KR100428347B1 - 하이브리드 연료 전지 차량의 배터리 충전 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리의 충전 상태 및 전압에 대응하여 배터리에 충전하기 위한 연료 전지의 발생 전력을 제한하는 하이브리드 연료 전지 차량의 배터리 충전 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 연료 전지를 사용하여 배터리를 충전시키는 하이브리드 연료 전지 차량의 배터리 충전 제어방법에 있어서, 상기 배터리의 충전 상태 및 상기 배터리의 전압을 입력하는 단계와; 상기 입력된 배터리의 충전 상태가 미리 설정된 상한 치 미만인지 여부를 비교하는 단계와; 상기 배터리 충전 상태 상한치 비교 단계에서 상기 배터리의 충전 상태가 상기 상한 치 미만이면 상기 연료 전지가 지속적으로 온이었는지 여부를 비교하는 단계와; 상기 배터리 충전 상태 상한치 비교 단계에서 상기 배터리의 충전 상태가 상기 상한 치 미만이 아니면 상기 연료 전지를 오프 시키는 단계와; 상기 연료 전지가 지속적으로 온이었는지를 비교하는 단계에서 상기 연료 전지가 지속적으로 온이면 상기 연료 전지를 계속 온 시키는 단계와; 상기 배터리의 전압이 허용 전압 미만인지 여부를 비교하는 단계와; 상기 배터리 허용 전압 비교 단계에서 상기 배터리의 전압이 허용 전압 미만일 경우 상기 연료 전지를 지속적으로 온 시키는 단계와; 상기 배터리 허용 전압 비교 단계에서 상기 배터리의 전압이 허용 전압 미만이 아니면 상기 연료 전지의 출력 전력을 감소시키고 상기 배터리 전압 비교 단계로 리턴 하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

하이브리드 연료 전지 차량의 배터리 충전 제어방법{METHOD CONTROLLING BATTERY CHARGING OF A HYBRID FUEL CELL VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 연료 전지 차량에 관한 것으로서, 특히 하이브리드 연료 전지 차량의 배터리 충전 제어방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 하이브리드 연료 전지 차량에 있어, 차량 제어부가 연료 전지의 전기 에너지 생성을 제어하는 실시예를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 차량 제어부(도면에 도시되지 않음)는 배터리 잔존 용량 계산기(도면에 도시되지 않음)에서 계산되어 입력되는 배터리 잔존 용량 신호에 따라서 배터리(도면에 도시되지 않음)의 충전 량이 적으면 연료 전지(도면에 도시되지 않음)의 발생 전력을 증가시킨다.

이와는 반대로, 차량 제어부는 배터리의 충전 량이 많으면 연료 전지의 발생 전력을 감소시킨다.

도 2는 일반적인 써모스탯(thermostat) 제어를 나타낸 도면으로 배터리 충전상태와 연료전지의 발생 전력과의 관계를 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이 배터리의 충전 상태에 대응하는 상한 치(High Limit)(10) 및 하한 치(Low Limit)(12)를 각각 설정해 둔다.

이후, 배터리의 충전 상태가 하한 치(10)로 되면 연료 전지가 전력을 발생시킨다.

이와는 반대로, 배터리의 충전 상태가 상한 치(12)에 도달하면 연료 전지가 전력을 발생하지 않도록 한다.

도 3은 도 2의 써모스탯 제어의 실시예를 단계별로 나타낸 순서도이다.

먼저, 차량 제어부는 (S11)에서와 같이 배터리의 충전 상태 및 배터리의 전압이 입력된 상태에서 배터리의 충전 상태가 상한 치 미만이고 배터리의 전압이 허용 전압 미만인지 여부를 비교한다(S12).

차량 제어부는 전술한 (S12)의 비교 결과, 배터리의 충전 상태가 상한 치 미만이고 배터리의 전압이 허용 전압 미만이면 연료 전지가 지속적으로 온된 상태인지 여부를 비교한다(S13).

차량 제어부는 (S13)의 비교 결과, 연료 전지가 지속적으로 온된 상태이면 연료 전지를 계속 온된 상태로 유지시킨다(S14).

한편, 차량 제어부는 전술한 (S13)의 비교 결과, 연료 전지가 지속적으로 온된 상태가 아니면 배터리의 충전 상태가 하한 치 미만인지 여부를 비교한다(S15).

차량 제어부는 (S15)의 비교 결과, 배터리의 충전 상태가 하한 치 미만이면 전술한 (S14)을 수행한다.

이와는 반대로 차량 제어부는 전술한 (S15)의 비교 결과, 배터리의 충전 상태가 하한 치 미만이 아니거나 (S12)의 비교 결과, 충전 상태가 상한 치 미만이 아니고 전압이 허용 전압 미만이 아니면 연료 전지를 오프 시킨다(S16).

여기서, 연료 전지가 온된 상태라는 것은 연료 전지가 전력을 발생시켜 배터리를 충전시키는 상태를 의미하고 반대로, 연료 전지가 오프라는 것은 연료 전지가 전력을 발생시키지 않아 배터리를 충전시키지 않는 것을 의미한다.

위와 같은 방법을 사용할 때 종래 기술은 배터리의 충전 상태가 크고 구동 모터에서의 부하가 작은 경우에 연료 전지로부터 배터리로 전력 공급되면 배터리의 내부 저항에 의한 전압 상승이 구동 모터의 허용 한계 전압을 넘게 된다.

따라서, 구동 모터에 과전압이 공급됨에 따라 구동 모터가 정지하게 되는 경우 차량이 정지하게 된다.

이와 같은 상태에서 차량이 불시에 정지하면 추돌 사고 등이 유발되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 배터리의 충전 상태 및 전압에 대응하여 배터리에 충전하기 위한 연료 전지의 발생 전력을 제한하는 하이브리드 연료 전지 차량의 배터리 충전 제어방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 연료 전지를 사용하여 배터리를 충전시키는 하이브리드 연료 전지 차량의 배터리 충전 제어방법에 있어서, 상기 배터리의 충전 상태 및 상기 배터리의 전압을 입력하는 단계와; 상기 입력된 배터리의 충전 상태가 미리 설정된 상한 치 미만인지 여부를 비교하는 단계와; 상기 배터리 충전 상태 상한치 비교 단계에서 상기 배터리의 충전 상태가 상기 상한 치 미만이면 상기 연료 전지가 지속적으로 온이었는지 여부를 비교하는 단계와; 상기 배터리 충전 상태 상한치 비교 단계에서 상기 배터리의 충전 상태가 상기 상한 치 미만이 아니면 상기 연료 전지를 오프 시키는 단계와; 상기 연료 전지가 지속적으로 온이었는지를 비교하는 단계에서 상기 연료 전지가 지속적으로 온이면 상기 연료 전지를 계속 온 시키는 단계와; 상기 배터리의 전압이 허용 전압 미만인지 여부를 비교하는 단계와; 상기 배터리 허용 전압 비교 단계에서 상기 배터리의 전압이 허용 전압 미만일 경우 상기 연료 전지를 지속적으로 온 시키는 단계와; 상기 배터리 허용 전압 비교 단계에서 상기 배터리의 전압이 허용 전압 미만이 아니면 상기 연료 전지의 출력 전력을 감소시키고 상기 배터리 전압 비교 단계로 리턴 하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 하이브리드 연료 전지 차량에 있어서 차량 제어부가 연료 전지의 전기 에너지 생성을 제어하는 상태를 도시한 도면.

도 2는 일반적인 써모스탯 제어(Thermostat Control)를 도시한 도면.

도 3은 도 2의 써모스탯 제어과정을 도시한 흐름도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 연료 전지 차량의 배터리 충전 제어를 위한 블록 구성도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 연료 전지 차량의 배터리 충전 제어과정을 도시한 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 연료 전지 차량의 배터리 충전 제어장치의 구성을 설명한다.

본 발명의 실시예는 모터 제어부(22), 차량 제어부(24), 연료 전지 제어부(26), 개질기 및 메탄올 탱크(28), 연료 전지 시스템(30), 배터리(32), 배터리 잔존 용량 계산기(34), 및 모터(36)를 포함하여 구성한다.

모터 제어부(22)는 차량 제어부(24)로부터 모터 구동 토크 신호를 제공받아 내장된 인버터를 동작시켜 모터(36)가 구동하도록 하여 차량의 운전 동력을 발생시킨다.

차량 제어부(24)는 운전자의 가속/감속 페달 조작에 의한 가속/감속 신호, 기 설정된 차속 센서로부터 제공되는 차속 신호 및 배터리 잔존 용량 계산기(34)로부터 제공되는 배터리 잔존 용량 신호에 대응하여 연료 전지 제어부(26)로 연료 전지 출력 요구 신호를 제공하고 모터 제어부(22)로 모터 구동 토크 신호를 제공한다.

즉, 차량 제어부(24)는 운전자의 가속/감속 페달 조작에 따른 신호 및 차속센서로부터 차량 속도를 입력받아 발생 요구 토크 및 소요 동력을 산출한다.

또한, 현재의 배터리(32) 충전 상태와 연료 전지 시스템(30)의 동력 공급량을 감안하여 배터리(32)의 허용 충전 상태 한도 내에서 모터(36)가 소요 동력을 소모하도록 모터(36)에 가속/감속 페달 조작에 의한 가속/감속 신호를 변경하여 적용한다.

연료 전지 제어부(26)는 차량 제어부(24)로부터 제공되는 연료 전지 출력 요구 신호에 대응하여 개질기 및 메탄올 탱크(28)로 메탄올 개질 요구 신호를 제공하고 연료 전지 시스템(30)으로 연료 전지 출력 값 세팅 신호를 제공한다.

개질기 및 메탄올 탱크(28)는 연료 전지 제어부(26)로부터 제공되는 메탄올 개질 요구 신호에 대응하여 메탄올을 개질해서 연료 전지 시스템(30)으로 제공한다.

연료 전지 시스템(30)은 개질기 및 메탄올 탱크(28)로부터 제공되는 개질된 메탄올 및 연료 전지 제어부(26)로부터 제공되는 연료 전지 출력 값 세팅 신호에 대응하여 전력을 발생하여 배터리(32) 및 모터 제어부(22)로 제공한다.

배터리(32)는 연료 전지 시스템(30)으로부터 제공되는 전력을 받아 충전하고 모터 제어부(22)로 제공하며, 배터리 잔존 용량 상태 신호를 배터리 잔존 용량 계산기(34)로 제공한다.

배터리 잔존 용량 계산기(34)는 배터리(32)로부터 제공되는 배터리 잔존 용량 상태 신호를 받아 배터리 잔존 용량을 계산하여 차량 제어부(24)로 제공한다.

이와 같은 하이브리드 타입의 동력 제어 시스템은 차량의 가속 페달의 작동에 관계없이 계측된 배터리의 잔존 용량에 반응하여 연료 전지의 출력을 제어한다.

이때, 배터리의 잔존 용량은 차량이 주행함에 따라 변동한다.

예로, 배터리의 잔존 용량이 70~90%이면 연료 전지의 출력은 3Kw로 제어하고, 60~70%이면 5Kw로 제어하며 60%이하이면 10Kw로 제어한다.

결국, 연료 전지는 30~33%의 효율을 가지고 동력을 생성할 수 있으며 배터리를 효과적으로 충전할 수 있다.

상기한 바와 같이 연료 전지의 출력은 배터리 잔존 용량의 넓은 범위에서 대응되어 결과적으로 출력의 변동이 작으므로 연료 전지의 열적 피로를 방지할 수 있다.

배터리는 V=Vocv ±(i×R)와 같이 모델링되는 것과 같이 부하가 있는 방전 시 (-i×R)와 달리 충전 시 (+i×R)에는 내부 저항에 의하여 단자 전압이 상승하게 되며, 배터리를 포함하고 있는 하이브리드 연료 전지 차량의 구동 모터는 허용 한계 전압이 있어 배터리가 한계 전압 이상이 되면 동작을 멈추게된다.

따라서, 차량 제어부에 의한 연료 전지의 전력 발생 제어는 기존과 같이 배터리의 충전 상태만 고려할 것이 아니라 배터리의 충전에 따른 내부 저항으로 인한 배터리의 전압 상승이 구동 모터의 허용 한계 전압 이하로 되도록 해야 한다.

즉, 차량 제어부는 배터리의 충전 상태 뿐 아니라 충전 전압을 배터리 잔존 용량 계산기로부터 입력받아 이에 대응하여 연료 전지의 전력 발생을 제한해야 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 연료 전지 차량의 배터리 충전제어과정을 도시한 흐름도이다.

도 4와 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 연료 전지 차량의 배터리 충전 제어동작을 설명한다.

먼저, 차량 제어부(24)는 (S21)에서와 같이 배터리(32)의 충전 상태 및 배터리(32)의 전압이 배터리 잔존 용량 계산기(34)를 통해 입력된 상태에서 배터리(32)의 충전 상태가 미리 설정된 상한 치 미만인지 여부를 비교한다(S22).

차량 제어부(24)는 (S22)의 비교 결과, 배터리(32)의 충전 상태가 미리 설정된 상한 치 미만일 경우 연료 전지 시스템(30)이 지속적으로 온이었는지 여부를 연료 전지 제어부(26)를 통해 비교한다(S23).

차량 제어부(24)는 전술한 (S22)의 비교 결과, 배터리(32)의 충전 상태가 미리 설정된 상한 치 미만이 아닐 경우 연료 전지 시스템(30)을 연료 전지 제어부 (26)를 통해 오프 시킨다(S28).

한편, 차량 제어부(24)는 전술한 (S23)의 비교 결과, 연료 전지 시스템(30)이 지속적으로 온이었을 경우 연료 전지 시스템(30)을 계속 온 시킨다(S24).

또한, 차량 제어부(24)는 (S23)의 비교 결과, 연료 전지 시스템(30)이 지속적으로 온이 아니었을 경우 배터리(32)의 충전 상태가 설정된 하한 치 미만인지 여부를 비교한다(S27).

차량 제어부(24)는 (S27)의 비교 결과, 배터리(32)의 충전 상태가 설정된 하한 치 미만일 경우 전술한 (S24)으로 진행한다.

이와는 반대로 차량 제어부(24)는 (S27)의 비교 결과, 배터리(32)의 충전 상태가 설정된 하한 치 미만이 아닐 경우 (S28)로 진행한다.

차량 제어부(24)는 배터리(32)의 전압이 허용 전압 미만인지 여부를 비교한다(S25).

차량 제어부(24)는 (S25)의 비교 결과, 배터리(32)의 전압이 허용 전압 미만일 경우 연료 전지 시스템(30)을 지속적으로 온 시킨다(S26).

이와는 반대로 차량 제어부(24)는 전술한 (S25)의 비교 결과, 배터리(32)의 전압이 허용 전압 미만이 아닐 경우 연료 전지 시스템(30)의 출력 전력을 감소시키고 (S25)로 리턴한다(S29).

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 연료 전지 차량의 배터리 충전 제어방법은 배터리의 충전 상태 및 전압에 대응하여 배터리에 충전하기 위한 연료 전지의 발생 전력을 제한하며, 배터리의 과전압으로 인한 모터의 정지를 방지하기 때문에, 차량의 갑작스러운 정지로 인한 추돌을 방지할 수 있고 차량 운행의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 연료 전지를 사용하여 배터리를 충전시키는 하이브리드 연료 전지 차량의 배터리 충전 제어방법에 있어서,

   상기 배터리의 충전 상태 및 상기 배터리의 전압을 입력하는 단계와;

   상기 입력된 배터리의 충전 상태가 미리 설정된 상한 치 미만인지 여부를 비교하는 단계와;

   상기 배터리 충전 상태 상한치 비교 단계에서 상기 배터리의 충전 상태가 상기 상한 치 미만이면 상기 연료 전지가 지속적으로 온이었는지 여부를 비교하는 단계와;

   상기 배터리 충전 상태 상한치 비교 단계에서 상기 배터리의 충전 상태가 상기 상한 치 미만이 아니면 상기 연료 전지를 오프 시키는 단계와;

   상기 연료 전지가 지속적으로 온이었는지를 비교하는 단계에서 상기 연료 전지가 지속적으로 온이면 상기 연료 전지를 계속 온 시키는 단계와;

   상기 배터리의 전압이 허용 전압 미만인지 여부를 비교하는 단계와;

   상기 배터리 허용 전압 비교 단계에서 상기 배터리의 전압이 허용 전압 미만일 경우 상기 연료 전지를 지속적으로 온 시키는 단계와;

   상기 배터리 허용 전압 비교 단계에서 상기 배터리의 전압이 허용 전압 미만이 아니면 상기 연료 전지의 출력 전력을 감소시키고 상기 배터리 전압 비교 단계로 리턴 하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 연료 전지 차량의 배터리 충전 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 연료 전지가 지속적으로 온이었는지를 비교하는 단계에서 상기 연료 전지가 지속적으로 온이 아니면 상기 배터리의 충전 상태가 미리 설정된 하한 치 미만인지 여부를 비교하는 단계와;

   상기 배터리 충전 상태 하한치 비교 단계에서 상기 배터리의 충전 상태가 상기 하한 치 미만이면 상기 연료 전지를 지속적으로 온 시키는 단계로 리턴 하는 단계와;

   상기 배터리 충전 상태 하한치 비교 단계에서 상기 배터리의 충전 상태가 상기 하한 치 미만이 아니면 상기 연료 전지를 오프 시키는 단계로 리턴 하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 연료 전지 차량의 배터리 충전 제어방법.