KR100778585B1 - 연료전지 차량의 최적 가습 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스택의 입구상에서 직접적으로 분사를 실시하여 가습효과 및 냉각효과를 극대화시켜 상기 스택이 최적의 상태로 작동되도록 하고, 장시간의 방치로 인해 스택이 건조 상태로 있을 때에도 연료전지 차량의 작동이 이루어지기 전에 가습을 실시함으로써 최적의 상태에서 반응이 이루어질 수 있는 연료전지 차량의 최적 가습 시스템에 관한 것이며, 이를 위해 본 발명은 연료전지 차량에 탑승한 운전자에 의한 엑셀레이터 페달의 작동에 따른 전압 변화가 발생되는 엑셀페달센서와; 상기 엑셀페달센서로부터 전송된 신호를 입력받아 필요한 출력을 연산하고, 연산된 출력값에 따라 차량을 제어하는 차량 제어기(vehicle control unit)와; 상기 차량 제어기에서 연산된 출력값에 의해 연료전지 차량에 설치된 모터의 토크를 제어하는 모터제어기(motor control unit)와; 에어필터를 통과한 공기가 블로워(Blower)를 통해 스택으로 공급되고 상기 스택의 입구상에 설치된 제1 감지부에 감지된 공기의 상태에 따라 상기 스택으로 공급되는 공기에 직접 물을 분사하는 노즐이 구비된 가습부; 및 상기 제1 감지부 및 블로워와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 감지부에서 감지된 공기의 온도 및 습도의 상태를 입력받아 상기 제1 감지부가 위치한 상태의 공기가 함유할 수 있는 포화수증기량이 기 설정된 포화수증기량에 비해 낮을 경우에는 상기 노즐을 통해 물을 분사하여 추가로 가습이 이루어지도록 제어하는 연료전지 제어기를 포함하여 구성된다.

가습부, 스택, 포화수증기량, 분사

Description

연료전지 차량의 최적 가습 시스템{The optimum system for moisturing of the fuel cell vehicle}

도 1은 종래의 연료전지 차량의 가습 시스템을 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 최적 가습 시스템을 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 의한 연료전지 차량의 최적 가습 시스템의 작동 흐름을 도시한 모식도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 엑셀페달센서 200 : 차량 제어기

300 : 모터제어기 400 : 가습부

500 : 연료전지 제어기

본 발명은 스택의 입구상에서 직접적으로 분사를 실시하여 가습효과 및 냉각효과를 극대화시켜 상기 스택이 최적의 상태로 작동되도록 하고, 장시간의 방치로 인해 스택이 건조 상태로 있을 때에도 연료전지 차량의 작동이 이루어지기 전에 가습을 실시함으로써 최적의 상태에서 반응이 이루어질 수 있는 연료전지 차량의 최 적 가습 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지 차량의 에너지 생성은 수소와 공기의 반응에 의한 역전기 분해 현상에 의해 전류가 발생된 전기에너지를 이용하게 된다. 이때 발생 되는 에너지양은 수소와 공기에 의해 좌우될 뿐만이 아니라 반응에 관계하는 여러 요인들에 의해 영향을 받게 된다. 상기와 같은 여러 요인 중에 수소와 공기의 공급량, 스택의 온도 및 스택의 전도도에 관련 있는 공기중의 수증기량 등이 주요 요인에 해당된다.

첨부된 도 1을 참조하여 종래 연료전지 차량의 가습 시스템을 설명한다.

첨부된 도 1을 참조하면, 에어필터(4)를 통과한 외기가 블로워(6)을 통해 가습기(8)로 공급된다. 상기 가습기(8)로 공급된 저온 건조 상태의 공기는 비교적 고온 다습한 상태의 공기 상태로 스택(2)으로 공급되어 상기 스택(2)에 가습을 실시하게된다. 상기와 같이 작동되는 종래의 가습 시스템은 가습기(8)를 통과한 공기가 스택(2)의 입구로 이동되면서 포화수증기량이 감소되어 상기 스택(2) 내부로 공급된다. 왜냐하면, 상기 스택(2)의 자체 작동 온도가 80℃ 까지 상승하기 때문에 스택(2) 에서 요구하는 만큼의 포화수증기량을 함유하지 못한 상태로 스택(2)의 내부로 공급되기 때문이다.

상기와 같은 현상은 스택(2) 내부의 가습효과를 저하시켜 반응을 저하시키며, 냉각효과의 저하까지 유발하는 문제점을 야기시키게 된다.

또한, 연료전지 차량이 장시간 방치된 상태에서 스택(2)에 충분히 가습이 이루어지지 않은 운전 조건에서 차량이 주행이 이루어지게 됨으로써 상기 스택(2)의 이온 전도도 저하와 함께 출력 저하를 유발 시키며 고장을 유발할 수 있는 문제점을 야기시켰다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스택의 입구상에서 가습효과 및 냉각효과의 극대화를 위해 직접적으로 분사를 실시하여 상기 스택이 최적의 상태로 작동되도록 하고, 장시간의 방치로 인해 스택이 건조 상태로 있을 때에도 연료전지 차량의 작동이 이루어지기 전에 가습을 실시함으로써 최적의 상태에서 반응이 이루어질 수 있는 연료전지 차량의 최적 가습 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 연료전지 차량의 최적 가습 시스템은 연료전지 차량에 탑승한 운전자에 의한 엑셀레이터 페달의 작동에 따른 전압 변화가 발생되는 엑셀페달센서와; 상기 엑셀페달센서로부터 전송된 신호를 입력받아 필요한 출력을 연산하고, 연산된 출력값에 따라 차량을 제어하는 차량 제어기(vehicle control unit)와; 상기 차량 제어기에서 연산된 출력값에 의해 연료전지 차량에 설치된 모터의 토크를 제어하는 모터제어기(motor control unit)와; 에어필터를 통과한 공기가 블로워(Blower)를 통해 스택으로 공급되고 상기 스택의 입구상에 설치된 제1 감지부에 감지된 공기의 상태에 따라 상기 스택으로 공급되는 공기에 직접 물을 분사하는 노즐이 구비된 가습부; 및 상기 제1 감지부 및 블로워와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 감지부에서 감지된 공기의 온도 및 습도의 상태 를 입력받아 상기 제1 감지부가 위치한 상태의 공기가 함유할 수 있는 포화수증기량이 기 설정된 포화수증기량에 비해 낮을 경우에는 상기 노즐을 통해 물을 분사하여 추가로 가습이 이루어지도록 제어하는 연료전지 제어기를 포함하여 구성된다.

상기 가습부에는 스택 입구에서의 공기의 상태를 감지하는 온도센서, 습도센서 및 압력센서가 구비되도록 구성된다.

상기 가습부의 노즐은 스택에서 자연 발생되어 드레인되는 물을 공급받아 분사 되도록 구성된다.

상기와 같은 본 발명에 의한 연료전지 차량의 최적 가습 시스템의 실시에를 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 2는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 최적 가습 시스템을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 의한 연료전지 차량의 최적 가습 시스템의 작동 흐름을 도시한 모식도이다.

첨부된 도 2 내지 도 3을 참조하면, 연료전지 차량에 탑승한 운전자에 의한 엑셀레이터 페달의 작동에 따른 전압 변화가 발생되는 엑셀페달센서(100)와; 상기 엑셀페달센서(100)로부터 전송된 신호를 입력받아 필요한 출력을 연산하고, 연산된 출력값에 따라 차량을 제어하는 차량 제어기(vehicle control unit)(200)와; 상기 차량 제어기(200)에서 연산된 출력값에 의해 연료전지 차량에 설치된 모터(310)의 토크를 제어하는 모터제어기(motor control unit)(300)와; 에어필터(10)를 통과한 공기가 블로워(Blower)(20)를 통해 스택(2)으로 공급되고 상기 스택(2)의 입구상에 설치된 제1 감지부(410)에 감지된 공기의 상태에 따라 상기 스택(2)으로 공급되는 공기에 직접 물을 분사하는 노즐(420)이 구비된 가습부(400); 및 상기 제1 감지부(410) 및 블로워(20)와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 감지부(410)에서 감지된 공기의 온도 및 습도의 상태를 입력받아 상기 제1 감지부(410)가 위치한 상태의 공기가 함유할 수 있는 포화수증기량이 기 설정된 포화수증기량에 비해 낮을 경우에는 상기 노즐(420)을 통해 물을 분사하여 추가로 가습이 이루어지도록 제어하는 연료전지 제어기(500)를 포함하여 구성된다.

상기 노즐(420)은 인젝터 또는 이와 유사한 기능을 하는 다른 구조로의 변경도 가능하다. 상기 노즐(420)은 소형의 펌프(미도시)와 연결되어 상기 노즐(420)에 물을 공급하도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 가습부(410)에는 스택(2) 입구에서의 공기의 상태를 감지하는 온도센서, 습도센서 및 압력센서가 구비되도록 구성된다.

상기 가습부(410)의 노즐(420)은 스택(2)에서 자연 발생되어 드레인되는 물을 공급받아 분사 되도록 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 최적 가습 시스템의 작동 상태를 도면을 참조하여 설명한다..

첨부된 도2 내지 도 3을 참조하면, 연료전지 차량에 운전자가 탑승한 상태에서 엑셀레이터 페달(미도시)이 작동되면, 상기한 엑셀레이터 페달의 밟힘량에 대한 변화를 감지하는 엑셀페달센서(100)에 의해 전압의 변화로 변회되어 차량 제어기(200)에 전송된다. 상기 차량 제어기(200)는 엑셀페달센서(100)로 부터 전송된 신호를 입력받아 연산하고, 운전자의 요구 토크에 맞추에 모터(310)에서 토크가 발 생되도록 모터제어기(300)와 연료전지 제어기(500)에 해당 신호를 전송한다.

상기한 차량 제어기(200)의 제어 신호에 의해 모터제어기(300)는 해당 모터(310)가 최대로 출력 가능하도록 제어하고, 상기 연료전지 제어기(500)는 스택(2)의 상태(온도, 습도...)를 체크한다.

이와 동시에 에어필터(10)를 통과한 공기가 블로워(20)를 통해 공급되고, 스택(2)에서는 수소와 공기가 공급되어 에너지를 생성시키며 최적의 상태로 작동 가능하도록 활성화가 이루어져야 한다.

상기한 에어필터(10)를 통과한 공기는 가습부(400)를 경유하여 이동되면서 고온 가습화되고, 스택(2)의 입구부근에 이르러서는 더욱 고온화되어 상기 스택(2) 내부로 공급된다. 이때, 가습부(400)를 통과한 직후의 공기를 T1(40℃)이라고 하고, 스택(2)의 입구측의 공기를 T2(60℃)라고 가정할 때, 가습부를 통과한 T1의 공기가 스택(2)의 입구측으로 이동되면서 T2의 공기속에 포함된 포화수증기량은 T1의 공기속에 포함된 포화수증기량에 비해 상대적으로 적은 포화수증기를 함유한 공기의 상태를 갖게 된다. 왜냐하면, T1의 상태로 이동하는 공기가 스택(2)의 입구 근처로 유동하면서 스택(2) 자체의 발열에 의해 고온으로 상승 되면서 원하는 만큼의 포화수증기량을 충분히 함유하지 못한 공기의 상태를 유지하게 된다.

상기와 같은 T2의 공기 상태는 제1 감지부(410)에 의해 감지되어 연료전지 제어기(500)로 전송되고, 상기한 T2의 공기 상태를 입력받은 연료전지 제어기(500)는 기 설정된 온도에 따른 포화수증기량의 관계를 데이터화한 모델링 값을 참조하여 노즐(420)을 통해 스택(2)의 입구측에 물을 분사한다.

노즐(420)을 통해 분사되는 물은 스택(2)에서 발생되어 드레인되는 물을 공급받아 분사가 이루어지며, T2 공기의 상태에서 부족한 포화수증기량 만큼 직접적으로 가습이 이루어진다.

따라서, 상기 연료전지 제어기(500)에 의해 포화수증기량이 최적의 상태로 제어된 T2의 공기가 스택(2)으로 공급되어 스택의 가습량을 조절하며, 이온 전도도 저하로 인한 출력저하를 방지하게 된다.

한편, 본 발명은 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 차량의 최적 가습 시스템은 연료전지 차량에 구비된 스택의 활성화를 위해 스택의 상태를 감지하고, 감지된 스택의 상태에 따라 최적의 상태로 가습을 실시하여 상기한 스택의 이온 전도도 저하를 방지하고, 최적의 상태에서 풀 파워를 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기한 스택의 지속적인 발열을 막아주어 스택에 과부하가 생성되는 것을 방지하고, 스택이 건조되있는 상태에서도 사전에 충분하게 가습이 이루어지게 되어 스택의 고장으로 인한 연료전지 차량의 주행 불능 또한 이와 관련된 주변 부품의 고장을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 연료전지 차량에 탑승한 운전자에 의한 엑셀레이터 페달의 작동에 따른 전압 변화가 발생되는 엑셀페달센서;

   상기 엑셀페달센서로부터 전송된 신호를 입력받아 필요한 출력을 연산하고, 연산된 출력값에 따라 차량을 제어하는 차량 제어기(vehicle control unit);

   상기 차량 제어기에서 연산된 출력값에 의해 연료전지 차량에 설치된 모터의 토크를 제어하는 모터제어기(motor control unit);

   에어필터를 통과한 공기가 블로워(Blower)를 통해 스택으로 공급되고 상기 스택의 입구상에 설치된 제1 감지부에 감지된 공기의 상태에 따라 상기 스택으로 공급되는 공기에 직접 물을 분사하는 노즐이 구비된 가습부; 및

   상기 제1 감지부 및 블로워와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 감지부에서 감지된 공기의 온도 및 습도의 상태를 입력받아 상기 제1 감지부가 위치한 상태의 공기가 함유할 수 있는 포화수증기량이 기 설정된 포화수증기량에 비해 낮을 경우에는 상기 노즐을 통해 물을 분사하여 추가로 가습이 이루어지도록 제어하는 연료전지 제어기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 최적 가습 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가습부에는 스택 입구에서의 공기의 상태를 감지하는 온도센서, 습도센 서 및 압력센서가 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 최적 가습 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 가습부의 노즐은 스택에서 자연 발생되어 드레인되는 물을 공급받아 분사 되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 최적 가습 시스템.

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