KR20230143888A - Flooding restore control method and system for fuel cell system of vehicle - Google Patents

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김원중
박효진
심재영
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Abstract

연료전지 시스템의 침수시 배기구 막힘에 따른 배압 상승을 공기압축기 출구부 압력 변화를 통해 감지하여 침수 여부를 판단하고, 공기압축기의 회전수를 증대시키면서 배압 해소를 위한 추가 회복제어를 실시함으로써, 연료전지 시스템의 침수 상황을 해소하면서도 공기압축기의 파손을 예방함과 아울러, 완전 침수 상황에서 물 유입에 의한 연료전지 시스템 고장을 사전에 차단할 수 있는 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법 및 시스템이 소개된다.When the fuel cell system is flooded, the rise in back pressure due to blockage of the exhaust port is detected through the change in pressure at the outlet of the air compressor to determine whether there is flooding, and by increasing the rotation speed of the air compressor and performing additional recovery control to relieve back pressure, the fuel cell Introducing a recovery control method and system when a vehicle's fuel cell system is flooded, which prevents damage to the air compressor while resolving system flooding, and can prevent fuel cell system failure due to water inflow in a complete flood situation. do.

Figure P1020220043101
Figure P1020220043101

Description

차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법 및 시스템 {FLOODING RESTORE CONTROL METHOD AND SYSTEM FOR FUEL CELL SYSTEM OF VEHICLE}Recovery control method and system in case of flooding of vehicle fuel cell system {FLOODING RESTORE CONTROL METHOD AND SYSTEM FOR FUEL CELL SYSTEM OF VEHICLE}

본 발명은 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법 및 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 연료전지 시스템의 침수시 배기구 막힘에 따른 배압 상승을 공기압축기 출구부 압력 변화를 통해 감지하여 침수 여부를 판단하고, 공기압축기의 회전수를 증대시키면서 배압 해소를 위한 추가 회복제어를 실시하는 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a recovery control method and system when the fuel cell system of a vehicle is flooded. Specifically, when the fuel cell system is flooded, the increase in back pressure due to exhaust port blockage is detected through the change in pressure at the outlet of the air compressor to determine whether or not it is flooded. It relates to a recovery control method and system in case of flooding of a vehicle's fuel cell system that performs additional recovery control to relieve back pressure while increasing the rotation speed of the air compressor.

최근 세계적인 고유가 및 CO2 규제로 인해, 연비향상 및 친환경은 차량개발 분야에서의 핵심 목표가 되었다. 이러한 목표를 달성하기 위해 전세계의 자동차 기업은 하이브리드 차량 및 전기차에 관한 기술 개발에 집중하고 있다.Due to recent global oil prices and CO2 regulations, improving fuel efficiency and eco-friendliness have become key goals in vehicle development. To achieve these goals, automotive companies around the world are focusing on developing technologies for hybrid and electric vehicles.

전기차는 가솔린 자동차와는 달리, 배터리와 전력변환장치(인버터)와 모터로 구성된다. 배터리는 에너지 저장 장치이고, 전력변환장치는 배터리의 전기에너지를 차량의 구동력으로 변환하는 장치이며, 이에 따라 모터를 작동시켜 차량이 구동하게 된다.Unlike gasoline cars, electric vehicles consist of a battery, a power conversion device (inverter), and a motor. The battery is an energy storage device, and the power conversion device is a device that converts the electric energy of the battery into driving power of the vehicle, thereby operating the motor to drive the vehicle.

한편, 전기차는 위와 같이 배터리를 이용하는 배터리 전기차(Battery Electric Vehicle, BEV)와 연료전지를 이용한 연료전지 차량(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV)으로 구분할 수 있다.Meanwhile, electric vehicles can be divided into battery electric vehicles (BEV), which use batteries, and fuel cell electric vehicles (FCEV), which use fuel cells, as described above.

연료전지 차량은 연료전지에 의해 발전된 전력으로 모터를 구동하고, 그 동력에 의해 차축 및 차륜을 회전시켜 주행한다. 일반적으로 연료전지 차량에 탑재되는 연료전지 시스템은, 동력원으로 사용하는 복수의 연료전지 셀들을 적층 시킨 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소 등을 공급하는 연료공급시스템, 전기화학(electrochemistry)반응에 필요한 산화제인 산소를 공급하는 공기공급시스템, 연료전지 스택의 온도를 제어하는 물과 열 관리 시스템 등을 포함한다.A fuel cell vehicle drives a motor using power generated by a fuel cell, and rotates the axles and wheels using the power to drive. In general, the fuel cell system mounted on a fuel cell vehicle consists of a fuel cell stack that stacks a plurality of fuel cell cells used as a power source, a fuel supply system that supplies hydrogen as a fuel to the fuel cell stack, and an electrochemistry reaction. It includes an air supply system that supplies oxygen, the necessary oxidizing agent, and a water and heat management system that controls the temperature of the fuel cell stack.

그리고 연료전지 스택의 전기 에너지 생성 과정에서 발생되는 부산물(생성수(물), 전기화학반응에 따라 발생하는 고온의 열 등을 의미한다.)과 배기가스(미반응 수소와 산소 등을 의미한다.) 등을 차량의 외부로 배출하기 위한 배출 시스템이 필수적으로 마련된다.In addition, by-products (referring to product water (water), high-temperature heat generated due to electrochemical reactions, etc.) and exhaust gases (referring to unreacted hydrogen and oxygen, etc.) generated during the electrical energy generation process of the fuel cell stack. ), etc., must be equipped with an exhaust system to discharge them to the outside of the vehicle.

이러한 배출 시스템은, 배출구와 배출 유로를 기본 구성요소로 하여 배출밸브, 배출 유로의 압력을 감지하는 배출압력감지센서 등으로 구성된다. 여기서 배출구는 엔진으로 구동되는 내연기관 차량과 마찬가지로, 차량 본체 후방의 바닥 하부에 배치됨이 일반적이다.This discharge system consists of an outlet and a discharge passage as basic components, a discharge valve, and a discharge pressure detection sensor that detects the pressure of the discharge passage. Here, the exhaust outlet is generally located at the bottom of the floor at the rear of the vehicle body, similar to an internal combustion engine vehicle driven by an engine.

이와 같이 배출구를 배치함으로써, 연료전지로부터 배출되는 배기가스와 부산물 등을 차량의 주행도로 노면 상에 배출할 수 있게 된다.By arranging the outlet in this way, exhaust gases and by-products discharged from the fuel cell can be discharged onto the road surface of the vehicle.

그러나 연료전지 차량이 침수로 상을 주행하는 경우, 노면 상에 존재하는 물이 배출구로 유입되어 배출구가 막히거나 배출 유로에 배압이 형성될 수 있다.However, when a fuel cell vehicle drives on a flooded road, water existing on the road surface may flow into the outlet, which may block the outlet or create back pressure in the outlet passage.

이와 같이 배압이 형성되는 경우, 공기공급시스템의 주요 구성인 공기압축기의 운전점이 변경되며, 공기압축기의 운전점이 변경된 상태로 연료전지 시스템을 장시간 운전하게 되면, 공기압축기가 파손되는 문제가 발생한다.When back pressure is formed in this way, the operating point of the air compressor, which is a major component of the air supply system, changes. If the fuel cell system is operated for a long time with the operating point of the air compressor changed, the problem of damage to the air compressor occurs.

또한, 배출구의 단면이 전부 막히는 경우(이하, '완전 침수 상황'이라고 한다.)에는 배출 유로를 따라 물이 유입되어 연료전지 시스템 자체의 고장을 유발하는 문제가 있다.Additionally, in the case where the entire cross section of the discharge port is blocked (hereinafter referred to as a 'completely flooded situation'), there is a problem that water flows in along the discharge passage, causing a failure of the fuel cell system itself.

따라서 연료전지 차량에 있어서 차량의 침수를 감지하고 이를 해소하는 기능을 탑재하는 것은 차량의 내구성 및 안전성 향상 측면에서 중요하며, 특히 일년 중 장마철에 강우가 집중되는 기후를 가지고 있어, 해마다 장마철이 되면 집중 호우에 따른 차량 침수 피해가 발생하는 우리나라의 경우에 있어서는 더욱 중요하다.Therefore, it is important for fuel cell vehicles to be equipped with a function to detect and resolve vehicle flooding in terms of improving the durability and safety of the vehicle. In particular, we have a climate where rainfall is concentrated during the rainy season of the year, so it is concentrated every year during the rainy season. This is even more important in the case of Korea, where vehicle flooding occurs due to heavy rain.

이에, 종래 차량의 위치정보에 기반하여 강우 정보를 수신하여 차량의 서스펜션을 상승시킴으로써 침수를 방지하거나, 노면 상황을 파악할 수 있는 별도의 수위센서를 장착하여 침수를 감지하는 방법 등이 적용된 바 있다.Accordingly, conventional methods have been applied to prevent flooding by receiving rainfall information based on the vehicle's location information and raising the vehicle's suspension, or to detect flooding by installing a separate water level sensor that can determine the road surface condition.

그러나 이와 같은 종래 방식은 간접적으로 차량의 침수를 방지할 뿐, 차량의 침수 상황을 실시간으로 감지하여 이를 해소하는 것이 아니며, 침수 조건 판단을 위해 별도의 추가 장치를 장착해야 하므로 재료비 및 생산단가가 상승하는 단점이 있다.However, this conventional method only indirectly prevents vehicle flooding, and does not detect and resolve vehicle flooding in real time. Additionally, a separate additional device must be installed to determine flooding conditions, which increases material and production costs. There is a downside to this.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The matters described as background technology above are only for the purpose of improving understanding of the background of the present invention, and should not be taken as acknowledgment that they correspond to prior art already known to those skilled in the art.

KRKR 10-2019-0135105 10-2019-0135105 AA

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 연료전지 시스템의 침수시 배기구 막힘에 따른 배압 상승을 공기압축기 출구부 압력 변화를 통해 감지하여 침수 여부를 판단하고, 공기압축기의 회전수를 증대시키면서 배압 해소를 위한 추가 회복제어를 실시함으로써, 연료전지 시스템의 침수 상황을 해소하면서도 공기압축기의 파손을 예방함과 아울러, 완전 침수 상황에서 물 유입에 의한 연료전지 시스템 고장을 사전에 차단할 수 있는 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법 및 시스템을 제공하고자 한다.The present invention was proposed to solve this problem. When the fuel cell system is flooded, the increase in back pressure due to exhaust port blockage is detected through the change in pressure at the outlet of the air compressor to determine whether it is flooded, and by increasing the rotation speed of the air compressor. By implementing additional recovery control to relieve back pressure, it is possible to prevent damage to the air compressor while relieving flooding of the fuel cell system, and to prevent fuel cell system failure due to water inflow in the vehicle in a complete flooding situation. The purpose is to provide a recovery control method and system when a fuel cell system is flooded.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법은, 차량의 연료전지 시스템의 침수여부를 판단하는 단계, 연료전지 시스템이 침수된 것으로 판단된 경우, 연료전지 스택의 캐소드 측으로 공기를 공급하는 공기압축기의 회전수가 증대되도록 공기압축기를 제어하여 회복제어를 실시하는 단계 및 공기압축기의 회전수 증대 후 연료전지 시스템의 침수 상황이 해소된 것으로 판단된 경우 공기압축기의 회전수를 정상 제어하는 단계를 포함한다.The recovery control method in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention to achieve the above object includes the steps of determining whether the fuel cell system of the vehicle has been flooded, and if it is determined that the fuel cell system has been flooded, the fuel cell Performing recovery control by controlling the air compressor to increase the rotation speed of the air compressor that supplies air to the cathode side of the stack, and if it is determined that the flooding situation of the fuel cell system has been resolved after increasing the rotation speed of the air compressor, the air compressor It includes the step of controlling the rotation speed to normal.

본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 연료전지 시스템의 침수여부를 판단하는 단계는, 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택에 공급되는 공기의 목표 유량을 산출하는 단계, 산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값을 기반으로 공기압축기의 출구 압력 이상여부를 판단하는 단계 및 공기압축기의 출구 압력에 이상이 있는 경우, 연료전지 시스템이 침수된 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.The step of determining whether the fuel cell system is flooded in the recovery control method when the fuel cell system of a vehicle according to the present invention is flooded includes calculating the target flow rate of air supplied to the fuel cell stack based on the required output, the calculated It may include determining whether the outlet pressure of the air compressor is abnormal based on a preset reference value according to the target flow rate of air, and determining that the fuel cell system is flooded if there is an abnormality in the outlet pressure of the air compressor. .

본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값을 기반으로 공기압축기의 출구 압력 이상여부를 판단하는 단계는, 공기압력센서에서 공기압축기의 출구 압력을 측정하는 단계 및 공기압력센서에서 측정한 공기압축기의 출구 압력을 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값과 비교하여 공기압축기의 출구 압력 이상여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.The step of determining whether the outlet pressure of the air compressor is abnormal based on a reference value prepared in advance according to the target air flow rate calculated in the recovery control method when the fuel cell system of a vehicle according to the present invention is Measuring the outlet pressure and comparing the outlet pressure of the air compressor measured by the air pressure sensor with a preset reference value according to the target flow rate of air calculated based on the required output to determine whether the outlet pressure of the air compressor is abnormal. It can be included.

본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택에 공급되는 공기의 목표 유량을 산출하는 단계 이후에는, 공기유량센서에서 공기압축기로 유입되는 공기의 유량을 측정하는 단계 및 공기유량센서에서 측정한 공기의 유량과 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량의 차이에 따라 공급 공기의 유량 부족여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.After calculating the target flow rate of air supplied to the fuel cell stack based on the required output of the recovery control method when the vehicle's fuel cell system is flooded according to the present invention, the flow rate of air flowing from the air flow sensor to the air compressor is It may further include measuring and determining whether the supply air flow rate is insufficient according to the difference between the air flow rate measured by the air flow sensor and the target air flow rate calculated based on the required output.

본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 회복제어를 실시하는 단계는, 공기압축기의 회전수 증대와 동시에 공기유량센서에서 측정한 공기의 유량과 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택에 공급되는 공기의 목표 유량의 차이에 따라 미리 마련된 기준값에 따라 연료전지 스택의 전류를 제한하는 것을 특징으로 할 수 있다.The step of performing recovery control of the recovery control method when the vehicle's fuel cell system is flooded according to the present invention is to increase the rotation speed of the air compressor and simultaneously build the fuel cell stack based on the air flow rate and required output measured by the air flow sensor. It may be characterized in that the current of the fuel cell stack is limited according to a preset reference value depending on the difference in the target flow rate of air supplied to.

본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 회복제어를 실시하는 단계는, 공기압축기의 회전수 증대 후 연료전지 스택의 애노드 측으로 수소를 공급하는 수소공급밸브의 개도량을 증가시키는 것을 특징으로 할 수 있다.The step of performing recovery control of the recovery control method when the fuel cell system of a vehicle according to the present invention is flooded includes increasing the opening amount of the hydrogen supply valve that supplies hydrogen to the anode side of the fuel cell stack after increasing the rotation speed of the air compressor. It can be characterized as:

본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 회복제어를 실시하는 단계는, 공기압축기의 회전수 증대 후 연료전지 스택의 캐소드를 통과한 공기를 차량의 외부로 배출하는 공기배출밸브의 개도량을 증가시키는 것을 특징으로 할 수 있다.The step of performing recovery control of the recovery control method when the fuel cell system of a vehicle according to the present invention is flooded includes an air discharge valve that discharges air that has passed through the cathode of the fuel cell stack to the outside of the vehicle after increasing the rotation speed of the air compressor. It can be characterized by increasing the amount of opening.

본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 회복제어를 실시하는 단계 이후에는, 공기압축기의 출구 압력에 기반하여 연료전지 시스템의 침수 상황 해소 여부를 판단하는 단계 및 침수 상황이 해소되지 않은 경우, 공기배출밸브의 개도량을 점진적으로 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.After the step of performing recovery control of the recovery control method in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention, the step of determining whether the flooding situation of the fuel cell system has been resolved based on the outlet pressure of the air compressor and the flooding situation being resolved. If not, a step of gradually increasing the opening amount of the air discharge valve may be further included.

본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 공기배출밸브의 개도량을 점진적으로 증가시키는 단계는, 공기배출밸브의 개도량이 완전 개방된 경우, 연료전지 시스템의 운전을 정지시키는 것을 특징으로 할 수 있다.The step of gradually increasing the opening amount of the air discharge valve in the flood recovery control method of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention includes stopping the operation of the fuel cell system when the opening amount of the air discharge valve is fully opened. It can be characterized.

본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 공기배출밸브의 개도량을 점진적으로 증가시키는 단계는, 공기배출밸브의 개도량이 완전 개방된 경우, 공기압축기를 통과한 공기를 연료전지 스택의 캐소드로 공급하는 공기공급밸브를 폐쇄한 후 연료전지 시스템의 운전을 정지시키는 것을 특징으로 할 수 있다.The step of gradually increasing the opening amount of the air discharge valve in the flood recovery control method of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention is that when the opening amount of the air discharge valve is fully opened, the air that has passed through the air compressor is transferred to the fuel cell. It may be characterized by stopping the operation of the fuel cell system after closing the air supply valve that supplies to the cathode of the stack.

본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어 시스템은, 공기가 공급되는 캐소드 및 수소가 공급되는 애노드를 포함하여 구성된 연료전지 스택 연료전지 스택의 캐소드 측으로 공기를 공급하는 공기압축기 및 차량의 연료전지 시스템의 침수여부를 판단하고, 연료전지 시스템이 침수된 것으로 판단된 경우, 연료전지 스택의 캐소드 측으로 공기를 공급하는 공기압축기의 회전수가 증대되도록 공기압축기를 제어하여 회복제어를 실시하며, 공기압축기의 회전수 증대 후 연료전지 시스템의 침수 상황이 해소된 것으로 판단된 경우 공기압축기의 회전수를 정상 제어하는 제어기를 포함한다.The recovery control system in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention includes an air compressor that supplies air to the cathode of the fuel cell stack and a fuel cell stack that includes a cathode to which air is supplied and an anode to which hydrogen is supplied. It is determined whether the fuel cell system has been flooded, and if it is determined that the fuel cell system has been flooded, recovery control is performed by controlling the air compressor to increase the rotation speed of the air compressor that supplies air to the cathode side of the fuel cell stack. It includes a controller that normally controls the rotation speed of the air compressor when it is determined that the flooding situation of the fuel cell system has been resolved after increasing the rotation speed of the compressor.

본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어 시스템은, 공기압축기의 입구부에 마련되어 공기압축기로 유입되는 공기의 유량을 측정하는 공기유량센서를 더 포함하고, 제어기는 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택에 공급되는 공기의 목표 유량을 산출하고, 공기유량센서에서 측정한 공기의 유량과 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량 차이에 따라 공급 공기의 유량 부족여부를 판단할 수 있다.The recovery control system in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention further includes an air flow sensor provided at the inlet of the air compressor to measure the flow rate of air flowing into the air compressor, and the controller measures the flow rate of air flowing into the air compressor based on the required output. The target flow rate of air supplied to the fuel cell stack can be calculated, and whether the supply air flow rate is insufficient can be determined based on the difference between the air flow rate measured by the air flow sensor and the target air flow rate calculated based on the required output.

본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어 시스템은, 공기압축기의 출구부에 마련되어 공기압축기의 출구 압력을 측정하는 공기압력센서를 더 포함하고, 제어기는 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택에 공급되는 공기의 목표 유량을 산출하고, 공기압력센서에서 측정한 공기압축기의 출구 압력을 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값과 비교하여 공기압축기의 출구 압력 이상여부를 판단할 수 있다.The recovery control system in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention further includes an air pressure sensor provided at the outlet of the air compressor to measure the outlet pressure of the air compressor, and the controller controls the fuel cell stack based on the required output. Calculate the target flow rate of air supplied to the air compressor, and compare the outlet pressure of the air compressor measured by the air pressure sensor with a standard value prepared in advance according to the target flow rate of air calculated based on the required output to determine whether the outlet pressure of the air compressor is abnormal. You can judge.

본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어 시스템은, 연료전지 스택의 애노드 측으로 수소를 공급하는 수소공급밸브 및 연료전지 스택의 캐소드를 통과한 공기를 차량의 외부로 배출하는 공기배출밸브를 더 포함하고, 제어기는 공기압축기의 회전수 증대 후 수소공급밸브와 공기배출밸브의 개도량이 증가되도록 수소공급밸브와 공기배출밸브를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.The recovery control system in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention includes a hydrogen supply valve that supplies hydrogen to the anode side of the fuel cell stack and an air discharge valve that discharges air that has passed through the cathode of the fuel cell stack to the outside of the vehicle. It may further include, and the controller may be characterized in that it controls the hydrogen supply valve and the air discharge valve so that the opening amount of the hydrogen supply valve and the air discharge valve increases after increasing the rotation speed of the air compressor.

본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어 시스템은, 공기압축기를 통과한 공기를 연료전지 스택의 캐소드로 공급하는 공기공급밸브를 더 포함하고, 제어기는 공기배출밸브의 개도량이 완전 개방된 경우, 공기공급밸브를 폐쇄한 후 연료전지 시스템의 운전을 정지시키는 것을 특징으로 할 수 있다.The recovery control system in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention further includes an air supply valve that supplies air that has passed through the air compressor to the cathode of the fuel cell stack, and the controller fully opens the air discharge valve. In this case, the operation of the fuel cell system may be stopped after closing the air supply valve.

본 발명의 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법 및 시스템에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.According to the flood recovery control method and system of a vehicle fuel cell system of the present invention, the following effects are achieved.

첫째, 연료전지 시스템 침수 조건에서의 배압 상승과 공기압축기 출구부 압력 변화 간 관계로부터 침수 여부를 판단함으로써, 연료전지 시스템의 침수 판단을 위한 별도의 추가 장치를 장착하지 않고도 기존의 연료전지 시스템의 구성에 기반하여 침수 여부를 판단할 수 있어, 종래의 기술적 한계를 극복하고 추가 재료비 상승 문제를 방지할 수 있다.First, by determining whether or not there is flooding from the relationship between the increase in back pressure and the change in pressure at the outlet of the air compressor under flooded conditions of the fuel cell system, the existing fuel cell system can be configured without installing a separate additional device to determine flooding of the fuel cell system. Based on this, it is possible to determine whether or not there is flooding, thereby overcoming conventional technical limitations and preventing additional material cost increases.

둘째, 공기압축기의 회전수를 증대시키면서 배압 해소를 위한 추가 회복제어를 실시함으로써, 연료전지 시스템의 침수 상황을 해소하면서도 공기압축기의 파손을 예방하고, 완전 침수 상황에서 물 유입에 의한 연료전지 시스템 고장을 사전에 차단할 수 있다.Second, by increasing the number of rotations of the air compressor and performing additional recovery control to relieve back pressure, it prevents damage to the air compressor while resolving the flooding situation of the fuel cell system, and prevents fuel cell system failure due to water inflow in a complete flooding situation. can be blocked in advance.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어 시스템을 나타낸 도면.
도 3은 공기압축기로 흡입되는 공기의 유량과 공기압축기의 출구 압력 간 관계를 나타낸 그래프.
도 4는 공기의 측정 유량과 목표 유량의 차이에 따른 연료전지 스택의 전류 제한 비율을 나타낸 그래프.
1 is a flowchart of a recovery control method when a fuel cell system of a vehicle is flooded according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing a recovery control system when a fuel cell system of a vehicle is flooded according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph showing the relationship between the flow rate of air sucked into an air compressor and the outlet pressure of the air compressor.
Figure 4 is a graph showing the current limiting ratio of the fuel cell stack according to the difference between the measured flow rate of air and the target flow rate.

이 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part “includes” a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.

또한, 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.In addition, terms such as first and/or second may be used to describe various components, but these terms are only used to distinguish the component from other components, for example, from the scope of rights according to the concept of the present invention. Without exception, the first component may be referred to as the second component, and similarly the second component may also be referred to as the first component.

이하, 첨부된 도면들을 참고하여 개시된 발명의 여러 실시형태에 대한 구성 및 작용원리를 상세하게 설명한다.Hereinafter, the configuration and operating principles of various embodiments of the disclosed invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어 시스템을 나타낸 도면이며, 도 3은 공기압축기(200)로 흡입되는 공기의 유량과 공기압축기(200)의 출구 압력 간 관계를 나타낸 그래프이고, 도 4는 공기의 측정 유량과 목표 유량의 차이에 따른 연료전지 스택(100)의 전류 제한 비율을 나타낸 그래프이다.Figure 1 is a flowchart of a recovery control method when a vehicle's fuel cell system is flooded according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 shows a recovery control system when a vehicle's fuel cell system is flooded according to an embodiment of the present invention. It is a drawing, and FIG. 3 is a graph showing the relationship between the flow rate of air sucked into the air compressor 200 and the outlet pressure of the air compressor 200, and FIG. 4 is a graph showing the fuel cell stack according to the difference between the measured flow rate of air and the target flow rate. This is a graph showing the current limiting ratio of (100).

본 발명의 이해를 돕기 위해, 일반적인 연료전지 시스템의 구성과 이를 제어하는 종래의 제어방법을 간략히 살펴보면서, 본 발명의 각 단계 및 구성요소가 갖는 차별적 특징을 함께 설명하기로 한다.To help understand the present invention, we will briefly look at the configuration of a general fuel cell system and the conventional control method for controlling it, and explain the distinctive features of each step and component of the present invention.

일반적인 연료전지 시스템은, 복수의 연료전지 셀들이 적층된 연료전지 스택(100), 연료로서 사용되는 수소를 연료전지 스택(100)의 애노드(120)로 공급하는 연료공급 시스템, 전기화학반응에 필요한 산소를 연료전지 스택(100)의 캐소드(110)로 공급하는 공기공급 시스템 등을 포함한다.A general fuel cell system includes a fuel cell stack 100 in which a plurality of fuel cells are stacked, a fuel supply system that supplies hydrogen used as fuel to the anode 120 of the fuel cell stack 100, and a fuel cell system necessary for an electrochemical reaction. It includes an air supply system that supplies oxygen to the cathode 110 of the fuel cell stack 100.

도 2를 참조하면, 연료공급 시스템은, 연료인 수소를 저장하는 수소탱크(400), 수소탱크(400)로부터 일정한 압력으로 감압되어 애노드(120)로 공급되는 수소의 공급 유량을 조절하는 수소공급밸브(121) 및 애노드(120)를 통과한 반응 후 수소를 배출하는 수소배출밸브(122) 등을 기본 구성요소로 한다.Referring to FIG. 2, the fuel supply system includes a hydrogen tank 400 that stores hydrogen as a fuel, and a hydrogen supply that adjusts the supply flow rate of hydrogen that is depressurized to a certain pressure from the hydrogen tank 400 and supplied to the anode 120. The basic components include a valve 121 and a hydrogen discharge valve 122 that discharges hydrogen after reaction passing through the anode 120.

계속하여 공기공급 시스템은, 외부 공기를 흡입하는 공기압축기(200), 공기압축기(200)를 통해 공급되는 공기를 가습하는 공기가습기(500), 공기가습기(500)에 의해 가습되어 캐소드(110)로 공급되는 공기의 공급 유량을 조절하는 공기공급밸브(111) 및 캐소드(110)를 통과한 반응 후 공기를 배출하는 공기배출밸브(112) 등을 기본 구성요소로 한다.Continuing, the air supply system includes an air compressor 200 that sucks in external air, an air humidifier 500 that humidifies the air supplied through the air compressor 200, and the air humidifier 500 humidifies the cathode 110. The basic components include an air supply valve 111 that regulates the supply flow rate of air supplied to the and an air discharge valve 112 that discharges air after reaction passing through the cathode 110.

그리고 연료공급 시스템과 공기공급 시스템은 수소와 공기 각각의 유량을 측정하는 유량센서와 압력을 측정하는 압력센서를 추가적으로 구비함이 일반적이다.Additionally, the fuel supply system and the air supply system are generally additionally equipped with a flow sensor that measures the flow rate of hydrogen and air, and a pressure sensor that measures the pressure.

참고로, 도 2에서는 수소배출밸브(122)에서 배출된 반응 후 수소가 공기가습기(500)로 유입되는 것을 도시하고 있다. 반응 후 수소에는 연료전지 스택(100)의 구동에 따라 발생한 소량의 수분이 포함되어 있으므로, 이러한 수분을 공기가습기(500)에 공급하여 재활용하는 것이다.For reference, Figure 2 shows that hydrogen flows into the air humidifier 500 after the reaction discharged from the hydrogen discharge valve 122. Since the hydrogen after the reaction contains a small amount of moisture generated as the fuel cell stack 100 operates, this moisture is supplied to the air humidifier 500 for recycling.

구체적으로, 공기가습기(500)는 내부에 수분이 투과될 수 있는 별도의 막이 형성된다. 이러한 막을 기준으로 하여 그 내부는 루멘 사이드(Lumen side), 외부는 쉘 사이드(Shell side)라고 한다. 공기압축기(200)로부터 공기가습기(500)로 유입되는 공기는 루멘 사이드를 통과하고, 애노드(120)를 통과한 반응 후 수소와 캐소드(110)를 통과한 반응 후 공기는 쉘 사이드로 재유입된다. 그리고 반응 후 수소와 공기에 포함된 소량의 수분이 쉘 사이드에서 루멘 사이드로 투과되면서 공기압축기(200)로부터 공기가습기(500)로 유입되는 공기를 가습하게 된다.Specifically, the air humidifier 500 has a separate membrane formed inside it through which moisture can permeate. Based on this membrane, the inside is called the lumen side, and the outside is called the shell side. The air flowing into the air humidifier 500 from the air compressor 200 passes through the lumen side, and after reaction through the anode 120, the air flows back into the shell side after reaction with hydrogen through the cathode 110. . And after the reaction, a small amount of moisture contained in the hydrogen and air permeates from the shell side to the lumen side to humidify the air flowing into the air humidifier 500 from the air compressor 200.

그리고 공기가습기(500)의 쉘 사이드로 재유입된 반응 후 수소와 공기(이하, '배출가스'라고 한다.)는 쉘 사이드와 연결된 배출 유로를 따라 유동되어 배출구를 통해 차량의 외부로 배출된다.After the reaction, the hydrogen and air (hereinafter referred to as 'exhaust gas') that are re-introduced to the shell side of the air humidifier 500 flow along the discharge passage connected to the shell side and are discharged to the outside of the vehicle through the exhaust port.

앞서 배경기술에서 살펴본 바와 마찬가지로, 배출구는 연료전지로부터 배출되는 배출가스를 차량의 주행도로 노면 상에 배출할 수 있도록 차량 본체 후방의 바닥 하부에 배치됨이 일반적이다.As previously discussed in the background technology, the outlet is generally disposed at the bottom of the floor at the rear of the vehicle body to discharge exhaust gases from the fuel cell onto the road surface of the vehicle.

그러나 연료전지 차량이 침수로 상을 주행하는 경우, 노면 상에 존재하는 물이 배출구로 유입되어 배출구가 막히거나 배출 유로에 배압이 형성되어, 공기압축기(200)의 운전점이 변경되며, 공기압축기(200)의 운전점이 변경된 상태로 연료전지 시스템을 장시간 운전하게 되면, 공기압축기(200)가 파손되는 문제가 발생한다.However, when a fuel cell vehicle drives on a flooded road, water existing on the road flows into the outlet and clogs the outlet or creates back pressure in the outlet passage, changing the operating point of the air compressor 200, and the air compressor ( If the fuel cell system is operated for a long time with the operating point of 200) changed, the air compressor 200 may be damaged.

또한, 완전 침수 상황(배출구의 단면이 전부 막힌 상태)에서는 배출 유로를 따라 물이 역으로 유입되어 연료전지 시스템 자체의 고장을 야기하는 문제가 있다.Additionally, in a completely submerged situation (the entire cross-section of the discharge port is blocked), there is a problem in that water flows backwards along the discharge path, causing a failure of the fuel cell system itself.

여기서 공기압축기(200)의 운전점이란, 공기압축기(200)를 통해 흡입되는 공기의 유량과 공기압축기(200)로부터 토출되는 공기의 압력(출구 압력)의 관계에 따른 그래프 상에서 현재 운전 상황에 따라 결정되는 하나의 지점을 의미한다.Here, the operating point of the air compressor 200 refers to the relationship between the flow rate of air sucked through the air compressor 200 and the pressure (outlet pressure) of air discharged from the air compressor 200, depending on the current operating situation. It means a point at which a decision is made.

다시 말해, 도 3에 도시된 그래프 상에서 어느 하나의 지점을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 도 3에서 B 영역은 공기압축기(200)의 정상 운전 영역, C 영역은 서지(Surge) 영역, D 영역은 초킹(Choking) 영역을 의미하는데, 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.In other words, it can be understood to mean any one point on the graph shown in FIG. 3. In FIG. 3, area B refers to the normal operation area of the air compressor 200, area C refers to the surge area, and area D refers to the choking area, which will be described in detail later.

한편, 차량의 침수를 감지하거나 방지하는 종래의 기술들(별도로 장착된 수위센서 활용 또는 차량 위치정보 기반 서스펜션 상승 제어)의 경우, 침수 상황을 직접적으로 해결하는 방식이 아니고 침수 조건 판단을 위해 별도의 장치를 장착해야 하는 단점이 있다.Meanwhile, in the case of conventional technologies that detect or prevent vehicle flooding (using separately mounted water level sensors or suspension lift control based on vehicle location information), they are not methods of directly solving flooding situations, but require separate methods to determine flooding conditions. The disadvantage is that the device must be installed.

이에, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법 및 시스템은, 공기압축기(200)의 회전수를 증대시키는 제어를 기반으로 한 회복제어를 통해 침수 상황의 직접적인 해소를 도모함과 아울러, 침수 조건에서의 배압 상승에 따른 공기압축기(200) 출구부 압력 변화를 활용한 침수여부 판단을 통해 추가적인 장치의 장착 없이도 기존의 연료전지 시스템의 구성에 기반한 침수 감지 기능을 구현하고자 한다.Accordingly, the recovery control method and system in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention seeks to directly resolve the flooding situation through recovery control based on control that increases the rotation speed of the air compressor 200, as well as , we aim to implement a flooding detection function based on the configuration of the existing fuel cell system without installing additional devices by determining whether or not there is flooding using the change in pressure at the outlet of the air compressor (200) due to the increase in back pressure under flooded conditions.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 각 단계 및 구성요소들이 갖는 핵심적 특징들을 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, we will look at the key features of each step and components of the present invention in more detail.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 순서도이다.1 is a flowchart of a recovery control method when a fuel cell system of a vehicle is flooded according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법은, 차량의 연료전지 시스템의 침수여부를 판단하는 단계(S100), 연료전지 시스템이 침수된 것으로 판단된 경우, 연료전지 스택의 캐소드 측으로 공기를 공급하는 공기압축기의 회전수가 증대되도록 공기압축기를 제어하여 회복제어를 실시하는 단계(S200) 및 공기압축기의 회전수 증대 후 연료전지 시스템의 침수 상황이 해소된 것으로 판단된 경우 공기압축기의 회전수를 정상 제어하는 단계를 포함한다.Referring to FIG. 1, the recovery control method in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention includes the step of determining whether the fuel cell system of the vehicle has been flooded (S100). If it is determined that the fuel cell system has been flooded, After performing recovery control by controlling the air compressor to increase the rotation speed of the air compressor that supplies air to the cathode side of the fuel cell stack (S200) and increasing the rotation speed of the air compressor, it is determined that the flooding situation in the fuel cell system has been resolved. In this case, it includes the step of normally controlling the rotation speed of the air compressor.

차량의 연료전지 시스템의 침수여부를 판단하는 단계(S100)는, 침수 조건에서의 배압 상승에 따른 공기압축기(200) 출구 압력의 변화를 활용하여 연료전지 시스템의 침수 상황을 감지한다. 본 단계의 구체적인 작용원리에 대해서는 후술하기로 하며, 공기압축기(200)의 회전수 증대 제어에 대해 도 3을 참조하여 살펴보기로 한다.In the step of determining whether the fuel cell system of the vehicle is flooded (S100), the flood situation of the fuel cell system is detected by utilizing the change in the outlet pressure of the air compressor 200 due to the increase in back pressure under flooded conditions. The specific operating principle of this step will be described later, and the rotation speed increase control of the air compressor 200 will be examined with reference to FIG. 3.

도 3은 공기압축기(200)로 흡입되는 공기의 유량과 공기압축기(200)의 출구 압력 간 관계를 나타낸 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the relationship between the flow rate of air sucked into the air compressor 200 and the outlet pressure of the air compressor 200.

앞서 언급한 바와 같이, 도 3에서 B 영역은 공기압축기(200)의 정상 운전 영역, C 영역은 서지 영역, D 영역은 초킹 영역을 의미한다.As mentioned earlier, in FIG. 3, area B refers to the normal operation area of the air compressor 200, area C refers to the surge area, and area D refers to the chalking area.

서지 영역은 공기압축기(200)의 생산 유량이 낮은 영역으로서 서지 현상이 발생하는 영역을 의미하고, 초킹 영역은 공기압축기(200)의 생산 유량이 높은 영역으로서 초킹 현상이 발생하는 영역을 의미한다.The surge area refers to an area where the production flow rate of the air compressor 200 is low and a surge phenomenon occurs, and the chalking area refers to an area where the production flow rate of the air compressor 200 is high and a choke phenomenon occurs.

서지 현상은 쉽게 말해 '압축 공기의 역류 현상'으로 이해될 수 있으며, 초킹 현상은 공기압축기(200) 내 임펠러(Impeller) 또는 디퓨저(Diffuser)에서 유체의 속도가 음속에 도달했을 때 발생되는 현상으로 유체의 유량과 무관하게 압축비가 감소하여 압력을 발생시킬 수 없는 상태를 의미한다.The surge phenomenon can be easily understood as a 'reverse flow phenomenon of compressed air', and the choking phenomenon is a phenomenon that occurs when the speed of fluid in the impeller or diffuser in the air compressor 200 reaches the speed of sound. This refers to a state in which pressure cannot be generated because the compression ratio is reduced regardless of the flow rate of the fluid.

특히 서지 현상은 공기압축기(200)에 심각한 문제를 야기할 수 있어, 이에 대한 대비는 시스템의 설계에 있어서 매우 중요하게 고려되어야 하는 사항이다.In particular, the surge phenomenon can cause serious problems in the air compressor 200, and preparation for this is a very important consideration in the design of the system.

즉, 공기압축기(200)의 운전점이 정상 운전 영역(B)을 벗어나 서지 영역(C)에 해당하는 경우, 유체의 압력과 유량이 주기적으로 변동하여 제어의 정확도가 떨어지며, 변동에 따라 진동 및 소음이 발생하여 장시간 구동시 공기압축기(200)의 파손을 야기하는 등 심각한 문제를 초래한다.That is, if the operating point of the air compressor 200 deviates from the normal operating region (B) and falls within the surge region (C), the pressure and flow rate of the fluid fluctuate periodically, reducing the accuracy of control, and the fluctuations cause vibration and noise. This causes serious problems, such as damage to the air compressor 200 when operated for a long time.

한편, 연료전지 차량이 침수로 상을 주행하는 경우, 배출 유로에 배압이 형성될 수 있음은 앞서 본 바와 같다. 즉, 연료전지 시스템의 침수 상황에서는 배출 유로에 배압이 형성되어, 공기압축기(200)의 출구 압력이 상승하고 공기압축기(200)로 흡입되는 공기의 유량이 감소하게 된다.Meanwhile, as previously seen, when a fuel cell vehicle drives on a flooded road, back pressure may be formed in the discharge passage. That is, in a flooded situation of the fuel cell system, back pressure is formed in the discharge passage, so the outlet pressure of the air compressor 200 increases and the flow rate of air sucked into the air compressor 200 decreases.

이에 따라, 도 3의 그래프 상에서 좌측 상단 방향으로 공기압축기(200)의 운전점이 이동하게 되며(공기 유량 감소, 출구 압력 상승), 운전점의 이동 정도가 큰 경우에는 정상 운전 영역(B)에서 서지 영역(C)으로 이동될 수 있다.Accordingly, the operating point of the air compressor 200 moves toward the upper left direction on the graph of FIG. 3 (air flow rate decreases, outlet pressure increases), and if the degree of movement of the operating point is large, a surge occurs in the normal operation region (B). It can be moved to area (C).

즉, 연료전지 시스템의 침수 상황이 발생한 경우, 공기압축기(200)가 정상적인 운전 범위에서 이탈하여 서지 영역(C)에서 운전하게 되는 위험이 있다.That is, when flooding of the fuel cell system occurs, there is a risk that the air compressor 200 deviates from the normal operating range and operates in the surge region C.

따라서 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법은, 이와 같은 서지 영역(C)에서 공기압축기(200)가 운전되는 것을 방지 또는 해소하기 위해 공기압축기(200)의 회전수 증대 제어를 실시한다.Therefore, the recovery control method when the fuel cell system of a vehicle according to the present invention is flooded controls the rotation speed of the air compressor 200 to prevent or eliminate the operation of the air compressor 200 in the surge region C. carry out.

일반적인 공기압축기(200)의 작동원리는 다음과 같다. 공기압축기(200)로 흡입된 공기는 임펠러를 통과하면서 운동 에너지를 얻어 속도를 급격히 증가된다. 고속 상태의 공기는 디퓨저에서 확산 과정을 거치고, 이에 따라 급격히 증가되었던 속도가 감속된다. 이러한 과정에서 속도 차이에 따른 운동 에너지 차이가 압력 에너지로 전환되는 것이다. 그리고 이는 베르누이 방정식(Bernoulli's equation)에 근거한다.The operating principle of a general air compressor 200 is as follows. The air sucked into the air compressor 200 gains kinetic energy as it passes through the impeller, rapidly increasing its speed. High-speed air goes through a diffusion process in the diffuser, and as a result, the rapidly increased speed is reduced. In this process, the difference in kinetic energy due to the difference in speed is converted into pressure energy. And this is based on Bernoulli's equation.

즉, 이와 같은 공기압축기(200)의 작동원리에 비추어 볼 때, 공기압축기(200)의 회전수가 증대되는 경우, 공기압축기(200)로 흡입되는 공기의 유량은 증가하고 공기압축기(200)의 출구 압력은 상승한다.That is, in light of the operating principle of the air compressor 200, when the rotation speed of the air compressor 200 increases, the flow rate of air sucked into the air compressor 200 increases and the outlet of the air compressor 200 increases. The pressure rises.

따라서 공기압축기(200)의 회전수 증대시, 도 3의 그래프 상에서 우측 상단 방향으로 공기압축기(200)의 운전점이 이동하게 되며(공기 유량 증가, 출구 압력 상승), 이에 따라 공기압축기(200)의 운전점이 서지 영역에서 다시 정상 운전 영역으로 복귀할 수 있게 되는 것이다.Therefore, when the rotational speed of the air compressor 200 increases, the operating point of the air compressor 200 moves toward the upper right on the graph of FIG. 3 (air flow rate increases, outlet pressure increases), and thus the air compressor 200 The operating point can return from the surge region to the normal operating region.

그리고 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법은, 공기압축기(200)의 회전수 증대 후 연료전지 시스템의 침수 상황이 해소된 것으로 판단된 경우 공기압축기(200)의 회전수를 정상 제어하게 된다.In addition, the recovery control method in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention increases the rotation speed of the air compressor 200 when it is determined that the flooding situation of the fuel cell system has been resolved. Normal control is achieved.

결과적으로, 공기압축기(200)의 회전수를 증대시키는 제어를 통해, 연료전지 시스템의 침수 상황을 직접적으로 해소할 수 있는 효과가 있다.As a result, there is an effect of directly resolving the flooding situation of the fuel cell system through control that increases the rotation speed of the air compressor 200.

참고로, 도 3에서 가로방향으로 표현된 복수의 곡선은, 공기압축기의 성능곡선을 일부만 개략적으로 나타낸 것이다.For reference, the plurality of curves expressed horizontally in FIG. 3 schematically represent only a portion of the performance curve of the air compressor.

한편, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 연료전지 시스템의 침수여부를 판단하는 단계(S100)는, 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택에 공급되는 공기의 목표 유량을 산출하는 단계(S110), 산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값을 기반으로 공기압축기의 출구 압력 이상여부를 판단하는 단계(S120) 및 공기압축기의 출구 압력에 이상이 있는 경우, 연료전지 시스템이 침수된 것으로 판단하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the step (S100) of determining whether the fuel cell system is flooded in the flood recovery control method for the fuel cell system of a vehicle according to the present invention calculates the target flow rate of air supplied to the fuel cell stack based on the required output. step (S110), determining whether the outlet pressure of the air compressor is abnormal based on a preset reference value according to the calculated target flow rate of air (S120), and if there is an abnormality in the outlet pressure of the air compressor, the fuel cell system It may include determining that it is flooded (S130).

앞서 살펴본 바와 같이, 연료전지 시스템의 침수 상황이 발생한 경우, 배출 유로에 배압이 형성됨에 따라 공기압축기(200)의 출구 압력이 증가하게 된다.As previously discussed, when a flooding situation occurs in the fuel cell system, the outlet pressure of the air compressor 200 increases as back pressure is formed in the discharge passage.

따라서 공기압축기(200)의 출구 압력 이상여부 판단을 통해, 연료전지 시스템의 침수 상황을 감지할 수 있게 된다.Therefore, it is possible to detect a flooding situation in the fuel cell system by determining whether the outlet pressure of the air compressor 200 is abnormal.

공기압축기(200)의 출구 압력은 공기압축기(200)로 흡입되는 공기의 유량에 따라 결정되고, 공기압축기(200)로 흡입되는 공기의 유량은 목표 유량을 추종하도록 제어된다.The outlet pressure of the air compressor 200 is determined according to the flow rate of air sucked into the air compressor 200, and the flow rate of air sucked into the air compressor 200 is controlled to follow the target flow rate.

여기서 목표 유량은, 연료전지 차량 사용자(운전자)의 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택(100)에 공급되는 공기의 최소 유량을 의미하는 것으로서, 특정한 요구 출력 조건에서 연료전지가 해당하는 출력 성능을 발휘하기 위해 필요한 최소한의 공기 유량값으로 이해될 수 있다.Here, the target flow rate refers to the minimum flow rate of air supplied to the fuel cell stack 100 based on the required output of the fuel cell vehicle user (driver), and the fuel cell demonstrates the corresponding output performance under specific required output conditions. It can be understood as the minimum air flow rate required to achieve this.

구체적으로, 목표 유량은 하기 수식에 의해 산출된다.Specifically, the target flow rate is calculated by the following formula.

[식 1][Equation 1]

상기 식 1에서 'SR'은 공기의 과급비로서 공기의 실제 유량 대비 목표 유량을 의미하고, '3.6'은 유량의 단위(kg/h)로 환산하기 위한 계수이며, '4.0'은 1몰(mol)의 산소가 전달받는 전자의 개수를 의미한다. 또한, 공기 분자량은 공기의 평균 분자량(28.84g/mol)을 의미하고, 공기 중 산소 부피비는 '21%'로 계산한다.In Equation 1 above, 'SR' is the supercharging ratio of air and means the target flow rate compared to the actual flow rate of air, '3.6' is a coefficient for converting to the unit of flow rate (kg/h), and '4.0' is 1 mole ( mol) refers to the number of electrons transferred to oxygen. In addition, the molecular weight of air refers to the average molecular weight of air (28.84 g/mol), and the oxygen volume ratio in air is calculated as '21%'.

즉, 운전자의 요구 발생시 연료전지 시스템은 연료전지의 요구 출력과 요구 전류를 결정한다. 그리고 상기 식 1에 의해 요구 출력에 따른 요구 전류(목표 전류 요구량)에 기반하여 목표 유량이 산출되고, 이후 연료전지 시스템은 공기압축기(200)로 흡입되는 공기의 실제 유량이 목표 유량에 도달할 때까지 공기압축기(200)의 회전수를 지속적으로 증대시킴으로써 요구 출력을 만족할 수 있게 된다.In other words, when a driver's request occurs, the fuel cell system determines the required output and required current of the fuel cell. Then, the target flow rate is calculated based on the required current (target current demand) according to the required output according to Equation 1 above, and then the fuel cell system is operated when the actual flow rate of air sucked into the air compressor 200 reaches the target flow rate. By continuously increasing the number of revolutions of the air compressor 200, the required output can be satisfied.

한편, 도 3을 참조하면, 특정한 공기 유량에 있어서 공기압축기(200)의 출구 압력의 크기에 따라 공기압축기(200)의 운전점이 정상 운전 영역(B)에 해당할 수도 있고, 서지 영역(C)에 해당할 수도 있음을 알 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 3, depending on the size of the outlet pressure of the air compressor 200 at a specific air flow rate, the operating point of the air compressor 200 may correspond to the normal operation region (B) and the surge region (C). It can be seen that this may apply.

따라서 요구 출력에 따라 결정된 목표 유량이 동일하더라도, 공기압축기(200)의 출구 압력이 특정 압력 이상으로 높아지게 되는 경우, 공기압축기(200)의 운전점이 정상 운전 영역(B)에서 서지 영역(C)으로 이동될 수 있다.Therefore, even if the target flow rate determined according to the required output is the same, if the outlet pressure of the air compressor 200 increases above a certain pressure, the operating point of the air compressor 200 changes from the normal operation region (B) to the surge region (C). can be moved

즉, 요구 출력에 따라 목표 유량이 결정되는 경우, 공기압축기(200)가 정상 운전 영역(B) 내에서 운전될 수 있는 출구 압력 허용값이 존재하게 된다. 그리고 이러한 출구 압력 허용값은 도 3에서 정상 운전 영역(B)과 서지 영역(C)을 구분하는 기준선 상에서 어느 하나의 지점을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.That is, when the target flow rate is determined according to the required output, there is an outlet pressure allowable value at which the air compressor 200 can be operated within the normal operation region (B). And this outlet pressure allowable value can be understood to mean a point on the reference line that separates the normal operation area (B) and the surge area (C) in FIG. 3.

따라서 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값을 기반으로 공기압축기의 출구 압력 이상여부를 판단하는 단계(S120)에 있어서, '산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값'이란, 요구출력에 따라 결정된 목표 유량에서의 공기압축기(200) 출구 압력 허용값을 의미한다.Therefore, in the step (S120) of determining whether the outlet pressure of the air compressor is abnormal based on a reference value prepared in advance according to the target flow rate of air calculated in the recovery control method in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention, 'Calculate The 'standard value prepared in advance according to the target flow rate of air' refers to the allowable value of the outlet pressure of the air compressor 200 at the target flow rate determined according to the required output.

즉, 공기압축기(200)의 출구 압력이 그 허용값보다 높아지는 경우, 공기압축기(200)의 출구 압력에 이상이 있는 것(공기압축기(200)의 운전점이 서지 영역(C)에 해당)으로 판단한다.That is, if the outlet pressure of the air compressor 200 becomes higher than the allowable value, it is determined that there is an abnormality in the outlet pressure of the air compressor 200 (the operating point of the air compressor 200 corresponds to the surge region C). do.

그리고 이와 같이 공기압축기(200)의 출구 압력에 이상이 있는 경우, 배출 유로에 배압이 형성된 것으로 추정하고, 이에 따라 연료전지 시스템의 침수 상황을 감지할 수 있게 되는 것이다.In this way, when there is an abnormality in the outlet pressure of the air compressor 200, it is assumed that back pressure is formed in the discharge passage, and accordingly, it is possible to detect a flooding situation in the fuel cell system.

결과적으로, 연료전지 시스템의 침수 판단을 위해 별도의 장치를 부가함이 없이도 기존의 연료전지 시스템의 구성을 활용하여 침수 여부를 판단할 수 있으므로, 종래의 기술적 한계를 극복하고 추가적인 재료비의 상승 문제를 방지할 수 있는 장점이 있다.As a result, it is possible to determine whether or not the fuel cell system is flooded by utilizing the configuration of the existing fuel cell system without adding a separate device, thereby overcoming the existing technical limitations and eliminating the problem of additional material cost increases. There is an advantage to preventing it.

한편, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값을 기반으로 공기압축기의 출구 압력 이상여부를 판단하는 단계(S120)는, 공기압력센서에서 공기압축기의 출구 압력을 측정하는 단계(S121) 및 공기압력센서에서 측정한 공기압축기의 출구 압력을 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값과 비교하여 공기압축기의 출구 압력 이상여부를 판단하는 단계(S122)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the step (S120) of determining whether the outlet pressure of the air compressor is abnormal based on a reference value prepared in advance according to the target flow rate of air calculated in the recovery control method in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention is the air pressure. Measuring the outlet pressure of the air compressor by the sensor (S121) and comparing the outlet pressure of the air compressor measured by the air pressure sensor with a preset reference value according to the target flow rate of air calculated based on the required output at the outlet of the air compressor. It may include a step (S122) of determining whether the pressure is abnormal.

도 2를 참조하면, 연료전지 시스템에는 공기압축기(200) 출구부에 마련되어 공기압축기(200)의 출구 압력을 측정하는 공기압력센서(220)가 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법은, 이러한 공기압력센서(220)를 활용하여 공기압축기(200)의 출구 압력을 실시간으로 측정할 수 있다.Referring to FIG. 2, the fuel cell system may be equipped with an air pressure sensor 220 provided at the outlet of the air compressor 200 to measure the outlet pressure of the air compressor 200. In other words, the recovery control method when a vehicle's fuel cell system is flooded according to the present invention can measure the outlet pressure of the air compressor 200 in real time by utilizing the air pressure sensor 220.

그리고 공기압력센서(220)에서 측정한 공기압축기(200)의 출구 압력을, 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값과 비교하여 공기압축기(200)의 출구 압력 이상여부를 판단한다.And, the outlet pressure of the air compressor 200 measured by the air pressure sensor 220 is compared with a preset reference value according to the target flow rate of air calculated based on the required output to determine whether the outlet pressure of the air compressor 200 is abnormal. judge.

여기서 '산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값'은, 앞서 살펴본 바와 같이, 요구출력에 따라 결정된 목표 유량에서의 공기압축기(200) 출구 압력 허용값을 의미한다.Here, the 'standard value prepared in advance according to the calculated target flow rate of air' refers to the allowable outlet pressure value of the air compressor 200 at the target flow rate determined according to the required output, as discussed above.

즉, 공기압력센서(220)에서 측정된 공기압축기(200)의 출구 압력이 그 허용값보다 높아지는 경우, 공기압축기(200)의 출구 압력에 이상이 있는 것으로 판단하며, 기타 구체적인 작용원리에 대해서는 상술한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.That is, if the outlet pressure of the air compressor 200 measured by the air pressure sensor 220 is higher than the allowable value, it is determined that there is an abnormality in the outlet pressure of the air compressor 200, and other specific operating principles are described above. Since it is the same as what was described above, it will be omitted.

한편, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택에 공급되는 공기의 목표 유량을 산출하는 단계(S110) 이후에는, 공기유량센서에서 공기압축기로 유입되는 공기의 유량을 측정하는 단계(S111) 및 공기유량센서에서 측정한 공기의 유량과 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량의 차이에 따라 공급 공기의 유량 부족여부를 판단하는 단계(S112)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, after the step (S110) of calculating the target flow rate of air supplied to the fuel cell stack based on the required output of the recovery control method when the vehicle's fuel cell system is flooded according to the present invention, the air flow rate sensor is transferred to the air compressor. A step of measuring the flow rate of incoming air (S111) and a step of determining whether the flow rate of supplied air is insufficient according to the difference between the air flow rate measured by the air flow sensor and the target air flow rate calculated based on the required output (S112) ) may further be included.

도 2를 참조하면, 연료전지 시스템에는 공기압축기(200) 입구부에 마련되어 공기압축기(200)로 흡입되는 공기의 유량을 측정하는 공기유량센서(210)가 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법은, 이러한 공기유량센서(210)를 활용하여 공기압축기(200)로 흡입되는 공기의 유량을 실시간으로 측정할 수 있다.Referring to FIG. 2, the fuel cell system may be equipped with an air flow sensor 210 provided at the inlet of the air compressor 200 to measure the flow rate of air sucked into the air compressor 200. In other words, the recovery control method when a vehicle's fuel cell system is flooded according to the present invention can measure the flow rate of air sucked into the air compressor 200 in real time by utilizing the air flow sensor 210.

한편, 앞서 살펴본 바와 같이, 연료전지 시스템의 침수 상황에서는 배출 유로에 배압이 형성되어, 공기압축기(200)의 출구 압력이 상승하고 공기압축기(200)로 흡입되는 공기의 유량이 감소하게 된다.Meanwhile, as seen above, in a flooded situation of the fuel cell system, back pressure is formed in the discharge passage, which increases the outlet pressure of the air compressor 200 and reduces the flow rate of air sucked into the air compressor 200.

즉, 연료전지 시스템의 침수여부는 공기압축기(200)의 출구 압력 이상을 활용하는 대신, 공기압축기(200)로 흡입되는 공기의 유량 변화를 통해서도 판단할 수 있다.In other words, whether the fuel cell system is flooded can be determined through changes in the flow rate of air sucked into the air compressor 200, instead of using more than the outlet pressure of the air compressor 200.

그리고 공기압축기(200)로 흡입되는 공기의 유량은, 공기압축기(200)의 입구부에 마련된 공기유량센서(210)를 통해 측정하므로 공기압축기(200)의 출구부에 마련된 공기압력센서(220)를 통해 측정하는 공기압축기(200)의 출구 압력보다 더 빠르게 연료전지 시스템의 침수여부를 판단할 수 있는 장점이 있다.In addition, the flow rate of air sucked into the air compressor 200 is measured through the air flow sensor 210 provided at the inlet of the air compressor 200, so the air pressure sensor 220 provided at the outlet of the air compressor 200 There is an advantage in that it is possible to determine whether the fuel cell system is flooded more quickly than the outlet pressure of the air compressor 200 measured through .

따라서 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법은, 공기유량센서에서 측정한 공기의 유량과 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량의 차이에 따라 공급 공기의 유량 부족여부를 판단하는 단계(S112)를 더 포함할 수 있다.Therefore, the recovery control method in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention determines whether the supply air flow rate is insufficient according to the difference between the air flow rate measured by the air flow sensor and the target air flow rate calculated based on the required output. A judgment step (S112) may be further included.

도 1에서는 목표 공기 유량과 유입 공기 유량의 차이를 별도의 기준값 A와 비교하는 것으로 표현하고 있다. 여기서 별도의 기준값 A는 목표 공기 유량과 유입 공기 유량의 차이에 따라 미리 마련된 설정값으로서, 일정 시간 동안의 유량 변동량을 의미한다.In Figure 1, the difference between the target air flow rate and the inlet air flow rate is expressed by comparing it with a separate reference value A. Here, the separate reference value A is a preset value based on the difference between the target air flow rate and the incoming air flow rate, and means the amount of change in flow rate over a certain period of time.

즉, 일정 시간 동안 목표 공기 유량과 유입 공기 유량의 차이가 기준값 A보다 작은 경우, 목표 유량에 비해 실제 유량이 현저하게 부족한 상태(공기의 유량이 부족한 상태)가 일정 시간 동안 지속되고 있는 경우를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.In other words, if the difference between the target air flow rate and the incoming air flow rate is less than the reference value A for a certain period of time, it means that the actual flow rate is significantly insufficient compared to the target flow rate (air flow rate insufficient state) continues for a certain period of time. It can be understood as doing so.

다만, 공기의 유량이 부족한 상태는 공기압축기(200)의 출구 압력 이상여부와는 달리, 다음과 같이 연료전지 시스템의 침수 상황이 아닌 경우에도 발생할 수 있다.However, unlike whether the outlet pressure of the air compressor 200 is abnormal, the condition in which the air flow rate is insufficient may occur even when the fuel cell system is not flooded as follows.

즉, 연료전지 시스템이 침수 상황에 해당하여, 배출 유로에 형성된 배압에 따라 공기의 유량이 부족한 경우도 있으나, 연료전지 시스템이 침수 상황에 해당하지 않더라도, 공기공급 시스템 자체에 문제가 발생하여 공기의 유량이 부족한 것으로 판단될 수도 있다.In other words, there are cases where the fuel cell system is in a flooded situation and the air flow rate is insufficient depending on the back pressure formed in the discharge passage. However, even if the fuel cell system is not flooded, a problem occurs in the air supply system itself and the air flow rate is insufficient. The flow rate may be judged to be insufficient.

이를 구분하기 위해, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법은, 공기의 유량 부족여부를 판단한 후, 공기압축기(200) 출구 압력의 이상여부를 판단한다.To distinguish this, the recovery control method in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention determines whether the air flow rate is insufficient and then determines whether the outlet pressure of the air compressor 200 is abnormal.

구체적으로, 공기압축기(200) 출구 압력에 이상이 있는 경우에는 연료전지 시스템의 침수 상황에 해당하는 경우로 판단한다.Specifically, if there is an abnormality in the outlet pressure of the air compressor 200, it is determined that the fuel cell system is flooded.

반면, 공기압축기(200) 출구 압력이 정상인 경우에는, 연료전지 시스템의 침수 상황은 아니나, 공기공급 시스템 자체에 문제가 발생한 것으로 판단하여 운전자에게 경고신호를 알릴 수 있다.On the other hand, if the outlet pressure of the air compressor 200 is normal, it is determined that the fuel cell system is not flooded, but a problem has occurred in the air supply system itself, and a warning signal can be notified to the driver.

이에 따라, 연료전지 시스템의 침수여부를 보다 정밀하고도 정확하게 판단할 수 있으면서도, 공기공급 시스템에 문제가 발생한 경우까지 감지할 수 있어, 운전자의 안전성이 증대되는 효과가 있다.Accordingly, it is possible to more precisely and accurately determine whether the fuel cell system is flooded, and it is also possible to detect when a problem occurs in the air supply system, which has the effect of increasing driver safety.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 순서도이고, 도 4는 공기의 측정 유량과 목표 유량의 차이에 따른 연료전지 스택(100)의 전류 제한 비율을 나타낸 그래프이다.FIG. 1 is a flow chart of a recovery control method when a vehicle's fuel cell system is flooded according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a current limit ratio of the fuel cell stack 100 according to the difference between the measured flow rate of air and the target flow rate. This is a graph showing .

도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 회복제어를 실시하는 단계(S200)는, 공기압축기의 회전수 증대와 동시에 공기유량센서에서 측정한 공기의 유량과 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택에 공급되는 공기의 목표 유량의 차이에 따라 미리 마련된 기준값에 따라 연료전지 스택의 전류를 제한하는 것을 특징으로 할 수 있다(S210).Referring to Figures 1 and 4, the step (S200) of performing recovery control of the recovery control method in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention involves increasing the rotation speed of the air compressor and simultaneously increasing the speed measured by the air flow sensor. The current of the fuel cell stack may be limited according to a preset reference value depending on the difference in the target flow rate of air supplied to the fuel cell stack based on the air flow rate and the required output (S210).

앞서 목표 유량을 산출하는 식 1을 통해 살펴본 바와 같이, 운전자의 요구 발생시 연료전지 시스템은 연료전지의 요구 출력과 요구 전류를 결정하고, 요구 출력에 따른 요구 전류(목표 전류 요구량)에 기반하여 목표 유량을 산출한다.As previously seen through Equation 1 for calculating the target flow rate, when a driver's request occurs, the fuel cell system determines the required output and required current of the fuel cell, and sets the target flow rate based on the required current (target current demand) according to the requested output. Calculate .

즉, 운전자의 요구에 따른 요구 출력이 과도하게 높은 경우, 목표 전류 요구량 역시 높아지므로 목표 유량도 과도하게 높은 값으로 산출된다.In other words, when the required output according to the driver's request is excessively high, the target current demand also increases, so the target flow rate is also calculated at an excessively high value.

공기압축기(200)의 회전수는, 공기압축기(200)로 흡입되는 공기의 실제 유량이 목표 유량에 도달할 때까지 증대되므로, 목표 유량이 과도하게 높은 경우 공기압축기(200)의 회전수가 급격하게 증가될 수 있다.The rotation speed of the air compressor 200 increases until the actual flow rate of air sucked into the air compressor 200 reaches the target flow rate. Therefore, if the target flow rate is excessively high, the rotation speed of the air compressor 200 increases rapidly. can be increased.

공기압축기(200)의 회전수가 급격하게 증가되는 경우 순간적으로 공기압축기(200)의 진동이나 떨림이 과도하게 발생할 수 있고, 연료전지 시스템이 침수 상황에 해당하여 공기압축기(200)가 서지 영역(C)에서 운전되고 있는 경우에는 순간적인 진동의 증가로 인해 공기압축기(200)가 파손될 위험이 있다.If the rotation speed of the air compressor 200 suddenly increases, excessive vibration or shaking of the air compressor 200 may occur momentarily, and the fuel cell system may be flooded, causing the air compressor 200 to be in a surge area (C). ), there is a risk that the air compressor 200 may be damaged due to an instantaneous increase in vibration.

따라서, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법은, 연료전지 스택(100)의 전류를 제한하여, 공기압축기(200)의 회전수가 서서히 증가되도록 함으로써, 공기압축기(200) 회전수의 급격한 증가에 기인한 공기압축기(200) 파손 등의 문제를 방지하고자 한다. 이는 다시 말해, 공기압축기(200)의 회전수 증가율을 적정한 수준으로 유지하는 것으로 이해될 수 있다.Therefore, the recovery control method in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention limits the current of the fuel cell stack 100 and gradually increases the rotation speed of the air compressor 200, thereby increasing the rotation of the air compressor 200. It is intended to prevent problems such as damage to the air compressor 200 due to a rapid increase in number. In other words, this can be understood as maintaining the rotation speed increase rate of the air compressor 200 at an appropriate level.

구체적으로, 본 발명의 회복제어를 실시하는 단계(S200)는, 공기압축기(200)의 회전수 증대와 동시에 '공기유량센서(210)에서 측정한 공기의 유량'과 '요구 출력에 기반하여 연료전지 스택(100)에 공급되는 공기의 목표 유량'의 차이에 따라 미리 마련된 기준값에 따라 연료전지 스택(100)의 전류를 제한한다.Specifically, the step of performing the recovery control of the present invention (S200) increases the rotation speed of the air compressor 200 and simultaneously calculates the fuel flow rate based on the 'air flow rate measured by the air flow sensor 210' and 'required output. The current of the fuel cell stack 100 is limited according to a preset reference value according to the difference in the 'target flow rate' of air supplied to the battery stack 100.

공기의 실제 유량과 목표 유량의 차이가 클수록 공기압축기(200)의 회전수 증가율이 더 높으므로, 연료전지 스택(100)의 전류를 제한하는 비율도 더 높게 적용할 필요가 있다.The larger the difference between the actual flow rate of air and the target flow rate, the higher the rotational speed increase rate of the air compressor 200, so it is necessary to apply a higher rate for limiting the current of the fuel cell stack 100.

따라서 본 발명은 '공기유량센서(210)에서 측정한 공기의 유량'과 '요구 출력에 기반하여 연료전지 스택(100)에 공급되는 공기의 목표 유량'의 차이에 기반하여 연료전지 스택(100)의 전류를 제한하는 것이다.Therefore, the present invention is based on the difference between the 'air flow rate measured by the air flow sensor 210' and the 'target flow rate of air supplied to the fuel cell stack 100 based on the required output'. is to limit the current.

그리고 '공기유량센서(210)에서 측정한 공기의 유량과 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택(100)에 공급되는 공기의 목표 유량의 차이에 따라 미리 마련된 기준값'은, 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.And the 'reference value prepared in advance according to the difference between the air flow rate measured by the air flow sensor 210 and the target flow rate of air supplied to the fuel cell stack 100 based on the required output' is explained with reference to FIG. 4. Do this.

도 4에서 x축은 공기유량센서(210)에서 측정한 공기의 유량과 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택(100)에 공급되는 공기의 목표 유량의 차이(공기의 측정 유량과 목표 유량의 차이)를 의미하며, y축은 연료전지 스택(100)의 전류를 제한하는 비율(전류제한 비율)을 의미한다.In FIG. 4, the x-axis represents the difference between the target flow rate of air supplied to the fuel cell stack 100 based on the air flow rate measured by the air flow sensor 210 and the required output (difference between the measured air flow rate and the target flow rate). This means that the y-axis refers to the ratio (current limitation ratio) that limits the current of the fuel cell stack 100.

즉, 앞서 언급한 바와 같이, 공기의 측정 유량과 목표 유량의 차이가 클수록 전류제한 비율을 더 높게 적용하여, 공기압축기(200)의 회전수 증가율이 적정한 수준에서 유지될 수 있도록 하는 것이다.That is, as mentioned above, the larger the difference between the measured air flow rate and the target flow rate, the higher the current limit ratio is applied, so that the rotational speed increase rate of the air compressor 200 can be maintained at an appropriate level.

이때, '공기유량센서(210)에서 측정한 공기의 유량과 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택(100)에 공급되는 공기의 목표 유량의 차이에 따라 미리 마련된 기준값'은, 공기의 측정 유량과 목표 유량의 차이에 따라 결정된 전류제한 비율에 근거하여 제한 전류 값을 산출한다.At this time, 'a reference value prepared in advance according to the difference between the target flow rate of air supplied to the fuel cell stack 100 based on the air flow rate measured by the air flow sensor 210 and the required output' is the measured air flow rate and the target air flow rate. The limiting current value is calculated based on the current limiting ratio determined according to the difference in flow rate.

예를 들어, 요구 출력에 따른 요구 전류(목표 전류 요구량)가 '300 A(Ampere, 전류의 단위)'이고, 공기의 측정 유량과 목표 유량의 차이에 따라 결정된 전류제한 비율이 20%인 경우, '공기유량센서(210)에서 측정한 공기의 유량과 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택(100)에 공급되는 공기의 목표 유량의 차이에 따라 미리 마련된 기준값'은, '240 A(Ampere, 전류의 단위)'로 산출된다.For example, if the required current (target current demand) according to the required output is '300 A (Ampere, unit of current)' and the current limit ratio determined according to the difference between the measured air flow rate and the target flow rate is 20%, 'A reference value prepared in advance according to the difference between the target flow rate of air supplied to the fuel cell stack 100 based on the air flow rate measured by the air flow sensor 210 and the required output' is '240 A (Ampere, current of Unit)'.

만약, 공기의 측정 유량과 목표 유량의 차이가 더 큰 경우, 이에 따라 결정된 전류제한 비율이 30%인 경우, '공기유량센서(210)에서 측정한 공기의 유량과 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택(100)에 공급되는 공기의 목표 유량의 차이에 따라 미리 마련된 기준값'은, '210 A(Ampere, 전류의 단위)'로 산출된다.If the difference between the measured air flow rate and the target flow rate is larger, and the current limit ratio determined accordingly is 30%, the fuel cell stack is 'based on the air flow rate measured by the air flow sensor 210 and the required output. The standard value prepared in advance according to the difference in the target flow rate of air supplied to (100) is calculated as '210 A (Ampere, unit of current)'.

결과적으로, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법은, 공기압축기(200)의 회전수 증가 제어와 동시에 연료전지 스택(100)의 전류를 제한함으로써, 공기압축기(200)의 회전수 증가율을 적정한 수준으로 유지하여 공기압축기(200) 회전수의 급격한 증가에 기인한 공기압축기(200) 파손 등의 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.As a result, the recovery control method in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention controls the increase in rotation speed of the air compressor 200 and simultaneously limits the current of the fuel cell stack 100, thereby increasing the flow rate of the air compressor 200. By maintaining the rotational speed increase rate at an appropriate level, there is an effect of preventing problems such as damage to the air compressor 200 due to a rapid increase in the rotational speed of the air compressor 200.

참고로, 도 4에서 공기의 측정 유량과 목표 유량의 차이가 E 지점을 기준으로 좌측 영역에 해당하는 경우, 연료전지 스택(100)의 전류를 제한하지 않는다.For reference, if the difference between the measured flow rate of air and the target flow rate in FIG. 4 corresponds to the area to the left of point E, the current of the fuel cell stack 100 is not limited.

다시 말해, 공기의 측정 유량과 목표 유량의 차이가 일정 유량 이상인 경우에만 연료전지 스택(100)의 전류를 제한하는 것이다.In other words, the current of the fuel cell stack 100 is limited only when the difference between the measured air flow rate and the target flow rate is greater than a certain flow rate.

왜냐하면, 연료전지 차량의 실주행시 공기의 측정 유량과 목표 유량의 차이는 당연히 발생하는 것으로서, 일정 유량 이내의 차이에 불과한 경우에는 연료전지 스택(100)의 전류를 제한하지 않더라도 앞서 언급한 공기압축기(200) 파손 등의 문제가 발생하지 않기 때문이다.This is because, when a fuel cell vehicle is actually driven, a difference between the measured air flow rate and the target flow rate naturally occurs. If the difference is only within a certain flow rate, the air compressor (air compressor) mentioned above even if the current of the fuel cell stack 100 is not limited. 200) This is because problems such as damage do not occur.

계속하여 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 회복제어를 실시하는 단계(S200)는, 공기압축기(200)의 회전수 증대 후 연료전지 스택(100)의 애노드(120) 측으로 수소를 공급하는 수소공급밸브(121)의 개도량을 증가시키는 것을 특징으로 할 수 있다(S220).Continuing to refer to FIG. 1 , the step (S200) of performing recovery control of the recovery control method upon flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention involves increasing the rotation speed of the air compressor 200 and then increasing the number of rotations of the fuel cell stack 100. ) may be characterized by increasing the opening amount of the hydrogen supply valve 121 that supplies hydrogen to the anode 120 side (S220).

도 2를 참조하면, 연료전지 시스템에는 연료전지 스택(100)의 애노드(120) 측으로 수소를 공급하는 수소공급밸브(121)가 더 구비될 수 있다.Referring to FIG. 2, the fuel cell system may be further equipped with a hydrogen supply valve 121 that supplies hydrogen to the anode 120 of the fuel cell stack 100.

연료전지 시스템이 침수 상태에 해당하여 배출 유로에 배압이 형성된 경우, 캐소드(110)와 애노드(120)의 각 출구부는 공기가습기(500)의 쉘 사이드를 통해 배출 유로와 연통되므로, 배출 유로의 배압에 의해 애노드(120) 측으로 공기가 역류하는 문제가 발생할 수 있다.When the fuel cell system is in a flooded state and back pressure is formed in the discharge passage, the outlet portions of each of the cathode 110 and the anode 120 communicate with the discharge passage through the shell side of the air humidifier 500, so the back pressure in the discharge passage is This may cause a problem of air flowing back toward the anode 120.

따라서 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법은, 공기압축기(200)의 회전수 증대 제어 후, 수소공급밸브(121)의 개도량 증가 제어를 통해 애노드(120) 측 압력을 높여 줌으로써, 애노드(120) 측으로 공기가 역류하는 문제를 방지하고자 한다.Therefore, the recovery control method in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention is to increase the pressure on the anode 120 by controlling the increase in the opening amount of the hydrogen supply valve 121 after controlling the increase in the rotation speed of the air compressor 200. By raising it, it is intended to prevent the problem of air flowing back toward the anode 120.

이때, 수소공급밸브(121)의 개도량은, 애노드(120) 측 압력이 배출 유로에 형성된 배압의 상승분만큼 증가되도록 제어함이 바람직하다. 여기서 배출 유로에 형성된 배압의 상승분을 측정하는 것은 배출 유로에 추가적인 압력센서가 요구되는 문제가 있으므로, 본 발명은 배출 유로에 형성된 배압에 비례하여 상승되는 공기압축기(200)의 출구 압력을 활용한다.At this time, the opening amount of the hydrogen supply valve 121 is preferably controlled so that the pressure on the anode 120 increases by an amount equal to the increase in the back pressure formed in the discharge passage. Here, measuring the increase in back pressure formed in the discharge passage has the problem of requiring an additional pressure sensor in the discharge passage, so the present invention utilizes the outlet pressure of the air compressor 200, which increases in proportion to the back pressure formed in the discharge passage.

즉, 공기압축기(200)의 출구 압력 상승분을 계산하고, 계산값에 따라 애노드(120) 측 압력이 증가되도록 수소공급밸브(121)의 개도량을 제어한다.That is, the increase in outlet pressure of the air compressor 200 is calculated, and the opening amount of the hydrogen supply valve 121 is controlled so that the pressure at the anode 120 increases according to the calculated value.

참고로, 공기압축기(200)의 출구 압력 상승분은, '공기압력센서(220)에서 측정된 공기압축기(200)의 출구 압력'과 '요구출력에 따라 결정된 목표 유량에서의 공기압축기(200) 출구 압력 허용값'의 차이를 통해 계산될 수 있다.For reference, the increase in outlet pressure of the air compressor 200 is 'the outlet pressure of the air compressor 200 measured by the air pressure sensor 220' and 'the outlet of the air compressor 200 at the target flow rate determined according to the required output. It can be calculated through the difference in pressure tolerance.

여기서 '요구출력에 따라 결정된 목표 유량에서의 공기압축기(200) 출구 압력 허용값'은, 공기압력센서에서 측정한 공기압축기의 출구 압력을 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값과 비교하여 공기압축기의 출구 압력 이상여부를 판단하는 단계(S122)에서 언급한, '산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값'을 의미한다.Here, the 'air compressor (200) outlet pressure allowable value at the target flow rate determined according to the required output' is a pre-arranged value according to the target flow rate of air calculated based on the required output and the outlet pressure of the air compressor measured by the air pressure sensor. Referred to in the step (S122) of determining whether the outlet pressure of the air compressor is abnormal by comparing it with the reference value, it means 'a reference value prepared in advance according to the calculated target flow rate of air.'

결과적으로, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 회복제어를 실시하는 단계(S200)는, 위와 같이 연료전지 스택(100)의 애노드(120) 측으로 수소를 공급하는 수소공급밸브(121)의 개도량 증가 제어를 통해 애노드(120) 측 압력을 높여 줌으로써, 애노드(120) 측으로 공기가 역류하는 문제를 방지하여 연료전지 시스템의 내구성 및 안전성을 향상할 수 있는 효과가 있다.As a result, the step (S200) of performing recovery control of the recovery control method in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention involves supplying hydrogen to the anode 120 of the fuel cell stack 100 as described above. By increasing the pressure on the anode 120 side by controlling the increase in the opening amount of the valve 121, the problem of air flowing back toward the anode 120 can be prevented, thereby improving the durability and safety of the fuel cell system.

한편, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 회복제어를 실시하는 단계(S200)는, 공기압축기의 회전수 증대 후 연료전지 스택의 캐소드를 통과한 공기를 차량의 외부로 배출하는 공기배출밸브의 개도량을 증가시키는 것을 특징으로 할 수 있다(S230).Meanwhile, the step (S200) of performing recovery control of the recovery control method in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention involves increasing the rotation speed of the air compressor and then transferring the air that has passed through the cathode of the fuel cell stack to the outside of the vehicle. It may be characterized by increasing the opening amount of the air discharge valve (S230).

도 2를 참조하면, 연료전지 시스템에는 연료전지 스택(100)의 캐소드(110)를 통과한 공기를 차량의 외부로 배출하는 공기배출밸브(112)가 더 구비될 수 있다. 캐소드(110)를 통과한 공기를 차량의 외부로 배출하는 특성상, 공기배출밸브(112)는 배출 유로 상에서 배기구와 인접하게 마련됨이 바람직하다.Referring to FIG. 2, the fuel cell system may be further equipped with an air discharge valve 112 that discharges air that has passed through the cathode 110 of the fuel cell stack 100 to the outside of the vehicle. Due to the nature of discharging air that has passed through the cathode 110 to the outside of the vehicle, the air discharge valve 112 is preferably provided adjacent to the exhaust port on the discharge passage.

연료전지 시스템이 침수 상태에 해당하여 배출 유로에 배압이 형성된 경우, 공기배출밸브(112)의 개도량을 증가시킴에 따라 배출 유로에 유입된 물의 수위가 낮아지면서 배압이 감소될 수 있다.When the fuel cell system is in a flooded state and back pressure is formed in the discharge passage, as the opening amount of the air discharge valve 112 is increased, the level of water flowing into the discharge passage is lowered, thereby reducing the back pressure.

이에 따라, 공기압축기(200)의 회전수 증대 제어로 인해 상승된 공기압축기(200)의 출구 압력이 위와 같이 감소된 배압보다 고압을 형성하게 되어 공기압축기(200) 회전수 증대 제어의 효율이 상승하는 장점이 있다.Accordingly, the outlet pressure of the air compressor 200, which is increased due to the rotation speed increase control of the air compressor 200, forms a higher pressure than the reduced back pressure as above, thereby increasing the efficiency of the rotation speed increase control of the air compressor 200. There is an advantage.

한편, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 회복제어를 실시하는 단계(S200) 이후에는, 공기압축기의 출구 압력에 기반하여 연료전지 시스템의 침수 상황 해소 여부를 판단하는 단계(S240) 및 침수 상황이 해소되지 않은 경우, 공기배출밸브의 개도량을 점진적으로 증가시키는 단계(S250)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, after the step of performing recovery control of the recovery control method in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention (S200), a step of determining whether the flooding situation of the fuel cell system is resolved based on the outlet pressure of the air compressor. (S240) and, if the flooding situation is not resolved, a step of gradually increasing the opening amount of the air discharge valve (S250) may be further included.

구체적으로, 공기압축기의 출구 압력에 기반하여 연료전지 시스템의 침수 상황 해소 여부를 판단하는 단계(S240)는, 공기압력센서(220)에서 측정한 공기압축기(200)의 출구 압력을 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값과 비교하여, 공기압축기(200)의 출구 압력 이상여부가 해소되었는지 여부에 따라 판단한다.Specifically, the step (S240) of determining whether the flooding situation of the fuel cell system has been resolved based on the outlet pressure of the air compressor is based on the required output based on the outlet pressure of the air compressor 200 measured by the air pressure sensor 220. The calculated target air flow rate is compared with a preset reference value, and it is determined whether the outlet pressure abnormality of the air compressor 200 has been resolved.

이는, 공기압력센서에서 측정한 공기압축기의 출구 압력을 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값과 비교하여 공기압축기의 출구 압력 이상여부를 판단하는 단계(S122)와는 상반된 판단을 수행하는 것으로 이해될 수 있다.This is a decision that is contrary to the step (S122) of determining whether the outlet pressure of the air compressor is abnormal by comparing the outlet pressure of the air compressor measured by the air pressure sensor with a preset reference value according to the target flow rate of air calculated based on the required output. It can be understood as carrying out.

즉, 공기압축기(200)의 출구 압력이 기준값(요구출력에 따라 결정된 목표 유량에서의 공기압축기(200) 출구 압력 허용값)보다 큰 경우에는 공기압축기(200)의 출구 압력에 이상이 있는 것으로 판단하는 것이고, 이와 반대로 공기압축기(200)의 출구 압력이 기준값(요구출력에 따라 결정된 목표 유량에서의 공기압축기(200) 출구 압력 허용값)보다 작은 경우에는 공기압축기(200)의 출구 압력에 이상이 해소되어 연료전지 시스템의 침수 상황이 해소된 것으로 판단하는 것이다.That is, if the outlet pressure of the air compressor 200 is greater than the reference value (allowable outlet pressure of the air compressor 200 at the target flow rate determined according to the required output), it is determined that there is an abnormality in the outlet pressure of the air compressor 200. Conversely, if the outlet pressure of the air compressor 200 is less than the reference value (allowable outlet pressure of the air compressor 200 at the target flow rate determined according to the required output), the outlet pressure of the air compressor 200 is abnormal. It is judged that the flooding situation of the fuel cell system has been resolved.

계속하여, 침수 상황이 해소되지 않은 경우, 공기배출밸브의 개도량을 점진적으로 증가시키는 단계(S250)를 수행한다.Continuing, if the flooding situation is not resolved, a step (S250) of gradually increasing the opening amount of the air discharge valve is performed.

이는 앞서 살펴본 바와 같이, 공기배출밸브(112)의 개도량을 증가시킴으로써, 배출 유로에 형성된 배압을 감소시키고 공기압축기(200) 회전수 증대 제어의 효율을 높이는 효과가 있다.As discussed above, by increasing the opening amount of the air discharge valve 112, this has the effect of reducing the back pressure formed in the discharge passage and increasing the efficiency of controlling the increase in rotation speed of the air compressor 200.

다만, 본 단계에서는 공기배출밸브(112)의 개도량을 추가적으로 증가시킴으로써, 배출 유로에 형성된 배압을 추가적으로 감소시키며 공기압축기(200) 회전수 증대 제어의 효율을 더욱 높일 수 있다. 이에 따라, 연료전지 시스템의 침수 상황이 신속하게 해소될 수 있게 된다.However, in this step, by additionally increasing the opening amount of the air discharge valve 112, the back pressure formed in the discharge passage can be further reduced and the efficiency of controlling the increase in rotation speed of the air compressor 200 can be further improved. Accordingly, the flooding situation of the fuel cell system can be quickly resolved.

참고로, 공기배출밸브(112)의 개도량을 급격하게 증가시키는 경우 정밀한 제어가 어려운 등 추가적인 문제가 발생할 수 있으므로, 본 단계에서는 점진적 또는 단계적으로 개도량을 증가(예를 들어, 5초마다 5도씩 공기배출밸브(112)의 개도량을 증가시킬 수 있다.)시킴으로써 이와 같은 문제 역시 방지하고자 한다.For reference, if the opening amount of the air discharge valve 112 is suddenly increased, additional problems such as difficulty in precise control may occur, so in this step, the opening amount is increased gradually or step by step (for example, 5 seconds every 5 seconds). This problem is also attempted to be prevented by increasing the opening amount of the air discharge valve 112 by degrees.

한편, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 공기배출밸브의 개도량을 점진적으로 증가시키는 단계(S250)는, 공기배출밸브의 개도량이 완전 개방된 경우, 연료전지 시스템의 운전을 정지시키는 것을 특징으로 할 수 있다(S252).Meanwhile, in the step (S250) of gradually increasing the opening amount of the air discharge valve in the flood recovery control method of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention, when the opening amount of the air discharge valve is fully opened, the fuel cell system It may be characterized by stopping the operation (S252).

공기배출밸브(112)의 개도량이 완전 개방된 경우에는 더이상 개도량을 증가시킬 수 없으므로, 연료전지 차량이 침수로 상에서 지속적으로 주행하는 경우 연료전지 시스템의 침수 상황이 해소되지 않을 수 있다.When the opening amount of the air discharge valve 112 is fully opened, the opening amount cannot be increased any further, so if the fuel cell vehicle continues to drive on a flooded road, the flooding situation of the fuel cell system may not be resolved.

또한, 침수 상황이 지속됨에 따라 배출구의 단면이 전부 막힌 경우와 같이 완전 침수 상황에 이르러서는, 오히려 배출 유로를 따라 물이 내부로 유입되어 연료전지 시스템 자체의 고장을 유발할 수 있다.In addition, as the flooding situation continues, if the entire cross-section of the outlet is completely blocked, water may flow into the fuel cell system along the discharge channel, causing failure of the fuel cell system itself.

따라서 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법은, 공기배출밸브(112)의 점진적인 개도량 증가에 따라, 공기배출밸브(112)가 완전 개방된 시점에 이르게 되면 더 이상 회복제어를 실시할 수 없는 상황으로 판단하여, 연료전지 시스템의 운전을 정지시킴으로써, 완전 침수 상황으로 진행되는 문제를 사전에 방지할 수 있는 장점이 있다.Therefore, the recovery control method in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention gradually increases the opening amount of the air discharge valve 112, and when the air discharge valve 112 reaches the point where it is fully opened, recovery control is no longer performed. There is an advantage in preventing the problem from progressing to a complete flooding situation in advance by determining that the situation cannot be carried out and stopping the operation of the fuel cell system.

한편, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법의 공기배출밸브의 개도량을 점진적으로 증가시키는 단계(S250)는, 공기배출밸브(112)의 개도량이 완전 개방된 경우, 공기압축기(200)를 통과한 공기를 연료전지 스택(100)의 캐소드(110)로 공급하는 공기공급밸브(111)를 폐쇄한 후(S251) 연료전지 시스템의 운전을 정지시키는 것을 특징으로 할 수 있다.Meanwhile, in the step (S250) of gradually increasing the opening amount of the air discharge valve in the flood recovery control method of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention, when the opening amount of the air discharge valve 112 is fully opened, the air discharge valve 112 is fully opened. The operation of the fuel cell system may be stopped after closing the air supply valve 111 that supplies the air passing through the compressor 200 to the cathode 110 of the fuel cell stack 100 (S251). .

도 2를 참조하면, 연료전지 시스템에는 공기압축기(200)를 통과한 공기를 연료전지 스택(100)의 캐소드(110)로 공급하는 공기공급밸브(111)가 더 구비될 수 있다. 공기공급밸브(111)는 내부에 복수의 유로가 형성되어, 하나의 유로는 캐소드(110)로 공기를 공급하고 다른 유로는 캐소드(110)에서 배출된 공기를 도입한다.Referring to FIG. 2, the fuel cell system may be further equipped with an air supply valve 111 that supplies air that has passed through the air compressor 200 to the cathode 110 of the fuel cell stack 100. The air supply valve 111 has a plurality of passages formed inside, one passage supplying air to the cathode 110 and the other passage introducing air discharged from the cathode 110.

즉, 하나의 공기공급밸브(111)의 폐쇄 또는 개방을 통해 캐소드(110) 내부 공기의 유량을 조절할 수 있도록 형성된다.That is, it is formed so that the flow rate of air inside the cathode 110 can be adjusted by closing or opening one air supply valve 111.

따라서 공기배출밸브(112)가 완전 개방되어 더 이상 회복제어를 실시할 수 없는 상황으로 판단된 경우, 연료전지 시스템의 운전을 정지하기 전에 공기공급밸브(111)를 폐쇄함으로써 완전 침수 상황에서의 물 유입을 확실히 차단하고자 한다.Therefore, if it is determined that the air discharge valve 112 is completely open and recovery control can no longer be performed, the air supply valve 111 is closed before stopping the operation of the fuel cell system to prevent water from being completely flooded. We want to make sure to block the inflow.

이에 따라, 완전 침수 상황에서 물 유입에 따른 연료전지 시스템의 고장 문제를 더욱 확실하게 방지할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, there is an effect of more reliably preventing failure of the fuel cell system due to water inflow in a complete submersion situation.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어 시스템을 나타낸 도면이다.Figure 2 is a diagram showing a recovery control system when a fuel cell system of a vehicle is flooded according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어 시스템은, 공기가 공급되는 캐소드(110) 및 수소가 공급되는 애노드(120)를 포함하여 구성된 연료전지 스택(100) 연료전지 스택(100)의 캐소드(110) 측으로 공기를 공급하는 공기압축기(200) 및 차량의 연료전지 시스템의 침수여부를 판단하고, 연료전지 시스템이 침수된 것으로 판단된 경우, 연료전지 스택(100)의 캐소드(110) 측으로 공기를 공급하는 공기압축기(200)의 회전수가 증대되도록 공기압축기(200)를 제어하여 회복제어를 실시하며, 공기압축기(200)의 회전수 증대 후 연료전지 시스템의 침수 상황이 해소된 것으로 판단된 경우 공기압축기(200)의 회전수를 정상 제어하는 제어기(300)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the recovery control system in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention includes a fuel cell stack 100 including a cathode 110 to which air is supplied and an anode 120 to which hydrogen is supplied. Determine whether the air compressor 200 that supplies air to the cathode 110 of the fuel cell stack 100 and the fuel cell system of the vehicle are flooded, and if it is determined that the fuel cell system is flooded, the fuel cell stack 100 ), recovery control is performed by controlling the air compressor 200 to increase the rotation speed of the air compressor 200, which supplies air to the cathode 110 side, and flooding of the fuel cell system is prevented after increasing the rotation speed of the air compressor 200. It includes a controller 300 that normally controls the rotation speed of the air compressor 200 when it is determined that the situation has been resolved.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어기(300)는 차량의 다양한 구성요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(미도시) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(미도시)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수도 있으며, 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수도 있다.Controller 300 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a non-volatile memory (not shown) configured to store data regarding algorithms configured to control the operation of various components of a vehicle or software instructions for reproducing the algorithms. It may be implemented through a processor (not shown) configured to perform the operations described below using data stored in memory. Here, the memory and processor may be implemented as individual chips. Alternatively, the memory and processor may be implemented as a single chip integrated with each other, and the processor may take the form of one or more processors.

제어기(300)는, 침수 조건에서의 배압 상승에 따른 공기압축기(200) 출구 압력의 변화를 활용하여 연료전지 시스템의 침수여부를 판단한다. 이에 대한 구체적인 작용원리는 상술한 바와 같으므로 생략하기로 한다.The controller 300 determines whether the fuel cell system is flooded by using the change in the outlet pressure of the air compressor 200 due to the increase in back pressure under flooded conditions. Since the specific operating principle for this is the same as described above, it will be omitted.

연료전지 시스템의 침수 상황에서는 배출 유로에 배압이 형성되어, 공기압축기(200)의 출구 압력이 상승하고 공기압축기(200)로 흡입되는 공기의 유량이 감소하게 된다.In a flooded situation of the fuel cell system, back pressure is formed in the discharge passage, so the outlet pressure of the air compressor 200 increases and the flow rate of air sucked into the air compressor 200 decreases.

이에 따라, 도 3의 그래프 상에서 좌측 상단 방향으로 공기압축기(200)의 운전점이 이동하여(공기 유량 감소, 출구 압력 상승), 공기압축기(200)가 정상적인 운전 범위에서 이탈하여 서지 영역(C)에서 운전하게 되는 위험이 있다.Accordingly, the operating point of the air compressor 200 moves toward the upper left direction on the graph of FIG. 3 (air flow rate decreases, outlet pressure increases), and the air compressor 200 deviates from the normal operating range and falls in the surge region C. Driving is dangerous.

따라서 제어기(300)는, 연료전지 시스템이 침수된 것으로 판단된 경우, 연료전지 스택(100)의 캐소드(110) 측으로 공기를 공급하는 공기압축기(200)의 회전수가 증대되도록 공기압축기(200)를 제어하여 회복제어를 실시한다.Therefore, when it is determined that the fuel cell system is flooded, the controller 300 operates the air compressor 200 to increase the rotation speed of the air compressor 200 that supplies air to the cathode 110 of the fuel cell stack 100. Control and perform recovery control.

여기서 회복제어는, 공기압축기(200)의 회전수 증대와 동시에 연료전지 스택(100)의 전류제한을 실시하거나, 공기압축기(200)의 회전수 증대 후 수소공급밸브(121) 또는 공기배출밸브(112)의 개도량을 증가시키는 제어를 의미하며, 이에 대한 구체적인 작용원리는 상술한 바와 같으므로 생략한다.Here, the recovery control is performed by limiting the current of the fuel cell stack 100 while increasing the rotation speed of the air compressor 200, or by increasing the rotation speed of the air compressor 200 and then using the hydrogen supply valve 121 or the air discharge valve ( 112) refers to a control that increases the opening amount, and the specific operating principle for this is the same as described above, so it is omitted.

공기압축기(200)의 회전수가 증대되는 경우, 공기압축기(200)로 흡입되는 공기의 유량은 증가하고 공기압축기(200)의 출구 압력은 상승한다.When the rotational speed of the air compressor 200 increases, the flow rate of air sucked into the air compressor 200 increases and the outlet pressure of the air compressor 200 increases.

따라서 공기압축기(200)의 회전수 증대시, 도 3의 그래프 상에서 우측 상단 방향으로 공기압축기(200)의 운전점이 이동하게 되며(공기 유량 증가, 출구 압력 상승), 이에 따라 공기압축기(200)의 운전점이 서지 영역(C)에서 다시 정상 운전 영역(B)으로 복귀하게 된다.Therefore, when the rotational speed of the air compressor 200 increases, the operating point of the air compressor 200 moves toward the upper right on the graph of FIG. 3 (air flow rate increases, outlet pressure increases), and thus the air compressor 200 The operating point returns from the surge region (C) to the normal operation region (B).

그리고 제어기(300)는, 공기압축기(200)의 회전수 증대 후 연료전지 시스템의 침수 상황이 해소된 것으로 판단된 경우 공기압축기(200)의 회전수를 정상 제어한다.Additionally, the controller 300 normally controls the rotation speed of the air compressor 200 when it is determined that the flooding situation of the fuel cell system has been resolved after increasing the rotation speed of the air compressor 200.

참고로, 공기배출밸브(112)의 개도량을 증가시키는 회복제어를 실시했던 경우, 제어기(300)가 공기압축기(200)의 회전수를 정상 제어함에 있어서, 증가된 공기배출밸브(112)의 개도량을 반영하여 공기압축기(200)의 회전수를 정상 제어할 수 있다.For reference, when recovery control is performed to increase the opening amount of the air discharge valve 112, when the controller 300 normally controls the rotation speed of the air compressor 200, the increased air discharge valve 112 The rotation speed of the air compressor 200 can be normally controlled by reflecting the opening amount.

즉, 공기배출밸브(112)의 개도량을 증가시킨 후 연료전지 시스템의 침수 상황이 해소된 것으로 판단된 경우, 공기배출밸브(112)의 개도량도 정상 운전 영역(B)에 해당하는 정도의 수준으로 감소시켜야 한다.That is, if it is determined that the flooding situation of the fuel cell system has been resolved after increasing the opening amount of the air discharge valve 112, the opening amount of the air discharge valve 112 is also adjusted to a level corresponding to the normal operation region (B). must be reduced to the level

이때, 공기배출밸브(112)의 개도량을 급격하게 감소시키는 경우 정밀한 제어가 어려운 등 추가적인 문제가 발생할 수 있으므로, 제어기(300)는 공기배출밸브(112)의 개도량이 단계적으로 감소(예를 들어, 5초마다 5도씩 공기배출밸브(112)의 개도량을 감소시킬 수 있다.)되도록 제어할 수 있다.At this time, if the opening amount of the air discharge valve 112 is suddenly reduced, additional problems such as difficulty in precise control may occur, so the controller 300 gradually reduces the opening amount of the air discharge valve 112 (e.g. , the opening amount of the air discharge valve 112 can be reduced by 5 degrees every 5 seconds.

그리고 제어기(300)는, 이와 같이 변화되는 공기배출밸브(112)의 개도량 변화에 따른 공기압축기(200) 출구 압력 변화를 반영하여 공기압축기(200)의 회전수를 정상 제어할 수 있다.And the controller 300 can normally control the rotation speed of the air compressor 200 by reflecting the change in outlet pressure of the air compressor 200 according to the change in the opening amount of the air discharge valve 112.

한편, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어 시스템은, 공기압축기(200)의 입구부에 마련되어 공기압축기(200)로 유입되는 공기의 유량을 측정하는 공기유량센서(210)를 더 포함하고, 제어기(300)는 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택(100)에 공급되는 공기의 목표 유량을 산출하고, 공기유량센서(210)에서 측정한 공기의 유량과 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량 차이에 따라 공급 공기의 유량 부족여부를 판단할 수 있다.Meanwhile, the recovery control system in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention includes an air flow sensor 210 provided at the inlet of the air compressor 200 to measure the flow rate of air flowing into the air compressor 200. Further, the controller 300 calculates the target flow rate of air supplied to the fuel cell stack 100 based on the required output, and calculates the target flow rate of air measured by the air flow sensor 210 and the required output. Depending on the difference in the target flow rate of the supplied air, it is possible to determine whether the flow rate of the supplied air is insufficient.

공기유량센서(210)는, 공기압축기(200)로 흡입되는 공기의 유량을 측정하기 위해 공기압축기(200) 입구부에 마련된다.The air flow sensor 210 is provided at the inlet of the air compressor 200 to measure the flow rate of air sucked into the air compressor 200.

제어기(300)는 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택(100)에 공급되는 공기의 목표 유량을 산출한다. 여기서 목표 유량은, 연료전지 차량 사용자(운전자)의 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택(100)에 공급되는 공기의 최소 유량을 의미하는 것으로서, 특정한 요구 출력 조건에서 연료전지가 해당하는 출력 성능을 발휘하기 위해 필요한 최소한의 공기 유량값으로 이해될 수 있다.The controller 300 calculates the target flow rate of air supplied to the fuel cell stack 100 based on the required output. Here, the target flow rate refers to the minimum flow rate of air supplied to the fuel cell stack 100 based on the required output of the fuel cell vehicle user (driver), and the fuel cell demonstrates the corresponding output performance under specific required output conditions. It can be understood as the minimum air flow rate required to achieve this.

즉, 운전자의 요구 발생시 연료전지 시스템의 제어기(300)는 연료전지의 요구 출력과 요구 전류를 결정하며, 요구 출력에 따라 목표 유량이 결정된다.That is, when a driver's request occurs, the fuel cell system controller 300 determines the required output and required current of the fuel cell, and the target flow rate is determined according to the required output.

또한, 제어기(300)는 공기유량센서(210)에서 측정한 공기의 유량과 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량 차이에 따라 공급 공기의 유량 부족여부를 판단한다.Additionally, the controller 300 determines whether the flow rate of supplied air is insufficient based on the difference between the air flow rate measured by the air flow sensor 210 and the target air flow rate calculated based on the required output.

여기서 공급 공기의 유량 부족여부를 판단하는 구체적인 작용원리는 상술한 바와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.Here, the specific operating principle for determining whether the flow rate of supplied air is insufficient is the same as described above, so its description will be omitted.

한편, 공기의 유량이 부족한 경우는, 앞서 살펴본 바와 같이 연료전지 시스템이 침수 상황에 해당하여 배출 유로에 형성된 배압에 따라 공기의 유량이 부족한 경우도 있으나, 연료전지 시스템이 침수 상황에 해당하지 않더라도 공기공급 시스템 자체에 문제가 발생하여 공기의 유량이 부족한 것으로 판단될 수도 있다.On the other hand, in cases where the air flow rate is insufficient, as discussed above, the fuel cell system may be in a flooded situation and the air flow rate may be insufficient depending on the back pressure formed in the discharge passage. However, even if the fuel cell system is not flooded, the air flow rate may be insufficient. A problem may occur in the supply system itself and the air flow rate may be judged to be insufficient.

이를 구분하기 위해, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법은, 공기의 유량 부족여부를 판단한 후, 공기압축기(200) 출구 압력의 이상여부를 판단한다.To distinguish this, the recovery control method in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention determines whether the air flow rate is insufficient and then determines whether the outlet pressure of the air compressor 200 is abnormal.

한편, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어 시스템은, 공기압축기(200)의 출구부에 마련되어 공기압축기(200)의 출구 압력을 측정하는 공기압력센서(220)를 더 포함하고, 제어기(300)는 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택(100)에 공급되는 공기의 목표 유량을 산출하고, 공기압력센서(220)에서 측정한 공기압축기(200)의 출구 압력을 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값과 비교하여 공기압축기(200)의 출구 압력 이상여부를 판단할 수 있다.Meanwhile, the recovery control system in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention further includes an air pressure sensor 220 provided at the outlet of the air compressor 200 to measure the outlet pressure of the air compressor 200, , the controller 300 calculates the target flow rate of air supplied to the fuel cell stack 100 based on the required output, and calculates the outlet pressure of the air compressor 200 measured by the air pressure sensor 220 based on the required output. It is possible to determine whether the outlet pressure of the air compressor 200 is abnormal by comparing it with a preset reference value according to the calculated target flow rate of air.

공기압력센서(220)는, 공기압축기(200)의 출구 압력을 측정하기 위해 공기압축기(200)의 출구부에 마련된다. 이러한 공기압력센서(220)는 공기압축기(200)의 출구 압력을 실시간으로 측정하고, 측정한 압력 정보를 제어기(300)로 송신한다.The air pressure sensor 220 is provided at the outlet of the air compressor 200 to measure the outlet pressure of the air compressor 200. This air pressure sensor 220 measures the outlet pressure of the air compressor 200 in real time and transmits the measured pressure information to the controller 300.

그리고 제어기(300)는, 공기압력센서(220)에서 측정한 공기압축기(200)의 출구 압력을, 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값과 비교하여 공기압축기(200)의 출구 압력 이상여부를 판단한다.And the controller 300 compares the outlet pressure of the air compressor 200 measured by the air pressure sensor 220 with a preset reference value according to the target flow rate of air calculated based on the required output to determine the outlet pressure of the air compressor 200. Determine whether the outlet pressure is abnormal.

여기서 '산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값'은, 앞서 살펴본 바와 같이, 요구출력에 따라 결정된 목표 유량에서의 공기압축기(200) 출구 압력 허용값을 의미한다.Here, the 'standard value prepared in advance according to the calculated target flow rate of air' refers to the allowable outlet pressure value of the air compressor 200 at the target flow rate determined according to the required output, as discussed above.

즉, 공기압력센서(220)에서 측정된 공기압축기(200)의 출구 압력이 그 허용값보다 높아지는 경우, 공기압축기(200)의 출구 압력에 이상이 있는 것으로 판단하며, 기타 구체적인 작용원리에 대해서는 상술한 바와 동일하므로 생략한다.That is, if the outlet pressure of the air compressor 200 measured by the air pressure sensor 220 is higher than the allowable value, it is determined that there is an abnormality in the outlet pressure of the air compressor 200, and other specific operating principles are described above. Since it is the same as what was described above, it is omitted.

한편, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어 시스템은, 연료전지 스택(100)의 애노드(120) 측으로 수소를 공급하는 수소공급밸브(121) 및 연료전지 스택(100)의 캐소드(110)를 통과한 공기를 차량의 외부로 배출하는 공기배출밸브(112)를 더 포함하고, 제어기(300)는 공기압축기(200)의 회전수 증대 후 수소공급밸브(121)와 공기배출밸브(112)의 개도량이 증가되도록 수소공급밸브(121)와 공기배출밸브(112)를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.Meanwhile, the recovery control system in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention includes a hydrogen supply valve 121 that supplies hydrogen to the anode 120 of the fuel cell stack 100 and a cathode of the fuel cell stack 100. It further includes an air discharge valve 112 that discharges the air passing through (110) to the outside of the vehicle, and the controller 300 increases the rotation speed of the air compressor 200 and operates the hydrogen supply valve 121 and the air discharge valve. It may be characterized by controlling the hydrogen supply valve 121 and the air discharge valve 112 so that the opening amount of (112) is increased.

제어기(300)는, 수소공급밸브(121)의 개도량 증가 제어를 통해 애노드(120) 측 압력을 높여줌으로써, 연료전지 시스템이 침수 상태에 해당하여 배출 유로에 배압이 형성된 경우 배압에 의해 애노드(120) 측으로 공기가 역류하는 문제를 방지한다.The controller 300 increases the pressure on the anode 120 by controlling the increase in the opening amount of the hydrogen supply valve 121, so that when the fuel cell system is in a flooded state and back pressure is formed in the discharge passage, the anode ( 120) Prevents the problem of air flowing back to the side.

여기서 구체적인 수소공급밸브(121)의 개도량 증가 정도 내지 제어원리는 상술한 바와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.Here, the specific increase in the opening amount of the hydrogen supply valve 121 and the control principle are the same as described above, so description thereof will be omitted.

공기배출밸브(112)는 캐소드(110)를 통과한 공기를 차량의 외부로 배출하므로 공기배출밸브(112)는 배출 유로 상에서 배기구와 인접하게 마련됨이 바람직하다.Since the air discharge valve 112 discharges air that has passed through the cathode 110 to the outside of the vehicle, the air discharge valve 112 is preferably provided adjacent to the exhaust port on the discharge passage.

제어기(300)는, 공기배출밸브(112)의 개도량 증가 제어를 통해 배출 유로에 유입된 물의 수위를 낮추어 배압을 감소시킴으로써, 공기압축기(200) 회전수 증대 제어의 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.The controller 300 has the advantage of increasing the efficiency of controlling the increase in rotation speed of the air compressor 200 by reducing the back pressure by lowering the water level of the water flowing into the discharge passage through control of increasing the opening amount of the air discharge valve 112. there is.

한편, 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어 시스템은, 공기압축기(200)를 통과한 공기를 연료전지 스택(100)의 캐소드(110)로 공급하는 공기공급밸브(111)를 더 포함하고, 제어기(300)는 공기배출밸브(112)의 개도량이 완전 개방된 경우, 공기공급밸브(111)를 폐쇄한 후 연료전지 시스템의 운전을 정지시키는 것을 특징으로 할 수 있다.Meanwhile, the recovery control system in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle according to the present invention includes an air supply valve 111 that supplies air that has passed through the air compressor 200 to the cathode 110 of the fuel cell stack 100. Additionally, the controller 300 may be configured to stop the operation of the fuel cell system after closing the air supply valve 111 when the opening amount of the air discharge valve 112 is fully opened.

앞서 살펴본 바와 같이, 공기배출밸브(112)의 개도량이 완전 개방된 경우에는 더이상 개도량을 증가시킬 수 없으므로, 연료전지 시스템의 침수 상황이 해소되지 않을 수 있으며, 배출구의 단면이 전부 막힌 경우와 같이 완전 침수 상황에 해당하는 경우, 오히려 배출 유로를 따라 물이 내부로 유입되어 연료전지 시스템 자체의 고장을 유발할 수 있다.As seen above, when the opening amount of the air discharge valve 112 is fully opened, the opening amount cannot be increased any further, so the flooding situation in the fuel cell system may not be resolved, and in the case where the cross section of the outlet is completely blocked, In the case of a complete flooding situation, water may flow into the interior along the discharge channel, causing failure of the fuel cell system itself.

따라서 제어기(300)는, 공기배출밸브(112)가 완전 개방된 경우, 더 이상 회복제어를 실시할 수 없는 상황으로 판단하여 연료전지 시스템의 운전을 정지시킴으로써, 완전 침수 상황으로 진행되는 문제를 사전에 방지하고자 한다.Therefore, when the air discharge valve 112 is fully opened, the controller 300 determines that recovery control can no longer be performed and stops the operation of the fuel cell system to prevent the problem from progressing to a complete flooding situation. We want to prevent this.

한편, 공기공급밸브(111)의 내부에는 캐소드(110)로 공기를 공급하는 하나의 유로와 캐소드(110)에서 배출된 공기를 도입하는 또 다른 유로가 형성된다. 즉, 하나의 공기공급밸브(111)의 폐쇄 또는 개방을 통해 캐소드(110) 내부 공기의 유량을 조절할 수 있도록 형성된다.Meanwhile, one flow path for supplying air to the cathode 110 and another flow path for introducing air discharged from the cathode 110 are formed inside the air supply valve 111. That is, it is formed so that the flow rate of air inside the cathode 110 can be adjusted by closing or opening one air supply valve 111.

따라서 제어기(300)는, 공기배출밸브(112)가 완전 개방되어 더 이상 회복제어를 실시할 수 없는 상황으로 판단된 경우, 연료전지 시스템의 운전을 정지하기 전에 공기공급밸브(111)를 폐쇄함으로써 완전 침수 상황에서의 물 유입이 확실히 차단되도록 한다.Therefore, when the controller 300 determines that the air discharge valve 112 is completely open and recovery control can no longer be performed, the controller 300 closes the air supply valve 111 before stopping the operation of the fuel cell system. Ensure that water inflow is reliably blocked in a fully submerged situation.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법 및 시스템에 따르면, 연료전지 시스템 침수 조건에서의 배압 상승과 공기압축기(200) 출구부 압력 변화 간 관계로부터 침수 여부를 판단함으로써, 연료전지 시스템의 침수 판단을 위한 별도의 추가 장치를 장착하지 않고도 기존의 연료전지 시스템의 구성에 기반하여 침수 여부를 판단할 수 있어, 종래의 기술적 한계를 극복하고 추가 재료비 상승 문제를 방지할 수 있다.Therefore, as described above, according to the recovery control method and system when the fuel cell system of a vehicle is flooded according to the present invention, whether or not it is flooded is determined from the relationship between the increase in back pressure in the flooded condition of the fuel cell system and the change in pressure at the outlet of the air compressor 200. By determining whether or not the fuel cell system is flooded, it is possible to determine whether or not it is flooded based on the configuration of the existing fuel cell system without installing a separate additional device to determine whether the fuel cell system will be flooded. This overcomes conventional technical limitations and eliminates the problem of additional material cost increases. It can be prevented.

또한, 공기압축기(200)의 회전수를 증대시키면서 배압 해소를 위한 추가 회복제어를 실시함으로써, 연료전지 시스템의 침수 상황을 해소하면서도 공기압축기(200)의 파손을 예방하고, 완전 침수 상황에서 물 유입에 의한 연료전지 시스템 고장을 사전에 차단할 수 있는 장점이 있다.In addition, by increasing the number of revolutions of the air compressor 200 and performing additional recovery control to relieve back pressure, damage to the air compressor 200 is prevented while eliminating flooding of the fuel cell system, and water inflow in a complete flooding situation. It has the advantage of being able to prevent fuel cell system failures in advance.

발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였으나, 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.Although the invention has been shown and described in relation to specific embodiments, it is commonly known in the art that the present invention can be modified and changed in various ways without departing from the technical spirit of the invention as provided by the following claims. It will be self-evident to those with knowledge.

100 : 연료전지 스택
110 : 캐소드
111 : 공기공급밸브
112 : 공기배출밸브
120 : 애노드
121 : 수소공급밸브
122 : 수소배출밸브
200 : 공기압축기
210 : 공기유량센서
220 : 공기압력센서
300 : 제어기
400 : 수소탱크
500 : 공기가습기
100: Fuel cell stack
110: cathode
111: air supply valve
112: air discharge valve
120: anode
121: Hydrogen supply valve
122: Hydrogen discharge valve
200: Air compressor
210: air flow sensor
220: Air pressure sensor
300: controller
400: Hydrogen tank
500: Air humidifier

Claims (15)

차량의 연료전지 시스템의 침수여부를 판단하는 단계;
연료전지 시스템이 침수된 것으로 판단된 경우, 연료전지 스택의 캐소드 측으로 공기를 공급하는 공기압축기의 회전수가 증대되도록 공기압축기를 제어하여 회복제어를 실시하는 단계; 및
공기압축기의 회전수 증대 후 연료전지 시스템의 침수 상황이 해소된 것으로 판단된 경우 공기압축기의 회전수를 정상 제어하는 단계;를 포함하는 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법.
Determining whether the fuel cell system of the vehicle is flooded;
If it is determined that the fuel cell system is flooded, performing recovery control by controlling the air compressor to increase the rotation speed of the air compressor that supplies air to the cathode side of the fuel cell stack; and
A recovery control method in case of flooding of a fuel cell system of a vehicle, comprising: normalizing the rotation speed of the air compressor when it is determined that the flooding situation of the fuel cell system has been resolved after increasing the rotation speed of the air compressor.
청구항 1에 있어서,
연료전지 시스템의 침수여부를 판단하는 단계는,
요구 출력에 기반하여 연료전지 스택에 공급되는 공기의 목표 유량을 산출하는 단계;
산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값을 기반으로 공기압축기의 출구 압력 이상여부를 판단하는 단계; 및
공기압축기의 출구 압력에 이상이 있는 경우, 연료전지 시스템이 침수된 것으로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법.
In claim 1,
The steps to determine whether the fuel cell system is flooded are:
calculating a target flow rate of air supplied to the fuel cell stack based on the required output;
Determining whether the outlet pressure of the air compressor is abnormal based on a preset reference value according to the calculated target flow rate of air; and
A recovery control method when a fuel cell system of a vehicle is flooded, comprising: determining that the fuel cell system has been flooded when there is an abnormality in the outlet pressure of the air compressor.
청구항 2에 있어서,
산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값을 기반으로 공기압축기의 출구 압력 이상여부를 판단하는 단계는,
공기압력센서에서 공기압축기의 출구 압력을 측정하는 단계; 및
공기압력센서에서 측정한 공기압축기의 출구 압력을 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값과 비교하여 공기압축기의 출구 압력 이상여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법.
In claim 2,
The step of determining whether the outlet pressure of the air compressor is abnormal based on a standard value prepared in advance according to the calculated target flow rate of air is:
Measuring the outlet pressure of the air compressor using an air pressure sensor; and
Comparing the outlet pressure of the air compressor measured by the air pressure sensor with a preset reference value according to the target flow rate of air calculated based on the required output to determine whether the outlet pressure of the air compressor is abnormal. Recovery control method when a vehicle's fuel cell system is flooded.
청구항 2에 있어서,
요구 출력에 기반하여 연료전지 스택에 공급되는 공기의 목표 유량을 산출하는 단계 이후에는,
공기유량센서에서 공기압축기로 유입되는 공기의 유량을 측정하는 단계; 및
공기유량센서에서 측정한 공기의 유량과 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량의 차이에 따라 공급 공기의 유량 부족여부를 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법.
In claim 2,
After calculating the target flow rate of air supplied to the fuel cell stack based on the required output,
Measuring the flow rate of air flowing into the air compressor from the air flow sensor; and
A step of determining whether the flow rate of supplied air is insufficient according to the difference between the air flow rate measured by the air flow sensor and the target air flow rate calculated based on the required output. Recovery control method in case of flooding.
청구항 4에 있어서,
회복제어를 실시하는 단계는,
공기압축기의 회전수 증대와 동시에 공기유량센서에서 측정한 공기의 유량과 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택에 공급되는 공기의 목표 유량의 차이에 따라 미리 마련된 기준값에 따라 연료전지 스택의 전류를 제한하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법.
In claim 4,
The steps to perform recovery control are:
At the same time as the rotation speed of the air compressor increases, the current of the fuel cell stack is limited according to a preset standard value according to the difference between the target flow rate of air supplied to the fuel cell stack based on the air flow rate measured by the air flow sensor and the required output. A recovery control method in case of flooding of a fuel cell system of a vehicle, characterized in that.
청구항 1에 있어서,
회복제어를 실시하는 단계는,
공기압축기의 회전수 증대 후 연료전지 스택의 애노드 측으로 수소를 공급하는 수소공급밸브의 개도량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법.
In claim 1,
The steps to perform recovery control are:
A recovery control method in case of flooding of a fuel cell system of a vehicle, characterized in that the opening amount of the hydrogen supply valve that supplies hydrogen to the anode side of the fuel cell stack is increased after increasing the rotation speed of the air compressor.
청구항 1에 있어서,
회복제어를 실시하는 단계는,
공기압축기의 회전수 증대 후 연료전지 스택의 캐소드를 통과한 공기를 차량의 외부로 배출하는 공기배출밸브의 개도량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법.
In claim 1,
The steps to perform recovery control are:
A recovery control method in case of flooding of a fuel cell system of a vehicle, characterized in that after increasing the rotation speed of the air compressor, the opening amount of the air discharge valve that discharges the air that has passed through the cathode of the fuel cell stack to the outside of the vehicle is increased.
청구항 1에 있어서,
회복제어를 실시하는 단계 이후에는,
공기압축기의 출구 압력에 기반하여 연료전지 시스템의 침수 상황 해소 여부를 판단하는 단계; 및
침수 상황이 해소되지 않은 경우, 공기배출밸브의 개도량을 점진적으로 증가시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법.
In claim 1,
After the recovery control stage,
Determining whether the flooding situation of the fuel cell system has been resolved based on the outlet pressure of the air compressor; and
A recovery control method in case of flooding of a fuel cell system of a vehicle, further comprising: gradually increasing the opening amount of the air discharge valve when the flooding situation is not resolved.
청구항 8에 있어서,
공기배출밸브의 개도량을 점진적으로 증가시키는 단계는,
공기배출밸브의 개도량이 완전 개방된 경우, 연료전지 시스템의 운전을 정지시키는 것을 특징으로 하는 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법.
In claim 8,
The step of gradually increasing the opening amount of the air discharge valve is:
A recovery control method in case of flooding of a fuel cell system of a vehicle, characterized in that the operation of the fuel cell system is stopped when the opening amount of the air discharge valve is fully opened.
청구항 8에 있어서,
공기배출밸브의 개도량을 점진적으로 증가시키는 단계는,
공기배출밸브의 개도량이 완전 개방된 경우, 공기압축기를 통과한 공기를 연료전지 스택의 캐소드로 공급하는 공기공급밸브를 폐쇄한 후 연료전지 시스템의 운전을 정지시키는 것을 특징으로 하는 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어방법.
In claim 8,
The step of gradually increasing the opening amount of the air discharge valve is:
A fuel cell system for a vehicle characterized in that when the opening amount of the air discharge valve is fully opened, the air supply valve that supplies the air that passed through the air compressor to the cathode of the fuel cell stack is closed and the operation of the fuel cell system is stopped. Recovery control method in case of flooding.
공기가 공급되는 캐소드 및 수소가 공급되는 애노드를 포함하여 구성된 연료전지 스택;
연료전지 스택의 캐소드 측으로 공기를 공급하는 공기압축기; 및
차량의 연료전지 시스템의 침수여부를 판단하고, 연료전지 시스템이 침수된 것으로 판단된 경우, 연료전지 스택의 캐소드 측으로 공기를 공급하는 공기압축기의 회전수가 증대되도록 공기압축기를 제어하여 회복제어를 실시하며, 공기압축기의 회전수 증대 후 연료전지 시스템의 침수 상황이 해소된 것으로 판단된 경우 공기압축기의 회전수를 정상 제어하는 제어기;를 포함하는 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어 시스템.
A fuel cell stack including a cathode supplied with air and an anode supplied with hydrogen;
An air compressor that supplies air to the cathode side of the fuel cell stack; and
Determines whether the vehicle's fuel cell system has been flooded, and if it is determined that the fuel cell system has been flooded, recovery control is performed by controlling the air compressor to increase the rotation speed of the air compressor that supplies air to the cathode side of the fuel cell stack. , a controller that normally controls the rotation speed of the air compressor when it is determined that the flooding situation of the fuel cell system has been resolved after increasing the rotation speed of the air compressor.
청구항 11에 있어서,
공기압축기의 입구부에 마련되어 공기압축기로 유입되는 공기의 유량을 측정하는 공기유량센서;를 더 포함하고,
제어기는 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택에 공급되는 공기의 목표 유량을 산출하고, 공기유량센서에서 측정한 공기의 유량과 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량 차이에 따라 공급 공기의 유량 부족여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어 시스템.
In claim 11,
It further includes an air flow sensor provided at the inlet of the air compressor to measure the flow rate of air flowing into the air compressor,
The controller calculates the target flow rate of air supplied to the fuel cell stack based on the required output, and the supply air flow rate is insufficient according to the difference between the air flow rate measured by the air flow sensor and the target air flow rate calculated based on the required output. A recovery control system in case of flooding of a vehicle's fuel cell system, characterized in that it determines whether or not the vehicle's fuel cell system is flooded.
청구항 11에 있어서,
공기압축기의 출구부에 마련되어 공기압축기의 출구 압력을 측정하는 공기압력센서;를 더 포함하고,
제어기는 요구 출력에 기반하여 연료전지 스택에 공급되는 공기의 목표 유량을 산출하고, 공기압력센서에서 측정한 공기압축기의 출구 압력을 요구 출력에 기반하여 산출된 공기의 목표 유량에 따라 미리 마련된 기준값과 비교하여 공기압축기의 출구 압력 이상여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어 시스템.
In claim 11,
It further includes an air pressure sensor provided at the outlet of the air compressor to measure the outlet pressure of the air compressor,
The controller calculates the target flow rate of air supplied to the fuel cell stack based on the required output, and matches the outlet pressure of the air compressor measured by the air pressure sensor to a preset reference value according to the target flow rate of air calculated based on the required output. A recovery control system in case of flooding of a vehicle's fuel cell system, characterized by comparing and determining whether the outlet pressure of the air compressor is abnormal.
청구항 11에 있어서,
연료전지 스택의 애노드 측으로 수소를 공급하는 수소공급밸브; 및
연료전지 스택의 캐소드를 통과한 공기를 차량의 외부로 배출하는 공기배출밸브;를 더 포함하고,
제어기는 공기압축기의 회전수 증대 후 수소공급밸브와 공기배출밸브의 개도량이 증가되도록 수소공급밸브와 공기배출밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어 시스템.
In claim 11,
A hydrogen supply valve that supplies hydrogen to the anode side of the fuel cell stack; and
It further includes an air discharge valve that discharges air that has passed through the cathode of the fuel cell stack to the outside of the vehicle,
A recovery control system in case of flooding of a vehicle's fuel cell system, characterized in that the controller controls the hydrogen supply valve and the air discharge valve to increase the opening amount of the hydrogen supply valve and the air discharge valve after increasing the rotation speed of the air compressor.
청구항 14에 있어서,
공기압축기를 통과한 공기를 연료전지 스택의 캐소드로 공급하는 공기공급밸브;를 더 포함하고,
제어기는 공기배출밸브의 개도량이 완전 개방된 경우, 공기공급밸브를 폐쇄한 후 연료전지 시스템의 운전을 정지시키는 것을 특징으로 하는 차량의 연료전지 시스템의 침수시 회복제어 시스템.
In claim 14,
It further includes an air supply valve that supplies air that has passed through the air compressor to the cathode of the fuel cell stack,
A recovery control system in case of flooding of the fuel cell system of a vehicle, characterized in that the controller stops the operation of the fuel cell system after closing the air supply valve when the opening amount of the air discharge valve is fully opened.
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