KR20160022028A - Control method for auto cruise mode of fuel cell vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연료전지 차량의 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 차량의 오토크루즈 모드에서 연료전지 스택 온도에 따른 워터펌프 및 공기블로워의 효율적인 구동 제어를 통해 소비전력을 저감하여 차량의 에너지 효율 및 연비 향상을 도모할 수 있는 제어 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a control method of a fuel cell vehicle, and more particularly, to a control method of a fuel cell vehicle in which, in an auto cruise mode of a fuel cell vehicle, power consumption is reduced through efficient driving control of a water pump and an air blower, And to a control method capable of improving efficiency and fuel economy.
알려진 바와 같이, 연료전지 차량에 탑재되는 연료전지 시스템은, 반응기체의 전기화학 반응으로부터 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 수소공급장치, 연료전지 스택에 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급장치, 및 연료전지 스택의 열을 외부로 방출시켜 운전온도를 최적으로 제어하고 물 관리 기능을 수행하는 열 및 물 관리 시스템을 포함한다.As is known, a fuel cell system mounted in a fuel cell vehicle includes a fuel cell stack for generating electrical energy from an electrochemical reaction of a reactive gas, a hydrogen supply device for supplying hydrogen as fuel to the fuel cell stack, And a heat and water management system for discharging heat of the fuel cell stack to the outside to optimally control the operating temperature and to perform a water management function.
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.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.
또한, 연료전지 차량은 차량 주행을 위한 구동원으로 전기모터를 이용하며, 전기모터(구동모터)의 구동을 위해 연료전지 스택의 DC 발전 전력 및/또는 배터리 DC 충전 전력을 AC 3상 전력으로 변환하여 전기모터에 인가하는 인버터를 가진다. Further, the fuel cell vehicle uses an electric motor as a driving source for running the vehicle, and converts the DC generation electric power and / or the battery DC charging electric power of the fuel cell stack into AC three-phase electric power for driving the electric motor (driving motor) And an inverter to be applied to the electric motor.
또한, 통상의 연료전지 차량에서는 주 동력원으로 연료전지를 사용하고 보조 동력원으로 배터리를 사용하는 연료전지 하이브리드 시스템을 적용하고 있다.In a typical fuel cell vehicle, a fuel cell hybrid system using a fuel cell as a main power source and a battery as an auxiliary power source is applied.
연료전지 하이브리드 시스템에서는 연료전지와 배터리의 동력을 적절히 조합하여 연료전지를 효율이 높은 점에서 운전하고, 차량 제동 또는 타행 주행시 전기모터에 의해 회수되는 전기에너지를 배터리에 저장하여 재사용하며, 가속시에는 배터리의 에너지를 보조 동력으로 이용하여 가속 성능(응답성)을 높이게 된다.In the fuel cell hybrid system, the fuel cell is operated at a high efficiency by appropriately combining the power of the fuel cell and the battery, and the electric energy recovered by the electric motor at the time of braking or traveling the other side is stored in the battery for reuse. The acceleration performance (responsiveness) is increased by using the energy of the battery as auxiliary power.
또한, 연료전지 스택은 반응기체인 수소와 산소의 전기화학 반응 과정에서 반응부산물로 열과 물을 배출하는데, 스택이 최적의 출력성능을 내도록 하기 위해서는 시동시나 운전 중 스택의 온도를 최적의 온도로 관리해주어야 하고, 스택 내부에서 생성된 물(스택 생성수)의 배출을 원활하게 해주어야 한다.In addition, the fuel cell stack discharges heat and water as reaction byproducts during the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen, which are reactors. In order to achieve optimal output performance of the stack, it is necessary to control the temperature of the stack during start- And the discharge of water (stack generated water) generated inside the stack should be smooth.
따라서, 시동시 스택 온도를 신속히 상승시키고 운전 중 스택 온도를 최적 온도로 유지시키며 스택 생성수를 외부로 배출하기 위한 열 및 물 관리 시스템의 이용이 필수적이다. Therefore, it is essential to use a heat and water management system to rapidly raise the stack temperature at start-up, to maintain the stack temperature at the optimum temperature during operation, and to discharge the stack generated water to the outside.
연료전지 스택의 온도 제어를 위한 열 관리 시스템은, 연료전지 스택에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 라디에이터, 연료전지 스택과 라디에이터 사이에 냉각수가 순환될 수 있도록 연결되는 냉각수 순환라인, 냉각수를 라디에이터를 통과하지 않도록 선택적으로 바이패스시키기 위한 바이패스 라인 및 유량조절밸브, 냉각수를 펌핑하여 순환시키기 위한 워터펌프를 포함한다.The heat management system for controlling the temperature of the fuel cell stack includes a radiator for discharging heat generated from the fuel cell stack to the outside, a cooling water circulation line connected between the fuel cell stack and the radiator so that the cooling water can circulate, And a water pump for pumping and circulating the cooling water.
이와 같은 열 관리 시스템에서는 워터펌프를 구동하여 연료전지 스택과 라디에이터, 유량조절밸브 사이의 냉각수 순환라인 및 바이패스 라인을 따라 냉각수를 순환시키면서 스택 발전시에 발생하는 열을 외부로 방출한다.In such a heat management system, the water pump is driven to circulate the cooling water along the cooling water circulation line and the bypass line between the fuel cell stack and the radiator and the flow rate control valve, thereby releasing heat generated during the stack power generation to the outside.
한편, 연료전지 차량에서도 운전자가 설정한 설정속도로 차속을 정속 제어하는 오토크루즈 제어(Auto Cruise Control) 기술을 적용하면 운전자의 편의성을 향상시킬 수 있다.On the other hand, even in the fuel cell vehicle, the convenience of the driver can be improved by applying the Auto Cruise Control technique which constantly controls the vehicle speed at the set speed set by the driver.
연료전지 차량의 오토크루즈 제어 기술과 관련한 선행기술문헌으로는 한국 등록특허 제10-1209749호(2012.12.03)를 들 수 있으며, 이는 크루즈 컨트롤로 차량 운행시 연료전지 출력을 정출력값으로 고정하고, 차속 유지를 위한 추가 동력의 가감은 배터리의 충전 또는 방전을 통해 이루어지며, 구동모터 필요 출력의 변화량이 일정량 이상이거나 차량의 안전 운행을 위한 제어 진입시 또는 출력공급 시스템의 이상으로 인한 비상 운전 진입시에는 정출력 운전을 해제하고 재설정을 하는 크루즈 컨트롤 방법을 개시하고 있다.A prior art reference relating to an auto cruise control technology of a fuel cell vehicle is Korean Registered Patent No. 10-1209749 (2012.12.03), which is a cruise control system in which a fuel cell output is fixed to a constant output value when a vehicle is operated, In order to maintain the vehicle speed, the acceleration or deceleration of the additional power is performed by charging or discharging the battery. When the variation of the required power of the driving motor is more than a certain amount, or when the control enters the safe operation of the vehicle, The cruise control method of releasing the output operation and resetting the output operation is disclosed.
그러나, 연료전지 차량의 오토크루즈 모드에서 차량 내 전력을 소모하는 워터펌프 및 공기블로워의 효율적인 구동 제어를 통해 차량 연비를 향상시키는 기술에 대해서는 제시하고 있지 않다.However, there is not proposed a technique for improving vehicle fuel economy through efficient drive control of a water pump and an air blower consuming electric power in a vehicle in an auto cruise mode of a fuel cell vehicle.
또한, 한국 공개특허 제10-2012-0053137호(2012.05.25)에서는 냉각팬과 냉각수 펌프(워터펌프)의 운전 최적화를 통해 소모 동력을 최소화하면서 플러딩과 드라이아웃 발생을 방지하고 스택 성능 및 물 제거 특성을 개선할 수 있는 펌프 및 팬의 제어방법이 개시되어 있으나, 오토크루즈 모드에 대한 효율적인 냉각 제어에 대해서는 제시하고 있지 않다.
In Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0053137 (May 25, 2012), optimization of the operation of the cooling fan and the cooling water pump (water pump) is performed to minimize the power consumption and prevent flooding and dry- A pump and a control method of a fan capable of improving the characteristics are disclosed, but efficient cooling control for the auto cruise mode is not proposed.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 연료전지 차량의 오토크루즈 모드에서 연료전지 스택 온도에 따른 워터펌프 및 공기블로워의 효율적인 구동 제어를 통해 소비전력을 저감하여 차량의 에너지 효율 및 연비 향상을 도모할 수 있고, 연료전지 스택의 적절한 입, 출구 온도 차이를 유지하여 연료전지 스택의 생성수 배출을 원활하게 할 수 있는 연료전지 차량의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a fuel cell vehicle which can reduce power consumption through efficient driving control of a water pump and an air blower, And an object of the present invention is to provide a control method of a fuel cell vehicle capable of improving the efficiency and fuel economy and maintaining a suitable temperature difference between the inlet and the outlet of the fuel cell stack to smooth the discharge of generated water in the fuel cell stack.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 오토크루즈 온(On) 상태에서 차속이 설정속도로 제어되는 정속 모드 주행상태인지를 판단하는 단계; 상기 정속 모드 주행상태에서 스택 내부 온도 추정값이 정해진 정지 기준온도 이하이면 연료전지 스택 냉각을 위한 워터펌프의 구동을 정지상태로 제어하는 단계; 및 상기 정속 모드 주행상태에서 스택 내부 온도 추정값이 정지 기준온도보다 높고 정해진 최소 구동 기준온도 이하이면 워터펌프를 정해진 최소 회전수로 구동시키는 단계를 포함하는 연료전지 차량의 오토크루즈 모드시 제어 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for controlling a vehicle, comprising: determining whether the vehicle speed is a constant speed mode in which the vehicle speed is controlled at a set speed in an auto cruise on state; Controlling the driving of the water pump for cooling the fuel cell stack to a stop state when the estimated value of the internal temperature of the stack is equal to or lower than a predetermined stop reference temperature in the constant speed mode running state; And driving the water pump to a predetermined minimum number of revolutions when the estimated value of the internal temperature of the stack is higher than the stop reference temperature and lower than the predetermined minimum drive reference temperature in the constant speed mode running state do.
여기서, 상기 정속 모드 주행상태에서 스택 내부 온도 추정값이 정지 기준온도보다 높고 최소 구동 기준온도 이하이면 연료전지 스택에 공기를 공급하기 위한 공기블로워를 정해진 최소 회전수로 구동시키는 것을 특징으로 한다.The air blower for supplying air to the fuel cell stack is driven at a predetermined minimum number of revolutions when the estimated value of the internal temperature of the stack is higher than the stop reference temperature and lower than the minimum drive reference temperature in the constant speed mode running state.
또한, 상기 스택 내부 온도 추정값이 최소 구동 기준온도보다 높으면, 스택 내부 온도 추정값에 따라 워터펌프의 회전수를 제어하여 스택 내부 온도 추정값을 목표 온도가 되도록 제어하는 일반 냉각 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, when the estimated value of the internal temperature of the stack is higher than the minimum drive reference temperature, the controller controls the rotation number of the water pump according to the estimated value of the internal temperature of the stack to control the internal temperature of the stack to be the target temperature. .
또한, 상기 일반 냉각 제어가 수행되는 상태에서 스택 내부 온도 추정값이 목표 온도 이하로 낮아지면 정지 기준온도 도달시까지 워터펌프의 구동을 정지시키는 것을 특징으로 한다.In addition, in a state where the normal cooling control is performed, when the estimated value of the temperature inside the stack becomes lower than the target temperature, the driving of the water pump is stopped until the stop reference temperature is reached.
또한, 정지 기준온도가 상기 일반 냉각 제어시의 목표 온도보다 높은 온도로 설정되는 것을 특징으로 한다.Further, the stop reference temperature is set to a temperature higher than the target temperature in the normal cooling control.
또한, 상기 워터펌프가 작동하고 있는 상태에서는, 상기 스택 내부 온도 추정값으로, 센서에 의해 검출되는 연료전지 스택 출구단 냉각수 온도를 사용하는 것을 특징으로 한다.Further, in the state in which the water pump is operating, the temperature of the fuel cell stack outlet-end cooling water detected by the sensor is used as the stack internal temperature estimation value.
또한, 상기 워터펌프가 정지하고 있는 상태에서는, 상기 스택 내부 온도 추정값으로, 센서에 의해 검출되는 연료전지 스택 입구단 냉각수 온도와, 연료전지 스택 요구 출력량으로부터 산출되는 스택 내부 발열량으로부터 계산된 추정값을 사용하는 것을 특징으로 한다.
In the state where the water pump is stopped, an estimated value calculated from the internal cooling water temperature detected at the inlet of the fuel cell stack detected by the sensor and the internal heating value calculated from the fuel cell stack required output amount is used .
이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 차량의 오토크루즈 모드시 제어 방법에 의하면, 연료전지 차량의 오토크루즈 온(On) 상태에서 정속 모드 주행시 스택 내부 온도에 따라 워터펌프 및 공기블로워를 정지시키거나 최소 구동시키는 영역을 포함함으로써, 냉각 제어 및 공기 공급 제어에 요구되는 소비전력을 저감할 수 있고, 나아가 차량의 에너지 효율 및 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Accordingly, according to the control method in the auto cruise mode of the fuel cell vehicle according to the present invention, it is possible to stop the water pump and the air blower according to the internal temperature of the stack during the cruise mode running in the auto cruise on state of the fuel cell vehicle, By including the region to be driven, the power consumption required for the cooling control and the air supply control can be reduced, and further, the energy efficiency and the fuel consumption of the vehicle can be improved.
또한, 연료전지 스택의 운전 온도가 높으면서 입, 출구 온도 차이가 적절히 존재하고 있기 때문에 스택의 캐소드 내부 생성수 배출을 원활하게 할 수 있는 효과가 있다.
In addition, since the operating temperature of the fuel cell stack is high and the difference between the inlet and outlet temperatures is appropriately present, it is possible to smoothly discharge the produced water in the cathode of the stack.
도 1은 연료전지 차량에서 본 발명의 제어 방법을 수행하는 오토크루즈 제어 관련 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 오토크루즈 모드 주행 상황에서의 워터펌프 제어 상태를 나타내는 도면이다.1 is a configuration diagram of an auto cruise control related system for performing a control method of the present invention in a fuel cell vehicle.
2 is a flowchart showing the control method of the present invention.
3 is a view showing a water pump control state in an auto cruise mode running state according to the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains.
본 발명은 연료전지 차량의 오토크루즈 모드에서 연료전지 스택 온도에 따른 워터펌프 및 공기블로워의 효율적인 구동 제어를 통해 소비전력을 저감하여 차량의 에너지 효율 및 연비 향상을 도모할 수 있고, 연료전지 스택의 적절한 입, 출구 온도 차이를 유지하여 연료전지 스택의 생성수 배출을 원활하게 할 수 있는 연료전지 차량의 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.The present invention can reduce power consumption through efficient driving control of a water pump and an air blower according to the temperature of the fuel cell stack in an auto cruise mode of a fuel cell vehicle to improve the energy efficiency and fuel economy of the vehicle, The present invention is to provide a control method of a fuel cell vehicle capable of smoothly discharging generated water in a fuel cell stack by maintaining an appropriate inlet / outlet temperature difference.
도 1은 연료전지 차량에서 본 발명의 제어 방법을 수행하는 오토크루즈 제어 관련 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.FIG. 1 is a configuration diagram of a system related to an auto cruise control for performing a control method of the present invention in a fuel cell vehicle, and FIG. 2 is a flowchart showing a control method of the present invention.
도 1을 참조하면, 연료전지 스택의 온도를 적정 온도로 제어하기 위한 열 관리 시스템이 도시되어 있으며, 상기 열 관리 시스템은, 연료전지 스택에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 라디에이터(11), 연료전지 스택(1)과 라디에이터(11) 사이에 냉각수가 순환될 수 있도록 연결되는 냉각수 순환라인(12), 라디에이터(11)를 통과하지 않도록 냉각수를 선택적으로 바이패스시키기 위한 바이패스 라인(13) 및 유량조절밸브(14), 냉각수를 펌핑하여 순환시키기 위한 워터펌프(15)를 포함한다.Referring to FIG. 1, there is shown a thermal management system for controlling the temperature of a fuel cell stack to an appropriate temperature. The thermal management system includes a
상기한 구성들은 냉각수를 이용하여 연료전지 스택을 냉각시키기 위한 구성으로서, 워터펌프(15)를 구동하여 연료전지 스택(1)과 라디에이터(11), 유량조절밸브(14) 사이의 냉각수 순환라인(12) 및 바이패스 라인(13)을 따라 냉각수를 순환시키면서 스택 발전시에 발생하는 열을 외부로 방출한다.The configuration described above is a configuration for cooling the fuel cell stack using cooling water. The
또한, 도 1을 참조하면, 연료전지 스택(1)의 입, 출구 온도 검출을 위해 연료전지 스택의 입구를 통해 유입되는 냉각수의 온도와, 연료전지 스택의 출구를 통해 배출되는 냉각수의 온도를 검출하기 위한 각 온도센서(16,17)가 설치된다.1, the temperature of the cooling water flowing through the inlet of the fuel cell stack for detecting the inlet and outlet temperatures of the fuel cell stack 1 and the temperature of the cooling water discharged through the outlet of the fuel cell stack are detected The
즉, 연료전지 스택(1)의 냉각수 출구단과 냉각수 입구단에 냉각수 온도를 검출하도록 스택 입구 온도센서(16)와 스택 출구 온도센서(17)가 설치되고, 상기 온도센서(16,17)에 의해 연료전지 스택의 입, 출구 온도가 검출된다.That is, a stack
또한, 연료전지 반응의 반응기체인 공기 중 산소를 공급하기 위해 연료전지 스택(1)에 공기를 공급하는 공기블로워(18)가 구비되고, 이 공기블로워(18)는 미도시된 가습기와 함께 공기공급장치를 구성하게 된다.Also provided is an
도 1에서 가습기에 대해서는 도시를 생략하였으나, 공기블로워(18)에 의해 공급되는 공기가 가습기에 의해 가습된 후 연료전지 스택(1)으로 공급되며, 공기블로워(18)의 구동 및 그 제어(공기블로워의 회전수 제어 및 공기공급제어)는 블로워 모터를 구동시키기 위한 인버터의 제어를 통해 이루어진다. 1, the air supplied by the
또한, 연료전지 차량에서 구동원이 되는 전기모터(19), 즉 차량 주행을 위한 구동원인 구동모터(19)가 연료전지 스택(1)의 발전 전력을 인가받아 구동될 수 있도록 탑재되고, 이 구동모터(19)는 인버터를 통해 연료전지 스택(1)에 연결된다.An
상기 인버터는 연료전지 스택(1)의 DC 발전 전력을 3상 AC 전력으로 변환하여 인가함으로써 구동모터(19)를 구동시킨다.The inverter drives the
한편, 제어기(10)는 연료전지 스택(1)에 대한 냉각 제어를 위해 라디에이터(11)의 냉각팬, 유량조절밸브(14), 워터펌프(15)의 구동을 제어하고, 연료전지 스택(1)에 대한 공기 공급 제어를 위해 공기블로워(18)의 구동을 제어하며, 차량 구동 토크 제어를 위해 구동모터(19)의 구동을 제어하게 된다.The
또한, 제어기(10)는 오토크루즈 제어를 위해 차속 신호, 크루즈 온/오프(Cruise On/Off) 신호, 변속단(P/R/N/D) 신호, 액셀페달 및 브레이크페달 신호, 도로 경사도 예측값 정보를 입력받는다.In addition, the
이와 더불어, 제어기(10)는 본 발명의 제어 과정을 수행하기 위해 스택 출구 온도센서의 검출값과 스택 내부 온도 추정값 정보를 입력받는다.In addition, the
본 발명에서 후술하는 바와 같이 스택 내부 온도에 따라 워터펌프(15)의 구동을 제어하게 되는데, 스택 내부 온도로는 추정값이 사용된다.As described later in the present invention, the driving of the
여기서, 워터펌프(15)의 작동 동안에는 스택 출구 온도센서(17)의 검출값을 스택 내부 온도 추정값으로 사용하나, 워터펌프 정지 동안에는 스택 입구 온도센서(16)의 검출값과 스택 내부 발열량으로부터 계산되는 추정값을 스택 내부 온도로 사용한다.Here, during the operation of the
상기 스택 내부 온도 추정값을 계산함에 있어서, 연료전지 스택(1)의 요구 출력량으로부터 스택 내부 발열량을 계산하고, 스택 입구 온도센서(16)의 검출값을 기준으로 스택 내부 발열량을 이용하여 스택 내부 온도를 예측하는 방법이 알려져 있다.The internal temperature of the stack is calculated from the required output of the fuel cell stack 1 and the internal temperature of the stack is calculated based on the detected value of the stack
이러한 스택 내부 온도 추정값은 연료전지 스택(1) 및 연료전지 시스템 운전 제어의 제어 변수로 이미 이용되고 있는 것으로, 스택 내부 온도 추정 방법에 대해서는 다양한 방법들이 알려져 있을 뿐만 아니라 공지의 기술적 사항이므로 본 명세서에서 상세한 설명은 생략하기로 한다.The stack internal temperature estimation value is already used as a control variable of the fuel cell stack 1 and the fuel cell system operation control. Various methods for estimating the internal temperature of the stack are known and are well known in the art. A detailed description thereof will be omitted.
물론, 본 발명에서 제어기(20)가 스택 내부 온도 추정값을 타 제어기로부터 수신하여 제어에 활용하도록 할 수 있으나, 상기 제어기(20)가 스택 입구 온도센서(16)의 검출값을 입력받아 스택 내부 발열량 정보를 이용하여 스택 내부 온도를 직접 추정한 뒤 제어에 활용하도록 하는 것도 실시 가능하다.Although the controller 20 may receive the stack internal temperature estimation value from another controller and utilize it for control, the controller 20 receives the detection value of the stack
다음으로, 본 발명에서는 오토크루즈 온(On) 상태에서 운전자가 설정한 속도로 차속을 일정하게 제어하는 정속 모드 주행시 일반 주행시와 달리 냉각 제어에 필요한 워터펌프(15)의 구동 및 공기 공급에 필요한 공기블로워(18)의 구동을 최소화함으로써, 소비전력 저감, 차량 효율 및 연비 향상을 달성하고, 적절한 스택 입, 출구 온도 차이를 유지하여 스택 내부 생성수 배출을 원활하게 하는 점에 주된 특징이 있다.Next, in the present invention, unlike ordinary driving when traveling in a constant speed mode in which the vehicle speed is constantly controlled at a speed set by a driver in an auto cruise on state, the
이러한 본 발명의 제어 방법에 대해 도 2를 참조하여 설명하면, 먼저 오토크루즈 온(On) 상태에서 정속 모드 진입 여부를 판단하고(S11), 정속 모드 진입시(정속 모드 주행상태임) 추정된 스택 내부 온도, 즉 스택 내부 온도 추정값을 정지 기준온도(T1)와 비교한다(S12,S13).The control method of the present invention will be described with reference to FIG. 2. First, it is determined whether or not the constant speed mode is entered in the auto cruise on state (S11). When the constant speed mode is entered The temperature, that is, the stack internal temperature estimated value is compared with the stop reference temperature T1 (S12, S13).
이때, 스택 내부 온도 추정값이 정지 기준온도(T1) 이하일 경우 워터펌프(15)를 정지시키고 스택 냉각 제어를 수행하지 않는다(S13).At this time, when the stack internal temperature estimation value is equal to or lower than the stop reference temperature T1, the
반면, 오토크루즈 온(On) 및 정속 모드 주행상태에서 스택 내부 온도 추정값이 정지 기준온도(T1)보다 높거나, S14 단계 이후 정지 기준온도(T1)보다 높아지면, 스택 내부 온도 추정값을 최소 구동 기준온도(T2)와 비교한다(S15). On the other hand, if the stack internal temperature estimation value is higher than the stop reference temperature T1 or is higher than the stop reference temperature T1 after step S14 in the auto cruise on mode and the constant speed mode driving state, Is compared with the temperature T2 (S15).
여기서, 스택 내부 온도 추정값이 최소 구동 기준온도(T2) 이하이면 워터펌프(15)를 정해진 최소 회전수(RPM)로 구동 제어한다(워터펌프의 최소 구동 제어)(S16).Here, if the estimated value of the internal temperature of the stack is not more than the minimum drive reference temperature T2, the
본 발명에서 정지 기준온도와 최소 구동 기준온도는 정지 기준온도(T1) < 최소 구동 기준온도(T2)의 관계가 되도록 미리 설정되며, 더불어 상기 정지 기준온도(T1)와 최소 구동 기준온도(T2)는 일반 제어 냉각 목표 온도보다 높은 온도로 설정될 수 있다(도 3 참조).The stop reference temperature and the minimum drive reference temperature are set in advance so as to be in relation to the stop reference temperature T 1 and the minimum drive reference temperature T 2 and the stop reference temperature T 1 and the minimum drive reference temperature T 2, May be set to a temperature higher than the general control cooling target temperature (see FIG. 3).
또한, 상기 S15 단계에서 스택 내부 온도 추정값이 최소 구동 기준온도(T2)보다 높으면 스택 내부 온도, 예컨대 스택 출구 온도(스택 내부 온도 추정값으로 스택 출구 온도를 사용함)에 따라 워터펌프(15)의 회전수(RPM)를 제어하여 스택 내부 온도 추정값(스택 출구 온도)을 목표 온도가 되도록 제어하는 일반 냉각 제어를 수행한다(S17).If the stack internal temperature estimation value is higher than the minimum drive reference temperature T2 in step S15, the rotation speed of the
상기와 같이 오토크루즈 온(On) 및 정속 모드 주행시 스택 내부 온도 추정값이 최소 구동 기준온도(T2)보다 높아지면 일반 냉각 제어를 수행하며, 이어 일반 냉각 제어를 통해 스택 내부 온도 추정값(스택 출구 온도)이 설정된 목표 온도 이하로 낮아지면 워터펌프의 구동을 정지시킨다.As described above, when the estimated value of the internal temperature of the stack at the time of running in the auto cruise on mode and the constant speed mode becomes higher than the minimum drive reference temperature (T2), the normal cooling control is performed. Is lower than the set target temperature, the driving of the water pump is stopped.
즉, 스택 출구 온도에 따른 더 큰 회전수(RPM)로 워터펌프를 구동시켜 스택 내부 온도(스택 출구 온도)를 목표 온도가 되도록 하고, 이때 스택 출구 온도가 정지 기준온도(T1) 이하로 낮아진 상태이므로, 스택 출구 온도가 정지 기준온도(T1)보다 높아지기 전까지는 워터펌프(15)를 정지시켜두는 것이다.That is, the water pump is driven with a larger number of revolutions (RPM) according to the stack outlet temperature so that the stack internal temperature (stack outlet temperature) becomes the target temperature, and the stack outlet temperature becomes lower than the stop reference temperature T1 The
아울러, 오토크루즈 제어의 오프 상태이거나, 오프크루즈 온 상태라 하더라도 차속을 설정속도까지 상승시키기 위한 차량 가속 상태, 또는 차량 추월을 위해 운전자가 액셀페달을 밟은 경우(액셀페달 신호로부터, 즉 APS(Accel Position Sensor) 신호로부터 판단됨), 상기한 일반 냉각 제어를 수행한다.If the driver depresses the accelerator pedal (from the accelerator pedal signal, that is, from the accelerator pedal signal APS (accelerator pedal signal)) to the vehicle acceleration state for raising the vehicle speed to the set speed even in the OFF state of the auto cruise control, Position sensor) signal), and performs the above-mentioned general cooling control.
이와 같이 오토크루즈 온 상태에서는 일반 주행과 달리 급격한 출력 변동이 없고 도로 구배에 따른 완만한 출력 변동만 존재하기 때문에 워터펌프의 구동을 최소화하는 것이 가능하고, 이를 통해 소비전력 저감 및 차량 연비 향상을 도모할 수 있다.As described above, unlike ordinary driving, there is no abrupt output fluctuation and there is only gentle output fluctuation according to the road gradient. Therefore, it is possible to minimize the driving of the water pump, thereby reducing power consumption and improving fuel efficiency of the vehicle can do.
또한, 이 경우 평상시 스택 운전 온도대비 약간 높은 운전 온도를 유지하면서 스택 입, 출구 온도 차이를 적절히 유지시킬 수 있기 때문에 공기블로워(18)의 구동 역시 최소화가 가능하다.In this case, since the temperature difference between the inlet and the outlet of the stack can be appropriately maintained while maintaining the operating temperature slightly higher than the normal operation temperature of the stack, the driving of the
즉, 오토크루즈 온(On) 및 정속 모드 주행상태에서 스택 내부 온도 추정값이 최소 구동 기준온도(T2) 이하인 경우 공기블로워(18)를 최소 구동 제어, 즉 최소 회전수로 구동 제어하는 것이 가능하다.That is, it is possible to control the
연료전지 스택(1)의 운전 온도가 높으면서 입, 출구 온도 차이가 적절히 존재하고 있기 때문에 평상시 공기 공급량보다 적은 양으로도 스택의 캐소드 내부 생성수 배출이 원활하게 이루어질 수 있다.Since the operating temperature of the fuel cell stack 1 is high and the difference between the inlet and outlet temperatures is appropriately present, the generation of the generated water in the cathode of the stack can be smoothly performed even when the amount is smaller than the air supply amount normally.
도 3은 본 발명에 따른 오토크루즈 모드 주행 상황에서의 워터펌프 제어 상태를 나타내는 도면이다.3 is a view showing a water pump control state in an auto cruise mode running state according to the present invention.
도시된 바와 같이, 오토크루즈 온(On) 이전에는 정해진 온도를 목표 온도로 하여 일반 냉각 제어가 수행되고, 오토크루즈 온(On) 및 정속 모드로 진입하면, 스택 내부 온도 추정값이 상승하여 목표 온도보다 높더라도 정지 기준온도(T1)에 도달할 때까지는 워터펌프(15)를 정지상태로 제어한다.As shown in the figure, before the auto cruise on, the normal cooling control is performed with the predetermined temperature as the target temperature, and when the auto cruise ON and the constant speed mode are entered, the estimated value of the stack internal temperature rises, The
단, 스택 내부 온도 추정값이 정지 기준온도(T1)보다 높아지면 워터펌프(15)를 최소 회전수(RPM)로 구동시켜 스택 내부 온도를 낮추게 되고, 스택 내부 온도 추정값이 다시 정지 기준온도(T1) 이하로 내려가면 워터펌프(15)를 정지시킨다.If the stack internal temperature estimation value is higher than the stop reference temperature T1, the
또한, 스택 내부 온도 추정값이 다시 상승하여 정지 기준온도(T1)보다 높아지면 최소 구동 기준온도(T2)에 도달할 때까지는 워터펌프(15)를 최소 회전수로 구동시키다가, 스택 내부 온도 추정값이 더 상승하여 최소 구동 기준온도(T2)보다 높아지면 워터펌프(15)를 스택 출구 온도(스택 내부 온도 추정값으로 스택 출구 온도를 사용함)에 따라 정해지는 좀더 큰 회전수로 구동시킨다(일반 냉각 제어).If the stack internal temperature estimation value again rises and becomes higher than the stop reference temperature T1, the
이후 스택 내부 온도 추정값(스택 출구 온도)이 목표 온도 이하로 낮아지면 워터펌프(15)를 다시 정지시키게 된다. When the stack internal temperature estimation value (stack outlet temperature) is lowered below the target temperature, the
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Forms are also included within the scope of the present invention.
1 : 연료전지 스택
10 : 제어기
11 : 라디에이터
12 : 냉각수 라인
13 : 바이패스 라인
14 : 유량조절밸브
15 : 워터펌프
16 : 스택 입구 온도센서
17 : 스택 출구 온도센서
18 : 공기블로워
19 : 구동모터1: Fuel cell stack 10: Controller
11: radiator 12: cooling water line
13: Bypass line 14: Flow control valve
15: Water pump 16: Stack inlet temperature sensor
17: Stack outlet temperature sensor 18: Air blower
19: Driving motor
Claims (7)
상기 정속 모드 주행상태에서 스택 내부 온도 추정값이 정해진 정지 기준온도 이하이면 연료전지 스택 냉각을 위한 워터펌프의 구동을 정지상태로 제어하는 단계; 및
상기 정속 모드 주행상태에서 스택 내부 온도 추정값이 정지 기준온도보다 높고 정해진 최소 구동 기준온도 이하이면 워터펌프를 정해진 최소 회전수로 구동시키는 단계를 포함하는 연료전지 차량의 오토크루즈 모드시 제어 방법.
Determining whether the vehicle speed is a constant speed mode in which the vehicle speed is controlled at a set speed in an auto cruise on state;
Controlling the driving of the water pump for cooling the fuel cell stack to a stop state when the estimated value of the internal temperature of the stack is equal to or lower than a predetermined stop reference temperature in the constant speed mode running state; And
And driving the water pump at a predetermined minimum number of revolutions when the estimated value of the internal temperature of the stack is higher than the stop reference temperature and lower than the predetermined minimum drive reference temperature in the constant speed mode running state.
상기 정속 모드 주행상태에서 스택 내부 온도 추정값이 정지 기준온도보다 높고 최소 구동 기준온도 이하이면 연료전지 스택에 공기를 공급하기 위한 공기블로워를 정해진 최소 회전수로 구동시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 오토크루즈 모드시 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the air blower for supplying air to the fuel cell stack is driven at a predetermined minimum number of revolutions when the estimated value of the internal temperature of the stack in the constant speed mode running state is higher than the stop reference temperature and lower than the minimum drive reference temperature. Control method in cruise mode.
상기 스택 내부 온도 추정값이 최소 구동 기준온도보다 높으면, 스택 내부 온도 추정값에 따라 워터펌프의 회전수를 제어하여 스택 내부 온도 추정값을 목표 온도가 되도록 제어하는 일반 냉각 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 오토크루즈 모드시 제어 방법.
The method according to claim 1,
And performs a general cooling control for controlling the rotation number of the water pump according to the stack internal temperature estimation value to control the stack internal temperature estimation value to be the target temperature when the stack internal temperature estimation value is higher than the minimum drive reference temperature. Control method in auto cruise mode of vehicle.
상기 일반 냉각 제어가 수행되는 상태에서 스택 내부 온도 추정값이 목표 온도 이하로 낮아지면 정지 기준온도 도달시까지 워터펌프의 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 오토크루즈 모드시 제어 방법.
The method of claim 3,
Wherein when the estimated value of the internal temperature of the stack is lower than the target temperature in the state where the normal cooling control is performed, the driving of the water pump is stopped until the stop reference temperature is reached.
정지 기준온도가 상기 일반 냉각 제어시의 목표 온도보다 높은 온도로 설정되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 오토크루즈 모드시 제어 방법.
The method of claim 3,
Wherein the stop reference temperature is set to a temperature higher than the target temperature during the normal cooling control.
상기 워터펌프가 작동하고 있는 상태에서는, 상기 스택 내부 온도 추정값으로, 센서에 의해 검출되는 연료전지 스택 출구단 냉각수 온도를 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 오토크루즈 모드시 제어 방법.
The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the fuel cell stack outlet-side cooling water temperature detected by the sensor is used as the stack internal temperature estimation value when the water pump is in operation.
상기 워터펌프가 정지하고 있는 상태에서는, 상기 스택 내부 온도 추정값으로, 센서에 의해 검출되는 연료전지 스택 입구단 냉각수 온도와, 연료전지 스택 요구 출력량으로부터 산출되는 스택 내부 발열량으로부터 계산된 추정값을 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 오토크루즈 모드시 제어 방법.
The method according to any one of claims 1 to 4, wherein
In the state where the water pump is stopped, using the estimated value calculated from the stack internal heat value detected by the sensor and the stack internal heat value calculated from the fuel cell stack required output amount Wherein the fuel cell vehicle is an auto cruise mode.
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