을 제어하는 릴레이제어기;를 더 포함하고,
    릴레이제어기는, 연료전지 스택이 발전 정지 모드에 진입되어 연료전지 스택의 전압이 제3전압 이하로 감소되면 릴레이를 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    전압제어기는, 연료전지 스택이 발전 정지 모드 해제시, 연료전지 스택의 내구성을 위한 최대 전압으로 기설정된 제4전압을 상한 전압으로 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    고전압배터리는 최대로 방전 가능한 전력이 모터에서 소모 가능한 최대 전력의 70[%] 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    고전압배터리는 최대로 충전 가능한 전력이 연료전지 스택에서 출력 가능한 최대 전력의 70[%] 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어시스템.
  13. 연료전지 스택 또는 고전압배터리의 상태를 판단하는 단계;
    판단한 연료전지 스택 또는 고전압배터리의 상태를 기반으로 연료전지 스택의 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하는 단계; 및
    연료전지 스택의 출력 전압이 설정한 상한 전압 이하 또는 하한 전압 이상으로 유지되도록 연료전지 스택과 모터 사이를 연결하는 메인버스단에 위치된 부스터를 제어하는 단계;를 포함하는 연료전지의 운전 제어방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상태를 판단하는 단계에서, 연료전지 스택이 정상적으로 전력을 발전하는 상태로 판단한 경우, 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하는 단계에서는, 연료전지 스택의 내구성이 최적화되는 전압 구간의 최대 전압 및 최소 전압으로 기설정된 제1전압 및 제2전압을 각각 상한 전압 및 하한 전압으로 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상태를 판단하는 단계에서, 연료전지 스택의 온도가 기설정된 온도 이하인 것으로 판단한 경우, 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하는 단계에서는, 하한 전압을 제2전압보다 작고 연료전지 스택의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압으로 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상태를 판단하는 단계에서, 출력 전압이 제2전압인 상태로 연료전지 스택에서 출력되는 전력과 고전압배터리에서 방전 가능한 전력의 합이 모터의 요구전력보다 작은 경우, 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하는 단계에서는, 하한 전압을 제2전압보다 작고 연료전지 스택의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압으로 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어방법.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상태를 판단하는 단계에서, 연료전지 스택이 발전 정지 모드에 진입한 것으로 판단한 경우, 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하는 단계에서는, 연료전지 스택의 내구성이 최적화되는 전압 구간의 최대 전압으로 기설정된 제1전압을 상한 전압으로 설정하고, 연료전지 스택의 허용 가능한 최소 전압으로 기설정된 제3전압을 하한 전압으로 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    부스터를 제어하는 단계에서는, 연료전지 스택의 전압이 제3전압 이하로 감소되면 부스터를 이용한 연료전지 스택의 전압 제어를 중단하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어방법.
  19. 청구항 13에 있어서,
    상태를 판단하는 단계에서, 연료전지 스택이 발전 정지 모드가 해제된 것으로 판단하면, 상한 전압 또는 하한 전압을 설정하는 단계에서는, 연료전지 스택의 내구성을 위한 최대 전압으로 기설정된 제4전압을 상한 전압으로 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어방법.
KR1020180156327A 2018-12-06 2018-12-06 연료전지의 운전 제어시스템 및 제어방법 KR102602924B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180156327A KR102602924B1 (ko) 2018-12-06 2018-12-06 연료전지의 운전 제어시스템 및 제어방법
US16/418,000 US20200185735A1 (en) 2018-12-06 2019-05-21 System and method of controlling operation of fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180156327A KR102602924B1 (ko) 2018-12-06 2018-12-06 연료전지의 운전 제어시스템 및 제어방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200069451A true KR20200069451A (ko) 2020-06-17
KR102602924B1 KR102602924B1 (ko) 2023-11-16

Family

ID=70971114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180156327A KR102602924B1 (ko) 2018-12-06 2018-12-06 연료전지의 운전 제어시스템 및 제어방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20200185735A1 (ko)
KR (1) KR102602924B1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090325004A1 (en) * 2008-06-27 2009-12-31 Hyundai Motor Company Method for controlling output of fuel cell in fuel cell hybrid vehicle
KR20100005767A (ko) * 2008-07-08 2010-01-18 현대자동차주식회사 연료전지 하이브리드 차량의 연료전지 출력 제어 방법
US20120225329A1 (en) * 2011-03-04 2012-09-06 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system
US20130175972A1 (en) * 2011-07-14 2013-07-11 Panasonic Corporation Fuel cell system and method for controlling the same
US20170222238A1 (en) * 2014-08-08 2017-08-03 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and control method for fuel cell system
KR101887770B1 (ko) 2016-10-26 2018-08-13 현대자동차주식회사 연료전지 출력 제어 방법 및 시스템

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090325004A1 (en) * 2008-06-27 2009-12-31 Hyundai Motor Company Method for controlling output of fuel cell in fuel cell hybrid vehicle
KR20100005767A (ko) * 2008-07-08 2010-01-18 현대자동차주식회사 연료전지 하이브리드 차량의 연료전지 출력 제어 방법
US20120225329A1 (en) * 2011-03-04 2012-09-06 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system
US20130175972A1 (en) * 2011-07-14 2013-07-11 Panasonic Corporation Fuel cell system and method for controlling the same
US20170222238A1 (en) * 2014-08-08 2017-08-03 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and control method for fuel cell system
KR101887770B1 (ko) 2016-10-26 2018-08-13 현대자동차주식회사 연료전지 출력 제어 방법 및 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR102602924B1 (ko) 2023-11-16
US20200185735A1 (en) 2020-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7659018B2 (en) Fuel cell power control unit
KR101109715B1 (ko) 연료전지 시스템
KR101151748B1 (ko) 연료전지시스템 및 연료전지 차량
KR102551676B1 (ko) 연료전지 차량의 외부 전력 공급시스템 및 공급방법
KR102119779B1 (ko) 연료전지의 전력 공급 시스템 및 그 제어방법
US9793558B2 (en) Fuel cell system
JP4761162B2 (ja) 燃料電池システム
US8027759B2 (en) Fuel cell vehicle system
JP4274278B2 (ja) 燃料電池システム
US20070129859A1 (en) Control apparatus for fuel cell vehicle
KR20100065206A (ko) 연료전지시스템
JP5732596B2 (ja) ハイブリッドシステムの動作を制御する方法
US8604637B2 (en) Method for high voltage bus control in fuel cell vehicles
KR20100060021A (ko) 연료전지시스템
JP2006318818A (ja) 燃料電池システム
JP4831437B2 (ja) 燃料電池システム及びその制御方法
JP4686842B2 (ja) 燃料電池装置の制御方法
KR102602924B1 (ko) 연료전지의 운전 제어시스템 및 제어방법
JP2013171682A (ja) 燃料電池システム及び燃料電池の制御方法
WO2013150619A1 (ja) 燃料電池システム
JP4831063B2 (ja) 燃料電池システム
JP2010157426A (ja) 燃料電池システム
US20240128484A1 (en) Fuel cell system and method of controlling the same
US20150325896A1 (en) Fuel cell system
KR20200111306A (ko) 연료전지 스택의 운전 제어방법 및 제어시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant