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KR101822232B1 - 연료전지 차량의 파워넷 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

연료전지 차량의 파워넷 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR101822232B1
KR101822232B1 KR1020150090047A KR20150090047A KR101822232B1 KR 101822232 B1 KR101822232 B1 KR 101822232B1 KR 1020150090047 A KR1020150090047 A KR 1020150090047A KR 20150090047 A KR20150090047 A KR 20150090047A KR 101822232 B1 KR101822232 B1 KR 101822232B1
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fuel cell
voltage battery
electrical connection
control unit
switching means
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KR1020150090047A
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권상욱
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현대자동차주식회사
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Abstract

충돌 등과 같은 위험 상황에서 연료전지 스택의 전압을 더욱 신속하게 제거하여 고전압 노출의 위험을 예방할 수 있는 연료전지 차량의 파워넷 시스템 및 그 제어 방법이 개시된다. 상기 연료전지 차량의 파워넷 시스템은, 메인 버스단에 상호 병렬로 연결된 연료전지 및 고전압 배터리부; 상기 연료전지의 출력단과 상기 메인 버스단 사이의 전기적 연결을 형성/차단하는 제1 스위칭 수단; 상기 연료전지의 출력단과 상기 제1 스위칭 수단 사이에서 분기되어 연결된 부하 장치; 상기 부하장치가 분기되는 노드와 상기 제1 스위칭 수단 사이에 연결된 역전류 차단 수단; 상기 연료전지의 출력단과 상기 부하장치 사이의 전기적 연결을 형성/차단하는 제2 스위칭 수단; 및 사전 설정된 위험 이벤트가 발생하는 경우, 상기 메인 버스단과 상기 고전압 배터리부의 전기적 연결 상태 및 상기 제1 스위칭 수단과 상기 제2 스위칭 수단을 제어하여 상기 연료전지의 출력단의 전력을 상기 부하 장치 및 상기 고전압 배터리부의 충전을 통해 소모시키는 제어부;를 포함한다.

Description

연료전지 차량의 파워넷 시스템 및 그 제어 방법{POWER NET SYSTEM OF FUEL CELL VEHICLE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 연료전지 차량의 파워넷 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충돌 등과 같은 위험 상황에서 연료전지 스택의 전압을 더욱 신속하게 제거하여 고전압 노출의 위험을 예방할 수 있는 연료전지 차량의 파워넷 시스템 및 그 제어 방법에 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.
연료전지 스택의 전압을 낮춰 제거하기 위한 연료전지 부하장치는 연료전지 차량의 시동 정지 중 그리고 정지 이후에 연료전지 스택 내부의 산소를 제거하기 위해 연료전지 스택과 상시 연결된다. 연료전지 스택에 유입된 산소는 연료전지 부하장치를 통해 전류가 소모되면서 애노드의 잔존 수소와 함께 제거된다. 애노드에 수소가 부족한 경우에 산소 소모가 불가하므로 이를 막기 위해 주기적으로 애노드에 수소를 공급하는 웨이크업(Wakeup) 기술이 이용된다.
즉, 연료전지 차량의 경우, 내연기관 차량과 달리 시동 오프 이후 연료전지 스택 내부의 잔존 공기를 제거하여 연료전지 스택의 전압을 낮추는 별도의 후처리 과정이 필요하다.
이는 연료전지 스택의 열화를 막고, 고전압에 대한 위험에 노출되는 것을 방지하기 위한 것이다. 애노드에 산소가 존재한 상태에서 전압이 형성되면 캐소드 측의 카본 부식 열화가 발생되므로 연료전지 스택 내부의 산소를 제거하고, 추가적인 산소 유입을 방지하며, 유입이 되더라도 유입된 산소를 제거하는 과정이 필요한 것이다.
종래에 연료전지 차량은 충돌과 같은 위험 상황이 발생하는 경우, 강제적으로 연료전지 부하장치를 이용하여 연료전지 스택의 전압을 낮추어 고전압에 대한 위험에 노출되는 것을 방지하고자 하였다.
이러한 종래의 방식은 연료전지 부하장치만 연료전지에 전기적으로 연결함으로써 연료전지의 전압을 낮추고자 한 것으로, 정상 상태에서 시동 오프 이후 연료전지의 전압을 낮추는 후처리 과정과 차이점이 없다. 따라서, 충돌과 같은 긴급한 위험 상황에서 별도의 연료전지 전압 강하를 위한 수단이 없으므로 더욱 신속한 고전압 제거가 불가능하며, 고전압 상태의 연료전지가 그대로 노출될 수 있으므로 감전 등과 같은 위험이 여전히 존재하게 되는 문제가 있다.
KR 10-2010-0060478 A
이에 본 발명은 충돌 등과 같은 위험 상황에서 연료전지 스택의 전압을 더욱 신속하게 제거하여 고전압 노출의 위험을 예방할 수 있는 연료전지 차량의 파워넷 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
메인 버스단에 상호 병렬로 연결된 연료전지 및 고전압 배터리부;
상기 연료전지의 출력단과 상기 메인 버스단 사이의 전기적 연결을 형성/차단하는 제1 스위칭 수단;
상기 연료전지의 출력단과 상기 제1 스위칭 수단 사이에서 분기되어 연결된 부하 장치;
상기 부하장치가 분기되는 노드와 상기 제1 스위칭 수단 사이에 연결된 역전류 차단 수단;
상기 연료전지의 출력단과 상기 부하장치 사이의 전기적 연결을 형성/차단하는 제2 스위칭 수단; 및
사전 설정된 위험 이벤트가 발생하는 경우, 상기 메인 버스단과 상기 고전압 배터리부의 전기적 연결 상태 및 상기 제1 스위칭 수단과 상기 제2 스위칭 수단을 제어하여 상기 연료전지의 출력단의 전력을 상기 부하 장치 및 상기 고전압 배터리부의 충전을 통해 소모시키는 제어부;
를 포함하는 연료전지 차량의 파워넷 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제어부는, 상기 사전 설정된 위험 이벤트가 발생하는 경우, 상기 제1 및 제2 스위칭 수단을 제어하기 이전에 상기 연료전지에 대한 수소 및 산소 공급을 차단하는 제어를 실행할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제어부는, 사전 설정된 위험 이벤트가 발생하는 경우, 상기 고전압 배터리부가 충전 가능한 상태인지 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제어부는, 상기 고전압 배터리부가 충전 가능한 상태인 경우 상기 제1 스위칭 수단 및 상기 제2 스위칭 수단을 단락 상태로 제어하고, 상기 고전압 배터리부 내 고전압 컨버터를 제어하여 상기 메인 버스단 전압을 하강시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제어부는, 상기 고전압 배터리부가 충전 불가능한 상태인 경우 상기 제1 스위칭 수단을 개방 상태로 제어하고, 상기 제2 스위칭 수단을 단락 상태로 제어하며, 상기 고전압 배터리부와 상기 메인 버스단의 전기적 연결이 차단되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제어부는, 상기 연료전지의 출력단의 전압이 사전 설정된 전압보다 작아지면 상기 제1 스위칭 수단 및 상기 제2 스위칭 수단을 개방 상태로 제어하고, 상기 고전압 배터리부와 상기 메인 버스단의 전기적 연결이 차단되도록 제어할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
제어부가 사전 설정된 위험 이벤트가 발생함을 감지하는 위험 감지 단계;
상기 제어부가 메인 버스단에 연료전지와 병렬로 연결된 고전압 배터리부의 충전 가능 여부를 판단하는 제1 판단 단계; 및
상기 고전압 배터리부가 충전 가능한 것으로 판단된 경우, 상기 제어부가, 상기 연료전지 출력단과 부하장치 사이의 전기적 연결 및 상기 연료전지와 상기 고전압 배터리부 사이의 전기적 연결을 형성하는 제어를 실행하는 제1 제어 단계;를 포함하며,
상기 연료전지의 출력단의 전력을 상기 부하 장치 및 상기 고전압 배터리부의 충전을 통해 소모시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 파워넷 시스템의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 판단 단계는, 상기 제어부가 상기 고전압 배터리부 내 고전압 컨버터를 제어하여 상기 메인 버스단 전압을 하강킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 고전압 배터리부가 충전 불가능한 것으로 판단된 경우, 상기 제어부가, 상기 연료전지 출력단과 부하장치 사이의 전기적 연결을 형성하고 상기 연료전지와 상기 고전압 배터리부 사이의 전기적 연결을 차단하는 제어를 실행하는 제2 제어 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 제1 판단 단계 이전에, 상기 제어부가 상기 연료전지로 공급되는 수소 및 산소를 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 제1 제어 단계 이후에, 상기 제어부가 상기 연료전지의 출력단의 전압과 사전 설정된 전압을 비교하는 비교 단계; 상기 비교 단계에서 상기 연료전지의 출력단의 전압이 사전 설정된 전압보다 작은 것으로 판단된 경우, 상기 제어부가 상기 연료전지 출력단과 부하장치 사이의 전기적 연결, 상기 연료전지 출력단과 상기 메인 버스단 사이의 전기적 연결 및 상기 고전압 배터리부와 상기 메인 버스단 사이의 전기적 연결을 차단하는 제어를 실행하는 제2 제어 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서 본 발명은,
사전 설정된 위험 이벤트가 발생하는 경우, 제어부가, 연료전지 출력단과 부하장치 사이의 전기적 연결 및 메인 버스단에 상기 연료전지와 병렬로 연결된 고전압 배터리부와 상기 연료전지 사이의 전기적 연결을 형성하는 제어를 실행함으로써, 상기 연료전지의 출력단의 전력을 상기 부하 장치 및 상기 고전압 배터리부의 충전을 통해 소모시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 파워넷 시스템의 제어 방법을 제공한다.
상술한 바와 같은 과제 해결 수단을 갖는 연료전지 차량의 파워넷 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 부하 장치만 이용하여 연료전지 출력단의 잔존 전력을 제거하는 방식에 비해, 더욱 신속하고 효율적으로 연료전지 출력단의 잔존 전력을 제거할 수 있다. 이에 따라, 상기 연료전지 차량의 파워넷 시스템 및 그 제어 방법은 연료전지 차량의 충돌 사고시 연료전지 출력단의 고전압을 급속하게 하강시킴으로써 감전 등의 사고를 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 차량의 파워넷 시스템을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 차량의 파워넷 시스템의 다양한 제어 방법을 도시한 흐름도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 연료전지 차량의 파워넷 시스템 및 그 제어 방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 차량의 파워넷 시스템을 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 차량의 파워넷 시스템은, 메인 버스단(12)에 상호 병렬로 연결된 연료전지(11) 및 고전압 배터리부(21)와, 연료전지(11)의 출력단과 메인 버스단(12) 사이의 전기적 연결을 형성/차단하는 제1 스위칭 수단(13)과, 연료전지(11)의 출력단과 제1 스위칭 수단(13) 사이에서 분기되어 연결된 부하 장치(15)와, 연료전지(11)의 출력단과 부하장치(15) 사이의 전기적 연결을 형성/차단하는 제2 스위칭 수단(17) 및 메인 버스단(12)과 고전압 배터리부(21)의 전기적 연결 상태 및 제1 스위칭 수단(13)과 제2 스위칭 수단(17)을 제어하는 제어부(19)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 연료전지(11)의 출력단과 제1 스위칭 수단(13) 사이에 역전류 차단 수단(D)을 구비할 수 있다. 특히, 역전류 차단 수단(D)은 부하장치(15)가 분기되는 노드(N)와 제1 스위칭 수단(13) 사이에 배치될 수 있다. 역전류 차단 수단(D)은 제1 스위칭 수단(13)이 단락된 상태인 경우 메인 버스단(12)으로부터 연료전지(11)의 출력단 및 부하장치(15)로 전류가 유입되는 것을 차단하기 위해 마련된다. 역전류 차단 수단(D)은 애노드와 캐소드가 각각 부하장치 분기 노드(N)와 제1 스위칭 수단(13) 사이에 연결된 다이오드(D)로 구현될 수 있다.
고전압 배터리부(21)는 연료전지(11)를 주 전원으로 하는 연료전지 차량의 보조 전원으로서 마련될 수 있다. 고전압 배터리부(21)는 전력을 저장하는 고전압 배터리(211)와 고전압 배터리(211)의 출력을 전압 변환하여 메인 버스단(12)으로 제공하거나 메인 버스단(12)으로부터 입력되는 전력을 전압 변환하여 고전압 배터리(211)로 제공하여 고전압 배터리(211)를 충전되게 하는 양방향 고전압 컨버터(213)을 포함할 수 있다.
고전압 배터리(211)는 내부에 릴레이와 같은 스위칭 수단을 포함할 수 있다. 고전압 배터리(211) 내부의 스위칭 수단은 제어부(19)에 의해 개방/단락 상태가 제어될 수 있으며, 그에 따라 고전압 배터리(211)와 메인 버스단(12) 사이의 전기적 연결이 형성/차단될 수 있다.
고전압 컨버터(213)는 전압 변환 과정에서 변환되는 크기를 결정하도록 PWM 제어되는 복수의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 고전압 컨버터(213) 내의 복수의 스위칭 소자는 제어부(19)에 의해 PWM 제어될 수 있으며, 스위칭 소자의 제어를 통해 고전압 배터리(211)와 메인 버스단(12) 사이의 전기적인 연결을 형성/차단할 수 있다.
도 1에서 참조 부호 '23'은 구동 모터부(23)를 도시한다. 구동 모터부(23)는 주 전원인 연료전지(11) 또는 보조 전원인 고전압 배터리부(21)에서 제공되는 전력을 이용하여 동력을 생산하는 요소이다.
구동 모터부(23)는 메인 버스단(12)으로부터 입력받은 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터(231)와 인버터(231)에서 변환된 교류 전력을 이용하여 구동되는 구동 모터(233)를 포함할 수 있다.
도 1에서, 스위칭 수단(13, 17)은 전자기 유도 방식을 적용하여 접점간의 연결을 단락/개방하는 릴레이로 도시되고 있으나 당 기술 분야에 통용되는 다양한 종류의 제어 가능한 스위칭 수단으로 대체될 수 있다. 또한, 참조부호 '25'는 메인 버스단(12)에 연결되어 고전압 사용하는 다양한 고전압 보기류를 나타내며, 참조부호 '31' 및 '33'은 각각 연료전지(11) 출력단의 전압 및 메인 버스단(12)의 전압을 검출하기 위한 전압 센서를 나타낸다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 차량의 파워넷 시스템은, 사전 설정된 위험 이벤트(예를 들어, 차량 충돌 등)가 발생하는 경우, 제어부(19)가 제1 스위칭 수단(13) 및 제2 스위칭 수단(17) 및 고전압 배터리부(21)를 적절하게 제어하여 연료전지(11)의 출력단의 전력을 부하 장치(15)를 통해 소모시킴과 동시에 고전압 배터리부의 충전을 통해 소모시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시형태는 충돌 사고 등과 같이 연료전지 차량이 위험 상태가 되는 경우, 연료전지(11)의 출력단의 전력을 부하 장치(15)를 통해 소모시킴과 동시에 고전압 배터리부(21) 내 고전압 배터리(211)의 충전을 통해 소모시킴으로써 연료전지(11) 출력단의 전압을 더욱 신속하게 감소시킬 수 있다.
이하에서는 전술한 것과 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 차량의 파워넷 시스템의 제어 방법에 대해 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 차량의 파워넷 시스템의 제어 방법의 일례를 도시한 흐름도이다. 도 2에 도시된 제어방법의 일례는 연료전지 차량에 충돌 사고 등과 같은 위험 이벤트가 발생하는 경우에 이루어지는 제어방법이다. 위험 이벤트는 충돌 사고 등과 같이 연료전지 차량이 위험 상태에 처하여 연료전지(11)의 출력단이 노출되어 외부 장비 또는 인력에 대한 단락 사고가 발생될 수 있는 것으로 예상되는 이벤트이다. 이러한 위험 이벤트는 차량에 설치된 다양한 센서(미도시, 예를 들어 충격센서)에 의해 감지될 수 있으며, 센서에 감지된 정보가 제어부(19)에 입력됨으로써 제어부(19)가 위험 이벤트의 발생 여부를 판단할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 차량의 파워넷 시스템을 구비한 연료전지 차량이 정상 운전을 하던 도중(S101) 사전 설정된 위험 이벤트가 발생하면(S103), 제어부(19)는 연료전지(11)의 스택 내로 공급되는 수소와 산소를 차단하여 연료전지(11)의 동작을 중단시킬 수 있다(S105). 단계(S101)에서 제1 스위칭 수단(13)은 단락된 상태로 연료전지(11)의 출력 전력이 메인 버스단(12)을 통해 구동 모터부(23)로 제공되는 상태이며, 제2 스위칭 수단(17)는 개방된 상태이다. 또한, 단계(S105)에서 제어부(19)는 구동 모터부(23) 내의 구동 모터(233) 출력도 0이 되도록 제어할 수 있다.
이어, 제어부(19)는 고전압 배터리부(21)의 충전 가능 여부를 판단한다(S107). 고전압 배터리부(21)의 충전 가능 여부를 판단하는 단계(S107)은, 제어부(19)가 고전압 배터리부(21)의 고전압 컨버터(212) 고장 여부 또는 고전압 배터리(211) 자체 고장 여부, 고전압 배터리(211)의 충전상태(SOC) 과다 여부 등에 대한 정보를 입수하여 실행될 수 있다.
이어, 제어부(19)가 고전압 배터리 충전이 가능한 상태로 판단한 경우, 제어부(19)는 제1 스위칭 수단(13)과 제2 스위칭 수단(17)을 단락 상태로 제어하고, 고전압 배터리부(21) 내의 고전압 배터리(211)가 충전될 수 있도록 고전압 컨버터(212)를 제어하여 메인 버스단(12)의 전압을 하강시킬 수 있다(S109). 이 경우, 연료전지(11) 출력단은 부하 장치(15)와 전기적으로 연결되며 동시에 고전압 배터리부(21)와도 전기적으로 연결되고 메인 버스단(12) 전압이 하강됨으로써, 연료전지(11) 출력단에 잔존하는 전력은 부하 장치(15)에 의해 소모됨과 동시에 고전압 배터리부(21)의 고전압 배터리(211)에 충전되면서 소멸될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 부하 장치(15)만 이용하여 연료전지(11) 출력단의 잔존 전력을 제거하는 것에 비교할 때, 더욱 신속하고 효율적으로 연료전지(11) 출력단의 잔존 전력을 제거할 수 있으며 이에 따라 충돌 사고시 연료전지(11) 출력단의 고전압을 급속하게 하강시킴으로써 감전 등의 사고를 예방할 수 있다.
일반적으로, 연료전지 차량에서 연료전지와 부하 장치는 엔진룸에 존재하지만 고전압 배터리부는 언더플로워(underfloor)에 위치한다. 즉, 고전압 배터리부는 연료전지에 비해 상대적으로 안전한 위치에 존재한다. 본 발명의 일 실시형태는 이러한 통상적인 연료전지 차량의 연료전지와 고전압 배터리부의 배치구조와 고전압 배터리보다 더욱 높은 전압값을 갖는 연료전지의 고전압을 먼저 신속하게 제거하여야 하는 필요성을 고려하여 제안된 것이다. 다시 말하면, 충돌 상황에서도 고전압 배터리와 고전압 컨버터는 정상적인 작동이 이루어질 수 있는 확률이 높은 영역에 배치되므로, 충돌 사고 등이 발생하는 경우 고전압 배터리 충전을 이용하여 연료전지의 잔류 전압을 제거하는 것이 실제 구현될 수 있는 확률이 높으며 더욱 안전 방식이 될 수 있다.
한편, 제어부(19)가 고전압 배터리 충전이 불가능한 상태로 판단한 경우, 제어부(19)는 제1 스위칭 수단(13)을 개방 상태로 제어하고 제2 스위칭 수단(17)을 단락 상태로 제어한다(S111). 이러한 제어부(19)의 제어를 통해, 연료전지(11)의 출력단과 부하장치(15) 사이의 전기적 연결이 형성되고 연료전지(11)와 고전압 배터리부(21) 사이의 전기적 연결이 차단될 수 있다. 특히, 단계(S111)에서는 고전압 배터리부(21)와 메인 버스단(12)의 연결을 차단할 수 있다. 고전압 배터리부(21)와 메인 버스단(12)의 전기적 연결을 차단하는 과정은 제어부(19)가 고전압 배터리(211) 내부에 마련된 릴레이(미도시)를 제어하여 고전압 배터리(211)와 고전압 컨버터(213)의 연결을 차단하거나, 제어부(19)가 고전압 컨버터(213) 내의 스위칭 소자를 제어하여 고전압 배터리(211)와 메인 버스단(12)이 전기적 절연 상태를 유지하게 하거나, 양자의 기법을 모두 채용하여 구현될 수 있다.
이어, 제어부(19)는 연료전지(11) 출력단의 전압과 사전 설정된 전압(V1)을 비교하여 연료전지(11)의 출력단의 전압이 사전 설정된 전압(V1)보다 작은 값인지 판단할 수 있다(S113). 단계(S113)에서 제어부(19)는 연료전지(11) 출력단의 전압을 검출하는 전압 센서(31)로부터 연료전지(11) 출력단 전압의 크기에 대한 정보를 제공 받아 사전 설정된 전압(V1)과 비교할 수 있다. 사전 설정된 전압(V1)은 연료전지(11) 출력단의 전압이 인체 등에 노출되는 경우에도 안전을 확보할 수 있는 낮은 전압값으로 사전 설정될 수 있다.
단계(S107)과 단계(S109) 및 단계(S111)는 연료전지(11)의 출력단의 전압이 사전 설정된 전압(V1)보다 작아질 때까지 계속 유지될 수 있다.
이어, 연료전지(11)의 출력단의 전압이 사전 설정된 전압(V1)보다 작아지면, 제어부(19)는 제1 스위칭 수단(13) 및 제2 스위칭 수단(17)을 개방 상태가 되게 제어함으로써 연료전지(11)와 메인 버스단(12) 사이의 전기적 연결 및 연료전지(11)와 부하장치(15) 사이의 전기적 연결을 차단할 수 있다. 또한, 단계(S109)에서 고전압 배터리부(21)의 충전이 이루어지던 경우에, 제어부(19)는 고전압 배터리부(21)와 메인 버스단(12) 사이의 연결을 차단할 수 있다.
본 발명은 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.
11: 연료 전지 12: 메인 버스단
13: 제1 스위칭 수단 15: 부하장치
17: 제2 스위칭 수단 19: 제어부
21: 고전압 배터리부 211: 고전압 배터리
213: 고전압 컨버터 23: 구동 모터부
231: 인버터 233: 구동 모터
25: 고전압 보기류 31, 33: 전압 센서
D: 역전류 차단 수단

Claims (12)

  1. 메인 버스단에 상호 병렬로 연결된 연료전지 및 고전압 배터리부;
    상기 연료전지의 출력단과 상기 메인 버스단 사이의 전기적 연결을 형성/차단하는 제1 스위칭 수단;
    상기 연료전지의 출력단과 상기 제1 스위칭 수단 사이에서 분기되어 연결된 부하 장치;
    상기 부하장치가 분기되는 노드와 상기 제1 스위칭 수단 사이에 연결된 역전류 차단 수단;
    상기 연료전지의 출력단과 상기 부하장치 사이의 전기적 연결을 형성/차단하는 제2 스위칭 수단; 및
    사전 설정된 위험 이벤트가 발생하는 경우, 상기 메인 버스단과 상기 고전압 배터리부의 전기적 연결 상태 및 상기 제1 스위칭 수단과 상기 제2 스위칭 수단을 제어하여 상기 연료전지의 출력단의 전력을 상기 부하 장치 및 상기 고전압 배터리부의 충전을 통해 소모시키는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 사전 설정된 위험 이벤트가 발생하는 경우, 상기 고전압 배터리부가 충전 가능한 상태인지 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 파워넷 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 사전 설정된 위험 이벤트가 발생하는 경우, 상기 제1 및 제2 스위칭 수단을 제어하기 이전에 상기 연료전지에 대한 수소 및 산소 공급을 차단하는 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 파워넷 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 고전압 배터리부가 충전 가능한 상태인 경우 상기 제1 스위칭 수단 및 상기 제2 스위칭 수단을 단락 상태로 제어하고, 상기 고전압 배터리부 내 고전압 컨버터를 제어하여 상기 메인 버스단 전압을 하강시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 파워넷 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 고전압 배터리부가 충전 불가능한 상태인 경우 상기 제1 스위칭 수단을 개방 상태로 제어하고, 상기 제2 스위칭 수단을 단락 상태로 제어하며, 상기 고전압 배터리부와 상기 메인 버스단의 전기적 연결이 차단되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 파워넷 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 연료전지의 출력단의 전압이 사전 설정된 전압보다 작아지면 상기 제1 스위칭 수단 및 상기 제2 스위칭 수단을 개방 상태로 제어하고, 상기 고전압 배터리부와 상기 메인 버스단의 전기적 연결이 차단되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 파워넷 시스템.
  7. 제어부가 사전 설정된 위험 이벤트가 발생함을 감지하는 위험 감지 단계;
    상기 제어부가 메인 버스단에 연료전지와 병렬로 연결된 고전압 배터리부의 충전 가능 여부를 판단하는 제1 판단 단계; 및
    상기 고전압 배터리부가 충전 가능한 것으로 판단된 경우, 상기 제어부가, 상기 연료전지 출력단과 부하장치 사이의 전기적 연결 및 상기 연료전지와 상기 고전압 배터리부 사이의 전기적 연결을 형성하는 제어를 실행하는 제1 제어 단계;를 포함하며,
    상기 연료전지의 출력단의 전력을 상기 부하 장치 및 상기 고전압 배터리부의 충전을 통해 소모시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 파워넷 시스템의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 판단 단계는, 상기 제어부가 상기 고전압 배터리부 내 고전압 컨버터를 제어하여 상기 메인 버스단 전압을 하강시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 파워넷 시스템의 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 고전압 배터리부가 충전 불가능한 것으로 판단된 경우, 상기 제어부가, 상기 연료전지 출력단과 부하장치 사이의 전기적 연결을 형성하고 상기 연료전지와 상기 고전압 배터리부 사이의 전기적 연결을 차단하는 제어를 실행하는 제2 제어 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 파워넷 시스템의 제어 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 판단 단계 이전에, 상기 제어부가 상기 연료전지로 공급되는 수소 및 산소를 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 파워넷 시스템의 제어 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 제어 단계 이후에, 상기 제어부가 상기 연료전지의 출력단의 전압과 사전 설정된 전압을 비교하는 비교 단계;
    상기 비교 단계에서 상기 연료전지의 출력단의 전압이 사전 설정된 전압보다 작은 것으로 판단된 경우, 상기 제어부가 상기 연료전지 출력단과 부하장치 사이의 전기적 연결, 상기 연료전지 출력단과 상기 메인 버스단 사이의 전기적 연결 및 상기 고전압 배터리부와 상기 메인 버스단 사이의 전기적 연결을 차단하는 제어를 실행하는 제2 제어 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 파워넷 시스템의 제어 방법.
  12. 사전 설정된 위험 이벤트가 발생하는 경우, 제어부가, 고전압 배터리부가 충전 가능한 상태인지 판단하고 그 판단 결과에 기반하여 연료전지 출력단과 부하장치 사이의 전기적 연결 및 메인 버스단에 상기 연료전지와 병렬로 연결된 고전압 배터리부와 상기 연료전지 사이의 전기적 연결을 형성하는 제어를 실행함으로써, 상기 연료전지의 출력단의 전력을 상기 부하 장치 및 상기 고전압 배터리부의 충전을 통해 소모시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 파워넷 시스템의 제어 방법.
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