KR-20260060516-A - Apparatus and method for automatic control of hydrogen refueling process

Abstract

본 발명은 수소 충전 프로세스 자동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태에 따른 수소 충전 프로세스 자동 제어 시스템은 수소 충전소의 수소 충전 단말 및 상기 수소 충전 단말과 통신하는 서버를 포함하며, 상기 수소 충전 단말은, 상기 수소 충전소의 수소 저장 탱크에 연결되어 수소 상태를 변환하는 수소 상태 변환부; 상기 수소 상태 변환부의 전력을 제어하는 인버터; 및 상기 서버와 통신하고 상기 수소 충전소의 센서로부터 상기 수소 충전소의 수소의 유량, 압력 및 온도에 대한 정보 및 충전 대상 차량에 대한 정보를 수집하여 기 설정된 표준에 따른 충전시의 수소 상태를 산출한 후, 상기 충전시의 수소 상태에 상응하여 상기 인버터를 제어하는 프로세서부를 포함하고, 상기 서버는, 상기 프로세서부와의 통신에서 수신한 정보를 저장하는 저장부; 상기 수소 충전소 단말의 충전 과정을 표시하는 상태 표시부; 및 상기 수소 충전소 단말의 제어 입력을 받는 입력부를 포함한다.

Inventors

• 권태호

Assignees

• 주식회사 에이치투넷

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241024

Claims (5)

1. 수소 충전 프로세스 자동 제어 시스템으로서, 수소 충전소의 수소 충전 단말 및 상기 수소 충전 단말과 통신하는 서버를 포함하며, 상기 수소 충전 단말은, 상기 수소 충전소의 수소 저장 탱크에 연결되어 수소 상태를 변환하는 수소 상태 변환부; 상기 수소 상태 변환부의 전력을 제어하는 인버터; 및 상기 서버와 통신하고 상기 수소 충전소의 센서로부터 상기 수소 충전소의 수소의 유량, 압력 및 온도에 대한 정보 및 충전 대상 차량에 대한 정보를 수집하여 기 설정된 표준에 따른 충전시의 수소 상태를 산출한 후, 상기 충전시의 수소 상태에 상응하여 상기 인버터를 제어하는 프로세서부를 포함하고, 상기 서버는, 상기 프로세서부와의 통신에서 수신한 정보를 저장하는 저장부; 상기 수소 충전소 단말의 충전 과정을 표시하는 상태 표시부; 및 상기 수소 충전소 단말의 제어 입력을 받는 입력부를 포함하는, 수소 충전 프로세스 자동 제어 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 프로세서부는 상기 센서로부터 위험 조건을 감지하면 수소 충전을 중단하고 경고 신호 정보를 생성하는, 수소 충전 프로세스 자동 제어 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 서버는, 상기 수신한 정보에 기초하여 실시간 진단을 생성하는 진단 생성부; 및 상기 실시간 진단에 대해 보고서를 생성하는 보고서 생성부를 더 포함하는, 수소 충전 프로세스 자동 제어 시스템.
4. 수소 충전 프로세스 자동 제어 장치로서, 수소 충전소의 수소 저장 탱크에 연결되어 수소 상태를 변환하는 수소 상태 변환부; 상기 수소 상태 변환부의 전력을 제어하는 인버터; 및 상기 수소 충전소의 센서로부터 상기 수소 충전소의 수소의 유량, 압력 및 온도에 대한 정보 및 충전 대상 차량에 대한 정보를 수집하여 기 설정된 표준에 따른 충전시의 수소 상태를 산출한 후, 상기 충전시의 수소 상태에 상응하여 상기 인버터를 제어하는 프로세서부 포함하는, 수소 충전 프로세스 자동 제어 장치.
5. 수소 충전 프로세스 자동 제어 방법으로서, 수소 충전소의 센서로부터 프로세서부가 정보를 수신하는 단계; 상기 프로세서부가 상기 정보에 기초하여 기 설정된 표준에 따른 충전시의 수소 상태를 산출하고, 상기 충전시의 수소 상태에 상응하여 인버터를 제어하는 단계; 상기 프로세서부와 서버가 통신하는 단계; 상기 수소 충전소의 단말이 상기 정보를 표시하고 제어 명령을 획득하는 단계; 및 상기 서버가 상기 정보를 표시하고 제어 명령을 획득하는 단계를 포함하는, 수소 충전 프로세스 자동 제어 방법.

Description

수소 충전 프로세스 자동 제어 장치 및 방법{Apparatus and method for automatic control of hydrogen refueling process} 본 발명은 수소 충전 프로세스 자동 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소 가스 및 액화 수소 인버터 충전 프로토콜을 관리하고 제어하며 충전 과정을 원격 모니터링 및 실시간 제어할 수 있는 수소 충전 프로세스 자동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 수소 연료를 사용하는 차량의 충전은 안전성과 효율성을 보장하는 고급 제어 시스템이 필요하다. 충전 과정에서 수소의 유량, 압력 및 온도를 정밀하게 관리해야 하며, 이를 위해 자동화된 충전 제어와 정보 전송 시스템이 필수적이다. 또한, 이러한 시스템은 충전 과정에서 발생할 수 있는 위험 요소를 즉각 감지하고 대응할 수 있는 안전 메커니즘을 포함해야 한다. 종래의 수소 충전 시스템은 주로 수동 방식에 의존하거나 로컬 제어 시스템을 사용해 왔다. 이러한 방식은 운영자가 직접 현장에서 충전 과정을 관리해야 하며, 원격 모니터링이나 실시간 제어가 어렵다는 한계가 있었다. 또한, 수소의 유량, 압력 및 온도를 정확하게 관리하는 데 있어 불확실성이 존재해, 충전 과정에서의 안전성과 효율성이 충분히 확보되지 못했다. 특히, 수동 제어 방식은 실시간 정보 처리가 불가능해 긴급 상황에서 신속한 대응이 어렵고, 충전 과정에서의 사고 위험을 증가시킬 수 있다. 따라서, 충전 프로세스의 자동 제어와 안전한 정보 전송을 통한 실시간 모니터링 및 제어가 가능한 고급 시스템의 필요성이 대두되고 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 충전 프로세스 자동 제어 시스템의 구성도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 충전 프로세스의 순서도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 인터페이스를 예시한 도면이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 수소 충전 프로세스 자동 제어 시스템, 장치 및 방법에 대해 상술한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 충전 프로세스 자동 제어 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 충전 프로세스 자동 제어 시스템의 수소 충전 단말(100)은 센서(101), 수소 상태 변환부(102), 인버터(103), 프로세서부(104) 등을 포함하고 서버(110)는 저장부(111), 상태 표시부(112), 입력부(113), 진단 생성부(114), 보고서 생성부(115) 등을 포함한다. 수소 충전 단말(100)의 센서(101)는 수소 충전을 위한 여러 정보를 측정한다. 예컨대, 센서(101)의 종류에는 수소 저장 탱크 내부에 위치하여 탱크 내 압력 및 온도를 측정하고 수소가 충전될 때의 유량을 측정하는 센서(101), 수소가 차량에 주입되는 디스펜서 내부에 위치하여 공급되는 수소의 온도 및 압력을 측정하는 센서(101), 수소 충전소의 배관 및 호스에 위치하여 배관을 통해 이동하는 수소의 압력과 온도를 측정하는 센서(101)와 배관 또는 호스에서의 가스 누출을 감지하는 센서(101), 압축기, 냉각기 및 가열기에 위치한 온도 센서(101), 충전소 주변 환경에 위치하여 대기의 온도 및 습도를 측정하는 센서(101) 등이 있을 수 있다. 수소 상태 변환부(102)는 수소 저장 탱크에 연결되어 압축, 냉각, 가열 등을 통해 수소의 상태를 가스에서 액체 또는 액체에서 가스로 변화시킨다. 예컨대, 수소 상태 변환부(102)는 수소 가스를 고압을 압축하는 장치로 차량에 필요한 고압 상태로 수소를 변환하는 압축기, 압축된 수소 가스의 온도를 조절하여 액화를 하거나 높은 압력의 수소의 냉각, 안정적인 충전을 가능하게 하는 냉각기, 추운 날씨나 특정 상황에서 적절한 온도로 충전될 수 있도록 온도를 맞추거나 색체 수소를 다시 가스 상태로 변환하는 가열기, 수소의 흐름을 제어하고 각 단계에서 적절한 방향으로 유도하여 수소의 흐름 및 상태를 관리하는 배관 및 밸브 시스템을 포함할 수 있다. 인버터(103)는 수소 상태 변환부(102)에 전력을 공급하고, 프로세서부(104)의 제어 신호에 따라 수소 상태 변환부(102)의 작동을 위한 전력 출력을 조절한다. 예컨대, 인버터(103)는 수소 상태 변환부(102)가 요구하는 전력 조건에 맞추어 직류(DC) 전력을 교류(AC) 전력으로 변환하고, 이 변환된 전력을 적절한 양으로 공급할 수 있다. 인버터(103)는 수소의 압축, 냉각, 가열 등 다양한 변환 과정에 필요한 전력 요구사항을 만족시키며 수소 상태 변환부(102)의 각 구성 요소가 원활하게 동작하도록 보조할 수 있다. 프로세서부(104)는 서버(110)와 통신하고 수소 충전소의 센서(101)로부터 수소의 유량, 압력 및 온도에 대한 정보 및 충전 대상 차량에 대한 정보를 수집하여 기 설정된 표준에 따른 충전시의 수소 상태를 산출한 후, 충전시의 수소 상태에 상응하여 인버터(103)를 제어한다. 바람직하게는 프로세서부(104)는 PLC(Programmable Logic Controller)이다. 예컨대, 프로세서부(104)는 센서(101)가 감지한 수소 저장 탱크 및 디스펜서에서의 수소의 유량, 온도 및 압력에 대한 정보 및 수집한 주유 대상 차량에 대한 정보를 수집할 수 있다(도 2 S210 참조). 그리고 기 설정된 표준, 바람직하게는 국제 프로토콜인 SAE J2601 규정의 MC 기법을 이용하여 최적의 충전시의 수소 상태를 산출할 수 있다(도 2 S220 참조). 구체적으로, 프로세서부(104)는 디스펜서의 출구 측 온도를 실시간으로 측정하여 측정된 온도를 기반으로 PRR(Pressure Ramp Rate)를 계산하고 계산된 PRR을 이용하여 적절한 공급 압력을 결정할 수 있다. 그리고 프로세서부(104)는 산출한 적절한 공급 압력에 따라 인버터(103)을 제어하여 수소 상태 변환부(102)가 이에 맞게 수소 상태를 변환하도록 할 수 있다(도 2 S230 및 S240 참조). 한편, 충전소 수소 탱크의 기체 수소 온도의 예측값은 하기의 [수식 1]을 이용하여 계산할 수 있다. [수식 1] (여기서, T는 온도, 은 충전된 수소 질량, 는 정적비열, 는 수소 저장 탱크의 열용량으로 의미하고, 아래 첨자 target은 목표치, initial은 초기치, expect는 예측치, adiabatic은 단열이라고 가정했을 때의 값을 각각 의미한다.) 그리고 PRR은 하기의 [수식 2]을 이용하여 계산할 수 있다. [수식 2] (여기서, 은 특정 시간 i에서 계산된 PRR 값, 은 목표 압력, 은 제어 압력, 은 충전 시작 시점의 초기 압력, 은 충전 시 최초로 허용되는 압력, 는 특정 시간 i에서의 시간 값, 은 충전이 완료되는 시점의 시간을 의미한다.) 또한, 프로세서부(104)는 센서(101)로부터 위험 조건을 감지하면 수소 충전을 중단하고 경고 신호 정보를 생성한다. 예컨대, 프로세서부(104)는 실시간으로 센서(101) 데이터를 수집하고 분석하여 위험한 조건을 감지할 수 있다. 과압, 온도 상승과 같은 이상 상태는 압력 센서(101)와 온도 센서(101)의 데이터를 통해 감지되며, 유량 이상이나 가스 누출도 유량 센서(101) 및 누출 감지 센서(101)로 파악할 수 있다. 그리고, 장비 고장은 전류 및 전압 모니터링, 피드백 회로, 작동 시간 초과 감지 등을 통해 확인할 수 있으며, 인버터나 압축기가 과부하에 걸리거나 예상 시간 내에 목표 상태에 도달하지 못할 경우에도 고장으로 인식할 수 있다. 또한, 통신 장애나 압력 손실과 같은 외부적 문제도 위험한 조건으로 간주할 수 있다. 이러한 위험 조건 이 감지되면, 프로세서부(104)는 인버터(103)를 통해 수소 상태 변환부(102)의 동작을 중단시키고, 경고 신호를 시스템에 표시한 후 서버(110)로 데이터를 전송하여 사용자가 문제를 인식하고 대응할 수 있게 할 수 있다. 또한, 프로세서부(104)는 서버(110)와 통신하여 서버에 정보를 송신하고 제어 신호를 수신한다. 수소 충전 단말(100)의 프로세서부(104)와 서버(110)와의 통신은 OPC프로토콜을 사용하며, OPC 프로토콜을 이용한 통신은 VPN으로 암호화한다. 서버(110)의 저장부(111)는 프로세서부(104)와의 통신에서 수신한 정보를 저장한다. 예컨대, 저장부(111)는 수소 저장 탱크 및 디스펜서에서의 센서(101)가 감지한 수소의 유량, 온도 및 압력과 주유 대상 차량에 대한