KR101294565B1 - 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법 - Google Patents
연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지 차량의 연비를 향상시킬 수 있는 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 주동력원으로 사용되고 차량의 구동계에 동력을 공급하는 연료 전지 스택, 상기 연료 전지 스택으로부터 동력을 공급받는 고전압 직류 변환기, 상기 고전압 직류 변환기에 의해 다운된 전압을 공급받는 고전압 배터리 및 상기 고전압 직류 변환기와 고전압 사이의 전압을 공급받는 저전압 직류 변환기를 포함하는 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법에 있어서, 차량의 시동 온(ON)에 의해 상기 고전압 배터리가 구동되는 단계(S110), 상기 고전압 배터리 구동에 의해 공급된 전압을 상기 고전압 직류 변환기를 통하여 변환하는 단계(S120), 상기 S110단계와 S120단계 사이에서 저전압 직류 변환기로 상기 공급된 전압을 공급하는 단계(S111), 상기 연료 전지 스택에 에어를 공급하기 위한 에어 블로워를 구동시키는 단계(S130), 차량 구동용 모터를 구동하기 위한 인버터를 구동시키는 단계(S150), 모터의 회전속도를 검출하여 차량이 가속 또는 감속 상태인지 판단하는 단계(S160), 상기 단계 S160에서 가속인 경우, 상기 인버터를 증속 제어하여 차량 속도를 증가시키는 단계(S170) 및 상기 단계 S160에서 감속인 경우, 상기 인버터를 감속 제어하여 차량 속도를 감속시키는 단계(S161)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법을 제공한다.
이를 위해, 본 발명은 주동력원으로 사용되고 차량의 구동계에 동력을 공급하는 연료 전지 스택, 상기 연료 전지 스택으로부터 동력을 공급받는 고전압 직류 변환기, 상기 고전압 직류 변환기에 의해 다운된 전압을 공급받는 고전압 배터리 및 상기 고전압 직류 변환기와 고전압 사이의 전압을 공급받는 저전압 직류 변환기를 포함하는 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법에 있어서, 차량의 시동 온(ON)에 의해 상기 고전압 배터리가 구동되는 단계(S110), 상기 고전압 배터리 구동에 의해 공급된 전압을 상기 고전압 직류 변환기를 통하여 변환하는 단계(S120), 상기 S110단계와 S120단계 사이에서 저전압 직류 변환기로 상기 공급된 전압을 공급하는 단계(S111), 상기 연료 전지 스택에 에어를 공급하기 위한 에어 블로워를 구동시키는 단계(S130), 차량 구동용 모터를 구동하기 위한 인버터를 구동시키는 단계(S150), 모터의 회전속도를 검출하여 차량이 가속 또는 감속 상태인지 판단하는 단계(S160), 상기 단계 S160에서 가속인 경우, 상기 인버터를 증속 제어하여 차량 속도를 증가시키는 단계(S170) 및 상기 단계 S160에서 감속인 경우, 상기 인버터를 감속 제어하여 차량 속도를 감속시키는 단계(S161)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지 차량의 연비를 향상시킬 수 있는 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지는 기존의 발전방식과 비교할 때 발전 효율이 높을 뿐만 아니라 발전에 따른 공해 물질의 배출이 전혀 없어서 미래의 발전 기술로 평가받고 있으며 에너지 절약과 환경 공해 문제 그리고 최근에 부각되고 있는 지구 온난화 문제등을 해결하기 위한 자동차의 동력원 적용으로 연구되고 있다.
연료전지는 수소 등의 활성을 갖는 물질, 예를들어 LNG, LPG, 메탄올 등을 전기화학 반응을 통해 산화시켜 그 과정에서 방출되는 화학에너지를 전기로 변환시키는 것으로, 주로 천연가스에서 쉽게 생산해 낼 수 있는 수소와 공중의 산소가 사용된다.
상기와 같이 환경 친화적인 연료전지만을 전기 자동차의 동력원으로 사용하는 경우 전기 자동차를 구성하고 있는 부하 모두를 연료전지가 담당하게 된다.
즉, 도 1은 종래기술에 의한 연료 전지 차량의 고전압 파워 시스템을 나타낸 것으로서, 연료 전지 자동차를 이루고 있는 전장 부하(10)에 에너지를 공급하기 위하여 저전압 직류 변환기(20)가 구비된다. 이러한 저전압 직류 변환기(20)는 고전압 정션박스(30)로부터 240V~450V의 전압을 공급받아 고전압 직류 변환기(40)를 통하여 12V의 전압으로 변환 후 12V 보조 배터리(50) 및 12V 전장 부하(10)에 에너지를 공급하는 역할을 한다. 여기서 상기 고전압 직류 변환기(40)는 상기 고전압 정션 박스(30)를 통하여 인버터(60) 및 모터/감속기(70)로 동력을 공급하도록 되어 있다. 이와 동시에, 상기 고전압 정션 박스(30)는 연료 전지 스택(80)으로부터 동력을 공급받는다.
한편, 상기 12V 전장 부하(10)에는 도시하지 않은 각종 제어기 전원, MDPS(조향기능), 전자식 브레이크 진공 펌프, 라디에이터 팬, 헤드라이트 등 차량 구동 및 안전에 필수적인 장치들이 연결되어 있다.
하지만, 상기와 같은 종래기술에 의한 연료 전지 차량의 고전압 파워 시스템은 최대 450V에서 12V 전압으로 변환을 해줘야만 하므로 최대 37배 다운 전압 강하되도록 설계된다.
또한, 상기 저전압 변환기(20)는 고전압 정션 박스(30)에 연결되어 있기 때문에 입력 전압 변동폭이 커지게 된다. 즉, 입력 전압 기준 240~450V의 전압 변동폭이 나타나기 때문에 최대 210V의 입력 전압 변동폭이 발생한다.
따라서, 에너지 효율이 저하되고 단품 사이즈가 커질 뿐만 아니라, 부품 소자 비용이 증대된다. 또한, 상기 저전압 변환기(20)는 회생 제동 및 최대 부하량에 관계없이 상시 구동하도록 설계되기 때문에 연료 전지 차량의 연비 향상이 어려워지는 문제점이 존재한다.
(특허문헌 1) KR10-2004-0001776 A
(특허문헌 2) KR10-2003-0091183 A
(특허문헌 1) KR10-2004-0001776 A
(특허문헌 2) KR10-2003-0091183 A
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 저전압 직류 변환기 입력 전압 및 입력 전압 변동폭을 낮추는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법은 주동력원으로 사용되고 차량의 구동계에 동력을 공급하는 연료 전지 스택, 상기 연료 전지 스택으로부터 동력을 공급받는 고전압 직류 변환기, 상기 고전압 직류 변환기에 의해 다운된 전압을 공급받는 고전압 배터리 및 상기 고전압 직류 변환기와 고전압 사이의 전압을 공급받는 저전압 직류 변환기를 포함하는 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법에 있어서, 차량의 시동 온(ON)에 의해 상기 고전압 배터리가 구동되는 단계(S110), 상기 고전압 배터리 구동에 의해 공급된 전압을 상기 고전압 직류 변환기를 통하여 변환하는 단계(S120), 상기 S110단계와 S120단계 사이에서 저전압 직류 변환기로 상기 공급된 전압을 공급하는 단계(S111), 상기 연료 전지 스택에 에어를 공급하기 위한 에어 블로워를 구동시키는 단계(S130), 차량 구동용 모터를 구동하기 위한 인버터를 구동시키는 단계(S150), 모터의 회전속도를 검출하여 차량이 가속 또는 감속 상태인지 판단하는 단계(S160), 상기 단계 S160에서 가속인 경우, 상기 인버터를 증속 제어하여 차량 속도를 증가시키는 단계(S170) 및 상기 단계 S160에서 감속인 경우, 상기 인버터를 감속 제어하여 차량 속도를 감속시키는 단계(S161)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계 S111에서 저전압 부하로 동력을 공급하는 단계(S112)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계 S111에서 저전압 부하로 동력을 공급하는 단계(S112)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
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상술한 바와 같이 본 발명에 따른 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 시스템 및 그 방법에 의하면, 저전압 직류 변환기 효율을 향상시킴으로써 자동차 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 단품 사이즈를 축소시키는 효과를 갖는다.
또한, 부품 소자 비용의 절감 효과를 갖는다.
도 1은 종래기술에 의한 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 시스템은 연료 전지 스택(101), 상기 연료 전지 스택(101)으로부터 동력을 공급받는 고전압 직류 변환기(110), 상기 고전압 직류 변환기(110)에 의해 다운된 전압을 공급받는 고전압 배터리(120) 및 상기 고전압 직류 변환기(110)와 고전압 배터리(120) 사이의 전압을 공급받는 저전압 직류 변환기(130)를 포한다.
상기 연료 전지 스택(101)은 자동차의 구동계(100)에 동력을 공급하게 된다. 이러한 구동계(100)는 고전압 정션 박스(102), 인버터(103) 및 모터 감속기(104)로 이루어진다.
즉, 상기 고전압 정션 박스(102)에 연결되는 인버터(103)가 구비되고, 이러한 인버터(103)를 통하여 모터 감속기(104)가 전기적으로 연결되어서 자동차를 구동시키게 된다.
그리고 상기 고전압 정션 박스(102)와 전기적으로 연결되는 고전압 직류 변환기(110)가 구비된다. 이러한 고전압 직류 변환기(110)는 상기 구동계(100)를 이루고 있는 전압을 강하시키는 기능을 하게 된다. 상기 구동계(100)를 이루고 있는 전압은 예를 들면 240V 내지 450V이며, 이러한 구동계(100)를 이루고 있는 전압을 강하시킨 후 후술하는 고전압 배터리(120)에 공급하게 된다. 이때, 상기 고전압 직류 변환기(110)에 의해 강하되는 전압은 160V 내지 220V로 변압된다.
또한, 상기 고전압 직류 변환기(110)와 고전압 배터리(120) 사이에는 저전압 직류 변환기(130)가 개재되어서 전압을 공급받는다. 즉, 상기 저전압 직류 변환기(130)는 종래에는 240V 내지 450V의 전압을 공급받음으로써 고전압차가 발생하지만, 본 실시예에서는 상기 저전압 직류 변환기(130)로의 입력 전압은 160V 내지 220V이므로 입력 전압 변동폭을 저감시키는 효과를 갖게 된다.
또한, 상기 저전압 직류 변환기(130)가 고전압 배터리(120) 단으로 연결되기 때문에 수소를 이용한 연료 전지 스택(101)의 발전 에너지를 사용하지 않고, 모터, 인버터, 고전압 직류 변환기(110)를 통하여 차량 감속 시에 발생되는 회생 에너지만을 사용하여 상기 저전압 직류 변환기(130)가 구동되어서 연료 전지 차량의 연비를 향상시킬 수 있게 된다.
이후, 상기 저전압 직류 변환기(130)는 12V의 보조 배터리(140) 및 전장 부하(150)로 전원을 공급하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법을 나타낸 흐름도이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법은 차량의 시동이 온(ON)되는 단계(S100)로부터 시작된다.
이후, 고전압 배터리(120)가 구동된다.(S110)
이후, 상기 고전압 배터리(120)로부터 전원을 공급받아 고전압 직류 변환기(110)가 구동된다.(S120) 이때, 상기 고전압 배터리(120)와 고전압 직류 변환기(110)의 사이에는 저전압 직류 변환기(130)가 연결됨으로써 전원을 공급받을 수 있으며,(S111) 이러한 저전압 직류 변환기(130)의 전원을 공급받도록 전압 부하(150)가 연결된다.(S112)
이후, 에어 블로워(미도시)가 구동된다.(S130)
이후, 상기 에어 블로워에 의해서 연료 전지 스택(101)에 공기가 공급된다.(S140)
이후, 상기 연료 전지 스택(101)에 의해 전원을 공급받는 인버터(103)가 구동된다.(S150)
이후, 상기 인버터(103)에 연결된 모터가 구동되며, 모터의 회전속도 변화를 검출하여 차량이 가속 또는 감속 상태인지 판단한다.(S160)
이후, 상기 인버터(103)에 연결된 모터가 구동되며, 모터의 회전속도 변화를 검출하여 차량이 가속 또는 감속 상태인지 판단한다.(S160)
상기 단계 S160에서 차량이 감속 상태인 경우, 인버터를 감속 제어 함으로써 모터를 감속시킨다.(S161) 여기서 차량이 증속 상태인 경우, 인버터를 증속 제어함으로써 모터를 증속시킨다.(S170)
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이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 구동계
101: 연료 전지 스택
102: 고전압 정션 박스
103: 인버터
104: 모터 감속기
110: 고전압 직류 변환기
120: 고전압 배터리
130: 저전압 직류 변환기
140: 보조 배터리
150: 전장 부하
101: 연료 전지 스택
102: 고전압 정션 박스
103: 인버터
104: 모터 감속기
110: 고전압 직류 변환기
120: 고전압 배터리
130: 저전압 직류 변환기
140: 보조 배터리
150: 전장 부하
Claims (5)
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- 주동력원으로 사용되고 차량의 구동계에 동력을 공급하는 연료 전지 스택, 상기 연료 전지 스택으로부터 동력을 공급받는 고전압 직류 변환기, 상기 고전압 직류 변환기에 의해 다운된 전압을 공급받는 고전압 배터리 및 상기 고전압 직류 변환기와 고전압 사이의 전압을 공급받는 저전압 직류 변환기를 포함하는 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법에 있어서,
차량의 시동 온(ON)에 의해 상기 고전압 배터리가 구동되는 단계(S110);
상기 고전압 배터리 구동에 의해 공급된 전압을 상기 고전압 직류 변환기를 통하여 변환하는 단계(S120);
상기 S110단계와 S120단계 사이에서 저전압 직류 변환기로 상기 공급된 전압을 공급하는 단계(S111);
상기 연료 전지 스택에 에어를 공급하기 위한 에어 블로워를 구동시키는 단계(S130);
차량 구동용 모터를 구동하기 위한 인버터를 구동시키는 단계(S150);
모터의 회전속도를 검출하여 차량이 가속 또는 감속 상태인지 판단하는 단계(S160);
상기 단계 S160에서 가속인 경우, 상기 인버터를 증속 제어하여 차량 속도를 증가시키는 단계(S170); 및
상기 단계 S160에서 감속인 경우, 상기 인버터를 감속 제어하여 차량 속도를 감속시키는 단계(S161)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법. - 제4항에 있어서,
상기 단계 S111에서 저전압 부하로 동력을 공급하는 단계(S112)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량용 저전압 직류 변환기 구동 방법.
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