KR20080053956A - 축전 장치 및 전압 컨버터를 구비한 연료 전지 시스템 - Google Patents

축전 장치 및 전압 컨버터를 구비한 연료 전지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일시적인 이상이 전압 컨버터에 발생하는 경우에, 전압 컨버터의 복귀를 모색하고, 구동력의 부족을 최소화한다. 전압 컨버터(14)가 배치되는 축전 장치(15)를 포함하는 연료 전지 시스템(1)에 있어서, 이상이 전압 컨버터(14)에서 발생하는 경우, 전압 컨버터(14)는 일단 정지되고, 전압 컨버터(14)가 정지된 후에 전압 컨버터(14)를 정상 상태로 복귀시키도록 시도되고, 그리고 전압 컨버터(14)가 정상 상태로 복귀할 때까지 사이에 적어도 연료 전지(2)에 구동력이 발생된다. 전압 컨버터(14)가 정상 상태로 복귀하는 경우에 발생될 수 있는 전력의 상한은, 이상의 발생 이전에 얻은 전력의 상한보다 더 낮은 값으로 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 전압 컨버터(14)가 정상 상태로 복귀하는 경우에, 제한이 단계적으로 해제되는 것이 바람직하다.

Description

축전 장치 및 전압 컨버터를 구비한 연료 전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM WITH ELECTRIC STORAGE DEVICE AND VOLTAGE CONVERTER}
본 발명은 연료 전지 시스템 및 그것의 제어 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 어떤 이상이 연료 전지 시스템의 전압 컨버터에서 발생하는 경우에 있어서 제어 방법의 개선에 관한 것이다.
배터리 및 연료 전지가 전압 컨버터를 매개로 하여 서로 병렬로 연결되고, 전압 컨버터 및 배터리 사이의 연결을 만들기 위해 연료 전지의 보조 장치가 배치되고, 그로 인해 연료 전지는 전압 컨버터에서 이상이 발생하는 경우조차도 보조 장치를 구동함으로써 구동될 수 있는 연료 전지 시스템이 있다(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 No. 2002-118981 참조).
그러나, 전압 컨버터가 비정상적으로 기능하는 경우에 있어서, 비록 이상이 일시적이고, 그러므로 정상 상태로의 복귀 가능성이 있을지라도, 만약 연료 전지의 구동에 의존할 수밖에 없다면 구동력은 부족해진다.
그러므로 본 발명의 목적은 일시적인 전압 컨버터에서 이상이 발생하는 경우에 전압 컨버터의 복귀를 모색하고, 그리고 구동력의 부족을 최소로 하는 연료 전지 시스템, 및 연료 전지 시스템의 제어 방법을 제공하는 것이다.
상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 발명자들은 다양한 연구를 수행해 왔다. 현재의 이동체(예컨대, 연료 전지 하이브리드 차량)에서는, 차량은 이상(결함(fail))이 전압 컨버터에서 발생하는 경우 즉시 정지된다. 그러나, 대부분의 경우에, 이러한 결함은 실제로 일시적이고, 그러므로 복귀 가능성이 있는 경우가 일반적이나, 예를 들어 연료 전지가 설치되는 이동체(차량 등)는 일반적으로 정지된다. 이러한 점을 고려하여, 정상 상태로 복귀하기 위해 이동체로 하여금 주행을 계속하게 하는 것이 때때로 유리하다. 본 발명의 발명자들은 이 점에 근거하여 그 이상의 연구를 수행하여 왔고, 이러한 문제를 해결할 수 있는 기술을 발견하였다.
본 발명은 이러한 발견에 근거하고 있고, 그리고 본 발명은 축전 장치 및 연료 전지가 전압 컨버터를 매개로 하여 서로 병렬로 연결되는 연료 전지 시스템이고, 연료 전지 시스템은: 전압 컨버터에서 이상이 발생하는 경우 전압 컨버터를 정지시키기 위한 수단; 전압 컨버터가 정지된 후에 전압 컨버터를 정상 상태로 복귀시키도록 시도하기 위한 수단; 및 전압 컨버터가 정상 상태로 복귀할 때까지 사이에 적어도 연료 전지에 구동력을 발생시키기 위한 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 제어 방법에 있어서, 축전 장치 및 연료 전지가 전압 컨버터를 매개로 하여 서로 병렬로 연결되는 연료 전지 시스템에서, 전압 컨버터에서 이상이 발생하는 경우, 전압 컨버터는 정지되고, 전압 컨버터가 정지된 후에 전압 컨버터를 정상 상태로 복귀시키도록 시도되고, 그리고 전압 컨버터가 정상 상태로 복귀할 때까지 사이에 적어도 연료 전지에 구동력이 발생된다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템 및 그것의 제어 장치에 있어서, 전압 컨버터(예를 들어, 고전압 컨버터)에 이상이 발생하는 경우, 전체 시스템이 즉시 정지되지는 않고, 정상 상태로의 복귀가 가능한지 아닌지에 관하여 결정되어, 그로 인해 복귀의 가능성이 모색된다. 구체적으로, 우선 전압 컨버터가 일시적으로 정지된 상태(동작 중단)로부터 복귀하는지 여부에 관하여 결정되고, 그리고 만약 가능하다면, 전압 컨버터는 정상 상태로 복귀하도록 야기된다. 더욱이, 목표 전압 컨버터가 정상 상태로 복귀할 때까지 사이에 일시적으로 동작 중단되는 기간 동안, 구동력은 연료 전지에 계속하여 발생되어, 그로 인해 시스템의 구동력이 부족해지는 것이 방지된다.
적어도 전압 컨버터가 정상 상태로 복귀하기를 개시할 때까지 사이에, 전압 컨버터를 통과할 수 있는 전력 값에 대한 제한이 설정되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 아마도 비록 전압 컨버터가 정상 상태로 복귀할 수 있는 상태가 되더라도, 전압 컨버터를 통과할 수 있는 전력(또는 변환 가능한 전력)은 제한된 채로 유지된다.
또한, 전압 컨버터가 정상 상태로 복귀하는 경우에 발생될 수 있는 전력의 상한이 이상이 발생하기 전에 발생되는 전력의 상한보다 더 낮은 값으로 설정되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 전압 컨버터가 일시적인 이상 상태로부터 정상 상태로 복귀하는 경우 얻어지는 출력의 변동을 방지하는 것이 가능하다.
더욱이, 전압 컨버터가 정상 상태로 복귀하도록 야기되는 경우 제한이 단계적으로 해제되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 연료 전지 시스템이 연료 전지 하이브리드 차량과 같은 이동체에 탑재되는 경우, 제한을 단계적으로 해제함으로써 쇼크(shock) 또는 진동의 발생이 방지될 수 있다.
전압 컨버터가 이상 상태에 있는 경우, 연료 전지의 출력은 연료 전지의 출력의 요구에 응답하여, 전압 컨버터가 정상 상태에 있는 경우에 실행되는 작동과는 다른 작동을 실행함으로써 얻어진다. 이러한 경우, 정상 상태 동안의 작동과는 다른 작동은 예컨대, 화학량론(stoichiometry)의 변경을 포함한다.
본 발명에 따른 연료 시스템은 상술된 제어 방법을 수행하기 위한 제어 장치를 포함한다.
본 발명에 따르면, 일시적인 이상이 전압 컨버터에 발생하는 경우조차도, 일시적인 이상의 발생 후에 복귀가 모색되기 때문에 구동력의 부족이 최소화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 개략적인 구성을 도시하며;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어의 내용을 도시하는 플로우차트이며;
도 3은 연료 전지 시스템에서 전력의 변화의 예를 도시하는 그래프이며;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에서 제어의 내용을 도시하는 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 구성이 도면에 도시되는 실시예들의 예를 기초로 하여 상세하게 설명된다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 실시예를 도시한다. 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(1)은 전압 컨버터(14)를 매개로 하여 서로 병렬로 연결되는 축전 장치(15) 및 연료 전지(2)를 그 가운데에 가지고, 그리고 전압 컨버터(14)에 이상이 발생하는 경우 전압 컨버터(14)를 정지시키기 위한 수단, 전압 컨버터(14)가 정지된 후에 전압 컨버터(14)를 정상 상태로 복귀시키도록 시도하기 위한 수단, 및 전압 컨버터(14)가 정상 상태로 복귀할 때까지 사이에 적어도 연료 전지(2)에 구동력을 발생시키기 위한 수단을 포함한다. 이하, 우선 연료 전지 시스템(1)의 개요가 설명되고, 그 후에, 이상의 발생시에 연료 전지 시스템(1)의 제어 방법의 내용이 설명된다(도 1 내지 도 3 참조).
도 1은 본 실시예에 따른 연료 전지 시스템(1)의 개략적인 구성을 도시한다. 본 실시예에 도해되는 연료 전지 시스템(1)은 예를 들어, 연료 전지 하이브리드 차량(FCHV)을 위한 온-보드(on-board) 전력 발생 시스템으로서 사용될 수 있다. 그러나, 연료 전지 시스템(1)의 적용은 제한되지 않으며, 따라서 연료 전지 시스템(1)이 다양한 이동체(예를 들어, 선박, 비행기 등), 로봇, 및 다른 자체 추진의 기계에 탑재되는 전력 발생 시스템 등으로서 사용될 수 있다는 것은 당연하다. 도시되지 않은 연료 전지 스택은 복수의 싱글 전지를 직렬로 적층함으로서 형성되는 스택 구조를 가지고, 예를 들어, 고분자 전해질 연료 전지 등으로 구성된다.
연료 전지(2)를 위한 산화 가스 공급 시스템은 공기 압축기(5), 인터쿨러 (3), 및 인터쿨러 냉각수 펌프(4)를 포함한다(도 1 참조). 공기 압축기(5)는 도시되지 않은 공기 필터를 매개로 하여 바깥쪽으로부터 유입되는 공기를 압축한다. 인 터쿨러(3)는 압축되고 가열된 공기를 냉각한다. 인터쿨러 냉각수 펌프(4)는 인터쿨러(3)를 냉각하기 위한 냉각수를 순환시킨다. 공기 압축기(5)에 의해 압축되는 공기는 상술된 바와 같이, 인터쿨러(3)에 의해 냉각되고, 그 후에 가습기(17)를 통과하고, 그리고 나서 연료 전지(2)의 캐소드(cathode)(공기 전극)에 공급된다. 연료 전지(2)의 전지 반응에 사용된 후에 얻어지는 산화 오프-가스(off-gas)는 캐소드 오프-가스 유로(16)를 흐르고 시스템의 바깥쪽으로 배기된다. 산화 오프-가스는, 연료 전지(2)의 전지 반응으로부터 발생되는 수분을 포함하기 때문에 고습한 상태에 있다. 그러므로, 가습기(17)는 연료 전지(2)에 공급되는 산화 가스를 적절하게 가습하기 위해, 공급되기 전의 저습한 상태의 산화 가스와 캐소드 오프-가스 유로(16)를 흐르는 고습한 상태의 산화 오프-가스 사이의 수분을 교환하도록 사용된다.
연료 전지(2)를 위한 수소 가스 공급 시스템은 연료로서 수소를 연료 전지(2)에 공급하기 위한 시스템으로서 구성된다. 예를 들어, 본 실시예의 경우에서, 복수(예를 들어, 4개)의 고-압력 수소 탱크(도시안됨)가 수소 공급원으로서 병렬로 배치되고, 그리고 수소는 수소 가스 공급로(23)를 통하여 연료 전지(2)의 애노드 (anode)(연료 전극)에 인도된다.
연료 전지(2)의 냉각수(LLC)를 위한 포트(port)에는 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수관(11)이 제공된다. 냉각수관(11)에는 냉각수를 보내는 워터 펌프(10) 및 공급되는 냉각수의 양을 조절하기 위한 유로 스위칭 밸브(12)가 포함된다.
연료 전지(2)에서 발생되는 DC 전력의 일부는 전압 컨버터(고전압 컨버 터)(14)에 의해 감압되고 그리고 고전압 축전 장치로서 기능하는 2차 전지(이하, "고전압 배터리"로 지칭되고, 참조 부호 15로 나타냄)에 충전된다. 모터 인버터(트랙션 인버터)(7)는 연료 전지(2)로부터 공급되는 DC 전력을 AC 전력으로 변환하고 그리고 AC 전력을 트랙션 모터(8)에 공급한다. 또한, 워터 펌프 인버터(9)는 연료 전지(2)로부터 공급되는 DC 전력을 AC 전력으로 변환하고 그리고 AC 전력을 워터 펌프(10)에 공급한다. 더욱이, 공기 압축기 구동 인버터(6)는 연료 전지(2)로부터 공급되는 DC 전력을 AC 전력으로 변환하고 그리고 AC 전력을 공기 압축기(5)에 공급한다.
제어 장치(13)는 예를 들어, 만약 연료 전지 하이브리드 차량에 설치되어 있다면, 가속 어퍼쳐(aperture), 차량 속도 등에 근거하여 시스템 요구 전력(차량 주행 전력 및 보조 장치 전력의 합계)을 얻고, 연료 전지(2)가 목표 전력과 대응하도록 시스템을 조절하기 위한 장치이다. 구체적으로, 제어 장치(13)는 인버터(6)를 구동하는 공기 압축기를 제어함으로써 공기 압축기(5)를 구동하는 모터(도시안됨)의 회전 속도 및 산화 가스의 공급되는 양을 조절한다. 더욱이, 제어 장치(13)는 인터쿨러 냉각수 펌프(4)를 제어함으로써 압축된 공기의 온도를 조절한다. 또한, 제어 장치(13)는 트랙션 모터(8)의 회전 속도를 조절하기 위해 모터 인버터(7)를 제어하고, 워터 펌프(10)를 조절하기 위해 워터 펌프 인버터(9)를 제어한다. 그에 더하여, 제어 장치(13)는 연료 전지(2)의 작동 포인트(출력 전압, 출력 전류)를 조절하기 위해 전압 컨버터(14)를 제어하고, 그리고 연료 전지(2)의 출력 전력이 목표 전력과 대응하도록 조정을 실행한다.
더 나아가, 또한 본 실시예의 제어 장치(13)는 전압 컨버터(14)에 이상이 발생하는 경우 전압 컨버터(14)를 정지시키기 위한 수단, 전압 컨버터(14)가 정지된 후에 전압 컨버터(14)를 정상 상태로 복귀시키도록 시도하기 위한 수단, 및 전압 컨버터(14)가 정상 상태로 복귀할 때까지 사이에 적어도 연료 전지(2)에 구동력을 발생시키기 위한 수단으로서 기능한다. 이들 기능들은 예를 들어, 제어 장치(13) 내의 연산 처리 유닛에 저장되는 프로그램에 의해 실현된다.
다음에, 본 발명의 실시예가 아래에서 설명된다. 본 실시예에서, 연료 전지 시스템(1)의 전압 컨버터(14)에 이상 또는 의외의 사건이 발생하는 경우, 기결정된 처리가 수행되고, 만약 가능하다면, 전압 컨버터(14)로 하여금 복귀하도록 하는 정상 복귀가 모색된다. 또한, 본 명세서에 있어서 전압 컨버터(14)에 발생하는 이상 또는 의외의 사건은 "결함"으로 불리는 점에 주의해야 한다. 여기에서 서술되는 "결함"은 전압 컨버터가 적어도 바랐던 작동이 수행될 수 없는 상태에 일시적으로 또는 계속적으로 빠지는 것을 의미한다.
이하, 구체적인 예가 설명된다(도 2 및 도 3 참조). 여기에서, 고전압 컨버터(이하, "전압 컨버터"로 지칭되고, 참조 부호 14로 나타냄)가 전압 컨버터(14)의 일례로서 도시되고, 그리고 결함이 전압 컨버터(14)에서 발생하는 경우가 설명된다.
우선, 결함이 발생하는 경우 전압 컨버터를 정상 상태로 복귀시키기 위하여 제어가 개시된다(단계 S1). 이 단계는 예를 들어, 연료 전지 하이브리드 차량 등과 같은 이동체의 경우에 있어서, 언제라도 결함이 발생하는 경우 정상 복귀 작동이 시도될 수 있도록, 연료 전지 시스템(1)의 IG(이그니션) 장치가 활성화되고 그리고 동시에 정상 복귀 제어가 개시된다는 점에서 바람직하다.
여기에서, 결함이 전압 컨버터(14)에서 발생하는 경우(단계 S2), 전압 컨버터(14)는 일단 정지되고 그 후에 동작 중단된다(단계 S3). 예를 들어, 도 3에서, 만약 결함이 시간 t1에 전압 컨버터(14)에서 발생한다면, 전압 컨버터(14)는 일시적으로 정지된 상태로 된다. 그러나, 이 경우에 연료 전지(2) 자체는 정지되지 않고, 연료 전지 시스템(1)의 작동은 연료 전지(2)에 의해 발생되는 전력에 의해서 계속된다(본 명세서에 있어서, 편의상 이 상태는 "연료 전지(2)에 의해 실행되는 드리프팅(drifting) 작동" 또는 간단히 "드리프팅 작동"이라 지칭됨). 연료 전지 시스템(1)에 공급될 수 있는 전력을 고려하는 경우, 시간 t1까지는 연료 전지(2)에 의해 발생되는 전력 및 고전압 배터리(2차 전지)로부터 공급될 수 있는 전력의 합계가 공급될 수 있는 상태가, 결함의 발생(시간 t1)에 기인하여 전압 컨버터(14)가 일시적으로 동작 중단되는 상태로 변경된다. 따라서, 연료 전지(2)의 전력만이 공급될 수 있는 상태가 된다(도 3 참조). 본 실시예의 연료 전지 하이브리드 차량의 경우에서, 트랙션 모터(8)는 연료 전지(2)에 의해 실행되는 이 드리프팅 작동에 의하여 계속해서 구동된다.
또한, 이 드리프팅 작동 동안에, 작동이 공기 화학량론이 증가되는 상태에서 실행되는 것이 바람직하다. 공급되는 연료 가스의 양이 결함의 발생 시점의 양보다 더 많아지도록 증가시킴으로써(수소 린(lean) 가스 → 수소 리치(rich) 가스), 연료 전지(2)의 전지 전압이 저하되는 것이 방지될 수 있다. 공기 화학량론(또한 "공 기 화학량론비"로 지칭됨)은 과잉 산소율을 의미하고, 그리고 그것은 반응되기 위해 요구되는 적절한 산소의 양에 대하여 공급되는 산소의 양 사이의 비율을 나타낸다.
더욱이, 본 발명에 있어서, 전압 컨버터(14)를 통과하는 전력은 제한된다(단계 S4). 이러한 경우, 전압 컨버터(14)는 일시적으로 정지된 상태에 있고, 그리고 제어가 추가되어, 전압 컨버터(14)를 통과할 수 있는 전력이 미리 제한된다. 그러므로, 비록 전압 컨버터(14)의 정지된 상태가 해제되더라도, 그것을 통해서 지나갈 수 있는 전력은 제한된 채로 유지된다. 이러한 통과 전력의 제한(단계 S4)은 예를 들어, 제어 장치(13)를 연산을 제한하는 데 사용함으로써 수행될 수 있다. 본 실시예에서는, 전압 컨버터(14)가 동작 중단된 후에 통과 전력이 즉시 제한되지만(단계 S3, 단계 S4), 제한을 제공하는 타이밍은 이 방식에 제한되지 않고, 따라서, 적어도 동작 중단이 해제되기 전까지 제한을 제공하는 것이 단지 필요하다는 점에 주의해야 한다.
또한, 상술된 전력 제한의 설명이 아래에 제공된다. 구체적으로, 일반적으로 연료 전지(2) 및 트랙션 모터(8)(또는 모터 인버터(7)) 사이의 전압 또는 전류는 제어 장치(13)에 의해 능동적으로 제어되지만, 그러나 본 실시예와 같이 결함이 발생하는 경우, 전력 발생측 및 전력 소비측 사이의 밸런스(balance)에 따라서 전압 또는 전류의 값이 수동적으로 결정되는 경우가 있다. 이러한 환경하에서 전력의 변동을 방지하려는 관점에서, 전압 컨버터(14)를 복귀시키는 경우, 지령 값은 수동적으로 결정된 값 또는 그것에 근접한 값으로 설정되는 것이 바람직하다. 복귀 시간 (시간 t2)에 전압 지령으로서, 드리프팅 작동 동안 전압 지령값을 임계치로서 설정하는 것이 시스템의 입장에서 보면 가장 바람직하다.
전압 컨버터(14)의 복귀 후의 전력 상한은 결함의 발생 이전의 값에 특정한 비율을 곱함으로써 결함의 발생 이전의 값보다 더 낮은 값으로 설정되는 것이 바람직하다. 따라서, 전압 컨버터(14)가 일시적인 결함 상태로부터 복귀하는 경우에 발생하는 전력 변동을 방지하는 것이 가능하다. 예를 들어, 본 실시예에 있어서, 복귀 후의 전력 상한은, 결함의 발생 이전에 얻은 전력 상한과 비교했을 때, ΔP만큼 더 낮다(예를 들어, 결함의 발생 전의 BAT 전력의 약 20% 정도)(단계 S3).
다음에, 상술된 드리프팅 작동이 수행되고, 그 후에 전압 컨버터(14)가 정상 상태로 복귀되는지 여부가 결정된다(단계 S5). 전압 컨버터(14)가 정상 상태로 복귀하는 경우, 단계는 단계 S7로 진행한다(도 2 참조). 반면에, 만약 전압 컨버터(14)가 정상 상태로 복귀하지 않으면(단계 S5에서 NO), 전압 컨버터(14)에서 발생된 결함이 일정 시간의 기간 동안 계속되는지 여부가 결정된다(단계 S6). 만약 결함이 계속되지 않으면(바꾸어 말하면, 만약 결함이 발생한 이후 일정 시간의 기간이 아직 경과되지 않으면), 단계는 단계 S5로 되돌아가고, 그리고 전압 컨버터(14)가 정상 상태로 복귀되었는지 여부에 관한 결정이 다시 이루어진다. 그동안, 만약 결함이 일정 시간의 기간 동안 계속된다면, 이 결함은 일시적이지 않다고 결정되며, 그리고 연료 전지 시스템(1)은 정지된다(단계 S13). 본 실시예에 있어서, 연료 전지 시스템(1)은 단계 S13에서 정지되지만, 그러나 이 단계는 단지 일례에 불과하고, 따라서 연료 전지(2)에 의해 실행되는 드리프팅 작동이 계속될 수도 있 다는 점에 주의해야 한다.
전압 컨버터(14)가 정상 상태로 복귀하는 경우, 동작 중단이 단계 S7에서 해제된다. 여기에서, 전압 컨버터(14)는 그것의 정지된 상태를 해제함으로써 구동될 수 있다(단계 S7). 또한, 공기 화학량론이 드리프팅 작동에 따라서 바뀌게 되는 경우, 전압 컨버터(14)는 원래의 상태로 되돌려진다.
더욱이, 동작 중단의 해제에 이어서(단계 S7), 전압 컨버터(14)에 대한 전력 제한이 해제된다(단계 S8). 이러한 경우에, 전력 제한의 해제는 도 2에 도시되는 바와 같이 단계적으로 실행되는 것이 바람직하다. 만약 제한된 전력이 순간적으로 복귀한다면, 결과적으로 트랙션 모터(8)의 구동력이 증가하고, 그리고 환경에 따라서는 연료 전지 하이브리드 차량에서 진동 또는 쇼크(shock)가 발생하고, 그리고 탑승자의 승차감 및 운전능력을 손상시킨다. 그러나, 본 실시예에 기술된 바와 같이 해제를 단계적으로 실행함으로써, 이러한 상황은 회피될 수 있으며, 결함의 발생에 기인하여 야기되는 작동의 갑작스러운 변화 역시 회피될 수 있다. 도 2는 전력 제한이 시간 t2 이후에 단계적으로 해제되는 경우를 도시하지만, 그러나 이 처리는 단지 일례에 불과하고, 따라서 해제는 예를 들어, 직선 또는 구부러진 상향 슬로프(slope)를 도시하도록 비계단식(non-stepwise)으로 실행될 수도 있다는 점에 주의해야 한다. 요점은 만약 전력을 순간적이 아닌 점진적으로 복귀함으로써 갑작스러운 변화가 방지될 수 있다면, 승차감 등이 반드시 손상되지는 않는다는 것이다.
또한, 본 실시예에서는, 상술된 바와 같이 동작 중단을 해제하면서, 결함이 다시 발생하지 않는지 여부가 결정된다(단계 S9). 결함이 다시 발생하는 경우, 단계는 단계 S11로 진행한다(도 2 참조). 만약 결함이 발생하지 않으면, 전력 제한이 완전히 해제되는지 여부가 결정되고(단계 S10), 그리고 만약 해제가 완료되지 않으면, 처리는 제한을 더욱 해제하기 위해 단계 S8로 되돌아간다.
다른 한편으로는, 만약 단계 S10에서 전력 제한이 완전히 해제된다고 결정된다면(단계 S10에서 YES), 결함의 발생에 대한 일련의 처리는 종료된다(단계 S12). 구체적으로, 시간 t2 이후의 전력 제한의 단계적인 해제의 결과로서, 전력이 상한(여기에서 상한은 결함의 발생 이전에 얻은 값보다 ΔP만큼 더 낮은 값으로 설정됨)에 도달하는 경우, 제한은 완전히 해제되고, 그리고 전압 컨버터(14)가 정상 상태로 복귀되었다고 결정될 수 있다.
상술된 본 실시예의 제어 방법에 따르면, 예를 들어, 전압 컨버터(14)와 같은 일시적인 전압 컨버터에서 이상이 발생하는 경우, 정상 복귀의 가능성이 모색되고, 그리고 만약 가능하다면 전압 컨버터는 복귀될 수 있다. 이러한 방식에 따르면, 일시적인 이상이 발생하는 경우, 연료 전지 시스템(1)의 구동력이 부족해지는 것이 가능한 크게 방지될 수 있다. 더욱이, 오로지 이상(결함)이 전압 컨버터에서 발생하기 때문에 시스템이 정지되지는 않고(또는 연료 전지 하이브리드 차량이 정지되지 않음), 그러므로 전압 컨버터의 작동은 환경에 따라서 계속될 수 있다. 또한, 이상이 일시적이지 않은 경우, 시스템은 정지되고(또는 드리프팅 작동이 연료 전지(2)에 의해서 수행됨), 따라서 이 실시예는 안전성과 신뢰성을 확보하면서 구동력의 부족을 방지할 수 있다는 점, 및 운전 효율이 개선될 수 있다는 점에서 소 위 결함 안전 기술로 불리는 것으로서 적절하다.
상술된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예의 일례이지만, 본 발명은 이 실시예에 제한되지 않고 따라서 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변형될 수 있다. 예들 들어, 회생 금지 지령이 본 실시예의 제어 방법에 추가될 수도 있다. 구체적으로, 만약 연료 전지 시스템(1)에 있어서 결함의 발생의 타이밍 또는 복귀 제어를 개시하려는 타이밍(시간 t1)에 전력 회생을 금지 또는 감소하는 제어가 수행된다면, 전압 컨버터가 일시적으로 정지되는 동안, 구동력이 부족해지는 것이 방지될 수 있다. 이러한 방식의 구체적인 예가 다음과 같다(도 4 참조).
우선, 결함이 발생하는 경우, 전압 컨버터(14)를 정상 상태로 복귀시키기 위해 제어가 개시된다(단계 S21). 여기에서, 결함이 전압 컨버터(14)에서 발생하는 경우(단계 S22), 전압 컨버터(14)는 일단 정지되고 그 후에 동작 중단된다(단계 S23). 예를 들어, 도 3에서, 만약 결함이 시간 t1에 전압 컨버터(14)에서 발생한다면, 전압 컨버터(14)는 일시적으로 정지된 상태로 된다. 그러나, 이 경우에, 연료 전지(2) 자체는 정지되지 않고, 연료 전지 시스템(1)의 작동은 연료 전지(2)에 의해 발생되는 전력에 의해서 계속된다. 여기에서, 연료 전지 시스템(1)에 공급될 수 있는 전력을 고려하는 경우, 시간 t1까지는 연료 전지(2)에 의해 발생되는 전력 및 고전압 배터리(2차 전지)로부터 공급될 수 있는 전력의 합계가 공급될 수 있는 상태가, 결함의 발생(시간 t1)에 기인하여 전압 컨버터(14)가 일시적으로 동작 중단되는 상태로 변경된다. 따라서, 연료 전지(2)의 전력만이 공급될 수 있는 상태가 된다(도 3 참조).
또한, 전압 컨버터(14)를 통과하는 전력은 제한된다(단계 S24). 이러한 경우, 전압 컨버터(14)는 일시적으로 정지된 상태에 있고, 그리고 제어가 추가되어, 전압 컨버터(14)를 통과할 수 있는 전력이 미리 제한된다. 여기에서 전압 컨버터(14)가 동작 중단된 후에 통과 전력이 즉시 제한되지만(단계 S23, 단계 S24), 제한을 제공하는 타이밍은 이 방식에 제한되지 않고, 따라서, 적어도 동작 중단이 해제되기 전까지 제한을 제공하는 것이 단지 필요하다는 점에 주의해야 한다.
더욱이, 본 실시예에 있어서, 트랙션 모터(TRC motor)의 회생 작동이 금지된다(단계 S25). 도 4는 단계 S25가 단계 S24에 이어서 수행되는 플로우차트를 도시하지만, 실제로 트랙션 모터(8)의 회생 작동의 금지는 통과 전력의 제한(단계 S24)과 동시에 수행될 수 있다는 점에 주의해야 한다.
다음으로, 전압 컨버터(14)가 정상 상태로 복귀되는지 여부가 결정된다(단계 S26). 전압 컨버터(14)가 정상 상태로 복귀하는 경우, 단계는 단계 S28로 진행한다. 반면에, 만약 전압 컨버터(14)가 정상 상태로 복귀하지 않으면(단계 S26에서 NO), 전압 컨버터(14)에서 발생된 결함이 일정 시간의 기간 동안 계속되는지 여부가 결정된다(단계 S27). 만약 결함이 계속되지 않으면(바꾸어 말하면, 만약 결함이 발생한 이후 일정 시간의 기간이 아직 경과되지 않으면), 단계는 단계 S26으로 되돌아가고, 그리고 전압 컨버터(14)가 정상 상태로 복귀되었는지 여부에 관한 결정이 다시 이루어진다. 그동안, 만약 결함이 일정 시간의 기간 동안 계속된다면, 이 결함은 일시적이지 않다고 결정되고, 연료 전지 시스템(1)은 정지되거나 또는 전압 컨버터(14)가 정지된 동안에 주행이 계속된다(단계 S36).
전압 컨버터(14)가 정상 상태로 복귀하는 경우, 단계 S28에서 동작 중단이 해제된다. 여기에서, 전압 컨버터(14)는 그것의 정지된 상태를 해제함으로써 구동될 수 있다(단계 S28).
또한, 본 실시예에서는, 그 순간의 연료 전지의 전압값(전압 현재값)이 전압 컨버터(14)에 대한 전압 지령의 값과 동일한지 여부가 결정된다(단계 S29). 만약 이들 값이 서로 동일하다면, 단계는 단계 S30으로 진행한다. 전압값(전압 현재값)이 전압 지령값과 동일하다는 결과에 응답하여, 트랙션 모터(8)에 대한 회생 금지가 단계 S30에서 해제된다(도 4 참조). 또한, 전압 컨버터(14)에 대한 전력 제한은 단계적으로 해제된다(단계 S31).
더욱이, 상술된 바와 같이 동작 중단을 해제하면서, 결함이 다시 발생하지 않는지 여부가 결정된다(단계 S32). 결함이 다시 발생하는 경우, 단계는 단계 S34로 진행한다(도 4 참조). 만약 결함이 발생하지 않으면, 전력 제한이 완전히 해제되는지 여부가 결정되고(단계 S33), 그리고 만약 해제가 완료되지 않으면, 처리는 제한을 더욱 해제하기 위해 단계 S31로 되돌아간다.
다른 한편으로는, 만약 단계 S33에서 전력 제한이 완전히 해제된다고 결정된다면, 결함의 발생에 대한 일련의 처리는 종료된다(단계 S35). 구체적으로, 시간 t2 이후의 전력 제한의 단계적인 해제의 결과로서, 전력이 상한(여기에서 상한은 결함의 발생 이전에 얻은 값보다 ΔP만큼 더 낮은 값으로 설정됨)에 도달하는 경우, 제한은 완전히 해제되고, 그리고 전압 컨버터(14)가 정상 상태로 복귀되었다고 결정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 일시적인 이상이 전압 컨버터(예를 들어, 전압 컨버터(14))에서 발생하는 경우에도, 일시적인 이상의 발생 후에 복귀가 모색되기 때문에 구동력의 부족이 최소화될 수 있다.
그러므로, 본 발명은 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법에서 예를 들어, 연료 전지 하이브리드 차량 등을 위한 온-보드 전력 발생 시스템으로서 널리 사용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 축전 장치 및 연료 전지가 전압 컨버터를 매개로 하여 서로 병렬로 연결되는 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 전지 시스템은:
    상기 전압 컨버터에서 이상이 발생하는 경우 상기 전압 컨버터를 정지시키기 위한 수단;
    상기 전압 컨버터가 정지된 후에 상기 전압 컨버터를 정상 상태로 복귀시키도록 시도하기 위한 수단; 및
    상기 전압 컨버터가 상기 정상 상태로 복귀할 때까지 사이에 적어도 상기 연료 전지에 구동력을 발생시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  2. 축전 장치 및 연료 전지가 전압 컨버터를 매개로 하여 서로 병렬로 연결되는 연료 전지 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 전압 컨버터에서 이상이 발생하는 경우, 상기 전압 컨버터는 정지되고, 상기 전압 컨버터가 정지된 후에 상기 전압 컨버터를 정상 상태로 복귀시키도록 시도되고, 그리고 상기 전압 컨버터가 상기 정상 상태로 복귀할 때까지 사이에 적어도 상기 연료 전지에 구동력이 발생되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    적어도 상기 전압 컨버터가 상기 정상 상태로 복귀하기를 개시할 때까지 사이에, 상기 전압 컨버터를 통과할 수 있는 전력 값에 대한 제한이 설정되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전압 컨버터가 상기 정상 상태로 복귀하는 경우에 발생될 수 있는 전력의 상한이, 상기 이상이 발생하기 전에 발생되는 전력의 상한보다 더 낮은 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 제어 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 전압 컨버터가 상기 정상 상태로 복귀하도록 야기되는 경우 상기 제한이 단계적으로 해제되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 제어 방법.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압 컨버터가 상기 이상 상태에 있는 경우, 상기 연료 전지의 출력은 상기 연료 전지의 상기 출력의 요구에 응답하여, 상기 전압 컨버터가 상기 정상 상태에 있는 경우에 실행되는 작동과는 다른 작동을 실행함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 제어 방법.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 상기 제어 방법을 수행하기 위한 제어 장치를 포함하는 연료 시스템.
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