KR102439629B1 - 연료전지 차량의 제어방법 및 제어시스템 - Google Patents

연료전지 차량의 제어방법 및 제어시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102439629B1
KR102439629B1 KR1020170167427A KR20170167427A KR102439629B1 KR 102439629 B1 KR102439629 B1 KR 102439629B1 KR 1020170167427 A KR1020170167427 A KR 1020170167427A KR 20170167427 A KR20170167427 A KR 20170167427A KR 102439629 B1 KR102439629 B1 KR 102439629B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
current
idle stop
driver
rate
Prior art date
Application number
KR1020170167427A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190067469A (ko
Inventor
유재영
박건형
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아 주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020170167427A priority Critical patent/KR102439629B1/ko
Publication of KR20190067469A publication Critical patent/KR20190067469A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102439629B1 publication Critical patent/KR102439629B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0053—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/50—Charging stations characterised by energy-storage or power-generation means
    • B60L53/54—Fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/28—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/08—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to drivers or passengers
    • B60W40/09—Driving style or behaviour
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2540/00—Input parameters relating to occupants
    • B60W2540/30—Driving style
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/20—Energy converters
    • B60Y2400/202—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

운전자의 운전 성향을 학습하는 단계; 학습한 운전 성향을 기반으로 연료전지의 아이들 스탑(Idle Stop)의 가능 여부를 판단하는 단계; 및 아이들 스탑을 가능한 것으로 판단된 경우, 아이들 스탑의 진입 조건을 만족하면 연료전지를 스탑하는 단계;를 포함하는 연료전지 차량의 제어방법이 소개된다.

Description

연료전지 차량의 제어방법 및 제어시스템{CONTROL METHOD AND CONTROL SYSTEM FOR FUEL CELL VEHICLE}
본 발명은 연료전지 차량의 제어방법 및 제어시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 운전 성향 및 열화 상태를 기반으로 연료전지 스택의 아이들 스탑의 가능 여부를 제어하는 기술에 관한 것이다.
연료전지는 수소공급장치 및 공기공급장치에서 각각 공급된 수소와 산소의 산화 환원 반응을 이용하여 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 것으로 전기 에너지를 생산하는 연료전지 스택 및 이를 냉각시키기 위한 냉각 시스템 등을 포함하고 있다.
즉, 연료전지 스택의 애노드 측에는 수소가 공급되고, 애노드에서 수소의 산화반응이 진행되어 수소이온(Proton)과 전자(Electron)가 발생하게 되고, 이때 생성된 수소이온과 전자는 각각 전해질막과 분리판을 통하여 캐소드로 이동한다. 캐소드에서는 애노드로부터 이동한 수소이온과 전자, 공기중의 산소가 참여하는 전기화학반응을 통하여 물을 생성하며, 이러한 전자의 흐름으로부터 전기에너지가 발생한다.
이러한 연료전지 시스템은 일반적으로 충방전이 가능한 고전압 배터리 또는 슈퍼캡을 포함하여 연료전지에서 출력한 전력이 남는 경우 잉여전력을 충전하고, 전력이 부족한 경우 고전압 배터리 또는 슈퍼캡을 방전시켜 보충전력을 이용한다.
이에 따라, 연료전지의 저출력 구간 또는 회생제동 시 등에는 연료전지의 발전을 정지하는 연료전지 아이들(Idle) 스탑 제어를 통하여 연료전지의 발전 효율을 향상시키고 이에 따른 연비 상승을 도모하는 기술이 개발되었다.
그러나 연료전지를 구동원으로 사용하는 연료전지 차량 중 출발/정지가 빈번하게 발생하는 연료전지 버스는 아이들 스탑 해제시 초기 응답성에 악영향을 끼치는 점에서 일반적으로 연료전지 아이들 스탑 제어를 사용하지 않도록 제어하고 있다.
즉, 연료전지 버스는 빈번한 출발/정지에 의해 아이들 스탑 제어를 이용하면 운전성에 악영향을 줄 가능성이 높아 연료전지 아이들 스탑 제어를 사용하지 않고, 이에 따라 연료전지의 발전 효율이 떨어지는 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-1000703 B US 6484075 B
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 운전자의 운전 성향 및 열화 상태를 학습하여 아이들 스탑 기능의 활성화 여부를 제어하는 방법을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 차량의 제어방법은 운전자의 운전 성향을 학습하는 단계; 학습한 운전 성향을 기반으로 연료전지의 아이들 스탑(Idle Stop)의 가능 여부를 판단하는 단계; 및 아이들 스탑을 가능한 것으로 판단된 경우, 아이들 스탑의 진입 조건을 만족하면 연료전지를 스탑하는 단계;를 포함한다.
학습하는 단계는 기설정된 기준시간 동안 연료전지의 출력전류를 기반으로 운전자의 운전 성향을 학습할 수 있다.
학습하는 단계는 연료전지 출력전류의 크기별로 이용되는 정도를 나타내는 전류 이용률 또는 연료전지 출력전류의 크기별로 출력전류가 급상승하는 정도를 나타내는 전류 급상승률을 기반으로 운전자의 운전 성향 지수를 산출할 수 있다.
전류 이용률은 기설정된 기준시간 동안 해당 전류로 운전된 시간의 비율일 수 있다.
전류 급상승률은 기설정된 기준시간 동안 발생한 급상승 횟수 중 해당 전류 범위에서 급상승한 횟수의 비율이고, 급상승 판단은 시간당 전류 변화율이 기설정된 변화율 이상이면 급상승한 것으로 판단할 수 있다.
학습하는 단계에서 운전자의 운전 성향 지수는 아래의 수식으로 산출할 수 있다.
Figure 112017122045196-pat00001
K : 운전 성향 지수, m : 전류의 크기별 범위 개수, I = 전류,
Figure 112017122045196-pat00002
: 전류 이용률,
Figure 112017122045196-pat00003
: 전류별 가중치,
Figure 112017122045196-pat00004
: 전류 급상승률
아이들 스탑의 가능 여부를 판단하는 단계는 학습하는 단계에서 학습한 운전자의 운전 성향을 기반으로 산출한 운전자의 운전 성향 지수가 기설정된 제1지수 이상이면 아이들 스탑이 불가능한 것으로 판단할 수 있다.
아이들 스탑의 가능 여부를 판단하는 단계는 학습하는 단계에서 학습한 운전자의 운전 성향을 기반으로 산출한 운전자의 운전 성향 지수가 기설정된 제2지수 이상이면 연료전지 스택의 일부가 아이들 스탑 가능한 것으로 판단할 수 있다.
아이들 스탑의 가능 여부를 판단하는 단계 이후에, 연료전지 스택의 열화 상태를 판단하는 단계;를 더 포함하고, 연료전지를 스탑하는 단계는 아이들 스탑의 진입 조건을 만족하는 경우, 판단한 연료전지 스택의 열화 상태를 기반으로 산출한 열화도가 상대적으로 작은 연료전지 스택의 일부를 스탑할 수 있다.
연료전지 스택의 열화 상태를 판단하는 단계는 연료전지 출력전류의 크기별로 이용되는 정도를 나타내는 전류 이용률, 연료전지 출력전류의 크기별로 연속적으로 이용되는 정도를 나타내는 전류 연속이용률을 기반으로 연료전지 스택의 열화 상태를 판단할 수 있다.
전류 연속이용률은 기설정된 기준시간 동안 발생한 연속 사용 시간 중 해당 전류의 최대 연속 사용 시간의 비율일 수 있다.
연료전지 출력전류의 크기별로 전류 이용률 및 전류 연속이용률의 반영 비율을 각각 가변시킬 수 있다.
연료전지 스택의 열화 상태를 판단하는 단계에서 연료전지 스택의 열화도는 아래의 수식을 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112017122045196-pat00005
C : 열화도, m : 전류의 크기별 범위 개수, I = 전류,
Figure 112017122045196-pat00006
: 전류 이용률,
Figure 112017122045196-pat00007
: 전류 연속이용률, α: 전류 이용률 반영률, β: 전류 연속이용률 반영률,
Figure 112017122045196-pat00008
: Dry-Out 인자
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 차량의 제어시스템은 운전자의 운전 성향을 학습하는 운전 성향 판단부; 및 학습한 운전 성향을 기반으로 연료전지의 아이들 스탑(Idle Stop)의 가능 여부를 판단하고, 아이들 스탑을 가능한 것으로 판단된 경우 아이들 스탑의 진입 조건을 만족하면 연료전지를 스탑하는 아이들 스탑 판단부;를 포함할 수 있다.
연료전지 스택의 열화 상태를 판단하는 열화 상태 판단부;를 더 포함하고, 아이들 스탑 판단부는 아이들 스탑의 진입 조건을 만족하는 경우, 판단한 연료전지 스택의 열화 상태를 기반으로 산출한 열화도가 상대적으로 작은 연료전지 스택의 일부를 스탑할 수 있다.
본 발명의 연료전지 차량의 제어방법 및 제어시스템에 따르면, 운전 성향을 학습하여 반영함에 따라 아이들 스탑 해제시 초기 응답성의 문제를 해결할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 운전 성향에 따라 연료전지 차량의 출발/정지가 빈번하지 않은 경우에는 아이들 스탑 기능을 이용하여 연비를 향상시키는 효과를 갖는다.
또한, 연료전지 스택의 열화 상태를 반영하여 아이들 스탑 기능을 제어함으로써 연료전지 스택의 내구성을 향상시키는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 크기별 전류이용률을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 크기별 전류 급상승률을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 크기별 전류 이용률 및 전류 연속이용률의 반영 비율을 도시한 것이다.
도 5는 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어시스템의 구성도이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어방법의 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어방법은 운전자의 운전 성향을 학습하는 단계(S300); 학습한 운전 성향을 기반으로 연료전지의 아이들 스탑(Idle Stop)의 가능 여부를 판단하는 단계(S410, S420); 및 아이들 스탑을 가능한 것으로 판단된 경우, 아이들 스탑의 진입 조건을 만족하면 연료전지를 스탑하는 단계(S710, S720, S730, S740);를 포함할 수 있다.
운전자의 운전 성향을 학습하는 단계(S300)는 기설정된 기준시간(Driving Cycle) 동안 차량을 운전하는 운전자의 성향을 학습하는 것이다. 차량의 시동이 켜진 상태로(S100), 차량을 정지하였다가 재출발할 때 악셀(Accelerator)의 조작량(Depth) 또는 이에 따른 모터링 전류 요구량이나 연료전지의 전류 요구량 등의 데이터를 수집할 수 있다(S200). 수집한 데이터에 따라 운전 성향을 판단할 수 있다(S300). 여기서 운전 성향은 정차 및 재출발이 얼마나 자주 있는지 또는 재출발시 급격한 전류를 요구하는지 등을 의미할 수 있다.
예를 들어, 일 실시예로 학습하는 단계(S300)는 기설정된 기준시간 동안 연료전지의 출력전류를 기반으로 운전자의 운전 성향을 학습할 수 있다. 여기서 출력전류는 연료전지 스택에서 출력되는 전류의 크기를 의미하는 것으로, 전류의 크기별로 m개의 범위로 구분하여 전류의 크기에 따른 범위별로 각각의 인자들을 산출할 수 있다.
구체적으로, 학습하는 단계(S300)는 연료전지 출력전류의 크기별로 이용되는 정도를 나타내는 전류 이용률(
Figure 112017122045196-pat00009
) 또는 연료전지 출력전류의 크기별로 출력전류가 급상승하는 정도를 나타내는 전류 급상승률(
Figure 112017122045196-pat00010
)을 산출하고, 이들을 기반으로 운전자의 운전 성향 지수(K)를 산출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 크기별 전류 이용률을 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 전류 이용률(
Figure 112017122045196-pat00011
)은 기설정된 기준시간 동안 해당 전류로 운전된 시간의 비율일 수 있다. 즉, 전류 이용률(
Figure 112017122045196-pat00012
)은 해당 전류의 범위 내에서 운전된 시간을 총 운전 시간으로 제산한 값으로 산출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 크기별 전류 급상승률을 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 전류 급상승률(
Figure 112017122045196-pat00013
)은 기설정된 기준시간 동안 발생한 급상승 횟수 중 해당 전류 범위에서 급상승한 횟수의 비율일 수 있다. 즉, 전류 급상승률(
Figure 112017122045196-pat00014
)은 해당 전류의 범위에서 급상승한 횟수를 총 발생한 급상승 횟수로 제산한 값으로 산출할 수 있다.
급상승 판단은 시간당 전류 변화율이 기설정된 변화율(S) 이상이면 급상승한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 아래와 같이 시간 변화에 따른 전류의 변화율이 기설정된 변화율(S) 이상이면 급상승한 것으로 판단할 수 있다.
Figure 112017122045196-pat00015
운전자의 운전 성향 지수(K)는 아래의 수식으로 산출할 수 있다.
Figure 112017122045196-pat00016
K : 운전 성향 지수, m : 전류의 크기별 범위 개수, I = 전류,
Figure 112017122045196-pat00017
: 전류 이용률,
Figure 112017122045196-pat00018
: 전류별 가중치,
Figure 112017122045196-pat00019
: 전류 급상승률
여기서 전류별 가중치(
Figure 112017122045196-pat00020
)는 해당 전류로 운전된 횟수를 카운팅하여 이에 따라 설정할 수 있다. 즉, 해당 전류로 운전되는 경우가 많을수록 해당 전류에 가중치를 크게 둘 수 있다.
아이들 스탑의 가능 여부를 판단하는 단계(S410, S420)는 학습하는 단계(S300)에서 학습한 운전자의 운전 성향을 기반으로 산출한 운전자의 운전 성향 지수(K)가 기설정된 제1지수(A) 이상이면 아이들 스탑이 불가능한 것으로 판단할 수 있다(S710).
아이들 스탑의 가능 여부를 판단하는 단계(S410, S420)는 학습하는 단계(S300)에서 학습한 운전자의 운전 성향을 기반으로 산출한 운전자의 운전 성향 지수(K)가 기설정된 제2지수(B) 이상이면 연료전지 스택의 일부가 아이들 스탑 가능한 것으로 판단할 수 있다(S720, S730). 운전자의 운전 성향 지수(K)가 기설정된 제2지수(B) 미만이면, 연료전지 스택의 전부가 아이들 스탑 가능한 것으로 판단할 수 있다(S740).
본 발명의 연료전지 차량은 복수 개의 연료전지 스택을 갖는 시스템일 수 있다. 연료전지 버스와 같이 높은 발전출력이 요구되는 차량에는 연료전지 스택이 복수 개 마련될 수 있다. 본 발명에서는 2개의 연료전지 스택(LH, RH)을 갖는 시스템으로 가정한다. 연료전지 스택의 각각은 개별적으로 가동 또는 정지하도록 제어될 수 있다.
기설정된 제1지수(A)는 기설정된 제2지수(B)보다 큰 값일 수 있다. 즉, 운전자의 운전 성향 지수(K)가 기설정된 제1지수(A) 이상인 경우에는 정차 후 재출발시 급출발하여 요구 전류가 급상승하는 경우가 많으므로 아이들 스탑 기능을 이용하면 재출발시 운전성이 떨어지는 문제가 있으므로 모든 연료전지 스택에서 아이들 스탑이 불가능하도록 제어하여 운전성을 향상시킬 수 있다.
운전자의 운전 성향 지수(K)가 기설정된 제1지수(A) 미만이지만 기설정된 제2지수(B)인 경우에는 연료전지 스택의 일부가 아이들 스탑 가능한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 2개의 연료전지 스택을 갖는 시스템의 경우에는 2개 중 1개의 연료전지 스택은 아이들 스탑 기능을 활성화시키고, 나머지 1개는 아이들 스탑 기능을 불가능하도록 제어할 수 있다.
아이들 스탑의 가능 여부를 판단하는 단계(S410, S420) 이후에, 연료전지 스택의 열화 상태를 판단하는 단계(S500);를 더 포함하고, 연료전지를 스탑하는 단계는 아이들 스탑의 진입 조건을 만족하는 경우, 판단한 연료전지 스택의 열화 상태를 기반으로 산출한 열화도가 상대적으로 작은 연료전지 스택의 일부를 스탑할 수 있다(S720, S730).
아이들 스탑의 진입 조건은 연료전지 스택의 요구 전류 또는 전력의 크기, 고전압 배터리의 충전량(SOC), 열화 상태 등의 다양한 조건에 의해 아이들 스탑 진입 여부가 결정될 수 있다.
연료전지 스택의 열화 상태를 판단하는 단계(S410, S420)에서 판단한 연료전지 스택의 열화 상태를 기반으로 산출한 열화도를 각각의 스택마다 비교하고(S600), 열화도가 상대적으로 작은 연료전지 스택의 일부를 스탑할 수 있다(S720, S730). 연료전지를 아이들 스탑 제어하면 연료전지 스택이 OCV에 가까운 고전압에 노출될 가능성이 높아지고, 이에 따라 열화가 가속될 위험이 크다. 따라서, 연료전지 스택의 일부만을 아이들 스탑 제어하는 경우에는 열화가 상대적으로 덜 진행된 연료전지 스택은 아이들 스탑하도록 제어하여 상대적으로 열화가 더 진행된 연료전지 스택의 열화의 가속을 막을 수 있다.
연료전지 스택의 열화 상태를 판단하는 단계(S410, S420)는 연료전지 출력전류의 크기별로 이용되는 정도를 나타내는 전류 이용률(
Figure 112017122045196-pat00021
), 연료전지 출력전류의 크기별로 연속적으로 이용되는 정도를 나타내는 전류 연속이용률(
Figure 112017122045196-pat00022
)을 기반으로 연료전지 스택의 열화 상태를 판단할 수 있다.
전류 연속이용률(
Figure 112017122045196-pat00023
)은 기설정된 기준시간 동안 발생한 연속 사용 시간 중 해당 전류의 최대 연속 사용 시간의 비율일 수 있다. 즉, 전류 연속이용률(
Figure 112017122045196-pat00024
)은 기준시간 이내에 발생한 해당 전류의 최대 연속 사용 시간을 총 연속 사용 시간으로 제산한 값일 수 있다.
예를 들어, 연료전지 스택의 열화도는 아래의 수식을 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112017122045196-pat00025
C : 열화도, m : 전류의 크기별 범위 개수, I = 전류,
Figure 112017122045196-pat00026
: 전류 이용률,
Figure 112017122045196-pat00027
: 전류 연속이용률, α: 전류 이용률 반영률, β: 전류 연속이용률 반영률,
Figure 112017122045196-pat00028
: Dry-Out 인자
Dry-Out 인자(
Figure 112017122045196-pat00029
)는 연료전지 스택의 드라이 아웃을 나타내는 인자일 수 있다. 예를 들면, 기설정된 기준시간 동안 연료전지 스택이 해당 전류일 때의 전압이 드라이 아웃을 판단하는 전압 이하인 개수를 카운팅한 값일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 크기별 전류 이용률 및 전류 연속이용률의 반영 비율을 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 연료전지 출력전류의 크기별로 전류 이용률 및 전류 연속이용률의 반영 비율(α, β)을 각각 가변시킬 수 있다. 연료전지 출력전류의 크기가 작은 경우에 가역적 열화에 의한 드라이 아웃이 발생하는 경우가 많기 때문에 연료전지 스택의 순간적인 동적 특성을 반영하는 전류 이용률(
Figure 112017122045196-pat00030
)의 반영을 크게 하는 것이 적절하다.
반대로 연료전지 출력전류의 크기가 큰 경우에는 비가역적 열화에 의한 드라이 아웃이 발생하는 경우가 많다. 따라서, 전류 연속이용률(
Figure 112017122045196-pat00031
)의 반영을 크게 하는 것이 적절하다. 다만, 연료전지 출력전류의 크기가 큰 경우에는 가역적 열화에 의한 드라이 아웃도 빈번하게 발생하므로 반영비율 간의 차이는 연료전지 출력 전류의 크기가 작은 경우보다 작을 수 있다.
도 5는 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어시스템의 구성도이다.
도 5를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어시스템은 운전자의 운전 성향을 학습하는 운전 성향 판단부(10); 및 학습한 운전 성향을 기반으로 연료전지의 아이들 스탑(Idle Stop)의 가능 여부를 판단하고, 아이들 스탑을 가능한 것으로 판단된 경우 아이들 스탑의 진입 조건을 만족하면 연료전지를 스탑하는 아이들 스탑 판단부(30);를 포함할 수 있다.
연료전지 스택의 열화 상태를 판단하는 열화 상태 판단부(20);를 더 포함하고, 아이들 스탑 판단부(30)는 아이들 스탑의 진입 조건을 만족하는 경우, 판단한 연료전지 스택의 열화 상태를 기반으로 산출한 열화도가 상대적으로 작은 연료전지 스택의 일부를 스탑할 수 있다.
운전 성향 판단부(10), 열화 상태 판단부(20) 및 아이들 스탑 판단부(30)는 별도의 제어기로 구성될 수도 있고, 연료전지 제어기(FCU)의 일부로 포함될 수도 있다.
이하 연료전지 차량의 제어방법과 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 : 운전 성향 판단부 20 : 열화 상태 판단부
30 : 아이들 스탑 판단부

Claims (15)

  1. 운전자의 운전 성향을 학습하는 단계;
    학습한 운전 성향을 기반으로 연료전지의 아이들 스탑(Idle Stop)의 가능 여부를 판단하는 단계; 및
    아이들 스탑을 가능한 것으로 판단된 경우, 아이들 스탑의 진입 조건을 만족하면 연료전지를 스탑하는 단계;를 포함하는 연료전지 차량의 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    학습하는 단계는 기설정된 기준시간 동안 연료전지의 출력전류를 기반으로 운전자의 운전 성향을 학습하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    학습하는 단계는 연료전지 출력전류의 크기별로 이용되는 정도를 나타내는 전류 이용률 또는 연료전지 출력전류의 크기별로 출력전류가 급상승하는 정도를 나타내는 전류 급상승률을 기반으로 운전자의 운전 성향 지수를 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    전류 이용률은 기설정된 기준시간 동안 해당 전류로 운전된 시간의 비율인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    전류 급상승률은 기설정된 기준시간 동안 발생한 급상승 횟수 중 해당 전류 범위에서 급상승한 횟수의 비율이고, 급상승 판단은 시간당 전류 변화율이 기설정된 변화율 이상이면 급상승한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    학습하는 단계에서 운전자의 운전 성향 지수는 아래의 수식으로 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어방법.
    Figure 112017122045196-pat00032

    K : 운전 성향 지수, m : 전류의 크기별 범위 개수, I = 전류,
    Figure 112017122045196-pat00033
    : 전류 이용률,
    Figure 112017122045196-pat00034
    : 전류별 가중치,
    Figure 112017122045196-pat00035
    : 전류 급상승률
  7. 청구항 1에 있어서,
    아이들 스탑의 가능 여부를 판단하는 단계는 학습하는 단계에서 학습한 운전자의 운전 성향을 기반으로 산출한 운전자의 운전 성향 지수가 기설정된 제1지수 이상이면 아이들 스탑이 불가능한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    아이들 스탑의 가능 여부를 판단하는 단계는 학습하는 단계에서 학습한 운전자의 운전 성향을 기반으로 산출한 운전자의 운전 성향 지수가 기설정된 제2지수 이상이면 연료전지 스택의 일부가 아이들 스탑 가능한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    아이들 스탑의 가능 여부를 판단하는 단계 이후에, 연료전지 스택의 열화 상태를 판단하는 단계;를 더 포함하고,
    연료전지를 스탑하는 단계는 아이들 스탑의 진입 조건을 만족하는 경우, 판단한 연료전지 스택의 열화 상태를 기반으로 산출한 열화도가 상대적으로 작은 연료전지 스택의 일부를 스탑하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    연료전지 스택의 열화 상태를 판단하는 단계는 연료전지 출력전류의 크기별로 이용되는 정도를 나타내는 전류 이용률, 연료전지 출력전류의 크기별로 연속적으로 이용되는 정도를 나타내는 전류 연속이용률을 기반으로 연료전지 스택의 열화 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    전류 연속이용률은 기설정된 기준시간 동안 발생한 연속 사용 시간 중 해당 전류의 최대 연속 사용 시간의 비율인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    연료전지 출력전류의 크기별로 전류 이용률 및 전류 연속이용률의 반영 비율을 각각 가변시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    연료전지 스택의 열화 상태를 판단하는 단계에서 연료전지 스택의 열화도는 아래의 수식을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어방법.
    Figure 112017122045196-pat00036

    C : 열화도, m : 전류의 크기별 범위 개수, I = 전류,
    Figure 112017122045196-pat00037
    : 전류 이용률,
    Figure 112017122045196-pat00038
    : 전류 연속이용률, α: 전류 이용률 반영률, β: 전류 연속이용률 반영률,
    Figure 112017122045196-pat00039
    : Dry-Out 인자
  14. 운전자의 운전 성향을 학습하는 운전 성향 판단부; 및
    학습한 운전 성향을 기반으로 연료전지의 아이들 스탑(Idle Stop)의 가능 여부를 판단하고, 아이들 스탑을 가능한 것으로 판단된 경우 아이들 스탑의 진입 조건을 만족하면 연료전지를 스탑하는 아이들 스탑 판단부;를 포함하는 연료전지 차량의 제어시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    연료전지 스택의 열화 상태를 판단하는 열화 상태 판단부;를 더 포함하고,
    아이들 스탑 판단부는 아이들 스탑의 진입 조건을 만족하는 경우, 판단한 연료전지 스택의 열화 상태를 기반으로 산출한 열화도가 상대적으로 작은 연료전지 스택의 일부를 스탑하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어시스템.
KR1020170167427A 2017-12-07 2017-12-07 연료전지 차량의 제어방법 및 제어시스템 KR102439629B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170167427A KR102439629B1 (ko) 2017-12-07 2017-12-07 연료전지 차량의 제어방법 및 제어시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170167427A KR102439629B1 (ko) 2017-12-07 2017-12-07 연료전지 차량의 제어방법 및 제어시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190067469A KR20190067469A (ko) 2019-06-17
KR102439629B1 true KR102439629B1 (ko) 2022-09-02

Family

ID=67064753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170167427A KR102439629B1 (ko) 2017-12-07 2017-12-07 연료전지 차량의 제어방법 및 제어시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102439629B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111332156B (zh) * 2020-03-19 2022-03-04 北京亿华通科技股份有限公司 燃料电池车的安全控制***
CN111409571A (zh) * 2020-03-25 2020-07-14 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种氢燃料电池车的故障跛行处理方法及***

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101000703B1 (ko) 2008-07-08 2010-12-10 현대자동차주식회사 연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3842015B2 (ja) 2000-06-12 2006-11-08 本田技研工業株式会社 燃料電池車両のアイドル制御装置
KR101230900B1 (ko) * 2010-12-01 2013-02-07 현대자동차주식회사 연료전지 하이브리드 시스템의 운전 제어 방법
KR20170036858A (ko) * 2015-09-18 2017-04-03 현대자동차주식회사 연료전지차량의 제어 방법 및 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101000703B1 (ko) 2008-07-08 2010-12-10 현대자동차주식회사 연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190067469A (ko) 2019-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5007665B2 (ja) 燃料電池システム
US7597976B2 (en) Floating base load hybrid strategy for a hybrid fuel cell vehicle to increase the durability of the fuel cell system
JP5120594B2 (ja) 燃料電池システム及びその運転方法
EP2192647B1 (en) Fuel cell system
JP5286663B2 (ja) 燃料電池システム
US20110018491A1 (en) Power supply control circuit
KR102551676B1 (ko) 연료전지 차량의 외부 전력 공급시스템 및 공급방법
WO2013128610A1 (ja) 燃料電池システム
JP5505024B2 (ja) 燃料電池自動車及びその制御方法
KR20150043613A (ko) 연료 전지 차량의 공기 공급 제어 방법
CN107452972B (zh) 燃料电池***及其控制方法
JP6761203B2 (ja) 車両用燃料電池の電力制御装置
JP2008218340A (ja) 燃料電池システム
JP4978019B2 (ja) 燃料電池システム
KR20200003630A (ko) 연료전지의 전력 공급 시스템 및 그 제어방법
KR102439629B1 (ko) 연료전지 차량의 제어방법 및 제어시스템
US10826092B2 (en) Method for operating fuel cell vehicle
JP2010129245A (ja) 燃料電池システム
US20170077533A1 (en) Control method and system of fuel cell system
JP2019017185A (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
JP2019057998A (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
US11658318B2 (en) Control method and control system for fuel cell stop mode
JP4769226B2 (ja) 燃料電池車両
JP4877911B2 (ja) 燃料電池車両及び燃料電池車両における蓄電素子への充電制御方法
JP2017189056A (ja) 燃料電池車

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant