KR100444056B1 - 연료 전지 차량의 엔진 동파 방지 제어장치 및 방법 - Google Patents

연료 전지 차량의 엔진 동파 방지 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료 전지 차량의 연료 전지 동파를 미연에 방지할 수 있는 연료 전지 차량의 엔진 동파 방지 제어장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 공기 흐름 경로와 연료 흐름 경로가 분리막(Membrane)으로 격리된 구조의 연료 전지를 구비한 차량의 엔진 동파 방지 제어장치에 있어서, 상기 연료 전지로 유입되는 공기 흐름 경로에 연결되며, 외부로부터 공급되는 구동 제어신호의 입력에 따라 구동되어 상기 연료 전지로 유입되는 공기를 설정 온도로 가열시키는 예열부와; 상기 예열부로 전원을 공급하는 전원 공급부와; 스위칭상태에 따라 상기 차량의 엔진 시동을 단속하는 키 스위치와; 상기 키 스위치의 스위칭상태를 검출하여 상기 키 스위치의 스위칭상태에 따라 상기 예열부로 공급되는 구동 제어신호를 단속하는 제어부를 포함하여 구성한다.

Description

연료 전지 차량의 엔진 동파 방지 제어장치 및 방법{ENGINE PRE HEATING CONTROLLING DEVICE OF FUEL CELL TYPE VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 연료 전지 차량에 관한 것으로서, 특히 연료 전지 차량의 엔진 동파 방지 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 연료 전지(F/C ; Fuel/Cell) 차량에 사용되는 고분자 전해질 연료 전지는 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 전지 내에서 전기 화학적으로 직접 전기 에너지로 바꾸는 장치이다.
연료 전지의 연료는 주로 수소, 메탄, 메탄올 등이 사용되고 연소제로서는산소나 공기가 사용된다.
이러한 연료 전지는 연료 전지 스택이라는 하나의 어셈블리로 조합되어 차량에 적용되는 것이 보통이다.
일반적인 연료 전지 스택은 도 1에 도시된 바와 같이 여러 개의 나란하게 적층된 극판(10) 및 그 양측의 집전판(11)과, 하나의 어셈블리로 체결을 위한 엔드 플레이트(12)로 구성되며, 엔드 플레이트(12)에 있는 홀에 체결용 바(도시하지 않음)를 통과시킨 다음, 볼트 및 너트로 체결하면 어셈블리 형태의 연료 전지 스택이 완성된다.
위와 같이 체결용 바 및 양측의 엔드 플레이트(12) 등을 이용하여 그 사이에 배치되는 극판(10), 집전판(11), 전극막(Membrane Electrode Assembly), 개스킷 등을 조여 줌으로써, 수소 등의 연료와 산소 등의 연소제 및 냉각수에 대한 기밀을 유지시켜 줄 수 있으며, 극판(10)과 전극막(도시하지 않음) 사이에 삽입되는 가스 디퓨션 메디아(Gas Diffusion Media)와 극판(10) 간의 전기 접촉성을 발현시켜 줄 수 있게 된다.
여기서, 상기 가스 디퓨션 메디아는 극판(10)과 전극막 사이에서 반응기체들의 빠른 유속 및 압력으로부터 전극막의 물리적 손상을 막아주는 역할을 한다.
그러나, 이와 같은 종래의 연료 전지 스택이 장착된 연료 전지차량은 엔진의 결빙과 동파 방지에 대한 별도의 장치가 구비되지 않았다.
상기와 같은 이유로 종래의 연료 전지 차량은 겨울철에 실외에 주차했을 때 연료 전지 스택이 전기를 발생하지 못하는 문제점이 있었다.
이에 대한 해결수단으로 연료 전지 스택을 항상 차량의 실내에 보관하여 적정온도를 유지하여야 하나, 차량의 실내에 연료 전지 스택을 보관하는 것은 한계가 있다.
특히, 상용버스에 장착되는 연료 전지 스택은 그 크기가 커서 차량의 실내보관이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 연료 전지 차량의 연료 전지 동파를 미연에 방지할 수 있는 연료 전지 차량의 엔진 동파 방지 제어장치 및 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 연료 전지 차량의 연료 전지 스택 구성을 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 엔진 동파 방지 제어장치의 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 엔진 동파 방지 제어방법을 도시한 흐름도.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 공기 흐름 경로와 연료 흐름 경로가 분리막(Membrane)으로 격리된 구조의 연료 전지를 구비한 차량의 엔진 동파 방지 제어장치에 있어서, 상기 연료 전지로 유입되는 공기 흐름 경로에 연결되며, 외부로부터 공급되는 구동 제어신호의 입력에 따라 구동되어 상기 연료 전지로 유입되는 공기를 설정 온도로 가열시키는 예열부와; 상기 예열부로 전원을 공급하는 전원 공급부와; 스위칭상태에 따라 상기 차량의 엔진 시동을 단속하는 키 스위치와; 상기 키 스위치의 스위칭상태를 검출하여 상기 키 스위치의 스위칭상태에 따라 상기 예열부로 공급되는 구동 제어신호를 단속하는 제어부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 공기 흐름 경로와 연료 흐름 경로가 분리막(Membrane)으로 격리된 구조의 연료 전지를 구비한 차량의엔진 동파 방지 제어방법에 있어서, 상기 차량의 엔진 시동상태를 검출하는 단계와; 상기 차량의 엔진 시동상태이면 설정된 연료 전지 제어동작을 수행하는 단계와; 상기 차량의 엔진 시동상태에서 엔진이 정지된 상태로 전환되는 가를 검출하는 단계와; 상기 차량의 엔진 시동상태에서 엔진이 정지된 상태로 전환되면 예열부를 구동하는 단계와; 상기 구동되는 예열부의 구동시간과 설정시간을 비교하는 단계와; 상기 예열부의 구동시간이 설정시간을 초과하면 상기 예열부의 구동을 해제하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 엔진 동파 방지 제어장치의 구성을 설명한다.
본 발명의 실시예는 공기 흐름 경로(200)와 연료 흐름 경로가 분리막(Membrane)으로 격리된 구조의 연료 전지를 구비한 차량의 엔진 동파 방지 제어장치에 있어서, 예열부(210)(Pre-Heater), 전원 공급부(220)(Battery), 키 스위치(230)(Key Switch), 제어부(240)(ECU)를 포함하여 구성한다.
예열부(210)는 도 2에 도시된 바와 같이 연료 전지로 유입되는 공기 흐름 경로(200)에 연결되며, 제어부(240)로부터 공급되는 구동 제어신호의 입력에 따라 구동되어 연료 전지로 유입되는 공기를 설정 온도로 가열시키는 기능을 한다.
예열부(210)와 공기 흐름 경로(200)의 연결은 통상적인 방법으로 파이프 또는 호스(Hose)를 사용할 수 있으며, 외부로 방열되는 열의 손실을 최소화 할 수 있는 구조이면 바람직하다.
전원 공급부(220)는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 시동용 전원을 발생하며, 특히 제어부(240)의 제어동작에 따라 예열부(210)가 구동된 상태에서 예열부(210)로 필요한 전원을 공급하는 기능을 한다.
키 스위치(230)는 스위칭상태에 따라 차량의 엔진 시동을 단속하는 스위치이다.
제어부(240)는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 전반적인 제어동작을 수행하며, 특히 키 스위치(230)의 스위칭상태를 검출하여 키 스위치(230)의 스위칭상태에 따라 예열부(210)로 공급되는 구동 제어신호를 단속하는 기능을 한다.
제어부(240)로부터 예열부(210)로 공급되는 구동 제어신호는 키 스위치(230)의 스위칭 오프(OFF) 상태에서 이루어진다.
즉, 제어부(240)의 제어동작은 키 스위치(230)의 온(ON)상태에서는 예열부(210)를 구동하지 않고, 연료 전지의 일반적인 제어동작을 수행하며, 키 스위치(230)의 오프(OFF)상태에서만 예열부(210)를 구동하는 제어동작을 수행한다.
한편, 본 발명의 실시예는 제어부(240)로부터 예열부(210)로 공급되는 구동제어신호의 공급시간을 설정시간 동안 공급되도록 단속하기 위한 구성으로 타이머를 더 포함하여 구성한다.
여기서, 예열부(210)로 공급되는 구동 제어신호의 공급시간을 설정하는 설정시간은 예열부(210)를 통해 공급되는 열로 인해 연료 전지의 내부에 발생하는 물이 건조되어 제거될 수 있는 충분한 시간을 말한다.
설정시간은 연료 전지의 사양 및 연료 전지 차량의 운전조건에 따라 다양한 설계변경이 가능함에 유의해야 한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에서 제어부(240) 및 타이머의 구성으로 인해 자동으로 예열부(210)를 설정시간 동안 구동함에 따라 운전자는 예열부(210)의 구동시간에 대한 점검을 별도로 수행하지 않아도 되는 운전자의 편의성을 제공할 수 있다.
도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 엔진 동파 방지 제어방법을 설명한다.
먼저, 제어부(240)는 도 3의 (S312)에서 차량의 엔진 시동상태를 검출한다.
차량의 엔진 시동상태는 키 스위치(230)를 통해 이루어지며, 키 스위치(230)의 온(ON)상태를 엔진 시동상태로 한다.
전술한 (S312)에서 차량의 엔진 시동상태이면 제어부(240)는 (S314)으로 진행하여 설정된 연료 전지 제어동작을 수행한다.
제어부(240)는 (S316)에서 키 스위치(230)의 스위칭상태를 검출하여 차량의 엔진 시동상태에서 엔진이 정지된 상태로 전환되는 가를 검출한다.
전술한 (S316)에서 차량의 엔진 시동상태에서 엔진이 정지된 상태로 전환되면 제어부(240)는 (S318)으로 진행하여 예열부(210)를 구동한다.
이어서, 제어부(240)는 (S320)으로 진행하여 구동되는 예열부(210)의 구동시간과 설정시간을 비교한다.
(S320)에서 예열부(210)의 구동시간이 설정시간을 초과하면 제어부(240)는 (S322)으로 진행햐어 예열부(210)의 구동을 해제하는 단계를 수행한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 종래 기술에서 연료 전지의 단점으로 문제시되었던 겨울철 분리막(Membrane)속에서 물이 남아 있어 겨울철 실외에 보관시 결빙 및 동파의 위험을 미연에 방지하기 위한 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
상용차의 연료 전지 버스에 시동시 배터리를 사용하는데 여기에 예열부(210)를 설치하고 겨울철 실외 보관시 예열부(210)를 자동으로 설정시간 동안 작동시켜 뜨거운 공기를 연료 전지 내부로 불어넣어 연료 전지 스택의 분리막을 건조시킨 후 차량을 실외에 보관할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 연료 전지 차량의 엔진 동파 방지 제어장치는 혹한기에도 연료 전지 스택을 보호하여 성능을 향상시킬 수 있으며, 겨울철 히터 기능을 동시에 할 수 있는 부품 공용화의 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 공기 흐름 경로와 연료 흐름 경로가 분리막(Membrane)으로 격리된 구조의 연료 전지를 구비한 차량의 엔진 동파 방지 제어장치에 있어서,
    상기 연료 전지로 유입되는 공기 흐름 경로에 연결되며, 외부로부터 공급되는 구동 제어신호의 입력에 따라 구동되어 상기 연료 전지로 유입되는 공기를 설정 온도로 가열시키는 예열부와;
    상기 예열부로 전원을 공급하는 전원 공급부와;
    스위칭상태에 따라 상기 차량의 엔진 시동을 단속하는 키 스위치와;
    상기 키 스위치의 스위칭상태를 검출하여 상기 키 스위치의 스위칭상태에 따라 상기 예열부로 공급되는 구동 제어신호를 단속하는 제어부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량의 엔진 동파 방지 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부로부터 상기 예열부로 공급되는 구동 제어신호는 상기 키 스위치의 스위칭 오프(OFF) 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량의 엔진 동파 방지 제어장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부로부터 상기 예열부로 공급되는 구동 제어신호의 공급시간을 단속하는 타이머를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량의 엔진 동파 방지 제어장치.
  4. 공기 흐름 경로와 연료 흐름 경로가 분리막(Membrane)으로 격리된 구조의 연료 전지를 구비한 차량의 엔진 동파 방지 제어방법에 있어서,
    상기 차량의 엔진 시동상태를 검출하는 단계와;
    상기 차량의 엔진 시동상태이면 설정된 연료 전지 제어동작을 수행하는 단계와;
    상기 차량의 엔진 시동상태에서 엔진이 정지된 상태로 전환되는 가를 검출하는 단계와;
    상기 차량의 엔진 시동상태에서 엔진이 정지된 상태로 전환되면 예열부를 구동하는 단계와;
    상기 구동되는 예열부의 구동시간과 설정시간을 비교하는 단계와;
    상기 예열부의 구동시간이 설정시간을 초과하면 상기 예열부의 구동을 해제하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량의 엔진 동파 방지 제어방법.
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