KR20210034152A - 연료전지차량의 운전 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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김현희
예창환
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 연료전지차량의 운전 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 주행중인 연료전지차량에서 전류제한 발생시 그 원인을 파악하여 연료전지스택의 고장이면 경고등을 점등하여 정비소로의 이동을 유도하고, 상기 연료전지스택에 공급되는 수소의 압력을 측정하는 센서(이하, 압력센서)의 측정 오차이면 이를 보상함으로써, 연료전지스택의 내구성 저하를 방지할 수 있는 연료전지차량의 운전 제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 연료전지차량의 운전 제어 장치에 있어서, 수소와 산소의 화학 반응을 이용하여 전기를 생산하는 연료전지스택; 상기 연료전지스택에 공급되는 수소의 압력을 측정하는 압력센서; 및 상기 연료전지스택에 전류제한 발생시, 그 원인이 상기 연료전지스택의 고장인지 상기 압력센서의 측정 오차인지 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

연료전지차량의 운전 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING OPERATION OF FUEL CELL VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 주행중 전류제한 발생시 연료전지차량의 운전을 제어하는 기술에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이며, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다.
현재 연료전지차량의 구동을 위한 전력공급원으로는 연료전지 중 가장 높은 전력밀도를 갖는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 형태가 가장 많이 연구되고 있으며, 이는 낮은 작동온도로 인한 빠른 시동 시간과 빠른 전력변환 반응시간을 갖는다.
이러한 고분자 전해질막 연료전지는 수소이온이 이동하는 고체 고분자 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly), 반응가스들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer), 반응가스들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응가스들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(Bipolar Plate)을 포함하여 구성된다.
이러한 단위 셀 구성을 이용하여 연료전지스택을 조립할 때, 셀 내 가장 안쪽에 주요 구성부품인 막전극접합체 및 기체확산층의 조합이 위치하는데, 막전극접합체는 고분자 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매가 도포된 촉매전극층, 즉 애노드(Anode) 및 캐소드(Cathode)를 가지며, 애노드 및 캐소드가 위치한 바깥부분에 기체확산층, 가스켓 등이 적층된다. 기체확산층의 바깥쪽에는 반응가스(연료인 수소와 산화제인 산소 또는 공기)를 공급하고 냉각수가 통과하는 유로(Flow Field)가 형성된 분리판이 위치된다.
이러한 구성을 단위 셀로 하여 복수의 단위 셀들을 적층한 뒤 가장 바깥쪽에 집전판(Current Collector) 및 절연판, 적층 셀들을 지지하기 위한 엔드플레이트(End Plate)를 결합하는데, 엔드플레이트 사이에 단위 셀들을 반복 적층하여 체결함으로써 연료전지 스택을 구성하게 된다.
실제 차량에서 필요한 전위를 얻기 위해서는 단위 셀을 필요한 전위만큼 적층해야 하며, 단위 셀들을 적층한 것이 스택이다. 1개의 단위 셀에서 발생하는 전위는 약 1.3V로서, 차량 구동에 필요한 전력을 생산하기 위해 다수의 셀을 직렬로 적층하고 있다.
한편, 연료전지차량은 스택에 공급되는 수소의 압력을 측정하기 위한 압력센서를 구비하고 있다. 이러한 압력센서는 시간이 지남에 따라 측정 오차가 발생하기 때문에 연료전지차량에서는 일정 주행거리마다 압력센서의 측정 오차를 보상해 주고 있다.
그러나, 연료전지차량이 장기 주차한 경우 압력센서에 측정 오차가 발생했음에도 불구하고, 주행거리 미달로 압력센서의 측정 오차에 대한 보상이 이루어지지 않기 때문에 연료전지차량의 제어기는 부정확한 수소 압력값에 기초하여 연료전지차량을 제어하게 된다. 이때, 연료전지차량의 스택에 공급되는 수소가 부족하여 스택의 내구성을 저하시킬 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 주행중인 연료전지차량에서 전류제한 발생시 그 원인을 파악하여 연료전지스택의 고장이면 경고등을 점등하여 정비소로의 이동을 유도하고, 상기 연료전지스택에 공급되는 수소의 압력을 측정하는 센서(이하, 압력센서)의 측정 오차이면 이를 보상함으로써, 연료전지스택의 내구성 저하를 방지할 수 있는 연료전지차량의 운전 제어 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
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.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 연료전지차량의 운전 제어 장치에 있어서, 수소와 산소의 화학 반응을 이용하여 전기를 생산하는 연료전지스택; 상기 연료전지스택에 공급되는 수소의 압력을 측정하는 압력센서; 및 상기 연료전지스택에 전류제한 발생시, 그 원인이 상기 연료전지스택의 고장인지 상기 압력센서의 측정 오차인지 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 연료전지스택의 각 셀을 모니터링하여 최소 셀전압과 셀전압 비율을 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 최소 셀전압이 제1 기준치 미만이고, 상기 셀전압 비율이 제2 기준치 미만이며, 상기 전류제한이 발생한 시점이 상기 압력센서의 측정 오차를 보상한 시점부터 기준시간을 초과하지 않으면 상기 연료전지스택에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 연료전지스택에 고장이 발생한 것으로 판단한 경우, 경고등을 점등시킬 수도 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 최소 셀전압이 제1 기준치 미만이고, 상기 셀전압 비율이 제2 기준치 미만이며, 상기 전류제한이 발생한 시점이 상기 압력센서의 측정 오차를 보상한 시점부터 기준시간을 초과하면, 기준 전하량 기반의 수소퍼지를 수행할 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 기준 전하량 기반의 수소퍼지 수행시 수소의 공급압력을 임계치까지 상승시킬 수도 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 기준 전하량 기반의 수소퍼지를 수행한 후에도 상기 전류제한이 해소되지 않으면, 상기 연료전지스택에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 기준 전하량 기반의 수소퍼지를 수행한 후 상기 전류제한이 해소되면, 상기 압력센서에 측정 오차가 발생한 것으로 확정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, FPV(FUEL-LINE PURGE VALVE)와 FDV(FUEL-LINE DRAIN VALVE)를 모두 개방한 후에 상기 압력센서가 측정한 압력값과 기준압력 간의 차이에 기초하여 상기 압력센서의 측정 오차를 보상할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 연료전지차량의 운전 제어 방법에 있어서, 연료전지스택의 최소 셀전압과 셀전압 비율을 산출하는 단계; 상기 연료전지스택의 전류제한을 검출하는 단계; 및 상기 산출한 최소 셀전압과 셀전압 비율에 기초하여 상기 전류제한의 발생 원인이 상기 연료전지스택의 고장인지 상기 연료전지스택에 공급되는 수소의 압력을 측정하는 압력센서의 측정 오차인지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 판단하는 단계는 상기 최소 셀전압이 제1 기준치 미만이고, 상기 셀전압 비율이 제2 기준치 미만이며, 상기 전류제한이 발생한 시점이 상기 압력센서의 측정 오차를 보상한 시점부터 기준시간을 초과하지 않으면 상기 연료전지스택에 고장이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 연료전지스택에 고장이 발생한 것으로 판단한 경우, 경고등을 점등하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 판단하는 단계는 상기 최소 셀전압이 제1 기준치 미만이고, 상기 셀전압 비율이 제2 기준치 미만이며, 상기 전류제한이 발생한 시점이 상기 압력센서의 측정 오차를 보상한 시점부터 기준시간을 초과하면, 상기 압력센서에 측정 오차가 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 압력센서에 측정 오차가 발생한 것으로 판단하는 단계는, 기준 전하량 기반의 수소 퍼지를 수행하는 단계; 상기 기준 전하량 기반의 수소 퍼지를 수행한 후에도 상기 전류제한이 해소되지 않으면, 상기 연료전지스택에 고장이 발생한 것으로 판단하는 단계; 및 상기 기준 전하량 기반의 수소 퍼지를 수행한 후 상기 전류제한이 해소되면, 상기 압력센서에 측정 오차가 발생한 것으로 확정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기준 전하량 기반의 수소 퍼지를 수행하는 단계는, 수소의 공급압력을 임계치까지 상승시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 압력센서에 측정 오차가 발생한 것으로 확정하는 단계는, FPV(FUEL-LINE PURGE VALVE)와 FDV(FUEL-LINE DRAIN VALVE)를 모두 개방하는 단계; 및 상기 FPV와 FDV가 모두 개방된 상태에서 상기 압력센서가 측정한 압력값과 기준압력 간의 차이에 기초하여 상기 압력센서의 측정 오차를 보상하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 운전 제어 장치 및 그 방법은, 주행중인 연료전지차량에서 전류제한 발생시 그 원인을 파악하여 연료전지스택의 고장이면 경고등을 점등하여 정비소로의 이동을 유도하고, 상기 연료전지스택에 공급되는 수소의 압력을 측정하는 센서(이하, 압력센서)의 측정 오차이면 이를 보상함으로써, 연료전지스택의 내구성 저하를 방지할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 연료전지차량의 수소공급계통을 나타내는 도면,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 운전 제어 장치에 대한 구성도,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 운전 제어 장치의 성능 분석도,
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 운전 제어 방법에 대한 흐름도,
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 운전 제어 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
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.
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.
도 1 은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 연료전지차량의 수소공급계통을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, FBV(100), FSV(110), FEJ(120), 압력센서(FUEL PRESSURE SENSOR, 130), 연료전지스택(FCS, 140), FPV(150), FWT(160), FL20(170), FDV(180) 등을 포함할 수 있다.
FBV(100)는 수소차단밸브(FUEL BLOCK VALVE)로서 연료전지스택(140)에 공급되는 수소를 차단하는 역할을 수행한다.
FSV(110)는 수소공급밸브(FUEL SUPPLY VALVE)로서 연료전지스택(140)에 공급되는 수소압력을 조절하는 역할을 수행한다.
FEJ(120)는 수소배출기(FUEL EJECTOR)로서 수소에 압력을 가하여 연료전지스택(140)에 공급하는 역할을 수행한다.
압력센서(130)는 연료전지스택(140)에 공급되는 수소압력을 측정하는 역할을 수행한다.
연료전지스택(140)은 수소와 산소의 화학 반응을 이용하여 전기를 생산한다.
FPV(150)는 연료라인 퍼지밸브(FUEL-LINE PURGE VALVE)로서 연료전지스택(140) 내 수소극 응축수 및 불순물을 배출하는 역할을 수행한다.
FWT(160)는 워터 트랙(FUEL-LINE WATER TRAP)으로서 워터를 저장하는 역할을 수행한다.
FL20(170)은 수위 측정 센서(FUEL-LINE LEVEL SENSOR)로서 FWT(160)에 저장된 워터의 레벨을 측정하는 역할을 수행한다.
FDV(180)는 워터 배출 밸브(FUEL-LINE DRAIN VALVE)로서 FWT(160)에 저장된 워터를 배출하는 역할을 수행한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 운전 제어 장치에 대한 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 운전 제어 장치(10)는, 저장부(11), 표시부(12), 및 제어부(13)를 포함할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 운전 제어 장치(10)를 실시하는 방식에 따라 각 구성요소는 서로 결합되어 하나로 구현될 수도 있고, 일부의 구성요소가 생략될 수도 있다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 저장부(11)는 주행중인 연료전지차량에서 전류제한 발생시 그 원인을 파악하여 연료전지스택(140)의 고장이면 경고등을 점등하여 정비소로의 이동을 유도하는 과정과, 압력센서(130))의 측정 오차이면 이를 보상하는 과정에서 요구되는 각종 로직과 알고리즘 및 프로그램을 저장할 수 있다. 여기서, 전류제한은 연료전지스택(140)이 연료전지차량에서 요구하는 전류를 출력하지 못하는 상태를 나타낸다.
저장부(11)는 연료전지차량에 전류제한이 발생했을 때 그 원인이 연료전지스택(140)의 고장 때문인지, 압력센서(130)의 측정 오차 때문인지를 판단하는데 이용되는 기준시간정보(일례로, 50시간)을 저장할 수 있다.
저장부(11)는 전류제한 발생시 연료전지스택(140)에 수소 공급량을 증가시키기 위한 수소퍼지 시점을 결정하는데 이용되는 기준 전하량정보(일례로 500C)를 저장할 수 있다.
저장부(11)는 전류제한 발생시 연료전지스택(140)에 공급되는 수소의 압력값(일례로 130kpa)을 저장할 수 있다.
저장부(11)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 마이크로 타입(micro type), 및 카드 타입(예컨대, SD 카드(Secure Digital Card) 또는 XD 카드(eXtream Digital Card)) 등의 메모리와, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), 롬(ROM, Read-Only Memory), PROM(Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable PROM), 자기 메모리(MRAM, Magnetic RAM), 자기 디스크(magnetic disk), 및 광디스크(optical disk) 타입의 메모리 중 적어도 하나의 타입의 기록 매체(storage medium)를 포함할 수 있다.
표시부(12)는 클러스터, HUD(Head Up Display), AVN(Audio Video Navigation) 시스템 등으로 구현될 수 있으며, 연료전지스택(140)에 고장이 발생한 경우 경고등을 점등하거나 고장을 알리는 문구를 표시할 수 있다.
제어부(13)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행한다. 이러한 제어부(13)는 하드웨어의 형태로 구현되거나, 또는 소프트웨어의 형태로 구현되거나, 또는 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있다. 바람직하게는, 제어부(13)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 제어부(13)는 주행중인 연료전지차량에서 전류제한 발생시 그 원인을 파악하여, 연료전지스택(140)의 고장이면 경고등을 점등하여 정비소로의 이동을 유도하는 과정과, 압력센서(130)의 측정 오차이면 이를 보상하는 과정에서 요구되는 각종 제어를 수행할 수 있다.
이하, 제어부(13)가 전류제한의 발생 원인을 파악하고, 압력센서(130)의 측정 오차를 보상하는 과정에 대해 상세히 살펴보도록 한다.
제어부(13)는 연료전지스택(140)의 전압과 연료전지스택(140) 내 각 셀의 전압 등을 모니터링함으로써, 최소 셀전압과 셀전압의 비율을 검출할 수 있다. 이때, 셀전압의 비율은 최소 셀전압(셀전압들 중에서 최소전압)을 평균 셀전압(전체 셀전압의 평균전압)으로 나눈 값을 의미한다.
제어부(13)는 전류제한이 발생하지 않은 평상시, 일정 주행거리마다 압력센서(130)의 측정 오차를 보상하는 과정을 수행할 수 있다. 이때, 제어부(13)는 압력센서(130)의 측정 오차를 보상한 시점(이하, 오차 보상시점)부터 시간을 카운팅하고, 다음 오차 보상시점이 되면 리셋할 수 있다.
제어부(13)는 연료전지차량이 주행중인 상태에서 전류제한이 발생하면 제1 조건을 충족하는지 판단할 수 있다. 이때, 제1 조건은 최소 셀전압이 제1 기준치(일례로 0.8V) 미만이고 아울러 셀전압 비율이 제2 기준치(일례로 0.82) 미만인 경우를 나타낸다. 즉, 제어부(13)는 상기 제1 조건이 충족된 상태에서 발생한 전류제한을 검출할 수 있다.
제어부(13)는 제1 조건을 충족한 상태에서 제2 조건을 충족하는지 판단할 수 있다. 이때, 상기 제2 조건은 전류제한이 발생한 시점이 직전 오차 보상시점부터 기준시간을 초과한 경우를 나타낸다. 이때, 기준시간은 압력센서(130)의 측정 오차가 발생하는데 소요되는 시간으로 실험을 통해 결정될 수 있다.
제어부(13)는 제1 조건을 충족한 상태에서 제2 조건을 충족하지 않으면, 연료전지스택(140)에 고장이 발생한 것으로 판단하여 경고등을 점등하도록 표시부(12)를 제어할 수 있다.
제어부(13)는 제1 조건을 충족한 상태에서 제2 조건을 충족하면, 압력센서(130)에 측정 오차가 발생한 것으로 판단하여 응급조치를 취할 수 있다. 즉, 제어부(13)는 응급조치로서 기준 전하량(일례로 500C) 기반의 수소퍼지를 수행하되, 원할한 수소퍼지를 위해 수소의 공급압력을 임계치(일례로 130kpa)까지 상승시킬 수도 있다. 이때, 기준 전하량 기반의 수소퍼지는 연료전지스택(140)으로부터 기준 전하량이 출력될 때마다(500C 단위) 수소퍼지를 수행하는 것을 의미한다.
제어부(13)는 응급조치에도 불구하고 전류제한이 해소되지 않으면, 연료전지스택(140)에 고장이 발생한 것으로 판단하여 경고등을 점등하도록 표시부(12)를 제어할 수 있다.
제어부(13)는 응급조치로 인해 전류제한이 해소되면 압력센서(130)에 측정 오차가 발생한 것으로 확정하고, 이후 연료전지차량의 시동 오프(연료전지 정지)시 압력센서(130)의 측정 오차를 보상할 수 있다. 즉, 제어부(13)는 FPV(150)와 FDV(180)를 모두 개방한 후 압력센서(130)가 측정한 압력값과 기준압력(일례로 100kpa) 간의 차이를 압력센서(130)의 보상값으로 결정할 수 있다. 이때, 기준압력은 대기압일 수 있다.
예를 들어, FPV(150)와 FDV(180)가 모두 개방된 상태에서 압력센서(130)가 측정한 압력값이 110kpa이면 기준압력과의 차이가 10kpa이므로, 압력센서(130)의 측정 오차 보상값은 -10kpa가 된다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 운전 제어 장치의 성능 분석도로서, 제어부(13)가 제1 조건과 제2 조건을 만족한 상태에서 응급조치를 취한 경우를 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이, '310'을 통해 연료전지스택(140)의 전류제한이 해소된 것을 알 수 있으며, 아울러 셀전압 비율(311)과 최소 셀전압(312)이 안정적으로 유지되는 것을 알 수 있다.
도 3에서, '313'은 수소 퍼지를 위한 계산값을 나타내고, '314'는 FPV(150)를 개방하는 제어신호를 나타내며, '315'는 수소 배기구의 농도 추정값을 나타낸다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 운전 제어 방법에 대한 흐름도이다.
먼저, 제어부(13)가 연료전지스택(140)을 모니터링하여 최소 셀전압과 셀전압 비율을 산출한다(401).
이후, 제어부(13)가 연료전지스택(140)의 전류제한을 검출한다(402). 즉, 제어부(13)는 연료전지스택(140)에 전류제한이 발생했음을 확인한다.
이후, 제어부(13)가 상기 산출한 최소 셀전압과 셀전압 비율에 기초하여 상기 전류제한의 발생 원인이 연료전지스택(140)의 고장 때문인지, 상기 연료전지스택(140)에 공급되는 수소의 압력을 측정하는 압력센서(130)의 측정 오차 때문인지 판단할 수 있다(403).
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 운전 제어 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 운전 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.
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.
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.
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.
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.
11: 저장부
12: 표시부
13: 제어부

Claims (16)

  1. 수소와 산소의 화학 반응을 이용하여 전기를 생산하는 연료전지스택;
    상기 연료전지스택에 공급되는 수소의 압력을 측정하는 압력센서; 및
    상기 연료전지스택에 전류제한 발생시, 그 원인이 상기 연료전지스택의 고장인지 상기 압력센서의 측정 오차인지 판단하는 제어부
    를 포함하는 연료전지차량의 운전 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 연료전지스택의 각 셀을 모니터링하여 최소 셀전압과 셀전압 비율을 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 운전 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 최소 셀전압이 제1 기준치 미만이고, 상기 셀전압 비율이 제2 기준치 미만이며, 상기 전류제한이 발생한 시점이 상기 압력센서의 측정 오차를 보상한 시점부터 기준시간을 초과하지 않으면 상기 연료전지스택에 고장이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 운전 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 연료전지스택에 고장이 발생한 것으로 판단한 경우, 경고등을 점등시키는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 운전 제어 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 최소 셀전압이 제1 기준치 미만이고, 상기 셀전압 비율이 제2 기준치 미만이며, 상기 전류제한이 발생한 시점이 상기 압력센서의 측정 오차를 보상한 시점부터 기준시간을 초과하면, 기준 전하량 기반의 수소퍼지를 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 운전 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기준 전하량 기반의 수소퍼지 수행시 수소의 공급압력을 임계치까지 상승시키는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 운전 제어 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기준 전하량 기반의 수소퍼지를 수행한 후에도 상기 전류제한이 해소되지 않으면, 상기 연료전지스택에 고장이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 운전 제어 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기준 전하량 기반의 수소퍼지를 수행한 후 상기 전류제한이 해소되면, 상기 압력센서에 측정 오차가 발생한 것으로 확정하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 운전 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    FPV(FUEL-LINE PURGE VALVE)와 FDV(FUEL-LINE DRAIN VALVE)를 모두 개방한 후에 상기 압력센서가 측정한 압력값과 기준압력 간의 차이에 기초하여 상기 압력센서의 측정 오차를 보상하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 운전 제어 장치.
  10. 연료전지스택의 최소 셀전압과 셀전압 비율을 산출하는 단계;
    상기 연료전지스택의 전류제한을 검출하는 단계; 및
    상기 산출한 최소 셀전압과 셀전압 비율에 기초하여 상기 전류제한의 발생 원인이 상기 연료전지스택의 고장인지 상기 연료전지스택에 공급되는 수소의 압력을 측정하는 압력센서의 측정 오차인지 판단하는 단계
    를 포함하는 연료전지차량의 운전 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 최소 셀전압이 제1 기준치 미만이고, 상기 셀전압 비율이 제2 기준치 미만이며, 상기 전류제한이 발생한 시점이 상기 압력센서의 측정 오차를 보상한 시점부터 기준시간을 초과하지 않으면 상기 연료전지스택에 고장이 발생한 것으로 판단하는 단계
    를 포함하는 연료전지차량의 운전 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 연료전지스택에 고장이 발생한 것으로 판단하는 단계는,
    경고등을 점등하는 단계
    를 포함하는 연료전지차량의 운전 제어 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 최소 셀전압이 제1 기준치 미만이고, 상기 셀전압 비율이 제2 기준치 미만이며, 상기 전류제한이 발생한 시점이 상기 압력센서의 측정 오차를 보상한 시점부터 기준시간을 초과하면, 상기 압력센서에 측정 오차가 발생한 것으로 판단하는 단계
    를 포함하는 연료전지차량의 운전 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 압력센서에 측정 오차가 발생한 것으로 판단하는 단계는,
    기준 전하량 기반의 수소 퍼지를 수행하는 단계;
    상기 기준 전하량 기반의 수소 퍼지를 수행한 후에도 상기 전류제한이 해소되지 않으면, 상기 연료전지스택에 고장이 발생한 것으로 판단하는 단계; 및
    상기 기준 전하량 기반의 수소 퍼지를 수행한 후 상기 전류제한이 해소되면, 상기 압력센서에 측정 오차가 발생한 것으로 확정하는 단계
    를 포함하는 연료전지차량의 운전 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기준 전하량 기반의 수소 퍼지를 수행하는 단계는,
    수소의 공급압력을 임계치까지 상승시키는 단계
    를 포함하는 연료전지차량의 운전 제어 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 압력센서에 측정 오차가 발생한 것으로 확정하는 단계는,
    FPV(FUEL-LINE PURGE VALVE)와 FDV(FUEL-LINE DRAIN VALVE)를 모두 개방하는 단계; 및
    상기 FPV와 FDV가 모두 개방된 상태에서 상기 압력센서가 측정한 압력값과 기준압력 간의 차이에 기초하여 상기 압력센서의 측정 오차를 보상하는 단계
    를 포함하는 연료전지차량의 운전 제어 방법.
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