KR101509971B1

KR101509971B1 - 수소 탱크 온도 이상 대처 방법 및 이를 위한 안전강화장치

Info

Publication number: KR101509971B1
Application number: KR20130139062A
Authority: KR
Inventors: 김형기; 김창호; 심지현
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2015-04-07
Anticipated expiration: 2033-11-15
Also published as: US9766194B2; US20150139268A1; DE102014207623B4; DE102014207623A1

Abstract

본 발명의 수소 탱크 온도 이상 대처 방법에서는 다수의 수소탱크(1-1,1-2,1-3)에 각각 설치된 온도센서(10-1,10-2,10-3)의 T1,T2,T3(온도 검출 값)을 각각 온도 모니터링하고, 서로 비교된 온도 값중 20℃의 온도 차가 발생된 온도 센서를 이상(Fail)으로 판단하며, 이상(Fail)으로 판단된 온도 센서가 설치된 수소탱크의 충전 시나 연료량 계산 시 정상으로 판단된 온도 센서의 온도 값이 적용됨으로써 충전제어로직이나 연료량 계산로직에 이상(Fail)인 온도 센서의 온도 값이 배제될 수 있고, 특히 충전 시 85℃ 의 온도 초과에 대한 안전성이 확보되며, 주행 중 어떠한 경우에도 수소 탱크의 연료량 계산이 정확하게 이루어지는 특징을 갖는다.

Description

수소 탱크 온도 이상 대처 방법 및 이를 위한 안전강화장치{Hydrogen Tank Temperature Sensor failure Management Method and Safe Improving System therefor}

본 발명은 수소 탱크(봄베(Bombe))에 관한 것으로, 특히 다수 온도 센서의 온도 검출 값들을 서로 비교하여 특정한 온도 센서의 이상(Fail)여부가 정확히 체크됨으로써 온도 검출 값을 이용하는 제어로직의 결과에 대한 신뢰성 향상과 차량 안전성이 확보될 수 있는 수소 탱크 온도 이상 대처 방법 및 이를 위한 안전강화장치에 관한 것이다.

일반적으로 수소 연료전지차량에서는 산소와 화학반응하는 수소가 연료로 사용됨으로써 수소 탱크(또는 봄베(Bombe))가 포함된 수소 저장 시스템이 탑재된다.

통상, 수소 탱크의 허용 압력은 성능 측면을 고려하여 700bar의 고압이 적용되고, 수소 탱크의 허용 온도는 -40~85℃ 가 적용된다. 특히 85℃ 는 수소 탱크에 수소 충전이 이루어질 때 안전상의 이유로 넘지 말아야 온도이다.

그러므로, 수소 탱크에는 내부 온도를 검출하는 온도센서가 반드시 설치된다.

이로 인해, 충전제어로직에서 수소 충전 시 온도 센서가 검출한 온도 값을 이용함으로써 85℃ 의 온도 초과 없이 충전 안전이 확보될 수 있다.

또한, 연료량 계산 로직에서 연료량 계산 시 온도센서가 검출한 온도 값을 이용함으로써 수소 탱크의 연료량이 정확하게 계산될 수 있다. 수소 탱크의 연료량 계산에 온도 값을 이용함은 수소 탱크에 저장되는 수소 연료가 가스 형태로 저장됨에 기인된다.

미국등록특허 US 7,695,838B2(2010.04.13)

하지만, 충전제어로직과 연료량 계산로직에서는 온도센서에서 검출된 온도 값을 이용하는 방식이 적용된다.

이러한 방식에서는 온도센서가 정상일 때뿐만 아니라 이상(Failure)일 때도 온도 검출 값이 검출됨을 간과함으로써 온도 값을 이용한 충전로직의 결과와 연료량 계산로직의 결과에 대한 정확성과 신뢰성이 담보되기에 부족할 수밖에 없다.

일례로, 충전제어로직이 이상(Failure)상태의 온도센서에서 제공된 85℃이하의 일정한 온도 값으로 수소 충전을 제어함으로써 충전 진행 시 안정성이 확보될 수 없게 된다.

또한, 연료량 계산 로직이 이상(Failure)상태의 온도센서에서 제공된 일정한 온도 값으로 연료량을 계산함으로써 수소탱크의 연료량에 대한 정확성이 확보될 수 없게 된다.

그러나, 온도센서는 이상(Failure)상태에서도 항상 일정한 온도 값이 발생됨으로써 어느 때나 발생될 수 있는 온도센서의 이상(Failure)이 정확하게 판단되는데 한계가 있을 수밖에 없다.

특히, 온도센서의 이상(Failure)이 차량 주행 중 발생될 수 있음에도 주행 중 온도센서에 대한 고장 판단여부가 체크되지 않음으로써 연료량 계산 오류와 같은 현상 심화의 한 원인이 될 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 다수의 수소탱크에 각각 설치된 온도센서의 온도 검출 값을 각각 온도 모니터링하고, 서로 비교된 온도 값중 20℃의 온도 차가 발생된 온도 센서를 이상(Fail)으로 판단하며, 이상(Fail)으로 판단된 온도 센서가 설치된 수소탱크의 충전 시나 연료량 계산 시 정상으로 판단된 온도 센서의 온도 값이 적용됨으로써 충전제어로직이나 연료량 계산로직에 이상(Fail)인 온도 센서의 온도 값이 배제될 수 있고, 특히 충전 시 85℃의 온도 초과에 대한 안전성이 확보되며, 주행 중 어떠한 경우에도 수소 탱크의 연료량 계산이 정확하게 이루어질 수 있는 수소 탱크 온도 이상 대처 방법 및 이를 위한 안전강화장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수소 탱크 온도 이상 대처 방법은 다수의 수소탱크에 각각 설치된 온도센서에서 검출된 온도 값을 각각 T1,T2,T3,...,Tn으로 정의하고, 상기 T1,T2,T3,...,Tn을 각각 온도 모니터링하는 온도체크단계; 상기 T1,T2,T3,...,Tn를 각각에 대해 서로의 온도 값을 비교하고, 비교 후 서로의 온도 값중 특정 온도 차가 존재하는지 체크하는 온도비교단계; 상기 특정 온도 차가 발생된 온도 센서가 이상(Fail)으로 판단되고, 상기 특정 온도 차가 발생되지 않은 온도 센서가 정상으로 판단되는 온도센서판단단계; 이상(Fail)으로 판단된 온도 센서가 설치된 수소탱크의 충전 시나 연료량 계산 시, 이상(Fail)으로 판단된 온도 센서의 온도 값을 배제하는 대신 정상으로 판단된 온도 센서의 온도 값이 적용되는 온도센서이상대처단계; 로 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 특정 온도 차는 20℃이다.

상기 온도체크단계에서, 상기 온도 모니터링은 주행중 수행된다.

상기 특정 온도 차가 발생된 온도 센서는 운전석의 클러스터에서 이상(Fail)으로 표시된다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수소 탱크 안전강화장치는 다수의 수소 탱크에 각각 설치되고, 상기 수소 탱크의 각각에 대한 온도를 검출하는 다수의 온도 센서와; 상기 다수의 온도 센서가 각각 검출한 온도 값의 모니터링으로 특정 온도 차가 존재하는 온도센서를 이상(Fail)으로 판단하고, 이상(Fail)으로 판단된 온도센서의 온도 값을 충전제어로직이나 연료량 계산로직에서 배제시키는 제어기와; 운전석의 클러스터에 구비되어져 이상(Fail)으로 판단된 온도센서가 표시되는 표시기; 가 포함된 것을 특징으로 한다.

상기 다수의 수소 탱크의 각각은 700bar의 고압과 -40~85℃의 허용 온도가 적용되고, 상기 온도센서의 이상(Fail)으로 판단되는 특정 온도 차는 20℃이다.

이러한 본 발명은 다수의 수소저장용 탱크에 각각 설치된 온도센서의 이상(Fail)이 정확하게 판단됨으로써 온도 검출 값을 이용하는 제어로직의 결과에 대한 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 차량 주행중에도 다수의 수소저장용 탱크에 각각 설치된 온도센서의 이상(Fail)이 정확하게 판단됨으로써 차량 안전성이 크게 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 85℃ 의 온도 초과 없이 수소 충전을 제어하는 충전제어로직에 이상(Fail)상태인 온도센서의 온도 값이 제공되지 않음으로써 수소 충전의 안정성이 확보되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 연료량 계산로직에 이상(Fail)상태인 온도센서의 온도 값이 제공되지 않음으로써 연료량이 항상 정확하게 계산되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 다수의 수소저장용 탱크에 각각 설치된 온도센서의 이상(Fail)이 어떠한 하드웨어적인 수단 없이 소프트웨어적으로 체크됨으로써 로직을 개선하면서도 비용추가에 대한 부담이 없는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수소 탱크 온도 이상 대처 방법의 동작 흐름이고, 도 2는 본 발명에 따른 수소 탱크 온도 이상 시 정확한 연료량 계산과 함께 충전 안전성이 확보될 수 있는 안전강화장치의 구성 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 수소 탱크 온도 이상 대처가 실행되는 약 20℃의 온도 차에 대한 실험예이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 수소 탱크 온도 이상 시 대처 방법의 동작 흐름을 나타내고, 이하 온도 센서 이상 대처 로직으로 정의한다.

도시된 바와 같이, 온도 센서 이상 대처로직은 S10과 같이 수소탱크의 온도를 모니터링함으로써 실행된다. 이를 위한 안전강화장치의 구성 예는 도 2를 통해 예시된다.

도시된 바와 같이, 안전강화장치는 적어도 1개 이상의 수소 탱크(1-1,1-2,1-3)와, 적어도 1개 이상의 온도 센서(10-1,10-2,10-3)와, 검출된 온도 값들을 서로 비교하는 제어기(20)와, 운전자가 인식하도록 운전석의 클러스터에 구비된 표시기(30)로 구성된다.

상기 수소 탱크(1-1,1-2,1-3)는 3개의 수소 탱크가 한쌍을 이루는 제1,2,3 수소 탱크(1-1,1-2,1-3)로 구성되고, 제1,2,3 수소 탱크(1-1,1-2,1-3)의 각각은 700bar의 고압과 -40~85℃ 의 허용 온도가 적용된다.

상기 온도 센서(10-1,10-2,10-3)는 3개의 제1,2,3 온도 센서(10-1,10-2,10-3)로 구성되고, 제1 온도 센서(10-1)는 제1 수소 탱크(1-1)에 설치되며, 제2 온도 센서(10-2)는 제2 수소 탱크(1-2)에 설치되고, 제3 온도 센서(10-3)는 제3 수소 탱크(1-3)에 설치된다.

상기 제어기(20)는 제1,2,3 온도 센서(10-1,10-2,10-3)에서 각각 검출된 온도 값을 비교하고, 비교를 통해 이상(Fail)상태인 온도센서를 판단하며, 판단된 온도센서의 온도 값을 충전 제어와 연료량 계산에서 배제시켜준다.

상기 표시기(30)는 제어기(20)의 결과를 표시해줌으로써 운전자에게 충전 제어 상태와 정확한 연료량을 인식시켜준다.

이하, 온도 센서 이상 대처로직은 안전강화장치의 구성을 적용하여 설명한다.

S10에서 이루어지는 수소탱크 온도 모니터링은 제어기(20)를 통해 실행된다. 이를 위해, 제어기(20)에는 제1,2,3 수소 탱크(1-1,1-2,1-3)에 각각 설치된 제1,2,3 온도 센서(10-1,10-2,10-3)에서 검출된 온도 값이 각각 입력된다.

이때, 제1 온도 센서(10-1)에서 검출된 온도 값은 T1로 정의하고, 제2 온도 센서(10-2)에서 검출된 온도 값은 T2로 정의하며, 제3 온도 센서(10-3)에서 검출된 온도 값은 T3로 정의한다.

S20은 T1,T2,T3중 다른 값을 갖는 온도가 있는지 체크되는 단계이다. 이를 위해, 제어기(20)는 T1,T2,T3의 각각을 서로 비교할 때 특정 온도 차를 적용한다.

일례로, 특정 온도 차는 20℃가 적용된다. 그러므로, T1-T2의 온도차, T1-T3의 온도차, T2-T3의 온도차가 서로 비교되고, 이로부터 T1,T2,T3중 20℃의 온도차가 체크된다. 그 결과로 제1,2,3 온도 센서(10-1,10-2,10-3)중 20℃의 온도 차가 발생된 특정한 온도센서가 판단된다.

이러한 20℃의 온도 차에 대한 근거는 도 3의 실험예를 통해 예시된다. 도시된 바와 같이, 수소 탱크[본 실시예의 제1,2,3 수소 탱크(1-1,1-2,1-3)]은 700bar의 고압과 -40~85℃의 허용 온도가 적용된 수소 탱크이고, 각각에 설치된 제1,2,3 온도 센서(10-1,10-2,10-3)의 이상(Fail)을 판단하도록 최악의 경우를 가정하여 지속적으로 주행함을 가정한 결과이다. 이러한 결과는 수소 탱크의 사이즈에 의해 온도차가 발생할 수 있으나 극한 경우에 약 20℃의 온도차로 나타난다. 즉, 정상적인 온도 센서일 때 다수의 온도센서에서 발생될 수 있는 정상적인 온도차가 약 20℃임을 나타낸다.

하지만, 온도 센서가 이상(Fail)일 경우, 이로부터 검출된 온도 값은 변화가 없으면서 특히 약 20℃인 정상적인 온도차를 넘어서는 온도차가 발생할 수밖에 없다. 그러므로, 약 20℃의 온도차는 온도센서의 이상(Fail)을 판단하는데 효과적으로 적용될 수 있다.

특히, S20의 절차는 정차중은 물론 주행중 상시 수행된다.

S30은 T1,T2,T3중 어느 하나가 약 20℃ 이상의 온도차를 나타내고, 이로부터 약 20℃ 이상의 온도차를 나타낸 온도센서가 이상(Fail)으로 체크된 경우이다. 일례로, 제1,2,3 온도 센서(10-1,10-2,10-3)중 제1 온도 센서(10-1)의 이상(Fail)로 가정한다.

S40은 이상(Fail)으로 판단된 제1 온도 센서(10-1)가 적용되지 않도록 이용이 배제되는 절차이고, S50은 이상(Fail)으로 판단된 제1 온도 센서(10-1)가 제외된 상태에서 수소탱크의 충전이나 연료량 계산이 이루어지는 절차이다, 이로부터 비록 온도센서가 이상(Fail)이더라도 충전 시 충전 안전이 확보되고 특히 연료량 계산이 정확하게 이루어질 수 있다.

일례로, 수소탱크의 충전 시 제어일 경우, 정상적인 제2,3온도 센서(10-2,10-3)가 설치된 제2,3 수소 탱크(1-2,1-3)와 함께 이상(Fail)으로 판단된 제1 온도 센서(10-1)가 설치된 제1 수소 탱크(1-1)의 충전이 이루어지면, 제1 수소 탱크(1-1)의 충전 시 기준이 되는 85℃의 온도는 정상적인 제2,3온도 센서(10-2,10-3)의 온도 검출 값이 적용됨으로써 충전 제어의 안전성이 확보된다.

이러한 상태는 운전석 클러스터의 표시기(30)에 표시된다. 그러므로, 운전자는 85℃ 의 온도 초과 없이 수소 충전이 제어됨을 확인할 수 있다.

또한, 수소탱크의 연료량 계산일 경우, 제2,3 수소 탱크(1-2,1-3)의 연료량 계산은 정상적인 제2,3온도 센서(10-2,10-3)의 온도 센서 값(T2,T3)을 이용하지만, 제1 수소 탱크(1-1)의 연료량 계산은 이상(Fail)으로 판단된 제1 온도 센서(10-1)의 온도 센서 값을 이용하지 않고 대신 제2,3온도 센서(10-2,10-3)의 온도 센서 값(T2,T3)을 이용함으로써 제1 수소 탱크(1-1)의 연료량도 정확하게 계산된다.

이러한 상태는 운전석 클러스터의 표시기(30)에 표시된다. 그러므로, 운전자는 연료량이 항상 정확하게 계산됨을 확인할 수 있고, 주행 중 연료량 오류에 의한 불편도 모두 해소될 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 수소 탱크 온도 이상 대처 방법에서는 다수의 수소탱크에 각각 설치된 온도센서의 T1,T2,T3,...,Tn(온도 검출 값)을 각각 온도 모니터링하고, 서로 비교된 온도 값중 20℃의 온도 차가 발생된 온도 센서를 이상(Fail)으로 판단하며, 이상(Fail)으로 판단된 온도 센서가 설치된 수소탱크의 충전 시나 연료량 계산 시 정상으로 판단된 온도 센서의 온도 값이 적용됨으로써 충전제어로직이나 연료량 계산로직에 이상(Fail)인 온도 센서의 온도 값이 배제될 수 있고, 특히 충전 시 85℃ 의 온도 초과에 대한 안전성이 확보되며, 주행 중 어떠한 경우에도 수소 탱크의 연료량 계산이 정확하게 이루어질 수 있다.

1-1,1-2,1-3 : 제1,2,3 수소 탱크
10-1,10-2,10-3 : 제1,2,3 온도 센서
20 : 제어기 30 : 표시기

Claims

다수의 수소탱크에 각각 설치된 온도센서에서 검출된 온도 값을 각각 T1,T2,T3,...,Tn으로 정의하고, 상기 T1,T2,T3,...,Tn을 각각 온도 모니터링하는 온도체크단계;
상기 T1,T2,T3,...,Tn를 각각에 대해 서로의 온도 값을 비교하고, 비교 후 서로의 온도 값중 특정 온도 차가 존재하는지 체크하는 온도비교단계;
상기 특정 온도 차가 발생된 온도 센서가 이상(Fail)으로 판단되고, 상기 특정 온도 차가 발생되지 않은 온도 센서가 정상으로 판단되는 온도센서판단단계;
이상(Fail)으로 판단된 온도 센서가 설치된 수소탱크의 충전 시나 연료량 계산 시, 이상(Fail)으로 판단된 온도 센서의 온도 값을 배제하는 대신 정상으로 판단된 온도 센서의 온도 값이 적용되는 온도센서이상대처단계;
로 수행되는 것을 특징으로 하는 수소 탱크 온도 이상 대처 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 특정 온도 차는 20℃인 것을 특징으로 하는 수소 탱크 온도 이상 대처 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 온도체크단계에서, 상기 온도 모니터링은 주행중 수행되는 것을 특징으로 하는 수소 탱크 온도 이상 대처 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 특정 온도 차가 발생된 온도 센서는 운전석의 클러스터에서 이상(Fail)으로 표시되는 것을 특징으로 하는 수소 탱크 온도 이상 대처 방법.
다수의 수소 탱크에 각각 설치되고, 상기 수소 탱크의 각각에 대한 온도를 검출하는 다수의 온도 센서와;
상기 다수의 온도 센서가 각각 검출한 온도 값의 모니터링으로 특정 온도 차가 존재하는 온도센서를 이상(Fail)으로 판단하고, 이상(Fail)으로 판단된 온도센서의 온도 값을 충전제어로직이나 연료량 계산로직에서 배제시키는 제어기와;
운전석의 클러스터에 구비되어져 이상(Fail)으로 판단된 온도센서가 표시되는 표시기;
가 포함된 것을 특징으로 하는 수소 탱크 안전강화장치.
청구항 5에 있어서, 상기 다수의 수소 탱크의 각각은 700bar의 고압과 -40~85℃의 허용 온도가 적용되고, 상기 온도센서의 이상(Fail)으로 판단되는 특정 온도 차는 20℃인 것을 특징으로 하는 수소 탱크 안전강화장치.