KR20240048339A - 연료전지 시동 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 시동 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 공기 및 연료를 공급받아 전력을 발전하는 복수의 연료전지 스택; 양방향 컨버터와 연결되며, 각각의 연료전지 스택의 발전 전력에 의해 충전되거나 전력을 공급하도록 방전되는 축전장치; 및 연료전지 스택의 시동 요구 시, 복수의 연료전지 스택 중 시동 조건을 만족하는 연료전지 스택의 시동을 제어하고, 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력 또는 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력에 의해 충전되며 개별 연료전지 스택과 연결된 각각의 축전장치의 충전 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택의 시동을 제어하는 제어기;를 포함하는 연료전지 시동 제어 시스템이 소개된다.

Description

연료전지 시동 제어 시스템 및 그 방법{FUEL CELL START CONTROL SYSTEM AND METHOD THEREFOR}
본 발명은 연료전지 시동 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축전장치, 양방향 컨버터의 모니터링을 통해 복수의 연료전지 시스템의 시동을 효율적으로 제어하기 위한 연료전지 시동 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
연료전지는 수소공급장치 및 공기공급장치에서 각각 공급된 수소와 산소의 산화 환원 반응을 이용하여 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 것으로 전기 에너지를 생산하는 연료전지 및 이를 냉각시키기 위한 냉각 시스템 등을 포함하고 있다.
즉, 연료전지의 애노드 측에는 수소가 공급되고, 애노드에서 수소의 산화반응이 진행되어 수소이온(Proton)과 전자(Electron)가 발생하게 되고, 이때 생성된 수소이온과 전자는 각각 전해질막과 외부도선을 통하여 캐소드로 이동한다. 캐소드에서는 애노드로부터 이동한 수소이온과 전자, 공기중의 산소가 참여하는 전기화학반응을 통하여 전기에너지가 발생한다.
이때, 복수의 연료전지 스택을 구성하는 각각의 개별 연료전지 스택은 양방향 컨버터(Bidirectional Low voltage DC-DC Converter, BLDC)와 연결된 저전압 배터리로 구성될 수 있다.
그러나 복수의 연료전지 스택의 시동을 동시에 제어하는 경우에는 시동 제어가 가능한 연료전지 스택이 있는 반면에, 저전압 배터리의 전압이 저하되거나 양방향 컨버터가 고장나는 등의 문제로 인하여 문제가 발생한 개별 연료전지 스택의 시동 제어를 할 수 없어 복수의 연료전지 스택 구성 전체의 시동 제어가 불가능한 문제점이 발생한다.
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.
KR 10-2018-0050837 B
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 축전장치, 양방향 컨버터의 모니터링을 통해 복수의 연료전지 시스템의 시동을 효율적으로 제어하기 위한 연료전지 시동 제어 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 연료전지 시동 제어 시스템은, 공기 및 연료를 공급받아 전력을 발전하는 복수의 연료전지 스택; 양방향 컨버터와 연결되며, 각각의 연료전지 스택의 발전 전력에 의해 충전되거나 전력을 공급하도록 방전되는 축전장치; 및 연료전지 스택의 시동 요구 시, 복수의 연료전지 스택 중 시동 조건을 만족하는 연료전지 스택의 시동을 제어하고, 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력 또는 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력에 의해 충전되는 개별 연료전지 스택과 연결된 각각의 축전장치의 충전 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택의 시동을 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 시동 조건은 개별 연료전지 스택과 연결된 축전장치의 전압 조건 및 양방향 컨버터의 고장 조건을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제어기는 개별 연료전지 스택과 연결된 축전장치의 충전 전압이 기준값 미만인 경우, 양방향 컨버터의 고장 여부를 판단하여 개별 연료전지 스택의 시동을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어기는 양방향 컨버터가 정상으로 판단된 경우, 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력으로 개별 연료전지 스택과 연결된 축전장치를 충전하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어기는 양방향 컨버터가 고장으로 판단된 경우, 고장 판단된 양방향 컨버터와 연결되는 연료전지 스택을 제외한 개별 연료전지 스택의 시동을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어기는 개별 연료전지 스택과 연결된 축전장치의 충전 완료 이후, 축전장치의 충전 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택의 시동을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어기는 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력을 계산하고, 계산된 발전 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택의 시동 가능 개수를 산출할 수 있다.
예를 들어, 제어기는 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력, 시동 후 보기류의 요구 전력 및 시동 시 보기류의 소모 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택의 시동 가능 개수를 산출할 수 있다.
예를 들어, 제어기는 복수의 연료전지 스택의 발전 전력과 축전장치의 공급 전력을 합산한 값에서 보기류의 소모 전력을 차감한 값을 목표 출력으로 산출하고, 산출된 목표 출력에 따라 연료전지 스택의 시동을 제어할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 방법으로서 본 발명은, 공기 및 연료를 공급받아 전력을 발전하는 복수의 연료전지 스택, 양방향 컨버터와 연결되며, 각각의 연료전지 스택의 발전 전력에 의해 충전되거나 전력을 공급하도록 방전되는 축전장치를 구비하는 연료전지 시동 제어 시스템에서 연료전지 스택의 시동 요구 시, 복수의 연료전지 스택 중 시동 조건을 만족하는 연료전지 스택의 시동을 제어하는 단계; 및 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력 또는 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력에 의해 충전되며 개별 연료전지 스택과 연결된 각각의 축전장치의 충전 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택의 시동을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 시동 조건을 만족하는 연료전지 스택의 시동을 제어하는 단계에서, 시동 조건은 개별 연료전지 스택과 연결된 축전장치의 전압 조건 및 양방향 컨버터의 고장 조건을 포함하고, 개별 연료전지 스택의 시동을 제어하는 단계는, 개별 연료전지 스택과 연결된 축전장치의 충전 전압이 기준값 미만인 경우, 양방향 컨버터의 고장 여부를 판단하여 개별 연료전지 스택의 시동을 제어할 수 있다.
예를 들어, 양방향 컨버터가 정상으로 판단된 경우, 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력으로 개별 연료전지 스택과 연결된 축전장치를 충전하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 양방향 컨버터가 고장으로 판단된 경우, 고장 판단된 양방향 컨버터와 연결되는 연료전지 스택을 제외한 개별 연료전지 스택의 시동을 제어할 수 있다.
예를 들어, 개별 연료전지 스택의 시동을 제어하는 단계는, 개별 연료전지 스택과 연결된 축전장치의 충전 완료 이후, 축전장치의 충전 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택의 시동을 제어할 수 있다.
예를 들어, 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력을 계산하고, 계산된 발전 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택의 시동 가능 개수를 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명 연료전지 시동 제어 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 축전장치, 양방향 컨버터의 모니터링을 통해 복수의 연료전지 시스템의 시동을 효율적으로 제어할 수 있어 연료전지 스택으로 구성된 그룹의 시동 실패를 방지하고 목표 출력에 따라 시동을 제어하도록 할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 시동 제어 시스템을 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택의 시동을 제어하는 연료전지 시동 제어 시스템의 전력 흐름을 나타낸 블럭도.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 시동 제어 시스템을 구성하는 복수의 연료전지 스택의 출력도를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시동 제어 시스템의 제어 과정을 나타낸 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit), 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Control Unit) 등의 명칭에 포함된 유닛(Unit) 또는 제어 유닛(Control Unit)은 차량 특정 기능을 제어하는 제어 장치(Controller)의 명명에 널리 사용되는 용어일 뿐, 보편적 기능 유닛(Generic function unit)을 의미하는 것은 아니다. 예컨대, 각 제어기는 담당하는 기능의 제어를 위해 다른 제어기나 센서와 통신하는 통신 장치, 운영체제나 로직 명령어와 입출력 정보 등을 저장하는 메모리 및 담당 기능 제어에 필요한 판단, 연산, 결정 등을 수행하는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 연료전지 시동 제어 시스템의 제어 방법을 설명하기 앞서, 실시예들에 적용 가능한 연료전지 시동 제어 시스템을 먼저 설명한다.
연료전지는 수소와 산소의 화학 반응에 의해 전력을 발전한다. 구체적으로, 모터로 구동하는 연료전지 차량(FCEV: Fuel Cell Electric Vehicle)의 구동에너지는 고분자 전해질 연료전지(PEFC: Polymer Electrolyte Fuel Cell)가 이용된다.
고분자전해질 연료전지는 수소 이온(Proton, H+)이 이동하는 고분자전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매층이 주된 구성품인 전극이 부착된 막전극접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly), 반응기체들을 고르게 분포시키는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL: Gas Diffusion Layer) 및 반응기체들과 냉각수가 이동하는 통로를 포함하고 있는 분리판(BP: Bipolar Plate) 및 반응기체들 및 냉각수의 기밀성을 확보하기 위한 가스켓(Gasket)으로 구성된 단위셀(Unit Cell)이 수십에서 수백장 반복하여 적층된 구조물에 적정 체결압력을 유지하기 위한 체결기구(Clamping Device)를 이용하여 조립된 연료전지(Stack)의 형태로 사용되고 있다.
특히, 직접적인 전기화학반응이 일어나는 장소인 막전극접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly)에는 고분자전해질막을 사이에 두고 한 쌍의 전극이 배치되는데, 연료가스인 수소는 연료전지 내부에 일정 부피를 차지하고 있는 수소극(Anode)로 공급되고, 산화가스인 산소가 포함된 공기는 공기극(Cathode)으로 공급된다.
수소극으로 공급된 수소는 고분자전해질막의 일면에 부착된 수소극 내의 촉매에 의해 수소이온(proton, H+)과 전자(electron, e-)로 분해되며, 이 중 수소이온만이 선택적으로 양이온교환막인 고분자전해질막을 통과하여 고분자전해질막의 다른 일면에 부착된 공기극으로 이동하고, 동시에 전자는 외부 도선을 통하여 공기극으로 전달된다. 연료전지 내부의 화학반응을 반응식으로 나타내면 다음과 같다.
[수소극에서의 반응] H2 → 2H+ + 2e-
[공기극에서의 반응] 1/2*O2(g) + 2H+ + 2e- → H2O(l)
[전체반응] H2(g) + 1/2*O2(g) → H2O(l) + 전기에너지 + 열에너지
상기 반응식에 나타낸 바와 같이 애노드에서는 수소 분자가 분해되어 4개의 수소이온과 4개의 전자가 생성된다. 전자는 외부 회로를 통해 이동함으로써 전류(전기에너지)를 생성하고, 수소이온은 전해질막을 통해 캐소드로 이동하여 환원극 반응을 하게 되며, 전기화학반응의 부산물로서 물과 열이 생성된다.
연료전지는 메인라인을 통하여 모터와 같은 구동계, 고전압배터리 및 고전압 운전장치들(BOPs)과 연결될 수 있다. 메인라인은 연료전지와 연결된 상태에서 연료전지의 출력 전압과 동일한 전압으로 유지될 수 있다.
또한, 연료전지는 충방전 가능한 축전장치와 연결되고, 축전장치는 연료전지의 발전 전력에 의해 충전되거나, 충전된 전력을 방전하면서 외부로 전력을 공급할 수 있다. 여기서, 축전장치는 배터리 또는 슈퍼캐패시터일 수 있고, 특히 고전압 배터리(HV Battery) 또는 저전압 배터리(LV Battery)일 수 있다.
특히, 충방전이 가능한 고전압배터리(HV Battery)는 연료전지과의 사이에 양방향 컨버터(BHDC, Bi-directional High-voltage DC-DC Converter)가 더 마련될 수 있다.
추가로, 연료전지에 연료인 수소를 공급하고 배출하는 연료처리라인(FPL: Fuel Processing Line), 연료전지에 산화제인 산소를 포함하는 공기를 공급하고 배출하는 공기처리라인(APS: Air Processing Line), 연료전지의 연료전지 반응 부산물인 열을 연료전지시스템 외부로 제거하고 연료전지의 운전온도를 조절하여 고분자전해질연료전지 내부의 물 관리 기능을 수행하는 열관리라인(TML: Thermal Management Line) 및 연료처리라인, 공기처리라인 및 열관리라인을 구성하는 운전장치들(BOP: Balance Of Plants)을 포함한다.
연료전지시스템의 고전압 운전장치들(BOPs)에는 연료전지 또는 고전압배터리에서 양방향 컨버터를 경유하여 메인라인에 연결되면서 고전압원에 의해 작동되는 냉각수펌프(CSP: Coolant Stack Pump), 공기압축기(ACP: Air ComPressor), 냉각수히터CHT: Coolant HeaTer)가 있다.
또한, 저전압원에 의해 작동되는 저전압 전력기기들(LV Electronics)은 저전압 전력기기들의 정상 작동 및 제어기 기동을 위한 저전압배터리(LV Battery) 및 저전압배터리와 양방향 컨버터 사이에 마련되어 저전압배터리와 연결되어 있는 저전압 컨버터(LDC: Low-voltage DC-DC Converter) 사이를 연결하는 저전압라인(LV-line)에 연결될 수 있다.
수소저장장치로부터 공급되는 연료인 수소는 연료처리라인(Fuel Processing Line)에서 이젝터와 같은 연료재순환장치를 통하여 연료전지의 수소극에서 연료전지 반응에 참여하여 소모된 수소를 제외한 미반응 수소, 연료전지 반응에 의해 스택의 공기극에서 생성된 수분이 고분자전해질막을 통과하여 수소극으로 확산된 수분 및 공기압축기를 통하여 스택의 공기극으로 공급된 주로 산소와 질소로 구성된 공기 중에 연료전지 반응에 참여하지 않아 공기극에 잔류하게 되는 질소가 고분자전해질막을 통과하여 공기극에서 수소극으로 확산된 질소로 구성된 반응 후 연료가스와 혼합되어 연료전지의 수소극으로 공급된다.
연료처리라인에 존재하는 수분은 연료가스가 이젝터와 같은 연료재순환장치에 의해 순환하는 과정에서 액적으로 응축되는 경우 워터트랩(FWT)에 의해 액상의 물로 모이게 되고, 이러한 액상의 물이 일정량 이상이 되면 워터트랩에 연결된 드레인밸브(FDV)가 닫힘 상태에서 일정시간 동안 열림 상태로 바뀌게 됨에 따라 공기처리라인(Air Processing Line)으로 배출되어 연료처리라인(Fuel Processing Line)에서 제거된다.
연료전지가 정상 상태로 운전되는 동안 퍼지밸브(FPV)는 닫힘 상태로 존재하게 되며, 연료전지 반응에 의해 소모되는 수소의 양이 증가함에 따라 수소극에 존재하는 수소의 농도는 점차 감소하게 된다. 수소극에 존재하는 수소의 농도가 일정 수준 이하로 저하되는 경우, 연료전지 출력단 전압은 동일한 부하조건에서 수소극에 존재하는 수소의 농도가 일정 수준 이상인 경우에 비해 낮아지게 되므로 수소극에 존재하는 수소의 농도를 일정 수준 이상으로 유지하기 위해 연료전지 수소극으로 신규 수소를 도입할 필요가 있다.
이를 위해, 퍼지밸브(FPV)가 닫힘 상태에서 일정시간 동안 열림 상태로 바뀌게 되고 연료전지 수소극의 반응후 연료가스의 일부는 공기처리라인으로 배출되어 연료처리라인에서 제거되고 배출된 반응 후 연료가스의 부피에 해당하는 신규 수소가 연료전지 수소극으로 도입된다.
공기처리라인으로 배출된 반응후 연료가스의 일부는 공기압축기에 의해 연료전지반응을 위해 연료전지 공기극으로 공급된 공기 중 연료전지 반응에 참여한 산소를 제외한 반응후 산소, 질소 및 연료전지 반응 부산물인 수분 등으로 구성된 반응 후 공기와 함께 혼합되어 외부로 배출된다.
이와 같이, 외부로 배출되는 가스의 수소 농도가 안전에 위협이 되는 수준이 되지 않도록 공기압축기에 의해 공급되는 공기의 양을 과량으로 공급한다. 또한, 공기공급기에 의해 공급되는 공기의 양에 비례하여 퍼지밸브(FPV)가 열림 상태로 유지되는 시간을 축소하여 공기처리라인으로 배출되는 반응후 연료가스의 일부가 추가되더라도 외부로 배출되는 가스 중의 수소농도가 안전에 위협이 되는 수준이 되지 않도록 하는 방법을 사용한다.
특히, 안전에 위협이 되는 수준의 수소 농도는 법규로 제정되어 있고, 예를 들어 법규로 제정된 수소 농도는 최대 8%, 3초 평균 4% 이하로 정해질 수 있다.
연료전지에서 전력을 발전하는 정상운전을 종료하는 정지상태가 되면 공기압축기의 가동이 중지되므로 공기 유입이 정지되고 공기차단밸브(ACV)와 드레인밸브(FDV) 및 퍼지밸브(FPV)가 닫힌 상태에서 스택의 전압은 접지전압 수준으로 감소하게 되어 공기극에는 소량의 미반응 산소와 질소 및 물이 잔존하게 된다. 추가로, 공기차단밸브(ACV)가 차단된 이후에, 수소처리라인에 수소를 공급하는 수소공급밸브(FSV)도 차단될 수 있다.
이러한 정지상태가 지속되는 보관상태에서 스택의 수소극과 공기극은 COD저항(63)을 통하여 전기적으로 연결된 상태로 보관되어 공기극에 존재하는 소량의 미반응 산소가 완전히 제거됨과 동시에 수소극에 존재하는 반응가스 중 수소는 고분자전해질막을 통한 크로스오버에 의해 공기극으로 확산되며 보관시간이 길어질수록 평형상태에 가까워진다.
연료전지가 다시 전력 발전을 하도록 정상운전 상태로 만들기 위한 재시동 과정에서는 공기차단밸브(ACV)가 개방되고 공기압축기가 작동하여 연료전지의 공기극에 공기를 공급하기 시작하여 보관상태에서 고분자전해질막을 통해 크로스오버되어 공기극으로 확산해 온 수소를 외부로 배출하면서 스택 전압을 상승시키는 과정에서 스택 내 공기극에 잔존한 소량의 수소와 공기압축기를 통하여 공급된 공기 중의 산소가 공존하는 구간이 발생하게 된다. 이러한 구간의 지속시간은 공기압축기를 통한 스택 내 공기극으로의 공기 공급량이 클수록 짧아지게 된다.
FC Stop 모드는 시동 온 상태에서 일시적으로 연료전지의 전력 발전을 중단하는 아이들(Idle) 상태로 정차중인 차량이 엑셀신호를 받아서 재출발하기 전까지 공기압축기의 작동이 정지되어 있으나, 주행을 다시 시작할 경우 연료전지시스템의 빠른 응답을 위해 공기차단밸브(ACV)가 개방된 상태로 일정수준의 스택 전압을 확보한 상태에서 대기하게 된다.
특히, FC Stop 모드는 차량의 주행속도가 기설정된 속도 이하이거나 연료전지의 요구 전력이 기설정된 전력 이하이면서, 고전압배터리의 충전량(SOC: State Of Charge)가 기설정된 SOC 이상인 경우에 진입될 수 있다.
FC Stop 모드에서도 수소극의 수소가 고분자전해질막을 통하여 공기극으로 확산되는 수소크로스오버 현상에 의해 공기극 내의 수소농도가 증가하게 된다. 특히, 이러한 공기극의 수소를 안전에 문제가 되지 않도록 외부로 배출하기 위해 일정시간 주기로 공기압축기를 가동하여 공기극의 수소를 스택 외부로 제거하는 동작을 반복하게 된다.
차량용 연료전지 내부에 일정 부피를 차지하고 있는 공기극과 수소극에 대한 반응가스들의 배출은 각각 공기차단밸브(ACV)와 드레인밸브(FDV) 및 퍼지밸브(FPV)의 열림과 닫힘을 통하여 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 축전장치, 양방향 컨버터의 모니터링을 통한 시동 조건에 따라 복수의 연료전지 시스템의 시동을 제어할 것을 제안한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 시동 제어 시스템을 나타낸 블럭도이다. 도 1은 본 실시예와 관련된 구성 요소를 위주로 나타낸 것으로, 실제 연료전지 시동 제어 시스템의 구현에 있어서는 이보다 더 적거나 많은 구성 요소를 포함할 수 있음은 물론이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 연료전지 시동 제어 시스템은 복수의 연료전지 시스템(100), FPCU(108)(Fuel-cell Power Control Unit), Power System(109)으로 구성될 수 있다. 여기서, 연료전지 시스템(100)은 연료전지 스택(101), FDC(102)(Fuel-cell DC-DC Converter), 보기류(103), 양방향 컨버터(104), 저전압 배터리(105), 고전압 배터리(106) 및 FCU(107)(Fuel-cell Control Unit)로 구성될 수 있다. 연료전지 시동 제어 시스템은 복수의 연료전지 시스템(100)으로 구성될 수 있으며, 각각의 연료전지 스택(101)은 연료전지 스택(101)과 연결된 FCU(107)와 통신할 수 있다. 또한, FDC(102)는 연료전지 스택(101)의 전압 및 전류를 제어할 수 있고, 전압 및 전류 제어를 통해 개별 연료전지 스택(101)의 전력 생산량을 제어할 수 있다. 이어서, FCU(107)는 연료전지 스택(101)과 통신함으로써 실시간 연료전지 스택(101)의 상태를 진단하고 모니터링 할 수 있다. 이때, FCU(107)는 연료전지 스택(101)의 상태 진단 결과에 따라 목표 출력을 만족하도록 FDC(102)에 연료전지 스택(101)의 발전 전력이 가변되도록 작동을 명령할 수도 있다.
여기서, 목표 출력은 제어기(미도시)에서 복수의 연료전지 스택(101)의 발전 전력과 고전압 배터리(106)의 공급 전력을 합산한 값에서 보기류(103)의 소모 전력을 차감한 값으로 산출될 수 있고, FCU(107)는 산출된 목표 출력에 따라 연료전지 스택(101)의 시동을 제어할 수 있다. 보기류(103)는 차량의 기타 장치(예를 들어, 공기압축기, 가습기, COD히터, 냉각수 펌프 등)로 구성될 수 있고, 공기압축기의 경우에는 초기 시동 시 저전압 배터리(105)로부터 양방향 컨버터(104)로 부스팅되어 전력이 공급될 수 있다. 이때, 공기압축기의 구동에 따라 개별 연료전지 스택(101)의 시동이 완료되게 된다.
또한, 상위 중앙 프로세서인 FPCU(108)는 복수의 FCU(107)와 통신하여 복수의 연료전지 시스템(100)의 시동/정지 시퀀스 및 전체 전력 생산/분배량이 제어되도록 할 수 있다. 한편, Power System(109)은 연료전지 스택(101)의 시동 제어 이전 FPCU(108)에게 전력 요구량을 송신하고, FPCU(108)는 개별 연료전지 스택(101)의 시동 제어 개수를 산출할 수 있다. 본 발명에서 FCU(107) 또는 FPCU(108)는 제어기(미도시)로 칭하기로 한다.
본 발명을 구성하는 제어기(미도시)는 연료전지 스택(101)의 시동 요구에 따라 시동 조건을 만족하는 연료전지 스택(101)의 시동을 제어할 수 있다. 여기서 시동 조건을 만족하는 연료전지 스택(101)은 단일 연료전지 스택(101)일 수도 있고 복수의 연료전지 스택(101)일 수도 있다. 복수의 연료전지 스택(101)이 시동 조건을 만족하는 경우, 시동 조건을 만족하는 연료전지 스택(101)을 대표 연료전지 스택(101)으로 설정하여 그룹화할 수 있다. 제어기(미도시)는 연료전지 스택(101)이 그룹화된 이후, 두가지 실시예가 존재할 수 있다. 먼저, 대표 연료전지 스택(101)의 시동을 먼저 켜는 경우 시동이 켜진 연료전지 스택(101)의 발전 전력을 기반으로 시동이 오프된 개별 연료전지 스택(101)의 시동을 제어할 수 있다. 다른 실시예로, 대표 연료전지 스택(101)과 시동이 오프된 개별 연료전지 스택(101)의 시동을 동시에 제어할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 시동이 켜진 연료전지 스택(101)의 발전 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택(101)의 시동을 제어하는 연료전지 시동 제어 시스템의 전력 흐름을 나타낸 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 제어기(미도시)는 시동 조건을 만족하는 연료전지 스택(101)의 시동을 먼저 켜고, 시동이 켜진 연료전지 스택(101)의 발전 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택(101)의 시동을 제어할 수 있다.
여기서, 시동 조건은 개별 연료전지 스택(101)과 연결된 축전장치(105, 106)의 전압 조건 및 양방향 컨버터(104)의 고장 조건을 포함할 수 있다. 축전장치(105, 106)의 전압 조건은 저전압 배터리(105)의 전압 조건을 의미하며, 일반적인 저전압 배터리(105)의 전압인 약 12V를 기준으로 판단할 수 있다. 제어기(미도시)는 개별 연료전지 스택(101)과 연결된 저전압 배터리(105)의 전압이 12V 이상인 경우 개별 연료전지 스택(101)의 시동을 제어할 수 있다.
반대로, 개별 연료전지 스택(101)과 연결된 저전압 배터리(105)의 충전 전압이 12V 미만인 경우 먼저 양방향 컨버터(104)의 고장 여부를 판단할 수 있다. 이는 저전압 배터리(105)의 충전 가능성을 판단하기 위한 것으로, 만약 양방향 컨버터(104)가 정상으로 판단된 경우 FDC(102)를 통해 시동이 켜진 대표 연료전지 스택(101)의 발전 전력을 통해 전압을 강압함으로써 저전압 배터리(105)의 전압을 충전할 수 있다. 제어기(미도시)는 저전압 배터리(105)의 전압이 12V 이상이 될때까지 시동이 켜진 연료전지 스택(101)의 발전 전력을 기반으로 저전압 배터리(105)를 충전할 수 있고, 12V 이상이 되면 저전압 배터리(105)의 충전을 중단할 수 있다.
저전압 배터리(105)의 충전이 완료되면, 제어기(미도시)는 개별 연료전지 스택(101)과 연결된 저전압 배터리(105)의 충전 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택(101)의 시동을 제어할 수 있다. 이는 개별 연료전지 스택(101)이 저전압 배터리(105)의 전압이 낮아 시동이 제어되지 못했기 때문으로, 이때에는 시동이 켜진 연료전지 스택(101)의 발전 전력을 이용하지 않고 저전압 배터리(105)의 충전 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택(101)의 시동이 제어될 수 있다.
이와 반대로, 양방향 컨버터(104)가 고장으로 판단된 경우 제어기(미도시)는 양방향 컨버터(104)의 고장으로 인해 시동이 켜진 연료전지 스택(101)의 발전 전력을 기반으로 저전압 배터리(105)를 충전할 수 없기 때문에 고장 판단된 양방향 컨버터(104)와 연결된 연료전지 스택(101)의 시동은 제어할 수 없다. 따라서 고장 판단된 양방향 컨버터(104)와 연결된 연료전지 스택(101)의 시동은 제어하지 않고, 고장 판단된 양방향 컨버터(104)와 연결된 연료전지 스택(101)을 제외한 정상 개별 연료전지 스택(101)의 시동을 제어함으로써 복수의 연료전지 스택(101)의 시동을 효율적으로 제어할 수 있고 시동 실패를 최소화할 수 있다.
지금까지 설명한 저전압 배터리(105)의 전압 판단 기준인 12V는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 설정에 의해 다르게 설정될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
전술한 제어기(미도시)의 개별 연료전지 스택(101)의 시동 제어에 앞서, 시동 제어가 가능한 개별 연료전지 스택(101)의 개수 산출이 선행될 필요가 있다. 이를 위해 제어기(미도시)는 먼저 시동이 켜진 연료전지 스택(101)의 발전 전력이 개별 연료전지 스택(101)의 시동을 제어하는데 충분한지 계산하여야 한다. 구체적으로, 제어기(미도시)는 시동이 켜진 연료전지 스택(101)의 발전 전력, 시동 후 보기류(103)의 요구 전력 및 시동 시 보기류(103)의 소모 전력을 기반으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 대표 연료전지 스택(101)의 시동을 먼저 켜는 실시예의 경우를 가정한다. 시동이 켜진 대표 연료전지 스택(101)의 최대 출력이 90kW, 시동 시 보기류(103)의 소모 전력이 10kW, 시동 후 보기류(103)의 요구 전력이 30kW로 가정한다. 이때, 시동 제어가 가능한 개별 연료전지 스택(101)의 개수는 (90kW-30kW)/10kW= 6개가 되어, 대표 연료전지 스택(101)을 포함 시 총 7개로 그룹을 구성할 수 있게 된다. 다른 실시예로, 대표 연료전지 스택(101)과 시동이 오프된 개별 연료전지 스택(101)의 시동을 동시에 제어할 수도 있다. 대표 연료전지 스택(101)의 시동 중 출력은 보기류(103)의 소모 전력을 포함하지 않은 출력을 30kW로 가정한다. 이때, 시동 제어가 가능한 개별 연료전지 스택(101)의 개수는 (30kW)/10kW= 3개가 되어, 대표 연료전지 스택(101)을 포함 시 총 4개로 그룹을 구성할 수 있게 된다.
결국, 시동 제어가 가능한 개별 연료전지 스택(101)의 개수 결정에 따른 개별 연료전지 스택(101)의 요구 출력은 다음과 같이 산출될 수 있다. 제어기(미도시)는 고장으로 판단된 연료전지 스택(101)을 제외한 대표 연료전지 스택(101)의 시동을 제어할 수 있다. 이때 요구 출력은 (그룹 내 복수의 연료전지 스택(101)의 개수에서 고장나지 않은 대표 연료전지 스택(101)의 개수를 차감한 값) * (보기류(103)의 소모 전력) + (대표 연료전지 스택(101)의 보기류(103)의 요구 전력)로 산출될 수 있다. 만약 저전압 배터리(105)의 전압이 저하되는 경우, 요구 출력은 (그룹 내 복수의 연료전지 스택(101)의 개수에서 고장나지 않은 대표 연료전지 스택(101)의 개수를 차감한 값) * (보기류(103)의 소모 전력) + (대표 연료전지 스택(101)의 보기류(103)의 요구 전력) + (양방향 컨버터(104)의 충전 출력 / 고장나지 않은 대표 연료전지 스택(101)의 개수)로 산출될 수 있다.
전술한 실시예를 기반으로 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 시동 제어 시스템을 구성하는 복수의 연료전지 스택(101)의 출력도를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 연료전지 스택(101)은 2그룹으로 구성되며 그룹별로 연료전지 스택(101)은 7개 구성되고, 그룹별 시동이 켜진 대표 연료전지 스택(101)은 1개 구성되는 것으로 가정한다. 이때, Power System(109)의 시동 요구 이후, 그룹 대표 스택 시동 완료시 제1스택, 제8스택(대표 연료전지 스택(101))은 모두 90kW를 출력하고 제1스택, 제8스택의 보기류(103) 소모 전력은 모두 30kW인 것으로 가정한다. 이때 제1스택, 제8스택의 초기 발전 초과량은 90kW에서 30kW를 차감한 60kW가 되므로 제어기(미도시)는 제2스택 내지 제7스택, 제9스택 내지 제14스택의 총 12개의 개별 연료전지 스택(101)의 시동을 제어할 수 있게 된다. 이에 따라 연료전지 스택(101)의 최대 출력은 30kW * 12 = 360kW로 계산될 수 있다.
도 4를 참조하면, 연료전지 스택(101)은 2그룹으로 구성되며 그룹별로 연료전지 스택(101)은 4개 구성되고, 그룹별 시동이 켜진 대표 연료전지 스택(101)은 1개 구성되는 것으로 가정한다. 이는 대표 연료전지 스택(101)과 시동이 오프된 개별 연료전지 스택(101)의 시동을 동시에 제어하는 경우이다. Power System(109)의 시동 요구 이후, 제1스택과 제5스택(대표 연료전지 스택(101))은 보기류(103)의 소모 전력을 차감한 값이 모두 30kW를 출력하는 것으로 가정한다. 이때, 제어기(미도시)는 제1스택과 제5스택의 시동 제어와 함께 제2스택 내지 제4스택, 제6스택 내지 제8스택의 총 6개의 개별 연료전지 스택(101)의 시동을 제어할 수 있게 된다. 이에 따라 연료전지 스택(101)의 최대 출력은 30kW * 6 = 180kW으로 계산될 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 3과 마찬가지로 연료전지 스택(101)은 2그룹으로 구성되며 그룹별로 연료전지 스택(101)은 7개 구성되고, 그룹별 시동이 켜진 대표 연료전지 스택(101)은 1개 구성되는 것으로 가정한다. 대표 연료전지 스택(101)인 제8스택의 저전압 배터리(105)의 전압이 낮다고 판단된 경우, 제어기(미도시)는 제8스택의 시동은 제어하지 않고 저전압 배터리(105)를 1kW로 충전할 수 있다. 이에 따라 연료전지 스택(101)의 최대 출력은 제1스택의 출력인 90kW에서 제1스택의 보기류(103) 소모 전력인 30kW를 차감한 값 60kW과 제2스택 내지 제7스택의 출력인 30kW * 6 = 180kW를 합산하고, 제8스택의 저전압 배터리(105)를 충전하는 1kW를 제외한 239kW에서, 제2스택 내지 제7스택의 보기류 소모 전력인 10kW * 6 = 60kW 를 차감한 179kW로 계산될 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 3과 마찬가지로 연료전지 스택(101)은 2그룹으로 구성되며 그룹별로 연료전지 스택(101)은 7개 구성되고, 그룹별 시동이 켜진 대표 연료전지 스택(101)은 1개 구성되는 것으로 가정한다. 이때, 다른 개별 연료전지 스택(101)의 양방향 컨버터(104)가 고장난 경우, 제어기(미도시)는 양방향 컨버터(104)가 고장난 연료전지 스택(101)을 제외한 연료전지 스택(101)(제8스택)의 시동을 제어할 수 있다. 이때, 제1스택의 시동 제어가 완료된 경우의 연료전지 스택(101)의 최대 출력은 제2스택 내지 제7스택의 출력인 180kW에서 제2스택 내지 제7스택의 보기류 소모 전력인 10kW * 6 = 60kW 를 차감한 120kW가 되며, 120kW에서 제1스택의 출력인 90kW- 30kW = 60kW를 합산한 180kW가 된다.
또한, 개별 연료전지 스택(101)까지 시동 제어가 완료된 경우에는 제1스택 내지 제14스택의 출력을 합산한 값인 420kW에서 제1스택 내지 제14스택의 보기류 소모 전력인 140kW 를 차감한 280kW로 계산될 수 있다.
상술한 연료전지 시동 제어 시스템의 구성을 바탕으로 실시예에 따른 연료전지 시동 제어 방법을 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시동 제어 시스템의 제어 과정을 나타낸 순서도(S700)이다.
도 7을 참조하면, 먼저 Power System(109)은 연료전지 시스템(100)에 시동을 요구할 수 있다(S701). 제어기(미도시)는 시동 요구에 따라 개별 연료전지 스택(101)의 시동 가능 개수를 산출할 수 있다(S702). 이후, 제어기(미도시)는 연료전지 스택(101)의 시동 가능 개수를 기반으로 시동 제어 그룹이 결정되었는지 판단할 수 있다(S703). 시동 제어 그룹이 결정되면, 제어기(미도시)는 연료전지 스택(101)과 연결된 저전압 배터리(105)의 충전 전압이 기준값 이상인지 미만인지 판단할 수 있다(S705). 저전압 배터리(105)의 충전 전압이 기준값 미만으로 판단된 경우(S705의 NO), 제어기(미도시)는 양방향 컨버터(104)의 고장 여부를 판단할 수 있다(S706). 양방향 컨버터(104)가 고장으로 판단된 경우(S706의 YES), 제어기(미도시)는 고장 알람을 송출하고(S707), 고장나지 않은 정상 대표 연료전지 스택(101)의 양방향 컨버터(104)를 부스팅하여 개별 연료전지 스택(101)의 시동을 제어할 수 있다(S711). 양방향 컨버터(104)가 정상으로 판단된 경우(S706의 NO), 제어기(미도시)는 고장나지 않은 정상 대표 연료전지 스택(101)의 양방향 컨버터(104)를 부스팅하여 개별 연료전지 스택(101)의 시동을 제어하고, 저전압 배터리(105)의 전압을 충전할 수 있다(S709). 저전압 배터리(105)의 전압을 일정 전압으로 충전을 계속 수행하는지 판단하고(S710), 수행이 제대로 이루어지지 않는 경우에는(S710의 NO) 저전압 배터리(105) 고장 신호를 송출할 수 있다(S713). 저전압 배터리(105)의 전압을 일정 전압으로 충전이 계속 수행되는 동시에 저전압 배터리(105)의 전압이 일정 전압 이상인지 판단하고(S714), 판단 결과 일정 전압 미만인 경우 저전압 배터리(105)의 전압을 일정 전압으로 충전을 계속 수행할 수 있다(S715). 저전압 배터리(105)의 전압이 일정 전압 이상으로 판단되면 대표 연료전지 스택(101)의 양방향 컨버터(104)를 부스팅하여 개별 연료전지 스택(101)의 시동을 제어할 수 있다(S717). 개별 연료전지 스택(101)의 시동이 제어되며 시동이 완료될 수 있다(S718).
결국 본 발명 연료전지 시동 제어 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 축전장치, 양방향 컨버터의 모니터링을 통해 복수의 연료전지 시스템의 시동을 효율적으로 제어할 수 있어 연료전지 스택으로 구성된 그룹의 시동 실패를 방지하고 목표 출력에 따라 시동을 제어하도록 할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어기는 차량의 다양한 구성 요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(도시되지 않음) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 연료전지 시스템 101 : 연료전지 스택
102 : FDC 103 : 보기류
104 : 양방향 컨버터(BLDC) 105 : 저전압 배터리
106 : 고전압 배터리 107 : FCU
108 : FPCU 109 : Power System

Claims (15)

  1. 공기 및 연료를 공급받아 전력을 발전하는 복수의 연료전지 스택;
    양방향 컨버터와 연결되며, 각각의 연료전지 스택의 발전 전력에 의해 충전되거나 전력을 공급하도록 방전되는 축전장치; 및
    연료전지 스택의 시동 요구 시, 복수의 연료전지 스택 중 시동 조건을 만족하는 연료전지 스택의 시동을 제어하고, 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력 또는 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력에 의해 충전되며 개별 연료전지 스택과 연결된 각각의 축전장치의 충전 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택의 시동을 제어하는 제어기;를 포함하는 연료전지 시동 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    시동 조건은 개별 연료전지 스택과 연결된 축전장치의 전압 조건 및 양방향 컨버터의 고장 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 제어 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    제어기는 개별 연료전지 스택과 연결된 축전장치의 충전 전압이 기준값 미만인 경우, 양방향 컨버터의 고장 여부를 판단하여 개별 연료전지 스택의 시동을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 제어 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    제어기는 양방향 컨버터가 정상으로 판단된 경우, 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력으로 개별 연료전지 스택과 연결된 축전장치를 충전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 제어 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    제어기는 양방향 컨버터가 고장으로 판단된 경우, 고장 판단된 양방향 컨버터와 연결되는 연료전지 스택을 제외한 개별 연료전지 스택의 시동을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 제어 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    제어기는 개별 연료전지 스택과 연결된 축전장치의 충전 완료 이후, 축전장치의 충전 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택의 시동을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 제어 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    제어기는 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력을 계산하고, 계산된 발전 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택의 시동 가능 개수를 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 제어 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    제어기는 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력, 시동 후 보기류의 요구 전력 및 시동 시 보기류의 소모 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택의 시동 가능 개수를 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 제어 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    제어기는 복수의 연료전지 스택의 발전 전력과 축전장치의 공급 전력을 합산한 값에서 보기류의 소모 전력을 차감한 값을 목표 출력으로 산출하고, 산출된 목표 출력에 따라 연료전지 스택의 시동을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 제어 시스템.
  10. 공기 및 연료를 공급받아 전력을 발전하는 복수의 연료전지 스택, 양방향 컨버터와 연결되며, 각각의 연료전지 스택의 발전 전력에 의해 충전되거나 전력을 공급하도록 방전되는 축전장치를 구비하는 연료전지 시동 제어 시스템에서 연료전지 스택의 시동 요구 시, 복수의 연료전지 스택 중 시동 조건을 만족하는 연료전지 스택의 시동을 제어하는 단계; 및
    시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력 또는 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력에 의해 충전되며 개별 연료전지 스택과 연결된 각각의 축전장치의 충전 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택의 시동을 제어하는 단계;를 포함하는 연료전지 시동 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    시동 조건을 만족하는 연료전지 스택의 시동을 제어하는 단계에서,
    시동 조건은 개별 연료전지 스택과 연결된 축전장치의 전압 조건 및 양방향 컨버터의 고장 조건을 포함하고,
    개별 연료전지 스택의 시동을 제어하는 단계는,
    개별 연료전지 스택과 연결된 축전장치의 충전 전압이 기준값 미만인 경우, 양방향 컨버터의 고장 여부를 판단하여 개별 연료전지 스택의 시동을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 제어 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    양방향 컨버터가 정상으로 판단된 경우, 시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력으로 개별 연료전지 스택과 연결된 축전장치를 충전하도록 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 제어 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    양방향 컨버터가 고장으로 판단된 경우, 고장 판단된 양방향 컨버터와 연결되는 연료전지 스택을 제외한 개별 연료전지 스택의 시동을 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 제어 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    개별 연료전지 스택의 시동을 제어하는 단계는,
    개별 연료전지 스택과 연결된 축전장치의 충전 완료 이후, 축전장치의 충전 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택의 시동을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 제어 방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    시동이 켜진 연료전지 스택의 발전 전력을 계산하고, 계산된 발전 전력을 기반으로 개별 연료전지 스택의 시동 가능 개수를 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 제어 방법.
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