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KR102691017B1 - Fuel cell Vehicle and method for discharging remaining energy and performed in the vehicle - Google Patents

Fuel cell Vehicle and method for discharging remaining energy and performed in the vehicle Download PDF

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KR102691017B1
KR102691017B1 KR1020190136759A KR20190136759A KR102691017B1 KR 102691017 B1 KR102691017 B1 KR 102691017B1 KR 1020190136759 A KR1020190136759 A KR 1020190136759A KR 20190136759 A KR20190136759 A KR 20190136759A KR 102691017 B1 KR102691017 B1 KR 102691017B1
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discharge
control signal
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fuel cell
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김주한
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

실시 예의 연료 전지 차량은, 복수의 단위 셀이 적층된 셀 스택과, 방전 제어 신호에 응답하여, 셀 스택의 양 출력단으로부터 출력되는 잔류 전압을 방전하는 방전부와, 방전부 자체에서 잔류 전압을 방전시킬 수 없을 때, 방전부에서 잔류 전압을 방전시킬 수 있는 우회 경로를 형성하는 방전 보조부 및 잔류 전압을 방전시킬 필요가 있을 때, 방전 제어 신호를 생성하는 주 제어부를 포함한다.The fuel cell vehicle of the embodiment includes a cell stack in which a plurality of unit cells are stacked, a discharge unit that discharges the residual voltage output from both output terminals of the cell stack in response to a discharge control signal, and the discharge unit itself discharges the residual voltage. It includes a discharge auxiliary unit that forms a bypass path that can discharge the residual voltage in the discharge unit when this cannot be done, and a main control unit that generates a discharge control signal when it is necessary to discharge the residual voltage.

Figure R1020190136759
Figure R1020190136759

Description

연료 전지 차량 및 이 차량에서 수행되는 잔류 에너지 방전 방법{Fuel cell Vehicle and method for discharging remaining energy and performed in the vehicle}Fuel cell vehicle and method for discharging remaining energy and performed in the vehicle}

실시 예는 연료 전지 차량 및 이 차량에서 수행되는 잔류 에너지 방전 방법에 관한 것이다.Embodiments relate to fuel cell vehicles and methods of discharging residual energy performed in the vehicle.

셀 스택을 포함하는 연료 전지를 갖는 차량(이하, ‘연료 전지 차량’이라 한다)에서, 차량의 시동이 꺼진 후 셀 스택의 공기 채널 내의 산소를 제거하여 셀 스택의 내구성을 개선시킬 필요가 있다. 또는, 연료 전지 차량의 충돌 시, 이차적인 감전 사고나 전기 화재 등을 방지하기 위해, 셀 스택에 잔류하는 전기 에너지를 제거할 필요가 있다. 또는, 연료 전지 차량의 시동이 꺼진 후 차량 정비 시 감전 사고를 방지하기 위해, 셀 스택에 잔류하고 있는 전기 에너지를 제거할 필요가 있다.In a vehicle having a fuel cell including a cell stack (hereinafter referred to as a ‘fuel cell vehicle’), there is a need to improve the durability of the cell stack by removing oxygen in the air channels of the cell stack after the vehicle’s engine is turned off. Alternatively, in the event of a fuel cell vehicle crash, it is necessary to remove the electrical energy remaining in the cell stack to prevent secondary electric shock or electrical fire. Alternatively, to prevent electric shock accidents during vehicle maintenance after the fuel cell vehicle's engine is turned off, it is necessary to remove the electrical energy remaining in the cell stack.

이와 같이, 연료 전지 차량의 시동이 꺼지거나 차량이 충돌할 때, 또는 정비 작업을 수행할 때, 셀 스택에 잔류하는 전기 에너지를 제거함으로써 연료 전지 차량의 전기적 안전성을 확보함이 매우 중요하다.In this way, it is very important to ensure the electrical safety of the fuel cell vehicle by removing the electrical energy remaining in the cell stack when the engine of the fuel cell vehicle is turned off, the vehicle crashes, or maintenance work is performed.

실시 예는 차량의 시동이 꺼지거나 차량이 충돌할 때 셀 스택에 잔류하는 전압을 방전하여 안정적으로 제거할 수 있는 연료 전지 차량 및 이 차량에서 수행되는 잔류 에너지 방전 방법을 제공한다.Embodiments provide a fuel cell vehicle that can stably remove voltage remaining in a cell stack by discharging it when the vehicle's engine is turned off or the vehicle crashes, and a method of discharging residual energy performed in the vehicle.

일 실시 예에 의한 연료 전지 차량은, 복수의 단위 셀이 적층된 셀 스택; 방전 제어 신호에 응답하여, 상기 셀 스택의 양 출력단으로부터 출력되는 잔류 전압을 방전하는 방전부; 상기 방전부 자체에서 상기 잔류 전압을 방전시킬 수 없을 때, 상기 방전부에서 상기 잔류 전압을 방전시킬 수 있는 우회 경로를 형성하는 방전 보조부; 및 상기 잔류 전압을 방전시킬 필요가 있을 때, 상기 방전 제어 신호를 생성하는 주 제어부를 포함할 수 있다.A fuel cell vehicle according to one embodiment includes a cell stack in which a plurality of unit cells are stacked; a discharge unit that discharges residual voltage output from both output terminals of the cell stack in response to a discharge control signal; a discharge auxiliary unit that forms a bypass path through which the residual voltage can be discharged in the discharge unit when the residual voltage cannot be discharged in the discharge unit itself; and a main control unit that generates the discharge control signal when it is necessary to discharge the residual voltage.

예를 들어, 상기 방전부는 상기 방전 제어 신호에 응답하여 적어도 하나의 구동 신호를 생성하는 서브 제어부; 일측이 상기 셀 스택의 상기 양 출력단 중 상기 잔류 전압의 고전위 레벨과 연결된 제1 출력단과 연결되는 적어도 하나의 저항을 포함하는 방열 저항단; 및 상기 적어도 하나의 저항의 타측과 상기 셀 스택의 상기 양 출력단 중 상기 잔류 전압의 저전위 레벨과 연결된 제2 출력단 사이에 연결되며, 상기 적어도 하나의 구동 신호에 응답하여 스위칭하는 적어도 하나의 제1 스위칭 소자를 포함할 수 있다.For example, the discharge unit may include a sub-control unit that generates at least one driving signal in response to the discharge control signal; a heat dissipation resistance stage including at least one resistor on one side of which is connected to a first output terminal connected to a high potential level of the residual voltage among the two output terminals of the cell stack; and at least one first connected between the other side of the at least one resistor and a second output terminal connected to a low potential level of the residual voltage among the two output terminals of the cell stack, and switching in response to the at least one driving signal. It may include a switching element.

예를 들어, 상기 적어도 하나의 구동 신호는 제1 내지 제M 구동 신호(여기서, M은 2 이상의 양의 정수)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 저항은 서로 병렬 연결되며, 각각이 상기 제1 출력단과 연결되는 일측을 갖는 제1 내지 제M 저항을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 스위칭 소자는 상기 제1 내지 제M 구동 신호에 응답하여 각각 스위칭하고, 상기 제1 내지 제M 저항의 타측과 상기 제2 출력단 사이에 각각 연결되는 제1-1 내지 제1-M 스위칭 소자를 포함할 수 있다.For example, the at least one driving signal includes first to Mth driving signals (where M is a positive integer of 2 or more), the at least one resistor is connected in parallel with each other, and each is connected to the first output terminal. Includes first to Mth resistors having one side connected to, wherein the at least one first switching element switches in response to the first to Mth driving signals, and the other side of the first to Mth resistors and It may include 1-1st to 1-M switching elements respectively connected between the second output terminals.

예를 들어, 상기 제1 내지 제M 저항 각각은 시스 히터, 세라믹 히터, 전기 저항 소자 또는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 저항체를 포함할 수 있다.For example, each of the first to Mth resistors may include a sheath heater, a ceramic heater, an electrical resistance element, or a positive temperature coefficient (PTC) resistor.

예를 들어, 상기 적어도 하나의 제1 스위칭 소자는 반도체 스위치를 포함할 수 있다.For example, the at least one first switching element may include a semiconductor switch.

예를 들어, 상기 반도체 스위치는 IGBT, SCR(Silicon Controlled Rectifiers), GTO(Gate Turn Off Thyristors), BJT(Bipolar Junction Transistor) 또는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors)을 포함할 수 있다.For example, the semiconductor switch may include IGBT, Silicon Controlled Rectifiers (SCR), Gate Turn Off Thyristors (GTO), Bipolar Junction Transistor (BJT), or Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFET).

예를 들어, 상기 방전부는 COD 히터를 포함할 수 있다.For example, the discharge unit may include a COD heater.

예를 들어, 상기 방전 보조부는 상기 방전부 자체에서 상기 잔류 전압을 방전시킬 수 없을 때, 턴 온되는 제2 스위칭 소자; 및 상기 제2 스위칭 소자가 턴 온될 때 상기 적어도 하나의 저항의 상기 타측을 상기 셀 스택의 상기 제2 출력단에 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.For example, the discharge auxiliary unit may include a second switching element that is turned on when the discharge unit itself cannot discharge the residual voltage; and a connection portion connecting the other side of the at least one resistor to the second output terminal of the cell stack when the second switching element is turned on.

예를 들어, 상기 제2 스위칭 소자는 제1 스위칭 제어 신호에 응답하여 턴 오프되고, 상기 제1 스위칭 제어 신호가 발생되지 않을 때 턴 온되는 노말리 클로즈 타입이고, 상기 주 제어부는 상기 방전 제어 신호가 발생될 때 상기 제1 스위칭 제어 신호를 생성 할 수 있다.For example, the second switching element is a normally closed type that is turned off in response to the first switching control signal and turned on when the first switching control signal is not generated, and the main control unit receives the discharge control signal. The first switching control signal can be generated when is generated.

예를 들어, 상기 연료 전지 차량은 제2 스위칭 제어 신호에 응답하여, 상기 셀 스택의 상기 양 출력단으로부터 출력되는 상기 스택 전압을 부하로 제공하는 스위칭부를 더 포함하고, 상기 주 제어부는 상기 잔류 전압을 방전시킬 필요가 있는가를 검사한 결과에 응답하여 상기 제2 스위칭 제어 신호를 생성할 수 있다.For example, the fuel cell vehicle further includes a switching unit that provides the stack voltage output from both output terminals of the cell stack to a load in response to a second switching control signal, and the main control unit controls the residual voltage. The second switching control signal may be generated in response to a result of checking whether discharge is necessary.

예를 들어, 상기 주 제어부는 동작 전압이 인가될 때, 상기 잔류 전압을 방전시킬 필요가 있는가를 검사한 결과에 따라, 상기 방전 제어 신호, 상기 제1 스위칭 제어 신호 또는 상기 제2 스위칭 제어 신호 중 적어도 하나를 생성할 수 있다.For example, when an operating voltage is applied, the main controller determines whether it is necessary to discharge the residual voltage, and selects at least one of the discharge control signal, the first switching control signal, and the second switching control signal. You can create one.

예를 들어, 상기 연료 전지 차량은, 상기 연료 전지 차량의 시동이 멈추었는가를 검사하는 시동 검사부를 더 포함하고, 상기 주 제어부는 상기 시동 검사부에서 검사된 결과에 응답하여 상기 방전 제어 신호, 상기 제1 스위칭 제어 신호 또는 상기 제2 스위칭 제어 신호 중 적어도 하나를 생성할 수 있다.For example, the fuel cell vehicle further includes a start-up inspection unit that checks whether the engine of the fuel cell vehicle has stopped, and the main control unit responds to a result inspected by the start-up test unit by sending the discharge control signal, the first At least one of a 1 switching control signal or the second switching control signal may be generated.

예를 들어, 상기 연료 전지 차량은, 상기 연료 전지 차량이 충돌하였는가를 검사하는 충돌 검사부를 더 포함하고, 상기 주 제어부는 상기 충돌 검사부에서 검사된 결과에 응답하여 상기 방전 제어 신호, 상기 제1 스위칭 제어 신호 또는 상기 제2 스위칭 제어 신호 중 적어도 하나를 생성할 수 있다.For example, the fuel cell vehicle further includes a collision inspection unit that checks whether the fuel cell vehicle has collided, and the main control unit controls the discharge control signal and the first switching in response to a result inspected by the collision inspection unit. At least one of a control signal or the second switching control signal may be generated.

다른 실시 예에 의하면, 복수의 단위 셀이 적층된 셀 스택을 포함하는 연료 전지 및 상기 셀 스택의 잔류 전압을 방전하는 방전부를 포함하는 연료 전지 차량에서 수행되는 잔류 에너지 방전 방법은, 상기 셀 스택의 잔류 전압을 방전할 필요가 있는가를 검사하는 단계; 상기 셀 스택의 잔류 전압을 방전할 필요가 있을 때, 상기 방전부 자체에서 상기 잔류 전압을 방전시킬 수 있는가를 검사하는 단계; 상기 방전부 자체에서 상기 잔류 전압을 방전시킬 수 있을 때, 상기 방전부 자체에서 상기 잔류 전압을 방전시키는 단계; 및 상기 방전부 자체에서 상기 잔류 전압을 방전시킬 수 없을 때, 상기 방전부에서 상기 잔류 전압을 우회 경로를 통해 방전시키는 단계를 포함할 수 있다.According to another embodiment, a residual energy discharging method performed in a fuel cell vehicle including a fuel cell including a cell stack in which a plurality of unit cells are stacked and a discharge unit discharging residual voltage of the cell stack includes: checking whether there is a need to discharge residual voltage; When it is necessary to discharge the residual voltage of the cell stack, checking whether the residual voltage can be discharged in the discharge unit itself; discharging the residual voltage in the discharge unit itself when the residual voltage can be discharged in the discharge unit itself; and when the residual voltage cannot be discharged in the discharge unit itself, discharging the residual voltage in the discharge unit through a bypass path.

예를 들어, 상기 잔류 전압을 방전할 필요가 있는가를 검사하는 단계는 상기 연료 전지 차량의 시동이 멈추었는가를 검사하는 단계; 또는 상기 연료 전지 차량이 충돌하였는가를 검사하는 단계 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 연료 전지 차량의 시동이 멈추거나 상기 연료 전지 차량이 충돌하였을 때, 상기 잔류 전압을 방전시킬 필요가 있는 것으로 결정할 수 있다.For example, the step of checking whether it is necessary to discharge the residual voltage includes checking whether the fuel cell vehicle has stopped starting; Or it may include at least one of the steps of checking whether the fuel cell vehicle has crashed, and when the engine of the fuel cell vehicle stops or the fuel cell vehicle has crashed, it may be determined that the residual voltage needs to be discharged. .

실시 예에 따른 연료 전지 차량 및 이 차량에서 수행되는 잔류 에너지 방전 방법은 셀 스택의 잔류 전압을 방전시켜야 되는 상황에서 방전부 자체에서 잔류 전압을 방전시킬 수 없을 때에도 방전 보조부를 이용하여 셀 스택의 잔류 전압을 방전시킬 수 있으므로, 셀 스택의 잔류 에너지 방전 기능을 보증하고 전기적 안정성을 확보하여 높은 신뢰성을 가질 수 있다.The fuel cell vehicle according to the embodiment and the residual energy discharging method performed in this vehicle use the discharge auxiliary unit to discharge the remaining voltage of the cell stack even when the residual voltage of the cell stack must be discharged and the residual voltage cannot be discharged from the discharge unit itself. Since the voltage can be discharged, the residual energy discharge function of the cell stack is guaranteed and electrical stability is ensured, resulting in high reliability.

도 1은 실시 예에 의한 연료 전지 차량의 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 연료 전지 차량에 포함될 수 있는 연료 전지의 예시적인 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 차량에서 수행되는 실시 예에 의한 잔류 에너지 방전 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
1 is a block diagram of a fuel cell vehicle according to an embodiment.
FIG. 2 shows an exemplary cross-sectional view of a fuel cell that may be included in the fuel cell vehicle shown in FIG. 1.
FIG. 3 is a flow chart for explaining a method of discharging residual energy according to an embodiment performed in the vehicle shown in FIG. 1.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of example embodiments, and will be described in detail with reference to the accompanying drawings to aid understanding of the invention. However, the embodiments according to the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the art.

본 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성요소(element)의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소(element)가 상기 두 구성요소(element) 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.In the description of this embodiment, in the case where it is described as being formed "on or under" of each element, it is indicated as being formed "on or under" ( “on or under” includes both elements that are in direct contact with each other or one or more other elements that are formed (indirectly) between the two elements.

또한 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 구성요소(element)를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.Additionally, when expressed as “above” or “on or under,” it can include not only the upward direction but also the downward direction based on one element.

또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.In addition, relational terms such as “first” and “second,” “top/upper/top” and “bottom/bottom/bottom” used below refer to any physical or logical relationship or relationship between such entities or elements. It may be used to distinguish one entity or element from another entity or element, without necessarily requiring or implying order.

이하, 실시 예에 의한 연료 전지를 갖는 차량(이하, ‘연료 전지 차량’ 또는, ‘차량’이라 한다)을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, a vehicle having a fuel cell according to an embodiment (hereinafter referred to as a ‘fuel cell vehicle’ or ‘vehicle’) will be described with reference to the attached drawings.

도 1은 실시 예에 의한 연료 전지 차량(300)의 블럭도이다.Figure 1 is a block diagram of a fuel cell vehicle 300 according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 일 실시 예에 의한 차량(300)은 셀 스택(cell stack)(310), 방전부(320), 방전 보조부(330) 및 주 제어부(370)를 포함할 수 있다. 또한, 차량(300)은 부하(360)를 더 포함할 수 있다. 또한, 차량(300)은 시동 검사부(380) 또는 충돌 검사부(350) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a vehicle 300 according to an embodiment may include a cell stack 310, a discharge unit 320, a discharge auxiliary unit 330, and a main control unit 370. Additionally, the vehicle 300 may further include a load 360. Additionally, the vehicle 300 may further include at least one of a start-up inspection unit 380 or a collision inspection unit 350.

먼저, 차량(300)에 포함될 수 있는 연료 전지의 일 례를 첨부된 도 2를 참조하여 다음과 같이 살펴보지만, 실시 예는 차량(300)에 포함되는 연료 전지의 특정한 형태에 국한되지 않는다.First, an example of a fuel cell that may be included in the vehicle 300 will be described as follows with reference to the attached FIG. 2, but the embodiment is not limited to a specific type of fuel cell included in the vehicle 300.

연료 전지는 예를 들어 차량 구동을 위한 전력 공급원으로 가장 많이 연구되고 있는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)일 수 있다.For example, the fuel cell may be a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC: Proton Exchange Membrane Fuel Cell), which is the most widely studied as a power source for driving vehicles.

도 2는 도 1에 도시된 연료 전지 차량(300)에 포함될 수 있는 연료 전지의 예시적인 단면도를 나타낸다.FIG. 2 shows an example cross-sectional view of a fuel cell that may be included in the fuel cell vehicle 300 shown in FIG. 1 .

도 2를 참조하면, 연료 전지는 제1 및 제2 엔드 플레이트(end plate)(또는, 가압 플레이트 또는 압축판)(110A, 110B), 집전판(112) 및 셀 스택(122)을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 셀 스택(122)은 도 1에 도시된 셀 스택(310)의 실시 예에 해당할 수 있다.Referring to FIG. 2, the fuel cell may include first and second end plates (or pressure plates or compression plates) 110A, 110B, a current collector plate 112, and a cell stack 122. there is. The cell stack 122 shown in FIG. 2 may correspond to an example of the cell stack 310 shown in FIG. 1 .

셀 스택(122)은 제1 방향(예를 들어, x축 방향)으로 적층된 복수의 단위 셀(122-1 내지 122-N)을 포함할 수 있다. 여기서, N은 1 이상의 양의 정수로서, 수십 내지 수백일 수 있다. N은 예를 들어, 100 내지 300, 바람직하게는 220일 수 있으나, 실시 예는 N의 특정한 수에 국한되지 않는다.The cell stack 122 may include a plurality of unit cells 122-1 to 122-N stacked in a first direction (eg, x-axis direction). Here, N is a positive integer of 1 or more and may be tens to hundreds. N may be, for example, 100 to 300, preferably 220, but embodiments are not limited to a specific number of N.

각 단위 셀(122-n)은 0.6 볼트 내지 1.0 볼트, 평균적으로 0.7볼트의 전기를 생성할 수 있다. 여기서, 1≤n≤N이다. 따라서, 연료 전지로부터 출력되어 부하(360)로 공급하고자 하는 전압(이하, ‘스택 전압’이라 한다) 즉, 전력의 세기에 따라 N이 결정될 수 있다.Each unit cell 122-n can generate electricity of 0.6 volts to 1.0 volts, on average 0.7 volts. Here, 1≤n≤N. Accordingly, N can be determined depending on the voltage output from the fuel cell and supplied to the load 360 (hereinafter referred to as ‘stack voltage’), that is, the intensity of power.

도 1에 도시된 부하(360)란, 차량(300)에서 스택 전압에 상응하는 전력을 요구하는 부분으로서, 배터리(예를 들어, 고전압 배터리), 인버터, 모터, 스택 전압을 승압하는 직류/직류 변환기, 전동식 조향 기기(MDPS: Motor Driven Power Steering), 라디에이터 팬, 헤드 라이트 등 차량의 구동에 필요한 부품 등을 의미할 수 있으며, 실시 예는 부하(360)의 특정한 종류에 국한되지 않는다.The load 360 shown in FIG. 1 is a part of the vehicle 300 that requires power corresponding to the stack voltage, including a battery (e.g., high-voltage battery), inverter, motor, and direct current/direct current that boosts the stack voltage. It may refer to parts necessary for driving a vehicle, such as a converter, motor driven power steering (MDPS), radiator fan, and headlight, and the embodiment is not limited to a specific type of load 360.

또한, 스택 전압이란, 셀 스택(310)의 양 출력단(OUT1, OUT2)으로부터 출력될 수 있다. 셀 스택(310)의 양 출력단(OUT1, OUT2) 중 하나(OUT1)는 스택 전압의 고전위 레벨과 연결되고, 양 출력단(OUT1, OUT2) 중 다른 하나(OUT2)는 스택 전압의 저전위 레벨과 연결될 수 있다.Additionally, the stack voltage may be output from both output terminals (OUT1 and OUT2) of the cell stack 310. One of the two output terminals (OUT1, OUT2) of the cell stack 310 (OUT1) is connected to the high potential level of the stack voltage, and the other one (OUT2) of the two output terminals (OUT1, OUT2) is connected to the low potential level of the stack voltage. can be connected

각 단위 셀(122-n)은 막전극 접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)(210), 가스 확산층(GDL:Gas Diffusion Layer)(222, 224), 개스킷(Gasket)(232, 234, 236) 및 분리판(또는, 바이폴라 플레이트(bipolar plate) 또는 세퍼레이터(separator))(242, 244)을 포함할 수 있다.Each unit cell 122-n includes a membrane electrode assembly (MEA) 210, a gas diffusion layer (GDL) 222, 224, a gasket 232, 234, 236, and It may include a separation plate (or, bipolar plate or separator) 242, 244.

막전극 접합체(210)는 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매 전극층이 부착된 구조를 갖는다. 구체적으로, 막전극 접합체(210)는 고분자 전해질막(또는, 프로톤(proton) 교환막)(212), 연료극(또는, 수소극 또는 산화 전극)(214) 및 공기극(또는, 산소극 또는 환원 전극)(216)을 포함할 수 있다. 또한, 막전극 접합체(210)는 서브 개스킷(238)을 더 포함할 수도 있다.The membrane electrode assembly 210 has a structure in which a catalyst electrode layer in which an electrochemical reaction occurs is attached to both sides of the electrolyte membrane through which hydrogen ions move. Specifically, the membrane electrode assembly 210 includes a polymer electrolyte membrane (or proton exchange membrane) 212, a fuel electrode (or hydrogen electrode or oxidation electrode) 214, and an air electrode (or oxygen electrode or reduction electrode). It may include (216). Additionally, the membrane electrode assembly 210 may further include a sub gasket 238.

고분자 전해질막(210)은 연료극(214)과 공기극(216) 사이에 배치된다.The polymer electrolyte membrane 210 is disposed between the anode 214 and the air electrode 216.

연료 전지에서 연료인 수소는 제1 분리판(242)을 통해 연료극(214)으로 공급되고, 산화제인 산소를 포함하는 공기는 제2 분리판(244)을 통해 공기극(216)으로 공급될 수 있다.In a fuel cell, hydrogen, which is a fuel, can be supplied to the anode 214 through the first separator plate 242, and air containing oxygen, which is an oxidizing agent, can be supplied to the air electrode 216 through the second separator plate 244. .

연료극(214)으로 공급된 수소는 촉매에 의해 수소 이온(proton, H+)과 전자(electron, e-)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 고분자 전해질막(212)을 통과하여 공기극(216)으로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 가스 확산층(222, 224)과 제1 및 제2 분리판(242, 244)을 통해 공기극(216)으로 전달될 수 있다. 전술한 동작을 위해, 연료극(214)과 공기극(216) 각각에는 촉매층이 도포될 수 있다. 이와 같이, 전자의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하여 전류가 생성된다. 연료인 수소와 공기에 포함된 산소와의 전기 화학 반응에 의해, 연료 전지는 전력을 발생함을 알 수 있다.Hydrogen supplied to the anode 214 is decomposed into hydrogen ions (protons, H+) and electrons (electrons, e-) by a catalyst, and only hydrogen ions selectively pass through the polymer electrolyte membrane 212 to form the air electrode ( 216), and at the same time, electrons may be transferred to the air electrode 216 through the gas diffusion layers 222 and 224, which are conductors, and the first and second separation plates 242 and 244. For the above-described operation, a catalyst layer may be applied to each of the fuel electrode 214 and the air electrode 216. In this way, the flow of electrons through the external conductor occurs due to the movement of electrons, thereby generating current. It can be seen that a fuel cell generates power through an electrochemical reaction between hydrogen, which is a fuel, and oxygen contained in air.

공기극(216)에서는 고분자 전해질막(210)을 통해 공급된 수소 이온과 제1 및 제2 분리판(242, 244)을 통해 전달된 전자가 공기극(216)으로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물(이하, ‘생성수’ 또는 ‘응축수’라 함)을 생성하는 반응을 일으킨다. 공기극(216)에서 생성된 생성수는 고분자 전해질막(212)을 투과하여 연료극(214)으로 전달될 수 있다.At the air electrode 216, hydrogen ions supplied through the polymer electrolyte membrane 210 and electrons transferred through the first and second separators 242 and 244 meet oxygen in the air supplied to the air electrode 216 and produce water ( Hereinafter referred to as 'produced water' or 'condensed water'), a reaction occurs. Product water generated in the air electrode 216 may pass through the polymer electrolyte membrane 212 and be delivered to the anode 214.

경우에 따라, 연료극(214)을 양극(anode)이라 칭하고 공기극(216)을 음극(cathode)이라고 칭하거나 이와 반대로 연료극(214)을 음극이라 칭하고 공기극(216)을 양극이라고 칭할 수도 있다.In some cases, the fuel electrode 214 may be called an anode and the air electrode 216 may be called a cathode, or conversely, the fuel electrode 214 may be called a cathode and the air electrode 216 may be called an anode.

제1 및 제2 가스 확산층(222, 224)은 반응 기체인 수소와 산소를 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 제1 및 제2 가스 확산층(222, 224)은 막전극 접합체(210)의 양측에 각각 배치될 수 있다. 제1 가스 확산층(222)은 제1 분리판(242)을 통해 공급되는 반응 기체인 수소를 확산시켜 고르게 분포시키는 역할을 하며, 전기 전도성을 가질 수 있다. 제2 가스 확산층(224)은 제2 분리판(244)을 통해 공급되는 반응 기체인 공기를 확산시켜 고르게 분포시키는 역할을 하며, 전기 전도성을 가질 수 있다.The first and second gas diffusion layers 222 and 224 serve to evenly distribute hydrogen and oxygen, which are reaction gases, and transfer the generated electrical energy. To this end, the first and second gas diffusion layers 222 and 224 may be disposed on both sides of the membrane electrode assembly 210, respectively. The first gas diffusion layer 222 serves to diffuse and evenly distribute hydrogen, a reaction gas supplied through the first separator 242, and may have electrical conductivity. The second gas diffusion layer 224 serves to diffuse and evenly distribute air, which is a reaction gas supplied through the second separator plate 244, and may have electrical conductivity.

개스킷(232, 234, 236)은 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하며, 제1 및 제2 분리판(242, 244)을 적층할 때 응력을 분산시키며, 유로를 독립적으로 밀폐시키는 역할을 수행한다. 이와 같이, 개스킷(232, 234, 236)에 의해 기밀/수밀이 유지됨으로써 전력을 생성하는 셀 스택(122)과 인접한 면의 평탄도가 관리되어, 셀 스택(122)의 반응면에 균일한 면압 분포가 이루어질 수 있다.The gaskets 232, 234, and 236 maintain airtightness of the reaction gases and coolant and an appropriate clamping pressure, distribute stress when stacking the first and second separator plates 242, 244, and independently seal the flow path. Perform the role instructed. In this way, airtightness/watertightness is maintained by the gaskets 232, 234, and 236, and the flatness of the surface adjacent to the cell stack 122 that generates power is managed, creating a uniform surface pressure on the reaction surface of the cell stack 122. Distribution can be achieved.

제1 및 제2 분리판(242, 244)은 반응기체들 및 냉각매체를 이동시키는 역할과 복수의 단위 셀 각각을 다른 단위 셀과 분리시키는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 분리판(242, 244)은 막전극 접합체(210)와 가스 확산층(222, 224)을 구조적으로 지지하며, 발생한 전류를 수집하여 집전판(112)으로 전달하는 역할을 수행할 수도 있다.The first and second separation plates 242 and 244 may serve to move reaction gases and a cooling medium and to separate each unit cell from other unit cells. In addition, the first and second separator plates 242 and 244 structurally support the membrane electrode assembly 210 and the gas diffusion layers 222 and 224, and serve to collect the generated current and transfer it to the current collector plate 112. It can also be done.

제1 및 제2 분리판(242, 244)은 제1 방향(예를 들어, x축 방향)으로 서로 이격되어 제1 및 제2 가스 확산층(222, 224)의 외측에 각각 배치될 수 있다. 즉, 제1 분리판(242)은 제1 가스 확산층(222)의 좌측에 배치되고, 제2 분리판(244)은 제2 가스 확산층(224)의 우측에 배치될 수 있다.The first and second separation plates 242 and 244 may be spaced apart from each other in a first direction (eg, x-axis direction) and disposed outside the first and second gas diffusion layers 222 and 224, respectively. That is, the first separator plate 242 may be disposed on the left side of the first gas diffusion layer 222, and the second separator plate 244 may be disposed on the right side of the second gas diffusion layer 224.

제1 분리판(242)은 반응 기체인 수소를 제1 가스 확산층(222)을 통해 연료극(214)으로 공급하는 역할을 한다. 제2 분리판(244)은 반응 기체인 공기를 제2 가스 확산층(224)을 통해 공기극(216)으로 공급하는 역할을 한다. 그 밖에, 제1 및 제2 분리판(242, 244) 각각은 냉각 매체(예를 들어, 냉각수)가 흐를 수 있는 채널을 형성할 수도 있다.The first separator 242 serves to supply hydrogen, a reaction gas, to the anode 214 through the first gas diffusion layer 222. The second separation plate 244 serves to supply air, which is a reaction gas, to the air electrode 216 through the second gas diffusion layer 224. In addition, each of the first and second separation plates 242 and 244 may form a channel through which a cooling medium (eg, coolant) can flow.

한편, 제1 및 제2 엔드 플레이트(110A, 110B)는 셀 스택(122)의 양측단 각각에 배치되어, 복수의 단위 셀을 지지하며 고정시킬 수 있다. 즉, 제1 엔드 플레이트(110A)는 셀 스택(122)의 양측단 중 일측단에 배치되고, 제2 엔드 플레이트(110B)는 셀 스택(122)의 양측단 중 타측단에 배치될 수 있다.Meanwhile, the first and second end plates 110A and 110B are disposed on both ends of the cell stack 122 to support and secure a plurality of unit cells. That is, the first end plate 110A may be placed on one of both ends of the cell stack 122, and the second end plate 110B may be placed on the other end of the two ends of the cell stack 122.

제1 및 제2 엔드 플레이트(110A, 110B)는 금속 인서트가 플라스틱 사출물에 의해 둘러싸인 형태를 가질 수 있다. 제1 및 제2 엔드 플레이트(110A, 110B)의 금속 인서트는 내부 면압에 견디기 위해 고강성 특성을 가질 수 있으며 금속 재질을 기계 가공하여 구현될 수 있다.The first and second end plates 110A and 110B may have a metal insert surrounded by an injection-molded plastic product. The metal inserts of the first and second end plates 110A and 110B may have high rigidity characteristics to withstand internal surface pressure and may be implemented by machining a metal material.

집전판(112)은 셀 스택(122)과 대면하는 제1 및 제2 엔드 플레이트(110A, 110B)의 내측면(110AI, 110BI)과 셀 스택(122) 사이에 배치될 수 있다. 집전판(112)은 셀 스택(122)에서 전자의 흐름으로 생성된 전기 에너지를 모아서 연료 전지가 사용되는 차량(300A)의 부하로 공급하는 역할을 한다.The current collector plate 112 may be disposed between the cell stack 122 and the inner surfaces 110AI and 110BI of the first and second end plates 110A and 110B facing the cell stack 122 . The current collector 112 collects electrical energy generated by the flow of electrons in the cell stack 122 and supplies it to the load of the vehicle 300A in which the fuel cell is used.

이하, 셀 스택(310)의 잔류 에너지(예를 들어, 잔류 전압)를 방전시키는 방법을 수행하기 위한 차량(300)의 구성에 대해 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, the configuration of the vehicle 300 for performing a method of discharging the residual energy (eg, residual voltage) of the cell stack 310 will be described as follows.

도 1을 참조하면, 방전부(320)는 주 제어부(370)로부터 출력되는 방전 제어 신호(DCS)에 응답하여, 셀 스택(310)의 양 출력단(OUT1, OUT2)으로부터 출력되는 잔류 전압을 방전한다. 이하, 셀 스택(310)의 양 출력단(OUT1, OUT2) 중에서 잔류 전압의 고전위 레벨과 연결된 출력단을 ‘제1 출력단’(OUT1)이라 칭하고, 셀 스택(310)의 양 출력단(OUT1, OUT2) 중에서 잔류 전압의 저전위 레벨과 연결된 출력단을 ‘제2 출력단’(OUT2)이라 칭한다.Referring to FIG. 1, the discharge unit 320 discharges the residual voltage output from both output terminals (OUT1 and OUT2) of the cell stack 310 in response to the discharge control signal (DCS) output from the main control unit 370. do. Hereinafter, among both output terminals (OUT1, OUT2) of the cell stack 310, the output terminal connected to the high potential level of the residual voltage is referred to as the 'first output terminal' (OUT1), and the output terminal (OUT1, OUT2) of the cell stack 310 is referred to as the 'first output terminal' (OUT1). Among them, the output terminal connected to the low potential level of the residual voltage is called the 'second output terminal' (OUT2).

전술한 동작을 위해, 방전부(320)는 서브 제어부(322), 적어도 하나의 제1 스위칭 소자(또는, 제1 릴레이 소자) 및 방열 저항단(324)을 포함할 수 있다.For the above-described operation, the discharge unit 320 may include a sub-controller 322, at least one first switching element (or first relay element), and a heat dissipation resistor stage 324.

서브 제어부(322)는 주 제어부(370)로부터 출력되는 방전 제어 신호(DCS)에 응답하여 적어도 하나의 구동 신호를 생성하고, 생성된 적어도 하나의 구동 신호를 적어도 하나의 제1 스위칭 소자로 출력한다.The sub-controller 322 generates at least one driving signal in response to the discharge control signal (DCS) output from the main control unit 370, and outputs the generated at least one driving signal to at least one first switching element. .

방열 저항단(324)은 적어도 하나의 저항을 포함한다. 적어도 하나의 저항의 일측은 제1 출력단(OUT1)과 연결될 수 있다.The heat dissipation resistance stage 324 includes at least one resistor. One side of at least one resistor may be connected to the first output terminal (OUT1).

적어도 하나의 제1 스위칭 소자는 적어도 하나의 저항의 타측과 셀 스택(310)의 제2 출력단(OUT2) 사이에 연결될 수 있다. 적어도 하나의 스위칭 소자는 적어도 하나의 구동 신호에 응답하여 스위칭할 수 있다.At least one first switching element may be connected between the other side of at least one resistor and the second output terminal OUT2 of the cell stack 310. At least one switching element may switch in response to at least one driving signal.

실시 예에 의하면, 서브 제어부(322)로부터 출력되는 적어도 하나의 구동 신호는 제1 내지 제M 구동 신호를 포함할 수 있다. 여기서, M은 2 이상의 양의 정수일 수 있다. 이 경우, 적어도 하나의 저항은 서로 병렬 연결된 제1 내지 제M 저항(R1 내지 RM)을 포함하고, 적어도 하나의 제1 스위칭 소자는 제1-1 내지 제1-M 스위칭 소자(S11 내지 S1M)를 포함할 수 있다.According to an embodiment, at least one driving signal output from the sub-controller 322 may include first to Mth driving signals. Here, M may be a positive integer of 2 or more. In this case, at least one resistor includes first to M resistors (R1 to RM) connected in parallel with each other, and at least one first switching element includes 1-1 to 1-M switching elements (S11 to S1M). may include.

제1 내지 제M 저항(R1 내지 RM) 각각(Rm)의 일측은 셀 스택(310)의 제1 출력단(OUT1)과 연결될 수 있다. 여기서, 1≤m≤M이다. 실시 예에 의하면, 제1 내지 제M 저항(R1 내지 RM) 각각(Rm)은 시스 히터, 세라믹 히터, 전기 저항 소자 또는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 저항체를 포함할 수 있으나, 실시 예는 제1 내지 제M 저항(R1 내지 RM) 각각(Rm)의 특정한 종류에 국한되지 않는다.One side of each (Rm) of the first to M resistors (R1 to RM) may be connected to the first output terminal (OUT1) of the cell stack 310. Here, 1≤m≤M. According to an embodiment, each of the first to M resistors (R1 to RM) (Rm) may include a sheath heater, a ceramic heater, an electric resistance element, or a Positive Temperature Coefficient (PTC) resistor. The M resistance (R1 to RM) is not limited to a specific type of each (Rm).

또한, 제1-1 내지 제1-M 스위칭 소자(S11 내지 S1M)는 제1 내지 제M 구동 신호에 응답하여 각각 스위칭하고, 제1 내지 제M 저항(R1 내지 RM)의 타측과 제2 출력단(OUT2) 사이에 각각 연결될 수 있다. 즉, 제1-m 스위칭 소자(S1m)는 제m 구동 신호에 응답하여 스위칭하고, 제m 저항(Rm)의 타측과 제2 출력단(OUT2) 사이에 연결될 수 있다. 적어도 하나의 제1 스위칭 소자는 반도체 스위치를 포함할 수 있으나, 실시 예는 제1 스위칭 소자의 특정한 형태에 국한되지 않는다. 예를 들어, 반도체 스위치는 3단자를 갖는 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor), SCR(Silicon Controlled Rectifiers), GTO(Gate Turn Off Thyristors), BJT(Bipolar Junction Transistor) 또는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) 등을 포함할 수 있다.In addition, the 1-1st to 1-Mth switching elements (S11 to S1M) each switch in response to the 1st to Mth driving signals, and the other side of the 1st to Mth resistors (R1 to RM) and the second output terminal (OUT2) can be connected respectively. That is, the 1-m switching element (S1m) switches in response to the m-th driving signal and may be connected between the other side of the m-th resistor (Rm) and the second output terminal (OUT2). At least one first switching element may include a semiconductor switch, but embodiments are not limited to a specific type of the first switching element. For example, semiconductor switches include three-terminal IGBTs (Insulated Gate Bipolar mode Transistors), SCRs (Silicon Controlled Rectifiers), GTOs (Gate Turn Off Thyristors), BJTs (Bipolar Junction Transistors), or MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). ), etc. may be included.

예를 들어, 제1-m 스위칭 소자(S1m)가 IGBT로 구현될 경우, IGBT(S1m)의 게이트(gate) 단자(G)는 제m 구동 신호와 연결되고, IGBT(S1m)의 컬렉터(collector) 단자(C)는 제m 저항(Rm)의 타측과 연결되고, IGBT(S1m)의 이미터(emitter) 단자(E)는 제2 출력단(OUT2)과 연결될 수 있다.For example, when the 1-m switching element (S1m) is implemented as an IGBT, the gate terminal (G) of the IGBT (S1m) is connected to the m-th driving signal, and the collector of the IGBT (S1m) ) terminal (C) may be connected to the other side of the mth resistance (Rm), and the emitter terminal (E) of the IGBT (S1m) may be connected to the second output terminal (OUT2).

실시 예에 의하면, 방전부(320)는 COD(Cathode Oxygen Depletion) 히터를 포함할 수도 있다. 즉, 방전부(320)는 COD 히터의 역할을 수행할 수도 있다. 방전부(320)로서 COD 히터의 저항 발열체를 방전 저항으로 이용하여, 셀 스택(310)에 잔류하고 있는 전기 에너지를 방전시켜 소모함으로써, 셀 스택(310)의 잔류 전압을 일정 수준 이하로 저감시킬 수 있다. 예를 들어, 실시 예에 의한 차량(300)의 경우, 차량(300)의 충돌 후 60초 이내 DC 60V, AC 30V 미만으로 셀 스택(310)에 잔류하는 전기 에너지를 저감시킬 수 있다.According to an embodiment, the discharge unit 320 may include a cathode oxygen depletion (COD) heater. That is, the discharge unit 320 may function as a COD heater. As the discharge unit 320, the resistance heating element of the COD heater is used as a discharge resistor to discharge and consume the electrical energy remaining in the cell stack 310, thereby reducing the residual voltage of the cell stack 310 below a certain level. You can. For example, in the case of the vehicle 300 according to the embodiment, the electrical energy remaining in the cell stack 310 can be reduced to less than 60V DC and 30V AC within 60 seconds after the collision of the vehicle 300.

COD 히터는 연료 전지의 내구성을 증대시키기 위해, 셀 스택(310)의 스타트 업(S/U:Start Up) 및 셧 다운(S/D:Shutdown) 중 공기 채널에 존재하는 잔여 산소를 소모하기 위한 저항 발열체이다. COD 히터는 정상 운행 중인 차량(300)의 시동이 멈추었을 셀 스택(310)의 잔여 산소를 소모 즉, 잔류 전압을 방전시키는 역할과, 차량(300)의 충돌 시에 셀 스택(130)의 잔류 전압을 방전시키는 역할을 수행할 수 있다.The COD heater is used to consume residual oxygen present in the air channel during startup (S/U: Start Up) and shutdown (S/D: Shutdown) of the cell stack 310 in order to increase the durability of the fuel cell. It is a resistance heating element. The COD heater consumes the remaining oxygen in the cell stack 310 when the vehicle 300 is in normal operation, that is, discharges the residual voltage, and discharges the remaining voltage in the cell stack 130 when the vehicle 300 crashes. It can play the role of discharging voltage.

그 밖에, 방전부(320)의 역할을 수행하는 COD 히터는 관성에 의해 모터(미도시)에서 발생된 전기를 소모시켜, 고전압 배터리의 과충전을 방지하는 제동 저항(Breaking resister)으로서의 역할과, 발열체를 통해 냉각수를 가열하여 연료 전지에서 셀 스택(310)의 온도를 승온시켜 즉, 워밍업(Warm-up)하여 연료 전지의 출력 성능을 정상화시키고, 셀 스택(310)이 자체 반응열을 통해 승온할 수 있도록 부하(Load) 역할을 수행하는 등 부가적인 기능을 수행할 수도 있다.In addition, the COD heater, which serves as the discharge unit 320, consumes electricity generated by the motor (not shown) by inertia, serves as a braking resistor to prevent overcharging of the high-voltage battery, and serves as a heating element. By heating the coolant, the temperature of the cell stack 310 in the fuel cell is raised, that is, warmed up to normalize the output performance of the fuel cell, and the cell stack 310 can be heated through its own reaction heat. It can also perform additional functions, such as serving as a load.

한편, 방전 보조부(330)는 방전부(320) 자체에서 잔류 전압을 방전시킬 수 없을 때, 방전부(320)에서 잔류 전압을 방전시킬 수 있는 우회 경로를 형성할 수 있다.Meanwhile, the discharge auxiliary unit 330 may form a bypass path that can discharge the residual voltage in the discharge unit 320 when the discharge unit 320 itself cannot discharge the residual voltage.

전술한 동작을 수행하기 위해, 실시 예에 의한 방전 보조부(330)는 제2 스위칭 소자(S2) 및 연결부(332)를 포함할 수 있다. 제2 스위칭 소자(S2)는 방전부(320) 자체에서 잔류 전압을 방전시킬 수 없을 때 턴 온될 수 있다. 예를 들어, 제2 스위칭 소자(S2)는 릴레이 소자(S2A)의 형태로 구현될 수 있으나, 실시 예는 제2 스위칭 소자(S2)의 특정한 형태에 국한되지 않는다. 연결부(322)는 제2 스위칭 소자(S2)가 턴 온될 때 제1 내지 제M 저항(R1 내지 RM) 각각(Rm)의 타측을 셀 스택(310)의 제2 출력단(OUT2)에 연결할 수 있다. 예를 들어, 연결부(322)는 일종의 배선일 수 있다.In order to perform the above-described operation, the discharge auxiliary unit 330 according to the embodiment may include a second switching element S2 and a connection unit 332. The second switching element S2 may be turned on when the residual voltage cannot be discharged in the discharge unit 320 itself. For example, the second switching element S2 may be implemented in the form of a relay element S2A, but the embodiment is not limited to a specific form of the second switching element S2. The connection unit 322 may connect the other side of each of the first to M resistors (R1 to RM) (Rm) to the second output terminal (OUT2) of the cell stack 310 when the second switching element (S2) is turned on. . For example, the connection portion 322 may be a type of wiring.

실시 예에 의하면, 제2 스위칭 소자(S2)는 제1 레벨의 제1 스위칭 제어 신호(SC1)에 응답하여 턴 오프되고, 제1 스위칭 제어 신호(SC1)가 발생되지 않을 때 또는 제2 레벨의 제1 스위칭 제어 신호(SC1)에 응답하여 턴 온될 수 있다. 이와 같이 제2 스위칭 소자(S2)는 일종의 노멀리(normally) 클로즈(close) 타입의 스위치일 수 있다.According to an embodiment, the second switching element (S2) is turned off in response to the first switching control signal (SC1) of the first level, and when the first switching control signal (SC1) is not generated or is turned off in response to the first switching control signal (SC1) of the second level. It may be turned on in response to the first switching control signal SC1. In this way, the second switching element S2 may be a type of normally close type switch.

전술한 차량(300)의 스위칭부(340)는 주 제어부(370)로부터 출력되는 제2 스위칭 제어 신호(SC2)에 응답하여, 스택 전압을 부하(360)로 제공할 수 있다. 주 제어부(370)는 잔류 전압을 방전시킬 필요성이 없을 때, 제2 스위칭 제어 신호(SC2)를 생성하여, 스택 전압이 부하(360)로 제공될 수 있도록 할 수 있다.The switching unit 340 of the vehicle 300 described above may provide the stack voltage to the load 360 in response to the second switching control signal SC2 output from the main control unit 370. When there is no need to discharge the residual voltage, the main control unit 370 may generate the second switching control signal SC2 so that the stack voltage can be provided to the load 360.

예를 들어, 스위칭부(340)는 2개의 제3-1 및 제3-2 스위칭 소자(또는, 제3-1 및 제3-2 릴레이 소자)(S31, S32)를 포함할 수 있다. 제3-1 스위칭 소자(S31)는 셀 스택(310)의 양 출력단(OUT1, OUT2) 중 하나(OUT1)와 부하(360) 사이에 배치되고, 제2 스위칭 제어 신호(SC2) 중 하나인 제2-1 스위칭 제어 신호(S21)에 응답하여 턴 온 또는 턴 오프될 수 있다. 제3-2 스위칭 소자(S32)는 셀 스택(310)의 양 출력단(OUT1, OUT2) 중 다른 하나(OUT2)와 부하(360) 사이에 배치되고, 제2 스위칭 제어 신호(SC2) 중 다른 하나인 제2-2 스위칭 제어 신호(S22)에 응답하여 턴 온 또는 턴 오프될 수 있다.For example, the switching unit 340 may include two 3-1 and 3-2 switching elements (or, 3-1 and 3-2 relay elements) (S31, S32). The 3-1st switching element (S31) is disposed between one of the two output terminals (OUT1 and OUT2) of the cell stack 310 (OUT1) and the load 360, and is one of the second switching control signals (SC2). 2-1 It may be turned on or turned off in response to the switching control signal (S21). The 3-2 switching element (S32) is disposed between the load 360 and the other one (OUT2) of the two output terminals (OUT1, OUT2) of the cell stack 310, and the other one of the second switching control signals (SC2) It may be turned on or turned off in response to the 2-2 switching control signal (S22).

주 제어부(370)는 방전 제어 신호(DCS)를 생성할 때 제1 스위칭 제어 신호(SC1)를 함께 생성하여, 방전부(320) 자체에서 잔류 전압을 방전시키도록 제어할 수 있다. 즉, 잔류 전압을 방전시켜야 되는 상황에서, 주 제어부(370)에서 방전 제어 신호(DCS)를 생성할 수 있다면, 잔류 전압을 방전부(320) 자체에서 방전시킬 수 있다. 주 제어부(370)는 외부로부터 동작 전압(예를 들어, “고” 레벨의 12볼트 전압)이 입력단자 IN을 통해 일정 시간 동안 인가될 때, 잔류 전압을 방전시킬 필요성이 있는가를 검사하고 검사된 결과에 따라, 방전 제어 신호(DCS), 제1 스위칭 제어 신호(SC1) 또는 제2 스위칭 제어 신호(SC21, S22) 중 적어도 하나를 생성할 수 있다.The main control unit 370 may generate the first switching control signal SC1 when generating the discharge control signal DCS and control the discharge unit 320 itself to discharge the residual voltage. That is, in a situation where the residual voltage must be discharged, if the main control unit 370 can generate the discharge control signal (DCS), the residual voltage can be discharged in the discharge unit 320 itself. When an operating voltage (for example, a “high” level 12 volt voltage) is applied from the outside for a certain period of time through the input terminal IN, the main control unit 370 checks whether there is a need to discharge the residual voltage and determines the result of the inspection. Accordingly, at least one of the discharge control signal (DCS), the first switching control signal (SC1), or the second switching control signal (SC21, S22) can be generated.

또한, 주 제어부(370)에서 생성된 제1 스위칭 제어 신호(SC1)에 응답하여 제2 스위칭 소자(S2)는 턴 오프 또는 턴 온될 수 있다. 그러나, 잔류 전압을 방전시켜야 되는 상황에서, 주 제어부(370)에서 방전 제어 신호(DCS)를 생성할 수 없다면, 잔류 전압을 방전부(320) 자체에서 방전시킬 수 없으므로 방전 보조부(330)의 도움에 의해 잔류 전압을 방전시킬 수 있다. 이를 위해, 주 제어부(370)에서 제1 스위칭 제어 신호(SC1)를 생성할 수 없는 상황에서도, 제2 스위칭 소자(S2)는 턴 온될 수 있다.Additionally, the second switching element S2 may be turned off or on in response to the first switching control signal SC1 generated by the main control unit 370. However, in a situation where the residual voltage must be discharged, if the main control unit 370 cannot generate the discharge control signal (DCS), the residual voltage cannot be discharged from the discharge unit 320 itself, so the assistance of the discharge auxiliary unit 330 is used. The residual voltage can be discharged by . To this end, even in a situation where the main control unit 370 cannot generate the first switching control signal SC1, the second switching element S2 can be turned on.

주 제어부(370)는 시동 검사부(380) 및 충돌 검사부(350) 중 적어도 하나를 이용하여 잔류 전압을 방전시킬 필요성이 있는가를 검사할 수 있다.The main control unit 370 may use at least one of the startup inspection unit 380 and the collision inspection unit 350 to check whether there is a need to discharge the residual voltage.

시동 검사부(380)는 연료 전지 차량(300)의 시동이 멈추었는가(또는, 꺼졌는가)(shutdown)를 검사하고, 검사된 결과를 주 제어부(370)로 출력할 수 있다. 주 제어부(370)는 시동 검사부(380)에서 검사된 결과에 응답하여 방전 제어 신호(DCS), 제1 스위칭 제어 신호(SC1) 또는 제2 스위칭 제어 신호(SC21, S22) 중 적어도 하나를 생성할 수 있다.The start-up inspection unit 380 may check whether the engine of the fuel cell vehicle 300 has stopped (or has been shut down) and output the test result to the main control unit 370. The main control unit 370 generates at least one of a discharge control signal (DCS), a first switching control signal (SC1), or a second switching control signal (SC21, S22) in response to the result inspected by the start-up inspection unit 380. You can.

충돌 검사부(350)는 연료 전지 차량(300)이 충돌하였는가를 검사하고, 검사된 결과를 주 제어부(370)로 출력할 수 있다. 주 제어부(370)는 충돌 검사부(350)에서 검사된 결과에 응답하여 방전 제어 신호(DCS), 제1 스위칭 제어 신호(SC1) 또는 제2 스위칭 제어 신호(SC21, S22) 중 적어도 하나를 생성할 수 있다.The collision inspection unit 350 may check whether the fuel cell vehicle 300 has collided and output the inspection result to the main control unit 370. The main control unit 370 generates at least one of a discharge control signal (DCS), a first switching control signal (SC1), or a second switching control signal (SC21, S22) in response to the result inspected by the collision inspection unit 350. You can.

이하, 전술한 구성을 갖는 차량(300)에서 셀 스택(310)의 잔류 에너지(또는, 잔류 전압)을 방전하는 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.Hereinafter, a method of discharging residual energy (or residual voltage) of the cell stack 310 in the vehicle 300 having the above-described configuration will be described with reference to the attached drawings.

도 3은 도 1에 도시된 차량(300)에서 수행되는 실시 예에 의한 잔류 에너지 방전 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.FIG. 3 is a flowchart for explaining a method of discharging residual energy according to an embodiment performed in the vehicle 300 shown in FIG. 1 .

실시 예에 의한 차량(300)은 도 3에 도시된 방법과 다른 잔류 에너지 방전 방법을 수행할 수 있고, 실시 예에 의한 잔류 에너지 방전 방법은 도 1에 도시된 구성과 다른 구성을 갖는 차량(300)에서 수행될 수도 있다.The vehicle 300 according to the embodiment may perform a residual energy discharging method different from the method shown in FIG. 3, and the residual energy discharging method according to the embodiment may be performed by the vehicle 300 having a configuration different from that shown in FIG. 1. ) can also be performed.

먼저, 셀 스택(310)의 잔류 전압을 방전할 필요가 있는가를 검사한다(제510 및 제512 단계).First, it is checked whether there is a need to discharge the residual voltage of the cell stack 310 (steps 510 and 512).

예를 들어, 차량(300)에서 잔류 전압을 방전할 필요가 있는가를 검사하는 단계는 차량(300)의 시동이 멈추었는가를 검사하는 단계(제510 단계) 또는 차량(300)이 충돌하였는가를 검사하는 단계(제512 단계) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the step of checking whether it is necessary to discharge residual voltage in the vehicle 300 includes checking whether the engine of the vehicle 300 has stopped (step 510) or checking whether the vehicle 300 has collided. It may include at least one of the steps (step 512).

일 실시 예에 의하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 차량(300)의 시동이 멈추었는가를 검사한다(제510 단계). 만일, 차량(300)의 시동이 멈추지 않았다고 판단되면, 차량(300)이 충돌하였는가를 검사한다(제512 단계).According to one embodiment, as shown in FIG. 3, it is checked whether the engine of the vehicle 300 has stopped (step 510). If it is determined that the vehicle 300 has not started, it is checked whether the vehicle 300 has collided (step 512).

다른 실시 예에 의하면, 도 3에 도시된 바와 달리, 차량(300)이 충돌하였는가를 먼저 검사한다(제512 단계). 만일, 차량(300)이 충돌하지 않았다고 판단되면, 차량(300)의 시동이 멈추었는가를 검사한다(제510 단계).According to another embodiment, unlike shown in FIG. 3, it is first checked whether the vehicle 300 has collided (step 512). If it is determined that the vehicle 300 has not collided, it is checked whether the engine of the vehicle 300 has stopped (step 510).

제510 단계는 시동 검사부(380)에서 수행되고, 제512 단계는 충돌 검사부(350)에서 수행될 수 있다.Step 510 may be performed in the start-up inspection unit 380, and step 512 may be performed in the collision inspection unit 350.

시동 검사부(380) 및 충돌 검사부(350)에서 검사된 결과를 통해 차량(300)의 시동이 멈추거나 차량(300)이 충돌하지 않았다고 판단되면, 주 제어부(370)는 셀 스택(310)의 잔류 전압을 방전할 필요가 없다고 결정한다. 이때, 주 제어부(370)는 방전 제어 신호(DCS) 및 제1 스위칭 제어 신호(SC1)를 이용하여 방전부(320)가 잔류 전압을 방전하지 않고 방전 보조부(330)가 방전부(320)의 방전을 보조하지 않도록 제어할 수 있다. 또한, 주 제어부(370)는 제2 스위칭 제어 신호(SC2:SC21, SC22)를 이용하여 스택 전압이 부하(360)로 제공될 수 있도록 제어한다(제520 단계).If it is determined that the engine of the vehicle 300 has stopped or the vehicle 300 has not collided through the results of the inspection by the start-up inspection unit 380 and the collision inspection unit 350, the main control unit 370 determines the remaining cell stack 310. It is decided that there is no need to discharge the voltage. At this time, the main control unit 370 uses the discharge control signal (DCS) and the first switching control signal (SC1) to prevent the discharge unit 320 from discharging the residual voltage and to allow the discharge auxiliary unit 330 to It can be controlled not to assist discharge. Additionally, the main control unit 370 controls the stack voltage to be provided to the load 360 using the second switching control signal (SC2:SC21, SC22) (step 520).

예를 들어, 차량(300)의 시동이 멈추지도 않고 차량(300)이 충돌하지도 않았다고 판단되면, 주 제어부(370)는 셀 스택(310)의 잔류 전압을 방전할 필요가 없다고 결정하여, 제1 레벨의 방전 제어 신호(DCS), 제1 레벨의 제1 스위칭 제어 신호(SC1) 및 제1 레벨의 제2 스위칭 제어 신호(SC2:SC21, SC22)를 생성하여 출력할 수 있다. 특히, 주 제어부(370)가 방전 제어 신호(DCS), 제1 스위칭 제어 신호(SC1) 및 제2 스위칭 제어 신호(SC2:SC21, SC22)를 생성하기 위해서는 입력단자 IN을 통해 동작 전압 예를 들면 12볼트의 전압이 주 제어부(370)로 일정 시간 동안 인가될 필요가 있다.For example, if it is determined that the engine of the vehicle 300 has not stopped and the vehicle 300 has not collided, the main control unit 370 determines that there is no need to discharge the residual voltage of the cell stack 310, and determines that the first A discharge control signal (DCS) of a level, a first switching control signal (SC1) of a first level, and a second switching control signal of a first level (SC2:SC21, SC22) may be generated and output. In particular, in order for the main control unit 370 to generate the discharge control signal (DCS), the first switching control signal (SC1), and the second switching control signal (SC2:SC21, SC22), an operating voltage is provided through the input terminal IN, such as A voltage of 12 volts needs to be applied to the main control unit 370 for a certain period of time.

서브 제어부(322)는 제1 레벨의 방전 제어 신호(DCS)가 주 제어부(370)에서 생성되어 인가될 경우, 구동 신호를 생성하지 않는다. 따라서, 제1-1 내지 제1-M 제1 스위칭 소자(S11 내지 S1M)는 턴 오프되므로, 제1 내지 제M 저항(R1 내지 RM)으로 인가된 셀 스택(310)의 출력이 방전되는 경로가 형성되지 않아, 방전부(320)에서 방전 동작이 일어나지 않는다.The sub-controller 322 does not generate a driving signal when the first level discharge control signal (DCS) is generated and applied to the main control part 370. Accordingly, since the 1-1st to 1-Mth first switching elements (S11 to S1M) are turned off, the output of the cell stack 310 applied to the first to Mth resistors (R1 to RM) is discharged. is not formed, so no discharge operation occurs in the discharge unit 320.

제2 스위칭 소자(S2)는 제1 레벨의 제1 스위칭 제어 신호(SC1)가 주 제어부(370)로부터 인가될 경우 턴 오프될 수 있다.The second switching element S2 may be turned off when the first switching control signal SC1 of the first level is applied from the main control unit 370.

또한, 스위칭부(340)의 제3-1 및 제3-2 스위칭 소자(S31, S32)는 제1 레벨의 제2-1 및 제2-2 스위칭 제어 신호(SC2:SC21, SC22)에 각각 응답하여 턴 온될 수 있다. 따라서, 셀 스택(310)에서 생성된 스택 전압이 부하(360)로 제공될 수 있다.In addition, the 3-1 and 3-2 switching elements (S31, S32) of the switching unit 340 are connected to the 2-1 and 2-2 switching control signals (SC2:SC21, SC22) of the first level, respectively. It can be turned on in response. Accordingly, the stack voltage generated in the cell stack 310 may be provided to the load 360.

또는, 방전부(320)가 COD 히터로 구현될 경우, 제520 단계가 수행되는 동안 COD 히터는 전술한 부가적인 기능 즉, 냉각수를 가열하는 동작을 수행할 수도 있다. 이 경우, 주 제어부(370)의 제어 하에, 제2 스위칭 소자(S2)는 턴 오프되고, 스위칭부(340)의 제3-1 및 제3-2 스위칭 소자(S31, S32)는 턴 오프 또는 턴 온될 수 있고, 서브 제어부(322)는 주 제어부(370)의 제어 하에, 제1 내지 제M 구동 신호를 생성하여 제1-1 내지 제1-M 제1 스위칭 소자(S11 내지 S1M)로 각각 제공할 수 있다.Alternatively, when the discharge unit 320 is implemented as a COD heater, the COD heater may perform the above-described additional function, that is, an operation of heating the coolant, while step 520 is performed. In this case, under the control of the main control unit 370, the second switching element (S2) is turned off, and the 3-1 and 3-2 switching elements (S31 and S32) of the switching unit 340 are turned off or It can be turned on, and the sub-controller 322, under the control of the main control unit 370, generates the first to M-th driving signals to the 1-1st to 1-Mth first switching elements (S11 to S1M), respectively. can be provided.

한편, 시동 검사부(380) 또는 충돌 검사부(350)에서 검사된 결과 중 적어도 하나를 통해 차량(300)의 시동이 멈추거나 차량(300)이 충돌하였다고 판단되면, 방전부(320) 자체에서 잔류 전압을 방전시킬 수 있는가를 검사한다(제530 단계).On the other hand, if it is determined that the engine of the vehicle 300 has stopped or the vehicle 300 has collided through at least one of the inspection results in the start-up inspection unit 380 or the collision inspection unit 350, the residual voltage is generated in the discharge unit 320 itself. Check whether it is possible to discharge (step 530).

차량(300)의 충돌 시 엔진 룸이 변형되는 등 다양한 사유로 인해 주 제어부(370)가 손상되거나, 차량(300)에서 주 제어부(370)로 동작 전압을 제공하는 동작 전압 제공부(미도시)(예를 들어, 12볼트 전원 공급부)이 손상되거나, 차량(300)에서 동작 전압 제공부로부터 주 제어부(370)로 동작 전압이 제공되는 배선이 손상되거나, 주 제어부(370)로부터 방전부(320)로 방전 제어 신호(DCS)가 제공되는 배선(L)이 손상되는 등 다양한 사유로 인해 방전부(320) 자체에서 잔류 전압을 방전할 수 없는 상황이 있을 수 있다.The main control unit 370 may be damaged due to various reasons, such as the engine room being deformed when the vehicle 300 crashes, or an operating voltage provider (not shown) that provides an operating voltage from the vehicle 300 to the main control unit 370. (e.g., 12 volt power supply unit) is damaged, the wiring that provides the operating voltage from the operating voltage provider in the vehicle 300 to the main control unit 370 is damaged, or the discharge unit 320 is damaged from the main control unit 370. ) There may be a situation in which the discharge unit 320 itself cannot discharge the residual voltage due to various reasons, such as damage to the wiring (L) through which the discharge control signal (DCS) is provided.

일 실시 예에 의하면, 제530 단계는 주 제어부(370)에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 셀 스택(310)의 잔류 전압을 방전할 필요가 있다고 결정할 때, 주 제어부(370)는 외부로부터 입력단자 IN을 통해 동작 전압이 일정 시간 동안 인가될 경우에 방전부(320) 자체에서 잔류 전압을 방전시킬 수 있다고 결정하여 제2 레벨의 방전 제어 신호(DCS)를 생성할 수 있다.According to one embodiment, step 530 may be performed by the main control unit 370. For example, when determining that it is necessary to discharge the residual voltage of the cell stack 310, the main control unit 370 operates the discharge unit 320 itself when an operating voltage is applied from the outside through the input terminal IN for a certain period of time. By determining that the residual voltage can be discharged, a second level discharge control signal (DCS) can be generated.

다른 실시 예에 의하면, 제530 단계는 서브 제어부(322) 및 방전 보조부(330)에서도 수행될 수도 있다. 예를 들어, 주 제어부(370)에서 제2 레벨의 방전 제어 신호(DCS)가 생성되지만, 차량(300)의 충돌 등의 사유로 인해, 방전 제어 신호(DCS)가 방전부(320)로 제공되는 배선(L)이 끊어질 수 있다. 그 밖에 전술한 여러 가지 사유로 인해, 주 제어부(370)로부터 제2 레벨의 방전 제어 신호(DCS)를 받지 못할 경우, 서브 제어부(322)는 제1-1 내지 제1-M 스위칭 소자(S11 내지 S1M)를 턴 온시킬 수 있는 제1 내지 제M 구동 신호를 생성할 수 없다. 즉, 제1 내지 제M 구동 신호가 생성되지 않아 제1-1 내지 제1-M 스위칭 소자(S11 내지 S1M)가 턴 오프될 때, 방전부(320)에서 잔류 전압을 방전시키기 위한 경로가 형성되지 않아, 방전부(320) 자체에서 잔류 전압을 방전시킬 수 없게 된다.According to another embodiment, step 530 may also be performed by the sub-controller 322 and the discharge auxiliary unit 330. For example, a second level discharge control signal (DCS) is generated in the main control unit 370, but due to reasons such as a collision with the vehicle 300, the discharge control signal (DCS) is provided to the discharge unit 320. The wiring (L) may be broken. In addition, when the second level discharge control signal (DCS) is not received from the main control unit 370 due to the various reasons described above, the sub control unit 322 switches the 1-1 to 1-M switching elements (S11). to S1M) cannot be generated. That is, when the 1-1st to 1-Mth driving signals are not generated and the 1-1st to 1-Mth switching elements (S11 to S1M) are turned off, a path for discharging the residual voltage is formed in the discharge unit 320. As a result, the residual voltage cannot be discharged in the discharge unit 320 itself.

만일, 방전부(320) 자체에서 잔류 전압을 방전시킬 수 있다면, 방전부(320) 자체에서 셀 스택(310)의 잔류 전압을 방전한다(제540 단계). 즉, 제540 단계는 방전부(320) 자체에서 수행될 수 있다.If the residual voltage can be discharged in the discharge unit 320 itself, the residual voltage in the cell stack 310 is discharged in the discharge unit 320 itself (step 540). That is, step 540 may be performed in the discharge unit 320 itself.

예를 들어, 차량(300)의 시동이 멈추거나 차량(300)이 충돌하였다고 판단되면, 주 제어부(370)는 셀 스택(310)의 잔류 전압을 방전할 필요가 있다고 결정하여, 제2 레벨의 방전 제어 신호(DCS), 제1 또는 제2 레벨의 제1 스위칭 제어 신호(SC1) 및 제2 레벨의 제2 스위칭 제어 신호(SC2:SC21, SC22)를 생성하여 출력할 수 있다. 전술한 바와 같이, 주 제어부(370)가 방전 제어 신호(DCS), 제1 스위칭 제어 신호(SC1) 및 제2 스위칭 제어 신호(SC2:SC21, SC22)를 생성하기 위해 입력단자 IN을 통해 동작 전압 예를 들면 12볼트의 전압이 주 제어부(370)로 일정 시간 동안 인가되어야 한다.For example, when it is determined that the engine of the vehicle 300 has stopped or the vehicle 300 has crashed, the main control unit 370 determines that it is necessary to discharge the residual voltage of the cell stack 310, and determines that the residual voltage of the cell stack 310 needs to be discharged. A discharge control signal (DCS), a first switching control signal (SC1) of a first or second level, and a second switching control signal (SC2:SC21, SC22) of a second level may be generated and output. As described above, the main control unit 370 uses an operating voltage through the input terminal IN to generate the discharge control signal (DCS), the first switching control signal (SC1), and the second switching control signal (SC2:SC21, SC22). For example, a voltage of 12 volts must be applied to the main control unit 370 for a certain period of time.

서브 제어부(322)는 제2 레벨의 방전 제어 신호(DCS)가 주 제어부(370)로부터 인가될 경우, 제1 내지 제M 구동 신호를 생성하여 제1-1 내지 제1-M 제1 스위칭 소자(S11 내지 S1M)로 각각 출력한다. 따라서, 제1 내지 제M 구동 신호에 응답하여 제1-1 내지 제1-M 제1 스위칭 소자(S11 내지 S1M) 각각은 턴 온되고, 제1 내지 제M 저항(R1 내지 RM)으로 인가된 셀 스택(310)의 잔류 전압이 방전되는 경로가 형성됨으로써, 방전부(320) 자체에서 잔류 전압을 방전시킬 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 방전부(320) 자체에서 잔류 전압이 방전될 때, 경로(I1A 내지 IMA)를 따라 방전 전류가 흐를 수 있다.When the second level discharge control signal (DCS) is applied from the main control unit 370, the sub-controller 322 generates the 1st to Mth driving signals and switches the 1-1st to 1-Mth first switching elements. (S11 to S1M) are output respectively. Accordingly, in response to the first to Mth driving signals, each of the 1-1st to 1-Mth first switching elements (S11 to S1M) is turned on, and the voltage applied to the first to Mth resistors (R1 to RM) is turned on. By forming a path through which the residual voltage of the cell stack 310 is discharged, the residual voltage can be discharged in the discharge unit 320 itself. As shown in FIG. 1, when the residual voltage is discharged in the discharge unit 320 itself, discharge current may flow along the paths I1A to IMA.

제2 스위칭 소자(S2)는 제2 레벨의 제1 스위칭 제어 신호(SC1)가 주 제어부(370)로부터 인가될 경우, 턴 온될 수 있다. 제2 레벨의 방전 제어 신호(DCS)가 생성될 때, 주 제어부(370)는 제1 레벨 또는 제2 레벨의 제1 스위칭 제어 신호(SC1)를 생성할 수 있다. 만일, 제2 레벨의 방전 제어 신호(DCS)가 생성될 때, 주 제어부(370)가 제1 레벨의 제1 스위칭 제어 신호(SC1)를 생성한다면, 잔류 전압은 방전부(320) 자체에서만 방전된다. 그러나, 제2 레벨의 방전 제어 신호(DCS)가 생성될 때, 주 제어부(370)가 제2 레벨의 제1 스위칭 제어 신호(SC1)를 생성한다면, 잔류 전압은 방전부(320) 뿐만 아니라 방전 보조부(330)의 연결부(332)에 의해 형성된 우회 경로를 통해서도 방전될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 방전 보조부(332)의 우회 경로(332)에서 잔류 전압이 방전될 때, 경로(I1B 내지 IMB)를 따라 방전 전류가 흐를 수 있다.The second switching element S2 may be turned on when the first switching control signal SC1 of the second level is applied from the main control unit 370. When the discharge control signal DCS of the second level is generated, the main control unit 370 may generate the first switching control signal SC1 of the first level or the second level. If the main control unit 370 generates the first switching control signal SC1 of the first level when the second level discharge control signal DCS is generated, the residual voltage is discharged only in the discharge unit 320 itself. do. However, when the second level discharge control signal DCS is generated, if the main control unit 370 generates the second level first switching control signal SC1, the residual voltage is not only in the discharge unit 320 but also in the discharge unit 320. Discharge may also occur through a bypass path formed by the connection portion 332 of the auxiliary portion 330. As shown in FIG. 1, when the residual voltage is discharged in the bypass path 332 of the discharge auxiliary unit 332, discharge current may flow along the paths I1B to IMB.

또한, 스위칭부(340)의 제3-1 및 제3-2 스위칭 소자(S31, S32)는 제2 레벨의 제2-1 및 제2-2 스위칭 제어 신호(SC2:SC21, SC22)에 각각 응답하여 턴 오프될 수 있다. 따라서, 잔류 전압을 방전시킬 필요가 있을 때, 셀 스택(310)에서 생성된 스택 전압이 부하(360)로 제공될 수 없다.In addition, the 3-1 and 3-2 switching elements (S31, S32) of the switching unit 340 are connected to the 2-1 and 2-2 switching control signals (SC2:SC21, SC22) of the second level, respectively. It may be turned off in response. Therefore, when it is necessary to discharge the residual voltage, the stack voltage generated in the cell stack 310 cannot be provided to the load 360.

그러나, 방전부(320) 자체에서 잔류 전압을 방전시킬 수 없을 때, 방전부(320)에서 잔류 전압을 방전시킬 수 있는 우회 경로를 형성하여 잔류 전압을 방전한다(제550 단계). 제550 단계는 방전부(320)의 제1 내지 제M 저항(R1 내지 RM)과 방전 보조부(330)에서 수행될 수 있다.However, when the residual voltage cannot be discharged in the discharge unit 320 itself, a bypass path through which the residual voltage can be discharged is formed in the discharge unit 320 to discharge the residual voltage (step 550). Step 550 may be performed in the first to M resistors (R1 to RM) of the discharge unit 320 and the discharge auxiliary unit 330.

결국, 전술한 실시 예에 의한 차량(300)은 다음과 같은 다양한 잇점을 가질 수 있다.Ultimately, the vehicle 300 according to the above-described embodiment can have various advantages as follows.

만일, 방전부(320)의 제1-1 내지 제1-M 스위칭 소자(S11 내지 S1M)로서 기계식 접점을 가지는 기계식 스위치를 이용할 경우, 잦은 접점 개폐 동작으로 인해 차량 내구 연한 동안 작동 내구성을 확보할 수 없다. 예를 들어, 기계식 스위치의 기계적 내구 수명은 대략 수십 만회 수준이다.If a mechanical switch having a mechanical contact point is used as the 1-1st to 1-M switching elements (S11 to S1M) of the discharge unit 320, it is difficult to secure operational durability for the life of the vehicle due to frequent contact opening and closing operations. I can't. For example, the mechanical durability life of a mechanical switch is approximately hundreds of thousands of cycles.

그러나, 실시 예에 의하면, 제1-1 내지 제1-M 스위칭 소자(S11 내지 S1M)로서 기계식 접점이 없는 반영구적인 반도체식 스위치 예를 들어, IGBT를 이용하므로, 차량 내구 연한에도 불구하고 방전부(320)의 반영구적인 작동 내구성을 확보할 수 있다. 게다가, 제1-1 내지 제1-M 스위칭 소자(S11 내지 S1M)로서 IGBT 같은 반도체식 스위치를 이용할 경우, 고속 스위칭이 가능하여 잔류 전압의 방전량을 능동적으로 임의로 가변 제어할 수도 있다. 예를 들어, IGBT가 턴 온/턴 오프되는 듀티(Duty)비를 제어하여 방전량을 조절할 수 있다.However, according to the embodiment, the 1-1 to 1-M switching elements (S11 to S1M) use semi-permanent semiconductor switches without mechanical contacts, for example, IGBTs, so that the discharge part is damaged despite the vehicle durability. (320) semi-permanent operational durability can be secured. In addition, when semiconductor switches such as IGBT are used as the 1-1 to 1-M switching elements (S11 to S1M), high-speed switching is possible and the discharge amount of the residual voltage can be actively and arbitrarily controlled. For example, the amount of discharge can be adjusted by controlling the duty ratio at which the IGBT turns on/off.

만일, 방전부(320)에서 제1-1 내지 제1-M 스위칭 소자(S11 내지 S1M)로서 IGBT를 사용하고 방전 보조부(330)가 존재하지 않을 경우, 제1-1 내지 제1-M 스위칭 소자(S11 내지 S1M)를 구동시키는 구동 신호가 서브 제어부(322)로부터 생성되지 않을 경우, 잔류 전압을 방전시킬 수 없게 된다.If the discharge unit 320 uses an IGBT as the 1-1st to 1-M switching elements (S11 to S1M) and the discharge auxiliary unit 330 does not exist, the 1-1 to 1-M switching elements If a driving signal for driving the elements S11 to S1M is not generated from the sub-controller 322, the residual voltage cannot be discharged.

예를 들어, 차량(300)의 충돌 시 주 제어부(370)가 손상되거나, 차량(300)에서 주 제어부(370)로 동작 전압을 제공하는 동작 전압 제공부(미도시)(예를 들어, 보조 배터리)가 손상되거나, 동작 전압 제공부로부터 주 제어부(370)로 동작 전압(예를 들어, 12볼트)이 제공되는 배선이 손상되거나, 주 제어부(370)로부터 방전부(320)로 방전 제어 신호(DCS)가 제공되는 배선(L)이 손상되거나, 주 제어부(370)로부터 제2 스위칭 소자(SC2)로 제1 스위칭 제어 신호(SC1)가 제공되는 배선이 손상되는 등 다양한 사유로 인해 서브 제어부(322)로부터 구동 신호가 생성되지 않을 수 있다. 이와 같이, 셀 스택(310)의 잔류 전압을 방전시켜야 되는 상황에서 방전부(320)에서 잔류 전압을 방전시키지 못할 경우, 이차적인 감전 사고나 전기 화재 등이 발생할 수 있다.For example, when the vehicle 300 crashes, the main control unit 370 is damaged, or an operating voltage provider (not shown) that provides an operating voltage from the vehicle 300 to the main control unit 370 (e.g., an auxiliary The battery) is damaged, the wiring that provides the operating voltage (for example, 12 volts) from the operating voltage provider to the main control unit 370 is damaged, or the discharge control signal from the main control unit 370 to the discharge unit 320 is damaged. The sub-controller due to various reasons, such as damage to the wiring (L) through which (DCS) is provided, or the wiring through which the first switching control signal (SC1) is provided from the main control unit 370 to the second switching element (SC2) is damaged. A driving signal may not be generated from 322. As such, if the residual voltage in the cell stack 310 must be discharged and the residual voltage cannot be discharged in the discharge unit 320, a secondary electric shock accident or electrical fire may occur.

그러나, 실시 예에 의한 차량(300)의 경우, 셀 스택(310)의 잔류 전압을 방전시켜야 되는 상황에서 방전부(320)에서 자체적으로 잔류 전압을 방전시킬 수 없을 때, 또는, 제1 또는 제2 레벨의 제1 스위칭 제어 신호(SC1)가 주 제어부(370)로부터 제공되지 않을 때, 제2 스위치 소자(S2)가 턴 온된다. 따라서, 턴 온된 제2 스위칭 소자(S2)에 의해 방전 보조부(330)의 연결부(332)가 우회 경로로서 형성되고, 우회 경로(I1B 내지 IMB)를 따라 방전 전류가 흐르도록 하여, 잔류 전압이 방전될 수 있다.However, in the case of the vehicle 300 according to the embodiment, when the residual voltage of the cell stack 310 must be discharged and the discharge unit 320 cannot discharge the residual voltage on its own, or when the first or When the two-level first switching control signal SC1 is not provided from the main control unit 370, the second switch element S2 is turned on. Accordingly, the connection portion 332 of the discharge auxiliary unit 330 is formed as a bypass path by the turned-on second switching element S2, and the discharge current flows along the bypass paths I1B to IMB, so that the residual voltage is discharged. It can be.

결국, 셀 스택(310)의 잔류 전압을 방전시켜야 되는 상황에서 제1-1 내지 제1-M 스위칭 소자(S11 내지 S1M)로 구동 신호가 인가될 수 없을 때, 실시 예에 의한 차량(300)은 방전 보조부(330)를 이용하여 셀 스택(310)의 잔류 전압을 방전시켜, 셀 스택(310)에 잔류하는 전기 에너지를 소모시켜 일정 수준 이하로 저감하여, 전기적 안정성을 확보해 줄 수 있다. 이로 인해, 실시 예에 의한 차량(300)은 셀 스택(310)의 잔류 에너지 방전 기능을 보증할 수 있어, 높은 신뢰성을 갖는다.Ultimately, when the driving signal cannot be applied to the 1-1st to 1-M switching elements (S11 to S1M) in a situation where the residual voltage of the cell stack 310 must be discharged, the vehicle 300 according to the embodiment By discharging the residual voltage of the cell stack 310 using the discharge auxiliary unit 330, the electrical energy remaining in the cell stack 310 can be consumed and reduced below a certain level, thereby ensuring electrical stability. Due to this, the vehicle 300 according to the embodiment can guarantee the residual energy discharge function of the cell stack 310 and has high reliability.

전술한 다양한 실시 예들은 본 발명의 목적을 벗어나지 않고, 서로 상반되지 않은 한 서로 조합될 수도 있다. 또한, 전술한 다양한 실시 예들 중에서 어느 실시 예의 구성 요소가 상세히 설명되지 않은 경우 다른 실시 예의 동일한 참조부호를 갖는 구성 요소에 대한 설명이 준용될 수 있다.The various embodiments described above may be combined with each other as long as they do not deviate from the purpose of the present invention and do not conflict with each other. Additionally, among the various embodiments described above, if a component of an embodiment is not described in detail, descriptions of components having the same reference numerals in other embodiments may be applied.

이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the above description focuses on examples, this is only an example and does not limit the present invention, and those skilled in the art will understand that the examples are as follows without departing from the essential characteristics of the present example. You will see that various variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the examples can be modified and implemented. And these variations and differences in application should be construed as being included in the scope of the present invention as defined in the appended claims.

300: 차량300: vehicle

Claims (15)

복수의 단위 셀이 적층된 셀 스택;
방전 제어 신호에 응답하여, 상기 셀 스택의 양 출력단으로부터 출력되는 잔류 전압을 방전하는 방전부;
상기 방전부 자체에서 상기 잔류 전압을 방전시킬 수 없을 때, 상기 방전부에서 상기 잔류 전압을 방전시킬 수 있는 우회 경로를 형성하는 방전 보조부; 및
상기 잔류 전압을 방전시킬 필요가 있을 때, 상기 방전 제어 신호를 생성하는 주 제어부를 포함하는 연료 전지 차량.
A cell stack in which a plurality of unit cells are stacked;
a discharge unit that discharges residual voltage output from both output terminals of the cell stack in response to a discharge control signal;
a discharge auxiliary unit that forms a bypass path through which the residual voltage can be discharged in the discharge unit when the residual voltage cannot be discharged in the discharge unit itself; and
A fuel cell vehicle comprising a main control unit that generates the discharge control signal when it is necessary to discharge the residual voltage.
제1 항에 있어서, 상기 방전부는
상기 방전 제어 신호에 응답하여 적어도 하나의 구동 신호를 생성하는 서브 제어부;
일측이 상기 셀 스택의 상기 양 출력단 중 상기 잔류 전압의 고전위 레벨과 연결된 제1 출력단과 연결되는 적어도 하나의 저항을 포함하는 방열 저항단; 및
상기 적어도 하나의 저항의 타측과 상기 셀 스택의 상기 양 출력단 중 상기 잔류 전압의 저전위 레벨과 연결된 제2 출력단 사이에 연결되며, 상기 적어도 하나의 구동 신호에 응답하여 스위칭하는 적어도 하나의 제1 스위칭 소자를 포함하는 연료 전지 차량.
The method of claim 1, wherein the discharge unit
a sub-controller generating at least one driving signal in response to the discharge control signal;
a heat dissipation resistance stage including at least one resistor on one side of which is connected to a first output terminal connected to a high potential level of the residual voltage among the two output terminals of the cell stack; and
At least one first switching device connected between the other side of the at least one resistor and a second output terminal connected to a low potential level of the residual voltage among the two output terminals of the cell stack, and switching in response to the at least one driving signal A fuel cell vehicle including the device.
제2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 구동 신호는 제1 내지 제M 구동 신호(여기서, M은 2 이상의 양의 정수)를 포함하고,
상기 적어도 하나의 저항은 서로 병렬 연결되며, 각각이 상기 제1 출력단과 연결되는 일측을 갖는 제1 내지 제M 저항을 포함하고,
상기 적어도 하나의 제1 스위칭 소자는 상기 제1 내지 제M 구동 신호에 응답하여 각각 스위칭하고, 상기 제1 내지 제M 저항의 타측과 상기 제2 출력단 사이에 각각 연결되는 제1-1 내지 제1-M 스위칭 소자를 포함하는 연료 전지 차량.
The method of claim 2, wherein the at least one driving signal includes first to Mth driving signals (where M is a positive integer of 2 or more),
The at least one resistor is connected in parallel with each other and includes first to Mth resistors, each of which has one side connected to the first output terminal,
The at least one first switching element switches in response to the first to Mth driving signals, respectively, and 1-1 to 1st switching elements are respectively connected between the other side of the first to Mth resistors and the second output terminal. -Fuel cell vehicle including M switching element.
제3 항에 있어서, 상기 제1 내지 제M 저항 각각은
시스 히터, 세라믹 히터, 전기 저항 소자 또는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 저항체를 포함하는 연료 전지 차량.
The method of claim 3, wherein each of the first to Mth resistors is
A fuel cell vehicle that includes a sheath heater, ceramic heater, electrical resistance element, or PTC (Positive Temperature Coefficient) resistor.
제2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 스위칭 소자는 반도체 스위치를 포함하는 연료 전지 차량.3. The fuel cell vehicle of claim 2, wherein the at least one first switching element includes a semiconductor switch. 제5 항에 있어서, 상기 반도체 스위치는
IGBT, SCR(Silicon Controlled Rectifiers), GTO(Gate Turn Off Thyristors), BJT(Bipolar Junction Transistor) 또는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors)을 포함하는 연료 전지 차량.
The method of claim 5, wherein the semiconductor switch is
Fuel cell vehicles that include IGBTs, Silicon Controlled Rectifiers (SCRs), Gate Turn Off Thyristors (GTOs), Bipolar Junction Transistors (BJTs), or Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs).
제2 항에 있어서, 상기 방전부는 COD 히터를 포함하는 연료 전지 차량.The fuel cell vehicle of claim 2, wherein the discharge unit includes a COD heater. 제2 항에 있어서, 상기 방전 보조부는
상기 방전부 자체에서 상기 잔류 전압을 방전시킬 수 없을 때, 턴 온되는 제2 스위칭 소자; 및
상기 제2 스위칭 소자가 턴 온될 때 상기 적어도 하나의 저항의 상기 타측을 상기 셀 스택의 상기 제2 출력단에 연결하는 연결부를 포함하는 연료 전지 차량.
The method of claim 2, wherein the discharge auxiliary unit
a second switching element that turns on when the residual voltage cannot be discharged in the discharge unit itself; and
A fuel cell vehicle comprising a connection portion connecting the other side of the at least one resistor to the second output terminal of the cell stack when the second switching element is turned on.
제8 항에 있어서,
상기 제2 스위칭 소자는 제1 스위칭 제어 신호에 응답하여 턴 오프되고, 상기 제1 스위칭 제어 신호가 발생되지 않을 때 턴 온되는 노말리 클로즈 타입이고,
상기 주 제어부는 상기 방전 제어 신호가 발생될 때 상기 제1 스위칭 제어 신호를 생성하는 연료 전지 차량.
According to clause 8,
The second switching element is a normally closed type that is turned off in response to the first switching control signal and turned on when the first switching control signal is not generated,
The main control unit generates the first switching control signal when the discharge control signal is generated.
제9 항에 있어서,
제2 스위칭 제어 신호에 응답하여, 상기 셀 스택의 상기 양 출력단으로부터 출력되는 스택 전압을 부하로 제공하는 스위칭부를 더 포함하고,
상기 주 제어부는 상기 잔류 전압을 방전시킬 필요가 있는가를 검사한 결과에 응답하여 상기 제2 스위칭 제어 신호를 생성하는 연료 전지 차량.
According to clause 9,
In response to a second switching control signal, it further includes a switching unit that provides stack voltage output from both output terminals of the cell stack to a load,
The main control unit generates the second switching control signal in response to a result of checking whether the residual voltage needs to be discharged.
제10 항에 있어서, 상기 주 제어부는
동작 전압이 인가될 때, 상기 잔류 전압을 방전시킬 필요가 있는가를 검사한 결과에 따라, 상기 방전 제어 신호, 상기 제1 스위칭 제어 신호 또는 상기 제2 스위칭 제어 신호 중 적어도 하나를 생성하는 연료 전지 차량.
The method of claim 10, wherein the main control unit
A fuel cell vehicle that generates at least one of the discharge control signal, the first switching control signal, and the second switching control signal according to a result of checking whether it is necessary to discharge the residual voltage when an operating voltage is applied.
제11 항에 있어서, 상기 연료 전지 차량의 시동이 멈추었는가를 검사하는 시동 검사부를 더 포함하고,
상기 주 제어부는 상기 시동 검사부에서 검사된 결과에 응답하여 상기 방전 제어 신호, 상기 제1 스위칭 제어 신호 또는 상기 제2 스위칭 제어 신호 중 적어도 하나를 생성하는 연료 전지 차량.
The method of claim 11, further comprising a start-up inspection unit that checks whether the fuel cell vehicle has stopped starting,
The main control unit generates at least one of the discharge control signal, the first switching control signal, and the second switching control signal in response to a result inspected by the start-up inspection unit.
제12 항에 있어서, 상기 연료 전지 차량이 충돌하였는가를 검사하는 충돌 검사부를 더 포함하고,
상기 주 제어부는 상기 충돌 검사부에서 검사된 결과에 응답하여 상기 방전 제어 신호, 상기 제1 스위칭 제어 신호 또는 상기 제2 스위칭 제어 신호 중 적어도 하나를 생성하는 연료 전지 차량.
The method of claim 12, further comprising a collision inspection unit that checks whether the fuel cell vehicle has collided,
The main control unit generates at least one of the discharge control signal, the first switching control signal, and the second switching control signal in response to a result inspected by the collision inspection unit.
복수의 단위 셀이 적층된 셀 스택을 포함하는 연료 전지 및 상기 셀 스택의 잔류 전압을 방전하는 방전부를 포함하는 연료 전지 차량에서 수행되는 잔류 에너지 방전 방법에 있어서,
상기 셀 스택의 잔류 전압을 방전할 필요가 있는가를 검사하는 단계;
상기 셀 스택의 잔류 전압을 방전할 필요가 있을 때, 상기 방전부 자체에서 상기 잔류 전압을 방전시킬 수 있는가를 검사하는 단계;
상기 방전부 자체에서 상기 잔류 전압을 방전시킬 수 있을 때, 상기 방전부 자체에서 상기 잔류 전압을 방전시키는 단계; 및
상기 방전부 자체에서 상기 잔류 전압을 방전시킬 수 없을 때, 상기 방전부에서 상기 잔류 전압을 우회 경로를 통해 방전시키는 단계를 포함하는 연료 전지 차량의 잔류 에너지 방전 방법.
In the residual energy discharge method performed in a fuel cell vehicle including a fuel cell including a cell stack in which a plurality of unit cells are stacked, and a discharge unit for discharging residual voltage of the cell stack,
checking whether there is a need to discharge residual voltage of the cell stack;
When it is necessary to discharge the residual voltage of the cell stack, checking whether the residual voltage can be discharged in the discharge unit itself;
discharging the residual voltage in the discharge unit itself when the residual voltage can be discharged in the discharge unit itself; and
A method of discharging residual energy in a fuel cell vehicle, including the step of discharging the residual voltage in the discharge unit through a bypass path when the residual voltage cannot be discharged in the discharge unit itself.
제14 항에 있어서, 상기 잔류 전압을 방전할 필요가 있는가를 검사하는 단계는
상기 연료 전지 차량의 시동이 멈추었는가를 검사하는 단계; 또는
상기 연료 전지 차량이 충돌하였는가를 검사하는 단계 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 연료 전지 차량의 시동이 멈추거나 상기 연료 전지 차량이 충돌하였을 때, 상기 잔류 전압을 방전시킬 필요가 있는 것으로 결정하는 연료 전지 차량의 잔류 에너지 방전 방법.
The method of claim 14, wherein the step of checking whether there is a need to discharge the residual voltage includes
checking whether the engine of the fuel cell vehicle has stopped; or
At least one step of checking whether the fuel cell vehicle has crashed,
A method for discharging residual energy in a fuel cell vehicle for determining that the residual voltage needs to be discharged when the fuel cell vehicle is stopped or the fuel cell vehicle is in a collision.
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