KR20230138810A - 연료 전지 시스템을 제어하는 차량 제어 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료 전지 시스템을 제어하는 차량 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 차량 제어 장치는 연료 전지 시스템을 제어할 수 있다. 본 발명에 따른 차량 제어 장치는 상기 연료 전지 시스템에 포함된 연료 전지 모듈들 중 오류가 발생한 연료 전지 모듈 및 상기 오류의 종류를 확인하고, 상기 연료 전지 모듈들 중 동일한 연료 전지 모듈에서 연속적으로 동일한 오류가 발생한 경우를 제외한 경우, 상기 오류가 발생한 상기 연료 전지 모듈을 정지하고, 및 상기 오류가 발생한 상기 연료 전지 모듈을 재 가동시키도록 설정될 수 있다.
Description
본 발명은 연료 전지 시스템을 제어하는 차량 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소를 동력원으로 주행하는 차량에 포함된 연료 전지 시스템을 제어하는 기술에 관한 것이다.
최근 화석 연료를 사용하는 내연 기관 대신 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 얻은 전기를 이용해 모터를 구동하여 주행하는 친환경 차량이 생산되고 있다. 차량은 연료 전지를 동력원으로 사용할 수 있다. 차량에 엔진이 없기 때문에 배기 가스 및 오염 물질이 미 배출될 수 있다.
차량은 연료 전지 및 모터를 포함할 수 있다. 연료 전지는 전기를 생성하고 생성한 전기를 모터로 공급할 수 있다. 차량은 수소를 연료로 이용하는 발전용 연료 전지 시스템을 포함할 수 있다. 연료 전지 시스템은 복수 개의 연료 전지 모듈들을 포함하는 대 용량의 발전용 시스템일 수 있다.
기존의 연료 전지 시스템에서 오류가 발생하는 경우 연료 전지 시스템 전체를 정지시키고 오류가 발생한 모듈을 점검하였다. 기존의 연료 전지 시스템에서 오류가 발생하는 경우 연료 전지 시스템의 발전 효율 및 가동율이 감소할 수 있다. 또한 기존의 연료 전지 시스템에서 오류가 발생하는 경우 연료 전지 시스템 전체를 정지시키는 과정에서 오류가 발생하지 않은 연료 전지 모듈까지 같이 정지하였다 이후에 다시 가동을 시작하므로 연료 전지 시스템의 불필요한 에너지 소모가 증가할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 발전용 연료 전지 시스템에서 오류가 발생하더라도 효율적인 대응을 하여 연료 전지 시스템의 발전 효율 및 가동율을 증가시키고 연료 전지 시스템의 불필요한 에너지 소모를 감소시키도록 연료 전지 시스템을 제어하는 차량 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 차량 제어 장치는, 연료 전지 시스템을 제어할 수 있고, 상기 연료 전지 시스템에 포함된 연료 전지 모듈들 중 오류가 발생한 연료 전지 모듈 및 상기 오류의 종류를 확인하고, 상기 연료 전지 모듈들 중 동일한 연료 전지 모듈에서 연속적으로 동일한 오류가 발생한 경우를 제외한 경우, 상기 오류가 발생한 상기 연료 전지 모듈을 정지하고, 및 상기 오류가 발생한 상기 연료 전지 모듈을 재 가동시키도록 설정될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 연료 전지 모듈들 각각은, 연료 전지 2대 및 인버터 1대로 구성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 연료 전지 모듈에서 발생한 순간적이고 일시적인 상기 오류를 감지할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 오류가 발생한 상기 연료 전지 모듈의 위치 또는 일련 번호와 관련된 정보를 저장할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 오류가 동일한 경우 상기 오류가 발생한 상기 연료 전지 모듈에 대한 오류 카운트를 증가시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 오류의 종류를 상기 오류의 발생 위치에 따라 전력 변환 장치 오류, 연료 전지 오류, 및 유틸리티 오류로 구분할 수 있다.
일 실시 예에서, 연료 전지 모듈 별로 선택적으로 가동 또는 정지 여부를 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 오류의 종류가 전력 변환 장치에서 발생한 전력 변환 장치 오류인 경우 상기 전력 변환 장치에서 발생한 오류의 정도가 임계 수치 이하이고 상기 오류가 발생한 횟수가 임계 횟수 이하인 경우 상기 오류가 발생한 연료 전지 모듈만을 재 가동할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 오류의 종류가 연료 전지에서 발생한 연료 전지 오류인 경우 상기 연료 전지에서 발생한 오류가 수소 또는 냉각수 관련 오류를 제외한 기타 오류이고 상기 오류가 발생한 횟수가 임계 횟수 이하인 경우 상기 오류가 발생한 연료 전지 모듈만을 재 가동할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 오류의 종류가 수소 공급 및 통합 냉각과 관련된 유틸리티 오류인 경우 상기 오류가 발생한 연료 전지 모듈을 정지시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 제어 방법은, 상기 연료 전지 시스템에 포함된 연료 전지 모듈들 중 오류가 발생한 연료 전지 모듈 및 상기 오류의 종류를 확인하는 동작, 상기 연료 전지 모듈들 중 동일한 연료 전지 모듈에서 연속적으로 동일한 오류가 발생한 경우를 제외한 경우, 상기 오류가 발생한 상기 연료 전지 모듈을 정지하는 동작, 및 상기 오류가 발생한 상기 연료 전지 모듈을 재 가동시키는 동작을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 연료 전지 모듈들 각각은 연료 전지 2대 및 인버터 1대로 구성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 연료 전지 모듈에서 발생한 순간적이고 일시적인 상기 오류를 감지할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 오류가 발생한 상기 연료 전지 모듈의 위치 또는 일련 번호와 관련된 정보를 저장할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 오류가 동일한 경우 상기 오류가 발생한 상기 연료 전지 모듈에 대한 오류 카운트를 증가시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 오류의 종류를 상기 오류의 발생 위치에 따라 전력 변환 장치 오류, 연료 전지 오류, 및 유틸리티 오류로 구분할 수 있다.
일 실시 예에서, 연료 전지 모듈 별로 선택적으로 가동 또는 정지 여부를 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 오류의 종류가 전력 변환 장치에서 발생한 전력 변환 장치 오류인 경우 상기 전력 변환 장치에서 발생한 오류의 정도가 임계 수치 이하이고 상기 오류가 발생한 횟수가 임계 횟수 이하인 경우 상기 오류가 발생한 연료 전지 모듈만을 재 가동할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 오류의 종류가 연료 전지에서 발생한 연료 전지 오류인 경우 상기 연료 전지에서 발생한 오류가 수소 또는 냉각수 관련 오류를 제외한 기타 오류이고 상기 오류가 발생한 횟수가 임계 횟수 이하인 경우 상기 오류가 발생한 연료 전지 모듈만을 재 가동할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 오류의 종류가 수소 공급 및 통합 냉각과 관련된 유틸리티 오류인 경우 상기 오류가 발생한 연료 전지 모듈을 정지시킬 수 있다.
본 기술은 연료 전지 시스템에서 발생하는 오류에 대하여 연료 전지 모듈 단위로 대응을 하여 연료 전지 시스템의 발전 효율 및 가동율을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 기술은 연료 전지 시스템을 연료 전지 모듈 별로 가동시킬 수 있어 오류가 발생하는 경우 오류가 발생한 연료 전지 모듈을 선택적으로 제어하여 연료 전지 시스템의 불필요한 에너지 소모를 감소시킬 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료 전지 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 제어 장치가 연료 전지 시스템을 제어하는 것을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 제어 장치가 연료 전지 시스템을 제어하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 오류를 판단하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료 전지의 오류를 판단하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유틸리티의 오류를 판단하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7을 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 제어 장치가 연료 전지 시스템을 제어하는 것을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 제어 장치가 연료 전지 시스템을 제어하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 오류를 판단하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료 전지의 오류를 판단하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유틸리티의 오류를 판단하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7을 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템을 도시한다.
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.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료 전지 시스템을 나타낸 블록도이다. 연료 전지 시스템(100)은 모터를 이용하여 주행하는 차량에 포함될 수 있다.
연료 전지 시스템(100)은 수소를 연료로 하는 발전용 연료 전지 시스템일 수 있다. 연료 전지 시스템(100)은 수소를 산화 전극(anode)의 연료로 사용하여 전기를 생성할 수 있다. 수소와 산소가 반응하여 물이 되는 전체 반응을 통해 전자는 산화 전극에서 외부 도선을 통해 환원 전극(cathode)으로 이동하면서 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.
연료 전지 시스템(100)의 수소 저장 탱크에 저장된 수소와 공기 중에 있는 산소의 전기 화학 반응을 통해 전기를 생성할 수 있다. 연료 전지 시스템(100)은 생성한 전기를 차량의 모터로 전달할 수 있다. 모터는 전기를 이용하여 회전하여 차량이 주행할 수 있는 동력을 발생시킬 수 있다. 연료 전지 시스템(100)을 포함하는 차량은 부산물로 물을 배출하여 환경 오염을 감소시킬 수 있다. 연료 전지 시스템(100)을 포함하는 차량은 전기 모터를 이용하여 구동하므로 주행 시 차량에서 발생하는 소음을 감소시킬 수 있다.
연료 전지 시스템(100)은 복수 개의 연료 전지 모듈들(110, 120, 130)을 포함할 수 있다. 연료 전지 시스템(100)은 복수 개의 연료 전지 모듈들(110, 120, 130)로 구성된 대 용량 발전용 시스템일 수 있다. 연료 전지 시스템(100)은 3개 이상의 연료 전지 모듈들(110, 120, 130)을 포함할 수 있다. 이에 따라 연료 전지 시스템(100)은 복수 개의 연료 전지 모듈들(110, 120, 130)은 제1 연료 전지 모듈(110), 제2 연료 전지 모듈(120), 및 제N(N은 3 이상의 자연수) 연료 전지 모듈(130)을 포함할 수 있다.
제1 연료 전지 모듈(110)은 제1 연료 전지(111), 제2 연료 전지(112), 및 제1 인버터(113)를 포함할 수 있다. 제2 연료 전지 모듈(120)은 제3 연료 전지(121), 제4 연료 전지(122), 및 제2 인버터(123)를 포함할 수 있다. 제N 연료 전지 모듈(130)은 제(2N-1) 연료 전지(131), 제(2N) 연료 전지(132), 및 제N 인버터(133)를 포함할 수 있다. 하나의 연료 전지 모듈은 연료 전지 2대 및 인버터 1대로 구성될 수 있다. 인버터는 연료 전지 모듈에서 입력 및 출력되는 전류를 제어할 수 있다.
복수 개의 연료 전지 모듈들(110, 120, 130)은 계통 연계 형태로 연결될 수 있다. 계통 연계는 둘 이상의 전력 시스템 사이를 전력이 서로 이동할 수 있도록 선로를 통하여 연결하는 전력 시스템 연결 방식일 수 있다. 계통 연계 형태로 연결하는 경우 전력 시스템 상호 간을 송전선, 변압기 또는 직교 변환 설비에 연결할 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 연료 전지 모듈들(110, 120, 130)은 계통 연계 형태로 전력 그리드(GRID)에 연결될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 제어 장치가 연료 전지 시스템을 제어하는 것을 나타낸 도면이다.
차량 제어 장치는 연료 전지 시스템의 상위 제어기(210)를 포함할 수 있다. 차량 제어 장치는 상위 제어기(210)를 이용하여 연료 전지 시스템의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 차량 제어 장치는 상위 제어기(210)를 이용하여 연료 전지 시스템의 가동 및 정지를 제어할 수 있다.
상위 제어기(210)는 전력 관리 제어(Power Management Control, PMC)를 수행할 수 있다. 상위 제어기(210)는 제1 연료 전지(111), 제2 연료 전지(112), 제3 연료 전지(121), 제4 연료 전지(122), 제(2N-1) 연료 전지(131), 및 제(2N) 연료 전지(132)에 대한 연료 전지 제어 유닛(Fuel cell Control Unit, FCU) 제어를 수행할 수 있다. 상위 제어기(210)는 제1 연료 전지(111), 제2 연료 전지(112), 제3 연료 전지(121), 제4 연료 전지(122), 제(2N-1) 연료 전지(131), 및 제(2N) 연료 전지(132)의 이용 여부를 제어할 수 있다. 상위 제어기(210)는 제1 연료 전지(111), 제2 연료 전지(112), 제3 연료 전지(121), 제4 연료 전지(122), 제(2N-1) 연료 전지(131), 및 제(2N) 연료 전지(132)에서 출력되는 에너지의 양을 제어할 수 있다.
상위 제어기(210)는 제1 인버터(113), 제2 인버터(123), 및 제N 인버터(133)로 유입되거나, 제1 인버터(113), 제2 인버터(123), 및 제N 인버터(133)로부터 출력되는 전류를 제어할 수 있다. 상위 제어기(210)는 제1 인버터(113), 제2 인버터(123), 및 제N 인버터(133)에 흐르는 전류의 방향 및 세기를 제어할 수 있다.
제1 연료 전지(111), 제2 연료 전지(112), 및 제1 인버터(113)는 계통 연계 형태로 연결될 수 있다. 제3 연료 전지(121), 제4 연료 전지(122), 및 제2 인버터(123)는 계통 연계 형태로 연결될 수 있다. 제(2N-1) 연료 전지(131), 제(2N) 연료 전지(132), 및 제N 인버터(133)는 계통 연계 형태로 연결될 수 있다.
제1 인버터(113), 제2 인버터(123), 및 제N 인버터(133)는 계통 연계 형태로 수배전반(220)과 연결될 수 있다. 수배전반(220)은 제1 인버터(113), 제2 인버터(123), 및 제N 인버터(133)를 그리드(230)와 연결시킬 수 있다. 제1 인버터(113), 제2 인버터(123), 및 제N 인버터(133)는 수배전반(220)을 통해 그리드(230)로 전기를 전달할 수 있다. 그리드(230)는 차량의 모터로 전기를 전달할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 제어 장치가 연료 전지 시스템을 제어하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
차량 제어 장치는 동작 310에서 연료 전지 시스템을 구동할 수 있다. 차량 제어 장치는 연료 전지 시스템을 구동하기 이전에 연료 전지 시스템을 대기(Stand-by) 상태로 유지할 수 있다. 차량 제어 장치는 전기적 신호에 응답하여 연료 전지 시스템을 구동하기 시작할 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 320에서 시스템이 정상적으로 동작하는지 확인할 수 있다. 차량 제어 장치는 연료 전지 시스템에서 오류가 발생하는지 여부를 확인하여 연료 전지 시스템이 정상 또는 이상인지 여부를 확인할 수 있다. 차량 제어 장치는 연료 전지 시스템이 정상적으로 동작하는 경우 (동작 320 - Yes) 동작 310으로 돌아가 연료 전지 시스템의 구동을 유지할 수 있다. 차량 제어 장치는 연료 전지 시스템이 정상적으로 동작하지 않는 경우 (동작 320 - No) 동작 330으로 진행할 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 330에서 오류가 발생한 모듈 및 오류의 종류를 확인할 수 있다. 차량 제어 장치는 연료 전지 시스템이 정상적으로 동작하지 않는 경우 연료 전지 시스템에 포함된 복수의 연료 전지 모듈들 중 적어도 하나의 모듈에서 오류가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 차량 제어 장치는 발전용 연료 전지 시스템에 포함된 연료 전지 모듈에서 발생한 순간적이고 일시적인 오류를 감지할 수 있다. 차량 제어 장치는 오류가 발생한 연료 전지 모듈의 위치 또는 일련 번호와 관련된 정보를 저장할 수 있다. 차량 제어 장치는 동일한 연료 전자 모듈에서 동일한 오류가 발생한 경우 오류가 발생한 연료 전지 모듈에 대한 오류 카운트를 증가시킬 수 있다.
차량 제어 장치는 연료 전지 모듈에서 발생한 오류의 종류를 모니터링 할 수 있다. 차량 제어 장치는 연료 전지 모듈에서 발생한 오류의 종류를 구분할 수 있다. 차량 제어 장치는 연료 전지 모듈에서 발생한 오류의 종류를 오류의 발생 위치에 따라 구분할 수 있다. 차량 제어 장치는 연료 전지 모듈에서 발생한 오류의 종류를 전력 변환 장치 오류, 연료 전지 오류, 및 유틸리티 오류로 구분할 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 340에서 동일한 모듈에서 연속적으로 동일한 오류가 임계 횟수 이상 발생하였는지 여부를 확인할 수 있다. 차량 제어 장치는 오류가 발생한 연료 전지 모듈이 이전에 오류가 발생하였던 연료 전지 모듈과 동일한지 여부를 확인할 수 있다. 차량 제어 장치는 동일한 연료 전지 모듈에서 오류가 발생한 경우 오류의 종류가 동일한 지 여부를 확인할 수 있다. 차량 제어 장치는 오류의 종류 역시 동일한 경우 동일한 오류가 연속적으로 발생한 횟수가 임계 횟수 이상인지 여부를 확인할 수 있다. 임계 횟수는 차량 제어 장치의 메모리에 미리 저장된 값일 수 있다. 임계 횟수는 사용자가 입력한 값일 수 있다. 임계 횟수는 모든 종류의 오류에 대하여 동일하게 설정될 수 있다. 임계 횟수는 오류의 종류에 따라 다르게 설정될 수 있다. 차량 제어 장치는 동일한 모듈에서 연속적으로 동일한 오류가 임계 횟수 이상 발생한 경우 동작 370으로 진행하여 연료 전지 시스템을 정지시킬 수 있다. 차량 제어 장치는 동일한 모듈에서 연속적으로 동일한 오류가 임계 횟수 이상 발생한 경우를 제외한 경우에 대하여 동작 350으로 진행할 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 350에서 오류가 발생한 모듈을 정지시킬 수 있다. 차량 제어 장치는 연료 전지 모듈 별로 선택적으로 가동 또는 정지 여부를 제어할 수 있다. 차량 제어 장치는 연료 전지 모듈에서 발생한 오류에 대응하여 연료 전지 모듈 별로 가동 또는 정지 여부를 제어할 수 있다. 차량 제어 장치는 동일한 모듈에서 연속적으로 동일한 오류가 임계 횟수 이상 발생한 경우를 제외하고는 오류가 발생한 연료 전지 모듈만을 선택적으로 정지시킬 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 360에서 오류가 발생한 모듈을 재 가동시킬 수 있다. 차량 제어 장치는 재시도(retry) 신호를 전송하여 오류가 발생한 모듈을 재 가동시킬 수 있다. 차량 제어 장치는 오류가 발생하여 정지한 연료 전지 모듈에 대하여 오류의 종류를 모니터링할 수 있다. 연료 전지 모듈에서 발생한 오류가 순간적이거나 일시적인 경우 연료 전지 모듈을 정지시켰다가 재 가동시키는 경우 정상적으로 구동할 수 있다. 차량 제어 장치는 모니터링한 연료 전지 모듈에서 발생한 오류가 순간적이거나 일시적인 경우 연료 전지 모듈을 다시 가동시킬 수 있다.
기존의 연료 전지 시스템에서는 오류가 발생하는 경우 연료 전지 시스템 전체를 정지시키고 오류가 발생한 모듈을 점검하였다. 이와 달리, 본 발명에 따른 차량 제어 장치는 오류가 동일한 모듈에서 연속적으로 동일한 오류가 임계 횟수 이상 발생한 경우를 제외하고는 오류가 발생한 모듈만을 정지 후 재 가동시킬 수 있다. 이에 따라 연료 전지 시스템의 발전 효율 및 가동율을 증가시킬 수 있다. 또한 오류가 발생한 연료 전지 모듈을 선택적으로 제어하여 연료 전지 시스템의 불필요한 에너지 소모를 감소시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 오류를 판단하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
차량 제어 장치는 동작 410에서 전력 변환 장치 오류 판단을 시작할 수 있다. 전력 변환 장치는 연료 전지 시스템의 발전 동작으로 연료 전지 모듈에 포함된 연료 전지 스택(stack)에서 생성된 직류(Direct Current, DC) 전력을 교류 (Alternating Current, AC) 전력으로 변환할 수 있다. 차량 제어 장치는 연료 전지 모듈에서 오류가 발생한 경우 연료 전지 모듈에서 발생한 오류의 종류가 전력 변환 장치에서 발생한 전력 변환 장치 오류인 지 여부를 확인하기 위해 전력 변환 장치 오류 판단을 시작할 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 420에서 전력 변환 장치의 상태를 모니터링 할 수 있다. 차량 제어 장치는 전력 변환 장치 오류 판단에 포함된 논리(logic) 또는 알고리즘(algorism)에 따라 전력 변환 장치의 정상 또는 이상 여부를 모니터링 할 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 430에서 전력 변환 장치의 상태가 정상인지 여부를 확인할 수 있다. 차량 제어 장치는 전력 변환 장치의 상태가 정상인 경우 동작 410으로 돌아가 전력 변환 장치 오류 판단을 유지할 수 있다. 차량 제어 장치는 전력 변환 장치의 상태에 이상이 발생한 경우 동작 440으로 진행할 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 440에서 전력 변환 장치의 오류가 발생한 정도가 임계 수치 이하인지 여부를 확인할 수 있다. 오류가 발생한 정도는 전력 변환 장치 오류 판단에 포함된 논리 또는 알고리즘에서 정한 기준에 따라 수치화될 수 있다. 임계 수치는 전력 변환 장치 오류 판단에 포함된 논리 또는 알고리즘에서 미리 결정한 값일 수 있다. 오류가 발생한 정도를 수치화한 값을 임계 수치와 비교할 수 있다. 차량 제어 장치는 동작 440에서 전력 변환 장치에서 발생한 오류를 오류가 발생한 정도에 따라 가벼운 고장(경 고장) 및 심각한 고장 (중 고장)으로 구분할 수 있다. 차량 제어 장치는 동작 440에서 전력 변환 장치의 오류가 발생한 정도가 임계 수치 이하인 경우 오류를 가벼운 고장으로 구분할 수 있다. 차량 제어 장치는 동작 440에서 전력 변환 장치의 오류가 발생한 정도가 임계 수치보다 큰 경우 오류를 심각한 고장으로 구분할 수 있다. 차량 제어 장치는 오류가 발생한 정도가 임계 수치 이하인 경우 (동작 440 - Yes) 동작 450으로 진행할 수 있다. 차량 제어 장치는 오류가 발생한 정도가 임계 수치보다 큰 경우 (동작 440 - No) 동작 480으로 진행하여 오류가 발생한 연료 전지 모듈을 정지시킬 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 450에서 오류가 발생한 횟수를 카운팅할 수 있다. 차량 제어 장치는 오류가 발생한 전력 변환 장치에서 오류가 몇 번 발생하였는지 카운팅할 수 있다. 차량 제어 장치는 카운팅한 횟수를 저장할 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 460에서 오류가 발생한 횟수가 임계 횟수 이하인지 여부를 확인할 수 있다. 차량 제어 장치는 오류가 발생한 횟수가 임계 횟수 이하인 경우 (동작 460 - Yes) 동작 470으로 진행할 수 있다. 차량 제어 장치는 오류가 발생한 횟수가 임계 횟수보다 많은 경우 (동작 460 - No) 동작 480으로 진행하여 오류가 발생한 연료 전지 모듈을 정지시킬 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 470에서 오류가 발생한 모듈을 재 가동 시킬 수 있다. 차량 제어 장치는 전력 변환 장치에서 발생한 오류가 가벼운 고장에 해당하고, 오류가 발생한 횟수가 임계 횟수 이하인 경우 오류가 발생한 연료 전지 모듈만을 재 가동시킬 수 있다. 차량 제어 장치는 선택적으로 연료 전지 모듈의 재 가동을 수행하여 연료 전지 모듈의 정지 횟수를 감소시킬 수 있다. 이 경우 연료 전지 시스템의 발전 효율 및 가동율을 증가시킬 수 있다. 또한 전력 변환 장치 오류가 발생한 연료 전지 모듈을 선택적으로 제어하여 연료 전지 시스템의 불필요한 에너지 소모를 감소시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료 전지의 오류를 판단하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
차량 제어 장치는 동작 510에서 연료 전지 오류 판단을 시작할 수 있다. 연료 전지는 연료 전지 시스템의 발전을 위한 동력원일 수 있다. 연료 전지는 수소와 공기의 반응을 수행하는 스택, 공기를 공급하는 블로워(blower), 냉각을 담당하는 냉각수 펌프 모듈을 포함할 수 있다. 차량 제어 장치는 연료 전지 모듈에서 오류가 발생한 경우 연료 전지 모듈에서 발생한 오류의 종류가 연료 전지에서 발생한 연료 전지 오류인 지 여부를 확인하기 위해 연료 전지 오류 판단을 시작할 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 520에서 연료 전지의 상태를 모니터링 할 수 있다. 차량 제어 장치는 연료 전지 오류 판단에 포함된 논리 또는 알고리즘에 따라 연료 전지의 정상 또는 이상 여부를 모니터링 할 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 530에서 연료 전지의 상태가 정상인지 여부를 확인할 수 있다. 차량 제어 장치는 연료 전지의 상태가 정상인 경우 동작 510으로 돌아가 연료 전지 오류 판단을 유지할 수 있다. 차량 제어 장치는 연료 전지의 상태에 이상이 발생한 경우 동작 540으로 진행할 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 540에서 연료 전지의 오류가 수소 관련 오류 또는 냉각수 관련 오류인지 여부를 확인할 수 있다. 차량 제어 장치는 동작 540에서 연료 전지에서 발생한 오류를 오류의 내용에 따라 수소 또는 냉각수 관련 오류 및 기타 오류로 구분할 수 있다. 수소 또는 냉각수 관련 오류는 수소의 누출(leak) 및 냉각수의 부족을 포함할 수 있다. 수소 또는 냉각수 관련 오류는 연료 전지 시스템의 안전에 심각한 문제를 발생시킬 수 있다. 차량 제어 장치는 동작 540에서 연료 전지의 오류가 수소 관련 오류 또는 냉각수 관련 오류인 경우 (동작 540 - Yes) 동작 580으로 진행하여 오류가 발생한 연료 전지 모듈을 정지할 수 있다. 차량 제어 장치는 동작 540에서 연료 전지의 오류가 기타 오류인 경우 (동작 540 - No) 동작 550으로 진행할 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 550에서 오류가 발생한 횟수를 카운팅할 수 있다. 차량 제어 장치는 오류가 발생한 연료 전지에서 오류가 몇 번 발생하였는지 카운팅할 수 있다. 차량 제어 장치는 카운팅한 횟수를 저장할 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 560에서 오류가 발생한 횟수가 임계 횟수 이하인지 여부를 확인할 수 있다. 차량 제어 장치는 오류가 발생한 횟수가 임계 횟수 이하인 경우 (동작 560 - Yes) 동작 570으로 진행할 수 있다. 차량 제어 장치는 오류가 발생한 횟수가 임계 횟수보다 많은 경우 (동작 560 - No) 동작 580으로 진행하여 오류가 발생한 연료 전지 모듈을 정지시킬 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 570에서 오류가 발생한 모듈을 재 가동 시킬 수 있다. 차량 제어 장치는 연료 전지에서 발생한 오류가 기타 오류에 해당하고, 오류가 발생한 횟수가 임계 횟수 이하인 경우 오류가 발생한 연료 전지 모듈만을 재 가동시킬 수 있다. 차량 제어 장치는 선택적으로 연료 전지 모듈의 재 가동을 수행하여 연료 전지 모듈의 정지 횟수를 감소시킬 수 있다. 이 경우 연료 전지 시스템의 발전 효율 및 가동율을 증가시킬 수 있다. 또한 전력 변환 장치 오류가 발생한 연료 전지 모듈을 선택적으로 제어하여 연료 전지 시스템의 불필요한 에너지 소모를 감소시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유틸리티의 오류를 판단하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
차량 제어 장치는 동작 610에서 유틸리티 오류 판단을 시작할 수 있다. 유틸리티는 연료 전지 시스템에서 전기를 생성할 수 있는 인프라(infra) 및 제반 설비를 포함할 수 있다. 유틸리티는 수소 공급 및 통합 냉각 제어 모듈을 포함할 수 있다. 차량 제어 장치는 연료 전지 모듈에서 오류가 발생한 경우 연료 전지 모듈에서 발생한 오류의 종류가 유틸리티에서 발생한 유틸리티 오류인 지 여부를 확인하기 위해 유틸리티 오류 판단을 시작할 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 620에서 유틸리티의 상태를 모니터링 할 수 있다. 차량 제어 장치는 유틸리티 오류 판단에 포함된 논리 또는 알고리즘에 따라 유틸리티의 정상 또는 이상 여부를 모니터링 할 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 630에서 유틸리티의 상태가 정상인지 여부를 확인할 수 있다. 차량 제어 장치는 유틸리티의 상태가 정상인 경우 동작 610으로 돌아가 유틸리티의 오류 판단을 유지할 수 있다. 차량 제어 장치는 연료 전지의 상태에 이상이 발생한 경우 동작 640으로 진행할 수 있다.
차량 제어 장치는 동작 640에서 오류가 발생한 연료 전지 모듈을 정지시킬 수 있다. 수소 공급 및 통합 냉각과 관련된 오류는 연료 전지 시스템의 안전에 심각한 문제를 발생시킬 수 있다. 차량 제어 장치는 유틸리티에 오류가 발생한 경우 수소 공급 및 통합 냉각과 관련된 오류가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 차량 제어 장치는 수소 공급 및 통합 냉각과 관련된 유틸리티 오류가 발생하는 경우 재 가동을 시도하지 않고 오류가 발생한 연료 전지 모듈을 정지시킬 수 있다. 이 경우 연료 전지 시스템의 안전에 심각한 문제가 발생하는 경우 오류가 발생한 연료 전지 모듈을 정지시켜 연료 전지 시스템의 안전성을 증가시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템을 도시한다.
도 7을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 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, 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.
Claims (20)
- 연료 전지 시스템을 제어하는 차량 제어 장치에 있어서,
상기 연료 전지 시스템에 포함된 연료 전지 모듈들 중 오류가 발생한 연료 전지 모듈 및 상기 오류의 종류를 확인하고,
상기 연료 전지 모듈들 중 동일한 연료 전지 모듈에서 연속적으로 동일한 오류가 발생한 경우를 제외한 경우, 상기 오류가 발생한 상기 연료 전지 모듈을 정지하고, 및
상기 오류가 발생한 상기 연료 전지 모듈을 재 가동시키도록 설정된 차량 제어 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 연료 전지 모듈들 각각은,
연료 전지 2대 및 인버터 1대로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 연료 전지 모듈에서 발생한 순간적이고 일시적인 상기 오류를 감지하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 오류가 발생한 상기 연료 전지 모듈의 위치 또는 일련 번호와 관련된 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 오류가 동일한 경우 상기 오류가 발생한 상기 연료 전지 모듈에 대한 오류 카운트를 증가시키는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 오류의 종류를 상기 오류의 발생 위치에 따라 전력 변환 장치 오류, 연료 전지 오류, 및 유틸리티 오류로 구분하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치. - 청구항 1에 있어서,
연료 전지 모듈 별로 선택적으로 가동 또는 정지 여부를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 오류의 종류가 전력 변환 장치에서 발생한 전력 변환 장치 오류인 경우 상기 전력 변환 장치에서 발생한 오류의 정도가 임계 수치 이하이고 상기 오류가 발생한 횟수가 임계 횟수 이하인 경우 상기 오류가 발생한 연료 전지 모듈만을 재 가동하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 오류의 종류가 연료 전지에서 발생한 연료 전지 오류인 경우 상기 연료 전지에서 발생한 오류가 수소 또는 냉각수 관련 오류를 제외한 기타 오류이고 상기 오류가 발생한 횟수가 임계 횟수 이하인 경우 상기 오류가 발생한 연료 전지 모듈만을 재 가동하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 오류의 종류가 수소 공급 및 통합 냉각과 관련된 유틸리티 오류인 경우 상기 오류가 발생한 연료 전지 모듈을 정지시키는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치. - 연료 전지 시스템의 제어 방법에 있어서,
상기 연료 전지 시스템에 포함된 연료 전지 모듈들 중 오류가 발생한 연료 전지 모듈 및 상기 오류의 종류를 확인하는 동작;
상기 연료 전지 모듈들 중 동일한 연료 전지 모듈에서 연속적으로 동일한 오류가 발생한 경우를 제외한 경우, 상기 오류가 발생한 상기 연료 전지 모듈을 정지하는 동작; 및
상기 오류가 발생한 상기 연료 전지 모듈을 재 가동시키는 동작을 포함하는, 제어 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 연료 전지 모듈들 각각은,
연료 전지 2대 및 인버터 1대로 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 연료 전지 모듈에서 발생한 순간적이고 일시적인 상기 오류를 감지하는 것을 특징으로 하는 제어 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 오류가 발생한 상기 연료 전지 모듈의 위치 또는 일련 번호와 관련된 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 제어 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 오류가 동일한 경우 상기 오류가 발생한 상기 연료 전지 모듈에 대한 오류 카운트를 증가시키는 것을 특징으로 하는 제어 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 오류의 종류를 상기 오류의 발생 위치에 따라 전력 변환 장치 오류, 연료 전지 오류, 및 유틸리티 오류로 구분하는 것을 특징으로 하는 제어 방법. - 청구항 11에 있어서,
연료 전지 모듈 별로 선택적으로 가동 또는 정지 여부를 제어하는 것을 특징으로 하는 제어 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 오류의 종류가 전력 변환 장치에서 발생한 전력 변환 장치 오류인 경우 상기 전력 변환 장치에서 발생한 오류의 정도가 임계 수치 이하이고 상기 오류가 발생한 횟수가 임계 횟수 이하인 경우 상기 오류가 발생한 연료 전지 모듈만을 재 가동하는 것을 특징으로 하는 제어 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 오류의 종류가 연료 전지에서 발생한 연료 전지 오류인 경우 상기 연료 전지에서 발생한 오류가 수소 또는 냉각수 관련 오류를 제외한 기타 오류이고 상기 오류가 발생한 횟수가 임계 횟수 이하인 경우 상기 오류가 발생한 연료 전지 모듈만을 재 가동하는 것을 특징으로 하는 제어 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 오류의 종류가 수소 공급 및 통합 냉각과 관련된 유틸리티 오류인 경우 상기 오류가 발생한 연료 전지 모듈을 정지시키는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
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| KR1020220036901A KR20230138810A (ko) | 2022-03-24 | 2022-03-24 | 연료 전지 시스템을 제어하는 차량 제어 장치 및 그 제어 방법 |
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