WO2021201519A1 - 연료전지용 ｃｈｓｓ의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 시스템 및 충전 방법 - Google Patents

연료전지용 ｃｈｓｓ의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 시스템 및 충전 방법 Download PDF

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    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
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Definitions

  • the present invention relates to a hydrogen safe charging system based on real-time communication information of CHSS for a fuel cell, and provides a protocol for quickly charging fuel by measuring the temperature and pressure of a hydrogen tank in real time.
  • a hydrogen vehicle is a vehicle that uses hydrogen as a fuel for power, and converts the chemical energy of hydrogen into mechanical energy by burning hydrogen in an internal combustion engine to drive an electric motor or by reacting hydrogen with oxygen in a fuel cell.
  • Hydrogen is used to supply transportation fuel, and hydrogen fuel is dangerous compared to fuel due to its high-pressure and fast charging characteristics, and it is fully charged due to heat generation due to compression and Joule-Thomson effect. This is not easy. Accordingly, each country has developed a fueling protocol, and among them, there are many studies on the hydrogen fueling protocol using a lookup table for the pressure increase rate and the target pressure based on the charging parameters. However, this does not control charging based on real-time measured values, and various mobility such as forklifts, drones, and ships are being developed in addition to automobiles. If the conditions are not met, it cannot be applied, so accurate charging and control are impossible.
  • One embodiment of the present invention reflects the structural information and thermodynamic information of the hydrogen tank sent by the CHSS to the hydrogen charger through wireless communication during hydrogen charging so that hydrogen can be charged more safely and quickly, hydrogen in the hydrogen tank
  • the optimum pressure increase rate is calculated and charging can proceed at the calculated optimum pressure increase rate.
  • the technical task to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical task as described above, and other technical tasks may exist.
  • an embodiment of the present invention is a Compressed Hydrogen Storage System (CHSS) including a hydrogen tank and a hydrogen tank valve, receiving sensing data including pressure and temperature in the hydrogen tank
  • a hydrogen charger including a charger control unit and a hydrogen supply unit that supplies hydrogen in the hydrogen tank based on the detection data, and a storage control unit that converts and outputs the detected data into data for wireless communication, wireless communication between the storage control unit and the charger control unit in the hydrogen charger
  • Another embodiment of the present invention includes the steps of collecting an initial state value from a hydrogen supply unit in a hydrogen tank and a hydrogen charger in a CHSS (Compressed Hydrogen Storage System), a mass flow rate using a simple thermodynamic model stored in advance based on the initial state value, Determining the temperature and pressure and filling rate in the hydrogen tank, calculating the difference between the determined mass flow rate, temperature and pressure, and each pre-stored safety threshold value, and searching for the optimal pressure increase rate in the hydrogen supply unit based on the calculated difference and applying it.
  • CHSS Compressed Hydrogen Storage System
  • hydrogen can be charged more safely and quickly by reflecting the structural information and thermodynamic information of the hydrogen tank sent by the CHSS to the hydrogen charger through wireless communication during hydrogen charging. So, by measuring the pressure and temperature of hydrogen in the hydrogen tank in real time and receiving the pressure and temperature measured in real time from CHSS through wireless communication in the hydrogen charger, the optimum pressure increase rate is calculated, and the calculated optimum pressure increase rate is By allowing the charging to proceed, the charging time can be minimized within the range where the pressure, temperature, and charging flow rate of hydrogen in the hydrogen tank do not deviate from the set threshold values.
  • FIG. 1 is a view for explaining a hydrogen safety charging system based on real-time communication information of CHSS for fuel cells according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an internal configuration included in the system of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is an operation flowchart illustrating a charging method of a charger control unit of a hydrogen charger in a hydrogen safe charging system based on real-time communication information of CHSS for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an operation flowchart for explaining a method of driving the simple thermodynamic model of FIG. 3 .
  • a "part” includes a unit realized by hardware, a unit realized by software, and a unit realized using both.
  • one unit may be implemented using two or more hardware, and two or more units may be implemented by one hardware.
  • ' ⁇ unit' is not limited to software or hardware, and ' ⁇ unit' may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to reproduce one or more processors.
  • ' ⁇ ' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, and processes, functions, properties, and procedures. , subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays and variables.
  • components and ' ⁇ units' may be combined into a smaller number of components and ' ⁇ units' or further separated into additional components and ' ⁇ units'.
  • components and ' ⁇ units' may be implemented to play one or more CPUs in a device or secure multimedia card.
  • mapping or matching with the terminal means mapping or matching the terminal's unique number or personal identification information, which is the identification data of the terminal. can be interpreted as
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a real-time communication information-based hydrogen safe charging system of CHSS for fuel cells according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining an internal configuration included in the system of FIG. 1 .
  • a hydrogen safe charging system 1 based on real-time communication information of CHSS for a fuel cell may include at least one CHSS 100 , a data hydrogen transfer device 200 , and a hydrogen charger 300 .
  • the hydrogen safe charging system 1 based on real-time communication information of the CHSS for fuel cell of FIG. 1 is only one embodiment of the present invention, the present invention is not limitedly interpreted through FIG. 1 .
  • each component of FIG. 1 is generally connected through a network (Network, 200).
  • Network, 200 For example, as shown in FIG. 1 , at least one CHSS 100 may be connected to the data hydrogen transfer device 200 through a network.
  • the data hydrogen transfer device 200 may be connected to at least one CHSS 100 and the hydrogen charger 300 through a network.
  • the hydrogen charger 300 may be connected to the data hydrogen transfer device 200 through a network.
  • the network refers to a connection structure in which information exchange is possible between each node, such as a plurality of terminals and servers, and an example of such a network includes a local area network (LAN), a wide area network (WAN: Wide Area Network), the Internet (WWW: World Wide Web), wired and wireless data communication networks, telephone networks, wired and wireless television networks, and the like.
  • LAN local area network
  • WAN Wide Area Network
  • WWW World Wide Web
  • wired and wireless data communication networks telephone networks, wired and wireless television networks, and the like.
  • wireless data communication networks examples include 3G, 4G, 5G, 3rd Generation Partnership Project (3GPP), 5th Generation Partnership Project (5GPP), Long Term Evolution (LTE), World Interoperability for Microwave Access (WIMAX), Wi-Fi (Wi-Fi) , Internet, LAN (Local Area Network), Wireless LAN (Wireless Local Area Network), WAN (Wide Area Network), PAN (Personal Area Network), RF (Radio Frequency), Bluetooth (Bluetooth) network, NFC ( Near-Field Communication) networks, satellite broadcast networks, analog broadcast networks, Digital Multimedia Broadcasting (DMB) networks, and the like are included, but are not limited thereto.
  • 3GPP 3rd Generation Partnership Project
  • 5GPP 5th Generation Partnership Project
  • LTE Long Term Evolution
  • WWX World Interoperability for Microwave Access
  • Wi-Fi Wi-Fi
  • Internet Internet
  • LAN Local Area Network
  • Wireless LAN Wireless Local Area Network
  • WAN Wide Area Network
  • PAN Personal Area Network
  • RF
  • FIG. 1 a configuration of FIG. 1 will be described together with FIG. 2 .
  • the CHSS 100 may include a hydrogen tank 110 and a hydrogen tank valve 130 .
  • the CHSS is installed in a hydrogen vehicle, and is provided to receive and store hydrogen as fuel.
  • the hydrogen tank valve 130 includes a pressure sensor and a temperature sensor to measure the pressure and temperature of hydrogen supplied to the hydrogen tank 110 , and is measured by the storage control unit 240 of the data hydrogen transfer device 200 . It can perform the role of passing a value.
  • the data hydrogen transfer device 200 includes a receptacle 210 that delivers hydrogen injected from the hydrogen supply unit 330 to the hydrogen tank valve 130 , a storage control unit 240 , and a charger control unit 310 in the hydrogen charger 300 . It may include a wireless communication unit provided for inter-wireless communication, and a storage control unit 240 that converts the sensed data into data for wireless communication and outputs the converted data.
  • the data hydrogen transfer device 200 may further include a charging nozzle 220 connected between the receptacle 210 and the hydrogen supply unit 330 to supply hydrogen to the hydrogen tank 110 via the hydrogen tank valve 130 .
  • the wireless communication unit is connected to the IR transmitter 250 installed on the other side of the storage control unit 240 installed on one side of the receptacle 210 into which hydrogen is injected into the vehicle, and the IR transmitter 250 on one side and a charger on the other side. It may include an IR receiver 260 connected to the controller 310 .
  • the hydrogen charger 300 includes a charger control unit 310 for receiving detection data including pressure and temperature in the hydrogen tank 110 and a hydrogen supply unit 330 for supplying hydrogen in the hydrogen tank 110 based on the detection data. may include The charger control unit 310 may receive data from the wireless communication unit and the hydrogen supply unit 330 , calculate a real-time pressure increase rate in the hydrogen supply unit 330 , and return the calculated pressure increase rate to the hydrogen supply unit 330 .
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a charging method of a charger control unit of a hydrogen charger in a real-time communication information-based hydrogen safety charging system of CHSS for fuel cells according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a simple thermodynamic model of FIG. It is an operation flowchart for explaining the driving method.
  • the hydrogen safe charging system 1 based on real-time communication information of CHSS for fuel cell according to an embodiment of the present invention sends the CHSS to the hydrogen charger 300 through wireless communication while charging hydrogen.
  • the CHSS 100 measures the pressure and temperature of hydrogen in the hydrogen tank 110 in real time
  • the hydrogen charger 300 receives the measured pressure and temperature from the CHSS 100 through wireless communication in real time. , calculates the optimum pressure increase rate, and allows charging to proceed at the calculated optimum pressure increase rate. Accordingly, the charging time can be minimized within the range where the pressure, temperature, and charging flow rate of hydrogen in the hydrogen tank 110 do not deviate from the set threshold values.
  • prr Pressure Ramp Rate MPa/s m Mass flow rate of compressed hydrogen, kg/s t Time counted for HRS, m/s ⁇ Gas density, kg/m3 ba break away inlet Inlet of vehicle tank line hydrogen fueling line max maximum value new New parameter to continue simulation
  • Cv Specific heat capacity at constant volume kJ/kg K hs Stagnation enthalpy, kJ/kg N Number of tanks K Pressure drop coefficient of fueling line, m -4 k Number of prr calculations d Diameter of tank inlet tube, m u Internal energy, kJ/kg tank vehicle tank R Universal Gas Constant (8.314472), J/mol K m Mass of compressed hydrogen, kg V Volume, m3 P Pressure, MPa T Temperature, K h Static enthalpy, kJ/kg Z Compressibility factor SOC State Of Charge, %
  • the charger control unit 310 receives data from the IR receiver 260 and the hydrogen supply unit 330 and calculates a new pressure increase rate (prr new , optimal pressure increase rate), and this is the hydrogen supply unit The process of returning to 330 is shown. To this end, the charger control unit 310 of the hydrogen charger 300 proceeds with the algorithm of FIG. 3 .
  • the charger control unit 310 may collect initial state values from the hydrogen tank 110 in the CHSS 100 and the hydrogen supply unit 330 of the hydrogen charger 300 .
  • the initial state value is the structural variable value of the hydrogen tank 110 , the structural variable value of the data hydrogen transfer device 200 , the initial thermodynamic variable value of the gas supplied by the hydrogen charger 300 , and the hydrogen tank 110 . It may include the value of a thermodynamic variable of hydrogen.
  • the structural variable values of the hydrogen tank 110 include the number of hydrogen tanks 110 (N tank ), the hydrogen tank 110 inlet inner diameter (d inlet ), and the hydrogen tank 110 volume (V tank ). can At this time, it is assumed that the structural variable values of the hydrogen tank 110 mounted on one CHSS 100 are all the same. That is, it is assumed that the number, inner diameter, and volume of all hydrogen tanks 110 included in the CHSS 100 are standardized to have the same standard. These values are received to the charger control unit 310 through the IR receiver 260, and since they are unique values of the CHSS 100, they need only be received once before charging starts.
  • the structural variable value of the data hydrogen transfer device 200 may include a pressure loss coefficient (K line ) of the data hydrogen transfer device 200 measured by the hydrogen supply unit 330 . Since this value is also a unique value of the data hydrogen transfer device 200, that is, the data hydrogen transfer device 200 called a charging line or a hydrogen charging line, it needs to be received only once before starting charging. However, the pressure loss coefficient (K line) data, but eigenvalues of hydrogen mobile device 200, CHSS (100), the pressure loss coefficient (K line) whole because it can vary depending on the type of data hydrogen mobile device 200 It may also vary depending on the type of CHSS 100 .
  • This value is the pressure loss value ( ⁇ P line ) obtained when the leak check for the data hydrogen transfer device 200 is performed before starting charging in the new CHSS 100 and the hydrogen density value in the data hydrogen transfer device 200 ( ⁇ line ) can be obtained by substituting Equation 1 below. At this time, is the mass flow rate (hydrogen flow rate).
  • the initial thermodynamic variable value of the gas supplied by the hydrogen charger 300 is the pressure ( ) and temperature ( ) may be included. As these values, the atmospheric temperature measured around the hydrogen charger 300 may be used.
  • the thermodynamic variable value of hydrogen in the hydrogen tank 110 is the pressure ( ) and temperature ( ) may be included.
  • the initial pressure increase rate (prr) for calculating the new pressure increase rate (prr new ) may be a value obtained by dividing 20 MPa/min by the number of hydrogen tanks (110). Based on the initial values of these variables, a new pressure increase rate (prr new ) is calculated through hydrogen filling simulation and applied to hydrogen filling, so the initial pressure increase rate (prr) is virtually insignificant. In an embodiment of the present invention, an intermediate value of empirically known values may be adopted in order to save time required to search for an appropriate initial pressure increase rate (prr).
  • the second step ( S3200 ) is a step in which the charger control unit 310 determines the mass flow rate, the temperature and pressure in the hydrogen tank 110 , and the filling rate using a simple thermodynamic model stored in advance based on the initial state value. That is, the second step (S3200) is a hydrogen filling simulation step, based on the initial value given in the first step (S3100), the mass flow rate ( ), the temperature in the hydrogen tank 110 ( ), the pressure in the hydrogen tank 110 ( ), the filling factor (SOC), and comparing the result of the simple thermodynamic model to select a relatively large value, the maximum mass flow rate ( ), maximum hydrogen tank temperature ( ), maximum hydrogen tank pressure ( ) to determine the value. The calculation process of the simple thermodynamic model is repeated while increasing the time by ⁇ t, and when the filling factor (SOC) becomes 100 or more, the repeated calculation is stopped.
  • SOC filling factor
  • the charger control unit 310 may calculate a difference between the determined mass flow rate, temperature, and pressure, and each pre-stored safety threshold value. At this time, the charger control unit 310 may set the pressure increase rate when all the differences are positive (+) values and one of the differences is less than or equal to the respective preset values through repeated calculation as the optimum pressure increase rate. have.
  • each preset value may be set based on a small value of an acceptable level, that is, a research result.
  • the third step (S3300) is a simulation result determination step, the charger control unit 310, the maximum mass flow rate (S3200) calculated in the second step (S3200) ), maximum hydrogen tank temperature ( ), maximum hydrogen tank pressure ( ) and the safety threshold (0.06 kg/s, 85 °C, 87.5 MPa) to compare the difference, that is, , ⁇ T, ⁇ P.
  • the charger control unit 310 intends is the maximum mass flow rate ( ), maximum hydrogen tank temperature ( ), maximum hydrogen tank pressure ( ) does not exceed the safety threshold, the initial pressure increase rate (prr) is raised as much as possible to shorten the time required to charge hydrogen. If any one of the three values exceeds the safety threshold, it is a violation of the law.
  • , ⁇ T, ⁇ P are all positive values
  • one of the , ⁇ T, ⁇ P values is a preset value, for example, an acceptable small value (based on research results)
  • the applied pressure increase rate (prr) is set and considered as the optimal pressure increase rate (prr).
  • the considered optimum pressure increase rate (prr) is not the actual optimum pressure increase rate
  • search and application are conducted in earnest in the fourth step below.
  • the charger control unit 310 may search for and apply a pressure increase rate in the hydrogen supply unit 330 based on the calculated difference.
  • the fourth step may be composed of a search step (S3400) and an application step (S3500).
  • the charger control unit 310 reduces the pressure increase rate (prr), , ⁇ T, ⁇ P are all positive values, but , ⁇ T, ⁇ P value is not less than the set value, that is, a small value of an acceptable level, while repeating the second step (S3200) and the third step (S3300) by increasing the pressure increase rate (prr) Search for the optimum pressure rise rate (prr).
  • the charger control unit 310 sets the optimum pressure increase rate (prr) searched for in S3100 to S3400 as a new pressure increase rate (prr new ), and transmits it to the hydrogen supply unit 330 to the hydrogen charger ( 300) continues to charge the hydrogen tank 110 of the CHSS 100 at a new pressure increase rate (prr new).
  • the charger control unit 310 searches for and applies a pressure increase rate in the hydrogen supply unit 330 based on the calculated difference, and then, when a preset time elapses, the temperature and pressure of the hydrogen tank 110 and the hydrogen supply unit 330 . Based on the temperature and pressure of This step is a process of requesting a new optimal pressure increase rate (prr new) in the step (S3600) requesting to calculate, update the new optimal pressure increase rate (prr new) applied in step S3500.
  • thermodynamic model used in the hydrogen filling simulation does not reflect heat transfer in the data hydrogen transfer device 200 and the hydrogen tank 110 . Therefore, an error occurs in the result of calculating the temperature of hydrogen in the hydrogen tank 110 . However, since the hydrogen filling simulation is performed based on the pressure and temperature in the hydrogen tank 110 in the current state during hydrogen filling, if the duration of the simulation is sufficiently short, the error may be reduced. Therefore, it is possible to repeat the hydrogen charging simulation for the remaining charging time by repeating until just before the hydrogen charging is completed.
  • the order between the above-described steps ( S3100 to S3600 ) is only an example and is not limited thereto. That is, the order between the above-described steps ( S3100 to S3600 ) may be mutually changed, and some of these steps may be simultaneously executed or deleted.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation process of a simple thermodynamic model according to an embodiment of the present invention.
  • the mass flow rate ( ), the temperature of the hydrogen tank 110 ( ), the pressure of the hydrogen tank 110 ( ), the filling factor (SOC) is calculated, and the maximum mass flow rate ( ), maximum hydrogen tank temperature ( ), maximum hydrogen tank pressure ( ) to determine Since this step is a sub-step of S3200, redundant descriptions of the configurations and operations described in S3200 will be omitted.
  • the steps ( S3100 to S3600 ) divided into the first to fifth steps in FIG. 3 are defined as different steps from the first to sixth steps ( S4100 to S4600 ) below.
  • the charger control unit 310 may set the supply hydrogen pressure of the hydrogen charger 300 .
  • the first step ( S4100 ) is a step of setting the pressure of hydrogen supplied from the hydrogen charger 300 .
  • the supply hydrogen pressure value of the hydrogen charger 300 is the supply hydrogen pressure (- ⁇ t) of the immediately preceding time step (- ⁇ t) ), the pressure increase rate (prr k ) of the current stage, and the hydrogen filling simulation time period ( ⁇ t) can be calculated by substituting into Equation 2 below.
  • the charger control unit 310 may calculate a mass flow rate that is a hydrogen flow rate of the data hydrogen transfer device 200 ( S4200 ).
  • the mass flow rate of the data hydrogen transfer device 200 ( ) is the hydrogen density value ( ), the pressure of hydrogen supplied by the hydrogen charger 300 ( ), the pressure of the hydrogen tank 110 ( ), the pressure loss coefficient (K line ) of the data hydrogen transfer device 200 can be obtained by substituting into Equation 3 below.
  • the charger control unit 310 may calculate a stagnation enthalpy of hydrogen flowing into the hydrogen tank 110 .
  • the enthalpy of stagnation flowing into the hydrogen tank 110 ( ) as a function of temperature and pressure of hydrogen flowing into the hydrogen tank 110, enthalpy ( ), mass flow ( ), the number of hydrogen tanks 110 connected in parallel (N tank ), the inner diameter of the hydrogen tank 110 inlet (d inlet ), the hydrogen density value in the data hydrogen transfer device 200 ( ) can be obtained by substituting Equation 4 below.
  • the stagnation enthalpy value decreases as the number of hydrogen tanks 110 connected in parallel (N tank ) increases, the flow rate of hydrogen flowing into each hydrogen tank 110 decreases, and the hydrogen tank 110 inlet inner diameter (d inlet) ) decreases, the flow rate of hydrogen flowing into the hydrogen tank 110 increases and increases.
  • the charger control unit 310 may calculate the temperature in the hydrogen tank 110 .
  • the fourth step (S4400) is a step of obtaining the temperature in the hydrogen tank 110, and the temperature in the hydrogen tank 110 is a change value of internal energy in the hydrogen tank 110 ( ) the static heat capacity value of hydrogen in the hydrogen tank 110 ( ) can be obtained by substituting Equation 5 below.
  • Equation 5 the static heat capacity value ( ), the temperature of the hydrogen tank 110 ( ), the pressure of the hydrogen tank 110 ( ) can be obtained only when it is determined.
  • the temperature of the hydrogen tank 110 ( ), the pressure of the hydrogen tank 110 ( ) the static heat capacity value ( ), because the temperature of the hydrogen tank 110 ( ), the pressure of the hydrogen tank 110 ( ) instead of the temperature of the hydrogen tank 110 ( ), the pressure of the hydrogen tank 110 ( ) values were applied to proceed with the calculation.
  • the temperature of the hydrogen tank 110 ( ) will be higher than the actual value, but there is no safety problem because it results in a conservative result.
  • the charger control unit 310 may calculate a state of charge (SOC) corresponding to the pressure in the hydrogen tank 110 and the degree to which hydrogen is charged (S4500).
  • SOC state of charge
  • the pressure of the hydrogen tank 110 ( ) it is necessary to know the compression coefficient of hydrogen. Should be.
  • Equations 6 to 8 specially developed as the state equation of hydrogen were used. According to Equations 6 to 8, the pressure of the hydrogen tank 110 ( ) and the filling factor (SOC) can be obtained.
  • R is a universal gas constant and the values are defined in Table 1.
  • the charger control unit 310 may determine the maximum pressure and maximum temperature of the hydrogen tank 110 and the maximum mass flow rate corresponding to the maximum hydrogen flow rate of the data hydrogen transfer device 200 ( S4600 ).
  • the mass flow rate of the data hydrogen transfer device 200 calculated in the previous steps ( ), the pressure of the hydrogen tank 110 ( ), the temperature of the hydrogen tank 110 ( ) with their maximum values in the previous step, the maximum mass flow rate ( ), maximum hydrogen tank temperature ( ), maximum hydrogen tank pressure ( ) is the determining step. Since the hydrogen charging safety standard regulates not to exceed the safety threshold value at the time the hydrogen charging process is finished as well as during charging, in one embodiment of the present invention, the maximum mass flow rate ( ), maximum hydrogen tank temperature ( ), maximum hydrogen tank pressure ( ) was set as a control target variable.
  • the order between the above-described steps ( S4100 to S4600 ) is merely an example and is not limited thereto. That is, the order between the above-described steps ( S4100 to S4600 ) may be mutually changed, and some of these steps may be simultaneously executed or deleted.
  • the real-time communication information-based hydrogen safe charging method of the CHSS for fuel cell is a recording medium including instructions executable by a computer, such as an application or program module executed by a computer. It can also be implemented in the form of Computer-readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. Also, computer-readable media may include all computer storage media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data.
  • the hydrogen safe charging system and charging method based on real-time communication information of CHS for fuel cells are industrially available.

Abstract

연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 시스템이 제공되며, 수소탱크 및 수소탱크밸브를 포함하는 CHSS(Compressed Hydrogen Storage System), 수소탱크 내 압력 및 온도를 포함한 감지 데이터를 수신하는 충전기제어부 및 감지 데이터에 기반하여 수소탱크 내 수소를 공급하는 수소공급부를 포함하는 수소충전기 및 감지 데이터를 무선통신을 위한 데이터로 변환하여 출력하는 저장제어부, 저장제어부 및 수소충전기 내 충전기제어부 간 무선통신을 위해 구비되는 무선통신부, 수소공급부로부터 분사되는 수소를 수소탱크밸브로 전달하는 리셉터클을 포함하는 데이터수소이동장치를 포함한다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 24.04.2021]　연료전지용 ＣＨＳＳ의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 시스템 및 충전 방법
본 발명은 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 시스템에 관한 것으로, 수소탱크의 온도 및 압력을 실시간으로 측정하여 빠른 시간 내에 연료 충전을 할 수 있는 프로토콜을 제공한다.
수소 자동차는 동력의 연료로서 수소를 사용하는 차량이며, 전동기 구동을 위해 내연기관의 수소를 태우거나 연료전지 내에서 수소를 산소와 반응시켜 수소의 화학 에너지를 역학적 에너지로 변환한다. 운송 연료 공급을 위해 수소를 사용하게 되는데, 수소 연료는 고압으로 빠르게 충전되는 특성으로 주유와 비교했을 때 위험성을 지니고 있고, 압축 및 줄-톰슨효과(Joule-Thomson effect)로 인한 열 발생으로 완전충전이 용이하지 않다. 이에, 각국에서 충전 프로토콜(Fueling Protocol)을 개발하였는데 그 중 충전시 매개변수를 기반으로 압력상승률과 목표압력에 관한 룩업테이블을 이용한 프로토콜(Hydrogen Fueling Protocol)에 대한 연구가 다수 존재하고 있다. 다만, 이는 실시간으로 측정된 값을 기준으로 충전제어를 하지 않고, 자동차 이외에도 지게차, 드론, 선박 등 다양한 모빌리티가 개발되고 있기 때문에 수 많은 조건과 수 많은 룩업테이블을 근거로 복잡한 충전 프로그램을 만들어야 하고, 조건에 맞지 않는 경우 적용할 수도 없어 정확한 충전 및 제어가 불가능한 상황이다.
이때, 실시간으로 수소 충전을 위한 제어 방법이 연구 및 개발되었는데, 이와 관련하여, 선행기술인 미국공개특허 제2014-0311622호(2019년10월23일 공개) 및 한국공개특허 제2013-0061268호(2013년06월11일 공개)에는, 수소충전기로부터 압축수소저장용기에 수소를 충전할 때, 목표 온도 및 감지 온도 간의 차이를 실시간으로 측정하고, 감지 온도가 목표 온도에 도달할 수 있도록 수소의 충전 흐름을 제어하는 구성과, 압축수소저장용기 내의 변형정도를 실시간으로 측정하고, 변형정도에 기반하여 기 설정된 규정 이상의 변형이 감지되는 경우 수소 충전을 중단하는 제어 방법이 각각 개시되고 있다.
다만, 상술한 구성을 이용한다고 할지라도 실제로 실시간 통신이 가정된 상황에서 개발된 제어 프로토콜이 아니기 때문에 다시 실시간 수소 제어가 불가능한 상황인 원점으로 회귀하게 된다. 또, 프로토콜이 복잡해진 이유도 충전소와 수소자동차 사이에 통신이 되지 않는 경우와 통신을 신뢰할 수 없는 경우를 가정하고 있기 때문이므로, 항상 통신이 가능하고 통신의 신뢰성이 보장이 될 수 있는 표준화된 프로토콜의 연구 및 개발이 요구된다. 만약, 통신의 신뢰성이 보장된다면, 수소의 위해요소인 온도와 압력을 실시간으로 감시ㆍ예측하면서 실시간으로 압력상승속도와 목표압력을 계산할 수 있고, 프로토콜을 간단하게 만들 수 있다. 이에, 강건한 통신 프로토콜 및 실시간 모니터링을 위한 제어 방법의 연구가 요구된다.
본 발명의 일 실시예는, 수소를 충전하는 동안 CHSS가 무선통신을 통해 수소충전기로 보내주는 수소탱크의 구조적 정보와 열역학적 정보를 반영하여 수소를 보다 안전하면서도 빠르게 충전할 수 있도록, 수소탱크 내 수소의 압력 및 온도를 실시간으로 측정하고, 수소충전기에서 무선통신을 통하여 CHSS로부터 실시간으로 측정한 압력 및 온도를 수신함으로써, 최적의 압력상승률을 계산하고, 계산된 최적의 압력상승률로 충전을 진행할 수 있도록 함으로써, 수소탱크 내 수소의 압력, 온도 및 충전유량이 설정된 임계값을 벗어나지 않는 범위 내에서, 충전시간이 최소화될 수 있도록 있는, 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 방법을 제공할 수 있다. 다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예는, 수소탱크 및 수소탱크밸브를 포함하는 CHSS(Compressed Hydrogen Storage System), 수소탱크 내 압력 및 온도를 포함한 감지 데이터를 수신하는 충전기제어부 및 감지 데이터에 기반하여 수소탱크 내 수소를 공급하는 수소공급부를 포함하는 수소충전기 및 감지 데이터를 무선통신을 위한 데이터로 변환하여 출력하는 저장제어부, 저장제어부 및 수소충전기 내 충전기제어부 간 무선통신을 위해 구비되는 무선통신부, 수소공급부로부터 분사되는 수소를 수소탱크밸브로 전달하는 리셉터클을 포함하는 데이터수소이동장치를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는, CHSS(Compressed Hydrogen Storage System) 내 수소탱크 및 수소충전기 내 수소공급부로부터 초기 상태값을 수집하는 단계, 초기 상태값에 기반하여 기 저장된 심플 열역학적 모델을 이용하여 질량유량, 수소탱크 내 온도 및 압력, 충전율을 결정하는 단계, 결정된 질량유량, 온도 및 압력과, 기 저장된 각각의 안전 임계값 간의 차이를 산출하는 단계 및 산출된 차이에 기반하여 수소공급부 내 최적 압력상승률을 탐색하여 적용하는 단계를 포함한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 수소를 충전하는 동안 CHSS가 무선통신을 통해 수소충전기로 보내주는 수소탱크의 구조적 정보와 열역학적 정보를 반영하여 수소를 보다 안전하면서도 빠르게 충전할 수 있도록, 수소탱크 내 수소의 압력 및 온도를 실시간으로 측정하고, 수소충전기에서 무선통신을 통하여 CHSS로부터 실시간으로 측정한 압력 및 온도를 수신함으로써, 최적의 압력상승률을 계산하고, 계산된 최적의 압력상승률로 충전을 진행할 수 있도록 함으로써, 수소탱크 내 수소의 압력, 온도 및 충전유량이 설정된 임계값을 벗어나지 않는 범위 내에서, 충전시간이 최소화될 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 시스템에 포함된 내부 구성을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 시스템 중 수소충전기의 충전기제어부의 충전 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 4는 도 3의 심플 열역학적 모델의 구동 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 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 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본 발명의 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다. 한편, '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, '~부'는 어드레싱 할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체 지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
본 명세서에 있어서 단말, 장치 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말, 장치 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말, 장치 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.
본 명세서에서 있어서, 단말과 매핑(Mapping) 또는 매칭(Matching)으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는, 단말의 식별 정보(Identifying Data)인 단말기의 고유번호나 개인의 식별정보를 매핑 또는 매칭한다는 의미로 해석될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 시스템에 포함된 내부 구성을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 시스템(1)은, 적어도 하나의 CHSS(100), 데이터수소이동장치(200), 수소충전기(300)를 포함할 수 있다. 다만, 이러한 도 1의 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 시스템(1)은, 본 발명의 일 실시예에 불과하므로, 도 1을 통하여 본 발명이 한정 해석되는 것은 아니다.
이때, 도 1의 각 구성요소들은 일반적으로 네트워크(Network, 200)를 통해 연결된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 CHSS(100)는 네트워크를 통하여 데이터수소이동장치(200)와 연결될 수 있다. 그리고, 데이터수소이동장치(200)는, 네트워크를 통하여 적어도 하나의 CHSS(100), 수소충전기(300)와 연결될 수 있다. 또한, 수소충전기(300)는, 네트워크를 통하여 데이터수소이동장치(200)와 연결될 수 있다.
여기서, 네트워크는, 복수의 단말 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크의 일 예에는 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷(WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다. 무선 데이터 통신망의 일례에는 3G, 4G, 5G, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), 5GPP(5th Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), RF(Radio Frequency), 블루투스(Bluetooth) 네트워크, NFC(Near-Field Communication) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
하기에서, 적어도 하나의 라는 용어는 단수 및 복수를 포함하는 용어로 정의되고, 적어도 하나의 라는 용어가 존재하지 않더라도 각 구성요소가 단수 또는 복수로 존재할 수 있고, 단수 또는 복수를 의미할 수 있음은 자명하다 할 것이다. 또한, 각 구성요소가 단수 또는 복수로 구비되는 것은, 실시예에 따라 변경가능하다 할 것이다.
이하, 도 1의 각 구성을 도 2와 함께 설명하기로 한다.
CHSS(100)는, 수소탱크(110) 및 수소탱크밸브(130)를 포함할 수 있다. CHSS는 수소 차량에 설치되는 것으로, 연료인 수소를 공급받아 저장할 수 있도록 구비된다. 그리고, 수소탱크밸브(130)는 압력 센서 및 온도 센서를 포함하고 있어서 수소탱크(110)로 공급되는 수소의 압력과 온도를 측정하고, 데이터수소이동장치(200)의 저장제어부(240)로 측정값을 넘겨주는 역할을 수행할 수 있다.
데이터수소이동장치(200)는, 수소공급부(330)로부터 분사되는 수소를 수소탱크밸브(130)로 전달하는 리셉터클(210), 저장제어부(240) 및 수소충전기(300) 내 충전기제어부(310) 간 무선통신을 위해 구비되는 무선통신부, 감지 데이터를 무선통신을 위한 데이터로 변환하여 출력하는 저장제어부(240)를 포함할 수 있다. 데이터수소이동장치(200)는, 리셉터클(210)과 수소공급부(330) 간에 연결되어 수소탱크(110)에 수소탱크밸브(130)를 경유하여 수소를 공급하는 충전노즐(220)을 더 포함할 수 있다. 이때, 무선통신부는, 차량에 수소가 주입되는 리셉터클(210)의 일측에 설치된 저장제어부(240)의 타측에 설치되는 IR 송신기(250)와, 일측에 IR 송신기(250)와 연결되고 타측에 충전기제어부(310)와 연결되는 IR 수신기(260)를 포함할 수 있다.
수소충전기(300)는, 수소탱크(110) 내 압력 및 온도를 포함한 감지 데이터를 수신하는 충전기제어부(310) 및 감지 데이터에 기반하여 수소탱크(110) 내 수소를 공급하는 수소공급부(330)를 포함할 수 있다. 충전기제어부(310)는, 무선통신부 및 수소공급부(330)로부터 데이터를 수신하여 수소공급부(330) 내 실시간 압력상승률을 산출하고, 산출된 압력상승률을 수소공급부(330)로 반환할 수 있다.
이하, 상술한 도 1 및 도 2의 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 시스템의 구성에 따른 동작 과정을 도 3 및 도 4를 예로 들어 상세히 설명하기로 한다. 다만, 실시예는 본 발명의 다양한 실시예 중 어느 하나일 뿐, 이에 한정되지 않음은 자명하다 할 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 시스템 중 수소충전기의 충전기제어부의 충전 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이고, 도 4는 도 3의 심플 열역학적 모델의 구동 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 시스템(1)은, 수소를 충전하는 동안에 CHSS가 무선통신을 통해 수소충전기(300)로 보내주는 수소탱크의 구조적 정보와 열역학적 정보를 반영하여 수소를 보다 안전하면서도 빠르게 충전할 수 있도록 한다. 이를 위하여, CHSS(100)에서 수소탱크(110) 내 수소의 압력 및 온도를 실시간으로 측정하고, 수소충전기(300)에서 무선통신을 통하여 CHSS(100)로부터 실시간으로 측정한 압력 및 온도를 수신함으로써, 최적의 압력상승률을 계산하고, 계산된 최적의 압력상승률로 충전을 진행할 수 있도록 한다. 이에 따라, 수소탱크(110) 내 수소의 압력, 온도 및 충전유량이 설정된 임계값을 벗어나지 않는 범위 내에서, 충전시간이 최소화될 수 있도록 한다.
이하 도 3 및 도 4를 통하여 언급되는 약자는 이하 표 1을 통하여 정리하고, 이하에서 중복하여 설명하지 않는다.
prr Pressure Ramp Rate, MPa/s
m Mass flow rate of compressed hydrogen, kg/s
t Time counted for HRS, m/s
ρ Gas density, kg/m3
ba Break away
inlet Inlet of vehicle tank
line Hydrogen fueling line
max Maximum value
new New parameter to continue simulation
Cv Specific heat capacity at constant volume, kJ/kg·K
hs Stagnation enthalpy, kJ/kg
N Number of tanks
K Pressure drop coefficient of fueling line, m -4
k Number of prr calculations
d Diameter of tank inlet tube, m
u Internal energy, kJ/kg
tank Vehicle tank
R Universal Gas Constant(8.314472), J/mol·K
m Mass of compressed hydrogen, kg
V Volume, m3
P Pressure, MPa
T Temperature, K
h Static enthalpy, kJ/kg
Z Compressibility factor
SOC State Of Charge, %
도 3을 통하여 도시된 전 단계는, 충전기제어부(310)에서 IR 수신기(260) 및 수소공급부(330)로부터 데이터를 받아 새로운 압력상승률(prr new, 최적의 압력상승률)를 계산하고, 이를 수소공급부(330)로 반환하는 과정이 도시된다. 이를 위하여, 수소충전기(300)의 충전기제어부(310)는 도 3의 알고리즘을 진행하게 된다.
<제 1 단계>
우선, 첫 번째 단계(S3100)에서, 충전기제어부(310)는, CHSS(100) 내 수소탱크(110) 및 수소충전기(300)의 수소공급부(330)터 초기 상태값을 수집할 수 있다. 이때, 초기 상태값은, 수소탱크(110)의 구조적 변수값, 데이터수소이동장치(200)의 구조적 변수값, 수소충전기(300)가 공급하는 가스의 초기 열역학적 변수값, 수소탱크(110) 내 수소의 열역학적 변수값을 포함할 수 있다.
그리고, 수소탱크(110)의 구조적 변수값은, 수소탱크(110)의 개수(N tank), 수소탱크(110) 입구 내경(d inlet) 및 수소탱크(110) 부피(V tank)를 포함할 수 있다. 이때, 한 개의 CHSS(100)에 장착된 수소탱크(110)의 구조적 변수값은 모두 동일하다고 가정한다. 즉, CHSS(100)에 포함된 모든 수소탱크(110)의 개수, 내경 및 부피는 표준화되어 규격이 동일한 것으로 가정한다. 이 값들은 IR 수신기(260)를 통하여 충전기제어부(310)로 수신되며, CHSS(100)의 고유값이므로 충전 시작 전 1 회만 수신하면 된다.
데이터수소이동장치(200)의 구조적 변수값은, 수소공급부(330)에서 측정되는 데이터수소이동장치(200)의 압력손실계수(K line)를 포함할 수 있다. 이 값 또한 데이터수소이동장치(200), 즉 충전라인이나 수소충전라인으로 불리우는 데이터수소이동장치(200)의 고유값이므로, 충전을 시작하기 전 한 번만 수신하면 된다. 다만, 압력손실계수(K line)가 데이터수소이동장치(200)의 고유값이지만, CHSS(100)의 종류에 따라 달라질 수 있기 때문에 데이터수소이동장치(200) 전체의 압력손실계수(K line)도 CHSS(100)의 종류에 따라 달라질 수 있다. 이 값은 새로운 CHSS(100)에 충전을 시작하기 전, 데이터수소이동장치(200)에 대한 누설점검을 할 때 구한 압력손실값(△P line)과 데이터수소이동장치(200) 내 수소 밀도값(ρ line)을 이하 수학식 1에 대입하여 구할 수 있다. 이때,
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000001
은 질량유량(수소유량)이다.
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000002
수소충전기(300)가 공급하는 가스의 초기 열역학적 변수값은, 수소충전기(300)가 공급하는 수소의 압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000003
) 및 온도(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000004
)를 포함할 수 있다. 이 값들로는 수소충전기(300) 주변에서 측정한 대기온도를 사용할 수 있다. 수소탱크(110) 내 수소의 열역학적 변수값은, 수소탱크(110)의 수소탱크밸브(130)에 내장된 온도 센서 및 압력 센서로 수집되는 수소탱크(110)의 압력 (
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000005
) 및 온도(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000006
)를 포함할 수 있다.
새로운 압력상승률(prr new)을 계산하기 위한 초기 압력상승률(prr)은, 20MPa/min을 수소탱크(110)의 개수로 나눈 값을 사용할 수 있다. 이 변수들의 초기값을 기초로 수소충전모사를 거쳐 새로운 압력상승률(prr new)을 계산하고, 수소충전에 적용하기 때문에 초기 압력상승률(prr)은 사실상 중요하지 않다. 본 발명의 일 실시예에서는, 적정 초기 압력상승률(prr)을 탐색하는데 걸리는 시간을 절약하기 위하여 경험적으로 알려진 값의 중간 값을 채택할 수 있다.
<제 2 단계>
두 번째 단계(S3200)는, 충전기제어부(310)가 초기 상태값에 기반하여 기 저장된 심플 열역학적 모델을 이용하여 질량유량, 수소탱크(110) 내 온도 및 압력, 충전율을 결정하는 단계이다. 즉, 두 번째 단계(S3200)는, 수소 충전 모사 단계로, 첫 번째 단계(S3100)에서 주어진 초기값을 기초로 심플 열역학적 모델을 이용하여 질량유량(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000007
), 수소탱크(110) 내 온도(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000008
), 수소탱크(110) 내 압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000009
), 충전율(SOC)을 계산하고, 심플 열역학적 모델의 결과값과 비교하여 상대적으로 큰 값을 선택하는 방법에 의해, 최대질량유량(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000010
), 최대수소탱크온도(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000011
), 최대수소탱크압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000012
) 값을 결정하는 기능을 한다. 시간을 △t 씩 증가시키면서 심플 열역학적 모델의 계산 과정을 반복하다가 충전율(SOC)이 100 이상이 되면 반복 계산을 중단한다.
<제 3 단계>
충전기제어부(310)는, 결정된 질량유량, 온도 및 압력과, 기 저장된 각각의 안전 임계값 간의 차이를 산출할 수 있다. 이때, 충전기제어부(310)는, 반복 계산을 통해 상기 차이가 모두 양(+)의 값이면서, 상기 차이 중 하나가 기 저장된 각각의 설정값 이하가 되는 때의 압력상승률을 최적 압력상승률로 설정할 수 있다. 여기서, 기 저장된 각각의 설정값은, 수용가능한 수준의 작은 값, 즉 연구결과를 토대로 하여 설정될 수 있다. 세 번째 단계(S3300)는 모사 결과 판단 단계로, 충전기제어부(310)는, 두 번째 단계(S3200)에서 산정된 최대질량유량(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000013
), 최대수소탱크온도(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000014
), 최대수소탱크압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000015
)과, 안전 임계값(0.06kg/s, 85℃, 87.5MPa)을 비교하여 차이, 즉
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000016
, △T, △P를 구하는 기능을 하게 된다. 이때 충전기제어부(310)에서 의도하는 것은, 최대질량유량(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000017
), 최대수소탱크온도(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000018
), 최대수소탱크압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000019
)이 안전 임계값을 초과하지 않는 범위 내에서, 초기 압력상승률(prr)을 최대한 끌어올려 수소를 충전하는데 드는 시간을 단축하는 것이다. 3 가지의 값 중 어느 하나라도 안전 임계값을 초과한다면 법령 위반이 된다. 따라서,
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000020
, △T, △P 값 모두가 양(+)의 값이면서,
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000021
, △T, △P 값 중 하나가 기 설정된 값, 예를 들어, 수용가능한 수준의 작은 값(연구결과토대)이면, 이때 적용한 압력상승률(prr)을 최적 압력상승률(prr)로 설정 및 간주한다. 이때, 간주된 최적 압력상승률(prr)은 실제 최적의 압력상승률이 아니기 때문에 일단 값, 즉 최적 압력상승률(prr)을 설정해둔 후 이하 제 4 단계에서 본격적으로 탐색 및 적용을 실시한다.
<제 4 단계>
충전기제어부(310)는, 산출된 차이에 기반하여 수소공급부(330) 내 압력상승률을 탐색하여 적용할 수 있다. 이때, 네 번째 단계는 탐색 단계(S3400)와 적용 단계(S3500)로 구성될 수 있다. 탐색 단계에서는,
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000022
, △T, △P 값 모두가 양(+)의 값이 아닌 경우, 즉 하나라도 음(-)의 값인 경우에는, 충전기제어부(310)는 압력상승률(prr)을 감소시키고,
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000023
, △T, △P 모두가 양의 값이지만,
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000024
, △T, △P 값 중 하나가 설정값, 즉 수용가능한 수준의 작은 값 이하가 아닌 경우에는, 압력상승률(prr)을 증가시켜 제 2 단계(S3200) 및 제 3 단계(S3300)를 반복하면서 최적 압력상승률(prr)을 탐색한다. 적용 단계(S3500)에서는, 충전기제어부(310)는, S3100 내지 S3400에서 탐색한 최적 압력상승률(prr)을, 새로운 압력상승률(prr new)로 설정하고, 수소공급부(330)에 송신하여 수소충전기(300)가 새로운 압력상승률(prr new)로 CHSS(100)의 수소탱크(110)에 충전을 계속하게 된다.
<제 5 단계>
충전기제어부(310)는, 산출된 차이에 기반하여 수소공급부(330) 내 압력상승률을 탐색하여 적용한 후, 기 설정된 시간이 경과되는 경우 수소탱크(110)의 온도 및 압력과, 수소공급부(330)의 온도 및 압력을 기반으로 새로운 최적 압력상승률을 재계산할 수 있다. 이 단계는 새로운 최적 압력상승률(prr new)을 계산하기를 요청하는 단계(S3600)로, S3500 단계에서 적용한 새로운 최적 압력상승률(prr new)을 업데이트하기를 요청하는 단계이다. 예를 들어, 소정의 시간, 2초가 경과하였을 때, IR 수신기(260) 및 수소공급부(330)로부터 수신한 새로운 수소탱크(100)의 압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000025
), 온도(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000026
), 데이터수소이동장치(200)의 압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000027
), 온도(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000028
)를 기초로 하여, 새로운 최적 압력상승률(prr new)을 재계산하는 것이다. 예를 들어, 0 초에 압력상승률이 A라면, 2초에 압력상승률이 재계산으로 인하여 B로 변하고, 다시 2초 후인 4초에 C로 변하는 등으로 계속하여 새로운 최적 압력상승률(prr new)이 업데이트(A-B-C)되게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소충전모사에서 사용하는 열역학적 모델은, 데이터수소이동장치(200) 및 수소탱크(110)에서의 열전달을 반영하고 있지 않다. 따라서, 수소탱크(110) 내 수소의 온도 계산 결과에 오차가 발생한다. 다만, 수소충전 도중 현재상태의 수소탱크(110) 내 압력 및 온도를 기초로 수소충전모사를 하기 때문에, 모사의 시간 길이가 충분히 짧으면 오차는 줄어들 수 있다. 따라서, 수소충전이 종료될 때까지, 그 직전까지 반복하여 충전잔여시간 동안 수소충전모사를 반복할 수 있다.
상술한 단계들(S3100~S3600)간의 순서는 예시일 뿐, 이에 한정되지 않는다. 즉, 상술한 단계들(S3100~S3600)간의 순서는 상호 변동될 수 있으며, 이중 일부 단계들은 동시에 실행되거나 삭제될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 심플 열역학적 모델의 동작 과정을 도시한 흐름도이다. 본 발명의 심플 열역학적 모델에서는, 초기 상태값, IR 수신기(260) 및 수소공급부(330)로부터 수신한 데이터를 이용하여 질량유량(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000029
), 수소탱크(110)의 온도(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000030
), 수소탱크(110)의 압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000031
), 충전율(SOC)을 계산하고, 직전 값과 비교하여 최대질량유량(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000032
), 최대수소탱크온도(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000033
), 최대수소탱크압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000034
)을 결정하는 기능을 한다. 이 단계는 S3200의 하위 단계이므로 S3200에서 설명했던 구성이나 동작들의 중복설명은 생략하기로 한다. 또, 도 3에서 제 1 단계 내지 제 5 단계로 구분된 단계(S3100~S3600)는 이하의 제 1 단계 내지 제 6 단계(S4100~S4600)과 다른 단계로 정의한다.
<제 1 단계>
충전기제어부(310)는, 수소충전기(300)의 공급수소압력을 설정할 수 있다. 제 1 단계(S4100)는, 수소충전기(300)에서 공급되는 수소의 압력을 설정하는 단계이다. 수소충전기(300)의 공급수소압력값은 직전 시간 단계(-△t)의 공급수소압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000035
)과, 현재 단계의 압력상승률(prr k)과, 수소충전모사 시간 주기(△t)를 이하 수학식 2에 대입하여 산출할 수 있다.
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000036
<제 2 단계>
충전기제어부(310)는, 데이터수소이동장치(200)의 수소유량인 질량유량을 산출할 수 있다(S4200). 데이터수소이동장치(200)의 질량유량(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000037
)은 데이터수소이동장치(200) 내의 수소 밀도값(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000038
), 수소충전기(300)가 공급하는 수소의 압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000039
), 수소탱크(110)의 압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000040
), 데이터수소이동장치(200)의 압력손실계수(K line)를 이하 수학식 3에 대입하여 구할 수 있다. 수소충전기(300)에서 수소를 공급하는 압력과 수소탱크(110)의 압력 값의 차이가 클수록, 압력손실계수(K line)가 작을수록, 데이터수소이동장치(200)의 질량유량(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000041
)은 증가하는 특성을 나타낸다.
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000042
<제 3 단계>
충전기제어부(310)는, 수소탱크(110)로 유입되는 수소의 정체 엔탈피(Stagnation Enthalpy)를 산출할 수 있다. 제 3 단계(S4300)는, 수소탱크(110)로 유입되는 정체 엔탈피(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000043
)를 구하는 단계로, 수소탱크(110)로 유입되는 수소의 온도, 압력을 함수로 하는 엔탈피(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000044
), 질량유량(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000045
), 병렬로 연결된 수소탱크(110)의 개수(N tank), 수소탱크(110) 입구 내경(d inlet), 데이터수소이동장치(200) 내의 수소 밀도값(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000046
)을 이하 수학식 4에 대입하여 구할 수 있다. 정체 엔탈피 값은 병렬로 연결된 수소탱크(110)의 개수(N tank)가 증가하면, 각 수소탱크(110)로 유입되는 수소의 유속이 감소하여 작아지고, 수소탱크(110) 입구 내경(d inlet)이 감소하면 수소탱크(110)로 유입되는 수소의 유속이 증가하여 커지게 된다.
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000047
<제 4 단계>
충전기제어부(310)는 수소탱크(110) 내 온도를 산출할 수 있다. 제 4 단계(S4400)는, 수소탱크(110) 내의 온도를 구하는 단계로, 수소탱크(110) 내 온도는 수소탱크(110) 내의 내부에너지 변화값 (
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000048
) 수소탱크(110) 내 수소의 정적열용량 값(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000049
)을 이하 수학식 5에 대입하여 구할 수 있다. 수학식 5에서 정적열용량 값(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000050
), 수소탱크(110)의 온도(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000051
), 수소탱크(110)의 압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000052
)이 결정되어야 구할 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에서는, 계산의 순서상 수소탱크(110)의 온도(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000053
), 수소탱크(110)의 압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000054
) 계산 전 단계에서 정적열용량 값(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000055
)을 계산해야 하기 때문에, 수소탱크(110)의 온도(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000056
), 수소탱크(110)의 압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000057
) 대신, 수소탱크(110)의 온도(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000058
), 수소탱크(110)의 압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000059
) 값을 적용하여 계산을 진행하였다. 결과적으로, 수소탱크(110)의 온도(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000060
)는 실제보다 높게 나오겠지만 보수적인 결과로 귀결되기 때문에 안전상의 문제는 없다.
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000061
<제 5 단계>
충전기제어부(310)는, 수소탱크(110) 내 압력과 수소가 충전된 정도에 대응하는 충전율(State of Charge, SOC)을 산출할 수 있다(S4500). 압축수소의 경우 저장 효율성을 높이기 위해 수십 MPa로 압축되는데, 고압의 압축수소에 대해서는 이상기체 상태방정식을 적용하는 것이 불가능하다. 수소탱크(110)의 압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000062
)을 구하기 위해서는, 수소의 압축계수를 알아야 하고, 단열팽창시 줄-톰슨 효과에 의해 온도가 상승하는 특성을 가진 수소의 정확한 압력 계산을 위해서는, 이러한 특성이 반영된 상태방정식을 사용하여 압축계수를 계산해야 한다. 본 발명의 일 실시예에서는, 수소의 상태방정식으로 특별히 개발된 이하 수학식 6 내지 수학식 8을 사용하였다. 수학식 6 내지 수학식 8에 따라 수소탱크(110)의 압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000063
)과 충전율(SOC)을 구할 수 있다. 여기서, R은 보편 기체 상수이며 표 1에 값이 정의되어 있다.
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000064
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000065
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000066
<제 6 단계>
충전기제어부(310)는, 수소탱크(110)의 최대압력 및 최대온도와, 데이터수소이동장치(200)의 최대수소유량에 대응하는 최대질량유량을 결정할 수 있다(S4600). 전 단계들에서 계산한 데이터수소이동장치(200)의 질량유량(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000067
), 수소탱크(110)의 압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000068
), 수소탱크(110)의 온도(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000069
)를 직전 단계에서의 이들의 최댓값과 비교하여 최대질량유량(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000070
), 최대수소탱크온도(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000071
), 최대수소탱크압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000072
)을 결정하는 단계이다. 수소 충전 안전 기준에서는 수소 충전 과정이 종료된 시점에서는 물론, 충전 중에도 안전 임계값을 초과하지 못하도록 규제하고 있기 때문에, 본 발명의 일 실시예에서는 최대질량유량(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000073
), 최대수소탱크온도(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000074
), 최대수소탱크압력(
Figure PCTKR2021003806-appb-img-000075
)을 제어대상변수로 설정하였다.
상술한 단계들(S4100~S4600)간의 순서는 예시일 뿐, 이에 한정되지 않는다. 즉, 상술한 단계들(S4100~S4600)간의 순서는 상호 변동될 수 있으며, 이중 일부 단계들은 동시에 실행되거나 삭제될 수도 있다.
이와 같은 도 3 및 도 4의 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 방법에 대해서 설명되지 아니한 사항은 앞서 도 1 및 도 2를 통해 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 방법에 대하여 설명된 내용과 동일하거나 설명된 내용으로부터 용이하게 유추 가능하므로 이하 설명을 생략하도록 한다.
도 3 및 도 4를 통해 설명된 일 실시예에 따른 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 애플리케이션이나 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
연료전지용 ＣＨＳＳ의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 시스템 및 충전 방법은 산업상으로 이용 가능하다.

Claims (10)

  1. 수소탱크 및 수소탱크밸브를 포함하는 CHSS(Compressed Hydrogen Storage System);
    상기 수소탱크 내 압력 및 온도를 포함한 감지 데이터를 수신하는 충전기제어부 및 상기 감지 데이터에 기반하여 상기 수소탱크 내 수소를 공급하는 수소공급부를 포함하는 수소충전기; 및
    상기 감지 데이터를 무선통신을 위한 데이터로 변환하여 출력하는 저장제어부, 상기 저장제어부 및 상기 수소충전기 내 충전기제어부 간 무선통신을 위해 구비되는 무선통신부, 상기 수소공급부로부터 분사되는 수소를 상기 수소탱크밸브로 전달하는 리셉터클을 포함하는 데이터수소이동장치를 포함하는 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선통신부는,
    차량에 수소가 주입되는 리셉터클의 일측에 설치된 저장제어부의 타측에 설치되는 IR 송신기; 및
    일측에 IR 송신기와 연결되고 타측에 충전기제어부와 연결되는 IR 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전기제어부는,
    상기 무선통신부 및 수소공급부로부터 데이터를 수신하여 상기 수소공급부에서 공급하는 가스의 실시간 압력상승률을 산출하고, 상기 산출된 압력상승률을 상기 수소공급부로 반환하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터수소이동장치는,
    상기 리셉터클과 상기 수소공급부 간에 연결되어 상기 수소탱크에 상기 수소탱크밸브를 경유하여 수소를 공급하는 충전노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 시스템.
  5. 수소충전기에서 실행되는 안전 충전 방법에 있어서,
    CHSS(Compressed Hydrogen Storage System) 내 수소탱크 및 상기 수소충전기 내 수소공급부로부터 초기 상태값을 수집하는 단계;
    상기 초기 상태값에 기반하여 기 저장된 심플 열역학적 모델을 이용하여 질량유량, 상기 수소탱크 내 온도 및 압력, 충전율을 결정하는 단계;
    상기 결정된 질량유량, 온도 및 압력과, 기 저장된 각각의 안전 임계값 간의 차이를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 차이에 기반하여 상기 수소공급부 내 최적 압력상승률을 탐색하여 적용하는 단계를 포함하는 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 산출된 차이에 기반하여 상기 수소공급부 내 최적 압력상승률을 탐색하여 적용하는 단계 이후에,
    기 설정된 시간이 경과되는 경우 상기 수소탱크의 온도 및 압력과, 상기 수소공급부의 온도 및 압력을 기반으로 새로운 최적 압력상승률을 재계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 초기 상태값은,
    상기 수소탱크의 구조적 변수값, 상기 데이터수소이동장치의 구조적 변수값, 상기 수소충전기가 공급하는 가스의 초기 열역학적 변수값, 상기 수소탱크 내 수소의 열역학적 변수값을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 수소탱크의 구조적 변수값은, 상기 수소탱크의 개수, 수소탱크 입구 내경 및 수소탱크 부피를 포함하고,
    상기 데이터수소이동장치의 구조적 변수값은, 상기 수소공급부에서 측정되는 데이터수소이동장치의 압력손실계수를 포함하고,
    상기 수소충전기가 공급하는 가스의 초기 열역학적 변수값은, 상기 수소충전기가 공급하는 수소의 압력 및 온도를 포함하고,
    상기 수소탱크 내 수소의 열역학적 변수값은, 상기 수소탱크의 수소탱크밸브에 내장된 온도 센서 및 압력 센서로 수집되는 상기 수소탱크의 압력 및 온도를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 방법.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 결정된 질량유량, 온도 및 압력과, 기 저장된 각각의 안전 임계값 간의 차이를 산출하는 단계 이후에,
    반복 계산을 통해 상기 차이가 모두 양(+)의 값이면서, 상기 차이 중 하나가 기 저장된 각각의 설정값 이하가 되는 때의 압력상승률을 최적 압력상승률로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 방법.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 기 저장된 심플 열역학적 모델은,
    상기 수소충전기의 공급수소압력을 설정하는 단계;
    상기 데이터수소이동장치의 수소유량인 질량유량을 산출하는 단계;
    상기 수소탱크로 유입되는 수소의 정체 엔탈피(Stagnation Enthalpy)를 산출하는 단계;
    상기 수소탱크 내 온도를 산출하는 단계;
    상기 수소탱크 내 압력과 수소가 충전된 정도에 대응하는 충전율(State of Charge)을 산출하는 단계; 및
    상기 수소탱크의 최대압력 및 최대온도와, 상기 데이터수소이동장치의 최대수소유량에 대응하는 최대질량유량을 결정하는 단계를 수행하며 실행되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 CHSS의 실시간 통신 정보 기반 수소 안전 충전 방법.
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