KR102449850B1 - 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

연료전지 스택에 연결된 메인버스단; 메인버스단에 마련되어 연료전지 스택과 메인버스단에 연결된 부하 사이를 연결하거나 차단하는 적어도 하나 이상의 스택 메인 릴레이; 스택 메인 릴레이 중 어느 하나를 기준으로 일단이 연료전지 스택 측 메인버스단에 연결되고, 타단이 연료전지 스택 반대측 메인버스단에 연결된 스택 프리차지 회로; 및 스택 프리차지 회로에 마련되어 연료전지 스택과 부하가 스택 메인 릴레이를 우회하여 연결되거나 차단되도록 하는 스택 프리차지 릴레이;를 포함하는 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템이 소개된다.

Description

연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템 및 그 제어방법{PRE-CHARGE RELAY CONTROL SYSTEM FOR FUEL CELL VEHICLE AND CONTROL METHOD OF THE SAME}
본 발명은 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 구체적으로 연료전지 차량의 스택 및 고전압 배터리를 통한 고전압 전력 공급을 위한 스택 릴레이 어셈블리 및 파워 릴레이 어셈블리에 포함되는 프리차지 릴레이 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
환경친화적인 미래형 자동차의 하나인 수소 연료전지 차량에 적용되는 연료전지 시스템은, 반응가스의 전기화학 반응으로부터 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 수소공급장치, 연료전지 스택에 전기화학 반응에 필요한 산화제인 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급장치, 및 연료전지 스택의 전기화학 반응 부산물인 열을 외부로 방출시켜 연료전지 스택의 운전온도를 최적으로 제어하고 물 관리 기능을 수행하는 열 및 물 관리 시스템을 포함하여 구성된다.
이러한 연료전지 차량은 구동원이 되는 구동모터에 전력을 공급하기 위한 동력원으로 연료전지 스택 및 고전압 배터리를 탑재하고 있고, 구동모터를 구동하기 위하여 인버터 등을 구비하고 있다.
도 1은 종래의 연료전지 차량에 적용되는 프리차지 릴레이 시스템 구성을 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 연료전지 차량은 연료전지 스택(10)과 고전압 배터리(50)로부터 전력을 공급받아 구동되는 구동모터(23), 구동모터(23)를 구동시키기 위한 인버터(22) 및 연료전지 스택(10)에 연결된 메인 부하(21) 및 고전압 배터리(50)에 연결된 고전압 부하(61) 등을 포함한다. 본 명세서에서는 메인 부하(21), 인버터(22), 구동모터(23), 고전압부하(61), 고전압 배터리(50) 등을 모두 부하로 총칭한다.
여기서, 고전압 배터리(50)에는 고전압 배터리(50)의 전원이 고전압 부하에 연결되거나 차단되도록 스위칭하는 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly, PRA, 70)를 포함하고, 연료전지 스택(10)의 전원이 메인버스단(20)에 연결되거나 차단되도록 스위칭하는 스택 릴레이 어셈블리(Stack Relay Assembly, SRA, 30)를 포함한다.
파워 릴레이 어셈블리(70)는 고전압 배터리(50)의 양극과 음극에 각각 연결된 두 개의 배터리 메인 릴레이(71, 72)와 양극의 배터리 메인 릴레이(71)를 우회하는 회로(73)에 마련된 프리차지 릴레이(Pre-charge Relay, 74) 및 프리차지 저항(Pre-charge Resistor, 75)를 포함한다. 이러한 파워 릴레이 어셈블리의 배터리 메인 릴레이들(71, 72) 및 프리차지 릴레이(74)는 배터리 제어기(Battery Management System, BMS, 80)에 의해 제어된다.
구체적으로, 고전압 배터리(50)을 컨버터(51)에 전기적으로 연결하려고 할 경우, 음극의 배터리 메인 릴레이(72)와 프리차지 릴레이(74)를 먼저 연결한다. 이에 따라 고전압 배터리(50)로부터 출력된 전류가 고전압 부하(61)로 흐르므로 전류의 크기가 서서히 증가하게 된다. 전류의 크기가 고전압 부하(61)에 충격을 주지 않을 정도로 증가하면 양극의 메인 릴레이(71)를 연결한 후 프리차지 릴레이(74)를 차단시켜 고전압 배터리(50)와 고전압 부하(61)의 전기적 연결을 완료한다.
또한, 스택 릴레이 어셈블리(30)는 두 개의 메인 릴레이(31, 32)를 포함하고, 이러한 스택 릴레이 어셈블리(30)의 메인 릴레이들(31, 32)은 연료전지 제어기(Fuel cell Control Unit, FCU, 40)에 의해 제어된다. 종래의 스택 릴레이 어셈블리(30)에는 프리차지 릴레이를 포함하지 않고, 파워 릴레이 어셈블리(70)의 연결이 완료된 후에 스택 릴레이 어셈블리(30)를 작동시킨다.
이러한 종래의 연료전지 차량에 적용되는 고전압 회로부의 경우에는 스택 릴레이와 파워 릴레이가 서로 상호 보상되도록 제어될 수 없고, 파워 릴레이 어셈블리에 포함된 프리차지 릴레이가 작동된 후 스택 릴레이가 작동될 수 있어 스택의 전원 발생시까지 오랜 시간이 걸리는 문제가 있었다.
도 3은 종래의 연료전지 차량에 적용되는 시동 시퀀스의 순서도이다.
구체적으로 도 3을 참조하면, 종래에는 시동 요청이 있는 경우(S10)에 음극의 배터리 메인 릴레이를 작동시키면서 접지를 통하여 음극의 전위를 0[V]로 만든(S20) 후, 파워 릴레이 어셈블리에 마련된 프리차지 릴레이를 작동하고(S30), 양극의 배터리 메인 릴레이가 작동(S40)하여 고전압 배터리에 의해 구동모터가 작동한(S50) 후에 스택 릴레이 어셈블리에 마련된 스택 메인 릴레이가 작동하여(S60, S70) 시동이 완료되었다(S80). 따라서, 시동이 완료되는데 많은 단계가 순차적으로 진행되어 오랜 시간이 걸리는 문제가 있었다.
또한, 스택 릴레이 어셈블리에는 프리차지 릴레이가 없어 스택에 직접 연결되는 메인 부하에는 고전류가 갑자기 흐르게 되어 돌입 전류로 인한 부품 손상의 위험성이 존재하였다.
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 10-2016-0043829 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 스택 릴레이 어셈블리에 프리차지 릴레이를 마련하고, 이를 파워 릴레이 어셈블리와 연동하도록 구성한 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템은 연료전지 스택에 연결된 메인버스단; 메인버스단에 마련되어 연료전지 스택과 메인버스단에 연결된 부하 사이를 연결하거나 차단하는 적어도 하나 이상의 스택 메인 릴레이; 스택 메인 릴레이 중 어느 하나를 기준으로 일단이 연료전지 스택 측 메인버스단에 연결되고, 타단이 연료전지 스택 반대측 메인버스단에 연결된 스택 프리차지 회로; 및 스택 프리차지 회로에 마련되어 연료전지 스택과 부하가 스택 메인 릴레이를 우회하여 연결되거나 차단되도록 하는 스택 프리차지 릴레이;를 포함한다.
스택 메인 릴레이는 메인버스단의 양극에 마련된 제1 스택 메인 릴레이와 메인버스단의 음극에 마련된 제2 스택 메인 릴레이를 포함하고, 스택 프리차지 회로는 메인버스단의 양극에 연결될 수 있다.
스택 메인 릴레이 및 스택 프리차지 릴레이를 제어하는 연료전지 제어기;를 더 포함하고, 연료전지 제어기는 연료전지 차량의 시동 요구가 있는 경우에 스택 프리차지 릴레이를 On 한 후 스택 메인 릴레이를 On 하도록 스택 메인 릴레이 및 스택 프리차지 릴레이를 제어하되, 스택 프리차지 릴레이에 이상이 감지된 경우에는 스택 메인 릴레이를 On 제어하지 않고 제어를 종료할 수 있다.
부하에는 메인버스단에 컨버터를 통해 연결된 고전압 배터리가 포함되며, 고전압 배터리와 컨버터의 사이에 마련되어 고전압 배터리를 컨버터에 연결하거나 차단하는 하나 이상의 배터리 메인 릴레이;를 더 포함할 수 있다.
배터리 메인 릴레이는 고전압 배터리와 컨버터 사이의 양극 라인에 마련된 제1 배터리 메인 릴레이와 고전압 배터리와 컨버터 사이의 음극 라인에 마련된 제2 배터리 메인 릴레이를 포함할 수 있다.
스택 메인 릴레이는 메인버스단의 양극에 마련된 제1 스택 메인 릴레이와 메인버스단의 음극에 마련된 제2 스택 메인 릴레이를 포함하고, 스택 프리차지 회로는 메인버스단의 양극에 연결될 수 있다.
배터리 메인 릴레이를 제어하는 배터리 제어기;를 더 포함하고, 배터리 제어기는 연료전지 차량의 시동 요구가 있는 경우에 스택 프리차지 릴레이가 On 된 후에 배터리 메인 릴레이를 On 하도록 배터리 메인 릴레이를 제어하되, 스택 프리차지 릴레이에 이상이 감지된 경우에는 배터리 메인 릴레이를 On 제어하지 않고 제어를 종료할 수 있다.
일단은 스택 프리차지 릴레이를 기준으로 연료전지 스택 반대측 스택 프리차지 회로에 연결되고, 타단은 고전압 배터리와 컨버터 사이 라인에서 배터리 메인 릴레이를 기준으로 컨버터 측에 연결된 배터리 프리차지 회로;를 더 포함할 수 있다.
스택 프리차지 회로에서 배터리 프리차지 회로에 연결되는 지점을 기준으로 스택 프리차지 릴레이 측의 스택 프리차지 회로에 마련된 제1 저항; 및 스택 프리차지 회로에서 배터리 프리차지 회로에 연결되는 지점을 기준으로 스택 프리차지 릴레이 반대 측의 스택 프리차지 회로에 마련된 제2 저항;을 더 포함할 수 있다.
제1 저항과 제2 저항은 스택 프리차지 릴레이가 연결된 경우에 고전압 배터리의 전압과 동일한 전압이 제2 저항에 가해지도록 저항값이 설정될 수 있다.
배터리 프리차지 회로에 마련된 제1 저항; 및 배터리 프리차지 회로에 마련된 다이오드;를 더 포함할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템의 제어방법은 연료전지 차량의 시동 요구가 있는 경우, 연료전지 스택을 접지하는 단계; 스택 프리차지 릴레이를 작동하는 단계; 및 스택 메인 릴레이를 작동하는 단계; 포함할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템의 제어방법은 연료전지 차량의 시동 요구가 있는 경우, 제2 스택 메인 릴레이를 작동하는 단계; 스택 프리차지 릴레이를 작동하는 단계; 및 제1 스택 메인 릴레이를 작동하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템의 제어방법은 연료전지 차량의 시동 요구가 있는 경우, 스택을 접지하는 단계; 스택 프리차지 릴레이를 작동하는 단계; 및 스택 메인 릴레이 및 배터리 메인 릴레이를 동시에 작동하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템의 제어방법은 연료전지 차량의 시동 요구가 있는 경우, 제2 스택 메인 릴레이 및 제2 배터리 메인 릴레이를 동시에 작동하는 단계; 스택 프리차지 릴레이를 작동하는 단계; 및 제1 스택 메인 릴레이 및 제1 배터리 메인 릴레이를 작동하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템에 따르면, 스택 릴레이 어셈블리와 파워 릴레이 어셈블리를 연동하여 제어하는 효과를 갖는다.
또한, 돌연 전류의 유입에 따른 메인 부하에 연결된 부품의 손상을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 스택 릴레이와 배터리 릴레이가 동시에 동작하여 시동을 완료하는데 걸리는 시간이 단축되는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 연료전지 차량에 적용되는 프리차지 릴레이 시스템 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템의 구성도이다.
도 3은 종래의 연료전지 차량에 적용되는 시동 시퀀스의 순서도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량에 적용되는 시동 시퀀스의 순서도이다.
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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템은 연료전지 스택(100)에 연결된 메인버스단(200); 메인버스단(200)에 마련되어 연료전지 스택(100)과 메인버스단(200)에 연결된 부하 사이를 연결하거나 차단하는 적어도 하나 이상의 스택 메인 릴레이(310, 320); 스택 메인 릴레이(310, 320) 중 어느 하나(310)를 기준으로 일단이 연료전지 스택(100) 측 메인버스단(200)에 연결되고, 타단이 연료전지 스택(100) 반대측 메인버스단(200)에 연결된 스택 프리차지 회로(330); 및 스택 프리차지 회로(330)에 마련되어 연료전지 스택(100)과 부하가 스택 메인 릴레이(310)를 우회하여 연결되거나 차단되도록 하는 스택 프리차지 릴레이(340);를 포함한다.
스택 릴레이 어셈블리(Stack Relay Assembly, SRA, 300)는 스택 메인 릴레이(310, 320)과 스택 프리차지 회로(330) 및 스택 프리차지 릴레이(340)를 포함한다.
연료전지 스택(100)에서는 수소와 산소의 반응에 의한 직류의 전원이 발생한다. 연료전지 스택(100)에서 발생된 전원은 연료전지 스택(100)에 연결된 메인버스단(200)을 통해서 부하로 전원이 공급될 수 있다.
여기서 부하란 인버터(220)를 통해 연결된 구동모터(230), 메인버스단(200)에 직접 연결된 메인부하(210), 컨버터(510)를 통해 연결된 고전압 배터리(500) 및 고전압 배터리와 컨버터 사이의 라인(600)에 연결된 고전압 부하(610) 등을 모두 포함하는 개념이다.
연료전지 스택(100)과 부하 사이의 메인버스단(200)에는 연료전지 스택(100)과 부하를 연결하거나 차단할 수 있는 적어도 하나 이상의 스택 메인 릴레이(310, 320)가 마련될 수 있다. 구체적으로, 스택 메인 릴레이(310, 320)는 메인버스단(200)의 양극에 마련된 제1 스택 메인 릴레이(310) 및 메인버스단(200)의 음극에 마련된 제2 스택 메인 릴레이(320)를 포함할 수 있다.
스택 메인 릴레이(310, 320) 중 어느 하나(310)를 기준으로 일단이 연료전지 스택(100) 측 메인버스단(200)에 연결되고, 타단이 연료전지 스택(100) 반대측 메인버스단(200)에 연결된 스택 프리차지 회로(330) 및 스택 프리차지 회로(330)에 마련되어 연료전지 스택(100)과 부하가 스택 메인 릴레이(310)를 우회하여 연결되거나 차단되도록 하는 스택 프리차지 릴레이(340)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 스택 프리차지 회로(330)는 메인버스단(200) 상에서 스택 메인 릴레이(310)를 우회하여 연료전지 스택(100)과 부하를 연결하는 회로이고, 스택 프리차지 릴레이(340)는 스택 프리차지 회로(330)를 연결 또는 차단할 수 있도록 마련될 수 있다. 스택 프리차지 회로(330)에는 저항(370, 380)이 마련될 수 있다. 이에 대해서는 아래에서 구체적으로 설명한다.
도 2의 실시예에서는 스택 프리차지 회로(330)가 제1 스택 메인 릴레이(310)를 우회하도록 메인버스단(200)의 양극에 각각 연결되도록 구성되어 있으나, 반대로 제2 스택 메인 릴레이(320)를 우회하여 메인버스단(200)의 음극에 각각 연결되도록 구성할 수도 있다.
스택 메인 릴레이(310, 320) 및 스택 프리차지 릴레이(340)는 연료전지 제어기(Fuel cell Control Unit, FCU, 400)에 의해서 제어될 수 있다. 연료전지 제어기(400)는 연료전지 차량의 시동 요구가 있는 경우, 스택 프리차지 릴레이(340)를 On한 후 스택 메인 릴레이(310, 320)를 On하도록 스택 메인 릴레이(310, 320) 및 스택 프리차지 릴레이(340)를 제어할 수 있다.
구체적으로 본 실시예에 따른 경우에는 제2 스택 메인 릴레이(320)를 먼저 On하도록 제어하고, 스택 프리차지 릴레이(340)를 On한 후 충분한 전류가 흐를 수 있도록 시간이 지난 뒤에 제1 스택 메인 릴레이(310)를 On 시킬 수 있다. 제1 스택 메인 릴레이(310)를 On 시킴과 동시에 또는 그 후에 스택 프리차지 릴레이(340)를 Off 되도록 제어할 수 있다.
스택 프리차지 릴레이(340)에 이상이 감지된 경우에는 연료전지 제어기(400)는 스택 메인 릴레이(310, 320)를 On 제어하지 않고 제어를 종료할 수 있다. 연료전지 제어기(400)는 제어 종료 전에 스택 프리차지 릴레이(340)에 감지된 이상을 운전자에게 경고등, 신호음 등을 통해 이상 감지를 알리도록 제어할 수 있다.
부하에는 메인버스단(200)에 컨버터(510)를 통해 연결된 고전압 배터리(500)가 포함되며, 고전압 배터리(500)와 컨버터(510)의 사이에 마련되어 고전압 배터리(500)를 컨버터(510)에 연결하거나 차단하는 하나 이상의 배터리 메인 릴레이(710, 720);를 포함할 수 있다. 컨버터는 메인버스단(200)에 연결된 연료전지 스택(100)과 고전압 배터리 사이의 전압 차이가 존재하기 때문에 이를 변환해주기 위하여 존재하는 것이다.
파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly, PRA, 700)는 하나 이상의 배터리 메인 릴레이(710, 720)를 포함한다. 구체적으로, 배터리 메인 릴레이(710, 720)는 고전압 배터리와 컨버터 사이의 라인(600)의 양극 라인에 마련된 제1 배터리 메인 릴레이(710)와 고전압 배터리와 컨버터 사이의 라인(600)의 음극 라인에 마련된 제2 배터리 메인 릴레이(720)를 포함할 수 있다.
고전압 배터리와 컨버터 사이의 라인(600)에는 고전압 부하(610)가 연결될 수 있다. 여기서 고전압 부하(610)는 고전압 배터리와 컨버터 사이의 라인(600)에서 배터리 메인 릴레이(710, 720)를 기준으로 컨버터(600) 측에 연결되는 것이 바람직할 것이다.
배터리 메인 릴레이(710, 720)는 배터리 제어기(Battery Management System, BMS, 800)에 의하여 제어될 수 있다. 배터리 제어기(800)는 연료전지 차량의 시동 요구가 있는 경우에 스택 프리차지 릴레이(340)가 On 된 후에 배터리 메인 릴레이(710, 720)를 On 하도록 배터리 메인 릴레이(710, 720)를 제어할 수 있다.
만약, 스택 프리차지 릴레이(340)에 이상이 감지된 경우에는 배터리 제어기(800)는 배터리 메인 릴레이(710, 720)를 On 제어하지 않고 제어를 종료하도록 제어할 수 있다. 배터리 제어기(800)는 제어 종료 전에 스택 프리차지 릴레이(340)에 감지된 이상을 운전자에게 경고등, 신호음 등을 통해 이상 감지를 알리도록 제어할 수 있다.
일단은 스택 프리차지 릴레이(340)를 기준으로 연료전지 스택(100) 반대측 스택 프리차지 회로(330)에 연결되고, 타단은 고전압 배터리와 컨버터 사이의 라인(600)에서 배터리 메인 릴레이(710, 720)를 기준으로 컨버터(510) 측에 연결된 배터리 프리차지 회로(350);를 더 포함할 수 있다.
배터리 프리차지 회로(350)는 스택 프리차지 제어가 배터리 프리차지와 연동되도록 하기 위하여 구성된 것이다. 구체적으로, 스택 프리차지 회로(330)가 메인버스단(200)의 양극에 연결된 경우 배터리 프리차지 회로(350)도 고전압 배터리와 컨버터 사이의 라인(600)의 양극 라인에 연결될 수 있다.
반대로, 스택 프리차지 회로가 메인버스단의 음극에 연결된 경우에는 배터리 프리차지 회로도 고전압 배터리와 컨버터 사이의 음극 라인에 연결될 수도 있다.
스택 프리차지 회로(350)에는 제1 저항(370)과 제2 저항(380)이 마련될 수 있다. 제1 저항(370)은 스택 프리차지 회로(350)에서 배터리 프리차지 회로(350)에 연결되는 지점을 기준으로 스택 프리차지 릴레이(340) 측의 스택 프리차지 회로(330)에 마련될 수 있고, 제2 저항(380)은 스택 프리차지 회로(330)에서 배터리 프리차지 회로(350)에 연결되는 지점을 기준으로 스택 프리차지 릴레이(340) 반대 측의 스택 프리차지 회로(330)에 마련될 수 있다.
여기서, 제1 저항(370)과 제2 저항(380)은 스택 프리차지 릴레이(340)가 연결된 경우에 고전압 배터리(500)의 전압과 동일한 전압이 제2 저항(380)에 가해지도록 저항값이 설정될 수 있다.
예를 들어 설명하면, 연료전지 스택(100)의 전압은 450[V], 고전압 배터리(500)의 전압은 250[V]로 정해질 수 있는데, 제1 저항(370)과 제2 저항(380)의 저항값은 제2 저항(380) 양단의 전위차가 고전압 배터리(500)의 전압과 동일한 250[V]가 되도록 정해질 수 있다. 제3 저항(360)의 저항값에도 영향을 받을 수 있지만 그 영향은 크지 않을 것이므로, 제1 저항(370) 및 제2 저항(380)의 저항값을 설정함에 따라서 제2 저항(380)의 양단 전위차가 고전압 배터리(500)의 전압과 동일하도록 할 수 있다.
배터리 프리차지 회로(350)에는 제3 저항(360) 및 다이오드(390)가 더 마련될 수 있다. 배터리 프리차지 회로(350)의 제3 저항(360)의 크기에 따라 배터리 프리차지 회로(350)로 흐르는 전류의 양이 달라질 수 있다. 제3 저항(360) 및 다이오드(390)의 구성에 따라 배터리 프리차지 회로(350)에는 역전압에 의하여 역전류가 흐르지 않도록 방지될 수 있다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량에 적용되는 시동 시퀀스의 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
연료전지 차량의 시동 요구가 있는 경우(S100), 연료전지 스택을 접지하는 단계(S200); 스택 프리차지 릴레이를 작동하는 단계(S300); 및 스택 메인 릴레이를 작동하는 단계(S400);를 포함하여 연료전지 차량의 시동을 완료(S500)할 수 있다.
연료전지 차량의 시동 요구가 있는 경우(S100) 연료전지 스택을 접지하여 음극 전위를 0[V]로 만들 수 있다(S200). 연료전지 차량의 시동 요구가 있는 경우에 메인버스단의 음극 측이 접지되도록 연결할 수 있다. 구체적으로는 메인버스단의 음극 측에 마련된 스택 메인 릴레이의 연결을 통해 메인버스단의 음극 측이 접지되도록 연결할 수 있는 것이다.
그 후 스택 프리차지 릴레이가 On 되도록 작동(S300)하여 충분한 전류가 흐르도록 시간이 지난 후에 스택 메인 릴레이를 On 되도록 작동(S400)하여 연료전지 차량의 시동을 완료할 수 있다. 스택 프리차지 릴레이 작동 후 스택 메인 릴레이를 작동할 때 배터리 메인 릴레이도 동시에 작동시킬 수 있다(S200).
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템의 스택 메인 릴레이는 메인버스단의 양극에 마련된 제1 스택 메인 릴레이와 메인버스단의 음극에 마련된 제2 스택 메인 릴레이를 포함하고, 스택 프리차지 회로는 메인버스단의 양극에 연결되며, 배터리 메인 릴레이는 고전압 배터리와 컨버터 사이의 양극 라인에 마련된 제1 배터리 메인 릴레이와 고전압 배터리와 컨버터 사이의 음극 라인에 마련된 제2 배터리 메인 릴레이를 포함하는 경우에는, 연료전지 차량의 시동 요구가 있는 경우(S100)에 제2 스택 메인 릴레이를 작동하여 연료전지 스택의 음극이 접지되도록 연결한다(S200). 그 후 스택 프리차지 릴레이가 On 되도록 작동(S300)하고 충분한 시간이 지난 후에 제1 스택 메인 릴레이가 On 되도록 작동(S400)하여 연료전지 차량의 시동을 완료(S500)할 수 있다.
제2 스택 메인 릴레이를 작동하면서 제2 배터리 메인 릴레이를 동시에 작동시키고(S200), 제1 스택 메인 릴레이를 작동하면서 제1 배터리 메인 릴레이를 동시에 작동시킬 수 있다(S400).
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 : 연료전지 스택 20 : 메인버스단
30 : 스택 릴레이 어셈블리 40 : 연료전지 제어기
50 : 고전압 배터리 60 : 고전압 배터리와 컨버터 사이의 라인
70 : 파워 릴레이 어셈블리 80 : 배터리 제어기
100 : 연료전지 스택 200 : 메인버스단
300 : 스택 릴레이 어셈블리 400 : 연료전지 제어기
500 : 고전압 배터리 600 : 고전압 배터리와 컨버터 사이의 라인
700 : 파워 릴레이 어셈블리 800 : 배터리 제어기

Claims (15)

  1. 연료전지 스택에 연결된 메인버스단;
    메인버스단에 마련되어 연료전지 스택과 메인버스단에 연결된 부하 사이를 연결하거나 차단하는 적어도 하나 이상의 스택 메인 릴레이;
    스택 메인 릴레이 중 어느 하나를 기준으로 일단이 연료전지 스택 측 메인버스단에 연결되고, 타단이 연료전지 스택 반대측 메인버스단에 연결된 스택 프리차지 회로; 및
    스택 프리차지 회로에 마련되어 연료전지 스택과 부하가 스택 메인 릴레이를 우회하여 연결되거나 차단되도록 하는 스택 프리차지 릴레이;
    메인버스단에는 컨버터를 통해 고전압 배터리가 연결되고, 고전압 배터리와 컨버터의 사이에 마련되어 고전압 배터리를 컨버터에 연결하거나 차단하는 하나 이상의 배터리 메인 릴레이; 및
    일단은 스택 프리차지 릴레이를 기준으로 연료전지 스택 반대측 스택 프리차지 회로에 연결되고, 타단은 고전압 배터리와 컨버터 사이 라인에서 배터리 메인 릴레이를 기준으로 컨버터 측에 연결된 배터리 프리차지 회로;를 포함하는 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    스택 메인 릴레이는 메인버스단의 양극에 마련된 제1 스택 메인 릴레이와 메인버스단의 음극에 마련된 제2 스택 메인 릴레이를 포함하고,
    스택 프리차지 회로는 메인버스단의 양극에 연결된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    스택 메인 릴레이 및 스택 프리차지 릴레이를 제어하는 연료전지 제어기;를 더 포함하고,
    연료전지 제어기는 연료전지 차량의 시동 요구가 있는 경우에 스택 프리차지 릴레이를 On 한 후 스택 메인 릴레이를 On 하도록 스택 메인 릴레이 및 스택 프리차지 릴레이를 제어하되, 스택 프리차지 릴레이에 이상이 감지된 경우에는 스택 메인 릴레이를 On 제어하지 않고 제어를 종료하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    배터리 메인 릴레이는 고전압 배터리와 컨버터 사이의 양극 라인에 마련된 제1 배터리 메인 릴레이와 고전압 배터리와 컨버터 사이의 음극 라인에 마련된 제2 배터리 메인 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    스택 메인 릴레이는 메인버스단의 양극에 마련된 제1 스택 메인 릴레이와 메인버스단의 음극에 마련된 제2 스택 메인 릴레이를 포함하고,
    스택 프리차지 회로는 메인버스단의 양극에 연결된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    배터리 메인 릴레이를 제어하는 배터리 제어기;를 더 포함하고,
    배터리 제어기는 연료전지 차량의 시동 요구가 있는 경우에 스택 프리차지 릴레이가 On 된 후에 배터리 메인 릴레이를 On 하도록 배터리 메인 릴레이를 제어하되, 스택 프리차지 릴레이에 이상이 감지된 경우에는 배터리 메인 릴레이를 On 제어하지 않고 제어를 종료하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템.
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    스택 프리차지 회로에서 배터리 프리차지 회로에 연결되는 지점을 기준으로 스택 프리차지 릴레이 측의 스택 프리차지 회로에 마련된 제1 저항; 및
    스택 프리차지 회로에서 배터리 프리차지 회로에 연결되는 지점을 기준으로 스택 프리차지 릴레이 반대 측의 스택 프리차지 회로에 마련된 제2 저항;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제1 저항과 제2 저항은 스택 프리차지 릴레이가 연결된 경우에 고전압 배터리의 전압과 동일한 전압이 제2 저항에 가해지도록 저항값이 설정된 것을 특징으로 하는 차량의 프리차지 릴레이 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    배터리 프리차지 회로에 마련된 제3 저항; 및
    배터리 프리차지 회로에 마련된 다이오드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템.
  12. 청구항 1의 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    연료전지 차량의 시동 요구가 있는 경우, 연료전지 스택을 접지하는 단계;
    스택 프리차지 릴레이를 작동하는 단계; 및
    스택 메인 릴레이를 작동하는 단계;를 포함하는 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템의 제어방법.
  13. 청구항 2의 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    연료전지 차량의 시동 요구가 있는 경우, 제2 스택 메인 릴레이를 작동하는 단계;
    스택 프리차지 릴레이를 작동하는 단계; 및
    제1 스택 메인 릴레이를 작동하는 단계;를 포함하는 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템의 제어방법.
  14. 청구항 1의 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    연료전지 차량의 시동 요구가 있는 경우, 스택을 접지하는 단계;
    스택 프리차지 릴레이를 작동하는 단계; 및
    스택 메인 릴레이 및 배터리 메인 릴레이를 동시에 작동하는 단계;를 포함하는 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템의 제어방법.
  15. 청구항 6의 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    연료전지 차량의 시동 요구가 있는 경우, 제2 스택 메인 릴레이 및 제2 배터리 메인 릴레이를 동시에 작동하는 단계;
    스택 프리차지 릴레이를 작동하는 단계; 및
    제1 스택 메인 릴레이 및 제1 배터리 메인 릴레이를 작동하는 단계;를 포함하는 연료전지 차량의 프리차지 릴레이 시스템의 제어방법.
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