KR20230015129A - 통합 연료전지 제어 시스템 및 이를 이용한 제어 방법 - Google Patents

통합 연료전지 제어 시스템 및 이를 이용한 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230015129A
KR20230015129A KR1020210096514A KR20210096514A KR20230015129A KR 20230015129 A KR20230015129 A KR 20230015129A KR 1020210096514 A KR1020210096514 A KR 1020210096514A KR 20210096514 A KR20210096514 A KR 20210096514A KR 20230015129 A KR20230015129 A KR 20230015129A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
valve
fuel cell
control
motor
opening amount
Prior art date
Application number
KR1020210096514A
Other languages
English (en)
Inventor
김지태
함근봉
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
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, 기아 주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020210096514A priority Critical patent/KR20230015129A/ko
Priority to US17/728,420 priority patent/US20230027764A1/en
Priority to CN202210554346.0A priority patent/CN115692787A/zh
Priority to DE102022112788.5A priority patent/DE102022112788A1/de
Publication of KR20230015129A publication Critical patent/KR20230015129A/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • 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
    • 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
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • 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
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • 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
    • H01M8/04358—Temperature; Ambient temperature of the coolant
    • 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
    • H01M8/04701—Temperature
    • H01M8/04723—Temperature of the coolant
    • 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
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • 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
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • 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
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04768—Pressure; Flow of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/285—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
    • H02P7/29—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using pulse modulation
    • 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
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

연료전지 시스템 내 유체를 제어하기 위해 설치되는 적어도 하나의 밸브; 상기 밸브를 구동하기 위한 적어도 하나의 구동 모터; 상기 밸브의 개도량을 검출하기 위한 적어도 하나의 센서; 및 상기 연료전지 시스템을 제어하기 위한 연료전지 제어기;를 포함하고, 상기 연료전지 제어기는, 상기 센서로부터 검출되는 정보 및 운전자 요구값에 따라 대응되는 구동 모터를 제어하기 위한 모터 제어량을 산출하는 구동 로직부;와 상기 구동 로직부에 의해 결정된 모터 제어량에 따라 대응되는 구동 모터를 동작시키는 구동부;를 포함하는 통합 연료전지 제어 시스템 및 이를 이용한 통합 제어 방법이 소개된다.

Description

통합 연료전지 제어 시스템 및 이를 이용한 제어 방법 {INTEGRATED FUEL CELL CONTROL SYSTEM AND MEHTOD FOR CONTROLING FEUL CELL SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 통합 연료전지 제어 시스템 및 이를 이용한 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 시스템 내의 열관리시스템 또는 공기공급 시스템과 같이 액츄에이터를 이용하여 밸브 제어를 실시하는 부품을 하위 시스템의 밸브 제어를 연료전지제어기에 의해 통합적으로 실시할 수 있는 통합 연료전지 제어 시스템 및 이를 이용한 제어 방법에 관한 것이다.
연료전지 시스템에는 수소 공급 시스템, 공기 공급 시스템, 열관리 시스템, 고전압 배터리, 구동모터 및 전력 변환 제어기, 연료전지제어기, 연료전지 모니터링 제어기 등 다양한 종류의 하위 시스템으로 구성된다.
각각의 하위 시스템은 별도의 제어기를 구비하고 연료전지시스템의 상태에 따라 센서 및 밸브를 직접 제어하도록 구성된다. 또한, 연료전지 시스템에는 각각의 구성들을 총괄적으로 제어하기 위한 연료전지제어기(Fuel Cell Contorl Unit; FCU)를 포함하며, 이러한 연료전지제어기와의 협조제어를 통해 밸브 등의 제어를 수행하고 있다.
따라서, 이러한 하위 시스템 구성 중에는 연료전지제어기와 협조 제어를 통해 밸브 내 엑츄에이터를 구동하여 직접 제어를 수행하는 부품이 존재한다. 예를 들어, 이러한 부품들은 시스템 내 센서 정보와 연료전지 제어기와 협조 제어를 통해 밸브의 개도 제어를 수행한다.
다만, 기존의 연료전지 시스템의 경우, 각각의 하위 시스템에 대한 여러 제어 회로를 구성하게 되므로, 부품의 원가가 증가하고, 다양한 제어기 구성으로 인해 회로 복잡도가 증가하는 문제가 존재하였다.
KR 10-2020-0068796 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 연료전지 시스템 내의 하위 시스템 부품 중 DC 모터와 같은 액츄에이터 및 이에 의해 구동되는 밸브에 대한 제어 회로를 연료전지제어기에 통합하여 액츄에이터에 대한 구동 제어를 직접 수행할 수 있는 통합 연료전지 제어 시스템 및 이를 이용한 제어 방법을 제공하고자 함이다.
특히, 본 발명에서는 공기공급시스템 또는 열관리시스템에 포함되는 밸브 및 이를 구동하는 액츄에이터를 제어함에 있어서, 연료전지제어기에 구동 제어부가 통합된 새로운 구조의 제어기를 제시함으로써, 공기공급시스템 또는 열관리시스템에 포함된 밸브를 구동하기 위한 액츄에이터를 연료전지제어기에서 직접 제어하도록 구성하는 것에 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 통합 연료전지 제어 시스템 및 이를 이용한 제어 방법에서는 연료전지 시스템 내 유체를 제어하기 위해 설치되는 적어도 하나의 밸브; 상기 밸브를 구동하기 위한 적어도 하나의 구동 모터; 상기 밸브의 개도량을 검출하기 위한 적어도 하나의 센서; 및 상기 연료전지 시스템을 제어하기 위한 연료전지 제어기;를 포함하고,
상기 연료전지 제어기는, 상기 센서로부터 검출되는 정보 및 운전자 요구값에 따라 대응되는 구동 모터를 제어하기 위한 모터 제어량을 산출하는 구동 로직부;와 상기 구동 로직부에 의해 결정된 모터 제어량에 따라 대응되는 구동 모터를 동작시키는 구동부;를 포함한다.
연료전지 제어기는 상기 구동 모터를 동작시켜 상기 밸브를 개방하기 위한 전원부;가 포함될 수 있다.
밸브는 공급 공기의 압력을 제어하기 위한 공기 압력 조절 밸브 또는 냉각수 온도를 제어하기 위한 냉각수 온도 조절 밸브일 수 있으며, 상기 센서는 밸브의 현재 밸브 개도량을 확인하여 상기 구동 로직부에 전달하고, 상기 구동 로직부는 밸브의 현재 밸브 개도량 및 운전자 요구값을 기반으로 밸브의 변경 개도량을 결정한 다음, 이에 따라 모터 제어량을 산출할 수 있다.
구동 모터는 직류 모터일 수 있으며, 모터 제어량은 상기 변경 개도량에 따라 결정되어 상기 구동 모터에 직접 인가되는 PWM 제어 구동 전류값일 수 있다.
본 발명의 통합 연료전지 제어 방법은, 연료전지 제어기에 의해, 연료전지 시스템의 시동 시 미리 설정된 초기 조건에 따라 밸브를 개방시키는 밸브 개방 제어 단계; 센서에 의해, 상기 밸브의 개도량을 확인하는 밸브 개도량 확인 단계; 상기 밸브 개도량 확인 단계에서 확인된 밸브의 개도량 및 운전자 요구값을 기반으로, 상기 연료전지 제어기에 의해, 상기 밸브에 대한 구동 모터를 제어하기 위한 모터 제어량을 산출하는 단계; 및 상기 연료전지 제어기에 의해, 상기 모터 제어량에 따라 상기 구동 모터를 동작시키는 단계;를 포함한다.
밸브 개도량 확인 단계에서는, 상기 연료전지 제어기가 상기 센서로부터 전달되는 아날로그 신호를 직접 입력받아 상기 밸브의 개도량을 확인할 수 있다.
밸브는 공급 공기의 압력을 제어하기 위한 공기 압력 조절 밸브 또는 냉각수 온도를 제어하기 위한 냉각수 온도 조절 밸브일 수 있고, 밸브 개도량 확인 단계에서는 밸브의 현재 밸브 개도량을 확인하도록 구성될 수 있다.
모터 제어량을 산출하는 단계에서는, 상기 연료전지 제어기의 구동 로직부에 의해, 의 현재 밸브 개도량 및 운전자 요구값을 기반으로 밸브의 변경 개도량을 결정하고, 상기 변경 개도량에 따라 상기 모터 제어량을 산출할 수 있다.
모터 제어량은 상기 변경 개도량에 따라 상기 밸브를 제어하기 위해 상기 구동 모터에 인가되어야 하는 PWM 제어 구동 전류값일 수 있으며, 구동 모터를 동작시키는 단계에서는, 연료전지 제어기의 구동부에 의해 생성된 PWM 제어 구동 전류를 상기 구동 모터로 직접 인가하여, 상기 밸브의 개도량이 상기 변경 개도량에 맞추어 조절되도록 구동 모터를 동작시킬 수 있다.
본 발명의 통합 연료전지 제어 시스템 및 이를 이용한 제어 방법에 따르면, 연료전지 시스템 내의 DC 모터를 구비한 시스템 부품에서 제어 회로부를 삭제할 수 있으므로, 연료전지 시스템 제작 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 하위 시스템의 제어기 일부를 제거할 수 있으므로, 시스템 부품의 내부 구조를 단순화시킬 수 있고, 모터와 같은 수동 소자 및 기계적인 하드웨어 위주로 부푸 설계가 가능하므로, 전기 회로를 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 연료전지제어기에 의해 하위 시스템의 부품들을 직접 제어할 수 있으므로, 제어 효율성이 향상되고, 각 구동 모터에 대한 PWM 구동 및 고장 진단을 연료전지제어기에서 직접 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 연료전지 제어기와 하위 제어기 간에 요구되는 CAN 통신 연결을 제거할 수 있으므로, CAN 부하량이 저감되는 장점이 있다.
도 1은 연료전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 통합 연료전지 제어 장치와 대비되는 연료전지 시스템의 제어 장치의 구성을 개념적으로 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 통합 연료전지 제어 방법과 대비되는 연료전지 시스템의 공기 압력 조절 밸브 제어 방법을 나타내는 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 통합 연료전지 제어 방법과 대비되는 연료전지 시스템의 냉각수 온도 조절 밸브 제어 방법을 나타내는 순서도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 연료전지 제어 장치의 구성을 개념적으로 도시한 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 통합 연료전지 제어 방법에 있어서, 연료전지 시스템의 공기 압력 조절 밸브 제어 방법을 나타내는 순서도.
도 7은 본 발명에 따른 통합 연료전지 제어 방법에 있어서, 연료전지 시스템의 냉각수 온도 조절 밸브 제어 방법을 나타내는 순서도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 통합 연료전지 제어 장치 및 방법을 상세히 설명한다.
도 1은 연료전지 시스템을 개략적으로 설명하기 위해 연료전지 스택과 이에 연결되는 공기 공급 장치, 수소 공급 장치 및 열관리 장치를 포함하는 연료전지 시스템을 도시하고 있는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 연료 전지 스택(10)의 캐소드에는 공기를 공급하기 위한 공기 공급 장치(20)가 연결되고, 애노드에는 수소를 공급하기 위한 수소 공급 장치(30)가 연결된다.
상기 공기공급 장치(20)은 외부공기를 흡입하여 가습기쪽으로 압축 전달하는 공기압축기(21)와, 압축된 공기가 적정한 습도를 가지도록 가습시키는 가습기(22)를 포함할 수 있다. 가습기(22)를 통과한 공기는 공기공급라인(23)을 거쳐 캐소드(11)를 통과하면서 애노드(12) 측 수소와 반응하게 된다. 상기 가습기(22)는 연료전지 반응 후에 배출되는 습윤 기체의 수분과 외기로부터 공급되는 공기를 서로 수분 교환시키는 막가습기가 주로 사용될 수 있다. 이를 위해, 상기 캐소드 출구로부터 배출된 공기는 공기복귀라인(24)을 통해 가습기(22) 측으로 재공급될 수 있다. 또한, 가습기(22)의 일측에는 공기 압력 조절 밸브(26)가 설치되며, 가습에 참여하지 못한 습윤공기는 공기 압력 조절 밸브(26)를 거쳐 공기배기라인(27)을 따라 외부로 배출된다. 이러한 공기 압력 조절 밸브(26)의 경우, 공기 압축기(21)의 회전 속도를 조절함과 동시에 또는 그 독자적으로 밸브 개도를 조절함에 따라 캐소드로 공급되는 공기 가압력을 조절할 수 있다.
상기 수소 공급 시스템(30)에서는 연료공급밸브(31)를 통해 공급되는 수소가 이젝터(32) 및 수소공급라인(33)를 통해 애노드(12) 측으로 공급된다. 이러한 이젝터(32) 전 후단에는 압력을 검출하기 위한 압력 센서들(41, 42)이 설치될 수 있다.
한편, 애노드로 공급된 수소 중 반응에 미참여한 일부 수소는 수소재순환라인(34)을 통해 애노드의 전단부로 재순환되어 다시 애노드로 공급될 수 있다. 이 때, 반응에 미참여한 일부 수소와 함께 애노드 내의 응축수가 함께 배출되는데, 이 응축수를 포집하기 위한 워터 트랩(35)이 애노드 출구 측에 설치된다.
상기 워터 트랩(35)의 하단에는 드레인 밸브(36)가 설치되고, 이 드레인 밸브(36)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이 경우 드레인 밸브(36)를 통해 배출된 응축수는 공기배기라인(27)을 따라 외부로 배출될 수 있으며, 도 1에서와 같이 공기 공급 시스템의 가습기(22) 측으로 전달되어 가습에 활용될 수도 있다.
또한, 상기 연료전지 스택에는 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 채널(13)이 설치되고, 상기 냉각수 채널을 통과하는 냉각수 온도를 제어하기 위한 열관리 장치를 포함한다. 이러한 열관리 장치에는 냉각수를 펌핑하기 위한 냉각수 펌프(51)과 열교환을 통해 냉각수 온도를 조절하기 위한 라디에이터(53)를 포함한다. 이러한 라디에이터(53)은 냉각수 공급 라인에서 분기되어 설치되는데, 상기 라디에이터(53)를 통과하는 냉각수 유량을 제어하기 위한 냉각수 온도 조절 밸브(52)가 상기 냉각수 공급 라인 상에 설치된다. 이러한 냉각수 온도 조절 밸브는 도 1에서와 같이 3-웨이 밸브로 구성될 수 있으며, 이러한 냉각수 온도 조절 밸브의 개도량을 제어함으로써 냉각수 온도를 요구 조건에 따라 조절할 수 있다.
한편, 이러한 연료전지 시스템은 연료전지를 총괄적으로 제어하기 위한 연료전지 제어기(Fuel Cell Control Unit; FCU)가 포함된다. 상기 연료전지 제어기(FCU)는 냉각수 온도 조절, 연료 전지 스택 제어, 각종 모듈 온/오프 제어 등을 수행하는 상위의 제어기를 의미하며, 운전 조건에 따라 연료전지 시스템 내에 포함되는 여러 하위 시스템들을 총괄적으로 제어하도록 구성된다.
이하, 도 2 내지 도 7을 참고하여, 도 1에서와 같은 연료전지 시스템에 적용될 수 있는 통합 연료전지 제어 장치 및 방법을 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2 내지 도 4에서는 본 발명에 따른 통합 연료전지 제어 장치 및 방법과 대비될 수 있는 연료전지 제어 장치 및 방법의 예를 도시하고 있다.
특히, 도 2 내지 도 4에서는 공기 공급 장치(120) 또는 열관리 장치(140)의 밸브가 연료전지 제어기(110)에 의해 통합 제어되는 것이 아니라, 각 장치 내의 제어기에 의해 제어되는 예에 대해 설명하고 있다.
구체적으로, 도 2에서는 공기 공급 장치와 열관리 장치에 각각 내장된 제어기에 의해 공기 압력 조절 밸브 및 냉각수 온도 조절 밸브가 각각 제어되는 예를 도시하고 있다.
도 2에 따른 연료전지 제어 장치에 따르면, 공기 공급 장치(APS) 및 열관리 장치(TMS) 내에는 각각 공기 압력을 제어하기 위한 공기 압력 조절 제어기(APC)와 냉각수 온도를 제어하기 위한 밸브 제어기(CTV)를 포함하고 있으며, 이러한 각 장치 내 제어기들을 통해 밸브를 구동하기 위한 구동 모터를 제어하도록 구성된다.
공기 공급 장치(120)는 공기온오프밸브(131), 공기 압축기(132), 공기 온도 센서(133) 및 공기 유량 센서(134)를 포함할 수 있다. 또한, 공기 공급 장치는 공기 압력을 제어하기 위한 공기 압력 조절 밸브 및 이를 구동하기 위한 구동 모터(126)를 포함하고, 이들을 제어하기 위한 공기 압력 조절 제어기(121)를 포함한다. 공기 압력을 제어함에 있어서, 상기 공기 압력 조절 제어기(121)는 CAN 통신을 통해 상위 제어기인 연료전지 제어기(110)와 통신하면서 밸브 개도량을 조절하도록 구성된다.
이를 위해, 상기 공기 압력 조절 제어기(121)는 구동 모터(126)를 제어하기 위한 구동 및 전원 회로(122), 마이컴을 포함하는 밸브 제어 회로(123), 개도량을 측정하는 센싱 회로(124) 및 CAN 통신을 위한 통신회로(125)를 포함한다.
또한, 상기 열관리 장치(140)는 압력 센서(151), 온도 센서(152), 냉각 펌프(153) 및 냉각수 온도 밸브 제어기(141)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 열관리 장치(140)는 라디에이터를 통과하는 냉각수 량을 제어하기 위한 냉각수 온도 조절 밸브를 포함하고, 상기 냉각수 온도 조절 밸브의 개도량을 조절하기 위한 구동 모터(146)를 포함한다. 특히, 상기 냉각수 온도 밸브 제어기(141) 또한 CAN 통신을 통해 상위 제어기인 연료전지 제어기(110)와 통신하면서 밸브 개도량을 조절하도록 구성된다. 이를 위해, 상기 냉각수 온도 밸브 제어기(141) 또한, 앞서의 공기 압력 조절 제어기(121)와 마찬가지로, 구동 모터를 제어하기 위한 구동 및 전원 회로(142), 마이컴을 포함하는 밸브 제어 회로(143), 개도량을 측정하는 센싱 회로(144) 및 CAN 통신을 위한 통신회로(145)를 포함한다.
이러한 도 2의 연료전지 제어 장치를 이용한 일반적인 밸브 제어 방법은 도 3 및 도 4에 도시되어 있다.
먼저, 도 3은 본 발명에 따른 통합 연료전지 제어 방법과 대비되는 연료전지 시스템의 공기 압력 조절 밸브 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3에 도시된 제어 방법의 경우, 상위 제어기인 연료전지 제어기를 통해 제어되는 단계들과, 하위 제어기인 공기 압력 조절 제어기를 통해 제어되는 단계들로 구분되며, 상위 제어기와 하위 제어기 간에는 CAN 통신을 통해 제어 지령 및 변수들이 전달된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 연료전지 시스템이 시동되면(S311), APC 밸브 개방 명령이 내려지고(S312), 이러한 밸브 개방 명령이 공기 압력 조절 제어기로 전달(S331)된다.
한편, 연료전지 시스템의 시동 시 공기 압력 조절 제어기가 파워 온 되고(S321), 상기 밸브 개방 명령을 수신하여 APC 밸브 개방 제어를 실시한다(S322). 이 때, 공기 압력 조절 제어기는 개도 명령값에 따라 구동 모터에 대한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 실시하고(S323), 센싱회로에 의해 APC 밸브의 개도값을 확인하게 된다.
확인된 APC 밸브의 개도값은 CAN 통신에 의해 상기 연료전지 제어기로 피드백 되고(S333), 피드백된 APC 밸브 개도값과 운전자 요구값에 따라 새로운 밸브 개도량을 결정한다(S313, S314). 새로운 밸브 개도량을 결정하는 과정은 종래 연료전지 시스템에 사용되는 일반적인 기술들이 적용될 수 있으며, 예를 들어 운전자 요구에 따라 요구되는 스택 전류량을 결정하고(S313), 이 값에 따른 공기 유량 및 냉각수 온도를 기반으로 밸브 개도량을 결정할 수 있다(S314). 이와 같이 결정된 밸브 개도량은 다시 CAN 통신을 통해 공기 압력 조절 제어기 측으로 전달될 수 있으며(S332), 운전자 요구를 반영한 새로운 밸브 개도량에 따라 APC 밸브의 개도를 조절하는 과정이 동일하게 실시된다.
도 4는 본 발명에 따른 통합 연료전지 제어 방법과 대비되는 연료전지 시스템의 냉각수 온도 조절 밸브 제어 방법을 나타내는 순서도로, 열관리 장치를 대상으로 한다는 점을 제외하고는 도 3의 방법과 실질적으로 동일하다.
즉, 연료전지 시스템이 시동되면(S411), 냉각수 펌프가 구동된 후(S412), CTV 밸브 개방 명령이 내려지고(S413), 이러한 밸브 개방 명령이 냉각수 온도 밸브 제어기로 전달(S431)된다.
한편, 연료전지 시스템의 시동 시 냉각수 온도 밸브 제어기가 파워 온 되고(S421), 상기 밸브 개방 명령을 수신하여 CTV 밸브 개방 제어를 실시한다(S422). 이 때, 냉각수 온도 밸브 제어기는 개도 명령값에 따라 구동 모터에 대한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 실시하고(S423), 센싱회로에 의해 CTV 밸브의 개도값을 확인하게 된다.
확인된 APC 밸브의 개도값은 CAN 통신에 의해 상기 연료전지 제어기로 피드백 되고(S433), 피드백된 CTV 밸브 개도값과 운전자 요구값에 따라 새로운 밸브 개도량을 결정한다(S414 ~ S416). 새로운 밸브 개도량을 결정하는 과정은 종래 연료전지 시스템에 사용되는 일반적인 기술들이 적용될 수 있으며, 예를 들어 운전자 요구에 따라 요구되는 스택 전류량을 결정하고(S414), 이 값과 온도를 기반으로 냉각수 목표 온도를 결정하게 된다(S415). 이후 결정된 냉각수 목표 온도에 따라 CTV 밸브 개도량 및 이에 따른 개도값 명령을 결정할 수 있다(S416). 이와 같이 결정된 밸브 개도량은 다시 CAN 통신을 통해 냉각수 온도 밸브 제어기 측으로 전달될 수 있으며(S432), 운전자 요구를 반영한 새로운 밸브 개도량에 따라 CTV 밸브의 개도를 조절하는 과정이 동일하게 실시된다.
위 도 2 내지 도 4의 연료전지 제어 장치 및 방법에 대비되는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 통합 연료전지 제어 장치 및 방법은 도 5 내지 도 7에 도시되어 있다.
특히, 도 5에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 연료전지 제어 장치의 구성을 도시하고 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 연료전지 제어 장치는 공기 공급 장치(600)의 밸브와 열관리 장치(700)의 밸브 개도량이 모두 상위 제어기인 연료전지 제어기(500)에 의해 직접 제어된다는 것에 특징이 있다. 따라서, 상기 공기 공급 장치(600)는 별도의 하위 제어기에 의하지 않더라도, APC 제어 영역(510) 및 CTV 제어 영역(520)에 의해 각 밸브의 개도량 제어가 가능하도록 구성된다.
이러한 공기 공급 장치(600)의 경우, 기존의 장치처럼 공기온오프밸브(604), 공기 압축기(605), 공기 유량 센서(606), 공기 온도 센서(607)와 같은 구성들을 포함할 수 있다.
다만, 공기 압력을 조절하기 위해 설치되는 공기 압력 조절 밸브(602)를 제어하기 위한 별도의 하위 제어기는 포함되지 않으며, 바람직하게는 상기 공기 압력 조절 밸브(602)를 구동하기 위한 APC 구동 모터(601) 및 상기 공기 압력 조절 밸브(602)의 개도량을 검출하기 위한 센서를 포함하는 APC 센싱부(603)만을 포함하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 실시예에서의 연료전지 제어기(500)는 연료전지 시스템을 총괄적으로 제어하기 위한 제어기로, 공기 압력 조절 밸브(602)의 개도량을 직접 제어할 수 있도록 구성된다. 이를 위해, 상기 연료전지 제어기(500)는 APC 제어 영역(510)을 가지며, 이러한 APC 제어 영역(510)은 APC 전원부(511), APC 구동 로직부(512) 및 APC 구동부(513)를 포함할 수 있다.
또한, 연료전지 제어기(500)의 APC 전원부(511)는 구동 모터에 대한 전원 회로일 수 있으며, 이러한 APC 전원부(511)를 통해, 상기 연료전지 제어기(500)는 시동 초기 APC 구동 모터(601)를 동작시켜 공기 압력 조절 밸브(602)를 개방시킬 수 있다.
상기 APC 구동 로직부(512)는 센싱부의 센서로부터 검출되는 밸브 개도량과 관련된 정보를 직접 입력받아 모터 구동을 위해 미리 설정된 제어 로직에 따른 제어 입력을 생성할 수 있다. 따라서, 상기 APC 구동 로직부(512)는 센서로부터 검출되는 정보 및 운전자 요구값에 따라 대응되는 구동 모터를 제어하기 위한 모터 제어량을 직접 산출하도록 구성될 수 있다. 이러한 모터 제어량은 요구되는 밸브의 변경 개도량일 수 있으며, 보다 바람직하게는 DC 모터에 대한 PWM 제어를 위한 구동 전류값일 수 있다.
이와 관련, 도 5에서와 같이, 상기 APC 구동 로직부(512)는 CAN 통신에 의하지 않고, APC 센싱부(603)로부터 밸브 개도량 정보를 직접 입력받을 수 있다는 점에 특징이 있다. 예를 들어, 상기 APC 센싱부(603)는 하드와이어에 의해 연료전지 제어기(500)와 직접 연결되어, CAN 통신회로 없이, 센서로부터의 아날로그 신호를 연료전지 제어기(500)로 직접 전달하도록 구성할 수 있다.
이러한 APC 구동 로직부(512)는 모터 구동 제어 로직이 포함된 프로세서일 수 있으며, 바람직하게는 연료전지 제어기(500)의 마이크로컴퓨터 내에 모터 구동 제어 로직을 추가함으로써 구현할 수 있다.
또한, APC 구동부(513)는 상기 APC 구동 로직부(512)에 의해 결정된 모터 제어량에 따라 구동 모터의 동작을 직접 제어하기 위한 것이다. 따라서, 상기 APC 구동부(513)는 APC 구동 로직부(512)에 의해 결정된 모터 제어량에 따라 APC 구동 모터(601)를 직접 동작시키기 위한 구동 회로로 구성될 수 있다. 이러한 구동 회로는 구동 모터를 동작시키기 위한 PWM 제어 구동 전류를 발생시킬 수 있도록 구성되며, 구동 회로에서 발생된 PWM 제어 구동 전류를 DC 모터인 구동 모터에 직접 인가하는 방식으로 모터 구동 제어 및 밸브 개도 제어를 실시할 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 APC 구동 로직부(512)에서는 필요한 밸브 개도량을 위한 모터 제어량을 직접 산출할 수 있으며, 상기 APC 구동부(513)에서는 산출된 모터 제어량에 따른 PWM 제어에 의해 모터구동을 직접 제어할 수 있다.
또한, 부가적으로 연료전지 제어기는 공기 공급 장치 고장 상황을 판단하고 고장 진단 및 대응을 통합적으로 실시할 수도 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 밸브는 열관리 장치(700) 내에 포함되는 냉각수 온도 조절 밸브(702)일 수 있으며, 상기 연료전지 제어기(500)는 상기 냉각수 온도 조절 밸브(702)의 개도량 제어를 위한 모터 구동을 직접 제어하도록 구성할 수 있다. 이러한 실시예의 경우, 도 5의 하단의 열관리 장치(700)에 대한 제어 시스템으로 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 상기 열관리 장치(700)의 경우, 기존의 장치처럼 냉각 펌프(704), 온도 센서(705), 압력 센서(706)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 열관리 장치(700)는 라디에이터를 통과하는 냉각수 량을 제어하기 위한 냉각수 온도 조절 밸브(702)를 포함할 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 냉각수 온도 조절 밸브(702)를 제어하기 위한 별도의 하위 제어기는 포함되지 않으며, 바람직하게는 냉각수 온도 조절 밸브(702)의 개도량을 조절하기 위한 CTV 구동 모터(701) 및 상기 냉각수 온도 조절 밸브(702)의 개도량을 검출하기 위한 센서를 포함하는 CTV 센싱부(703)만을 포함하도록 구성될 수 있다.
한편, 열관리 장치(700)의 밸브 구동 모터를 통합 제어하기 위한 장치 또한, 앞서 공기 공급 장치(600)에 대한 실시예의 경우와 기본적으로 동일하게 구성된다. 즉, 본 실시예의 경우에도, 연료전지 제어기(500)에 의해 직접 냉각수 온도 조절 밸브(702) 및 구동 모터 제어가 이루어지게 된다.
이를 위해, 상기 연료전지 제어기(500)는 CTV 제어 영역(520)을 구비하고, 이러한 CTV 제어 영역(520)은 CTV 전원부(521), CTV 구동 로직부(522) 및 CTV 구동부(523)를 포함할 수 있다.
상기 CTV 구동 로직부(522)는 센싱부의 센서로부터 검출되는 밸브 개도량과 관련된 정보를 직접 입력받아 모터 구동을 위해 미리 설정된 제어 로직에 따른 제어 입력을 생성할 수 있다. 따라서, 상기 CTV 구동 로직부(522)는 센서로부터 검출되는 정보 및 운전자 요구값에 따라 대응되는 CTV 구동 모터(701)를 제어하기 위한 모터 제어량을 직접 산출하도록 구성될 수 있다. 이러한 모터 제어량은 요구되는 밸브의 변경 개도량일 수 있으며, 보다 바람직하게는 DC 모터에 대한 PWM 제어를 위한 구동 전류값일 수 있다.
이와 관련, 도 5에서와 같이, 상기 CTV 구동 로직부(522)는 CAN 통신에 의하지 않고, CTV 센싱부(703)로부터 밸브 개도량 정보를 직접 입력받을 수 있다는 점에 특징이 있다. 예를 들어, 상기 CTV 센싱부(703)는 하드와이어에 의해 연료전지 제어기(500)와 직접 연결되어, CAN 통신회로 없이, 센서로부터의 아날로그 신호를 연료전지 제어기(500)로 직접 전달하도록 구성할 수 있다.
이러한 CTV 구동 로직부(522)는 모터 구동 제어 로직이 포함된 프로세서일 수 있으며, 바람직하게는 연료전지 제어기(500)의 마이크로컴퓨터 내에 모터 구동 제어 로직을 추가함으로써 구현할 수 있다.
또한, CTV 구동부(523)는 상기 CTV 구동 로직부(522)에 의해 결정된 모터 제어량에 따라 구동 모터의 동작을 직접 제어하기 위한 것이다. 따라서, 상기 CTV 구동부(523)는 CTV 구동 로직부(522)에 의해 결정된 모터 제어량에 따라 CTV 구동 모터(701)를 직접 동작시키기 위한 구동 회로로 구성될 수 있다. 이러한 구동 회로는 구동 모터를 동작시키기 위한 PWM 제어 구동 전류를 발생시킬 수 있도록 구성되며, 구동 회로에서 발생된 PWM 제어 구동 전류를 DC 모터인 구동 모터에 직접 인가하는 방식으로 모터 구동 제어 및 밸브 개도 제어를 실시할 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 CTV 구동 로직부(522)에서는 필요한 밸브 개도량을 위한 모터 제어량을 직접 산출할 수 있으며, 상기 CTV 구동부(523)에서는 산출된 모터 제어량에 따른 PWM 제어에 의해 모터구동을 직접 제어할 수 있다.
또한, 연료전지 제어기(500)의 CTV 전원부(521)는 냉각수 온도 조절 밸브(702)의 CTV 구동 모터(701)에 대한 전원 회로일 수 있으며, 이러한 CTV 전원부(521)를 통해, 상기 연료전지 제어기(500)는 시동 초기 구동 모터를 동작시켜 냉각수 온도 조절 밸브(702)를 개방시킬 수 있다.
또한, 부가적으로 연료전지 제어기는 열관리 장치 고장 상황을 판단하고 고장 진단 및 대응을 통합적으로 실시할 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 통합 연료전지 제어 방법에 있어서, 연료전지 시스템의 공기 압력 조절 밸브 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6에 따르면, 본 발명의 일실시예에 따른 통합 연료전지 제어 방법에서는, CAN 통신에 의하지 않고, 연료전지 제어기에 의해 직접 APC 구동 모터 및 공기 압력 조절 밸브(APC 밸브)가 제어되는 것에 특징이 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 연료전지 시스템이 일반 시동 모드에 따라 시동되면(S611), 미리 설정된 초기 개도량에 맞추어 공기 압력 조절 밸브를 개방하기 위한 PWM 모터 구동 제어가 실시될 수 있다(S612). 이때, 공기 공급 장치에서는 초기 개도량에 따른 제어 입력에 의해 구동 모터가 동작됨에 따라 밸브가 개방된다(S622).
초기 상태에서는 밸브 개도량 변경이 이루어지지 않는 경우이므로, 단계 S623은 생략될 수 있으며, 단계 S624에 따라 위치 센서에 의해 밸브 개도값을 확인할 수 있다. 확인된 밸브 개도값은 연료전지 제어기 측으로 위치 센서의 아날로그 피드백 신호로 전달되고, 새롭게 변경될 밸브 개도량을 결정하는 데 활용될 수 있다.
이와 관련, 상기 연료전지 제어기에서는 피드백된 APC 밸브 개도값과 운전자 요구값에 따라 새로운 밸브 개도량을 결정한다(S613, S614). 새로운 밸브 개도량을 결정하는 과정은 종래 연료전지 시스템에 사용되는 일반적인 기술들이 적용될 수 있으며, 예를 들어 운전자 요구에 따라 요구되는 스택 전류량을 결정하고(S613), 이 값에 따른 공기 유량 및 냉각수 온도를 기반으로 밸브 개도량을 결정할 수 있다(S614). 이러한 과정을 통해 변경될 밸브 개도량이 결정되면, 기결정된 밸브 변경 개도량에 따라 밸브의 모터를 구동 제어하는 단계가 실시된다(S615). 본 단계(S615)에서는 연료전지 제어기의 명령값에 따라 모터에 대한 PWM 구동 제어를 실시간으로 수행하는 방식에 따라, 밸브 개도량을 변경 제어할 수 있다(S623).
원하는 밸브 개도량을 충족하기 위한 모터 구동 제어가 완료되었다면, 위치센서에 의해 다시 현재의 밸브 개도량을 확인하는 단계(S624)가 실시되고, 운전자 요구를 반영한 새로운 밸브 개도량에 따라 APC 밸브의 개도를 조절하는 과정이 동일하게 실시될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 통합 연료전지 제어 방법에 있어서, 연료전지 시스템의 냉각수 온도 조절 밸브 제어 방법을 나타내는 순서도로, 열관리 장치를 대상으로 한다는 점을 제외하고는 도 6의 방법과 실질적으로 동일하다.
즉, 연료전지 시스템이 시동되면(S711), 냉각수 펌프가 구동된 후(S712), 연료전지 제어기에서는 초기 설정된 밸브 개도량에 맞추어 CTV 밸브 개방 제어를 실시한다(S713). 본 단계(S713)에서의 CTV 밸브 개방 제어는 냉각수 온도 조절 밸브를 초기 개도량에 따라 설정된 제어량에 의해 모터를 PWM 제어에 의해 직접 구동시키는 것을 의미한다. 따라서, 구동 모터는 이러한 PWM 모터 구동 제어에 의해 동작되고, 냉각수 온도 조절 밸브(CTV 밸브)는 개방된다(S722).
초기 상태에서는 밸브 개도량 변경이 이루어지지 않는 경우이므로, 단계 S723은 생략될 수 있으며, 단계 S724에 따라 위치 센서에 의해 밸브 개도값을 확인할 수 있다. 확인된 밸브 개도값은 연료전지 제어기 측으로 위치 센서의 아날로그 피드백 신호로 전달되고, 새롭게 변경될 밸브 개도량을 결정하는 데 활용될 수 있다.
이와 관련, 상기 연료전지 제어기에서는 피드백된 CTV 밸브 개도값과 운전자 요구값에 따라 새로운 밸브 개도량을 결정한다(S714, S715). 새로운 밸브 개도량을 결정하는 과정은 종래 연료전지 시스템에 사용되는 일반적인 기술들이 적용될 수 있으며, 예를 들어 운전자 요구에 따라 요구되는 스택 전류량을 결정하고(S714), 이 값에 따른 요구 전류 및 외기온을 기반으로 냉각수 목표 온도를 결정할 수 있다(S715). 이때, 본 단계에서 결정된 냉각수 목표 온도는 냉각수 온도 조절 밸브의 요구되는 밸브 개도량을 산출하기 위한 것이다. 한편, 도 7과는 달리, 단계 S716에서 결정된 냉각수 목표 온도에 따라 요구되는 밸브 개도량을 바로 산출하도록 구성할 수 있다.
이러한 과정을 통해 변경될 밸브 개도량이 결정되면, 기결정된 밸브 변경 개도량에 따라 밸브의 모터를 구동 제어하는 단계가 실시된다(S716). 본 단계(S716)에서는 연료전지 제어기의 명령값에 따라 모터에 대한 PWM 구동 제어를 실시간으로 수행하는 방식에 따라, 밸브 개도량을 변경 제어할 수 있다(S723).
원하는 밸브 개도량을 충족하기 위한 모터 구동 제어가 완료되었다면, 위치센서에 의해 다시 현재의 밸브 개도량을 확인하는 단계(S724)가 실시되고, 운전자 요구를 반영한 새로운 밸브 개도량에 따라 CTV 밸브의 개도를 조절하는 과정이 동일하게 실시될 수 있다.
이와 같은 통합 연료전지 제어 장치 및 방법에 따르면, 액츄에이터로 기능하는 직류 모터를 구비한 연료전지 시스템 내부 장치들에 있어서, 각 장치 내에 설치되던 제어 회로부를 삭제할 수 있으므로, 구조를 단순화하고, 효율적인 제어가 가능하다.
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.
500: 연료전지 제어기
510: APC 제어 영역 511: APC 전원부
512: APC 구동 로직부 513: APC 구동부
520: CTV 제어 영역 521: CTV 전원부
522: CTV 구동 로직부 523: CTV 구동부
600: 공기 공급 장치 601: APC 구동 모터
602: 공기 압력 조절 밸브 603: APC 센싱부
700: 열관리 장치 701: CTV 구동 모터
702: 냉각수 온도 조절 밸브 703: CTV 센싱부

Claims (11)

  1. 연료전지 시스템 내 유체를 제어하기 위해 설치되는 적어도 하나의 밸브;
    상기 밸브를 구동하기 위한 적어도 하나의 구동 모터;
    상기 밸브의 개도량을 검출하기 위한 적어도 하나의 센서; 및
    상기 연료전지 시스템을 제어하기 위한 연료전지 제어기;를 포함하고,
    상기 연료전지 제어기는,
    상기 센서로부터 검출되는 정보 및 운전자 요구값에 따라 대응되는 구동 모터를 제어하기 위한 모터 제어량을 산출하는 구동 로직부;와 상기 구동 로직부에 의해 결정된 모터 제어량에 따라 대응되는 구동 모터를 동작시키는 구동부;를 포함하는 통합 연료전지 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료전지 제어기는 상기 구동 모터를 동작시켜 상기 밸브를 개방하기 위한 전원부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 연료전지 제어 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브는 공기의 압력을 제어하기 위한 공기 압력 조절 밸브 또는 냉각수 온도를 제어하기 위한 냉각수 온도 조절 밸브인 것을 특징으로 하는 통합 연료전지 제어 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브는 공급 공기의 압력을 제어하기 위한 공기 압력 조절 밸브이고,
    상기 센서는 상기 공기 압력 조절 밸브의 현재 밸브 개도량을 확인하여 상기 구동 로직부에 전달하고, 상기 구동 로직부는 상기 공기 압력 조절 밸브의 현재 밸브 개도량 및 상기 운전자 요구값을 기반으로 상기 공기 압력 조절 밸브의 변경 개도량을 결정하고, 상기 변경 개도량에 따라 상기 모터 제어량을 산출하는 것을 특징으로 하는 통합 연료전지 제어 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브는 냉각수 온도를 제어하기 위한 냉각수 온도 조절 밸브이고,
    상기 센서는 상기 냉각수 온도 조절 밸브의 현재 개도량을 확인하여 상기 구동 로직부에 전달하고, 상기 구동 로직부는 상기 냉각수 온도 조절 밸브의 현재 밸브 개도량 및 상기 운전자 요구값을 기반으로 상기 냉각수 온도 조절 밸브의 변경 개도량을 결정하고, 상기 변경 개도량에 따라 상기 모터 제어량을 산출하는 것을 특징으로 하는 통합 연료전지 제어 시스템.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 구동 모터는 직류 모터이고,
    상기 모터 제어량은 상기 변경 개도량에 따라 상기 밸브를 제어하기 위해 상기 구동 모터에 인가되어야 하는 PWM 제어 구동 전류값이며,
    상기 구동부는 상기 PWM 제어 구동 전류값에 따른 구동 전류를 상기 구동 모터로 직접 인가하여, 상기 밸브의 개도량이 상기 변경 개도량에 맞추어 조절되도록 구동 모터를 동작시키는 것을 특징으로 하는 통합 연료전지 제어 시스템.
  7. 연료전지 제어기에 의해, 연료전지 시스템의 시동 시 미리 설정된 초기 조건에 따라 밸브를 개방 제어하는 밸브 개방 제어 단계;
    센서에 의해, 상기 밸브의 개도량을 확인하는 밸브 개도량 확인 단계;
    상기 밸브 개도량 확인 단계에서 확인된 밸브의 개도량 및 운전자 요구값을 기반으로, 상기 연료전지 제어기에 의해, 상기 밸브에 대한 구동 모터를 제어하기 위한 모터 제어량을 산출하는 단계; 및
    상기 연료전지 제어기에 의해, 상기 모터 제어량에 따라 상기 구동 모터를 동작시키는 단계;를 포함하는 통합 연료전지 제어 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 밸브 개도량 확인 단계에서는,
    상기 연료전지 제어기가 상기 센서로부터 전달되는 신호를 직접 입력받아 상기 밸브의 개도량을 확인하는 것을 특징으로 하는 통합 연료전지 제어 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 밸브는 공급 공기의 압력을 제어하기 위한 공기 압력 조절 밸브이고,
    상기 밸브 개도량 확인 단계에서는 상기 공기 압력 조절 밸브의 현재 밸브 개도량을 확인하도록 구성되며,
    상기 모터 제어량을 산출하는 단계에서는,
    상기 연료전지 제어기의 구동 로직부에 의해, 상기 공기 압력 조절 밸브의 현재 밸브 개도량 및 상기 운전자 요구값을 기반으로 상기 공기 압력 조절 밸브의 변경 개도량을 결정하고, 상기 변경 개도량에 따라 상기 모터 제어량을 산출하는 것을 특징으로 하는 통합 연료전지 제어 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 밸브는 냉각수 온도를 제어하기 위한 냉각수 온도 조절 밸브이고,
    상기 밸브 개도량 확인 단계에서는 상기 냉각수 온도 조절 밸브의 현재 개도량을 확인하도록 구성되며,
    상기 모터 제어량을 산출하는 단계에서는,
    상기 연료전지 제어기의 구동 로직부에 의해, 상기 냉각수 온도 조절 밸브의 현재 밸브 개도량 및 상기 운전자 요구값을 기반으로 상기 냉각수 온도 조절 밸브의 변경 개도량을 결정하고, 상기 변경 개도량에 따라 상기 모터 제어량을 산출하는 것을 특징으로 하는 통합 연료전지 제어 방법.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 구동 모터는 직류 모터이고,
    상기 모터 제어량은 상기 변경 개도량에 따라 상기 밸브를 제어하기 위해 상기 구동 모터에 인가되어야 하는 PWM 제어 구동 전류값이며,
    상기 구동 모터를 동작시키는 단계에서는,
    상기 연료전지 제어기의 구동부에 의해 생성된 PWM 제어 구동 전류를 상기 구동 모터로 직접 인가하여, 상기 밸브의 개도량이 상기 변경 개도량에 맞추어 조절되도록 구동 모터를 동작시키는 것을 특징으로 하는 통합 연료전지 제어 방법.
KR1020210096514A 2021-07-22 2021-07-22 통합 연료전지 제어 시스템 및 이를 이용한 제어 방법 KR20230015129A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210096514A KR20230015129A (ko) 2021-07-22 2021-07-22 통합 연료전지 제어 시스템 및 이를 이용한 제어 방법
US17/728,420 US20230027764A1 (en) 2021-07-22 2022-04-25 Integrated fuel cell control system and control method using the same
CN202210554346.0A CN115692787A (zh) 2021-07-22 2022-05-20 集成的燃料电池控制系统和利用该系统的控制方法
DE102022112788.5A DE102022112788A1 (de) 2021-07-22 2022-05-20 Integriertes brennstoffzelle-steuerungssystem und steuerungsverfahren, welches dieses verwendet

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210096514A KR20230015129A (ko) 2021-07-22 2021-07-22 통합 연료전지 제어 시스템 및 이를 이용한 제어 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230015129A true KR20230015129A (ko) 2023-01-31

Family

ID=84784563

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210096514A KR20230015129A (ko) 2021-07-22 2021-07-22 통합 연료전지 제어 시스템 및 이를 이용한 제어 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230027764A1 (ko)
KR (1) KR20230015129A (ko)
CN (1) CN115692787A (ko)
DE (1) DE102022112788A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200068796A (ko) 2018-12-05 2020-06-16 현대자동차주식회사 연료전지의 냉각 제어시스템 및 제어방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6960401B2 (en) * 2001-07-25 2005-11-01 Ballard Power Systems Inc. Fuel cell purging method and apparatus
US8142946B2 (en) * 2004-12-15 2012-03-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JP6969432B2 (ja) * 2018-02-21 2021-11-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200068796A (ko) 2018-12-05 2020-06-16 현대자동차주식회사 연료전지의 냉각 제어시스템 및 제어방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20230027764A1 (en) 2023-01-26
CN115692787A (zh) 2023-02-03
DE102022112788A1 (de) 2023-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4146341B2 (ja) 内燃機関の少なくとも１つのチャージャの運転方法および装置
JP5590120B2 (ja) 燃料電池システム
KR100476580B1 (ko) 연료전지 시스템의 제어장치 및 제어방법
JP7110913B2 (ja) 燃料電池システム
JP2001332280A (ja) 燃料電池システム
JP2009135066A (ja) 燃料電池システム
CN110854412B (zh) 氢燃料电池空气压缩机控制方法、装置及系统
KR20120062060A (ko) 연료전지 차량
CN102859770A (zh) 燃料电池系统及抑制燃料电池的发电效率下降的方法
CN113738793B (zh) 一种制动系统及液力缓速器的控制方法
JP5007797B2 (ja) 燃料電池システム
CN110176609A (zh) 一种燃料电池发动机的供气系统与一种燃料电池车辆
KR20170053706A (ko) 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템
KR20230015129A (ko) 통합 연료전지 제어 시스템 및 이를 이용한 제어 방법
CN113964352B (zh) 一种燃料电池系统控制方法及控制装置
JP2007317597A (ja) 燃料電池システム及び開閉弁の診断方法
US6680592B2 (en) Method and apparatus for producing current values dependent on the position of the accelerator pedal for the purpose of controlling the power of one or more drives in a mobile device with a fuel cell for supplying energy
JP2022104859A (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの動作方法
JP6777007B2 (ja) 燃料電池システム
KR100792723B1 (ko) 연료전지 시스템 및 그 구동방법
CN212429329U (zh) 一种基于pid调节的磁悬浮透平真空泵冷却系统
JP3882693B2 (ja) 燃料電池システム
JP5386950B2 (ja) 燃料電池システム
CN219626701U (zh) 燃料电池系统尾排结构和燃料电池系统
KR101063614B1 (ko) 연료전지차량의 냉각 및 가습 시스템