KR20220074209A - Operation control system and method of fuel cell - Google Patents
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Abstract
연료가스 및 산화가스를 각각 공급받아 전력을 발전하는 복수 개의 연료전지 스택; 복수 개의 연료전지 스택과 전기적으로 연결되고, 복수 개의 연료전지 스택에서 발전한 전력을 공급 받아 구동되는 구동장치; 복수 개의 연료전지에서 발전한 전력에 의해 충전되거나, 방전되면서 구동장치로 전력을 공급하는 고전압배터리; 고전압배터리의 충전 또는 방전 가능 여부를 모니터링하는 모니터링부; 및 모니터링부에서 모니터링한 고전압배터리의 충전 또는 방전 가능 여부 및 구동장치의 요구 전력 또는 요구 전류를 기반으로 복수 개의 연료전지 스택 중 일부에서 전력을 발전하도록 연료전지 스택을 제어하는 발전제어부;를 포함하는 연료전지의 운전 제어 시스템 및 방법이 소개된다.a plurality of fuel cell stacks each receiving fuel gas and oxidizing gas to generate electric power; a driving device electrically connected to the plurality of fuel cell stacks and driven by receiving power generated from the plurality of fuel cell stacks; a high voltage battery for supplying power to a driving device while being charged or discharged by power generated from a plurality of fuel cells; a monitoring unit for monitoring whether the high voltage battery can be charged or discharged; and a power generation control unit for controlling the fuel cell stack to generate power from some of the plurality of fuel cell stacks based on whether the high voltage battery monitored by the monitoring unit can be charged or discharged, and the required power or required current of the driving device. A fuel cell operation control system and method are introduced.
Description
본 발명은 연료전지의 운전 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는 복수 개의 연료전지 스택을 포함한 연료전지 시스템에서 고전압배터리의 충방전이 불가능한 경우 연료전지 스택을 운전하는 전략에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell operation control system and method, and more particularly, to a strategy for operating a fuel cell stack when charging and discharging of a high voltage battery is impossible in a fuel cell system including a plurality of fuel cell stacks.
연료전지(Fuel cell)는 연료의 산화에 의해서 생기는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전지로 일종의 발전 장치이다. 기본적으로 산화, 환원 반응을 이용한다는 점에서 화학 전지와 같지만, 닫힌 시스템 내부에서 전지 반응을 하는 화학 전지와는 달리, 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되어 반응 생성물이 연속적으로 시스템 외부로 제거되는 점에서 차이가 있다. 최근에는 연료전지 발전시스템이 실용화되고 있으며, 연료전지의 반응 생성물이 순수한 물이기 때문에 친환경적인 차량의 에너지원으로 사용하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. A fuel cell is a type of power generation device that directly converts chemical energy generated by oxidation of fuel into electrical energy. It is basically the same as a chemical cell in that it uses oxidation and reduction reactions, but unlike a chemical cell in which the cell reaction is carried out inside a closed system, the reactants are continuously supplied from the outside and the reaction products are continuously removed to the outside of the system. There is a difference. Recently, a fuel cell power generation system has been put to practical use, and since the reaction product of the fuel cell is pure water, research for using it as an energy source for an eco-friendly vehicle is being actively conducted.
연료전지 시스템은 화학 반응을 통하여 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택과 연료전지 스택의 공기극으로 공기를 공급하는 공기 공급장치 및 연료전지 스택의 수소극으로 수소를 공급하는 연료 공급장치가 포함된다. 즉, 연료전지 스택의 공기극(Cathode)에는 산소가 포함된 공기를 공급하고, 연료전지 스택의 수소극(Anode)에는 수소를 공급하는 것이다.The fuel cell system includes a fuel cell stack that generates electrical energy through a chemical reaction, an air supply device that supplies air to an air electrode of the fuel cell stack, and a fuel supply device that supplies hydrogen to a hydrogen electrode of the fuel cell stack. That is, air containing oxygen is supplied to the cathode of the fuel cell stack, and hydrogen is supplied to the anode of the fuel cell stack.
최근에 상용 연료전지 차량(버스, 트럭 등)에서 요구 출력이 증가됨에 따라 출력을 향상시키기 위하여 연료전지 시스템에 복수 개의 연료전지 스택이 이용되는 경우가 발생한다.Recently, as the required output of a commercial fuel cell vehicle (bus, truck, etc.) increases, a plurality of fuel cell stacks are used in a fuel cell system to improve output.
구체적으로, 복수 개의 연료전지 스택이 포함된 연료전지 시스템은 각각의 연료전지 스택의 구동을 위한 보기류(공기압축기, 냉각펌프 등)와 이들을 제어하는 제어기가 별도로 마련되고, 각각의 연료전지 스택에서 발전한 전력을 제어하는 컨버터 등도 별도로 마련되어 각각의 연료전지 스택은 독립적으로 구동될 수 있다.Specifically, in a fuel cell system including a plurality of fuel cell stacks, auxiliary devices (air compressor, cooling pump, etc.) for driving each fuel cell stack and a controller for controlling them are separately provided, and in each fuel cell stack, A converter for controlling the generated power is also separately provided so that each fuel cell stack can be driven independently.
다만, 종래 기술에 따르면 복수 개의 연료전지 스택과 전기적으로 연결된 고전압배터리의 충방전이 불가능한 경우 연료전지 스택이 고전위에 노출되어 열화되는 문제가 발생하거나, 이러한 문제를 방지하기 위해서는 연료전지 시스템를 셧다운해야 하는 문제가 있었다.However, according to the prior art, when charging and discharging of a high voltage battery electrically connected to a plurality of fuel cell stacks is impossible, the fuel cell stack is exposed to high potential and deteriorates, or to prevent such a problem, the fuel cell system must be shut down. There was a problem.
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 the background art above are only for improving the understanding of the background of the present invention, and should not be accepted as acknowledging that they correspond to the prior art already known to those of ordinary skill in the art.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 고전압배터리가 고장나더라도 복수 개의 연료전지 스택을 이용하여 구동장치를 구동하는 연료전지의 운전 제어 전략을 제공하고자 함이다.The present invention has been proposed to solve this problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell operation control strategy for driving a driving device using a plurality of fuel cell stacks even if a high voltage battery fails.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지의 운전 제어 시스템은 연료가스 및 산화가스를 각각 공급받아 전력을 발전하는 복수 개의 연료전지 스택; 복수 개의 연료전지 스택과 전기적으로 연결되고, 복수 개의 연료전지 스택에서 발전한 전력을 공급 받아 구동되는 구동장치; 복수 개의 연료전지에서 발전한 전력에 의해 충전되거나, 방전되면서 구동장치로 전력을 공급하는 고전압배터리; 고전압배터리의 충전 또는 방전 가능 여부를 모니터링하는 모니터링부; 및 모니터링부에서 모니터링한 고전압배터리의 충전 또는 방전 가능 여부 및 구동장치의 요구 전력 또는 요구 전류를 기반으로 복수 개의 연료전지 스택 중 일부에서 전력을 발전하도록 연료전지 스택을 제어하는 발전제어부;를 포함한다.A fuel cell operation control system according to the present invention for achieving the above object includes: a plurality of fuel cell stacks for generating electric power by receiving fuel gas and oxidizing gas, respectively; a driving device electrically connected to the plurality of fuel cell stacks and driven by receiving power generated from the plurality of fuel cell stacks; a high voltage battery for supplying power to a driving device while being charged or discharged by power generated from a plurality of fuel cells; a monitoring unit for monitoring whether the high voltage battery can be charged or discharged; and a power generation control unit controlling the fuel cell stack to generate electric power from some of the plurality of fuel cell stacks based on whether the high voltage battery monitored by the monitoring unit can be charged or discharged and the required power or required current of the driving device. .
발전제어부에서는, 모니터링부에서 고전압배터리의 충전 또는 방전이 불가능한 것으로 모니터링한 경우 복수 개의 연료전지 스택 중 일부가 전력 발전을 유지하도록 제어할 수 있다.The power generation control unit may control some of the plurality of fuel cell stacks to maintain power generation when the monitoring unit monitors that charging or discharging of the high voltage battery is impossible.
발전제어부에서는, 구동장치의 요구 전력 또는 요구 전류가 기설정된 제1전력 또는 제1전류 이하인 경우 복수 개의 연료전지 스택 중 일부가 전력 발전을 중단하도록 제어할 수 있다.The power generation control unit may control a portion of the plurality of fuel cell stacks to stop power generation when the required power or the required current of the driving device is equal to or less than a preset first power or first current.
연료전지 스택의 발전 상태 또는 냉각 상태를 기반으로 복수 개의 연료전지 스택 중 전력 발전을 중단할 일부의 연료전지 스택을 선정하는 스택선정부;를 더 포함하고, 발전제어부에서는, 스택선정부에서 선정한 일부의 연료전지 스택에서 전력 발전을 중단하도록 제어할 수 있다.A stack selection unit for selecting a part of the fuel cell stack to stop power generation among the plurality of fuel cell stacks based on the power generation state or the cooling state of the fuel cell stack; further comprising, in the power generation control unit, the part selected by the stack selection unit It can be controlled to stop power generation in the fuel cell stack of
발전제어부에서는, 복수 개의 연료전지 스택에서 동일한 크기의 전력 또는 전류를 출력하도록 연료전지 스택의 발전을 제어하며, 스택선정부에서는, 복수 개의 연료전지 스택에서 출력되는 전력 또는 전류의 크기가 상대적으로 작은 연료전지 스택을 전력 발전을 중단할 일부의 연료전지 스택으로 선정할 수 있다.The power generation control unit controls generation of the fuel cell stack to output power or current of the same size from the plurality of fuel cell stacks, and the stack selection unit includes a relatively small amount of power or current output from the plurality of fuel cell stacks. The fuel cell stack can be selected as the part of the fuel cell stack that will stop generating electricity.
스택선정부에서는, 연료전지 스택의 온도 또는 연료전지 스택을 냉각하는 냉각수의 온도와 목표 온도 사이의 차이가 상대적으로 큰 연료전지 스택을 전력 발전을 중단할 일부의 연료전지 스택으로 선정할 수 있다.The stack selector may select a fuel cell stack having a relatively large difference between the temperature of the fuel cell stack or the temperature of the coolant cooling the fuel cell stack and the target temperature as some of the fuel cell stacks to stop power generation.
복수 개의 연료전지 스택에 각각 구비되며, 복수 개의 연료전지 스택 또는 고전압배터리와 전기적으로 연결되고, 구동시 연료전지 스택을 냉각하거나 연료전지 스택으로 연료가스 및 산화가스를 공급하는 복수 개의 보기류장치; 및 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택에 구비된 보기류장치를 제어함으로써 연료전지 스택에서 발전하는 전력을 소모시키는 소모제어부;를 더 포함할 수 있다.a plurality of auxiliary devices provided in each of the plurality of fuel cell stacks, electrically connected to the plurality of fuel cell stacks or high voltage batteries, and cooling the fuel cell stack during operation or supplying fuel gas and oxidizing gas to the fuel cell stack; and a consumption control unit configured to consume power generated from the fuel cell stack by controlling auxiliary devices provided in some fuel cell stacks where power generation has been stopped.
소모제어부에서는, 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택의 온도 또는 연료전지 스택을 냉각하는 냉각수의 온도가 목표 온도가 포함된 온도 범위 이내인 경우 보기류장치 중 유입된 공기가 연료전지 스택을 바이패스하도록 공기압축기를 구동함으로써 전력을 소모시킬 수 있다.In the consumption control unit, when the temperature of some of the fuel cell stacks where power generation is stopped or the temperature of the coolant that cools the fuel cell stack is within a temperature range including the target temperature, the air introduced from the auxiliary equipment bypasses the fuel cell stack. Power can be consumed by driving the air compressor to pass.
소모제어부에서는, 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택의 온도 또는 연료전지 스택을 냉각하는 냉각수의 온도가 목표 온도보다 높은 경우 보기류장치 중 냉각수를 유동시키는 냉각수펌프를 구동함으로써 전력을 소모시킬 수 있다.In the consumption control unit, when the temperature of some of the fuel cell stacks where power generation has been stopped or the temperature of the coolant that cools the fuel cell stack is higher than the target temperature, the power consumption can be consumed by driving the coolant pump that flows the coolant among the accessories. have.
소모제어부에서는, 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택의 온도 또는 연료전지 스택을 냉각하는 냉각수의 온도가 목표 온도보다 낮은 경우 보기류장치 중 냉각수를 가열하는 COD히터를 구동함으로써 전력을 소모시킬 수 있다.In the consumption control unit, when the temperature of some of the fuel cell stacks where power generation is stopped or the temperature of the coolant that cools the fuel cell stack is lower than the target temperature, the power consumption can be consumed by driving the COD heater that heats the coolant among the accessories. have.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지의 운전 제어 방법은 복수 개의 연료전지 스택과 전기적으로 연결된 고전압배터리의 충전 또는 방전 가능 여부를 모니터링하는 단계; 복수 개의 연료전지 스택에서 발전한 전력을 공급 받아 구동되는 구동장치의 요구 전력 또는 요구 전류를 입력 받는 단계; 및 모니터링한 고전압배터리의 충전 또는 방전 가능 여부 및 입력 받은 구동장치의 요구 전력 또는 요구 전류를 기반으로 복수 개의 연료전지 스택 중 일부에서 전력을 발전하도록 연료전지 스택을 제어하는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell operation control method comprising: monitoring whether a high voltage battery electrically connected to a plurality of fuel cell stacks can be charged or discharged; receiving power or current required for a driving device driven by receiving power generated from a plurality of fuel cell stacks; and controlling the fuel cell stack to generate power from some of the plurality of fuel cell stacks based on whether the monitored high voltage battery can be charged or discharged and the power or current required of the received driving device.
연료전지 스택을 제어하는 단계에서는, 모니터링하는 단계에서 고전압배터리의 충전 또는 방전이 불가능한 것으로 모니터링한 경우 복수 개의 연료전지 스택 중 일부가 전력 발전을 유지하도록 제어할 수 있다.In the step of controlling the fuel cell stack, when it is monitored that charging or discharging of the high voltage battery is impossible in the monitoring step, a portion of the plurality of fuel cell stacks may be controlled to maintain power generation.
연료전지 스택을 제어하는 단계에서는, 요구 전력 또는 요구 전류를 입력 받는 단계에서 입력 받은 구동장치의 요구 전력 또는 요구 전류가 기설정된 제1전력 또는 제1전류 이하인 경우 복수 개의 연료전지 스택 중 일부가 전력 발전을 중단하도록 제어할 수 있다.In the step of controlling the fuel cell stack, when the required power or the required current of the driving device input in the step of receiving the required power or the required current is equal to or less than a preset first power or the first current, some of the plurality of fuel cell stacks are powered It can be controlled to stop power generation.
연료전지 스택을 제어하는 단계 이전에, 연료전지 스택의 발전 상태 또는 냉각 상태를 기반으로 복수 개의 연료전지 스택 중 전력 발전을 중단할 일부의 연료전지 스택을 선정하는 단계;를 더 포함하고, 연료전지 스택을 제어하는 단계에서는, 선정한 일부의 연료전지 스택에서 전력 발전을 중단하도록 제어할 수 있다.Prior to the step of controlling the fuel cell stack, selecting a part of the fuel cell stack to stop power generation from among the plurality of fuel cell stacks based on the power generation state or the cooling state of the fuel cell stack; further comprising, In the step of controlling the stack, it is possible to control to stop power generation in some selected fuel cell stacks.
연료전지 스택을 제어하는 단계 이후에, 구동시 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택을 냉각하거나 연료전지 스택으로 연료가스 및 산화가스를 공급하는 보기류장치를 제어함으로써 연료전지 스택에서 발전하는 전력을 소모시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.After the step of controlling the fuel cell stack, power generated from the fuel cell stack by cooling some fuel cell stacks whose power generation is stopped during operation or by controlling an auxiliary device that supplies fuel gas and oxidizing gas to the fuel cell stack It may further include; the step of consuming.
본 발명의 연료전지의 운전 제어 시스템 및 방법에 따르면, 고전압배터리가 고장나더라도 연료전지 스택의 고전위 노출을 방지하고, 이에 따라 연료전지 스택의 내구성을 향상시키는 효과를 갖는다.According to the fuel cell operation control system and method of the present invention, even if the high voltage battery fails, exposure of the fuel cell stack to a high potential is prevented, and thus durability of the fuel cell stack is improved.
또한, 고전압배터리의 고장시에도 연료전지 차량의 셧다운을 방지하면서 요구 전력을 충족시킴으로써 상품성을 개선하는 효과를 갖는다.In addition, even when the high voltage battery fails, the fuel cell vehicle is prevented from shutting down while satisfying the required electric power, thereby improving the marketability.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 운전 제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동장치의 요구 전력 또는 요구 전류에 따라 구분되는 제어 구간을 도시한 것이다.
도 3 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 구간에서의 운전 모드를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압배터리의 충전 또는 방전이 불가능한 상태에서의 운전 모드를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 및 보기류장치를 도시한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 운전 제어 방법의 순서도이다.1 is a block diagram of a fuel cell operation control system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a control section divided according to the required power or the required current of the driving device according to an embodiment of the present invention.
3 to 4 are diagrams illustrating a driving mode in a control section according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an operation mode in a state in which charging or discharging of a high voltage battery is impossible according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram illustrating a fuel cell stack and an auxiliary device according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart of a method for controlling operation of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. Specific structural or functional descriptions of the embodiments of the present invention disclosed in the present specification or application are only exemplified for the purpose of describing the embodiments according to the present invention, and the embodiments according to the present invention may be implemented in various forms. and should not be construed as being limited to the embodiments described in the present specification or application.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the embodiment according to the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiment according to the concept of the present invention with respect to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first and/or second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one element from another element, for example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be called a second element, and similarly The second component may also be referred to as the first component.
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. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. When an element is referred to as being “connected” or “connected” to another element, it is understood that it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle. Other expressions describing the relationship between elements, such as "between" and "immediately between" or "neighboring to" and "directly adjacent to", etc., should be interpreted similarly.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof exists, and includes one or more other features or numbers. , it should be understood that it does not preclude the existence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the context of the related art, and unless explicitly defined in the present specification, they are not to be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. .
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in each figure indicate like elements.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 운전 제어 시스템의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a fuel cell operation control system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 운전 제어 시스템은 연료가스 및 산화가스를 각각 공급받아 전력을 발전하는 복수 개의 연료전지 스택(10); 복수 개의 연료전지 스택(10)과 전기적으로 연결되고, 복수 개의 연료전지 스택(10)에서 발전한 전력을 공급 받아 구동되는 구동장치(20); 복수 개의 연료전지에서 발전한 전력에 의해 충전되거나, 방전되면서 구동장치(20)로 전력을 공급하는 고전압배터리(30); 고전압배터리(30)의 충전 또는 방전 가능 여부를 모니터링하는 모니터링부(40); 및 모니터링부(40)에서 모니터링한 고전압배터리(30)의 충전 또는 방전 가능 여부 및 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류를 기반으로 복수 개의 연료전지 스택(10) 중 일부에서 전력을 발전하도록 연료전지 스택(10)을 제어하는 발전제어부(50);를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a fuel cell operation control system according to an embodiment of the present invention includes: a plurality of
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 모니터링부(40), 발전제어부(50), 스택선정부(60) 및 소모제어부(80)는 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.The
복수 개의 연료전지 스택(10)은 개별적으로 보기류장치(70)(BOP)가 구비되며, 수소 가스 및 산소 가스를 각각 공급 받아 전력을 발전할 수 있다. The plurality of fuel cell stacks 10 are individually provided with auxiliary devices 70 (BOP), and can generate electric power by receiving hydrogen gas and oxygen gas, respectively.
연료전지 스택(10)은 복수 개의 셀이 적층되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 복수 개의 셀은 전기적으로 직렬로 연결되어 출력 전압을 상승시킬 수 있고, 복수 개의 연료전지 스택(10)은 전기적으로 병렬로 연결되어 출력 전류를 증가시킬 수 있다.The
일 실시예로, 연료전지 스택(10)은 2개로 포함될 수 있고, 각각의 연료전지 스택(10)의 동일한 발전 용량을 가질 수 있다.In one embodiment, two fuel cell stacks 10 may be included, and each
구동장치(20)는 연료전지 차량에 장착되어 차량의 구동력을 발생시키는 모터일 수 있다. 모터는 인버터를 통해 연료전지 스택(10) 및 고전압배터리(30)와 전기적으로 연결되어 전력을 공급 받을 수 있다.The driving
추가로, 구동장치(20)에는 차량에 탑재되어 전력을 공급 받는 공조용 에어컨, 공조용 블로어, PTC히터 등 다양한 장치들이 포함될 수 있다. 특히, 구동장치(20)에는 보기류장치(70)가 포함될 수 있다.In addition, the driving
즉, 여기서 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류는 연료전지 스택(10)의 발전에 요구되는 전력 또는 전류 및 차량 전체에서 요구되는 전력 또는 전류의 합일 수 있다.That is, here, the required power or the required current of the driving
고전압배터리(30)는 전기 에너지를 충전하거나, 충전한 전기 에너지를 방전하는 장치로, 복수 개의 연료전지 스택(10)과 전기적으로 연결되어 전력을 공급 받고, 복수 개의 연료전지 스택(10)에서 발전한 전력 또는 전류가 요구 전력 또는 요구 전류보다 큰 경우에는 연료전지 스택(10)을 보조하여 구동장치(20)로 전력을 공급할 수 있다.The
모니터링부(40)는 고전압배터리(30)의 상태를 모니터링할 수 있다. 모니터링부(40)는 고전압배터리(30)의 충전량(SOC: State Of Charge)를 모니터링하거나, 고전압배터리(30)가 충전 가능한 상태인지 또는 방전 가능한 상태인지를 모니터링할 수 있다. The
여기서, 고전압배터리(30)가 충전 가능한 상태인지 또는 방전 가능한 상태인지 여부는, 고전압배터리(30)의 물리적 고장, 온도 조건 또는 충전량 등에 의해 일시적인 고전압배터리(30)의 충전 또는 방전의 불가능 등을 모두 포함할 수 있다.Here, whether the high-
일 실시예로, 모니터링부(40)는 고전압배터리(30)를 제어하는 BMS(Battery Management System)일 수 있다.In one embodiment, the
발전제어부(50)는 복수 개의 연료전지 스택(10)을 제어하고, 특히 복수 개의 연료전지 스택(10)의 전력 발전 여부를 제어할 수 있다. 구체적으로, 발전제어부(50)는 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류를 기반으로 복수 개의 연료전지 스택(10) 중 일부 또는 전체에서 전력을 발전하도록 제어할 수 있다.The power
또한, 발전제어부(50)는 모니터링부(40)에서 모니터링한 고전압배터리(30)의 충전 또는 방전 가능 여부를 더 고려하여 복수 개의 연료전지 스택(10) 중 일부 또는 전체에서 전력을 발전하도록 제어할 수 있다.In addition, the power
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류에 따라 구분되는 제어 구간을 도시한 것이고, 도 3 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 구간에서의 운전 모드를 도시한 것이다.2 is a view showing a control section divided according to the required power or current required of the driving
도 2 내지 4를 더 참조하면, 발전제어부(50)는 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류를 기반으로 복수 개의 연료전지 스택(10) 중 일부 또는 전체에서 전력을 발전하도록 제어할 수 있다.2 to 4 , the power
특히, 도 2에 도시한 것과 같이, 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류가 기설정된 제1전력 또는 제1전류 이하인지(제1구간), 제1전력 또는 제1전류와 제2전력 또는 제2전류 사이인지(제2구간), 또는 제2전력 또는 제2전류 이상인지(제3구간)에 따라 복수 개의 구간으로 구분될 수 있다.In particular, as shown in FIG. 2 , whether the required power or the required current of the driving
즉, 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류의 크기에 따라 제1구간, 제2구간 및 제3구간으로 구분될 수 있다. 여기서, 예를 들어 제1전류는 15[A]이고, 제2전류는 70[A]로 기설정될 수 있다.That is, it may be divided into a first section, a second section, and a third section according to the magnitude of the required power or the required current of the driving
발전제어부(50)는 고전압배터리(30)의 충전 또는 방전이 가능한 경우 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류가 가장 큰 제3구간에서는, 도 3과 같이, 복수 개의 연료전지 스택(10)에서 동시에 전력을 발전하면서, 고전압배터리(30)의 방전을 통해 구동장치(20)에 전력을 공급할 수 있다. 즉, 발전제어부(50)는 복수 개의 연료전지 스택(10)에서 발전한 전력과 고전압배터리(30)의 방전 전력을 동시에 구동장치(20)로 공급할 수 있다.When the
또한, 발전제어부(50)는 고전압배터리(30)의 충전 또는 방전이 가능한 경우 제1구간에서는, 도 4와 같이, 복수 개의 연료전지 스택(10)에서 발전을 모두 중단하고, 고전압배터리(30)만으로 구동장치(20)에 전력을 공급할 수 있다.In addition, the power
발전제어부(50)는 고전압배터리(30)의 충전 또는 방전이 가능한 경우 제2구간에서는 복수 개의 연료전지 스택(10)에서 동시에 전력을 발전하면서 구동장치(20)에 전력을 공급할 수 있다. 특히, 발전제어부(50)는 FC Only 모드로, 복수 개의 연료전지 스택(10)의 발전을 제어함으로써 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류를 충족시킬 수 있다.The power
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압배터리(30)의 충전 또는 방전이 불가능한 상태에서의 운전 모드를 도시한 것이다.5 is a diagram illustrating an operation mode in a state in which charging or discharging of the
도 5를 더 참조하면, 모니터링부(40)에서 고전압배터리(30)의 충전 또는 방전이 불가능한 것으로 모니터링한 경우, 즉 고전압배터리(30)로 전력을 충전하거나 또는 고전압배터리(30)에서 방전이 불가능한 경우에는 도 3 내지 4와 같이 고전압배터리(30)를 이용한 제어모드가 불가능할 수 있다.Referring further to FIG. 5 , when the
발전제어부(50)에서는, 모니터링부(40)에서 고전압배터리(30)의 충전 또는 방전이 불가능한 것으로 모니터링한 경우 복수 개의 연료전지 스택(10) 중 일부가 전력 발전을 유지하도록 제어할 수 있다.The power
발전제어부(50)는 FC Only 모드로 복수 개의 연료전지 스택(10)의 발전을 제어함으로써 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류를 충족시켜야 하고, 연료전지 스택(10)의 발전을 재개하기 위한 전력이 필요하므로 복수 개의 연료전지 스택(10) 중 일부는 전력 발전을 유지하도록 제어할 수 있다. The power
즉, 발전제어부(50)는 적어도 하나의 연료전지 스택(10)은 전력 발전을 유지하고, 모든 연료전지 스택(10)의 발전을 중단시키지 않도록 제어할 수 있다.That is, the power
또한, 발전제어부(50)에서는, 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류가 기설정된 제1전력 또는 제1전류 이하인 경우(제1구간) 복수 개의 연료전지 스택(10) 중 일부가 전력 발전을 중단하도록 제어할 수 있다.In addition, in the power
구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류가 기설정된 제1전력 또는 제1전류 이하인 경우에는 복수 개의 연료전지 스택(10) 중 일부에서 전력 발전을 중단하고, 나머지 일부에서만 전력 발전을 유지할 수 있다. 여기서, 전력 발전을 유지하는 나머지 일부에서도 저유량 제어를 통해 극소량의 전력만을 발생시킬 수 있다.When the required power or the required current of the driving
여기서, 기설정된 제1전력 또는 제1전류는 무부하에 가까운 매우 작은 정도로, 고전압배터리(30)가 정상적인 상태이면 복수 개의 연료전지 스택(10)을 모두 중단하고, 고전압배터리(30)의 방전으로 충당 가능한 정도일 수 있다.Here, the preset first power or first current is a very small degree close to no-load, and when the
그러나, 발전제어부(50)는 고전압배터리(30)의 충전 또는 방전이 불가능한 경우에는 일부의 연료전지 스택(10)은 발전을 중단하고, 적어도 하나의 연료전지 스택(10)은 전력 발전을 유지하도록 제어할 수 있다.However, when the power
발전제어부(50)에서는, 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류가 기설정된 제1전력 또는 제1전류 초과이고, 기설정된 제2전력 또는 제2전류 이하인 경우(제2구간)에는 복수 개의 연료전지 스택(10)에서 동시에 전력을 발전하도록 제어할 수 있다. 특히, 발전제어부(50)에서는 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류가 충족되도록 복수 개의 연료전지 스택(10)의 발전을 제어할 수 있다.In the power
발전제어부(50)에서는, 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류가 기설정된 제2전력 또는 제2전류 초과인 경우(제3구간)에는 구동장치(20)의 구동을 제한할 수 있다. 구체적으로, 고전압배터리(30)의 전력 보조가 불가능하므로, 발전제어부(50)는 복수 개의 연료전지 스택(10)에서 발전 전력이 최대가 되도록 제어함과 동시에, 구동장치(20)의 소모전력을 복수 개의 연료전지 스택(10)의 최대 발전 전력 이하로 제한하여 구동할 수 있다.The power
연료전지 스택(10)의 발전 상태 또는 냉각 상태를 기반으로 복수 개의 연료전지 스택(10) 중 전력 발전을 중단할 일부의 연료전지 스택(10)을 선정하는 스택선정부(60);를 더 포함하고, 발전제어부(50)에서는, 스택선정부(60)에서 선정한 일부의 연료전지 스택(10)에서 전력 발전을 중단하도록 제어할 수 있다.It further includes; a
스택선정부(60)는 복수 개의 연료전지 스택(10) 중 일부의 연료전지 스택(10)에서 전력 발전을 중단하는 경우 전력 발전을 중단할 일부의 연료전지 스택(10)을 선정할 수 있다.The
구체적으로, 스택선정부(60)는 연료전지 스택(10)의 발전 상태 또는 냉각 상태를 기반으로 전력 발전을 중단할 일부의 연료전지 스택(10)을 선정할 수 있다.Specifically, the
발전제어부(50)에서는, 복수 개의 연료전지 스택(10)에서 동일한 크기의 전력 또는 전류를 출력하도록 연료전지 스택(10)의 발전을 제어하며, 스택선정부(60)에서는, 복수 개의 연료전지 스택(10)에서 출력되는 전력 또는 전류의 크기가 상대적으로 작은 연료전지 스택(10)을 전력 발전을 중단할 일부의 연료전지 스택(10)으로 선정할 수 있다.The power
구체적으로, 복수 개의 연료전지 스택(10)은 전기적으로 병렬로 연결되며, 동일한 출력 전압을 가질 수 있다. 또한, 발전제어부(50)는 복수 개의 연료전지 스택(10)에서 동일한 크기의 전력 또는 전류를 출력하도록 연료전지 스택(10)의 발전을 제어할 수 있다.Specifically, the plurality of fuel cell stacks 10 may be electrically connected in parallel and have the same output voltage. In addition, the power
일 실시예로 스택선정부(60)에서는, 복수 개의 연료전지 스택(10)에서 출력되는 전력 또는 전류의 크기를 서로 비교하고, 복수 개의 연료전지 스택(10) 중 출력되는 전력 또는 전류의 크기가 상대적으로 작은 연료전지 스택(10)을 전력 발전을 중단할 일부의 연료전지 스택(10)으로 선정할 수 있다.In an embodiment, the
동일한 전력을 요구 받는 상태에서 출력되는 전력 또는 전류가 상대적으로 작은 연료전지 스택(10)은 열화가 진행된 것으로 추정할 수 있다. 따라서, 스택선정부(60)는 열화가 진행된 연료전지 스택(10)의 전력 발전을 중단하도록 선정함으로써 전력 발전이 중단된 연료전지 스택(10)의 전압 Sweeping 효과를 기대할 수 있다. 이에 따라, 연료전지 스택(10)의 가역적 열화가 회복되는 효과를 갖는다.It may be estimated that deterioration of the
다른 실시예로 스택선정부(60)에서는, 연료전지 스택(10)의 온도 또는 연료전지 스택(10)을 냉각하는 냉각수의 온도와 목표 온도 사이의 차이가 상대적으로 큰 연료전지 스택(10)을 전력 발전을 중단할 일부의 연료전지 스택(10)으로 선정할 수 있다.In another embodiment, the
연료전지 스택(10)은 냉각수라인을 통해 유동되는 냉각수에 의해 냉각될 수 있다. 연료전지 스택(10)의 온도는 직접 센싱하는 방법도 가능하나, 일반적으로 냉각수의 온도를 통해 연료전지 스택(10)의 온도를 추정할 수 잇다. 특히, 연료전지 스택(10)을 통과하여 배출된 냉각수의 온도를 함으로써 연료전지 스택(10)의 온도를 추정할 수 있다.The
연료전지 스택(10) 또는 냉각수의 온도는 목표 온도를 추종하도록 제어될 수 있다. 목표 온도는 기설정된 값이거나, 연료전지 스택(10)의 요구 발전량에 따라 가변될 수 있다. 특히, 후술하는 소모제어부(80)는 보기류장치(70)에 포함되는 냉각수를 유동시키는 냉각수펌프(72), 라디에이터 팬 등을 이용하여 연료전지 스택(10) 또는 냉각수를 냉각하거나, 냉각수라인의 냉각수에 침지된 COD히터(73)를 이용하여 연료전지 스택(10) 또는 냉각수를 승온할 수 있다.The temperature of the
더 구체적으로, 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류가 기설정된 제1전력 또는 제1전류 이하인 경우에는 일부의 연료전지 스택(10)에서만 전력을 발전하더라도 잉여 전력이 발생하고, 이를 보기류장치(70)에서 소모시켜야 한다.More specifically, when the required power or the required current of the driving
특히, 소모제어부(80)는 전력의 발전을 중단한 연료전지 스택(10)에 구비된 보기류장치(70)를 이용하여 잉여 전력을 소모시킬 수 있다. 소모제어부(80)는 연료전지 스택(10)의 온도 또는 연료전지 스택(10)을 냉각하는 냉각수의 온도와 목표 온도 사이의 차이가 상대적으로 큰 연료전지 스택(10)에서는 연료전지 스택(10) 또는 냉각수를 승온시키거나 냉각시킴으로써 보기류장치(70)를 이용하여 잉여 전력을 소모시킬 수 있다.In particular, the
복수 개의 연료전지 스택(10)에 각각 구비되며, 복수 개의 연료전지 스택(10) 또는 고전압배터리(30)와 전기적으로 연결되고, 구동시 연료전지 스택(10)을 냉각하거나 연료전지 스택(10)으로 연료가스 및 산화가스를 공급하는 복수 개의 보기류장치(70); 및 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택(10)에 구비된 보기류장치(70)를 제어함으로써 연료전지 스택(10)에서 발전하는 전력을 소모시키는 소모제어부(80);를 더 포함할 수 있다.It is provided in each of the plurality of fuel cell stacks 10 , is electrically connected to the plurality of fuel cell stacks 10 or the
보기류장치(70)는 복수 개의 연료전지 스택(10)에 각각 구비되는 것으로, 복수 개로 포함될 수 있다. 보기류장치(70)에는 연료전지 스택(10)으로 공기를 공급하는 공기압축기(71), 연료전지 스택(10)을 냉각하는 냉각계에 포함된 냉각수펌프(72), 라디에이터 팬 및 COD히터(73) 등이 포함될 수 있다.The
전력의 발전이 유지되는 연료전지 스택(10)의 경우 요구 발전량에 따라 연료전지 스택(10)을 냉각하거나 연료전지 스택(10)으로 연료가스 및 산화가스를 공급할 수 있다. 소모제어부(80)는 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택(10)에 구비된 보기류장치(70)를 통해 전력의 발전이 유지되는 연료전지 스택(10)에서 발전한 전력 중 잉여 전력을 소모시킬 수 있다.In the case of the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(10) 및 보기류장치(70)를 도시한 구성도이다.6 is a configuration diagram illustrating a
도 6을 더 참조하면, 소모제어부(80)에서는, 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택(10)의 온도 또는 연료전지 스택(10)을 냉각하는 냉각수의 온도가 목표 온도가 포함된 온도 범위 이내인 경우 보기류장치(70) 중 유입된 공기가 연료전지 스택(10)을 바이패스하도록 공기압축기(71)를 구동함으로써 전력을 소모시킬 수 있다.Referring further to FIG. 6 , in the
전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택(10)의 온도 또는 연료전지 스택(10)을 냉각하는 냉각수의 온도가 목표 온도가 포함된 기설정된 온도 범위 이내(예를 들어, 목표온도 -10℃ 내지 목표온도 +10℃ 범위)인 경우, 연료전지 스택(10) 또는 냉각수를 승온하거나 냉각하기 어려울 수 있다. 이에 따라, 소모제어부(80)는 공기압축기(71)를 구동함으로써 전력을 소모시킬 수 있다.The temperature of a portion of the
공기압축기(71)는 공기공급라인을 통해 연료전지 스택(10)의 공기극으로 산화가스가 포함된 공기를 공급할 수 있다. 다만, 공기공급라인에는 연료전지 스택(10)의 공기극을 바이패스하는 바이패스라인이 더 마련될 수 있다.The
소모제어부(80)는 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택(10)에 구비된 보기류장치(70) 중 유입된 공기가 연료전지 스택(10)을 바이패스하도록 공기압축기(71)를 구동할 수 있다.The
이에 따라, 전력 발전이 중단된 연료전지 스택(10)으로 공기를 공급하지 않으면서 공기압축기(71)의 구동에 의해 전력을 소모시킬 수 있다.Accordingly, power may be consumed by driving the
또한, 소모제어부(80)에서는, 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택(10)의 온도 또는 연료전지 스택(10)을 냉각하는 냉각수의 온도가 목표 온도보다 높은 경우 보기류장치(70) 중 냉각수를 유동시키는 냉각수펌프(72)를 구동함으로써 전력을 소모시킬 수 있다.In addition, in the
구체적으로, 소모제어부(80)는 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택(10)의 온도 또는 연료전지 스택(10)을 냉각하는 냉각수의 온도가 목표 온도보다 높은 경우, 특히 연료전지 스택(10)의 온도 또는 연료전지 스택(10)을 냉각하는 냉각수의 온도가 목표 온도 +10℃ 이상인 경우에는 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택(10) 또는 냉각수를 냉각함으로써 보기류장치(70)에서 전력을 소모시킬 수 있다.Specifically, when the temperature of the
다른 실시예로, 소모제어부(80)는 보기류장치(70)에 포함된 라디에이터 팬의 구동 등을 통해 전력을 소모시킬 수 있다.In another embodiment, the
또한, 소모제어부(80)에서는, 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택(10)의 온도 또는 연료전지 스택(10)을 냉각하는 냉각수의 온도가 목표 온도보다 낮은 경우 보기류장치(70) 중 냉각수를 가열하는 COD히터(73)를 구동함으로써 전력을 소모시킬 수 있다.In addition, in the
소모제어부(80)는 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택(10)의 온도 또는 연료전지 스택(10)을 냉각하는 냉각수의 온도가 목표 온도보다 낮은 경우, 특히 연료전지 스택(10)의 온도 또는 연료전지 스택(10)을 냉각하는 냉각수의 온도가 목표 온도 -10℃ 이하인 경우에는 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택(10) 또는 냉각수를 승온함으로써 보기류장치(70)에서 전력을 소모시킬 수 있다.When the temperature of the
소모제어부(80)는 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택(10)에 구비된 COD히터(73)를 구동함으로써 연료전지 스택(10) 또는 연료전지 스택(10)의 냉각수를 승온시킴과 동시에, 잉여 전력을 소모시킬 수 있다.The
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 운전 제어 방법의 순서도이다.7 is a flowchart of a method for controlling operation of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
도 7을 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 운전 제어 방법은 복수 개의 연료전지 스택(10)과 전기적으로 연결된 고전압배터리(30)의 충전 또는 방전 가능 여부를 모니터링하는 단계(S100); 복수 개의 연료전지 스택(10)에서 발전한 전력을 공급 받아 구동되는 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류를 입력 받는 단계(S200); 및 모니터링한 고전압배터리(30)의 충전 또는 방전 가능 여부 및 입력 받은 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류를 기반으로 복수 개의 연료전지 스택(10) 중 일부에서 전력을 발전하도록 연료전지 스택(10)을 제어하는 단계(S400);를 포함한다.Referring further to FIG. 7 , the method for controlling the operation of a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes the steps of monitoring whether charging or discharging of the
연료전지 스택(10)을 제어하는 단계(S400)에서는, 모니터링하는 단계(S100)에서 고전압배터리(30)의 충전 또는 방전이 불가능한 것으로 모니터링한 경우 복수 개의 연료전지 스택(10) 중 일부가 전력 발전을 유지하도록 제어할 수 있다.In the step (S400) of controlling the
연료전지 스택(10)을 제어하는 단계(S400)에서는, 요구 전력 또는 요구 전류를 입력 받는 단계(S200)에서 입력 받은 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류가 기설정된 제1전력 또는 제1전류 이하인 경우(S210) 복수 개의 연료전지 스택(10) 중 일부가 전력 발전을 중단하도록 제어할 수 있다.In the step of controlling the fuel cell stack 10 ( S400 ), the required power or the required current of the driving
연료전지 스택(10)을 제어하는 단계(S400)에서는, 요구 전력 또는 요구 전류를 입력 받는 단계(S200)에서 입력 받은 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류가 기설정된 제1전력 또는 제1전류 초과이고 기설정된 제2전력 또는 제2전류 이하이면(S220), 복수 개의 연료전지 스택(10)에서 동시에 전력을 발전하도록 제어할 수 있다(S700).In the step of controlling the fuel cell stack 10 ( S400 ), the required power or the required current of the driving
연료전지 스택(10)을 제어하는 단계(S400)에서는, 요구 전력 또는 요구 전류를 입력 받는 단계(S200)에서 입력 받은 구동장치(20)의 요구 전력 또는 요구 전류가 기설정된 제2전력 또는 제2전류 초과이면, 복수 개의 연료전지 스택(10)에서 동시에 전력을 발전하도록 제어함과 동시에 구동장치(20)의 소모전력을 제한함으로써 구동장치(20)를 제한 구동할 수 있다(S800).In the step of controlling the fuel cell stack 10 ( S400 ), the required power or the required current of the driving
연료전지 스택(10)을 제어하는 단계(S400) 이전에, 연료전지 스택(10)의 발전 상태 또는 냉각 상태를 기반으로 복수 개의 연료전지 스택(10) 중 전력 발전을 중단할 일부의 연료전지 스택(10)을 선정하는 단계(S300);를 더 포함하고, 연료전지 스택(10)을 제어하는 단계에서는, 선정한 일부의 연료전지 스택(10)에서 전력 발전을 중단하도록 제어할 수 있다.Before the step of controlling the fuel cell stack 10 ( S400 ), some fuel cell stacks to stop power generation among the plurality of fuel cell stacks 10 based on the power generation state or the cooling state of the
연료전지 스택(10)을 제어하는 단계(S400) 이후에, 구동시 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택(10)을 냉각하거나 연료전지 스택(10)으로 연료가스 및 산화가스를 공급하는 보기류장치(70)를 제어함으로써 연료전지 스택(10)에서 발전하는 전력을 소모시키는 단계(S600);를 더 포함할 수 있다.After the step (S400) of controlling the
연료전지 스택(10)에서 발전하는 전력을 소모시키는 단계(S600) 이전에, 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택(10)의 온도 또는 연료전지 스택(10)을 냉각하는 냉각수의 온도를 목표 온도와 비교하는 단계(S500)를 더 포함할 수 있다.Before the step of consuming power generated by the fuel cell stack 10 ( S600 ), the temperature of a portion of the
비교하는 단계(S500)에서, 목표 온도에서 연료전지 스택(10) 또는 냉각수의 온도를 감산한 온도가 기설정된 제1기준온도(X)보다 큰 경우(S510)에는 연료전지 스택(10)에서 발전하는 전력을 소모시키는 단계(S600)에서 COD히터(73)를 구동할 수 있다(S610).In the comparing step (S500), when the temperature obtained by subtracting the temperature of the
비교하는 단계(S500)에서, 목표 온도에서 연료전지 스택(10) 또는 냉각수의 온도를 감산한 온도가 기설정된 제2기준온도(Y)보다 작은 경우(S520)에는 연료전지 스택(10)에서 발전하는 전력을 소모시키는 단계(S600)에서 냉각수펌프(72)를 구동할 수 있다(S620).In the comparison step (S500), when the temperature obtained by subtracting the temperature of the
비교하는 단계(S500)에서, 목표 온도에서 연료전지 스택(10) 또는 냉각수의 온도를 감산한 온도가 기설정된 제1기준온도(X)와 제2기준온도(Y) 사이인 경우에는 연료전지 스택(10)에서 발전하는 전력을 소모시키는 단계(S600)에서 공기압축기(71)를 구동함과 동시에 공기압축기(71)의 공기를 바이패스하도록 제어할 수 있다(S630).In the comparison step (S500), when the temperature obtained by subtracting the temperature of the
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.Although shown and described with respect to specific embodiments of the present invention, it is within the art that the present invention can be variously improved and changed without departing from the spirit of the present invention provided by the following claims. It will be obvious to those of ordinary skill in the art.
10 : 연료전지 스택
20 : 구동장치
30 : 고전압배터리
40 : 모니터링부
50 : 발전제어부
60 : 스택선정부
70 : 보기류장치
80 : 소모제어부10: fuel cell stack 20: driving device
30: high voltage battery 40: monitoring unit
50: power generation control unit 60: stack selection unit
70: accessory device 80: consumption control unit
Claims (15)
복수 개의 연료전지 스택과 전기적으로 연결되고, 복수 개의 연료전지 스택에서 발전한 전력을 공급 받아 구동되는 구동장치;
복수 개의 연료전지에서 발전한 전력에 의해 충전되거나, 방전되면서 구동장치로 전력을 공급하는 고전압배터리;
고전압배터리의 충전 또는 방전 가능 여부를 모니터링하는 모니터링부; 및
모니터링부에서 모니터링한 고전압배터리의 충전 또는 방전 가능 여부 및 구동장치의 요구 전력 또는 요구 전류를 기반으로 복수 개의 연료전지 스택 중 일부에서 전력을 발전하도록 연료전지 스택을 제어하는 발전제어부;를 포함하는 연료전지의 운전 제어 시스템.a plurality of fuel cell stacks each receiving fuel gas and oxidizing gas to generate electric power;
a driving device electrically connected to the plurality of fuel cell stacks and driven by receiving power generated from the plurality of fuel cell stacks;
a high voltage battery for supplying power to a driving device while being charged or discharged by power generated from a plurality of fuel cells;
a monitoring unit for monitoring whether the high voltage battery can be charged or discharged; and
Fuel including a; Battery operation control system.
발전제어부에서는, 모니터링부에서 고전압배터리의 충전 또는 방전이 불가능한 것으로 모니터링한 경우 복수 개의 연료전지 스택 중 일부가 전력 발전을 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어 시스템.The method according to claim 1,
In the power generation control unit, when the monitoring unit monitors that charging or discharging of the high voltage battery is impossible, a part of the plurality of fuel cell stacks is controlled to maintain power generation.
발전제어부에서는, 구동장치의 요구 전력 또는 요구 전류가 기설정된 제1전력 또는 제1전류 이하인 경우 복수 개의 연료전지 스택 중 일부가 전력 발전을 중단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어 시스템.The method according to claim 1,
The power generation control unit controls a portion of the plurality of fuel cell stacks to stop generating power when the required power or the required current of the driving device is equal to or less than a preset first power or the first current.
연료전지 스택의 발전 상태 또는 냉각 상태를 기반으로 복수 개의 연료전지 스택 중 전력 발전을 중단할 일부의 연료전지 스택을 선정하는 스택선정부;를 더 포함하고,
발전제어부에서는, 스택선정부에서 선정한 일부의 연료전지 스택에서 전력 발전을 중단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어 시스템.4. The method according to claim 3,
Further comprising; a stack selection unit for selecting a part of the fuel cell stack to stop power generation among the plurality of fuel cell stacks based on the power generation state or the cooling state of the fuel cell stack;
In the power generation control unit, the fuel cell operation control system, characterized in that the control to stop power generation in some fuel cell stacks selected by the stack selection unit.
발전제어부에서는, 복수 개의 연료전지 스택에서 동일한 크기의 전력 또는 전류를 출력하도록 연료전지 스택의 발전을 제어하며,
스택선정부에서는, 복수 개의 연료전지 스택에서 출력되는 전력 또는 전류의 크기가 상대적으로 작은 연료전지 스택을 전력 발전을 중단할 일부의 연료전지 스택으로 선정하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어 시스템.5. The method according to claim 4,
The power generation control unit controls the power generation of the fuel cell stack to output power or current of the same size from the plurality of fuel cell stacks,
A fuel cell operation control system, characterized in that the stack selection unit selects a fuel cell stack having a relatively small amount of power or current output from the plurality of fuel cell stacks as a part of the fuel cell stack to stop power generation.
스택선정부에서는, 연료전지 스택의 온도 또는 연료전지 스택을 냉각하는 냉각수의 온도와 목표 온도 사이의 차이가 상대적으로 큰 연료전지 스택을 전력 발전을 중단할 일부의 연료전지 스택으로 선정하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어 시스템.5. The method according to claim 4,
In the stack selection unit, the fuel cell stack having a relatively large difference between the temperature of the fuel cell stack or the temperature of the coolant for cooling the fuel cell stack and the target temperature is selected as a part of the fuel cell stack to stop power generation. fuel cell operation control system.
복수 개의 연료전지 스택에 각각 구비되며, 복수 개의 연료전지 스택 또는 고전압배터리와 전기적으로 연결되고, 구동시 연료전지 스택을 냉각하거나 연료전지 스택으로 연료가스 및 산화가스를 공급하는 복수 개의 보기류장치; 및
전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택에 구비된 보기류장치를 제어함으로써 연료전지 스택에서 발전하는 전력을 소모시키는 소모제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어 시스템.4. The method according to claim 3,
a plurality of auxiliary devices provided in each of the plurality of fuel cell stacks, electrically connected to the plurality of fuel cell stacks or high voltage batteries, and cooling the fuel cell stack during operation or supplying fuel gas and oxidizing gas to the fuel cell stack; and
The fuel cell operation control system according to claim 1, further comprising: a consumption control unit configured to consume power generated from the fuel cell stack by controlling auxiliary devices provided in some fuel cell stacks where power generation has been stopped.
소모제어부에서는, 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택의 온도 또는 연료전지 스택을 냉각하는 냉각수의 온도가 목표 온도가 포함된 온도 범위 이내인 경우 보기류장치 중 유입된 공기가 연료전지 스택을 바이패스하도록 공기압축기를 구동함으로써 전력을 소모시키는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어 시스템.8. The method of claim 7,
In the consumption control unit, when the temperature of some of the fuel cell stacks where power generation is stopped or the temperature of the coolant cooling the fuel cell stack is within a temperature range including the target temperature, the air introduced from the auxiliary equipment bypasses the fuel cell stack. A fuel cell operation control system, characterized in that power is consumed by driving the air compressor to pass.
소모제어부에서는, 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택의 온도 또는 연료전지 스택을 냉각하는 냉각수의 온도가 목표 온도보다 높은 경우 보기류장치 중 냉각수를 유동시키는 냉각수펌프를 구동함으로써 전력을 소모시키는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어 시스템.8. The method of claim 7,
In the consumption control unit, when the temperature of some of the fuel cell stacks where power generation is stopped or the temperature of the coolant for cooling the fuel cell stack is higher than the target temperature, the consumption control unit consumes power by driving the coolant pump that flows the coolant among the accessories. A fuel cell operation control system.
소모제어부에서는, 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택의 온도 또는 연료전지 스택을 냉각하는 냉각수의 온도가 목표 온도보다 낮은 경우 보기류장치 중 냉각수를 가열하는 COD히터를 구동함으로써 전력을 소모시키는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어 시스템.8. The method of claim 7,
In the consumption control unit, when the temperature of some of the fuel cell stacks where power generation is stopped or the temperature of the coolant that cools the fuel cell stack is lower than the target temperature, the consumption control unit consumes power by driving the COD heater that heats the coolant among the accessories. A fuel cell operation control system.
복수 개의 연료전지 스택에서 발전한 전력을 공급 받아 구동되는 구동장치의 요구 전력 또는 요구 전류를 입력 받는 단계; 및
모니터링한 고전압배터리의 충전 또는 방전 가능 여부 및 입력 받은 구동장치의 요구 전력 또는 요구 전류를 기반으로 복수 개의 연료전지 스택 중 일부에서 전력을 발전하도록 연료전지 스택을 제어하는 단계;를 포함하는 연료전지의 운전 제어 방법.monitoring whether high voltage batteries electrically connected to the plurality of fuel cell stacks can be charged or discharged;
receiving power or current required of a driving device driven by receiving power generated from a plurality of fuel cell stacks; and
A fuel cell comprising a; Driving control method.
연료전지 스택을 제어하는 단계에서는, 모니터링하는 단계에서 고전압배터리의 충전 또는 방전이 불가능한 것으로 모니터링한 경우 복수 개의 연료전지 스택 중 일부가 전력 발전을 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어 방법.12. The method of claim 11,
In the step of controlling the fuel cell stack, when it is monitored that charging or discharging of the high voltage battery is impossible in the monitoring step, controlling a part of the plurality of fuel cell stacks to maintain power generation. .
연료전지 스택을 제어하는 단계에서는, 요구 전력 또는 요구 전류를 입력 받는 단계에서 입력 받은 구동장치의 요구 전력 또는 요구 전류가 기설정된 제1전력 또는 제1전류 이하인 경우 복수 개의 연료전지 스택 중 일부가 전력 발전을 중단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어 방법.12. The method of claim 11,
In the step of controlling the fuel cell stack, when the required power or the required current of the driving device input in the step of receiving the required power or the required current is equal to or less than a preset first power or the first current, some of the plurality of fuel cell stacks are powered A method of controlling the operation of a fuel cell, characterized in that controlling the power generation to be stopped.
연료전지 스택을 제어하는 단계 이전에, 연료전지 스택의 발전 상태 또는 냉각 상태를 기반으로 복수 개의 연료전지 스택 중 전력 발전을 중단할 일부의 연료전지 스택을 선정하는 단계;를 더 포함하고,
연료전지 스택을 제어하는 단계에서는, 선정한 일부의 연료전지 스택에서 전력 발전을 중단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어 방법.12. The method of claim 11,
Prior to the step of controlling the fuel cell stack, selecting a part of the fuel cell stack to stop power generation among the plurality of fuel cell stacks based on the power generation state or the cooling state of the fuel cell stack;
In the step of controlling the fuel cell stack, the operation control method of the fuel cell, characterized in that the control to stop power generation in some selected fuel cell stacks.
연료전지 스택을 제어하는 단계 이후에, 구동시 전력 발전이 중단된 일부의 연료전지 스택을 냉각하거나 연료전지 스택으로 연료가스 및 산화가스를 공급하는 보기류장치를 제어함으로써 연료전지 스택에서 발전하는 전력을 소모시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전 제어 방법.12. The method of claim 11,
After the step of controlling the fuel cell stack, power generated from the fuel cell stack by cooling some fuel cell stacks whose power generation is stopped during operation or by controlling an auxiliary device that supplies fuel gas and oxidizing gas to the fuel cell stack Consuming the fuel cell operation control method, characterized in that it further comprises.
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KR101807124B1 (en) | 2015-12-02 | 2017-12-07 | 현대자동차 주식회사 | Emergency driving control method of fuel cell vehicle |
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