KR101113647B1 - Apparatus and method for preventing valve of fuel cell vehicle from icing - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 연료전지 차량의 저온 방치시 밸브의 결빙이 일어나지 않도록 관리함으로써, 냉시동시 즉각적인 밸브 동작이 가능하도록 하여, 밸브 해빙이 불필요해지고, 이에 냉시동 시간의 단축, 밸브 해빙을 위한 에너지 소비의 삭제, 냉시동의 신뢰성 향상이 가능해지는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다. 이를 위해, 밸브를 히팅하기 위한 히터와; 상기 히터를 작동시키기 위한 전력원이 되는 배터리와; 상기 배터리의 전력을 히터에 공급하는 배터리 전력 공급회로 상에 설치되어 주위 온도에 따라 자동 개폐되면서 간헐적인 배터리 전력 공급 및 히터 작동이 이루어지도록 하는 써모스위치;를 포함하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치 및 이를 이용한 밸브 결빙 방지 방법이 개시된다.The present invention relates to an apparatus and method for preventing a valve freezing of a fuel cell vehicle, and to prevent the valve from freezing when the fuel cell vehicle is left at a low temperature, thereby enabling immediate valve operation during cold start, thereby eliminating the need for valve thawing. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an apparatus and method for preventing a valve freezing of a fuel cell vehicle, which enables to shorten a cold start time, eliminate energy consumption for valve thawing, and improve reliability of cold start. To this end, a heater for heating the valve; A battery serving as a power source for operating the heater; A thermo-switch installed on a battery power supply circuit for supplying power of the battery to a heater to automatically open and close according to an ambient temperature and to perform intermittent battery power supply and heater operation; And a method for preventing valve freezing using the same.

연료전지, 밸브 결빙 방지, 써모스위치, 바이메탈, 히터, 배터리 Fuel Cell, Valve Freeze Protection, Thermoswitch, Bimetal, Heater, Battery

Description

연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치 및 방법{Apparatus and method for preventing valve of fuel cell vehicle from icing} Apparatus and method for preventing valve of fuel cell vehicle from icing}

본 발명은 연료전지 시스템의 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 시스템이 탑재된 차량이 영하의 온도에 장시간 방치되더라도 밸브 결빙을 방지할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a valve of a fuel cell system, and more particularly, to an apparatus and a method capable of preventing valve freezing even when a vehicle on which a fuel cell system is mounted is left at sub-zero temperatures for a long time.

환경친화적인 미래형 자동차의 하나인 수소 연료전지 자동차에 적용되는 연료전지 시스템의 구성은, 반응가스의 전기화학반응으로부터 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택과, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 연료공급시스템(Fuel Processing System, FPS)과, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급시스템(Air Processing System, APS)과, 연료전지 스택의 전기화학반응 부산물인 열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전온도를 제어하며 물 관리 기능을 수행하는 열 및 물 관리 시스템(Thermal Management System, TMS)과; 연료전지 시스템의 작동 전반을 제어하는 연료전지 시스템 제어기 등으로 나누어 볼 수 있다.The fuel cell system applied to a hydrogen fuel cell vehicle, which is one of environmentally friendly future vehicles, includes a fuel cell stack that generates electric energy from an electrochemical reaction of a reactant gas, and a fuel that supplies hydrogen as a fuel to the fuel cell stack. Fuel Processing System (FPS), Air Processing System (APS) for supplying air containing oxygen, which is an oxidant for electrochemical reaction, to fuel cell stack, and electrochemical reaction by-product of fuel cell stack A thermal and water management system (TMS) that removes the heat out of the system, controls the operating temperature of the fuel cell stack, and performs a water management function; The fuel cell system controller may control the overall operation of the fuel cell system.

여기서, 수소공급시스템은 수소탱크, 고압/저압 레귤레이터, 수소밸브, 수소 재순환 장치 등을 포함하고, 공기공급장치는 공기블로워, 공기밸브, 가습기 등을 포함하며, 열 및 물 관리 시스템은 냉각수 펌프, 라디에이터 등을 포함한다.The hydrogen supply system includes a hydrogen tank, a high pressure / low pressure regulator, a hydrogen valve, a hydrogen recirculation device, and the air supply device includes an air blower, an air valve, a humidifier, and the like, and a heat and water management system includes a coolant pump, Radiators and the like.

상기 수소공급시스템의 수소탱크로부터 공급되는 고압의 수소는 고압/저압 레귤레이터를 차례로 거친 뒤 낮은 압력으로 연료전지 스택으로 공급되며, 수소 재순환 장치에서는 재순환 라인에 블로워를 설치하여 스택의 애노드(수소극)에서 사용하고 남은 미반응 수소를 다시 애노드로 재순환시킴으로써 수소의 재사용을 도모한다. The high pressure hydrogen supplied from the hydrogen tank of the hydrogen supply system passes through a high pressure / low pressure regulator in turn and is supplied to the fuel cell stack at a low pressure. In the hydrogen recirculation apparatus, a blower is installed in a recirculation line, and an anode (hydrogen electrode) of the stack is installed. By recycling the remaining unreacted hydrogen back to the anode after use in to promote the reuse of hydrogen.

상기한 시스템 구성을 갖는 연료전지 자동차에서 해결해야 할 여러 과제 중 가장 시급하고 어려운 문제가 냉시동성 확보이다.Among the problems to be solved in the fuel cell vehicle having the above system configuration, the most urgent and difficult problem is securing cold startability.

즉, 연료전지의 가장 큰 난제 중 하나는 연료전지가 영하의 온도에 노출된 채로 장기간 보관된 후(Cold soaking), 초기 시동시 연료전지로부터 부하를 인가하면 전기화학반응에 의해 스택의 캐소드(공기극)에서 발생하는 물(생성수)이 스택 자체의 냉기와 캐소드로 공급되는 빙점 이하의 공기로 인해 결빙되어, 스택의 각 유로 및 가스확산층을 폐색하는 동시에 캐소드 촉매층으로의 공기 공급을 차단하게 되고, 결국 스택 전압이 일정하게 유지되지 않게 되는 등 냉시동성 확보에 어려움에 있다.That is, one of the biggest challenges of fuel cells is that after the fuel cells are stored for a long period of time exposed to sub-zero temperatures (cold soaking), when a load is applied from the fuel cells during initial startup, the cathode of the stack (air electrode) The water generated in the c) freezes due to the cold temperature of the stack itself and the air below the freezing point supplied to the cathode, which blocks each flow path and the gas diffusion layer of the stack and blocks the air supply to the cathode catalyst layer. As a result, it is difficult to secure cold startability such that the stack voltage is not kept constant.

이러한 스택의 냉시동성 확보를 위한 기존의 방법 중 하나는 히터를 이용해 스택을 순환하는 냉각수를 가열하여 스택 내부를 급속 해동시키는 방법이 있다.One of the existing methods for securing the cold startability of the stack is a method of rapidly thawing the inside of the stack by heating the coolant circulating through the stack using a heater.

즉, 연료전지 차량의 시동시 애노드의 수소와 캐소드의 산소가 반응하여 발생하는 전기에너지가 히터에서 열에너지로 소비되는 동시에, 이 열에너지를 전달받은 냉각수가 스택을 급속 승온시킴으로써, 스택이 일정 온도 이상에서 작동될 수 있다.In other words, the electrical energy generated by the reaction of the hydrogen of the anode and the oxygen of the cathode at the start of the fuel cell vehicle is consumed as heat energy in the heater, and the coolant received the heat energy rapidly warms up the stack so that the stack is above a certain temperature. Can work.

그러나, 종래기술에 따른 연료전지 차량의 냉시동 과정에서는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the cold start process of the fuel cell vehicle according to the prior art has the following problems.

차량이 영하의 온도에서 장시간 방치된 상태에서, 종래에는 연료전지 시스템 내 BOP 밸브들을 해빙하고, 스택 온도를 승온시키는 워엄-업 과정 후, 차량을 기동(모터링)시키는데, 밸브 해빙 및 스택 워엄-업(Warm-up)을 완료하기까지 수분 이상으로 많은 시간이 소요되므로, 냉시동 후 차량을 기동시키기까지 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.In a state where the vehicle has been left at sub-zero temperatures for a long time, conventionally, the vehicle is started (motor) after the warm-up process of thawing the BOP valves in the fuel cell system and raising the stack temperature. Since it takes many minutes or more to complete a warm-up, there is a problem that it takes a long time to start the vehicle after cold start.

차량 기동이 이루어지기 전까지 냉시동에 소요되는 시간은, 크게 연료전지 시스템에 구비된 BOP 밸브류의 해빙에 소요되는 시간과, 냉각수를 이용해 스택의 온도를 상승시키는 스택 워엄-업에 소요되는 시간으로 구분될 수 있다.The time required for cold start until the vehicle is started is largely the time required for thawing the BOP valves provided in the fuel cell system and the time required for the stack warm-up to increase the temperature of the stack by using the coolant. Can be distinguished.

위와 같이 밸브의 해빙에 소요되는 시간은 전체 냉시동 시간의 일부를 차지하므로, 밸브의 해빙에 많은 시간을 소요하게 되면 냉시동 시간 및 차량이 기동하기까지 걸리는 시간이 길어질 수밖에 없다. As described above, since the time required for thawing of the valve occupies a part of the overall cold start time, when the thawing of the valve takes a lot of time, the cold start time and the time required for the vehicle to start are long.

통상 연료전지 시스템에서 밸브들은 운전 종료 후 차량이 영하의 온도에 장시간 방치될 때 밸브 구성부품의 표면에 남아있던 물이 얼면서 결빙되므로, 냉시동시 밸브의 해빙은 반드시 필요하다.In a fuel cell system, valves are usually freed by freezing the water remaining on the surface of the valve components when the vehicle is left at sub-zero temperatures for a long time after the end of operation.

연료전지 시스템에서 해빙이 필요한 밸브로는 스택 운전시 습윤한 상태로 노출되는 밸브로서, 공기공급시스템의 가습된 공기가 통과하는 관로 상의 밸브, 스택의 수소 출구에 설치된 수소 퍼지밸브, 수소 재순환 밸브 등이 이에 속한다. In the fuel cell system, a valve that needs to be thawed is a valve that is exposed to a wet state during operation of a stack, a valve on a pipeline through which humidified air of an air supply system passes, a hydrogen purge valve installed at a hydrogen outlet of a stack, a hydrogen recirculation valve, etc. This belongs to this.

여기서, 수소 퍼지밸브와 수소 재순환 밸브에 대해 첨부한 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. Here, the hydrogen purge valve and the hydrogen recycle valve will be described with reference to FIG. 1.

수소공급시스템(10)의 수소공급라인(11)에 수소공급밸브(12)와 저압 레귤레이터(LPR)(13)이 설치되고, 스택(1)의 수소 출구측에 수소 퍼지밸브(18)가 설치되며, 수소 재순환 라인(15)에 수소 재순환 밸브(16)와 재순환 블로워(17)가 설치된다. A hydrogen supply valve 12 and a low pressure regulator (LPR) 13 are installed in the hydrogen supply line 11 of the hydrogen supply system 10, and a hydrogen purge valve 18 is installed at the hydrogen outlet side of the stack 1. And a hydrogen recycle valve 16 and a recycle blower 17 are installed in the hydrogen recycle line 15.

수소 퍼지밸브(18)는 수소공급시스템 배관 내 수소 농도를 관리하기 위해 연료전지 시스템 제어기의 명령에 따라 개폐되는 밸브로서, 이를 통해 수소를 배출시켜 퍼지함으로써 스택(1) 내 수분 및 불순물을 제거하고 수소 이용률을 높이게 된다. The hydrogen purge valve 18 is a valve that opens and closes according to a command of a fuel cell system controller to manage hydrogen concentration in a hydrogen supply system pipe. The hydrogen purge valve 18 removes water and impurities in the stack 1 by purging hydrogen. The hydrogen utilization rate is increased.

수소공급밸브(12)는 건조한 수소가 공급되는 위치에 장착되므로 차량이 영하의 온도에 장시간 방치되더라도 결빙이 발생하지 않고 히터에 의한 해빙 과정 없이 즉시 동작이 가능하다. Since the hydrogen supply valve 12 is mounted at a position where dry hydrogen is supplied, even if the vehicle is left at sub-zero temperatures for a long time, freezing does not occur and immediately operates without thawing by a heater.

반면, 수소 퍼지밸브(18)와 수소 재순환 밸브(16)는 습윤 상태의 수소가 통과하므로 차량이 영하의 온도에 장시간 방치되는 경우 빙점 이하에서 결빙이 일어나며, 결빙 후 동작을 위해서는 히터에 의한 밸브 해빙 과정이 필요하다. On the other hand, since the hydrogen purge valve 18 and the hydrogen recirculation valve 16 pass through wet hydrogen, freezing occurs below freezing point when the vehicle is left at subzero temperature for a long time, and the valve thawing by the heater for operation after freezing. The process is necessary.

도 1의 하측 도면에서 스택 운전시 캐소드(공기극) 환원반응에 의해 생성된 물이 애노드(수소극)로 역확산(Back-diffuse)됨을 볼 수 있는데, 수소공급시스템(10)에서 수소공급밸브(12) 및 저압레귤레이터(13)를 통해 스택으로 공급된 건조한 수소가 캐소드에서 애노드로 역확산된 물에 의해 습윤한 수소 상태가 된다.In the lower view of FIG. 1, it can be seen that the water generated by the cathode (air electrode) reduction reaction is back-diffuse to the anode (hydrogen electrode) during the stack operation. The hydrogen supply valve ( 12) and the dry hydrogen supplied to the stack through the low pressure regulator 13 are brought into a wet hydrogen state by water despread from the cathode to the anode.

따라서, 스택의 수소 출구에 연결된 수소 퍼지밸브(18) 및 수소 재순환 밸브(16)가 습윤한 상태에 노출되고, 빙점 이하에서는 상기 밸브들이 결빙되어, 저온 냉시동시 상기 밸브들을 히터로 해빙할 필요가 있게 된다. Therefore, the hydrogen purge valve 18 and the hydrogen recycle valve 16 connected to the hydrogen outlet of the stack are exposed to a wet state, and below the freezing point, the valves are frozen, and it is necessary to thaw the valves with a heater during low temperature cold start. Will be.

이에 상기 밸브들에는 저전압 배터리(보조배터리)의 전력을 공급받아 작동하는 히터(PTC)가 구비되며, 이때 히터는 발열시 열을 전달하도록 밸브에 밀착되게 설치된다. Accordingly, the valves are provided with a heater (PTC) which is operated by receiving power from a low voltage battery (auxiliary battery), and the heater is installed in close contact with the valve so as to transfer heat when the heat is generated.

이와 같이 연료전지 차량에서는 저온 냉시동시 히터를 작동시켜 히팅함으로써 밸브를 해빙하고, 이를 통해 밸브의 정상적인 작동이 가능하도록 하고 있다. As described above, in the fuel cell vehicle, the valve is thawed by heating and heating the heater during low temperature cold start, thereby enabling the normal operation of the valve.

특히, 영하의 온도로 장시간 방치(Cold soaking)된 상태에서는 스택의 애노드에 축적된 수소 이외의 물질(질소, 액적 등)을 배출하기 위해 저온 냉시동 초기에 퍼지밸브의 동작은 필수적이며, 이에 밸브 히팅은 반드시 필요한 과정이다.In particular, in a cold soaking state at a sub-zero temperature, the operation of the purge valve is essential at the beginning of cold start to discharge substances other than hydrogen (nitrogen, droplets, etc.) accumulated at the anode of the stack. Heating is a necessary process.

그러나, 히터를 작동시켜 밸브를 해빙시키는 경우 해빙 에너지가 과다하게 소요되는 것은 물론 밸브 해빙에 소요되는 시간(저온 방치 온도에 비례하여 길어짐)이 과다하여 시동 전체의 소요 시간이 길어지는 문제가 있다. However, when thawing the valve by operating the heater, the thawing energy is excessively consumed, and the time required for the thawing of the valve (longer in proportion to the low temperature standing temperature) is excessive, resulting in a long time required for the entire startup.

더욱이, 직결형 슈퍼캡 하이브리드 구조에서 연료전지 운전 전 모든 에너지 소모는 저전압 배터리(12V)에 의존할 수밖에 없는데, 영하의 온도에서 필연적으로 성능 저하를 수반하는 저전압 배터리에 부담을 가중시켜 냉시동의 신뢰도에 악영향 을 미치게 된다.Moreover, all energy consumption before the fuel cell operation in the direct supercap hybrid structure is forced to depend on the low voltage battery (12V), which inevitably imposes a burden on the low voltage battery, which inevitably degrades performance at sub-zero temperatures, and thus the reliability of the cold start. Will adversely affect.

연료전지 스택을 운전하지 않는 상태에서 히터를 작동하기 위한 필요 전원으로 배터리를 사용해야 하므로 배터리의 용량을 증가시켜야 하는 단점도 있다.Since the battery must be used as a power source for operating the heater without operating the fuel cell stack, the capacity of the battery must be increased.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 연료전지 차량의 저온 방치시 밸브의 결빙이 일어나지 않도록 관리함으로써, 냉시동시 즉각적인 밸브 동작이 가능하도록 하여, 밸브 해빙이 불필요해지고, 이에 냉시동 시간의 단축, 밸브 해빙을 위한 에너지 소비의 삭제, 냉시동의 신뢰성 향상이 가능해지는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention was invented to solve the above problems, and by managing the freezing of the valve at the low temperature of the fuel cell vehicle, it is possible to immediately operate the valve during cold start, the valve thawing is unnecessary, It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for preventing a valve freezing of a fuel cell vehicle, which can shorten a cold start time, eliminate energy consumption for a valve thawing, and improve reliability of a cold start.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 연료전지 차량에 탑재되는 것으로서, 연료전지 시스템의 밸브를 히팅하기 위한 히터와; 상기 히터를 작동시키기 위한 전력원이 되는 배터리와; 상기 배터리의 전력을 히터에 공급하는 배터리 전력 공급회로 상에 설치되어 주위 온도에 따라 자동 개폐되면서 간헐적인 배터리 전력 공급 및 히터 작동이 이루어지도록 하는 써모스위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is mounted on a fuel cell vehicle, the heater for heating the valve of the fuel cell system; A battery serving as a power source for operating the heater; A thermoswitch installed on a battery power supply circuit for supplying power of the battery to a heater to automatically open and close according to an ambient temperature, and to perform intermittent battery power supply and heater operation. Provide a valve anti-ice device.

여기서, 상기 써모스위치는, 밸브 표면 온도가 빙점 온도에 도달하면 배터리 전력 공급 및 히터 작동이 이루어지도록 배터리 전력 공급회로를 닫아주고, 밸브 표면 온도가 상승하여 소정 온도에 도달하면 배터리 전력 공급회로를 열어주도록 된 것을 특징으로 한다.Here, the thermoswitch closes the battery power supply circuit so that battery power supply and heater operation are performed when the valve surface temperature reaches the freezing point temperature, and opens the battery power supply circuit when the valve surface temperature rises to reach a predetermined temperature. Characterized in that it is to be given.

또한 상기 써모스위치는 주위 온도에 따라 배터리 전력 공급회로를 자동 개폐하도록 작동하는 바이메탈이 내장된 바이메탈 스위치인 것을 특징으로 한다.In addition, the thermoswitch is characterized in that the bimetal switch with a built-in bimetal that operates to automatically open and close the battery power supply circuit according to the ambient temperature.

또한 상기 연료전지 시스템의 밸브는 공기공급시스템의 가습된 공기가 통과하는 관로 상의 밸브, 스택의 수소 출구에 설치된 수소 퍼지밸브, 또는 수소 재순환 밸브인 것을 특징으로 한다.In addition, the valve of the fuel cell system is characterized in that the valve on the pipeline through which the humidified air of the air supply system, a hydrogen purge valve installed at the hydrogen outlet of the stack, or a hydrogen recirculation valve.

그리고, 본 발명은, 연료전지 차량에서 배터리의 전력을 공급받아 연료전지 시스템의 밸브를 히팅하는 히터와, 상기 히터에 연결된 배터리 전력 공급회로 상에 설치된 써모스위치를 구비하고, 연료전지의 시동 오프 상태에서 상기 써모스위치가 주위 온도에 따라 회로를 자동 개폐하면서 이루어지는 간헐적인 배터리 전력 공급 및 히터 작동에 의하여 상기 밸브의 결빙이 방지되도록 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 방법을 제공한다.In addition, the present invention includes a heater for heating the valve of the fuel cell system by receiving the power of the battery in the fuel cell vehicle, and a thermoswitch installed on the battery power supply circuit connected to the heater, the start-off state of the fuel cell In the present invention provides a method for preventing the valve icing of the fuel cell vehicle, characterized in that the thermoswitch is maintained to prevent the icing of the valve by the intermittent battery power supply and heater operation made while automatically opening and closing the circuit according to the ambient temperature.

여기서, 상기 써모스위치는 주위 온도에 따라 배터리 전력 공급회로를 자동 개폐하도록 작동하는 바이메탈이 내장된 바이메탈 스위치인 것을 특징으로 한다.Here, the thermoswitch is characterized in that the bimetal switch with a built-in bimetal that operates to automatically open and close the battery power supply circuit according to the ambient temperature.

이에 따라, 본 발명의 밸브 결빙 방지 장치 및 방법에 의하면, 차량의 저온 방치 및 시동 오프 중 밸브의 간헐적 히팅을 통해 밸브 결빙을 원천적으로 방지할 수 있으며, 이를 통해 냉시동시 밸브 해빙이 불필요해지고, 냉시동 시간의 단축, 밸브 해빙을 위한 에너지 소비의 삭제, 냉시동의 신뢰성 향상이 가능해지는 효과가 있게 된다.Accordingly, according to the valve freezing prevention apparatus and method of the present invention, it is possible to prevent the valve freezing through the intermittent heating of the valve during the low temperature standing and start-off of the vehicle, thereby eliminating the need for valve thawing during cold start, This can shorten the start-up time, eliminate energy consumption for valve thawing, and improve the reliability of cold start.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 연료전지 차량에서 저온 방치시 결빙이 일어나지 않도록 밸브를 관리하기 위한 기술로서, 연료전지의 시동 오프 중에 밸브의 간헐적 히팅을 통해 밸브 결빙을 원천적으로 방지할 수 있는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for managing a valve so that freezing does not occur when the fuel cell vehicle is left at a low temperature, and relates to a technique capable of fundamentally preventing valve freezing through intermittent heating of the valve during start-off of the fuel cell.

특히, 본 발명에서는 시동 오프 중 히터의 간헐적 작동을 위해 배터리 전력이 공급되는 회로 상에 주위 온도에 따라 회로를 자동 개폐하는 써모스위치를 구비하는 것에 주된 특징이 있는 것이다. In particular, the present invention is characterized by having a thermoswitch that automatically opens and closes the circuit according to the ambient temperature on a circuit to which battery power is supplied for intermittent operation of the heater during start-off.

이와 같은 본 발명에 따르면, 빙점 온도 이하에서 연료전지 시스템의 밸브 결빙을 원천적으로 방지하므로, 저온 방치 후 냉시동시 밸브 해빙이 불필요해지고, 이에 밸브 해빙 시간의 삭제와 해빙에 필요한 에너지 소비가 제거되면서 냉시동성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다. According to the present invention, since the valve freezing of the fuel cell system is prevented at the freezing point temperature at the source, the valve thawing is unnecessary during cold start after cold storage, thereby eliminating the valve thawing time and eliminating the energy consumption required for thawing. The effect of improving dynamics can be expected.

종래기술에서 언급한 바와 같이 일단 밸브 결빙이 발생한 상태에서는 냉시동시 밸브를 해빙하는데 많은 에너지(저전압 배터리 전력)가 소비되고, 또한 해빙에 소요되는 시간이 길어 냉시동 전체 소요 시간이 길어지는 문제가 있으나, 본 발명에서는 연료전지 차량이 영하의 온도에서 장시간 방치되더라도 밸브가 결빙되지 않도록 관리되므로, 시동시 밸브 해빙이 불필요해지고, 결국 밸브 해빙에 따른 여러 문제가 해소될 수 있는 것이다. As mentioned in the prior art, once the valve freeze occurs, a large amount of energy (low voltage battery power) is consumed to thaw the valve during cold start, and the total time required for the cold start is long due to the long time required for thawing. In the present invention, even if the fuel cell vehicle is left at a subzero temperature for a long time, the valve is managed so as not to freeze, so that the valve thawing is unnecessary at start-up, and various problems due to the valve thawing can be solved.

본 발명이 적용되는 연료전지 시스템의 밸브로는, 스택 운전시 습윤한 상태로 노출되는 밸브, 예를 들어 공기공급시스템의 가습된 공기가 통과하는 관로 상의 밸브, 스택의 수소 출구에 설치된 수소 퍼지밸브, 수소 재순환 밸브 등이 될 수 있다.The valve of the fuel cell system to which the present invention is applied includes a valve exposed in a wet state during stack operation, for example, a valve on a pipeline through which humidified air of an air supply system passes, and a hydrogen purge valve installed at a hydrogen outlet of the stack. Hydrogen recirculation valve, or the like.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 써모스위치(바이메탈 스위치)가 적용된 밸브 결빙 방지 장치의 구성도로서, 도시된 바와 같이, 밸브(19)를 히팅하기 위한 히터(20)와, 상기 히터(20)를 작동시키기 위한 전력원이 되는 배터리(30)와, 배터리(30)의 전력을 히터(20)에 공급하는 회로(배터리 전력 공급회로) 상에 설치되어 주위 온도에 따라 자동 개폐되면서 배터리(30)의 전력을 간헐적으로 공급 및 히터(20)를 작동시키기 위한 써모스위치(Thermo-switch)(40)를 포함한다.2 is a configuration diagram of a valve anti-icing device to which a thermo switch (bimetal switch) according to the present invention is applied. As shown, a heater 20 for heating the valve 19 and the heater 20 The battery 30, which is a power source for operating the battery 30, is installed on a circuit (battery power supply circuit) for supplying power of the battery 30 to the heater 20, and automatically opens and closes according to the ambient temperature. A thermo-switch 40 for intermittently supplying power and operating the heater 20.

상기한 구성 중, 히터(20)는 밸브 히팅을 위한 PTC 히터가 될 수 있으며, 배터리(30)는 통상의 연료전지 차량에 탑재되는 저전압 배터리(12V 보조배터리)가 될 수 있다.In the above configuration, the heater 20 may be a PTC heater for valve heating, and the battery 30 may be a low voltage battery (12V auxiliary battery) mounted in a conventional fuel cell vehicle.

또한 본 발명에서 써모스위치(40)는 주위 온도에 따라 배터리 전력 공급회로를 자동 개폐하도록 작동하는 바이메탈(42)이 내장된 바이메탈 스위치가 될 수 있다.In addition, in the present invention, the thermoswitch 40 may be a bimetal switch with a built-in bimetal 42 that operates to automatically open and close the battery power supply circuit according to the ambient temperature.

도시한 예에서, 바이메탈 스위치(40)는 배터리 전력 공급회로 상의 스위치 단자(41)에 바이메탈(42)이 연결되어, 주위 온도에 따른 바이메탈(42)의 형상 변경에 의해 스위치 단자(41)가 동작되면서 회로가 자동 개폐되는 구조로 되어 있다.In the illustrated example, the bimetal switch 40 has a bimetal 42 connected to the switch terminal 41 on the battery power supply circuit, so that the switch terminal 41 is operated by changing the shape of the bimetal 42 according to the ambient temperature. The circuit is automatically opened and closed.

상기 히터(20)는 작동시 밸브(19)에 직접적으로 열을 제공해야 하므로 밸브 표면에 밀착되게 설치되며, 상기 써모스위치(40), 즉 바이메탈 스위치 역시 밸브 표면 온도에 따라 스위칭 동작이 연동하도록 밸브 표면에 부착되어 설치된다.Since the heater 20 must provide heat directly to the valve 19 during operation, the heater 20 is installed to be in close contact with the valve surface. It is attached to the surface and installed.

바이메탈 스위치(40)에 사용되는 바이메탈(42)은 밸브 표면 온도가 결빙이 일어날 수 있는 빙점 온도로 내려가면 회로를 닫아주고 밸브 표면 온도가 상승하여 소정 온도에 도달하면 회로를 개방하도록 설정된다.The bimetal 42 used for the bimetal switch 40 is set to close the circuit when the valve surface temperature drops to the freezing point temperature at which freezing may occur and to open the circuit when the valve surface temperature rises to reach a predetermined temperature.

상기와 같이 이루어진 밸브 결빙 방지 장치는, 차량이 영하의 온도에 방치된 상태 및 시동이 오프된 상태에서, 바이메탈 스위치(40)에 의한 회로 개폐상태에 따라 히터(20)로 공급되는 배터리 전력이 자동으로 공급/차단되면서, 밸브(19)의 상태를 결빙이 일어나지 않도록 관리할 수 있게 된다.In the valve freezing prevention device configured as described above, the battery power supplied to the heater 20 is automatically supplied in accordance with the circuit open / closed state by the bimetal switch 40 in a state where the vehicle is left at a sub-zero temperature and the starting is turned off. While being supplied / blocked, the state of the valve 19 can be managed to prevent freezing.

즉, 차량이 저온 방치되면, 밸브 표면 온도가 점차 하락하여 결빙이 일어날 수 있는 빙점 온도(0℃)에 도달하고, 이때 바이메탈 스위치(40)가 닫히면서 저전압 배터리(30)의 전력이 PTC 히터(20)에 공급되는 바, PTC 히터(20)가 작동하여 발생한 열이 밸브(19)로 전달되어 밸브 온도가 상승한다.That is, when the vehicle is left at a low temperature, the valve surface temperature gradually decreases to reach a freezing point temperature (0 ° C.) where freezing may occur. At this time, the bimetal switch 40 is closed, and the power of the low voltage battery 30 is reduced by the PTC heater ( 20, the heat generated by the operation of the PTC heater 20 is transferred to the valve 19 to raise the valve temperature.

이후 밸브 표면 온도가 상승하여 설정 온도, 예를 들면 5℃에 도달하면, 바이메탈 스위치(40)가 열리면서 PTC 히터(20)에 저전압 배터리(30)의 전력이 더 이상 공급되지 않게 되며, 결국 PTC 히터가 오프된다.After that, when the valve surface temperature rises and reaches a set temperature, for example, 5 ° C., the bimetal switch 40 is opened and the PTC heater 20 is no longer supplied with the power of the low voltage battery 30, and eventually, the PTC heater. Is off.

이와 같은 히터(20)의 온/오프 동작이 밸브 표면 온도에 따라 간헐적으로 반복되면서 밸브 온도를 결빙이 일어나지 않는 영상의 온도로 유지할 수 있게 되고, 결국 밸브 결빙을 원천적으로 방지하여 냉시동성을 향상시킬 수 있게 된다.As the on / off operation of the heater 20 is intermittently repeated according to the valve surface temperature, it is possible to maintain the valve temperature at the temperature of the image where freezing does not occur, and eventually prevent the valve freezing to improve cold startability. It becomes possible.

결국, 밸브(19)를 빙점 온도 이상으로 유지 및 시동시 밸브의 즉각 동작이 가능하도록 하므로, 시동시 밸브 해빙 불필요, 냉시동 시간의 획기적 단축, 소비 에너지 축소, 냉시동 신뢰성 향상 등의 효과를 기대할 수 있게 되는 것이다.As a result, since the valve 19 is maintained above the freezing point temperature and the valve can be immediately operated at start-up, it is expected that the valve does not need to be thawed at start-up, drastically shortens the cold start time, reduces energy consumption, and improves cold start reliability. It will be possible.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 밸브 결빙 방지 장치의 작동에 따른 밸브 표면 온도를 나타낸 것으로, 밸브 표면에 온도 측정용 프로브를 설치하여 측정한 것이다.FIG. 3 shows the valve surface temperature according to the operation of the valve anti-icing device according to the present invention, which is measured by installing a temperature measuring probe on the valve surface.

도시된 바와 같이, 밸브 표면 온도가 결빙이 일어날 수 있는 빙점 온도에 도달하면 바이메탈 스위치(40)가 닫히면서 히터(20)가 작동하여 온도를 상승시키고, 밸브 표면 온도가 정해진 온도로 상승하면 바이메탈 스위치(40)가 다시 열리면서 히터(20)가 오프된다. As shown, the bimetal switch 40 closes when the valve surface temperature reaches a freezing point temperature at which freezing may occur, and the heater 20 operates to raise the temperature, and when the valve surface temperature rises to a predetermined temperature, the bimetal switch The heater 20 is turned off as 40 is opened again.

이후 밸브 표면 온도가 다시 빙점 온도에 도달하면 히터(20)가 작동하여 온도를 상승시키고, 다시 밸브 표면 온도가 상승하면 히터(20)가 오프된다.Then, when the valve surface temperature reaches the freezing point temperature, the heater 20 is operated to raise the temperature, and when the valve surface temperature rises again, the heater 20 is turned off.

차량 저온 방치 및 시동 오프 중에 상기한 히터 작동을 지속적으로 반복함으로써 밸브 결빙을 방지할 수 있게 된다.It is possible to prevent valve freezing by continuously repeating the above heater operation during vehicle low temperature leaving and starting off.

한편, 본 발명에서 히팅 전력으로 배터리 전력을 사용하므로 시동 오프 중 상기 히터의 총 작동횟수 및 작동시간은 배터리 용량 및 배터리 SOC(State Of Charge)와 관계가 있고, 특히 배터리 방전량 한계로 인해 밸브 온도를 빙점 이상의 온도로 유지할 수 있는 시간이 제한될 수 있다.On the other hand, in the present invention, since the battery power is used as the heating power, the total number of operation and the operation time of the heater during start-off is related to the battery capacity and the battery state of charge (SOC), and in particular, the valve temperature due to the battery discharge amount limit. The time that can be maintained at a temperature above the freezing point may be limited.

연료전지 차량에 탑재되는 저전압 배터리(30)는 연료전지 시동시 필요 전력을 LDC(Low Voltage DCDC Converter)로 부스팅(Boosting)하여 BOP 장치들에 제공하므로, 연료전지 시동을 위해서는 저전압 배터리의 SOC가 일정 수준 이상을 유지해 야 하기 때문이다. The low voltage battery 30 mounted in the fuel cell vehicle boosts the power required at the start of the fuel cell to a low voltage DCDC converter (LDC) to provide the BOP devices. Therefore, the SOC of the low voltage battery is constant for starting the fuel cell. This is because the level should be maintained above the level.

이에 따라, 본 발명자는 연료전지 차량에 탑재되는 통상의 저전압 배터리(예로서, 12V, 55AH 배터리)를 사용할 경우, -15℃로 방치되는 차량에서 간헐적인 히터 작동시에 LDC 부스트를 포함한 시동성에 지장을 초래하지 않는 범위에서 약 3.5일간 사용이 가능함을 실험적으로 확인하였는 바(도 4 참조), 이는 실차 적용 가능한 수준이다. Accordingly, the present inventors, when using a conventional low voltage battery (e.g., 12V, 55AH battery) mounted in a fuel cell vehicle, hinders startability including LDC boost during intermittent heater operation in a vehicle left at -15 ° C. Experimentally confirmed that it can be used for about 3.5 days in a range that does not cause (see Fig. 4), this is the actual vehicle applicable level.

물론, 배터리 용량을 통상의 수준보다 증대시킬 경우 사용 시간을 연장시키는 것은 가능해진다.Of course, it is possible to extend the use time if the battery capacity is increased above the normal level.

첨부한 도 4는 본 발명에 따른 밸브 결빙 방지 장치의 히터 작동 및 배터리 전압 강하 상태를 보여주는 도면으로, 수소 퍼지밸브에 적용하였을 경우 -15℃로 방치되는 차량에서 12V, 55AH 배터리를 사용하여 실험적으로 얻은 도면이다(히터 50회 동작, 1회당 5mV의 배터리 전압 강하 발생).FIG. 4 is a view illustrating a heater operation and a battery voltage drop state of the valve anti-icing device according to the present invention. When applied to a hydrogen purge valve, FIG. 4 experimentally uses a 12V, 55AH battery in a vehicle that is left at -15 ° C. Figure obtained (50 heaters, 5mV battery drop per time).

한편, 일정 수준 이상의 장시간 동안 연속으로 운전되지 않고 차량이 방치될 경우, 저전압 배터리의 SOC가 히터 작동에 의해 시동이 불가한 수준으로 떨어질 수 있는 바, 본 발명에서 배터리 과다 방전을 방지하는 별도의 구성을 추가하는 것도 실시 가능하다.On the other hand, if the vehicle is left unattended for a long time over a certain level, the SOC of the low-voltage battery may fall to the level impossible to start by the heater operation, the separate configuration to prevent excessive discharge of the battery in the present invention It is also possible to add a.

첨부한 도 5는 배터리 과다 방전을 방지하기 위한 구성을 추가한 구성도로서, 배터리 과다 방전 방지부는, SOC에 상응하는 값인 저전압 배터리(30)의 전압을 검출하는 전압검출부(51), 배터리 전력 공급회로에 설치되는 스위치(52), 저전압 배터리(30)부터 상시 전력을 공급받으면서 상기 전압검출부(51)를 통해 검출되는 배터리 전압이 기준치 이하이면 상기 스위치(52)를 오프시켜 히터(20)에 공급되는 배터리 전력을 차단하는 제어기(53)를 포함하는 구성이 될 수 있다. 5 is a configuration diagram in which a configuration for preventing battery overdischarge is added. The battery overdischarge prevention unit includes: a voltage detector 51 detecting a voltage of the low voltage battery 30 corresponding to the SOC, and a battery power supply. If the battery voltage detected through the voltage detector 51 while being supplied with power from the switch 52 and the low voltage battery 30 installed in the circuit is lower than the reference value, the switch 52 is turned off and supplied to the heater 20. It may be configured to include a controller 53 for shutting off the battery power.

상기 스위치(52)는 릴레이 스위치나 반도체 스위치 등 제어기(53)의 전기적인 신호에 의해 선택적으로 회로를 개폐할 수 있는 소자가 될 수 있다.The switch 52 may be an element capable of selectively opening and closing a circuit by an electrical signal of the controller 53 such as a relay switch or a semiconductor switch.

상기 제어기(53)는 저전압 배터리(30)의 전력을 인가받아 이를 스위치(52)를 동작시키기 위한 구동전력으로 사용하며, 상기 기준치는 배터리 전압이 히터 작동에 의해 연료전지 시동이 불가한 수준으로 낮아지는 것을 막기 위해 미리 설정되는 값이 된다.The controller 53 receives the electric power of the low voltage battery 30 and uses it as a driving power for operating the switch 52. The reference value is such that the battery voltage is lowered to a level at which the fuel cell cannot be started by the heater operation. It is a preset value to prevent losing.

결국, 시동 오프 상태라 하더라도 저전압 배터리(30)의 전압이 기준치 이하이면, 제어기(53)는 저전압 배터리의 전원을 구동전원으로 하여 스위치(52)를 오프시키고, 이에 배터리 전력 공급회로를 오픈하여 배터리 방전을 막는 동시에 히터(20)의 작동을 금지시킨다.As a result, even if the voltage of the low-voltage battery 30 is lower than the reference value even in the start-off state, the controller 53 turns off the switch 52 by using the power of the low-voltage battery as the driving power, thereby opening the battery power supply circuit to the battery. The operation of the heater 20 is prohibited while preventing discharge.

이와 같이 저전압 배터리가 과다 방전되지 않도록 하는 구성을 추가하는 경우, 히터 작동으로 저전압 배터리가 과다 방전되어 연료전지 시동이 불가해지는 것을 방지할 수 있게 된다. As such, when a configuration is added to prevent the low voltage battery from being excessively discharged, it is possible to prevent the low voltage battery from being excessively discharged and incapable of starting the fuel cell by the heater operation.

도 1은 수소 퍼지밸브를 구비한 연료전지 시스템의 구성도,1 is a configuration diagram of a fuel cell system having a hydrogen purge valve;

도 2는 본 발명에 따른 바이메탈 스위치가 적용된 밸브 결빙 방지 장치의 구성도,2 is a block diagram of a valve anti-ice device to which a bimetal switch according to the present invention is applied;

도 3은 본 발명에 따른 밸브 결빙 방지 장치의 작동에 따른 밸브 표면 온도 상태를 예시한 도면,3 is a view illustrating a valve surface temperature state in accordance with the operation of the valve anti-ice device according to the invention,

도 4는 본 발명에 따른 밸브 결빙 방지 장치의 히터 작동 및 그에 따른 배터리 전압 강하 상태를 보여주는 도면,4 is a view showing a heater operation and a battery voltage drop state according to the heater of the valve anti-ice device according to the invention,

도 5는 본 발명에 따른 밸브 결빙 방지 장치에서 배터리 과다 방전을 방지하기 위한 구성을 추가한 구성도.Figure 5 is a configuration diagram to add a configuration for preventing excessive battery discharge in the valve anti-ice device according to the invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

19 : 밸브 20 : 히터(PTC 히터)19: valve 20: heater (PTC heater)

30 : 배터리(저전압 배터리/보조배터리) 30: battery (low voltage battery / secondary battery)

40 : 써모스위치(바이메탈 스위치)40: thermo switch (bimetal switch)

Claims (10)

연료전지 차량에 탑재되는 것으로서,As mounted on a fuel cell vehicle, 연료전지 시스템의 밸브(19)를 히팅하기 위한 히터(20)와;A heater 20 for heating the valve 19 of the fuel cell system; 상기 히터(20)를 작동시키기 위한 전력원이 되는 배터리(30)와;A battery 30 serving as a power source for operating the heater 20; 상기 배터리(30)의 전력을 히터(20)에 공급하는 배터리 전력 공급회로 상에 설치되어 주위 온도에 따라 자동 개폐되면서 간헐적인 배터리 전력 공급 및 히터 작동이 이루어지도록 하는 써모스위치(40);A thermoswitch (40) installed on a battery power supply circuit for supplying power of the battery (30) to the heater (20) so as to be intermittently opened and closed according to the ambient temperature and to intermittent battery power supply and heater operation; 를 포함하며, Including; 상기 배터리(30)의 과다 방전을 방지하기 위한 과다 방전 방지부를 더 포함하되, Further comprising an excessive discharge prevention unit for preventing excessive discharge of the battery 30, 상기 과다 방전 방지부는,The excessive discharge prevention unit, 상기 배터리(30)의 전압을 검출하는 전압검출부(51)와; A voltage detector 51 detecting a voltage of the battery 30; 상기 배터리 전력 공급회로에 설치되는 스위치(52)와;A switch 52 installed in the battery power supply circuit; 상기 전압검출부(51)를 통해 검출되는 배터리 전압이 기준치 이하이면 상기 스위치(52)를 오프시켜 히터(20)에 공급되는 배터리 전력을 차단하는 제어기(53);A controller (53) to turn off the switch (52) to cut off the battery power supplied to the heater (20) if the battery voltage detected through the voltage detector (51) is below a reference value; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치. Valve anti-icing device of the fuel cell vehicle comprising a. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 써모스위치(40)는,The thermo switch 40, 밸브 표면 온도가 빙점 온도에 도달하면 배터리 전력 공급 및 히터 작동이 이루어지도록 배터리 전력 공급회로를 닫아주고,When the valve surface temperature reaches the freezing point temperature, close the battery power supply circuit for battery power supply and heater operation, 밸브 표면 온도가 상승하여 설정 온도에 도달하면 배터리 전력 공급회로를 열어주도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치.A valve anti-ice device of a fuel cell vehicle, characterized in that when the valve surface temperature rises to reach the set temperature, the battery power supply circuit is opened. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 히터(20)와 써모스위치(40)는 밸브 표면에 부착되어 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치.The heater (20) and the thermoswitch (40) is attached to the valve surface, characterized in that the valve freezing device of the fuel cell vehicle, characterized in that installed. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 써모스위치(40)는 주위 온도에 따라 배터리 전력 공급회로를 자동 개폐하도록 작동하는 바이메탈(42)이 내장된 바이메탈 스위치인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치.The thermoswitch 40 is a valve of the fuel cell vehicle anti-freeze, characterized in that the bimetal switch with a built-in bimetal 42 that operates to automatically open and close the battery power supply circuit according to the ambient temperature. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 바이메탈 스위치는 배터리 전력 공급회로 상의 스위치 단자(41)에 바이메탈(42)이 연결되어, 주위 온도에 따른 상기 바이메탈(42)의 형상 변경에 의해 스위치 단자(41)가 동작되는 구조로 된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치.The bimetal switch has a structure in which the bimetal 42 is connected to the switch terminal 41 on the battery power supply circuit, and the switch terminal 41 is operated by changing the shape of the bimetal 42 according to the ambient temperature. Valve anti-icing device of a fuel cell vehicle. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 연료전지 시스템의 밸브(19)는 공기공급시스템의 가습된 공기가 통과하는 관로 상의 밸브, 스택의 수소 출구에 설치된 수소 퍼지밸브, 또는 수소 재순환 밸브인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치.The valve 19 of the fuel cell system is a valve on a pipeline through which humidified air of the air supply system passes, a hydrogen purge valve installed at a hydrogen outlet of a stack, or a hydrogen recirculation valve. Device. 삭제delete 연료전지 차량에서 배터리의 전력을 공급받아 연료전지 시스템의 밸브를 히팅하는 히터와, 상기 히터에 연결된 배터리 전력 공급회로 상에 설치된 써모스위치를 구비하고, A heater for heating the valve of the fuel cell system by receiving battery power from a fuel cell vehicle, and a thermoswitch provided on a battery power supply circuit connected to the heater, 연료전지의 시동 오프 상태에서 상기 써모스위치가 주위 온도에 따라 회로를 자동 개폐하면서 이루어지는 간헐적인 배터리 전력 공급 및 히터 작동에 의하여 상기 밸브의 결빙이 방지되도록 유지하며, In the start-off state of the fuel cell, the valve is prevented from freezing by the intermittent battery power supply and heater operation, which is performed by automatically opening and closing the circuit according to the ambient temperature. 상기 배터리의 과다 방전을 방지하기 위한 과다 방전 방지부를 구비하여, It is provided with an over discharge prevention unit for preventing over discharge of the battery, 상기 과다 방전 방지부의 제어기가 전압검출부를 통해 검출되는 배터리 전압이 기준치 이하이면 배터리 전력 공급회로의 스위치를 오프시켜 상기 히터에 공급되는 배터리 전력을 차단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 방법. The controller of the over-discharge prevention unit cuts off the battery power supplied to the heater by switching off the battery power supply circuit when the battery voltage detected by the voltage detection unit is less than the reference value, characterized in that the valve freezing prevention method of the fuel cell vehicle. . 청구항 8에 있어서,The method according to claim 8, 상기 써모스위치는 주위 온도에 따라 배터리 전력 공급회로를 자동 개폐하도록 작동하는 바이메탈이 내장된 바이메탈 스위치인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 방법.And the thermoswitch is a bimetal switch having a built-in bimetal that operates to automatically open and close a battery power supply circuit according to an ambient temperature. 삭제delete
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180130766A (en) * 2017-05-30 2018-12-10 주식회사 해피베드 Freezing burst prevention system of moving bathing vehicle
KR20220168252A (en) 2021-06-16 2022-12-23 한화디펜스 주식회사 Battery and heater control device for vehicle and method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09137878A (en) * 1995-11-14 1997-05-27 Hino Motors Ltd Freezing preventing device for solenoid valve
JP2005268051A (en) * 2004-03-18 2005-09-29 Toyota Motor Corp Controller for solenoid valve
KR100718844B1 (en) * 2005-08-22 2007-05-16 (주)모토닉 Valve system for controlling the pure water flow
JP2008270151A (en) * 2007-03-22 2008-11-06 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell valve and fuel cell system using it

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09137878A (en) * 1995-11-14 1997-05-27 Hino Motors Ltd Freezing preventing device for solenoid valve
JP2005268051A (en) * 2004-03-18 2005-09-29 Toyota Motor Corp Controller for solenoid valve
KR100718844B1 (en) * 2005-08-22 2007-05-16 (주)모토닉 Valve system for controlling the pure water flow
JP2008270151A (en) * 2007-03-22 2008-11-06 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell valve and fuel cell system using it

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180130766A (en) * 2017-05-30 2018-12-10 주식회사 해피베드 Freezing burst prevention system of moving bathing vehicle
KR101952312B1 (en) 2017-05-30 2019-02-26 주식회사 해피베드 Freezing burst prevention system of moving bathing vehicle
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