KR100527474B1 - 연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치 - Google Patents

Abstract

연료 전지 버스에 기본적으로 구비되는 에어탱크의 공압을 이용하여 알터네이터의 이상 정지 시에 비상용으로 연료 전지 스택에 공기를 공급해 줄 수 있도록;

모터 제어기의 제어신호에 따라 연료 전지 스택 및 2차 연료 전지의 전원을 공급받아 구동되는 보조구동모터와, 상기 보조구동모터와 동력 전달 가능하게 연결되어 배터리를 충전시키는 알터네이터 및 상기 보조구동모터의 동력을 전달받아 상기 연료 전지 스택에 공기를 공급하기 위한 블로워를 포함하는 연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치에서,

상기 연료 전지 버스에 구비되어 에어 컴프레서로부터 생산되는 공압을 저장하는 에어탱크; 상기 에어탱크와 상기 연료 전지 스택의 공기 유입구의 일측을 연결하는 보조 공압라인; 상기 보조 공압라인의 일측에 장착되어 상기 모터 제어기로부터 알터네이터의 이상 정지신호가 엔진 제어기로 입력되면, 엔진 제어기의 제어신호에 따라 작동하여 에어탱크로부터의 공압을 설정압으로 감압하여 상기 연료 전지 스택에 공급되도록 하는 감압밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치를 제공한다.

Description

연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치{AN AIR SUPPLY SYSTEM OF A FUEL-CELL STACK FOR A FUEL-CELL BUS}

본 발명은 연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료 전지 버스에 기본적으로 구비되는 에어탱크의 공압을 이용하여 알터네이터의 이상 정지 시에 비상용으로 연료 전지 스택에 공기를 공급해 줄 수 있도록 하는 연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 전기자동차에 사용되는 연료 전지(Fuel Cell)는, 크게 전기화학반응을 일으키는 전극과, 전기화학반응에 의해 발생된 수소이온을 전달하는 전해질막의 접합체인 전극 전해질 접합체(MEA; Membrane Electrode Assembly)와, 이를 지지하는 분리판(103)으로 이루어져 있다.

이러한 연료 전지는 수소와 산소의 전기 화학적 반응을 통해 물과 열을 발생시키면서 전기를 발생하는 장치로, 공급된 수소가 어노드(Anode) 전극의 촉매에서 수소 이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소이온은 전해질막을 통해 캐소드(Cathode)로 넘어가게 되며, 이 때, 공급된 공기 속의 산소와 외부 도선을 타고 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기에너지를 발생시키게 된다.

이러한 연료 전지는 연료인 수소와 반응하는 산소를 공급하기 위하여 연료 전지 스택의 캐소드 전극으로 공기를 공급하기 위한 연료 전지 스택용 에어 공급장치를 구성하는데, 도 1에서와 같이, 종래 연료 전지 버스에 적용되는 연료 전지 스택용 에어 공급장치 기본적인 구성을 살펴보면, 모터 제어기(101)의 제어신호에 따라 구동되는 보조구동모터(103)가 구비된다.

상기 보조구동모터(103)는 모터 제어기(101)를 통하여 연료 전지 스택(105) 및 2차 연료 전지(107)의 전원을 공급받아 구동되며, 알터네이터(109)와 동력 전달 가능하여 연결되어 알터네이터(109)를 구동시켜 24V 배터리(111)를 충전시킬 수 있도록 구성된다.

또, 상기 보조구동모터(103)는 상기 연료 전지 스택(105)에 공기를 공급하기 위한 블로워(113)에 동력을 전달하며, 이외에도 에어 컴프레서, 에어컨 컴프레서, 쿨링 워터펌프 및 파워 스티어링 펌프 등에 동력을 전달하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치는 보조구동모터에 의한 과부하 혹은 외부 요인으로 인하여 알터네이터가 파손되거나 정지되는 경우, 상기 연료 전지 스택에 상시 공기를 공급하는 블로워의 작동이 동시에 정지하여 상기 연료 전지 스택에서 수소와 전기화학반응을 위한 산소의 공급을 유지할 수 없게 되며, 이로 인해 연료 전지 스택의 안정적인 전력 생산이 불가능하게 되는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연료 전지 버스에 기본적으로 구비되는 에어탱크의 공압을 이용하여 알터네이터의 이상 정지 시에 비상용으로 연료 전지 스택에 공기를 공급해 줄 수 있도록 하는 연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 모터 제어기의 제어신호에 따라 연료 전지 스택 및 2차 연료 전지의 전원을 공급받아 구동되는 보조구동모터와, 상기 보조구동모터와 동력 전달 가능하게 연결되어 배터리를 충전시키는 알터네이터 및 상기 보조구동모터의 동력을 전달받아 상기 연료 전지 스택에 공기를 공급하기 위한 블로워를 포함하는 연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치에서,

상기 연료 전지 버스에 구비되어 에어 컴프레서로부터 생산되는 공압을 저장하는 에어탱크; 상기 에어탱크와 상기 연료 전지 스택의 공기 유입구의 일측을 연결하는 보조 공압라인; 상기 보조 공압라인의 일측에 장착되어 상기 모터 제어기로부터 알터네이터의 이상 정지신호가 엔진 제어기로 입력되면, 엔진 제어기의 제어신호에 따라 작동하여 에어탱크로부터의 공압을 설정압으로 감압하여 상기 연료 전지 스택에 공급되도록 하는 감압밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치의 구성 블록도로써, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치의 구성은 모터 제어기(1)의 제어신호에 따라 구동되는 보조구동모터(3)가 구비된다.

상기 보조구동모터(3)는 모터 제어기(1)를 통하여 연료 전지 스택(5) 혹은 연료 전지 스택(5)에서 생성된 전력을 이용하여 충전되는 2차 연료 전지(7)의 전원을 공급받아 구동되며, 알터네이터(9)와 동력 전달 가능하여 연결되어 알터네이터(9)를 구동시켜 24V 배터리(11)를 충전시킬 수 있도록 구성된다.

또, 상기 보조구동모터(3)는 상기 연료 전지 스택(5)에 공기를 공급하기 위한 블로워(13)에 동력을 전달하며, 이외에도 에어 컴프레서, 에어컨 컴프레서, 쿨링 워터펌프 및 파워 스티어링 펌프 등에 동력을 전달할 수 있도록 기본적인 구성을 포함한다.

그리고 상기와 같은 구성으로부터 연료 전지 버스에 구비되는 에어 컴프레서는 압축공기를 생산하여 에어탱크(21)에 저장하게 되는데, 상기 에어탱크(21)와 상기 연료 전지 스택(5)의 공기 유입구의 일측을 보조 공압라인(23)으로 연결한다.

또한, 상기 보조 공압라인(23)의 일측에는 엔진 제어기(20)의 제어신호에 따라 작동하는 감압밸브(25)를 장착한다. 상기 감압밸브(25)는 상기 모터 제어기(1)로부터 알터네이터(9)의 이상 정지신호가 엔진 제어기(20)로 입력되면, 상기 엔진 제어기(20)의 제어신호에 따라 작동하여 에어탱크(21)로부터의 8bar 내지 9bar 정도의 공압을 설정압으로 감압하여 상기 연료 전지 스택(5)에 공급하게 된다.

이 때, 상기 감압밸브(25)는 마그네틱 감압밸브로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 감압밸브(25)에서의 감압의 설정압은 2bar 내지 3bar내에서 설정되는 것이 바람직하다.

따라서 상기와 같은 구성을 갖는 연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치에 의하면, 상기 보조구동모터(3)에 의한 과부하 혹은 외부 요인으로 인하여 알터네이터(9)가 파손되거나 이상 정지되는 경우, 상기 연료 전지 스택(5)에 공기 공급을 위한 블로워(13)도 작동을 정지하게 되는데, 이 때, 상기 모터 제어기(1)가 알터네이터(9)의 이상 정지신호를 엔진 제어기(20)로 출력하게 된다.

그러면, 상기 엔진 제어기(20)는 상기 2차 연료 전지(7)의 전력을 이용하여 24V 배터리(11)를 충전하여 24V 배터리(11)의 전원을 이용하여 상기 감압밸브(25)를 작동시키게 된다.

이에 따라, 상기 감압밸브(25)는 상기 에어탱크(21)로부터의 공압을 2bar 내지 3bar의 범위내에서 감압하여 보조 공압라인(23)을 통하여 상기 연료 전지 스택(5)에 수소와 전기화학반응을 위한 산소를 포함하는 공기를 공급해 줌으로써 연료 전지 스택(5)의 안정적인 전력 생산을 유도하게 된다.

상기와 같은 본 발명의 연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치에 의하면, 보조구동모터에 의한 과부하 혹은 외부 요인으로 인하여 알터네이터가 파손되거나 정지되는 경우, 상기 연료 전지 스택에 상시 공기를 공급하는 블로워의 작동이 동시에 정지되어도 연료 전지 버스에 기본적으로 구비되는 에어탱크의 공압을 이용하여 연료 전지 스택에 공기를 공급해 줄 수 있도록 함으로써, 연료 전지 스택의 안정적인 전력 생산을 가능하게 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치의 구성 블록도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치의 구성 블록도이다.

Claims (3)

1. 모터 제어기의 제어신호에 따라 연료 전지 스택 및 2차 연료 전지의 전원을 공급받아 구동되는 보조구동모터와, 상기 보조구동모터와 동력 전달 가능하게 연결되어 배터리를 충전시키는 알터네이터 및 상기 보조구동모터의 동력을 전달받아 상기 연료 전지 스택에 공기를 공급하기 위한 블로워를 포함하는 연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치에 있어서,

   상기 연료 전지 버스에 구비되어 에어 컴프레서로부터 생산되는 공압을 저장하는 에어탱크;

   상기 에어탱크와 상기 연료 전지 스택의 공기 유입구의 일측을 연결하는 보조 공압라인;

   상기 보조 공압라인의 일측에 장착되어 상기 모터 제어기로부터 알터네이터의 이상 정지신호가 엔진 제어기로 입력되면, 엔진 제어기의 제어신호에 따라 작동하여 에어탱크로부터의 공압을 설정압으로 감압하여 상기 연료 전지 스택에 공급되도록 하는 감압밸브;

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 감압밸브는

   마그네틱 감압밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 감압밸브에서의 감압의 설정압은

   2bar 내지 3bar내에서 설정되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 버스의 연료 전지 스택용 에어 공급장치.