KR20210154298A - 연료전지 차량의 전력 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20210154298A
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최병훈
박정규
정재훈
승새벽
김효준
김동훈
염상철
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현대자동차주식회사
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Abstract

연료와 산화가스를 공급받아 전기 에너지를 발전하는 연료전지; 연료전지의 전기 에너지를 공급 받아 충전되거나, 충전한 전기 에너지를 공급하도록 방전되는 배터리; 차량의 주행 상태를 감지하는 감지부; 및 감지부에서 감지한 주행 상태를 기반으로 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 제어부;를 포함하는 연료전지 차량의 전력 제어 시스템이 소개된다.

Description

연료전지 차량의 전력 제어 시스템 및 방법 {POWER CONTROL SYSTEM AND METHOD OF FUEL CELL VEHICLE}
본 발명은 연료전지 차량의 전력 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 주행하는 도로의 구배도에 따른 고전압 배터리의 충방전 전략에 관한 것이다.
연료전지(Fuel cell)는 연료의 산화에 의해서 생기는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전지로 일종의 발전 장치이다. 기본적으로 산화, 환원 반응을 이용한다는 점에서 화학 전지와 같지만, 닫힌 시스템 내부에서 전지 반응을 하는 화학 전지와는 달리, 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되어 반응 생성물이 연속적으로 시스템 외부로 제거되는 점에서 차이가 있다. 최근에는 연료전지 발전시스템이 실용화되고 있으며, 연료전지의 반응 생성물이 순수한 물이기 때문에 친환경적인 차량의 에너지원으로 사용하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
연료전지 시스템은 화학 반응을 통하여 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택과 연료전지 스택의 공기극으로 공기를 공급하는 공기 공급장치 및 연료전지 스택의 수소극으로 수소를 공급하는 수소 공급장치가 포함된다. 즉, 연료전지 스택의 공기극(Cathode)에는 산소가 포함된 공기를 공급하고, 연료전지 스택의 수소극(Anode)에는 수소를 공급하는 것이다.
추가로, 연료전지 시스템은 연료전지 스택에서 발전한 전기 에너지를 저장하는 고전압 배터리를 더 포함하고, 고전압 배터리는 연료전지 스택에서 발전한 전기 에너지 및 구동모터를 통해 회생한 전기 에너지로 충전되며, 방전되면서 연료전지 스택을 보조하도록 전기 에너지를 공급한다.
연료전지 스택은 전기 에너지의 발전이 요구되지 않는 경우에 발전을 중단하는 FC Stop 모드로 진입하며, FC Stop 모드에서는 연료전지 스택으로 공급되는 공기가 차단된다. 여기서, 연료전지 스택의 전기 에너지 발전이 요구되지 않는 경우에는 정차하는 경우, 고전압 배터리의 방전 에너지로 주행하는 경우, 강판 주행 또는 감속시 회생 제동 에너지를 회수하는 경우 등이 있다.
즉, 연료전지 스택의 전기 에너지를 충분히 보조하고, 연료전지 스택의 내구성 확보를 위해 전기 에너지 발전을 중단하는 FC Stop을 최대한 지속하기 위해서 연료전지 차량의 고전압 배터리는 최대 충전 가능량이 증대되어야 하나, 이에 따른 중량 및 비용 증가가 문제되었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2010-0060478 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차량의 주행 상태를 감지하고, 이에 따라 배터리의 충전량을 제어함으로써 배터리를 효율적으로 사용하는 기술을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 차량의 전력 제어 시스템은 연료와 산화가스를 공급받아 전기 에너지를 발전하는 연료전지; 연료전지의 전기 에너지를 공급 받아 충전되거나, 충전한 전기 에너지를 공급하도록 방전되는 배터리; 차량의 주행 상태를 감지하는 감지부; 및 감지부에서 감지한 주행 상태를 기반으로 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 제어부;를 포함한다.
감지부에서는, 차량이 주행하는 도로의 구배 또는 차량의 기울어짐을 감지할 수 있다.
감지부에서는, 도로의 구배도 또는 차량의 기울기가 기설정된 제1기준값 이상인 경우에 등판 주행인 것으로 감지하거나, 도로의 구배도 또는 차량의 기울기가 기설정된 제2기준값 이하인 경우에 강판 주행인 것으로 감지할 수 있다.
감지부에서는, 도로의 구배 또는 차량의 기울어짐이 기설정된 제1기준값 이상 또는 기설정된 제2기준값 이하로 기설정된 기준시간 이상 지속되는 경우에 각각 등판 주행 또는 강판 주행인 것으로 감지할 수 있다.
감지부에서는, 차량에서 센싱한 대기압을 기반으로 차량이 주행하는 도로의 구배를 감지하거나, 차량에서 센싱한 차량의 가속도를 기반으로 차량의 기울어짐을 감지할 수 있다.
제어부에서는, 감지한 주행 상태를 기반으로 배터리의 목표 충전량을 설정하고, 설정한 목표 충전량을 추종하도록 배터리의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다.
제어부에서는, 감지부가 등판 주행인 것으로 판단하면, 목표 충전량을 상향시킬 수 있다.
제어부에서는, 감지부가 강판 주행인 것으로 판단하면, 목표 충전량을 하향시킬 수 있다.
제어부에서는, 감지부가 등판 주행 또는 강판 주행으로 감지한 상태에서 등판 주행 또는 강판 주행이 지속되는 것으로 감지하면, 목표 충전량을 지속적으로 상향하거나 또는 하향할 수 있다.
제어부에서는, 감지부가 평지 주행인 것으로 판단하면, 목표 충전량을 기설정된 충전량으로 설정할 수 있다.
제어부에서는, 배터리의 현재 충전량이 목표 충전량 미만인 경우 배터리를 충전하도록 제어하고, 배터리의 현재 충전량이 목표 충전량을 초과하는 경우 배터리를 방전하도록 제어할 수 있다.
제어부에서는, 배터리의 충전 상태를 기반으로 연료전지의 발전을 중단하거나 지속하도록 제어할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 차량의 전력 제어 방법은 차량의 주행 상태를 감지하는 단계; 감지한 주행 상태를 기반으로 배터리의 목표 충전량을 설정하는 단계; 및 설정한 목표 충전량을 기반으로 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 단계;를 포함한다.
차량의 주행 상태를 감지하는 단계에서는, 차량이 주행하는 도로의 구배 또는 차량의 기울어짐을 감지할 수 있다.
배터리의 목표 충전량을 설정하는 단계에서는, 차량의 주행 상태가 등판 주행인 것으로 판단하면 목표 충전량을 상향시킬 수 있다.
배터리의 목표 충전량을 설정하는 단계에서는, 차량의 주행 상태가 강판 주행인 것으로 판단하면 목표 충전량을 하향시킬 수 있다.
배터리의 목표 충전량을 설정하는 단계에서는, 등판 주행 또는 강판 주행으로 감지한 상태에서 등판 주행 또는 강판 주행이 지속되는 것으로 감지하면, 목표 충전량을 지속적으로 상향하거나 또는 하향할 수 있다.
본 발명의 연료전지 차량의 전력 제어 시스템 및 방법에 따르면, 연료전지 차량의 주행 상태를 기반으로 배터리의 충전 또는 방전을 제어함으로써 배터리의 충전량을 증대시키거나 배터리의 충전량을 감소시키고, 배터리를 효율적으로 사용할 수 있다.
즉, 제한된 배터리의 최대 충전량 이내에서 배터리의 충전량을 필요에 따라 증대시키거나 감소시킴으로써 배터리를 효율적으로 사용하는 효과를 갖는다.
또한, 이에 따라 연료전지의 발전 정지에 진입하거나 해제하는 빈도를 감소시켜 연료전지의 내구성을 향상시키면서 연비를 증대시키는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 전력 제어 시스템의 구성도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 등판 또는 강판 주행의 지속 시간에 따른 목표 충전량을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 주행시 목표 충전량을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 전력 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 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지(10) 차량의 전력 제어 시스템의 구성도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지(10) 차량의 전력 제어 시스템은 연료와 산화가스를 공급받아 전기 에너지를 발전하는 연료전지(10); 연료전지(10)의 전기 에너지를 공급 받아 충전되거나, 충전한 전기 에너지를 공급하도록 방전되는 배터리(20); 차량의 주행 상태를 감지하는 감지부(50); 및 감지부(50)에서 감지한 주행 상태를 기반으로 배터리(20)의 충전 또는 방전을 제어하는 제어부(60);를 포함한다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 감지부(50) 및 제어부(60)는 차량의 다양한 구성 요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(도시되지 않음) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수 있다.
연료전지(10)는 연료인 수소와 산소가 포함된 공기를 수소극(애노드, Anode) 및 산소극(캐소드, Cathode)으로 각각 공급받아 화학 반응을 통하여 전력을 발전하는 연료전지 스택(10)일 수 있다.
특히, 연료전지(10)는 복수의 단위셀들이 적층된 것으로, 각각의 단위셀들에 연료 및 공기가 유입되어 전력을 발전하며, 연료전지(10)는 단위셀들이 직렬로 연결됨으로써 고전압의 전력을 출력할 수 있다.
배터리(20)는 연료전지(10), 구동장치(30) 및 보기류(40)와 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예로, 연료전지(10)는 구동장치(30) 및 보기류(40)와 메인버스단을 통해 직렬로 연결되고, 배터리(20)는 메인버스단에 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 배터리(20)는 컨버터(21)를 사이에 두고 연료전지(10)와 연결될 수 있고, 컨버터(21)는 배터리(20)를 충전하는 방향으로 전력을 컨버팅하거나 배터리(20)를 방전하는 방향으로 전력을 컨버팅하는 양방향 고전압 컨버터(BHDC: Bi-directional High-voltage DC/DC Converter)일 수 있다.
제어부(60)는 고전압 컨버터(21)를 제어함으로써 배터리(20)의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다. 여기서, 제어부(60)는 배터리(20)의 충전 또는 방전을 제어하는 BMS(Battery Management System)일 수 있다.
감지부(50)는 연료전지(10) 차량의 주행 상태를 감지할 수 있다. 구체적으로, 감지부(50)는 후술하는 것과 같이 연료전지(10) 차량의 평지 주행, 등판 주행 또는 강판 주행을 감지할 수 있다.
다른 실시예로, 감지부(50)는 연료전지(10) 차량의 정차, 저속 주행, 고속 주행 또는 코너 주행 등을 감지할 수도 있다.
제어부(60)는 감지부(50)에서 감지한 주행 상태를 기반으로 배터리(20)의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(60)는 연료전지(10) 차량의 주행 상태를 기반으로 배터리(20)의 충전 또는 방전을 제어함으로써 배터리(20)의 충전량(SOC: State Of Charge)을 증대시키거나 배터리(20)의 충전량(SOC)을 감소시키고, 배터리(20)를 효율적으로 사용할 수 있다.
따라서, 이 출원에 따르면 제한된 배터리(20)의 최대 충전량 이내에서 배터리(20)의 충전량(SOC)을 필요에 따라 증대시키거나 감소시킴으로써 배터리(20)를 효율적으로 사용하는 효과를 갖는다.
구체적으로, 감지부(50)에서는, 차량이 주행하는 도로의 구배 또는 차량의 기울어짐을 감지할 수 있다. 즉, 감지부(50)에서는 도로의 구배를 판단함으로써 도로에 접지되어 주행하는 차량의 주행 상태를 판단할 수 있고, 차량의 기울어짐을 직접 감지함으로써 차량의 주행 상태를 판단할 수 있다.
일 실시예로 감지부(50)에서는, 차량에서 센싱한 대기압을 기반으로 차량이 주행하는 도로의 구배를 감지할 수 있다.
차량에는 차량 외부의 기압을 측정하는 대기압 센서(51)가 장착될 수 있고, 감지부(50)는 대기압 센서(51)에서 센싱한 대기압을 기반으로 주행하는 도로의 고도를 감지할 수 있고, 고도의 변화를 감지함으로써 차량의 등판 주행, 강판 주행 또는 평지 주행을 판단할 수 있다.
다른 실시예로, 감지부(50)는 대기압 센서(51)에서 센싱한 대기압의 변화를 직접 감지함으로써 차량의 등판 주행, 강판 주행 또는 평지 주행을 판단할 수 있다.
다른 실시예로 감지부(50)에서는, 차량에서 센싱한 차량의 가속도를 기반으로 차량의 기울어짐을 감지할 수 있다.
차량에는 중력 가속도를 센싱하는 G센서(52) 또는 Yaw, Roll 및 Pitch를 감지하는 자이로 센서가 포함될 수 있다. 감지부(50)는 G센서(52) 또는 자이로 센서에서 센싱한 차량의 가속도를 이용하여 차량의 기울어짐을 판단할 수 있다.
또 다른 실시예로, GPS 정보 및 네비게이션 정보를 이용하여 차량이 주행하는 도로의 구배를 감지할 수 있다. 특히, 네비게이션 정보를 이용하여 차량이 주행할 것으로 예상되는 도로의 구배를 사전에 감지할 수도 있다.
감지부(50)에서는, 도로의 구배도 또는 차량의 기울기가 기설정된 제1기준값 이상인 경우에 등판 주행인 것으로 감지하고, 도로의 구배도 또는 차량의 기울기가 기설정된 제2기준값 이하인 경우에 강판 주행인 것으로 감지할 수 있다.
등판 주행은 차량이 오르막길을 주행하는 상태를 의미하며, 강판 주행은 차량이 내리막길을 주행하는 상태를 의미할 수 있다. 여기서, 제1기준값은 차량의 주행에 요구되는 구동력이 일정 수준 증가되는 0보다 큰 구배도로 기설정될 수 있고, 제2기준값은 차량의 주행에 요구되는 구동력이 일정 수준 감소되는 0보다 작은 구배도로 기설정될 수 있다.
또한 감지부(50)에서는, 도로의 구배 또는 차량의 기울어짐이 기설정된 제1기준값 이상 또는 기설정된 제2기준값 이하로 기설정된 기준시간(T1) 이상 지속되는 경우에 각각 등판 주행 또는 강판 주행인 것으로 감지할 수 있다.
구체적으로 감지부(50)에서는, 도로의 구배 또는 차량의 기울어짐이 기설정된 제1기준값 이상으로 기설정된 기준시간(T1) 이상 지속되면 등판 주행으로 감지할 수 있다.
또한 감지부(50)에서는, 도로의 구배 또는 차량의 기울어짐이 기설정된 제2기준값 이하로 기설정된 기준시간(T1) 이상 지속되면 강판 주행으로 감지할 수 있다.
추가로 감지부(50)에서는, 도로의 구배 또는 차량의 기울어짐이 기설정된 제1기준값 미만이면서 기설정된 제2기준값 초과인 경우 평지 주행으로 감지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 등판 또는 강판 주행의 지속 시간에 따른 목표 충전량을 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 주행시 목표 충전량을 도시한 것이다.
도 2 내지 3을 더 참조하면, 제어부(60)에서는, 감지한 주행 상태를 기반으로 배터리(20)의 목표 충전량을 설정하고, 설정한 목표 충전량을 추종하도록 배터리(20)의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다.
종래 기술에 따르면, 배터리(20)의 목표 충전량은 배터리(20)의 성능에 따라 기설정된 충전량으로 설정될 수 있다.
이 출원 발명에 따르면, 제어부(60)는 감지부(50)에서 감지한 주행 상태를 기반으로 배터리(20)의 목표 충전량을 설정할 수 있다.
또한, 제어부(60)는 목표 충전량을 추종하도록 배터리(20)의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(60)는 배터리(20)의 현재 충전량(SOC)이 목표 충전량 미만인 경우 배터리(20)를 충전하도록 제어하고, 배터리(20)의 현재 충전량(SOC)이 목표 충전량을 초과하는 경우 배터리(20)를 방전하도록 제어할 수 있다.
특히, 제어부(60)는 연료전지(10)에서 발전한 전기 에너지로 배터리(20)를 충전하거나, 구동장치(30) 또는 보기류(40)로부터 회생 제동함으로써 회수한 전기 에너지로 배터리(20)를 충전할 수 있다. 반대로, 제어부(60)는 구동장치(30) 또는 보기류(40)를 구동함으로써 배터리(20)를 방전할 수 있고, 이에 따라 연료전지(10)의 발전 전력을 감소시킬 수 있다.
제어부(60)에서는, 감지부(50)가 등판 주행인 것으로 판단하면, 목표 충전량을 상향시킬 수 있다.
구체적으로, 제어부(60)는 등판 주행으로 판단시 목표 충전량을 이전보다 상향시킬 수 있다. 일 실시예로, 등판 주행으로 판단시 기설정된 충전량보다 크게 기설정된 상향 충전량을 목표 충전량으로 설정할 수 있다.
또한 제어부(60)에서는, 감지부(50)가 강판 주행인 것으로 판단하면, 목표 충전량을 하향시킬 수 있다. 일 실시예로, 강판 주행으로 판단시 기설정된 충전량보다 작게 기설정된 하향 충전량을 목표 충전량으로 설정할 수 있다.
제어부(60)에서는, 감지부(50)가 등판 주행 또는 강판 주행으로 감지한 상태에서 등판 주행 또는 강판 주행이 지속되는 것으로 감지하면, 목표 충전량을 지속적으로 상향하거나 또는 하향할 수 있다.
도 2에서 도시한 것과 같이, 감지부(50)는 도로의 구배 또는 차량의 기울어짐이 기설정된 기준시간(T1) 이상으로 지속되면 등판 주행 또는 강판 주행을 감지할 수 있고, 제어부(60)는 목표 충전량을 상향하거나 하향시킬 수 있다.
또한, 감지부(50)에서 등판 주행 또는 강판 주행으로 감지한 상태에서 도로의 구배 또는 차량의 기울어짐이 기설정된 기준시간(T1) 이상으로 지속되는 것으로 감지하면, 제어부(60)는 목표 충전량을 계속해서 상향하거나 계속해서 하향시킬 수 있다.
특히, 제어부(60)는 목표 충전량을 연속적으로 상향 또는 하향시키거나, 기설정된 단계별로 목표 충전량을 상항 또는 하향시킬 수 있다. 다만, 제어부(60)는 목표 충전량을 기설정된 최대 충전량(H/W 최대 충전량) 이하 및 기설정된 최소 충전량(H/W 최대 방전량) 이상으로 설정할 수 있다.
일 실시예로 제어부(60)에서는, 감지부(50)가 평지 주행인 것으로 판단하면, 목표 충전량을 기설정된 충전량으로 설정할 수 있다. 즉, 제어부(60)는 감지부(50)에서 평지 주행으로 판단하면 목표 충전량을 기설정된 충전량으로 회복시킬 수 있다.
구체적으로 도 3을 더 참고하면, 제어부(60)는 초기에 목표 충전량을 기설정된 충전량으로 설정할 수 있다.
제어부(60)는 등판 주행 조건(도로의 구배 또는 차량의 기울어짐이 기설정된 제1기준값 이상으로 기설정된 기준시간(T1) 이상 지속)을 만족한 경우 목표 충전량을 상향(+α)할 수 있다(①).
제어부(60)는 감지부(50)에서 등판 주행으로 감지하는 상태로 다시 등판 주행 조건(도로의 구배 또는 차량의 기울어짐이 기설정된 제1기준값 이상으로 기설정된 기준시간(T1) 이상 지속)을 만족한 경우 추가로 목표 충전량을 상향(+β)할 수 있다(②).
제어부(60)는 기설정된 제1기준값 이상으로 지속적으로 등판 주행 중이더라도 기설정된 기준시간(T1) 이상 지속되지 않은 경우, 목표 충전량을 추가로 상향하지는 않고 유지할 수 있다(③).
제어부(60)는 강판 주행 조건(도로의 구배 또는 차량의 기울어짐이 기설정된 제2기준값 이하로 기설정된 기준시간(T1) 이상 지속)을 만족한 경우 목표 충전량을 하향(-β)할 수 있다(④).
제어부(60)는 감지부(50)에서 강판 주행 상태로 감지하는 상태에서 기설정된 제2기준값 이하로 지속적으로 강판 주행 중이더라도 기설정된 기준 시간 이상 지속되지 않은 경우, 목표 충전량을 추가로 하향하지 않고 유지할 수 있다(⑤).
제어부(60)는 강판 주행 상태에서 기설정된 제1기준값 이상으로 등판 주행하더라도 기설정된 기준시간(T1) 이상 지속되지 않은 경우, 목표 충전량을 추가로 상향하지는 않고 유지할 수 있다(⑥).
제어부(60)는 감지부(50)에서 강판 주행 상태로 감지하는 상태에서 기설정된 제2기준값 이하로 지속적으로 강판 주행 중이더라도 기설정된 기준 시간 이상 지속되지 않은 경우, 목표 충전량을 추가로 하향하지 않고 유지할 수 있다(⑦).
제어부(60)는 감지부(50)에서 평지 주행로 감지한 경우에는 목표 충전량을 기설정된 충전량으로 회복시킬 수 있다(⑧).
또한 제어부(60)에서는, 배터리(20)의 충전 상태를 기반으로 연료전지(10)의 발전을 중단하거나 지속하도록 제어할 수 있다.
제어부(60)는 배터리(20)의 충전 상태가 목표 충전량 이상인지 미만인지 여부에 따라 연료전지(10)의 발전을 제어할 수 있다. 추가로, 제어부(60)는 구동장치(30) 및 보기류(40)에서 요구하는 요구전력을 기반으로 연료전지(10)의 발전을 제어할 수 있다.
일 실시예로, 제어부(60)는 배터리(20)의 충전 상태가 목표 충전량 이상이고, 구동장치(30) 및 보기류(40)의 요구전력이 기설정된 전력 이하이면 연료전지(10)의 발전을 중단할 수 있다(FC Stop mode).
반대로, 제어부(60)는 배터리(20)의 충전 상태가 목표 충전량 미만이거나, 구동장치(30) 및 보기류(40)에서 요구하는 요구전력이 기설정된 전력 이상이면 연료전지(10)의 발전을 재개할 수 있다.
이에 따라, 제어부(60)가 목표 충전량을 증가시킴으로써 연료전지(10)의 발전 중단(FC Stop mode)을 감소시켜 계속해서 발전을 유지할 수 있다. 특히, 차량의 등판 주행시 구동장치(30)는 연료전지(10)에서 발전하는 전력보다 큰 전력이 요구되는 경우가 많고, 이에 따라 불필요하게 연료전지(10)의 발전이 중단되지 않도록 연료전지(10)의 발전을 지속할 수 있다.
또한, 제어부(60)가 목표 충전량을 감소시킴으로써 연료전지(10)의 발전 중단을 증가시킬 수 있다. 특히, 차량의 강판 주행시에는 구동장치(30)의 요구전력이 감소되고, 회생제동에 의해 회수되는 전기 에너지가 증가되며, 이에 따라 연료전지(10)의 발전을 신속하게 중단하여 FC Stop 모드를 지속시키면서 연료전지(10)의 내구성을 향상시킴과 동시에 연비를 향상시킬 수 있다.
즉, 이 출원 발명에 따르면, 연료전지(10)의 발전 정지에 진입하거나 해제하는 빈도를 감소시켜 연료전지(10)의 내구성을 향상시키면서 연비를 증대시키는 효과를 갖는다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지(10) 차량의 전력 제어방법의 순서도이다.
도 4를 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지(10) 차량의 전력 제어방법은 차량의 주행 상태를 감지하는 단계(S100); 감지한 주행 상태를 기반으로 배터리(20)의 목표 충전량을 설정하는 단계(S200); 및 설정한 목표 충전량을 기반으로 배터리(20)의 충전 또는 방전을 제어하는 단계(S300);를 포함한다.
차량의 주행 상태를 감지하는 단계(S100)에서는, 차량이 주행하는 도로의 구배 또는 차량의 기울어짐을 감지할 수 있다.
배터리(20)의 목표 충전량을 설정하는 단계(S200)에서는, 차량의 주행 상태가 등판 주행인 것으로 판단하면(S110) 목표 충전량을 상향시킬 수 있다(S210).
배터리(20)의 목표 충전량을 설정하는 단계(S200)에서는, 차량의 주행 상태가 강판 주행인 것으로 판단하면(S120) 목표 충전량을 하향시킬 수 있다(S220).
배터리(20)의 목표 충전량을 설정하는 단계에서(S200)는, 차량의 주행 상태가 평지 주행인 것으로 판단하면(S130) 목표 충전량을 기설정된 충전량으로 설정할 수 있다(S230).
배터리(20)의 목표 충전량을 설정하는 단계(S200)에서는, 등판 주행 또는 강판 주행으로 감지한 상태에서 등판 주행 또는 강판 주행이 지속되는 것으로 감지하면(S110,S120), 목표 충전량을 지속적으로 상향하거나 또는 하향시킬 수 있다(S210,S220).
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 20 : 배터리
30 : 구동장치 40 : 보기류
50 : 감지부 60 : 제어부

Claims (17)

  1. 연료와 산화가스를 공급받아 전기 에너지를 발전하는 연료전지;
    연료전지의 전기 에너지를 공급 받아 충전되거나, 충전한 전기 에너지를 공급하도록 방전되는 배터리;
    차량의 주행 상태를 감지하는 감지부; 및
    감지부에서 감지한 주행 상태를 기반으로 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 제어부;를 포함하는 연료전지 차량의 전력 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    감지부에서는, 차량이 주행하는 도로의 구배 또는 차량의 기울어짐을 감지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 전력 제어 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    감지부에서는, 도로의 구배도 또는 차량의 기울기가 기설정된 제1기준값 이상인 경우에 등판 주행인 것으로 감지하거나, 도로의 구배도 또는 차량의 기울기가 기설정된 제2기준값 이하인 경우에 강판 주행인 것으로 감지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 전력 제어 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    감지부에서는, 도로의 구배 또는 차량의 기울어짐이 기설정된 제1기준값 이상 또는 기설정된 제2기준값 이하로 기설정된 기준시간 이상 지속되는 경우에 각각 등판 주행 또는 강판 주행인 것으로 감지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 전력 제어 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    감지부에서는, 차량에서 센싱한 대기압을 기반으로 차량이 주행하는 도로의 구배를 감지하거나, 차량에서 센싱한 차량의 가속도를 기반으로 차량의 기울어짐을 감지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 전력 제어 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    제어부에서는, 감지한 주행 상태를 기반으로 배터리의 목표 충전량을 설정하고, 설정한 목표 충전량을 추종하도록 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 전력 제어 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    제어부에서는, 감지부가 등판 주행인 것으로 판단하면, 목표 충전량을 상향시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 전력 제어 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    제어부에서는, 감지부가 강판 주행인 것으로 판단하면, 목표 충전량을 하향시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 전력 제어 시스템.
  9. 청구항 6에 있어서,
    제어부에서는, 감지부가 등판 주행 또는 강판 주행으로 감지한 상태에서 등판 주행 또는 강판 주행이 지속되는 것으로 감지하면, 목표 충전량을 지속적으로 상향하거나 또는 하향하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 전력 제어 시스템.
  10. 청구항 6에 있어서,
    제어부에서는, 감지부가 평지 주행인 것으로 판단하면, 목표 충전량을 기설정된 충전량으로 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 전력 제어 시스템.
  11. 청구항 6에 있어서,
    제어부에서는, 배터리의 현재 충전량이 목표 충전량 미만인 경우 배터리를 충전하도록 제어하고, 배터리의 현재 충전량이 목표 충전량을 초과하는 경우 배터리를 방전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 전력 제어 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    제어부에서는, 배터리의 충전 상태를 기반으로 연료전지의 발전을 중단하거나 지속하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 전력 제어 시스템.
  13. 차량의 주행 상태를 감지하는 단계;
    감지한 주행 상태를 기반으로 배터리의 목표 충전량을 설정하는 단계; 및
    설정한 목표 충전량을 기반으로 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 단계;를 포함하는 연료전지 차량의 전력 제어방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    차량의 주행 상태를 감지하는 단계에서는, 차량이 주행하는 도로의 구배 또는 차량의 기울어짐을 감지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 전력 제어방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    배터리의 목표 충전량을 설정하는 단계에서는, 차량의 주행 상태가 등판 주행인 것으로 판단하면 목표 충전량을 상향시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 전력 제어방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    배터리의 목표 충전량을 설정하는 단계에서는, 차량의 주행 상태가 강판 주행인 것으로 판단하면 목표 충전량을 하향시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 전력 제어방법.
  17. 청구항 13에 있어서,
    배터리의 목표 충전량을 설정하는 단계에서는, 등판 주행 또는 강판 주행으로 감지한 상태에서 등판 주행 또는 강판 주행이 지속되는 것으로 감지하면, 목표 충전량을 지속적으로 상향하거나 또는 하향하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 전력 제어방법.
KR1020200070925A 2020-06-11 2020-06-11 연료전지 차량의 전력 제어 시스템 및 방법 KR20210154298A (ko)

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