KR101838509B1 - Detecting Method Of Water Shortage Related To Cooling Water In Fuel Cell Stack and System Using The Method - Google Patents
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Abstract
연료전지 스택 냉각수의 물부족을 감지하는 시스템이 개시된다. 본 시스템은
현재의 외기온에 따른 소정의 타임구간 동안의 스택 전류 변화량을 측정하는 전류변화량 측정부, 스택 전류 변화량에 대응되는 스택 출구단의 냉각수의 온도 변화량을 측정하는 온도 변화량 측정부 및 전류변화량 측정부에서 측정된 스택 전류 변화량이 임계 전류 변화량을 초과하고, 온도 변화량 측정부으로부터 측정된 온도 변화량이 임계 온도 변화량을 초과하는 경우, 횟수 카운트를 증가시키는 감지 제어부를 포함하며, 감지 제어부는 횟수 카운트가 임계 횟수 카운트를 초과하는 경우, 스택이 물부족 상태인 것으로 판단할 수 있다. 이에 따라 장치 효율성이 향상될 수 있다.A system for detecting water shortage in a fuel cell stack cooling water is disclosed. The system
A temperature change amount measuring section for measuring a temperature change amount of the cooling water at the stack outlet end corresponding to the stack current change amount, and a current change amount measuring section for measuring the current change amount of the cooling water And a detection control section for increasing the count count when the amount of change in the stack current exceeds the threshold current variation amount and the temperature variation amount measured from the temperature variation amount measurement section exceeds the critical temperature variation amount, , It can be determined that the stack is in a water shortage state. Thus, the device efficiency can be improved.
Description
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로 더 상세하게는 외기온에 따른 스택 냉각수의 물부족 감지 방법 및 이를 적용한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a method for detecting water shortage of stack cooling water according to outside temperature and a system using the same.
연료전지 차량은 동력원으로써 사용하는 복수의 연료전지 셀들을 적층시킨 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소 등을 공급하는 연료공급 시스템, 전기화학반응에 필요한 산화제인 산소를 공급하는 공기공급 시스템, 연료전지 스택의 온도를 제어하는 물과 열 관리 시스템 등을 포함한다.The fuel cell vehicle includes a fuel cell stack in which a plurality of fuel cell cells to be used as a power source are stacked, a fuel supply system for supplying hydrogen as fuel to the fuel cell stack, an air supply system for supplying oxygen, A water and thermal management system for controlling the temperature of the fuel cell stack, and the like.
통상의 차량용 연료전지 시스템에서 수소공급장치는 수소 탱크에 저장된 고압 수소를 레귤레이터를 통해 압력 조절하여 연료전지 스택에 공급하고, 공기공급장치는 공기블로워에 의해 공급되는 공기를 가습기를 통해 가습한 후 연료전지 스택에 공급하도록 구성된다. 또한, 연료전지 차량은 주행을 위한 구동원으로 전기모터를 이용하고, 연료전지 스택 또는 배터리의 직류전압을 교류전압으로 변환하여 전기모터를 구동시키는 인버터를 가진다.In a conventional vehicle fuel cell system, a hydrogen supply device supplies high-pressure hydrogen stored in a hydrogen tank to a fuel cell stack by regulating pressure through a regulator. The air supply device humidifies air supplied by an air blower through a humidifier, To the battery stack. The fuel cell vehicle also has an inverter that uses an electric motor as a driving source for running and converts the direct current voltage of the fuel cell stack or the battery into an alternating current voltage to drive the electric motor.
연료공급 시스템은 수소탱크 내부의 압축수소를 감압하여 스택의 연료극(애노드)으로 공급하며, 공기공급 시스템은 공기블로워를 작동시켜 흡입한 외부공기를 스택의 공기극(캐소드)으로 공급한다.The fuel supply system decompresses the compressed hydrogen in the hydrogen tank to supply it to the fuel electrode (anode) of the stack, and the air supply system operates the air blower to supply the sucked external air to the cathode (cathode) of the stack.
스택의 연료극에 수소가 공급되고, 공기극에 산소가 공급되면, 연료극에서는 촉매반응을 통해 수소이온이 분리된다. 분리된 수소 이온은 전해질 막을 통해 공기극인 산화극으로 전달되고, 산화극에서는 연료극에서 분리된 수소 이온과 전자 및 산소가 함께 전기화학적 반응을 일으켜 이를 통해 전기 에너지를 얻을 수 있다. 구체적으로 연료극에서는 수소의 전기 화학적 산화가 일어나고, 공기극에서는 산소의 전기 화학적 환원이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기와 열이 발생되고, 수소와 산소가 결합하는 화학 작용에 의해 수증기 또는 물이 생성된다.When hydrogen is supplied to the fuel electrode of the stack and oxygen is supplied to the air electrode, the hydrogen ions are separated through the catalytic reaction at the fuel electrode. The separated hydrogen ions are transferred to the oxidizing electrode, which is an air electrode, through the electrolyte membrane. In the oxidizing electrode, hydrogen ions separated from the fuel electrode, electrons and oxygen are electrochemically reacted together to obtain electrical energy. Specifically, the electrochemical oxidation of hydrogen takes place in the anode, and the electrochemical reduction of oxygen occurs in the air electrode. At this time, electricity and heat are generated due to the movement of the generated electrons. By the chemical action of hydrogen and oxygen, Is generated.
연료전지 스택의 전기 에너지 생성 과정에서 발생되는 수증기와 물 및 열과 같은 부산물과 반응되지 않은 수소 및 산소 등을 배출하기 위해 배출 장치가 구비되며, 수증기, 수소 및 산소와 같은 가스들은 배기 통로를 통해 대기 중으로 배출된다.A discharge device for discharging hydrogen, oxygen and the like which is not reacted with by-products such as water and heat generated in the electric energy generation process of the fuel cell stack, and gases such as water vapor, hydrogen and oxygen, Lt; / RTI >
종래기술의 스택 냉각수 라인의 물부족 감지 로직은 냉각수 라인 내 리크(Leak) 또는 파열, 공기가 차 있는 상태를 어느 정도 파악할 수 있었다. 스택 물펌프 제어기 내 RPM 대비 펌프 전류량의 비교를 통한 물부족 감지 로직이 있으며, 스택 물펌프의 연산된 평균 회전 속도와 기 설정된 기준 회전 속도 간의 오차펌프 전류량의 비교를 통한 물부족 감지 로직이 있다.The water shortage detection logic of the prior art stack coolant line was able to grasp to some extent the leaks or ruptures in the coolant lines, and the state of the air being cold. There is a water shortage detection logic through a comparison of pump current to RPM in the stack water pump controller and there is a water shortage detection logic by comparing the error pump current amount between the calculated average rotation speed of the stack water pump and the preset reference rotation speed.
하지만 이러한 감지 로직은 차량 외기 온도에 따른 스택 물펌프 RPM 대비 펌프 전류량이 다르다는 것을 간과하거나, 냉각수 모터를 고정 전류로 항상 운전시켜야 하는 구간을 필요로 하며, 운전 중 냉각수 모터의 평균 회전 속도를 연산하기 위해 기 설정된 시간만큼의 운전 시간을 확보해야 하는 부담이 있다.However, this sensing logic requires a period in which the pump current is different from the stack water pump RPM depending on the outside temperature of the vehicle, or that the cooling water motor is always operated with the fixed current, and the average rotation speed of the cooling water motor is calculated It is burdensome to secure the operation time for the predetermined time.
즉, 외기온이 매우 높거나 매우 낮은 경우에는 기존 로직으로는 물부족 감지가 어려울 뿐만 아니라, 특히 외기온이 매우 높을때는 스택 물펌프 RPM 대비 펌프 전류량의 기준 산정에 있어 많은 오차를 발생할 수 있다. 추가적으로 외기온이 매우 낮은 냉시동시 또는 냉시동 후 차량 거동시에는 스택 냉각수 온도가 상온까지 상승하기까지 물부족 감지를 수행하지 않는다. 왜냐하면 냉시동성을 위해 스택 물펌프 동작 없이 스택 발열부와 구동모터 발열부를 최대한 활용하여 스택 냉각라인을 상승시키고자 하는 목적 때문이다.In other words, when the outside temperature is very high or very low, it is difficult to detect water shortage with existing logic. In particular, when the outside temperature is very high, a large error may occur in calculating the standard of pump current compared to the stack water pump RPM. In addition, when the outside temperature is extremely low, or when the vehicle is frozen after cold start, the water shortage detection is not performed until the stack coolant temperature rises to room temperature. This is because the purpose of the stack cooling line is to utilize the stack heat generating portion and the driving motor heat generating portion as much as possible without operating the stack water pump for the cold running.
따라서, 외기온을 고려한 연료전지 스택의 물부족 감지 기술의 대두가 요청된다.Therefore, there is a demand for the technology of detecting the water shortage of the fuel cell stack considering the outside temperature.
본 발명은 상술한 종래 기술의 한계점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 일 목적은 보다 개선된 연료전지 스택 냉각수의 물부족 감지 방법 및 이를 적용한 시스템을 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a method for detecting a water shortage of a cooling water of a fuel cell stack and a system using the same.
본 발명의 다른 목적은 외기온이 고려된 연료전지 스택 냉각수의 물부족 감지 방법 및 이를 적용한 시스템을 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide a water shortage detection method of a fuel cell stack cooling water considering an outside temperature and a system to which the system is applied.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention, unless further departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 냉각수의 물부족을 감지하는 시스템의 구동 방법은 차량의 시동이 켜지거나 연료전지가 구동될 때, 횟수 카운트를 0으로 설정하는 단계; 현재의 외기온에 따른 소정의 타임구간 동안의 스택 전류 변화량을 측정하는 단계; 상기 스택 전류 변화량에 대응되는 스택 출구단의 냉각수의 온도 변화량을 측정하는 단계; 상기 스택 전류 변화량이 임계 전류 변화량을 초과하고, 상기 온도 변화량이 임계 온도 변화량을 초과하는 경우, 횟수 카운트를 증가시키는 단계; 및 증가된 횟수 카운트가 임계 횟수 카운트를 초과하는 경우, 스택이 물부족 상태인 것으로 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.A method of driving a system for detecting a water shortage of a fuel cell stack cooling water according to an embodiment of the present invention includes setting a count count to zero when a vehicle is turned on or a fuel cell is driven; Measuring a variation in a stack current during a predetermined time interval according to a current outside temperature; Measuring a temperature change amount of the cooling water at the stack outlet end corresponding to the amount of change in the stack current; Increasing the count count when the amount of change in the stack current exceeds a critical current change amount and the temperature change amount exceeds a critical temperature change amount; And if the increased count count exceeds the threshold count count, determining that the stack is in a water scarce state.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And can be understood and understood.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면 아래와 같은 장점이 있다.According to various embodiments of the present invention, there are the following advantages.
외기온이 높거나 낮더라도 연료전지 스택 냉각수의 물부족을 감지하는 방법이 제공됨으로써, 장치 안정성 및 장치 효율성이 향상될 수 있다.A method of detecting the water shortage of the fuel cell stack cooling water even when the outside air temperature is high or low can be provided, so that the device stability and the device efficiency can be improved.
또한, 본 시스템이 제공됨으로써, 스택 내구성 향상, 스택 내 열적 누적 손상 방지, 불필요한 셧다운 방지 및 출력 제한이 방지되어 차량의 안정성 및 신뢰도가 향상될 수 있다.Further, by providing the present system, it is possible to improve stability and reliability of a vehicle by improving the stack durability, preventing thermal cumulative damage in the stack, preventing unnecessary shutdown, and limiting output.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtained by the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description will be.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 연료전지 시스템의 예시적 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 스택 전류 변화량에 따른 스택 출구단의 냉각수 온도 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예에 따른 물부족 감지 시스템의 구동 방법을 나타내는 시퀀스도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. It is to be understood, however, that the technical features of the present invention are not limited to the specific drawings, and the features disclosed in the drawings may be combined with each other to constitute a new embodiment.
1 is a view showing an exemplary structure of a fuel cell system.
FIG. 2 is a graph showing the amount of cooling water temperature change at the stack outlet end according to the amount of change in the stack current.
3 is a sequence diagram illustrating a method of operating a water shortage detection system according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an apparatus and various methods to which embodiments of the present invention are applied will be described in detail with reference to the drawings. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)", "전(앞) 또는 후(뒤)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(위) 또는 하(아래)" 및"전(앞) 또는 후(뒤)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다.In the description of the embodiment, in the case of being described as being formed on the "upper or lower", "before" or "after" of each component, (Lower) "and" front or rear "encompass both that the two components are in direct contact with each other or that one or more other components are disposed between the two components.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected to or connected to the other component, It should be understood that an element may be "connected," "coupled," or "connected."
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.It is also to be understood that the terms such as " comprises, "" comprising," or "having ", as used herein, mean that a component can be implanted unless specifically stated to the contrary. But should be construed as including other elements. All terms, 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, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.
도 1은 연료전지 시스템의 예시적 구조를 나타내는 도면이다.1 is a view showing an exemplary structure of a fuel cell system.
도 1에 따르면, 연료전지 시스템은 냉각수의 열을 외부로 방출하기 위한 라디에이터(11) 및 라디에이터 팬(12), 연료전지 스택(10)과 라디에이터(11) 사이에 냉각수가 순환될 수 있도록 연결되는 냉각수 순환라인(13), 라디에이터(11)를 통과하지 않도록 냉각수를 선택적으로 바이패스시키기 위한 바이패스 라인(14) 및 3-웨이 밸브(15), 냉각수를 펌핑하여 순환시키기 위한 워터펌프(16)를 포함한다.1, the fuel cell system includes a
이와 같은 연료전지 냉각 장치에서는 워터펌프(16)를 구동하여 연료전지 스택(10)과 라디에이터(11), 3-웨이 밸브(15) 사이의 냉각수 순환라인(13)을 따라 냉각수를 순환시키면서 스택 발전시에 발생하는 열을 라디에이터(11)를 통해 외부로 방출한다.In such a fuel cell cooling apparatus, the
또한, 상기한 수냉식 냉각 장치에서 연료전지 스택(10)의 냉각을 위해 냉각수의 순환이 이루어지는 동안 라디에이터 팬(12)이 구동되고, 라디에이터(11)에서 라디에이터 팬(12)에 의해 유입되는 외기 또는 주행풍과의 열교환을 통해 냉각수의 열을 외부로 방출하게 된다.The
이 과정에서 미도시된 제어기는 센서에 의해 검출되는 스택 온도를 입력받으며, 스택 냉각이 필요한 상황에서 스택 온도를 목표 온도로 유지하기 위해 워터펌프(16), 라디에이터 팬(12), 3-웨이 밸브(15) 등을 제어하여 냉각수를 통한 스택 냉각을 수행한다.In this process, the controller (not shown) inputs the stack temperature detected by the sensor, and controls the
또한, 냉각수 순환라인(13)에는 연료전지 스택(10)의 온도를 적정 운전 온도로 신속히 승온시키기 위한 것으로서 연료전지 스택으로 유입되는 냉각수를 가열하는 히터(17)가 설치된다.The cooling
연료전지 스택(10)의 온도가 저온 상태인 경우, 3-웨이 밸브(15)의 열림방향을 제어하여 라디에이터 출구로부터 배출되는 냉각수를 차단하고, 워터펌프(16)가 바이패스 라인(14)을 통해 냉각수의 흡입 및 펌핑, 순환이 이루어지도록 함과 동시에, 히터(17)를 작동시켜 연료전지 스택으로 유입되는 냉각수를 가열하는바, 이를 통해 연료전지 스택을 신속히 웜업(warm-up)시키게 된다.When the temperature of the
또한, 라디에이터의 상단에는 압력캡(18)을 통해 리저버(20)와의 사이에 냉각수 보충라인(19)이 연결되고, 냉각수가 저장되는 리저버(20)는 대기 개방식 구조로 구비됨과 더불어 내부에 수위센서(21)가 장착된다.The cooling water replenishing
이러한 구성에서, 스택 냉각 루프의 냉각수가 소실될 경우, 워터펌프(16)의 전단 라인에 음압이 걸리면서 리저버(20) 내 냉각수가 냉각수 보충라인(19) 및 압력캡(18)을 통해 라디에이터(11)로 유입되어 소실된 냉각수를 보충하게 된다.In this configuration, when the cooling water in the stack cooling loop is lost, negative pressure is applied to the front end line of the
한편, 본 발명에서 제안하는 연료전지 스택 냉각수의 물부족 감지 시스템은 스택(10) 출력단(31)의 외기온에 따른 냉각수 온도 변화량 MAP과 온도 상승 기울기, 스택(10)의 전류변화량에 기초하여 스택 냉각수의 물부족을 감지할 수 있다. 이하 도 2에서 자세히 설명하기로 한다.The water shortage detection system of the fuel cell stack cooling water proposed in the present invention is based on the coolant temperature change amount MAP, the temperature rise slope, and the current change amount of the
도 2는 스택 전류 변화량에 따른 스택 출구단의 냉각수 온도 변화량을 나타내는 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing the amount of cooling water temperature change at the stack outlet end according to the amount of change in the stack current.
도 2에 따르면, 물부족 감지 시스템은 외기온 별로(본 명세서에서는 섭씨 0도부터 5도씩 차이를 두는 것으로 가정) 소정 시간 구간마다 스택의 전류 변화량을 측정할 수 있다. 물부족 감지 시스템은 가속을 진행되면서도 소정 시간 구간마다 스택의 전류 변화량을 측정할 수 있다.According to FIG. 2, the water shortage detection system can measure the current change amount of the stack for each predetermined time interval (assuming that the difference is from 0 degree to 5 degrees Celsius in this specification). The water shortage detection system can measure the current change amount of the stack for each predetermined time interval while accelerating.
물부족 감지 시스템은 스택의 외기온 별로 스택 출구단(31)의 냉각수 온도 변화량을 측정할 수 있다. 가령, 물부족 감지 시스템은 전류 변화량이 25A 차이시마다 외기온 별로 냉각수 온도 변화량을 측정할 수 있다. 가령, 제1 측정시 25A이고 제2 측정시 100A인 경우, 전류변화량은 75A이고 제1 측정시의 냉각수 온도와 제2 측정시의 온도차가 냉각수 온도 변화량이 될 것이다.The water shortage detection system can measure the change in the cooling water temperature at the
이와 같이 물부족 감지 시스템은 스택 전류 변화량 별로 스택 출구단의 냉각수 온도 변화량을 측정할 수 있다. 해당 과정은 제조단계에서 수행될 수 있으나, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 외기온 별로 스택 전류 변화량에 따른 스택 출구단의 냉각수 온도 변화량을 MAP이라 할 수 있다. 여기서, 물부족 감지 시스템은 스택 전류 변화량이 큰 영역(Icriteria)를 설정할 수 있다. Thus, the water shortage detection system can measure the temperature change amount of the cooling water at the stack outlet end by the variation of the stack current. The process may be performed at the manufacturing stage, but the invention is not limited thereto. The change in the temperature of the cooling water at the stack outlet end according to the amount of change in the stack current for each outside temperature can be referred to as a MAP. Here, the water shortage detection system can set an area (Icriteria) in which the variation of the stack current is large.
스택 전류 변화량이 큰 영역은 기 설정될 수 있고, 사용자 입력에 의해 설정될 수 있으며 장치의 성능에 따라 장치마다 다르게 설정될 수 있다. 본 명세서에서는 140A 이상을 스택 전류 변화량이 큰 영역으로 가정하기로 하나, 이는 가변될 수 있는 수치이다.The region where the amount of change in the stack current is large can be preset, can be set by user input, and can be set differently for each device according to the performance of the device. In the present specification, it is assumed that the variation of the stack current is larger than 140A, but this is a variable value.
물부족이 감지되는 경우의 물부족 감지 시스템의 구동을 예를 들어 설명하면, 물부족 감지시스템은 차량 외기온이 25℃ 에서 가속시 △t 시간동안 스택 전류 변화량이 225A로 측정되면 정상상태인 경우, 스택 출구단 온도의 순간 변화량은 기존 냉각수 온도 대비 10℃(41) 상승해야한다. 그런데 스택 출구단 온도의 순간 변화량이 13.5도(43)으로 측정된 경우, 이상상태로 판단할 수 있다. 다만, 물부족 감지 시스템은 순간적으로 이상상태로 판단되더라도, 즉시 최종적으로 이상상태로 판단하지 않고 여러 번 스택 전류 변화량과 스택 출구단 냉각수 변화량을 측정할 수 있다. 순간적으로 이상상태로 판단되더라도 다시 정상상태로 변경되는 경우가 있기 때문이다. 구체적인 설명은 도 3을 참고하여 설명하기로 한다.For example, the water shortage detection system detects a water shortage when the vehicle outside temperature is accelerated at 25 ° C. If the variation of the stack current is 225 A, The instantaneous change in temperature at the outlet of the stack should rise by 10 ° C (41 ° C) from the temperature of the existing cooling water. However, if the instantaneous variation of the stack outlet temperature is measured as 13.5 degrees (43), it can be judged as abnormal. However, even if the water shortage detection system is judged as an abnormal state momentarily, it is possible to measure the variation of the stack current and the amount of cooling water at the outlet side of the stack several times without judging immediately as an abnormal state immediately. Even if it is judged as an abnormal state momentarily, the state may be changed back to the normal state. A detailed description will be given with reference to FIG.
한편, 물부족 감지 시스템은 상술한 MAP에 기초하여 외기온 별로 스택 전류 변화량에 따른 스택 출구단의 냉각수 온도 변화량을 그래프로 도시하여 필요한 경우 운전자에게 제공할 수 있다.On the other hand, the water shortage detection system can graphically display the coolant temperature change amount at the stack outlet end according to the amount of change in the stack current for each outside temperature based on the MAP described above, and provide the driver with the change if necessary.
한편, 본 발명에 따르면, 냉각수가 부족한데 외기온이 높아서 물부족이 감지되지 않아서 스택 출력이 저하되어 스택을 교환하게되는 종래기술의 한계가 극복될 수 있다. 이에 따라 장치의 안정성이 향상될 수 있다. 연료전지차량은 정속 운전이나 정출력 운전시 스택 냉각수의 온도 변화에 있어 크게 차이가 발생하지 않으나, 가속시에는 스택 전류 증가로 인해 내연기관 대비 스택 냉각수 온도 변화가 실시간으로 크게 발생될 수 있다. 이때 스택 냉각수 라인내 냉각수가 정상상태 대비 부족한 경우, 스택 냉각수 온도는 급격하게 증가될 수 있다. 왜냐하면 냉각수 라인내 냉각수 대신 공기가 차 있으므로 열방출량이 적어지기 때문이다. 외기온이 높으면 높을수록 이러한 현상은 더욱 심화될 수 밖에 없다.According to the present invention, since the cooling water is insufficient and the outside temperature is high, the lack of water is not sensed and the stack output is lowered, so that the stack can be overcome. Thus, the stability of the apparatus can be improved. In the fuel cell vehicle, there is no significant difference in the temperature change of the stack cooling water during the constant speed operation and the constant output operation. However, when the vehicle is accelerated, the stack cooling water temperature change may occur in real time compared to the internal combustion engine. At this time, when the cooling water in the stack cooling water line is insufficient compared to the normal state, the temperature of the cooling water of the stack can be rapidly increased. This is because instead of the cooling water in the cooling water line, the amount of heat is reduced because the air is filled. The higher the outside temperature is, the more the phenomenon becomes more intense.
또한, 본 발명에 따르면, 차량 외기온이 매우 높거나 매우 낮은 경우에도 물부족 감지 성능이 개선될 수 있고, 외기온이 매우 낮은 냉시동시 또는 냉시동 후 차량 거동시에도 수소 연료전지 차량의 Fail-Safe 향상이 도모될 수 있다. 또한, 추가되는 장비 및 배선 없이도 용이하게 구현이 가능하다.In addition, according to the present invention, it is possible to improve the water shortage detection performance even when the outside temperature of the vehicle is extremely high or very low, and to improve the fail-safe performance of the hydrogen fuel cell vehicle even when the vehicle is cold, Can be achieved. In addition, it can be easily implemented without additional equipment and wiring.
또한, 본 발명에 따르면, 스택 내구성 향상과 스택 내 열적 누적 손상 방지, 불필요한 셧다운 방지 및 출력 제한이 방지되어 차량의 안정성 및 신뢰도 향상을 기대할 수 있다. 또한, 차량이 정비소 입고시 연료전지차량의 스택 냉각수 내 이상 문제를 보다 정확하고 신속하게 판단하여 장치 효율성 향상도 기대될 수 있다.Further, according to the present invention, it is possible to improve the stability and reliability of the vehicle by improving the stack durability, preventing thermal cumulative damage in the stack, preventing unnecessary shutdown, and limiting output. In addition, when the vehicle is in the garage, it is possible to more accurately and quickly determine the abnormality in the stack cooling water of the fuel cell vehicle, thereby improving the efficiency of the apparatus.
도 3은 실시예에 따른 물부족 감지 시스템의 구동 방법을 나타내는 시퀀스도이다.3 is a sequence diagram illustrating a method of operating a water shortage detection system according to an embodiment of the present invention.
일단, 물부족 감지 시스템은 횟수 카운트를 0으로 설정, 즉 Count=0으로 설정한다(S310). 여기서 Count =0 조건은 차량의 시동이 켜지거나, 연료전지가 구동될 때를 상정한 것이다. Count는 물부족 감지 시스템이 소정 타임구간의 스택 전류 변화량에 따른 스택 출구단의 냉각수 변화량이 정상상태가 아닌 것으로 판단한 횟수를 저장하는 변수로서 횟수 카운트를 의미한다. 물부족 감지 시스템은 소정 타임구간의 스택 전류 변화량에 따른 스택 출구단의 냉각수 변화량이 정상상태가 아니더라도 즉시로 물부족 알림을 생성하지 않고 Count가 일정수(Criteria)에 도달해야 물부족 알림을 생성한다. 즉, 증가된 횟수 카운트가 임계 횟수 카운트를 초과하는 경우 물부족 알림을 생성할 수 있다.First, the water shortage detection system sets the number count to 0, i.e., sets Count = 0 (S310). Here, the condition of Count = 0 assumes that the vehicle is started or the fuel cell is driven. Count is a variable for storing the number of times that the water shortage detection system determines that the cooling water change amount at the stack outlet end according to the stack current change amount in the predetermined time period is not a normal state. The water shortage detection system generates a water shortage notification when the count reaches a certain number (Criteria) without generating a water shortage notification immediately even if the cooling water variation amount at the stack outlet end according to the variation of the stack current at a predetermined time interval is not in the normal state . That is, a water shortage notification can be generated when the increased number count exceeds the threshold number count.
그 다음으로, 물부족 감지 시스템은 제1 시간의 스택 출구단의 제1 전류 및 스택 출구단의 제1 냉각수 온도 측정한다(S320).Next, the water shortage detection system measures the first current at the stack outlet end of the first time and the first cooling water temperature at the stack outlet end (S320).
이어서, 물부족 감지 시스템은 제2 시간의 스택 출구단의 제2 전류 및 스택 출구단의 제2 냉각수 온도 측정한다(S330).Next, the water shortage detection system measures the second current at the stack outlet end of the second time and the second cooling water temperature at the stack outlet end (S330).
여기서 제1 시간 및 제2 시간은 한번 측정된 후 재차 측정될 때마다 계속적으로 변하는 변수이다. 다만 (제2 시간-제1 시간)은 일정하게 유지될 수 있거나, 차이를 둘 수도 있다.Here, the first time and the second time are variables that are continuously changed after being measured once and then measured again. However, (second time - first time) may be kept constant or may be different.
그 후에, 물부족 감지 시스템은 다음 조건을 만족하는지 검사한다(S340).Thereafter, the water shortage detection system checks whether the following conditions are satisfied (S340).
(제2 전류값-제1 전류값) > Icriteria, (Second current value-first current value) > Icriteria,
(제2 냉각수 온도값-제1 냉각수 온도값) > Tcriteria (Second cooling water temperature value-first cooling water temperature value) > Tcriteria
여기서, Icriteria는 도 2의 스택 전류 변화량이 큰 영역으로 미리 설정될 수 있다. 또한, Tcriteria은 정상상태에서 허용되는 (제2 냉각수 온도값-제1 냉각수 온도값)의 임계값으로 MAP 에 기초하여 설정될 수 있다.Here, Icriteria can be set in advance as an area where the amount of change in the stack current shown in FIG. 2 is large. Further, Tcriteria can be set based on the MAP as a threshold value allowed in the steady state (second coolant temperature value-first coolant temperature value).
물부족 감지 시스템은 S340의 조건을 만족하면 Count 를 1증가시킨다(S350). 만약 S340의 조건 중 하나라도 만족하지 못하면, S320단계부터 다시 수행한다.When the water shortage detection system satisfies the condition of S340, the count is increased by 1 (S350). If at least one of the conditions of S340 is not satisfied, the process is resumed from S320.
물부족 감지 시스템은 Count 가 기 설정된 Ccriteria를 초과하는 경우, 스택의 냉각수가 부족한 것으로 최종적으로 판단한다(S370).The water shortage detection system finally judges that the cooling water of the stack is insufficient (S370) if the count exceeds the preset Ccriteria.
여기서, Ccriteria는 실험에 의해서 설정될 수 있으며 미리 설정될 수 있다.Here, Ccriteria can be set by experiment and can be set in advance.
이때, 물부족 감지 시스템은 물부족으로 판단되면 냉각수 과열등을 점등시킬 수 있다(S370).At this time, the water shortage detection system may turn on the cooling water overheating if it is determined that there is a water shortage (S370).
한편, 본 물부족 감지 시스템은 현재의 외기온에 따른 소정의 타임구간 동안의 스택 전류 변화량을 측정하는 전류변화량 측정부, 상기 스택 전류 변화량에 대응되는 스택 출구단의 냉각수의 온도 변화량을 측정하는 온도 변화량 측정부 및 상기 전류변화량 측정부에서 측정된 스택 전류 변화량이 임계 전류 변화량을 초과하고, 상기 온도 변화량 측정부으로부터 측정된 상기 온도 변화량이 임계 온도 변화량을 초과하는 경우, 횟수 카운트를 증가시키는 감지 제어부를 포함할 수 있다.
여기서 횟수 카운트(count)는 차량의 시동이 켜지거나 연료전지가 구동될 때 0으로 설정된다.The present water shortage detection system includes a current change amount measuring unit for measuring a change amount of the stack current for a predetermined time interval according to the current outside temperature, a temperature change amount measuring unit for measuring a temperature change amount of the cooling water at the stack outlet end corresponding to the stack current change amount, And a detection control unit for increasing the count when the amount of change in the stack current measured by the measuring unit and the current change amount measuring unit exceeds the threshold current change amount and the temperature change amount measured by the temperature change amount measuring unit exceeds the threshold temperature change amount .
Here, the count count is set to zero when the start-up of the vehicle is turned on or the fuel cell is driven.
스택 전류 변화량 측정부는 스택의 출구단의 소정의 타임구간 동안 측정하여 전류 변화량을 측정할 수 있다. 출구단의 위치는 반드시 고정되는 것은 아니고 일정한 값을 정확하게 측정할 수 있다면 선택될 수 있다.The stack current change amount measuring unit may measure the current change amount by measuring the predetermined time period at the outlet end of the stack. The position of the exit end is not necessarily fixed and can be selected if a certain value can be accurately measured.
감지 제어부는, 증가된 횟수 카운트가 임계 횟수 카운트를 초과하는 경우, 스택이 물부족 상태인 것으로 판단할 수 있다. 감지 제어부는 물부족 감지 시스템을 전반적으로 제어하는 모듈이 될 수 있다.The detection control unit may determine that the stack is in a water-deficient state when the increased count count exceeds the threshold count count. The detection control unit may be a module that controls the water shortage detection system as a whole.
한편, 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Accordingly, the above description should not be construed in a limiting sense in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.
상술한 실시예에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장시스템 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.The method according to the above-described embodiments may be implemented as a program to be executed by a computer and stored in a computer-readable recording medium. Examples of the computer-readable recording medium include a ROM, a RAM, a CD- , A floppy disk, an optical data storage system, and the like, and may also be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet).
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.The computer readable recording medium may be distributed over a networked computer system so that computer readable code can be stored and executed in a distributed manner. And, functional program, code, and code segments for implementing the above-described method can be easily inferred by programmers in the technical field to which the embodiment belongs.
Claims (10)
차량의 시동이 켜지거나 연료전지가 구동될 때, 횟수 카운트를 0으로 설정하는 단계;
현재의 외기온에 따른 소정의 타임구간 동안의 스택 전류 변화량을 측정하는 단계;
상기 스택 전류 변화량에 대응되는 스택 출구단의 냉각수의 온도 변화량을 측정하는 단계;
상기 스택 전류 변화량이 임계 전류 변화량을 초과하고, 상기 온도 변화량이 임계 온도 변화량을 초과하는 경우, 횟수 카운트를 증가시키는 단계; 및
증가된 횟수 카운트가 임계 횟수 카운트를 초과하는 경우, 스택이 물부족 상태인 것으로 판단하는 단계;를 포함하는, 연료전지 스택 냉각수의 물부족을 감지하는 시스템의 구동 방법.A method of driving a system for detecting a water shortage of cooling water in a fuel cell stack,
Setting a count count to zero when the start-up of the vehicle is turned on or the fuel cell is driven;
Measuring a variation in a stack current during a predetermined time interval according to a current outside temperature;
Measuring a temperature change amount of the cooling water at the stack outlet end corresponding to the amount of change in the stack current;
Increasing the count count when the amount of change in the stack current exceeds a critical current change amount and the temperature change amount exceeds a critical temperature change amount; And
And if the increased count count exceeds the threshold count count, determining that the stack is in a water shortage state.
기 설정된 외기온 각각 별로 정상상태의 스택 전류 변화량 및 상기 스택 전류 변화량에 대응되는 스택 출구단의 냉각수의 온도 변화량을 측정하여 MAP으로 저장하는 단계;를 더 포함하는, 연료전지 스택 냉각수의 물부족을 감지하는 시스템의 구동 방법.The method according to claim 1,
Measuring the amount of change in the stack current in the steady state and the amount of change in the temperature of the cooling water at the stack outlet end corresponding to the amount of change in the stack current for each predetermined outside temperature and storing the measured amount in the MAP, The method comprising:
상기 임계 전류 변화량 및 상기 임계 온도 변화량을 상기 MAP에 기초하여 설정하는 단계;를 더 포함하는, 연료전지 스택 냉각수의 물부족을 감지하는 시스템의 구동 방법.3. The method of claim 2,
And setting the threshold current change amount and the threshold temperature change amount based on the MAP. A method of driving a system for detecting a water shortage of a fuel cell stack cooling water.
상기 스택이 물부족 상태인 것으로 판단되면, 차량 탑승객에게 물부족 알림을 제공하는 단계;를 더 포함하는, 연료전지 스택 냉각수의 물부족을 감지하는 시스템의 구동 방법.The method according to claim 1,
Further comprising providing a water shortage notification to the vehicle occupant when it is determined that the stack is in a water shortage state.
현재의 외기온에 따른 소정의 타임구간 동안의 스택 전류 변화량을 측정하는 전류변화량 측정부;
상기 스택 전류 변화량에 대응되는 스택 출구단의 냉각수의 온도 변화량을 측정하는 온도 변화량 측정부; 및
상기 전류변화량 측정부에서 측정된 스택 전류 변화량이 임계 전류 변화량을 초과하고, 상기 온도 변화량 측정부으로부터 측정된 상기 온도 변화량이 임계 온도 변화량을 초과하는 경우, 횟수 카운트를 증가시키는 감지 제어부;를 포함하고,
상기 감지 제어부는,
상기 횟수 카운트가 임계 횟수 카운트를 초과하는 경우, 스택이 물부족 상태인 것으로 판단하는, 연료전지 스택 냉각수의 물부족을 감지하는 시스템.CLAIMS 1. A system for detecting water shortage in a fuel cell stack cooling water,
A current change amount measuring unit for measuring a change amount of a stack current during a predetermined time interval according to a current outside temperature;
A temperature change amount measuring unit for measuring a temperature change amount of the cooling water at the stack outlet end corresponding to the amount of change in the stack current; And
And a detection control unit for increasing the count when the amount of change in the stack current measured by the current change amount measuring unit exceeds the threshold current change amount and the temperature change amount measured by the temperature change amount measuring unit exceeds the threshold temperature change amount ,
The sensing controller may include:
And determines that the stack is in a water-deficient state when the count count exceeds the threshold count count.
상기 감지 제어부는,
기 정의된 외기온 각각 별로 정상상태의 스택 전류 변화량 및 상기 스택 전류 변화량에 대응되는 스택 출구단의 냉각수의 온도 변화량을 측정하여 MAP으로 저장하는, 연료전지 스택 냉각수의 물부족을 감지하는 시스템.The method according to claim 6,
The sensing controller may include:
The system according to claim 1 or 2, wherein the fuel cell stack cooling water is stored in the MAP.
상기 감지 제어부는,
상기 임계 전류 변화량 및 상기 임계 온도 변화량을 상기 MAP에 기초하여 설정하는, 연료전지 스택 냉각수의 물부족을 감지하는 시스템.8. The method of claim 7,
The sensing controller may include:
Wherein the threshold current change amount and the threshold temperature change amount are set based on the MAP.
상기 감지 제어부는,
상기 스택이 물부족 상태인 것으로 판단되면, 차량 탑승객에게 물부족 알림을 제공하는, 연료전지 스택 냉각수의 물부족을 감지하는 시스템.The method according to claim 6,
The sensing controller may include:
And provides a water shortage notification to the vehicle occupant if it is determined that the stack is in a water-short condition.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |