KR101804774B1 - 연료전지 차량과 그 제어방법 - Google Patents

연료전지 차량과 그 제어방법 Download PDF

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KR101804774B1 KR1020160007316A KR20160007316A KR101804774B1 KR 101804774 B1 KR101804774 B1 KR 101804774B1 KR 1020160007316 A KR1020160007316 A KR 1020160007316A KR 20160007316 A KR20160007316 A KR 20160007316A KR 101804774 B1 KR101804774 B1 KR 101804774B1
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Abstract

개시된 발명은 연료전지 차량 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 연료전지와 고전압 배터리에서의 출력에 따라 모터를 구동시키는 인버터; 및 연료전지 정지가 해제되어 연료전지가 재 기동되면, 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간을 예측하고, 연료전지 주행모드의 가용토크를 산출하며, 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간 내에 연료전지 주행모드의 가용토크까지 도달할 수 있는 모터 토크 지령 상승률 제한맵을 설정하고, 설정된 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 따라 모터 토크 지령을 인버터로 출력하는 연료전지 제어기;를 포함할 수 있다.

Description

연료전지 차량과 그 제어방법{FUEL CELL VEHICLE AND CONTROLLING METHOD THEREFOR}
연료전지 차량과 그 제어방법에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 연료전지 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 발전장치로, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형 전기 및 전자제품의 전력 공급에도 적용될 수 있다.
이러한 연료전지의 예로, 차량 구동을 위한 전력공급원으로 가장 많이 연구되고 있는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC : Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)는 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA : Membrane Electrode Assembly), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL : Gas Diffusion Layer), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)을 포함하여 구성된다.
한편, 상술한 연료전지만으로 차량을 구동하는 경우 연료전지의 효율이 낮은 운전영역에서 성능 저하가 발생하는 등의 문제점이 발생하여, 주 동력원인 연료전지 이외에 모터 구동에 필요한 파워를 제공하기 위한 보조 동력원으로 축전수단인 고전압 배터리 또는 슈퍼 캐패시터를 적용하고 있다.
상술한 연료전지 차량에서, 연료전지 정지 상태에서, 연료전지 재 기동으로 전환함에 따라, 연료전지 재 기동 후 파워 가용 시까지 연료전지 주행 모드 가용토크에 의한 제한 발생으로 차량에서의 가속 상태가 원활하지 못하여 운전자에게 불쾌감을 주는 경우가 발생하고 있다.
개시된 발명은 연료전지 재 기동 후 파워 가용 시까지 모터 토크가 부드럽게 상승할 수 있도록 하는 연료전지 차량 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
일 측면에 의한 연료전지 차량은, 연료전지와 고전압 배터리에서의 출력에 따라 모터를 구동시키는 인버터; 및 연료전지 정지가 해제되어 상기 연료전지가 재 기동되면, 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간을 예측하고, 연료전지 주행모드의 가용토크를 산출하며, 상기 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간 내에 상기 연료전지 주행모드의 가용토크까지 도달할 수 있는 모터 토크 지령 상승률 제한맵을 설정하고, 설정된 상기 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 따라 모터 토크 지령을 상기 인버터로 출력하는 연료전지 제어기;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연료전지 제어기는, 연료전지 파워 가용 판단 기준 공기유량과 연료전지 재 기동 시점의 공기유량의 차에 따른 소요시간 맵을 기초로 상기 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간을 예측할 수 있다.
또한, 상기 연료전지 제어기는, 상기 고전압 배터리의 실시간 가용 파워 정보와 연료전지 재 기동을 위한 보기류 소모 파워를 비롯한 기타 소모 파워를 기초로 연료전지 주행모드의 가용토크를 산출할 수 있다.
또한, 상기 연료전지 제어기는, 수학식 1을 기초로 상기 연료전지 주행모드의 가용토크(
Figure 112016006784657-pat00001
)를 산출하고, 상기 수학식 1은
Figure 112016006784657-pat00002
이고, 상기
Figure 112016006784657-pat00003
는 전달효율 계수,
Figure 112016006784657-pat00004
는 고전압 배터리의 실시간 가용 파워 정보,
Figure 112016006784657-pat00005
는 연료전지 재 기동을 위한 보기류 소모 파워를 비롯한 기타 소모 파워,
Figure 112016006784657-pat00006
는 모터 회전속도일 수 있다.
또한, 상기 모터 토크 지령 상승률 제한맵은, 상기 연료전지 재 기동 시점부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간과 상기 연료전지 주행모드의 가용토크를 기 설정된 기준에 적용하여 현재 모터 토크 지령 대비 다음 모터 토크 상승률 제한치를 매핑하여 설정한 값일 수 있다.
또한, 상기 연료전지 주행모드의 가용토크는, 기 설정된 연료전지 주행모드의 기준 가용토크일 수 있다.
또한, 상기 연료전지 주행모드의 가용토크는, 기 설정된 연료전지 주행모드의 기준 가용토크를 기초로 산출된 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 의하여 결정된 모터 토크 지령 상승률에 연료전지 주행모드 가용토크 비율을 곱한 가용토크일 수 있다.
또한, 상기 연료전지 주행모드 가용토크 비율은, 연료전지 주행모드의 현재 가용토크를 상기 연료전지 주행모드의 기준 가용토크로 나눈 값일 수 있다.
또한, 상기 연료전지 제어기는, 상기 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 따라 산출된 모터 토크 지령을 상기 인버터로 출력하기 이전에 상기 모터 토크 지령을 구동 충격 완화 필터링 처리할 수 있다.
일 측면에 의한 연료전지 차량의 제어방법은, 연료전지 정지가 해제되어 상기 연료전지가 재 기동되는 단계; 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간을 예측하는 단계; 연료전지 주행모드의 가용토크를 산출하는 단계; 상기 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간 내에 상기 연료전지 주행모드의 가용토크까지 도달할 수 있는 모터 토크 지령 상승률 제한맵을 결정하는 단계; 및 결정된 상기 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 따라 모터 토크 지령을 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연료전지 파워 가용시점까지의 시간을 예측하는 단계에서, 연료전지 파워 가용 판단 기준 공기유량과 연료전지 재 기동 시점의 공기유량의 차에 따른 소요시간 맵을 기초로 상기 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간을 예측할 수 있다.
또한, 상기 연료전지 주행모드의 가용토크를 산출하는 단계에서, 고전압 배터리의 실시간 가용 파워 정보와 연료전지 재 기동을 위한 보기류 소모 파워를 비롯한 기타 소모 파워를 기초로 연료전지 주행모드의 가용토크를 산출할 수 있다.
또한, 상기 연료전지 주행모드의 가용토크를 산출하는 단계에서, 수학식 1을 기초로 상기 연료전지 주행모드의 가용토크(
Figure 112016006784657-pat00007
)를 산출하고, 상기 수학식 1은
Figure 112016006784657-pat00008
이고, 상기
Figure 112016006784657-pat00009
는 전달효율 계수,
Figure 112016006784657-pat00010
는 고전압 배터리의 실시간 가용 파워 정보,
Figure 112016006784657-pat00011
는 연료전지 재 기동을 위한 보기류 소모 파워를 비롯한 기타 소모 파워,
Figure 112016006784657-pat00012
는 모터 회전속도일 수 있다.
또한, 상기 모터 토크 지령 상승률 제한맵은, 상기 연료전지 재 기동 시점부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간과 상기 연료전지 주행모드의 가용토크를 기 설정된 기준에 적용하여 현재 모터 토크 지령 대비 다음 모터 토크 상승률 제한치를 매핑하여 설정한 값일 수 있다.
또한, 상기 연료전지 주행모드의 가용토크는, 기 설정된 연료전지 주행모드의 기준 가용토크일 수 있다.
또한, 상기 연료전지 주행모드의 가용토크는, 기 설정된 연료전지 주행모드의 기준 가용토크를 기초로 산출된 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 의하여 결정된 모터 토크 지령 상승률에 연료전지 주행모드 가용토크 비율을 곱한 가용토크일 수 있다.
또한, 상기 연료전지 주행모드 가용토크 비율은, 연료전지 주행모드의 현재 가용토크를 상기 연료전지 주행모드의 기준 가용토크로 나눈 값일 수 있다.
또한, 상기 연료전지 차량의 제어방법은, 상기 모터 토크 지령을 출력하는 단계 이후에, 상기 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 따라 산출된 모터 토크 지령을 인버터로 출력하기 이전에 상기 모터 토크 지령을 구동 충격 완화 필터링 처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
개시된 발명은 연료전지 재 기동 후 연료전지 주행 모드 가용 토크까지 부드럽게 상승할 수 있도록 모터 토크 선도를 제한하기 때문에, 모터 토크 선도의 급변 포인트를 제어할 수 있고, 이로 인해 연료전지 정지 중 가속 시 가속 이질감을 방지할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 연료전지 차량의 구성을 상세하게 나타내는 도면이다.
도 2는 연료전지 차량의 구성을 나타내는 제어 블록도이다.
도 3 내지 도 6은 모터 토크의 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 연료전지 정지 해제 시 연료전지 재 기동 후 일반적인 모터 토크의 변화를 나타내는 도면이다.
도 8은 연료전지 정지 해제 시 연료전지 재 기동 후 개시된 발명에 의한 모터 토크의 변화를 나타내는 도면이다.
도 9는 연료전지 차량의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 연료전지 차량의 구성을 상세하게 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 연료전지 차량(100)은 모터(110), 인버터(120), 연료전지(Fuel Cell)(130), 수소공급장치(140), 공기공급장치(150), 고전압 전력변환기(160) 및 고전압 배터리(170)를 포함할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 모터(110)는 인버터(120)의 제어에 따라 구동토크 및 구동시간이 조정되어 구동될 수 있다.
인버터(120)는 연료전지(130)와 고전압 배터리(170)에서의 출력에 따라 모터(110)를 구동시키는 구성일 수 있다. 구체적으로, 인버터(120)는 연료전지(130)와 고전압 배터리(170)에서 출력되는 직류 형태의 고전압을 고속 스위칭을 통해 상 변환시켜 모터(110)를 구동시킨다.
연료전지(130)는 연료의 전기화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 생산하는 구성일 수 있다. 구체적으로, 연료전지(130)는 수소공급장치(140)로부터 애노드에 공급되는 수소와 공기공급장치(150)로부터 캐소드에 공급되는 공기의 화학적 반응을 통해 전기를 생성하는 것이다.
수소공급장치(140)는 연료전지(130)로 수소를 공급하기 위한 구성일 수 있다.
공기공급장치(150)는 연료전지(130)로 공기를 공급하기 위한 구성일 수 있다.
고전압 전력변환기(160)는 연료전지(130)와 인버터(120) 사이에 병렬로 접속되어 모터(110)에 공급되는 전압이 안전하게 유지되도록 하고, 연료전지(130)와 고전압 배터리(170)의 서로 다른 출력 전압의 균형을 매칭시켜 주며, 연료전지(130)의 잉여 전압 및 회생제동 에너지를 고전압 배터리(170) 측에서 충전 전압으로 제공되도록 하는 구성일 수 있다.
고전압 배터리(170)는 전기에너지를 충전할 수 있는 구성으로, 고전압 전력변환기(160)에 연결될 수 있다.
도 2는 연료전지 차량의 구성을 나타내는 제어 블록도이다.
이하에서는, 모터 토크의 제어방법을 설명하기 위한 도 3 내지 도 6, 연료전지 정지 해제 시 연료전지 재 기동 후 일반적인 모터 토크의 변화를 나타내는 도 7, 연료전지 정지 해제 시 연료전지 재 기동 후 개시된 발명에 의한 모터 토크의 변화를 나타내는 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
또한, 도 1에서 개시하는 설명과 중복되거나, 개시된 발명에 적용되는 구성 이외의 구성에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, 연료전지 차량(100)은 모터(110), 인버터(120) 및 연료전지 제어기(180)를 포함할 수 있다.
인버터(120)는 연료전지(도 1의 130)와 고전압 배터리(도 1의 170)에서의 출력에 따라 모터(110)를 구동시키는 구성일 수 있다.
연료전지 제어기(180)는 연료전지(130) 정지가 해제되어 연료전지(130)가 재 기동되면, 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간을 예측하고, 연료전지 주행모드의 가용토크를 산출하며, 상기 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간 내에 상기 연료전지 주행모드의 가용토크까지 도달할 수 있는 모터 토크 지령 상승률 제한맵을 산출하고, 산출된 상기 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 따라 모터 토크 지령을 상기 인버터(120)로 출력할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 연료전지 제어기(180)는 연료전지 파워 가용 판단 기준 공기유량과 연료전지 재 기동 시점의 공기유량의 차에 따른 시간맵을 기초로 상기 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간을 예측할 수 있다.
도 3에서 개시하는 연료전지 정지(FC stop)는 연료전지(130)의 캐소드에 공기 공급을 중단한 상태를 의미한다. 또한, 연료전지 재 기동(FC restart)은 연료전지(130)의 캐소드에 공기를 재 공급하는 상태로, 도 3의
Figure 112016006784657-pat00013
는 연료전지의 재 기동 시점의 공기 유량(Cathode Gas Flowrate)을 의미한다. 또한, 연료전지 파워 가용(FC power available)은 공기 유량이 일정 수준 도달하는 시점으로, 도 3의
Figure 112016006784657-pat00014
는 연료전지 파워 가용 판단 기준 공기유량(Cathode Gas Flowrate)을 의미하는 것이다.
도 4를 참조하면, 연료전지 제어기(180)는 연료전지 파워 가용 판단 기준 공기유량(
Figure 112016006784657-pat00015
)으로부터 연료전지의 재 기동 시점의 공기유량(
Figure 112016006784657-pat00016
)을 감한 값에 따른 소요시간 맵으로 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용 시점까지의 소요 시간을 결정할 수 있다. 이때, 소요시간 맵은 연료전지 제어기(180) 설계 시 초기 설정된 것으로서,
Figure 112016006784657-pat00017
-
Figure 112016006784657-pat00018
에 따라 소요되는 시간(Time interval from restart to FC power available)(예를 들어, 도 4의 T1, T2, T3)을 매핑한 것이다.
또한, 연료전지 제어기(180)는 고전압 배터리(170)의 실시간 가용 파워 정보와 연료전지 재 기동을 위한 보기류 소모 파워를 비롯한 기타 소모 파워를 기초로 연료전지 주행모드의 가용토크를 산출할 수 있다. 이를 위해, 보조 전원이자 에너지 저장수단인 고전압 배터리(170)는 실시간 가용 파워 정보를 연료전지 제어기(180)로 통보할 수 있다.
구체적으로, 연료전지 제어기(180)는 수학식 1을 기초로 상기 연료전지 주행모드(EV mode) 주행 시의 가용토크(
Figure 112016006784657-pat00019
)를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016006784657-pat00020
상기
Figure 112016006784657-pat00021
는 전달효율 계수,
Figure 112016006784657-pat00022
는 고전압 배터리의 실시간 가용 파워 정보,
Figure 112016006784657-pat00023
는 연료전지 재 기동을 위한 보기류 소모 파워를 비롯한 기타 소모 파워,
Figure 112016006784657-pat00024
는 모터 회전속도일 수 있다. 이때, 연료전지 제어기(180)는 연료전지 재 기동을 위한 보기류 소모 파워를 비롯한 기타 소모 파워를 산출할 수 있다. 상기 기타 소모 파워는 고전압 배터리의 실시간 가용 파워를 제외한 나머지 소모 파워를 의미하는 것으로 정의하기로 한다.
또한, 연료전지 제어기(180)는 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간 내에 연료전지 주행모드의 가용토크까지 도달할 수 있는 모터 토크 지령 상승률 제한맵을 설정할 수 있다.
이때, 모터 토크 지령 상승률 제한맵은 연료전지 재 기동 시점부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간과 연료전지 주행모드의 가용토크를 기 설정된 기준에 적용하여 현재 모터 토크 지령 대비 다음 모터 토크 상승률 제한치를 매핑하여 설정한 값을 의미한다.
상기 연료전지 주행모드의 가용토크는 기 설정된 연료전지 주행모드의 기준 가용토크일 수 있다.
또한, 연료전지 주행모드의 가용토크는 기 설정된 연료전지 주행모드의 기준 가용토크를 기초로 산출된 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 의하여 결정된 모터 토크 지령 상승률에 연료전지 주행모드 가용토크 비율을 곱한 가용토크일 수도 있다. 이때, 연료전지 주행모드 가용토크 비율은 연료전지 주행모드의 현재 가용토크를 연료전지 주행모드의 기준 가용토크로 나눈 값일 수 있다.
이하에서는, 도 5 및 도 6을 참조하여, 모터 토크 지령 상승률 제한맵을 설정하는 방법을 설명하기로 한다.
도 5에서 도시하는 바와 같이, 연료전지 재 기동 시점(FC restart)부터 연료전지 파워 가동 시점(FC power available)까지의 소요 시간(T1, T2)이 각기 다르더라도 연료전지 재 기동 시점의 토크 상승률을 동일(
Figure 112016006784657-pat00025
=
Figure 112016006784657-pat00026
)하도록 한다. 이때, 연료전지 재 기동 시점의 토크 상승률이 동일함(
Figure 112016006784657-pat00027
=
Figure 112016006784657-pat00028
)은 동일한 초기 가속감을 위함이다. 도 5에서 도시하는 바와 같이, 연료전지 파워 가용시점의 토크는 연료전지 주행모드(EV mode) 가용 토크(
Figure 112016006784657-pat00029
)로 동일하나, 소요시간이 클수록 토크 상승률 제한치가 작은 값을 갖게 됨을 확인할 수 있다.
연료전지 제어부(180)는 상술한 원리를 기초로 연료전지 파워 가용 시점까지 연료전지 주행모드 가용토크에 부드럽게 도달할 수 있도록 현재 모터 토크 지령 대비 다음 스텝의 모터 토크 상승률 제한치로 매핑하여 설정할 수 있는 것이다.
예를 들어, 도 6을 참조하면, 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가능 시점까지의 각기 다른 소요 시간 T1, T2, T3에 대하여 현재 모터 토크 지령 대비 다음 모터 토크 상승률 제한치를 매핑하였을 때, 0토크에서의 상승률은 동일하고 T1 -> T3 로 갈수록 완만한 기울기의 선도를 보이는 것을 확인할 수 있다.
연료전지 제어부(180)는 도 6과 같은 모터 토크 상승률 제한맵을 실험을 통해 도출된 기 설정된 기준을 통해 설정할 수 있다.
도 6의 모터 토크 상승률 제한맵은 연료전지 주행 모드의 가용토크가 기준 가용토크(
Figure 112016006784657-pat00030
)일 때를 기준치로 하여 설정한 기준맵이며, 이를 통해 결정된 상승률에 연료전지 주행모드의 가용토크 비율(
Figure 112016006784657-pat00031
)을 곱하여 확대 적용하는 것도 가능하다 것이다.
이때, 연료전지 주행모드의 가용토크 비율은 수학식 2를 통해 산출할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112016006784657-pat00032
상술한
Figure 112016006784657-pat00033
는 기준 가용토크이고,
Figure 112016006784657-pat00034
는 현재 가용토크를 의미할 수 있다.
또한, 연료전지 제어기(180)는 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 따라 산출된 모터 토크 지령을 인버터(120)로 출력하기 이전에 모터 토크 지령을 구동 충격 완화 필터링 처리하여 최종 모터 토크 지령을 출력할 수 있다. 이때, 구동 충격 완화 필터링은 인버터(120)로 전달되는 모터 토크 지령이 모터(110) 구동에 충격으로 작용하지 않도록 필터링을 처리하는 것을 의미하는 것이다.
일반적인 경우의 도 7을 참조하면, 연료전지 정지(FC STOP) 모드 중 가속 의도 판단되어 연료전지 정지 해제될 때, 연료전지 재 기동(FC RESTART) 후 파워 가용(FC POWER AVAILABLE) 시까지는 연료전지 주행 모드(EM mode)인데, 이때, 연료전지 주행 모드의 가용토크에 의한 제한 발생 시 도 7과 같이 토크 선도(A)가 꺽이는 현상이 발생하여, 가속 -> 멈칫 -> 재가속과 같은 가속 이질감이 발생하여 연료전지 차량의 승차감을 저하시킬 수 있다.
한편, 개시된 발명에 의한 도 8을 참조하면, 가속 의도 판단에 의한 연료전지 정지(FC STOP) 해제 시, 연료전지 파워 가용 시점(FC POWER AVAILABLE)을 예측하여 연료전지 파워 가용 시점에 모터 토크가 연료전지 주행 모드의 가용토크까지 부드럽게 상승할 수 있도록 모터 토크 지령의 상승률을 제한하기 때문에, B 및 C와 같이, 토크 선도 급변 포인트가 제어되어 완가속 -> 가속으로 종래의 가속 이질감을 완화시킬 수 있다. 이때, 토크 선도 B는 구동 충격 완화 필터링 이전의 모터 토크를 적용한 경우이고, 토크 선도 C는 구동 충격 완화 필터링 이후의 모터 토크를 적용한 경우이다.
도 9는 연료전지 차량의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 연료전지 차량(100)은 가속 의지 판단에 의해 연료전지 정지가 해제되어 연료전지(130)가 재 기동되면(S110 내지 S130), 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간을 예측할 수 있다(S140).
구체적으로, 연료전지 차량(100)은 연료전지 파워 가용 판단 기준 공기유량과 연료전지 재 기동 시점의 공기유량의 차에 따른 소요시간 맵을 기초로 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간을 예측할 수 있다.
다음, 연료전지 차량(100)은 연료전지 주행모드의 가용토크를 산출할 수 있다(S150).
연료전지 차량(100)은 고전압 배터리(170)의 실시간 가용 파워 정보와 연료전지 재 기동을 위한 보기류 소모 파워를 비롯한 기타 소모 파워를 기초로 연료전지 주행모드의 가용토크를 산출할 수 있다.
구체적으로, 연료전지 차량(100)은 상술한 수학식 1을 기초로 상기 연료전지 주행모드의 가용토크(
Figure 112016006784657-pat00035
)를 산출할 수 있다.
다음, 연료전지 차량(100)은 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간 내에 연료전지 주행모드의 가용토크까지 도달할 수 있는 모터 토크 지령 상승률 제한맵을 결정할 수 있다(S160).
상기 모터 토크 지령 상승률 제한맵은, 연료전지 재 기동 시점부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간과 상기 연료전지 주행모드의 가용토크를 기 설정된 기준에 적용하여 현재 모터 토크 지령 대비 다음 모터 토크 상승률 제한치를 매핑하여 설정한 값일 수 있다.
이때, 연료전지 주행모드의 가용토크는 기 설정된 연료전지 주행모드의 기준 가용토크일 수 있다.
또한, 상기 연료전지 주행모드의 가용토크는 기 설정된 연료전지 주행모드의 기준 가용토크를 기초로 산출된 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 의하여 결정된 모터 토크 지령 상승률에 연료전지 주행모드 가용토크 비율을 곱한 가용토크인 것도 가능할 수 있다. 이때, 연료전지 주행모드 가용토크 비율은 연료전지 주행모드의 현재 가용토크를 연료전지 주행모드의 기준 가용토크로 나눈 값일 수 있다.
다음, 연료전지 차량(100)은 결정된 상기 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 따라 모터 토크 지령을 출력할 수 있다(S170).
다음, 연료전지 차량(100)은 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 따라 산출된 모터 토크 지령을 인버터(120)로 출력하기 이전에 모터 토크 지령을 구동 충격 완화 필터링 처리한 후 최종 모터 토크 지령을 인버터(120)로 출력할 수 있다(S180).
이후, 연료전지 차량(100)은 연료전지(130)의 파워가 가용 상태인지 여부를 확인하고, 확인 결과, 연료전지(130)의 파워가 가용 상태인 경우, 구동 충격 완화 필터링만 적용된 최종 모터 토크 지령을 인버터(120)로 출력할 수 있다(S190, S200).
한편, 연료전지(130)의 파워가 가용 상태가 아닌 경우, 연료전지 차량(100)은 단계 S170부터 다시 수행할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1, 100 : 연료전지 차량
110 : 모터
120 : 인버터
130 : 연료전지
140 : 수소공급장치
150 : 공기공급장치
160 : 고전압 전력변환기
170 : 고전압 배터리
180 : 연료전지 제어기

Claims (18)

  1. 연료전지와 고전압 배터리에서의 출력에 따라 모터를 구동시키는 인버터; 및
    연료전지 정지가 해제되어 상기 연료전지가 재 기동되면, 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간을 예측하고, 연료전지 주행모드의 가용토크를 산출하며, 상기 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간 내에 상기 연료전지 주행모드의 가용토크까지 도달할 수 있는 모터 토크 지령 상승률 제한맵을 설정하고, 설정된 상기 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 따라 모터 토크 지령을 상기 인버터로 출력하는 연료전지 제어기;를 포함하고,
    상기 연료전지 제어기는 연료전지 파워 가용 판단 기준 공기유량과 연료전지 재 기동 시점의 공기유량의 차에 따른 소요시간 맵을 기초로 상기 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간을 예측하는 연료전지 차량.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 제어기는,
    상기 고전압 배터리의 실시간 가용 파워 정보와 연료전지 재 기동을 위한 보기류 소모 파워를 비롯한 기타 소모 파워를 기초로 연료전지 주행모드의 가용토크를 산출하는 연료전지 차량.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 제어기는,
    수학식 1을 기초로 상기 연료전지 주행모드의 가용토크(
    Figure 112016006784657-pat00036
    )를 산출하고,
    상기 수학식 1은
    Figure 112016006784657-pat00037
    이고,
    상기
    Figure 112016006784657-pat00038
    는 전달효율 계수,
    Figure 112016006784657-pat00039
    는 고전압 배터리의 실시간 가용 파워 정보,
    Figure 112016006784657-pat00040
    는 연료전지 재 기동을 위한 보기류 소모 파워를 비롯한 기타 소모 파워,
    Figure 112016006784657-pat00041
    는 모터 회전속도인 연료전지 차량.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모터 토크 지령 상승률 제한맵은,
    상기 연료전지 재 기동 시점부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간과 상기 연료전지 주행모드의 가용토크를 기 설정된 기준에 적용하여 현재 모터 토크 지령 대비 다음 모터 토크 상승률 제한치를 매핑하여 설정한 값인 연료전지 차량.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연료전지 주행모드의 가용토크는,
    기 설정된 연료전지 주행모드의 기준 가용토크인 연료전지 차량.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 연료전지 주행모드의 가용토크는,
    기 설정된 연료전지 주행모드의 기준 가용토크를 기초로 산출된 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 의하여 결정된 모터 토크 지령 상승률에 연료전지 주행모드 가용토크 비율을 곱한 가용토크인 연료전지 차량.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연료전지 주행모드 가용토크 비율은,
    연료전지 주행모드의 현재 가용토크를 상기 연료전지 주행모드의 기준 가용토크로 나눈 값인 연료전지 차량.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 제어기는,
    상기 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 따라 산출된 모터 토크 지령을 상기 인버터로 출력하기 이전에 상기 모터 토크 지령을 구동 충격 완화 필터링 처리하는 연료전지 차량.
  10. 연료전지 정지가 해제되어 상기 연료전지가 재 기동되는 단계;
    연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간을 예측하는 단계;
    연료전지 주행모드의 가용토크를 산출하는 단계;
    상기 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간 내에 상기 연료전지 주행모드의 가용토크까지 도달할 수 있는 모터 토크 지령 상승률 제한맵을 결정하는 단계; 및
    결정된 상기 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 따라 모터 토크 지령을 출력하는 단계;를 포함하고,
    상기 연료전지 파워 가용시점까지의 시간을 예측하는 단계에서, 연료전지 파워 가용 판단 기준 공기유량과 연료전지 재 기동 시점의 공기유량의 차에 따른 소요시간 맵을 기초로 상기 연료전지 재 기동 시점으로부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간을 예측하는 연료전지 차량의 제어방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 연료전지 주행모드의 가용토크를 산출하는 단계에서,
    고전압 배터리의 실시간 가용 파워 정보와 연료전지 재 기동을 위한 보기류 소모 파워를 비롯한 기타 소모 파워를 기초로 연료전지 주행모드의 가용토크를 산출하는 연료전지 차량의 제어방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 연료전지 주행모드의 가용토크를 산출하는 단계에서,
    수학식 1을 기초로 상기 연료전지 주행모드의 가용토크(
    Figure 112016006784657-pat00042
    )를 산출하고,
    상기 수학식 1은
    Figure 112016006784657-pat00043
    이고,
    상기
    Figure 112016006784657-pat00044
    는 전달효율 계수,
    Figure 112016006784657-pat00045
    는 고전압 배터리의 실시간 가용 파워 정보,
    Figure 112016006784657-pat00046
    는 연료전지 재 기동을 위한 보기류 소모 파워를 비롯한 기타 소모 파워,
    Figure 112016006784657-pat00047
    는 모터 회전속도인 연료전지 차량의 제어방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 모터 토크 지령 상승률 제한맵은,
    상기 연료전지 재 기동 시점부터 연료전지 파워 가용시점까지의 시간과 상기 연료전지 주행모드의 가용토크를 기 설정된 기준에 적용하여 현재 모터 토크 지령 대비 다음 모터 토크 상승률 제한치를 매핑하여 설정한 값인 연료전지 차량의 제어방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 연료전지 주행모드의 가용토크는,
    기 설정된 연료전지 주행모드의 기준 가용토크인 연료전지 차량의 제어방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 연료전지 주행모드의 가용토크는,
    기 설정된 연료전지 주행모드의 기준 가용토크를 기초로 산출된 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 의하여 결정된 모터 토크 지령 상승률에 연료전지 주행모드 가용토크 비율을 곱한 가용토크인 연료전지 차량의 제어방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 연료전지 주행모드 가용토크 비율은,
    연료전지 주행모드의 현재 가용토크를 상기 연료전지 주행모드의 기준 가용토크로 나눈 값인 연료전지 차량의 제어방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 모터 토크 지령을 출력하는 단계 이후에,
    상기 모터 토크 지령 상승률 제한맵에 따라 산출된 모터 토크 지령을 인버터로 출력하기 이전에 상기 모터 토크 지령을 구동 충격 완화 필터링 처리하는 단계;
    를 더 포함하는 연료전지 차량의 제어방법.
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