KR100862467B1 - Multi-Function Resister for fuel cell-super capacitor hybrid electric vehicle - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 저항장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기차량에 있어서, 수퍼캡 초기충전제어, 수퍼캡 상한 전압 도달시 회생제동제어, 스타트업 및 셧다운시 연료전지 전압상승 및 하강곡선제어, 수퍼캡 유지보수시 수퍼캡 방전제어, 연료전지시스템 프리히팅 및 실내히팅 등 6가지 독립적 제어기능이 하나의 저항장치를 통해 수행됨으로써, 비용절감 및 패키징에 유리하고, 6가지의 제어기능을 구현하기 위한 시스템 구성이 단순화됨에 따른 설계, 제작 및 유지보수가 용이하도록 한 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 저항장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-function resistance device for a fuel cell supercap hybrid electric vehicle, and a control method thereof. More particularly, in a fuel cell supercap hybrid electric vehicle, supercap initial charge control, regenerative braking control when a supercap upper limit voltage is reached, and start are described. Fuel cell voltage rise and fall curve control during up and shutdown, supercap discharge control during supercap maintenance, fuel cell system preheating and indoor heating are performed through a single resistor for cost reduction and packaging. The present invention relates to a multi-functional resistance device for a fuel cell supercap hybrid electric vehicle and to a method of controlling the same, which is advantageous and facilitates design, manufacture, and maintenance according to a simplified system configuration for implementing six control functions.

이를 위해, 본 발명은 연료전지에 설치된 제1 및 제2컨택터와; 상기 제2컨택터 및 모터제어기(MCU)에 연결 설치된 제3컨택터와; 상기 연료전지에 병렬로 연결된 수퍼캡에 설치된 제5 및 제6컨택터와; 상기 제1컨택터 및 제5컨택터를 연결하는 제4컨택터와; 제1전기선이 제1컨택터와 제4컨택터에, 제2전기선이 제2 및 제3컨택터와 제6컨택터에, 제3전기선이 제4컨택터와 제5컨택터에 연결 설치되고, 내부에 저항과 복수의 트랜지스터가 설치된 멀티기능 저항장치를 포함하여 구성되고, 상기 멀티기능 저항장치는 상기 트랜지스터의 스위칭 동작을 통해 멀티기능을 수행하는 것을 특징으로 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 저항장치 및 그 제어방법을 제공한다.To this end, the present invention includes a first and second contactor installed in the fuel cell; A third contactor connected to the second contactor and the motor controller (MCU); Fifth and sixth contactors installed in a supercap connected in parallel to the fuel cell; A fourth contactor connecting the first contactor and the fifth contactor; The first electric wire is connected to the first contactor and the fourth contactor, the second electric wire is connected to the second and third contactors and the sixth contactor, and the third electric wire is connected to the fourth contactor and the fifth contactor. And a multi-function resistor device having a resistor and a plurality of transistors installed therein, wherein the multi-function resistor device performs a multi-function through a switching operation of the transistor. A resistance device and a control method thereof are provided.

연료전지, 수퍼캡, 하이브리드, 멀티기능 저항장치, 컨택터 Fuel Cell, Supercap, Hybrid, Multifunction Resistor, Contactor

Description

연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 저항장치 및 그 제어방법{Multi-Function Resister for fuel cell-super capacitor hybrid electric vehicle}Multi-function resistor for fuel cell supercap hybrid electric vehicle and its control method {Multi-Function Resister for fuel cell-super capacitor hybrid electric vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 수퍼캡 하이브리드의 멀티기능 저항장치의 일실시예를 나타내는 구성도이고,1 is a block diagram showing an embodiment of a multi-function resistance device of a fuel cell supercap hybrid according to the present invention,

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 연료전지의 프리히팅 및 실내히팅을 위한 멀티기능 저항의 구성을 나타내는 제1 및 제2실시예이고,2A and 2B are first and second embodiments showing the configuration of a multi-function resistor for preheating and indoor heating of a fuel cell according to the present invention;

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 연료전지 수퍼캡 하이브리드의 멀티기능 저항장치의 기능별 제어순서를 나타내는 순서도이고,3a and 3b is a flow chart showing the control procedure for each function of the multi-function resistor of the fuel cell supercap hybrid according to the present invention,

도 4a 및 도 4b는 연료전지 전압 상승곡선 및 하강곡선의 일례를 나타내는 그래프이고,4A and 4B are graphs showing an example of a fuel cell voltage rising curve and a falling curve,

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 연료전지 전압 상승곡선 및 하강곡선 제어를 위해 도출한 룩업 테이블을 예시한 그래프이고,5A and 5B are graphs illustrating a lookup table derived for controlling a fuel cell voltage rising curve and a falling curve according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 연료전지 전압 상승곡선 및 하강곡선제어를 위한 PID제어기의 작동흐름을 나타내는 구성도이다.6 is a block diagram showing the operation of the PID controller for controlling the fuel cell voltage rising curve and falling curve according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 연료전지 11 : 수퍼캡10: fuel cell 11: super cap

12 : MCU 13 : 모터12: MCU 13: motor

14~19 : 제1 내지 제6컨택터 20 : PDU14 to 19: first to sixth contactors 20: PDU

22 : 멀티기능 저항장치 23 : 저항22: multi-function resistor 23: resistor

24 : 제1트랜지스터(IGBT1) 25 : 제2트랜지스터(IGBT2)24: 1st transistor (IGBT1) 25: 2nd transistor (IGBT2)

26 : 초퍼 28 : 실내히팅용 팬26: chopper 28: fan for indoor heating

29 : 냉각라인 30 : PID 제어기29 cooling line 30 PID controller

31 : 중간냉각라인 32 : 방향제어밸브31: intermediate cooling line 32: directional control valve

본 발명은 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 저항장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기차량에 있어서, 수퍼캡 초기충전제어, 수퍼캡 상한 전압 도달시 회생제동제어, 스타트업 및 셧다운시 연료전지 전압상승 및 하강곡선제어, 수퍼캡 유지보수시 수퍼캡 방전제어, 연료전지시스템 프리히팅 및 실내히팅 등 6가지 독립적 제어기능이 하나의 저항장치를 통해 수행됨으로써, 비용절감 및 패키징에 유리하고, 6가지의 제어기능을 구현하기 위한 시스템 구성이 단순화됨에 따른 설계, 제작 및 유지보수가 용이하도록 한 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 저항장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-function resistance device for a fuel cell supercap hybrid electric vehicle, and a control method thereof. More particularly, in a fuel cell supercap hybrid electric vehicle, supercap initial charge control, regenerative braking control when a supercap upper limit voltage is reached, and start are described. Fuel cell voltage rise and fall curve control during up and shutdown, supercap discharge control during supercap maintenance, fuel cell system preheating and indoor heating are performed through a single resistor for cost reduction and packaging. The present invention relates to a multi-functional resistance device for a fuel cell supercap hybrid electric vehicle and to a method of controlling the same, which is advantageous and facilitates design, manufacture, and maintenance according to a simplified system configuration for implementing six control functions.

종래의 연료전지-배터리 하이브리드 전기차량에서는 고전압 DC-DC컨버터가 연료전지와 배터리 사이에 위치하여 연료전지와 배터리의 전압차이를 완충시키며, 배터리의 충방전 제어 또는 연료전지의 파워제어를 수행하므로, 연료전지와 배터리 전압을 매칭시키기 위한 별도의 특화된 시동제어전략을 필요로 하지 않는다.In the conventional fuel cell-battery hybrid electric vehicle, a high voltage DC-DC converter is positioned between the fuel cell and the battery to buffer the voltage difference between the fuel cell and the battery, and performs charge / discharge control of the battery or power control of the fuel cell. No special start-up control strategy is needed to match the fuel cell and battery voltages.

고전압 DC-DC컨버터를 사용하는 연료전지-수퍼캡 하이브리드 전기차량에서도 고전압 DC-DC컨버터를 이용해 액티브(Active)한 방식을 통해 수퍼캡 초기충전 및 주행 중 충방전을 수행하므로, 별도의 특화된 시동제어전략을 필요로 하지 않는다.In the fuel cell-supercap hybrid electric vehicle using the high voltage DC-DC converter, the supercap initial charging and charging / discharging are performed in an active manner using the high voltage DC-DC converter. I don't need it.

반면, 고전압 DC-DC컨버터를 사용하지 않는 연료전지-수퍼캡 하이브리드 전기차량에서는 연료전지와 수퍼캡 전압을 매칭시키기 위한 별도의 수퍼캡 초기충전장치 및 이에 상응하는 시동제어개발이 필수적이다. On the other hand, in a fuel cell-supercap hybrid electric vehicle that does not use a high voltage DC-DC converter, it is necessary to develop a separate supercap initial charging device and a corresponding start control to match the fuel cell and the supercap voltage.

수퍼캡 초기충전장치로는 기존의 하나의 프리차지(Precharge) 저항과 프리차지 릴레이(Precharge Relay)를 사용하는 타입 또는 인덕터와 고전력 스위치용 반도체(Insulated Gate bipolar Transistor; 이하, IGBT라 함)를 사용하는 컨버터 타입 등이 적용 가능한 장치로 언급될 수 있다.As a supercap initial charging device, a type using a single precharge resistor and a precharge relay or an inductor and an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as IGBT) are used. Converter type or the like can be referred to as an applicable device.

그런데, 상기 고전압 DC-DC컨버터를 사용하는 연료전지-배터리 또는 연료전지-수퍼캡 하이브리드는, 평균 효율이 약 90%인 DC-DC컨버터가 시동시뿐만 아니라 주행 중 충방전 시에도 항시 사용되므로, 시스템 전체 효율이 높지 않다는 단점이 있다.However, the fuel cell-battery or fuel cell-supercap hybrid using the high-voltage DC-DC converter is a DC-DC converter with an average efficiency of about 90%, which is always used not only at start-up but also at charging and discharging during driving. The disadvantage is that the overall efficiency is not high.

그리고 고전압 DC-DC컨버터를 사용하지 않는 연료전지-수퍼캡 하이브리드에 서는 시스템 전체 효율이 높다는 장점이 있지만, 수퍼캡 초기 충전장치의 종류 및 제어기법, 이에 병행하는 시동제어전략에 의해서 수퍼캡 초기 충전시간, 연료전지스택 수명, 에너지 소모량, 시스템 안정성(연료전지와 수퍼캡 결합시의 전기 충격(electrical shock)) 및 운전자 승차감 등에 영향을 미친다.In addition, the fuel cell-supercap hybrid without the high voltage DC-DC converter has the advantage of high overall system efficiency.However, the initial supercap charging time and fuel is determined by the type and control method of the initial supercap charging device and a parallel start-up control strategy. It affects battery stack life, energy consumption, system stability (electrical shock when combined with fuel cell and supercap) and driver's riding comfort.

그리고 예컨대, 하나의 프리차지 저항 및 릴레이를 사용하는 수퍼캡 초기 충전장치에 있어서, 프리차지 저항이 클 경우, 연료전지 공기 결핍(Air starvation)을 방지하면서 수퍼캡을 초기 충전할 수 있다는 장점이 있지만, 수퍼캡 초기 충전시간이 길어져서 저항을 통해 소모되는 에너지가 증가한다는 단점이 있다. 즉, 시스템의 효율이 감소한다.For example, in a supercap initial charging device using one precharge resistor and a relay, when the precharge resistance is large, there is an advantage that the supercap can be initially charged while preventing the fuel cell air starvation. The initial charging time is long, there is a disadvantage that the energy consumed through the resistor increases. That is, the efficiency of the system is reduced.

반대로, 프리차지 저항이 작을 경우, 수퍼캡 초기충전 시간을 줄일 수 있다는 장점이 있지만, 연료전지 공기 결핍이 발생할 가능성이 높다는 단점이 있다. 즉, 연료전지 수명에 악영향을 미칠 수 있다.On the contrary, when the precharge resistance is small, there is an advantage of reducing the initial charge time of the supercap, but there is a disadvantage in that fuel cell air deficiency is likely to occur. That is, the fuel cell life may be adversely affected.

그러나, 연료전지 수퍼캡 하이브리드 차량에 있어서 상기 수퍼캡 초기충전 제어 기능 이외에도, 수퍼캡 상한 전압 도달시 회생제동 전류제어, 스타트 업/셧다운시 연료전지 전압 상승/하강 곡선 제어, 수퍼캡 유지보수 시 수퍼캡 방전제어, 냉시동시 연료전지 시스템 예열제어 및 동절기 운행 시 실내 히팅제어를 위해 별도로 추가구성을 할 경우, 시스템 구성이 복잡하고 6가지 독립적 제어 기능을 수행함에 따른 비용 증가 및 패키징에 불리한 문제점이 있다.However, in addition to the supercap initial charge control function in a fuel cell supercap hybrid vehicle, regenerative braking current control when the supercap upper limit voltage is reached, fuel cell voltage rise / fall curve control during start-up / shutdown, supercap discharge control during supercap maintenance, and cold In case of additional configuration for simultaneous fuel cell system preheating control and indoor heating control during winter operation, system configuration is complicated and disadvantages in cost increase and packaging due to performing six independent control functions.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기차량에 있어서, 수퍼캡 초기충전제어, 수퍼캡 상한 전압 도달시 회생제동제어, 스타트업 및 셧다운시 연료전지 전압상승 및 하강곡선제어, 수퍼캡 유지보수시 수퍼캡 방전제어, 연료전지시스템 프리히팅 및 실내히팅 등 6가지 독립적 제어기능이 하나의 저항장치를 통해 수행됨으로써, 비용절감 및 패키징에 유리하고, 6가지의 제어기능을 구현하기 위한 시스템 구성이 단순화됨에 따른 설계, 제작 및 유지보수가 용이하도록 한 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 저항장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, in the fuel cell supercap hybrid electric vehicle, supercap initial charge control, regenerative braking control when the supercap upper limit voltage is reached, fuel cell voltage rise and fall curve control during start-up and shutdown In addition, six independent control functions such as supercap discharge control, fuel cell system preheating, and indoor heating are performed through a single resistance device during supercap maintenance, which is advantageous for cost reduction and packaging, and to implement six control functions. An object of the present invention is to provide a multi-functional resistor device for a fuel cell supercap hybrid electric vehicle and a control method thereof, which facilitates the design, manufacture, and maintenance according to the simplified system configuration.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연료전지 수퍼캡 하이브리드에 있어서,The present invention for achieving the above object in the fuel cell supercap hybrid,

연료전지에 설치된 제1 및 제2컨택터와; 상기 제2컨택터 및 모터제어기(MCU)에 연결 설치된 제3컨택터와; 상기 연료전지에 병렬로 연결된 수퍼캡에 설치된 제5 및 제6컨택터와; 상기 제1컨택터 및 제5컨택터를 연결하는 제4컨택터와; 제1전기선이 제1컨택터와 제4컨택터에, 제2전기선이 제2 및 제3컨택터와 제6컨택터에, 제3전기선이 제4컨택터와 제5컨택터에 연결 설치되고, 내부에 저항과 복수의 트랜지스터가 설치된 멀티기능 저항장치를 포함하여 구성되고, 상기 멀티기능 저항장치는 상기 트랜지스터의 스위칭 동작을 통해 멀티기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.First and second contactors installed in the fuel cell; A third contactor connected to the second contactor and the motor controller (MCU); Fifth and sixth contactors installed in a supercap connected in parallel to the fuel cell; A fourth contactor connecting the first contactor and the fifth contactor; The first electric wire is connected to the first contactor and the fourth contactor, the second electric wire is connected to the second and third contactors and the sixth contactor, and the third electric wire is connected to the fourth contactor and the fifth contactor. And a multifunction resistor device having a resistor and a plurality of transistors installed therein, wherein the multifunction resistor device performs a multifunction through a switching operation of the transistor.

바람직한 구현예로서, 상기 멀티기능 저항장치는 직렬 및 병렬 조합을 통한 저항 가변값을 포함하는 저항과, 두개의 트랜지스터(IGBT1,IGBT2)가 직렬로 연결된 초퍼로 구성되고, 상기 제1트랜지스터(IGBT1)의 콜랙터단은 상기 제1컨택터와 제4컨택터에 연결되고, 상기 제2트랜지스터(IGBT2)의 이미터단은 제2 및 제3컨택터와 제6컨택터에 연결되고, 상기 저항의 일단부는 상기 제1트랜지스터의 이미터단과 제2트랜지스터의 콜랙터단에 연결되고, 상기 저항의 타단부는 제4컨택터와 제5컨택터에 연결된 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the multi-function resistor device includes a resistor including a resistance variable value through a series and parallel combination, and a chopper in which two transistors IGBT1 and IGBT2 are connected in series, and the first transistor IGBT1. The collector terminal of is connected to the first contactor and the fourth contactor, the emitter terminal of the second transistor (IGBT2) is connected to the second and third contactor and the sixth contactor, one end of the resistor The emitter terminal of the first transistor and the collector terminal of the second transistor, and the other end of the resistor is characterized in that connected to the fourth and fifth contactor.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 연료전지 및 멀티기능 저항장치의 저항 사이에는 냉각라인이 설치되고, 상기 저항의 후방에는 실내히팅용 팬이 설치되어, 상기 저항에서 발생된 열을 실내로 송풍하는 것을 특징으로 한다.In a more preferred embodiment, a cooling line is installed between the resistance of the fuel cell and the multi-function resistance device, and an indoor heating fan is installed at the rear of the resistance to blow heat generated by the resistance into the room. It is done.

또한, 상기 냉각라인의 중간에는 중간냉각라인이 설치되고, 상기 중간냉각라인의 입출구단에는 방향제어밸브가 설치되며, 상기 방향제어밸브에 의해 연료전지 프리히팅시에는 중간냉각라인을 닫아(A위치) 연료전지와 저항을 연결하고, 실내히팅시에는 중간냉각라인을 열어(B위치) 연료전지와 연결을 차단하는 두개의 쿨링루프를 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, an intermediate cooling line is installed in the middle of the cooling line, a direction control valve is installed at an inlet and an outlet of the intermediate cooling line, and when the fuel cell is preheated by the direction control valve, the intermediate cooling line is closed (A position). The fuel cell is connected to a resistor, and when heated indoors, an intermediate cooling line is opened (B position) to form two cooling loops that cut off the connection with the fuel cell.

특히, 연료전지 수퍼캡 하이브리드의 제어방법에 있어서,In particular, in the fuel cell supercap hybrid control method,

키 온시키는 단계와; 상기 단계에서 스타트할 것인지를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 스타트한 후 제1, 제2 및 제4컨택터를 온시키는 단계와; 상기 단계에서 연료전지 스타트 업을 개시하는 단계와; 멀티기능 저항장치의 저항 및 제2트랜지스터의 듀티제어를 통해 연료전지 전압 상승곡선을 제어하는 단계와; 상기 단계에서 연료전지 스타트 업을 완료하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Key on; Determining whether to start in the step; Turning on the first, second and fourth contactors after starting in the step; Initiating a fuel cell start up in the step; Controlling the fuel cell voltage rise curve through resistance of the multi-function resistor device and duty control of the second transistor; The step of completing the fuel cell start-up is characterized in that it comprises a.

또한, 상기 연료전지 스타트 업 완료후 제4컨택터를 오프시키는 단계와; 제3, 제5 및 제6컨택터를 온시켜 차량 주행을 개시하는 단계와; 상기 멀티기능 저항장치의 저항 및 제1트랜지스터의 듀티제어를 통해 수퍼캡 초기충전을 개시하는 단계와; 상기 수퍼캡 초기충전을 완료하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The method may further include turning off a fourth contactor after completing the fuel cell start-up; Starting the vehicle by turning on the third, fifth and sixth contactors; Initiating supercap initial charge through resistance of the multi-function resistor and duty control of the first transistor; Characterized in that it comprises the step of completing the initial supercap charging.

또한, 상기 제4컨택터를 온시키는 단계와; 상기 연료전지 및 수퍼캡을 하이브리드로 함께 운전하는 단계와; 회생제동 중 수퍼캡에 충전되는 전류가 수퍼캡의 상한전압값에 도달되었는 지를 판단하는 단계와; 상기 회생제동에너지가 수퍼캡의 상한전압값에 도달되어 초과된 경우에 상기 멀티기능 저항장치의 저항 및 제2트랜지스터의 듀티제어를 통해 초과된 회생제동에너지를 소비하여 수퍼캡의 상한전압값이하로 유지하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, turning on the fourth contactor; Driving the fuel cell and the supercap together in a hybrid; Determining whether the current charged in the super cap reaches the upper limit voltage value of the super cap during regenerative braking; When the regenerative braking energy reaches and exceeds the upper limit voltage value of the supercap, the excess regenerative braking energy is consumed through the resistance control of the multi-function resistance device and the second transistor to maintain the upper limit voltage value of the supercap. Characterized in that comprises a step.

또한, 상기 회생제동에너지가 수퍼캡의 상한전압값에 도달되지 않은 경우에 키를 오프시키는 단계와; 상기 단계에서 제3, 제5 및 제6컨택터를 오프시키는 단계와; 상기 연료전지 셧다운을 개시하는 단계와; 상기 멀티기능 저항장치의 저항 및 제2트랜지스터 듀티제어를 통한 연료전지 전압 하강곡선을 제어하는 단계와; 상기 연료전지 셧다운을 완료하였는지를 판단하여 완료되면 제1, 제2 및 제4컨택터를 오프시켜 차량 셧다운을 완료하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of turning off the key when the regenerative braking energy does not reach the upper limit voltage value of the supercap; Turning off the third, fifth and sixth contactors in said step; Initiating the fuel cell shutdown; Controlling a fuel cell voltage drop curve through resistance of the multi-function resistor device and second transistor duty control; Determining whether the fuel cell shutdown is completed, and when the fuel cell shutdown is completed, turning off the first, second, and fourth contactors to complete the vehicle shutdown.

또한, 상기 스타트를 하지 않고 수퍼캡 유지보수를 위한 방전스위치 온 할 것인가를 판단하는 단계와; 상기 방전스위치 온 후 제4, 제5 및 제6컨택터를 온시 키는 단계와; 상기 단계에서 멀티기능 저항장치 및 제2트랜지스터 듀티제어를 통한 수퍼캡의 전압을 방전시키는 단계와; 상기 단계에서 수퍼캡 전압방전이 완료되었는지를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 방전 완료되면 제4, 제5 및 제6컨택터를 오프시키는 단계와; 키 오프시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The method may further include determining whether to discharge the discharge switch for the maintenance of the supercap without the start; Turning on fourth, fifth and sixth contactors after the discharge switch is turned on; Discharging the voltage of the supercap through the multi-function resistor device and the second transistor duty control in the step; Determining whether the supercap voltage discharge is completed in the step; Turning off the fourth, fifth and sixth contactors when the discharge is completed in the step; Key off.

또한, 상기 스타트한 후 연료전지 프리히팅 할 것인지를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 제5 및 제6컨택터를 온시키는 단계와; 수퍼캡 파워 또는 보조배터리를 이용하여 상기 멀티기능 저항장치의 저항 및 제2트랜지스터를 통한 연료전지 1차 프리히팅을 하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, determining whether to start fuel cell preheating after starting; Turning on the fifth and sixth contactors in the step; And a first preheating of the fuel cell through the resistor and the second transistor of the multi-function resistor using a supercap power or an auxiliary battery.

또한, 상기 제5 및 제6컨택터를 오프시키는 단계와; 상기 제1, 제2 및 제4컨택터를 온시키는 단계와; 상기 단계에서 연료전지 스타트 업을 개시하는 단계와; 멀티기능 저항장치의 저항 및 제2트랜지스터의 듀티제어를 통해 연료전지 전압 상승곡선을 제어하는 단계와; 상기 연료전지 파워를 이용하여 상기 저항 및 제2트랜지스터의 듀티제어를 통해 연료전지 2차프리히팅을 하는 단계와; 상기 연료전지 2차 프리히팅이 완료되었는지를 판단하여 완료된 경우에 연료전지 스타트업 잔여 프로세스를 수행하는 단계와; 상기 단계에서 연료전지 스타트 업을 완료하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Further, turning off the fifth and sixth contactors; Turning on the first, second and fourth contactors; Initiating a fuel cell start up in the step; Controlling the fuel cell voltage rise curve through resistance of the multi-function resistor device and duty control of the second transistor; Performing fuel cell secondary preheating through duty control of the resistor and the second transistor using the fuel cell power; Determining whether the fuel cell secondary preheating is completed and performing a fuel cell start-up remaining process when the fuel cell secondary preheating is completed; The step of completing the fuel cell start-up is characterized in that it comprises a.

또한, 상기 연료전지 프리히팅은 연료전지와 멀티기능 저항장치의 내부에 설치된 저항 사이에 설치된 냉각라인을 통해 저항에서 발생한 열을 공급하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The fuel cell preheating may be performed by supplying heat generated from the resistor through a cooling line installed between the fuel cell and a resistor installed inside the multi-function resistor.

또한, 상기 스타트 한 후 실내 히팅스위치를 온시킬 것인지를 판단하는 단계 와; 상기 단계에서 실내 히팅스위치를 온시킨 후 상기 멀티기능 저항장치가 수퍼캡 초기충전제어, 수퍼캡 상한 전압도달시 회생제동제어, 스타트 업 및 셧다운시 연료전지 전압 상승 및 하강곡선제어, 수퍼캡 방전제어 및 연료전지 프리히팅제어에 사용되는 지를 판단하는 단계와; 상기 5가지 제어에 사용되는 경우에 실내히팅용 팬에 의해 상기 멀티기능 저항장치에서 발생한 열을 실내에 송풍하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, determining whether to turn on the indoor heating switch after the start; After the indoor heating switch is turned on in the step, the multi-function resistor device controls the initial charge of the supercap, the regenerative braking control when the upper limit of the cap is reached, the control of the fuel cell voltage rise and fall during start-up and shutdown, the control of the supercap discharge, Determining whether it is used for preheating control; When used for the five controls, characterized in that it comprises the step of blowing the heat generated in the multi-function resistance device to the room by the indoor heating fan.

또한, 상기 멀티기능 저항장치의 내부에 설치된 저항과 연료전지 사이에 설치된 냉각라인과, 상기 냉각라인의 중간에 설치된 중간냉각라인과, 상기 중간냉각라인의 입출구에서 상기 저항과 연료전지의 연결통로를 개폐하는 방향제어밸브와, 상기 저항의 후방에 설치된 실내히팅용 팬을 포함하고, 상기 멀티기능 저항장치가 상기 5가지 제어에 사용되지 않을 경우에 상기 방향제어밸브가 상기 저항과 연료전지를 차단한 후 상기 실내히팅용 팬에 의해 저항에서 발생한 열을 실내로 송풍시키는 것을 특징으로 한다.In addition, a cooling line installed between the resistance and the fuel cell installed inside the multi-function resistance device, an intermediate cooling line installed in the middle of the cooling line, and a connection passage between the resistance and the fuel cell at the inlet and outlet of the intermediate cooling line. And a direction control valve to open and close, and an indoor heating fan installed behind the resistance, wherein the direction control valve blocks the resistance and the fuel cell when the multi-function resistance device is not used for the five controls. Afterwards characterized in that for blowing the heat generated in the resistance by the indoor heating fan to the room.

또한, 상기 연료전지 전압 상승 또는 하강곡선 제어는 목표전압(V_target)을 기반으로 오프라인에서 제2트랜지스터의 듀티를 최적화한 후, 룩업 테이블을 도출하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The control of the fuel cell voltage rise or fall is performed by optimizing the duty of the second transistor off-line based on a target voltage V_target and deriving a lookup table.

또한, 상기 연료전지 전압 상승 또는 하강곡선 제어는 PID제어기가 목표전압 및 측정전압을 온라인으로 입력받아 제2트랜지스터의 듀티를 제어하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the control of the fuel cell voltage rise or fall is characterized in that the PID controller receives the target voltage and the measured voltage online to control the duty of the second transistor.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 연료전지 수퍼캡 하이브리드는 연료전지(10)와 수퍼캡(11) 사이에 별도의 DC-DC컨버터를 사용하지 않고, 수퍼캡 충방전제어가 연료전지(10) 또는 MCU(12)(모터제어기)의 전압변화에 의해서 자동으로 구현되는 방식을 사용하는 타입이다.The fuel cell supercap hybrid according to the present invention does not use a separate DC-DC converter between the fuel cell 10 and the supercap 11, and the supercap charge / discharge control is performed by the fuel cell 10 or the MCU 12 (motor controller). This type uses the method implemented automatically by the voltage change of).

본 발명에 따른 연료전지 수퍼캡 하이브리드는 제1 및 제2컨택터(14,15)가 설치된 연료전지(10)와, 제5컨택터(18) 및 제6컨택터(19)가 설치된 수퍼캡(11)과, 연료전지(10)의 출력단에 설치된 모터(13)의 거동을 제어하는 모터제어기(12)(MCU)와, 내부에 제3 및 제4컨택터(16,17)가 설치되고 파워를 분배하는 파워분배기(PDU)를 포함한다.The fuel cell supercap hybrid according to the present invention includes a fuel cell 10 having first and second contactors 14 and 15 installed therein, and a supercap 11 having a fifth contactor 18 and a sixth contactor 19 installed therein. ), A motor controller 12 (MCU) for controlling the behavior of the motor 13 installed at the output end of the fuel cell 10, and third and fourth contactors 16 and 17 are installed therein to supply power. A power distribution unit (PDU) for distributing.

상기 연료전지의 (+), (-)단에는 제1컨택터(14) 및 제2컨택터(15)가 연결되어 있고, 제1컨택터(14)의 앞쪽에는 연료전지(10)로 전류가 흘러들어가지 못하도록 블로킹 다이오드가 설치되어 있다.The first contactor 14 and the second contactor 15 are connected to the positive and negative ends of the fuel cell, and the current is transmitted to the fuel cell 10 in front of the first contactor 14. A blocking diode is installed to prevent the flow of water.

상기 제3컨택터(16)는 연료전지(10) 및 MCU(12) 사이에 설치되고, 제2컨택터(15)와 연결되어 연료전지(10)와 MCU(12)를 연결 및 차단하며, 상기 제4컨택터(17)는 PDU(20)의 내부에 설치되고, 제1컨택터(14)와 연결되어 수퍼캡(11)을 연결 및 차단한다.The third contactor 16 is installed between the fuel cell 10 and the MCU 12, is connected to the second contactor 15 to connect and block the fuel cell 10 and the MCU 12, The fourth contactor 17 is installed in the PDU 20, and is connected to the first contactor 14 to connect and block the supercap 11.

상기 제3 및 제4컨택터(16,17)는 단일 모듈로 패키징되며, 이렇게 단일 모듈로 패키징되어 PDU(20)(Power Disconnect Unit)로 이용된다.The third and fourth contactors 16 and 17 are packaged into a single module, and thus packaged into a single module and used as a PDU 20 (Power Disconnect Unit).

본 발명에 따른 멀티기능 저항장치는 직렬 또는 병렬 조합을 통해 가변 저항값을 포함하여 A-B 양단의 저항값이 100옴 이하를 갖는 저항(23)과, 2개 이상의 트 랜지스터(24,25)(IGBT)를 사용하여, IGBT의 스위칭 동작을 통해 멀티기능을 구현하는 초퍼(26)로 구성되어 있다.The multi-function resistor device according to the present invention includes a resistor 23 having a resistance value across the AB of 100 ohms or less, including a variable resistor value through a series or parallel combination, and two or more transistors 24 and 25 ( IGBT) is used to constitute a chopper 26 that implements multiple functions through the switching operation of the IGBT.

상기 저항(23)의 일단(A단)은 IGBT 1(24)의 이미터단과 IGBT 2(25)의 콜랙터단 사이에 연결되고, 저항(23)의 타단(B단)은 제4컨택터(17)와 제5컨택터(18) 사이에 연결되며, 상기 IGBT 1(24)의 콜랙터단은 제1컨택터(14)와 제4컨택터(17)에 연결되고, IGBT 2(25)의 이미터단은 제2컨택터(15), 제3컨택터(16) 및 제6컨택터(19)와 연결된다.One end (end A) of the resistor 23 is connected between the emitter end of the IGBT 1 24 and the collector end of the IGBT 2 25, and the other end (the B end) of the resistor 23 is connected to the fourth contactor ( 17) and the fifth contactor 18, the collector end of the IGBT 1 (24) is connected to the first contactor 14 and the fourth contactor 17, and the IGBT 2 (25) The emitter stage is connected to the second contactor 15, the third contactor 16, and the sixth contactor 19.

이때 IGBT 1(24)과 IGBT 2(25)는 직렬로 연결되도록 IGBT 1(24)의 이미터와 IGBT 2(25)의 콜랙터가 연결되어 있다.At this time, the emitters of the IGBT 1 (24) and the collectors of the IGBT 2 (25) are connected to the IGBT 1 (24) and the IGBT 2 (25) in series.

미설명도면부호 21은 연료전지 시동을 위해 구동되는 보기류 부품이고, 27은 연료전지의 냉각을 위해 필요한 차량의 부품이다.Reference numeral 21 is an accessory part that is driven to start the fuel cell, and 27 is a part of a vehicle required for cooling the fuel cell.

이와 같은 구성에 의해 본 발명에 따른 멀티기능 저항장치의 6가지 기능을 설명하면 다음과 같다.Referring to the six functions of the multi-function resistance device according to the present invention by such a configuration as follows.

1) 수퍼캡 초기충전제어1) Supercap initial charge control

본 발명은 연료전지(10)와 수퍼캡(11)의 전압 매칭을 통해 하이브리드 운전을 개시하기 위한 수퍼캡 초기충전제어가 필수적이다.In the present invention, the supercap initial charge control for initiating the hybrid operation through the voltage matching of the fuel cell 10 and the supercap 11 is essential.

연료전지 스타트 업이 완료된 후 제4컨택터(17)를 오프하고, 제3, 제5 및 제6컨택터(16,18,19)를 온시켜 차량의 주행을 개시한다.After the fuel cell start-up is completed, the fourth contactor 17 is turned off, and the third, fifth, and sixth contactors 16, 18, and 19 are turned on to start driving of the vehicle.

계속해서, IGBT 1(24) 듀티제어를 통한 수퍼캡 초기충전을 개시하고, 수퍼캡 초기충전 완료 후 제4컨택터(17) 온시켜, 하이브리드 운전을 개시한다.Subsequently, supercap initial charging through IGBT 1 (24) duty control is started, and after completion of supercap initial charging, the fourth contactor 17 is turned on to start hybrid operation.

2) 수퍼캡 상한 전압도달시 회생제동제어2) Regenerative braking control when Supercap upper limit voltage is reached

본 발명은 내리막길 주행 등의 장시간 회생제동을 통해 기계식 브레이크의 내구성 증대를 위한 수퍼캡 상한 도달시 회생제동제어방법을 제공한다.The present invention provides a regenerative braking control method when the upper limit of the super cap is reached for increasing durability of a mechanical brake through long time regenerative braking such as driving downhill.

회생제동 중 수퍼캡 상한전압에 도달하게 되면, IGBT 2(25) 듀티제어를 통한 수퍼캡(11)의 전압 상승을 방지할 수 있다.When the supercap upper limit voltage is reached during regenerative braking, it is possible to prevent the voltage increase of the supercap 11 through the IGBT 2 (25) duty control.

3) 스타트 업/셧다운시 연료전지 전압상승/하강곡선 제어3) Control of fuel cell voltage rise / fall curve at start-up / shutdown

본 발명은 연료전지(10) 전압 오버슈트 방지 및 보관시 제로 전압 유지를 통해 연료전지 내구성 증대를 위한 스타트 업 및 셧다운 시 연료전지 전압상승 및 하강곡선제어를 제공한다.The present invention provides fuel cell voltage rise and fall curve control during start-up and shutdown to increase fuel cell durability by preventing zero overshoot of fuel cell and maintaining zero voltage during storage.

스타트 업시에는 먼저 키 온 및 스타트 후, 제1, 제2 및 제4컨택터(14,15,17)를 온시키고, 연료전지 스타트 업을 개시하며, IGBT 2(25) 듀티제어를 통해 연료전지 전압 상승 곡선제어를 하고, 연료전지 스타트 업을 완료한다.During start-up, first turn on the key and start, then turn on the first, second and fourth contactors 14, 15, and 17, start the fuel cell start-up, and control the fuel cell through IGBT 2 (25) duty control. Perform voltage rise curve control and complete fuel cell start-up.

도 4a는 연료전지 스타트 업시 전압상승곡선을 예시한 그래프이고, 도 4b는 시간에 따른 IGBT 2 듀티값을 나타내는 도면으로서, 연료전지 스타트 업시에 전압이 일정한 기울기로 상승할 경우 이를 제어하기 위한 방법은 다음과 같다.FIG. 4A is a graph illustrating a voltage rise curve at start-up of a fuel cell, and FIG. 4B is a view illustrating an IGBT 2 duty value with time. As follows.

첫번째 방법은 V_target(목표전압)을 기반으로 오프라인으로 IGBT2(25)의 듀티를 최적화한 뒤, 도 5a 및 도 5b의 룩업 테이블(LOOK-UP TABLE)을 도출해 도 4a 및 도 4b의 연료전지 전압상승 및 하강으로 제어할 수 있다.The first method optimizes the duty of the IGBT2 25 offline based on V_target (target voltage), and then derives the look-up table of FIGS. 5A and 5B to increase the fuel cell voltage of FIGS. 4A and 4B. And it can control by falling.

두번째 방법은 도 6에 도시한 바와 같이 V_target을 온 라인상의 PID 제어기(30) 입력으로 하여, IGBT2(25)의 듀티를 실시간으로 제어한다.In the second method, as shown in Fig. 6, V_target is input to the on-line PID controller 30 to control the duty of the IGBT2 25 in real time.

즉, 상기 PID 제어기(30)가 V_target(목표전압)과 V_measure(측정전압)을 입력받아 목표전압 및 측정전압의 오차를 계산하여 듀티신호를 초퍼의 IGBT2에 듀티신호를 보내어 오차를 줄이는 방법이다.That is, the PID controller 30 receives V_target (target voltage) and V_measure (measurement voltage), calculates an error between the target voltage and the measured voltage, and sends a duty signal to the IGBT2 of the chopper to reduce the error.

셧다운시에는 먼저 키 오프 후 제3, 제5 및 제6컨택터(16,18,19) 오프시키고, 연료전지(10) 셧다운을 개시하며, IGBT 2(25) 듀티제어를 통한 연료전지 전압 하강곡선 제어를 하고, 연료전지 셧다운을 완료하고, 제1, 제2 및 제4컨택터(14,15,17)를 오프시킨다.During shutdown, the first, third, fifth and sixth contactors 16, 18, and 19 are first turned off, the fuel cell 10 is shut down, and the fuel cell voltage is lowered through the IGBT 2 (25) duty control. Curve control is performed, the fuel cell shutdown is completed, and the first, second and fourth contactors 14, 15 and 17 are turned off.

상기 셧다운의 경우에도 스타트업과 마찬가지로 두 가지의 제어방법으로 제아가 가능하다.In the case of the shutdown, like the start-up, control is possible by two control methods.

4) 수퍼캡 유지보수 시 수퍼캡 방전제어4) Supercap discharge control during maintenance of supercap

본 발명은 수퍼캡(11) 유지보수 시 안전성을 확보하기 위한 수퍼캡 방전제어방법을 제공한다.The present invention provides a supercap discharge control method for securing safety during maintenance of the supercap (11).

키 온 후 수퍼캡 방전스위치를 온시키고, 제4, 제5, 제6컨택터(17~19)를 온시키게 되면, IGBT2 듀티제어를 통한 수퍼캡 전압방전을 하게 된다.When the supercap discharge switch is turned on after the key is turned on and the fourth, fifth and sixth contactors 17 to 19 are turned on, the supercap voltage discharge is performed through the IGBT2 duty control.

5) 연료전지시스템 프리히팅5) Fuel cell system preheating

본 발명은 냉시동 등 필요시 연료전지 시스템 초기 히팅(프리히팅 1 & 2)을 통한 스타트업 시간 단축과 주행중 적정 작동온도 유지를 위한 연료전지시스템 프리히팅을 제공한다.The present invention provides a fuel cell system preheating for reducing the startup time and maintaining a proper operating temperature during driving, if necessary, such as cold start-up.

키 온 및 스타트한 후 연료전지시스템 프리히팅의 필요성 판단하고, 제5 및 제6컨택터(18,19)를 온시켜, IGBT2(25) 듀티 제어를 통한 연료전지시스템 프리히팅 1을 수행한다. 이때, 수퍼캡 파워 또는 차량 12V, 24V 전원을 이용한다.After key-on and start-up, the necessity of fuel cell system preheating is determined, and the fifth and sixth contactors 18 and 19 are turned on to perform fuel cell system preheating 1 through IGBT2 25 duty control. At this time, supercap power or a vehicle 12V, 24V power is used.

상기 연료전지시스템 프리히팅이 완료되면 제5 및 제6컨택터(18,19)를 오프시키고, F3의 제1, 제2 및 제4컨택터(14,15,17)를 온시키고, 연료전지 스타트업을 개시하여 IGBT2 듀티제어를 통한 연료전지 전압 상승곡선을 제어한다.When the fuel cell system preheating is completed, the fifth and sixth contactors 18 and 19 are turned off, and the first, second and fourth contactors 14, 15 and 17 of F3 are turned on, and the fuel cell is turned on. Start-up is started to control the fuel cell voltage rise curve through IGBT2 duty control.

계속해서 IGBT2 듀티제어를 통한 연료전지시스템 프리히팅 2를 수행하고, 이때에는 연료전지(10) 자체파워를 이용한다. 이후 상기 연료전지시스템 프리히팅 2를 완료하게 되면 연료전지 스타트업을 완료한다.Subsequently, the fuel cell system preheating 2 through IGBT2 duty control is performed, and at this time, the fuel cell 10 itself is used. After the fuel cell system preheating 2 is completed, the fuel cell startup is completed.

6) 실내히팅6) Indoor heating

본 발명은 동절기 운행 등 필요시 실내 히팅을 제공한다.The present invention provides indoor heating when necessary, such as winter driving.

먼저 저항장치(22)가 F1 내지 F5 용도로 사용될 경우에 실내히팅용 팬(28) 온을 통해 수동적인 히팅을 수행하고, 상기 저항장치(22)가 F1 내지 F5용도로 사용되지 않을 경우에는 실내히팅용 팬(28) 온 및 IGBT2(25) 듀티 제어를 통한 능동적인 히팅을 수행한다.First, when the resistance device 22 is used for F1 to F5, passive heating is performed by turning on the fan 28 for indoor heating, and when the resistance device 22 is not used for F1 to F5, indoors. Active heating is performed through the heating fan 28 on and the IGBT2 25 duty control.

상기 연료전지시스템의 프리히팅 및 실내히팅을 위해 본 발명은 두 가지 구성을 제안한다.The present invention proposes two configurations for preheating and indoor heating of the fuel cell system.

첫번째 구성안은 도 2a에 도시한 바와 같이 멀티기능 저항 및 연료전지 사이에 하나의 쿨링루프를 형성하고, 이 쿨링루프를 통해 연료전지시스템 프리히팅 및 실내 히팅을 수행한다. 이때, 저항의 후방에는 저항에서 발생한 열을 실내로 보내기 위한 팬(28)이 설치되어 있다.In the first configuration, as shown in FIG. 2A, one cooling loop is formed between the multi-function resistor and the fuel cell, and the fuel cell system preheating and indoor heating are performed through the cooling loop. At this time, the fan 28 for transmitting heat generated by the resistance to the rear of the resistor is installed.

상기 밀티기능 저항(23)이 6가지 기능을 수행하면서 발생한 열은 프리히팅 및 실내 히팅에 사용되고, 프리히팅 1에서 수퍼캡 파워 또는 12V 및 24V 전원을 이용하는 이유는 연료전지가 아직 스타트업 되기 전 상태이기 때문이다.The heat generated while the milly function resistor 23 performs six functions is used for preheating and indoor heating, and the reason why the supercap power or the 12V and 24V power sources are used in the preheating 1 is that the fuel cell is not started up yet. Because.

하나의 쿨링루프를 이용한 실내히팅은 구성이 간단한 장점이 있으나, 수냉라인을 통해 냉각된 저항을 열원으로 이용하므로 효율적이지 못한 단점이 있다.Indoor heating using a single cooling loop has the advantage of simple configuration, but it is not efficient because it uses the resistance cooled through the water cooling line as a heat source.

두번째 구성안은 도 2b에 도시한 바와 같이 멀티기능 저항 및 연료전지 사이에 두개의 쿨링루프를 형성한다. The second configuration forms two cooling loops between the multi-function resistor and the fuel cell as shown in FIG. 2B.

즉, 쿨링루프의 중간에는 횡방향으로 중간 냉각라인(31)이 설치되고, 중간 냉각라인(31)에는 방향제어밸브(32)가 설치되어, 실내히팅시 밸브를 A위치에서 B위치로 이동시켜 상부에는 중간냉각라인(31)을 통해 순환되고, 하부에는 저항에서 발생한 열만이 실내히팅용 팬(28)에 의해 실내로 이동하게 된다.That is, the intermediate cooling line 31 is installed in the middle of the cooling loop in the lateral direction, and the direction control valve 32 is installed in the intermediate cooling line 31 to move the valve from the A position to the B position during indoor heating. The upper part is circulated through the intermediate cooling line 31, and in the lower part, only heat generated from the resistance is moved into the room by the indoor heating fan 28.

두개의 쿨링루프를 이용한 실내히팅은 밸브(32) 및 중간냉각라인(31)이 추가되어 구성이 다소 복잡한 단점이 있으나, 순수한 저항 열원을 이용할 수 있으므로 실내 히팅에 효율적인 장점이 있다.Indoor heating using two cooling loops has the disadvantage that the configuration is somewhat complicated by the addition of the valve 32 and the intermediate cooling line 31, but since the pure resistance heat source can be used, there is an efficient advantage for indoor heating.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments thereof, the invention is not limited to these embodiments, and has been claimed by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains. It includes all the various forms of embodiments that can be carried out without departing from the spirit.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 저항장치 및 그 제어방법에 의하면, 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기차량에 있어서, 수퍼캡 초기충전제어, 수퍼캡 상한 전압 도달시 회생제동제어, 스타트업 및 셧다운시 연료전지 전압상승 및 하강곡선제어, 수퍼캡 유지보수시 수퍼캡 방전제어, 연료전지시스템 프리히팅 및 실내히팅 등 6가지 독립적 제어기능이 하나의 저항장치를 통해 수행됨으로써, 비용절감 및 패키징에 유리하고, 6가지의 제어기능을 구현하기 위한 시스템 구성이 단순화됨에 따른 설계, 제작 및 유지보수가 용이한 장점이 있다.As described above, according to the multi-function resistance device for a fuel cell supercap hybrid electric vehicle and a control method thereof according to the present invention, in a fuel cell supercap hybrid electric vehicle, supercap initial charge control, regenerative braking control when the supercap upper limit voltage is reached. Fuel cell voltage rise and fall curve control during start-up and shutdown, supercap discharge control during supercap maintenance, fuel cell system preheating and indoor heating are performed through a single resistor, It is advantageous for packaging, and it is easy to design, manufacture and maintain as the system configuration for implementing six control functions is simplified.

Claims (16)

연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 저항장치에 있어서,In the resistance device for a fuel cell supercap hybrid electric vehicle, 연료전지에 설치된 제1 및 제2컨택터(14,15)와;First and second contactors 14 and 15 installed in the fuel cell; 상기 제2컨택터(15) 및 모터제어기(12)(MCU)에 연결 설치된 제3컨택터(16)와;A third contactor 16 connected to the second contactor 15 and the motor controller 12 (MCU); 상기 연료전지(10)에 병렬로 연결된 수퍼캡(11)에 설치된 제5 및 제6컨택터(18,19)와;Fifth and sixth contactors 18 and 19 installed in the supercap 11 connected to the fuel cell 10 in parallel; 상기 제1컨택터(14) 및 제5컨택터(18)를 연결하는 제4컨택터(17)와;A fourth contactor 17 connecting the first contactor 14 and the fifth contactor 18; 제1전기선이 제1컨택터(14)와 제4컨택터(17)에, 제2전기선이 제2 및 제3컨택터(15,16)와 제6컨택터(19)에, 제3전기선이 제4컨택터(17)와 제5컨택터(18)에 연결 설치되고, 내부에 저항과 복수의 트랜지스터가 설치된 멀티기능 저항장치(22)를 포함하여 구성되고, 상기 멀티기능 저항장치(22)는 상기 트랜지스터의 스위칭 동작을 통해 멀티기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 저항장치.The first electric wire is connected to the first contactor 14 and the fourth contactor 17, the second electric wire is connected to the second and third contactors 15 and 16 and the sixth contactor 19, and the third electric cable. The multi-function resistor device 22 includes a multi-function resistor device 22 connected to the fourth contactor 17 and the fifth contactor 18 and provided with resistors and a plurality of transistors therein. ) Is a multi-function resistor device for a fuel cell supercap hybrid electric vehicle, characterized in that to perform a multi-function through the switching operation of the transistor. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 멀티기능 저항장치는 직렬 및 병렬 조합을 통한 저항 가변값을 포함하는 저항(23)과, 제1트랜지스터(IGBT1)와 제2트랜지스터(IGBT2)가 직렬로 연결된 초퍼로 구성되고, 상기 제1트랜지스터(IGBT1)의 콜랙터단은 상기 제1컨택터(14)와 제4컨택터(17)에 연결되고, 상기 제2트랜지스터(IGBT2)의 이미터단은 제2 및 제3컨택터(15,16)와 제6컨택터에 연결되고, 상기 저항(23)의 일단부는 상기 제1트랜지스터의 이미터단과 제2트랜지스터의 콜랙터단에 연결되고, 상기 저항(23)의 타단부는 제4컨택터(17)와 제5컨택터(18)에 연결된 것을 특징으로 하는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 저항장치.The multi-function resistor device includes a resistor 23 including resistance variable values through a series and parallel combination, and a chopper in which a first transistor IGBT1 and a second transistor IGBT2 are connected in series. The collector end of IGBT1 is connected to the first contactor 14 and the fourth contactor 17, and the emitter ends of the second transistor IGBT2 are connected to the second and third contactors 15 and 16. And a sixth contactor, one end of the resistor 23 is connected to the emitter end of the first transistor and the collector end of the second transistor, and the other end of the resistor 23 is the fourth contactor 17. And a fifth contactor 18 and a multi-function resistor device for a fuel cell supercap hybrid electric vehicle. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 연료전지(10) 및 멀티기능 저항장치(22)의 저항 사이에는 냉각라인(29)이 설치되고, 상기 저항(23)의 후방에는 실내히팅용 팬(28)이 설치되어, 상기 저항(23)에서 발생된 열을 실내로 송풍하는 것을 특징으로 하는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 저항장치.A cooling line 29 is installed between the fuel cell 10 and the resistance of the multi-function resistor device 22, and a fan 28 for indoor heating is installed at the rear of the resistor 23, thereby providing the resistance 23. Multi-function resistance device for a fuel cell supercap hybrid electric vehicle, characterized in that for blowing the heat generated in the room). 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, 상기 냉각라인(29)의 중간에는 중간냉각라인(31)이 설치되고, 상기 중간냉각라인(31)의 입출구단에는 방향제어밸브(32)가 설치되며, 상기 방향제어밸브(32)에 의해 연료전지 프리히팅시에는 중간냉각라인(31)을 닫아(A위치) 연료전지(10)와 저항(23)을 연결하고, 실내히팅시에는 중간냉각라인(31)을 열어(B위치) 연료전지(10)와 연결을 차단하는 두개의 쿨링루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 저항장치.An intermediate cooling line 31 is installed in the middle of the cooling line 29, a direction control valve 32 is installed at an inlet and an outlet of the intermediate cooling line 31, and fuel is provided by the direction control valve 32. When the battery is preheated, the intermediate cooling line 31 is closed (A position) to connect the fuel cell 10 and the resistor 23, and when the indoor heating is performed, the intermediate cooling line 31 is opened (B position). 10) and a multi-function resistance device for a fuel cell supercap hybrid electric vehicle, characterized by forming two cooling loops that block the connection. 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 제어방법에 있어서,In the fuel cell supercap hybrid electric vehicle control method, 키 온시키는 단계와;Key on; 상기 키 온시키는 단계에서 스타트할 것인지를 판단하는 단계와;Determining whether to start at the key-on step; 상기 스타트할 것을 판단하여 스타트한 후 제1, 제2 및 제4컨택터(14,15,17)를 온시키는 단계와;Determining to start and turning on the first, second and fourth contactors (14, 15, 17) after starting; 상기 제1, 제2 및 제4컨택터(14,15,17)의 온 후 연료전지 스타트 업을 개시하는 단계와;Initiating a fuel cell start-up after turning on the first, second and fourth contactors (14, 15, 17); 멀티기능 저항장치(22)의 저항(23) 및 제2트랜지스터의 듀티제어를 통해 연료전지 전압 상승곡선을 제어하는 단계와;Controlling the fuel cell voltage rising curve through the duty control of the resistor 23 and the second transistor of the multi-function resistor device 22; 상기 연료전지 전압 상승곡선을 제어하고 연료전지 스타트 업을 완료하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 제어방법. Controlling the fuel cell voltage rise curve and completing a fuel cell start-up; multi-function control method for a fuel cell supercap hybrid electric vehicle. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 연료전지 스타트 업 완료후 제4컨택터(17)를 오프시키는 단계와;Turning off the fourth contactor 17 after the fuel cell start-up is completed; 제3, 제5 및 제6컨택터(16,18,19)를 온시켜 차량 주행을 개시하는 단계와;Starting the vehicle by turning on the third, fifth and sixth contactors (16, 18, 19); 상기 멀티기능 저항장치의 저항(23) 및 제1트랜지스터(24)의 듀티제어를 통해 수퍼캡(11) 초기충전을 개시하는 단계와;Initiating the initial charging of the supercap 11 through the duty control of the resistor 23 and the first transistor 24 of the multi-function resistor device; 상기 수퍼캡 초기충전을 완료하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 제어방법.Multi-function control method for a fuel cell supercap hybrid electric vehicle comprising the step of completing the initial charge of the supercap. 청구항 6에 있어서,The method according to claim 6, 상기 제4컨택터(17)를 온시키는 단계와;Turning on the fourth contactor (17); 상기 연료전지(10) 및 수퍼캡(11)을 하이브리드로 함께 운전하는 단계와;Driving the fuel cell 10 and the supercap 11 together in a hybrid; 회생제동 중 수퍼캡(11)에 충전되는 전류가 수퍼캡(11)의 상한전압값에 도달되었는 지를 판단하는 단계와;Determining whether the current charged in the super cap 11 during regenerative braking reaches the upper limit voltage value of the super cap 11; 상기 충전되는 전류가 수퍼캡(11)의 상한전압값에 도달되어 초과된 경우에 상기 멀티기능 저항장치의 저항(23) 및 제2트랜지스터의 듀티제어를 통해 초과된 충전 전류를 소비하여 수퍼캡의 상한전압값이하로 유지하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 제어방법.When the charged current reaches and exceeds the upper limit voltage value of the supercap 11, the upper limit voltage of the supercap is consumed by consuming excess charge current through the duty control of the resistor 23 and the second transistor of the multi-function resistor device. Multi-function control method for a fuel cell supercap hybrid electric vehicle, characterized in that it comprises a step of keeping below the value. 청구항 7에 있어서, The method according to claim 7, 상기 회생제동에너지가 수퍼캡의 상한전압값에 도달되지 않은 경우에 키를 오프시키는 단계와;Turning off the key when the regenerative braking energy does not reach the upper limit voltage value of the supercap; 상기 키 오프 후 제3, 제5 및 제6컨택터(16,18,19)를 오프시키는 단계와;Turning off third, fifth and sixth contactors (16, 18, 19) after the key off; 상기 연료전지(10) 셧다운을 개시하는 단계와;Initiating said fuel cell (10) shutdown; 상기 멀티기능 저항장치의 저항(23) 및 제2트랜지스터(25) 듀티제어를 통한 연료전지 전압 하강곡선을 제어하는 단계와;Controlling a fuel cell voltage drop curve through the resistance 23 and the second transistor 25 duty control of the multi-function resistor device; 상기 연료전지 셧다운을 완료하였는지를 판단하여 완료되면 제1, 제2 및 제4컨택터를 오프시켜 차량 셧다운을 완료하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 제어방법.Determining whether the fuel cell shutdown is completed, and when the fuel cell shutdown is completed, turning off the first, second, and fourth contactors to complete the vehicle shutdown. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 스타트를 하지 않고 수퍼캡 유지보수를 위한 방전스위치 온 할 것인가를 판단하는 단계와;Determining whether to discharge on for supercap maintenance without starting; 상기 방전스위치 온 후 제4, 제5 및 제6컨택터(17,18,19)를 온시키는 단계와;Turning on fourth, fifth and sixth contactors (17, 18, 19) after the discharge switch is turned on; 상기 제4, 제5 및 제6컨택터(17,18,19) 온 후 멀티기능 저항장치(22) 및 제2트랜지스터(25) 듀티제어를 통한 수퍼캡의 전압을 방전시키는 단계와;Discharging the voltage of the supercap through the multi-function resistor device 22 and the second transistor 25 duty control after turning on the fourth, fifth and sixth contactors 17, 18, 19; 상기 수퍼캡의 전압을 방전시키는 단계에서 수퍼캡(11) 전압방전이 완료되었는지를 판단하는 단계와;Determining whether the voltage discharge of the supercap is completed in the step of discharging the voltage of the supercap; 수퍼캡의 전압방전이 완료되면 제4, 제5 및 제6컨택터(17,18,19)를 오프시키는 단계와;Turning off the fourth, fifth and sixth contactors (17, 18, 19) when the voltage discharge of the supercap is completed; 키 오프시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 제어방법.Multi-function control method for a fuel cell supercap hybrid electric vehicle comprising the step of turning off the key. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 스타트한 후 연료전지 프리히팅 할 것인지를 판단하는 단계와;Determining whether to start fuel cell preheating after the start; 상기 프리히팅 할 것을 판단한 후 제5 및 제6컨택터(18,19)를 온시키는 단계와;Turning on the fifth and sixth contactors (18, 19) after determining the preheating; 수퍼캡 파워 또는 보조배터리를 이용하여 상기 멀티기능 저항장치의 저항(23) 및 제2트랜지스터(25)를 통한 연료전지 1차 프리히팅을 하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 제어방법.Fuel cell supercap hybrid electric vehicle comprising the step of pre-heating the fuel cell through the resistor 23 and the second transistor 25 of the multi-function resistor device using a supercap power or auxiliary battery. Multi-function control method. 청구항 10에 있어서,The method according to claim 10, 상기 제5 및 제6컨택터(18,19)를 오프시키는 단계와;Turning off the fifth and sixth contactors (18, 19); 상기 제1, 제2 및 제4컨택터(14,15,17)를 온시키는 단계와;Turning on the first, second and fourth contactors (14, 15, 17); 상기 제1, 제2 및 제4컨택터(14,15,17) 온 후 연료전지 스타트 업을 개시하는 단계와;Initiating a fuel cell start-up after turning on the first, second and fourth contactors (14, 15, 17); 멀티기능 저항장치의 저항(23) 및 제2트랜지스터(25)의 듀티제어를 통해 연료전지 전압 상승곡선을 제어하는 단계와;Controlling the fuel cell voltage rising curve through the duty control of the resistor 23 and the second transistor 25 of the multi-function resistor device; 상기 연료전지 파워를 이용하여 상기 저항(23) 및 제2트랜지스터(25)의 듀티제어를 통해 연료전지 2차프리히팅을 하는 단계와;Performing fuel cell secondary preheating through duty control of the resistor (23) and the second transistor (25) using the fuel cell power; 상기 연료전지 2차 프리히팅이 완료되었는지를 판단하여 완료된 경우에 연료전지 스타트업 잔여 프로세스를 수행하는 단계와;Determining whether the fuel cell secondary preheating is completed and performing a fuel cell start-up remaining process when the fuel cell secondary preheating is completed; 상기 연료전지 스타트업 잔여 프로세스 수행 후 연료전지 스타트 업을 완료하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 제어방법.And performing a fuel cell start-up after performing the remaining fuel cell start-up process. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,The method according to claim 10 or 11, 상기 연료전지 1차 프리히팅과 연료전지 2차 프리히팅은 연료전지(10)와 멀티기능 저항장치(22)의 내부에 설치된 저항(23) 사이에 설치된 냉각라인(29)을 통해 저항에서 발생한 열을 공급하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 제어방법.The fuel cell primary preheating and the fuel cell secondary preheating are heat generated from the resistance through a cooling line 29 installed between the fuel cell 10 and the resistor 23 installed inside the multi-function resistor device 22. Multi-function control method for a fuel cell supercap hybrid electric vehicle, characterized in that the supply is made. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 스타트 한 후 실내 히팅스위치를 온시킬 것인지를 판단하는 단계와;Determining whether to turn on the indoor heating switch after the start; 상기 실내 히팅스위치를 온시킨 후 상기 멀티기능 저항장치(22)가 수퍼캡 초기충전제어, 수퍼캡 상한 전압도달시 회생제동제어, 스타트 업 및 셧다운시 연료전지 전압 상승 및 하강곡선제어, 수퍼캡 방전제어 및 연료전지 프리히팅제어에 사용되는 지를 판단하는 단계와;After the indoor heating switch is turned on, the multi-function resistor device 22 controls supercap initial charge, regenerative braking control when the supercap upper limit voltage is reached, fuel cell voltage rise and fall curve control at start-up and shutdown, supercap discharge control and fuel. Determining whether it is used for battery preheating control; 상기 5가지 제어에 사용되는 경우에 실내히팅용 팬(28)에 의해 상기 멀티기능 저항장치(22)에서 발생한 열을 실내에 송풍하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 제어방법.When used for the five control, the fuel cell supercap hybrid electric vehicle comprising the step of blowing the heat generated in the multi-function resistance device 22 to the room by the indoor heating fan 28 Multi function control method. 청구항 13에 있어서,The method according to claim 13, 상기 멀티기능 저항장치(22)의 내부에 설치된 저항(23)과 연료전지 사이에 설치된 냉각라인(29)과, 상기 냉각라인의 중간에 설치된 중간냉각라인(31)과, 상기 중간냉각라인의 입출구에서 상기 저항(23)과 연료전지(10)의 연결통로를 개폐하는 방향제어밸브(32)와, 상기 저항(23)의 후방에 설치된 실내히팅용 팬(28)을 포함하고, 상기 멀티기능 저항장치(22)가 상기 5가지 제어에 사용되지 않을 경우에 상기 방향제어밸브(32)가 상기 저항(23)과 연료전지(10)를 차단한 후 상기 실내히팅용 팬(28)에 의해 저항에서 발생한 열을 실내로 송풍시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 제어방법.A cooling line 29 provided between the resistor 23 installed inside the multi-function resistance device 22 and the fuel cell, an intermediate cooling line 31 disposed in the middle of the cooling line, and an inlet / outlet of the intermediate cooling line. A direction control valve 32 for opening and closing a connection passage between the resistor 23 and the fuel cell 10, and a fan 28 for indoor heating installed at the rear of the resistor 23. When the device 22 is not used for the five controls, the directional control valve 32 shuts off the resistor 23 and the fuel cell 10 and then the resistance by the indoor heating fan 28. A multi-function control method for a fuel cell supercap hybrid electric vehicle, characterized by blowing generated heat into a room. 청구항 5 또는 청구항 8에 있어서,The method according to claim 5 or 8, 상기 연료전지 전압 상승 또는 하강곡선 제어는 목표전압(V_target)을 기반으로 오프라인에서 제2트랜지스터의 듀티를 최적화한 후, 룩업 테이블을 도출하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 제어방법.The control of the fuel cell voltage rise or fall is performed by optimizing the duty of the second transistor offline based on a target voltage (V_target) and deriving a look-up table. Way. 청구항 5 또는 청구항 8에 있어서,The method according to claim 5 or 8, 상기 연료전지 전압 상승 또는 하강곡선 제어는 PID제어기(30)가 목표전압 및 측정전압을 온라인으로 입력받아 제2트랜지스터의 듀티를 제어하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 수퍼캡 하이브리드 전기자동차용 멀티기능 제어방법.The fuel cell voltage rising or falling curve control is a multi-function control method for a fuel cell supercap hybrid electric vehicle, characterized in that the PID controller 30 receives the target voltage and the measured voltage online to control the duty of the second transistor. .
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