KR101198085B1 - Surplus Electric Energy Reductor for Fuel Cell Vehicle - Google Patents

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KR101198085B1 KR1020090003147A KR20090003147A KR101198085B1 KR 101198085 B1 KR101198085 B1 KR 101198085B1 KR 1020090003147 A KR1020090003147 A KR 1020090003147A KR 20090003147 A KR20090003147 A KR 20090003147A KR 101198085 B1 KR101198085 B1 KR 101198085B1
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Abstract

본 발명은 연료전지 차량의 잉여 전기 처리장치에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 연료전지 차량에서의 잉여 전기를 효과적으로 사용하여 에너지 효율을 향상시키는 연료전지 차량의 잉여 전기 처리장치를 제공함에 있다.The present invention relates to a surplus electric treatment apparatus for a fuel cell vehicle, and an object of the present invention is to provide a surplus electric treatment apparatus for a fuel cell vehicle to improve energy efficiency by effectively using surplus electricity in a fuel cell vehicle.

본 발명에 의한 연료전지 차량의 잉여 전기 처리장치는, 연료전지 스택(stack)(400); 상기 연료전지 스택(400)으로부터 전원을 공급받는 배터리(300); 일측에 냉각수 유입구(210)가 형성되고 타측에 냉각수 유출구(220)가 형성되어 냉각수를 유통시키는 케이스(200); 상기 배터리(300) 또는 상기 연료전지 스택(400)과 연결되며, 적어도 2종 이상의 서로 다른 특성을 가지는 전기 히터를 포함하여 이루어지는 잉여 전기 소진부(100); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 잉여 전기 소진부(100)는 상기 케이스(200) 상에 설치되며 상기 배터리(300)에 연결되는 적어도 하나 이상의 제1히터(110)와, 상기 케이스(200) 상에 설치되며 상기 배터리(300)를 통해 상기 연료전지 스택(400)에 연결되는 적어도 하나 이상의 제2히터(120)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The surplus electrical processing apparatus of a fuel cell vehicle according to the present invention includes a fuel cell stack 400; A battery 300 supplied with power from the fuel cell stack 400; Cooling water inlet 210 is formed on one side and the cooling water outlet 220 is formed on the other side 200 to distribute the cooling water; A surplus electric exhausting unit 100 connected to the battery 300 or the fuel cell stack 400 and including an electric heater having at least two different characteristics; And a control unit. In this case, the surplus electric exhausting unit 100 is installed on the case 200 and is connected to the at least one first heater 110 and the case 200, the case 200 is installed At least one second heater 120 connected to the fuel cell stack 400 through the battery 300 is characterized in that it comprises a.

연료전지, 스택, 잔류 가스, 배터리, 과잉 충전, 잉여 전기, PTC 히터, 카트리지 히터 Fuel Cell, Stack, Residual Gas, Battery, Overcharge, Surplus Electricity, PTC Heater, Cartridge Heater

Description

연료전지 차량의 잉여 전기 처리장치 {Surplus Electric Energy Reductor for Fuel Cell Vehicle}Surplus Electric Energy Reductor for Fuel Cell Vehicle}

본 발명은 연료전지 차량의 잉여 전기 처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a surplus electric treatment apparatus for a fuel cell vehicle.

휘발유, 경유 등을 에너지원으로 하는 엔진을 구동원으로 하는 차량이 현재 가장 일반적인 차량의 형태이나, 이러한 차량용 에너지원 역시 환경오염 문제 뿐 아니라 석유 매장량의 감소 등과 같은 다양한 원인으로 인해 새로운 에너지원의 필요성이 점점 대두되고 있다. 이와 같은 저공해 고연비 대책으로 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차 등이 각광을 받고 있으며, 현재 가장 실용화 단계에 가까운 기술 중 하나가 연료전지를 에너지원으로 하여 구동되는 차량이다.Vehicles powered by engines using gasoline, diesel, etc. as the energy source are the most common types of vehicles at present.However, such energy sources for automobiles are not only needed for environmental pollution but also for various reasons such as the reduction of oil reserves. It is getting more and more. Hybrid vehicles, fuel cell vehicles, etc. are in the spotlight as the low pollution and high fuel consumption measures, and one of the technologies that are close to practical use at present is a vehicle driven by fuel cells as an energy source.

통상적으로, 연료전지는 수소와 산소의 화학적 결합 반응 시 발생하는 전기에너지를 이용하는 형태의 전지로서, 전기화학반응에 의하여 에너지가 변환되므로 전기화학 엔진이라고 말할 수 있다. 연료전지를 사용하는 연료전지 자동차는 축전지를 이용한 전기자동차와는 달리 연료만 공급해주면 계속 주행을 할 수 있기 때문에 내연기관 자동차와 같이 사용이 편리하며, 특히 직접 수소를 연료로 사용하는 경우 완전 무공해를 이룰 수 있는 장점이 있다.Typically, a fuel cell is a type of battery using electrical energy generated during a chemical bond reaction between hydrogen and oxygen, and may be referred to as an electrochemical engine because energy is converted by an electrochemical reaction. Unlike electric cars using fuel cells, fuel cell vehicles that use fuel cells are convenient to use, such as internal combustion engine cars, because they can continue to run if only fuel is supplied, especially when directly using hydrogen as fuel. There is an advantage that can be achieved.

또한, 연료전지의 에너지 변환효율은 이론적으로 80％에 이르러 내연기관이 30％를 못 미치는 것에 비하면 높은 효율로서, 전기자동차의 짧은 일 충전 주행거리와 오랜 충전시간 등의 단점을 극복할 수 있으며, 내연기관을 사용하는 하이브리드 전기자동차에서 발생하는 배기가스 배출문제를 동시에 해결할 수 있는 방안으로 제시되고 있다.In addition, the energy conversion efficiency of the fuel cell is theoretically 80%, which is higher than that of the internal combustion engine that is less than 30%, and can overcome disadvantages such as short working distance and long charging time of the electric vehicle. It is proposed as a solution to solve the exhaust gas emission problem generated by the hybrid electric vehicle using the internal combustion engine.

그러나 연료전지 자동차는 수소와 산소의 화학결합에 대한 제어가 자유롭지 못하기 때문에 시동 시에 남아 있는 수소 및 산소의 결합으로 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 또한 브레이크 작동으로 인한 발전으로 배터리에 충전 에너지가 과잉될 경우 배터리나 기타 전장부품에 문제를 일으킬 수 있다.However, fuel cell vehicles have a problem in that efficiency is lowered due to the combination of hydrogen and oxygen remaining at start-up because the control of the chemical bond between hydrogen and oxygen is not free. In addition, excessive charging energy in the battery due to power generation due to brake operation can cause problems with the battery or other electrical components.

따라서 종래 차량용 전열 히터를 통하여 냉각수로 폐열을 버림으로써 연료전지 스택(stack)의 잔류 가스를 제거하여 연료전지의 반응성을 향상시키며, 배터리의 과잉 충전을 방지하여 전장기기를 보호하려는 시도가 있어 왔다.Therefore, there has been an attempt to protect the electric equipment by eliminating residual gas in the fuel cell stack by removing waste heat with cooling water through a conventional vehicle heat transfer heater to improve the reactivity of the fuel cell and preventing overcharging of the battery.

이와 같이 연료전지 차량에서 잉여 전력을 소진하는 장치(Cathode Oxygen Depletion, 이하 COD)는 크게 다음과 같은 두 가지가 있다.As such, there are two types of apparatuses that consume surplus power in a fuel cell vehicle (hereinafter referred to as COD).

먼저 도 1(A)에 도시된 장치는 잔류 가스를 제거하는 장치로서, 시동 on/off 시 발생되어 연료 전지 스택 상에 남아 있는 잔류 가스, 즉 잔류 전기를 제거하여 연료 전지의 반응성을 향상시킨다. 즉 연료 전지 스택과 냉각수가 유통되는 케이스 에 구비된 전기 히터를 연결하여, 잔류 전기에너지가 전기 히터를 통과하면서 열에너지로 변환되고, 이 열에너지가 냉각수로 흡수되도록 함으로서 잔류 전기를 제거하는 것이다.First, the apparatus shown in FIG. 1A is a device for removing residual gas, which removes residual gas, ie, residual electricity, generated on start-up / off and remaining on the fuel cell stack, thereby improving reactivity of the fuel cell. That is, by connecting the electric heater provided in the fuel cell stack and the case in which the coolant flows, the residual electric energy is converted into thermal energy while passing through the electric heater, and the residual energy is removed by allowing the thermal energy to be absorbed by the cooling water.

도 1(B)에 도시된 장치는 차량 바퀴의 회전에 의하여 배터리 충전 시 과잉되는 전기에너지를 제거하는 장치로서, 배터리에 전기가 과잉 충전됨으로써 배터리 및 기타 전장기기에 손상이 발생되는 문제점을 제거한다. 이 역시 과잉 전기에너지가 냉각수가 유통되는 케이스에 구비된 전기 히터를 통해 열에너지로 변환되어 냉각수로 흡수되도록 함으로써 과잉 전기가 제거되게 된다.The device shown in FIG. 1 (B) is a device for removing excess electric energy when the battery is being charged by the rotation of the vehicle wheel, and eliminates the problem of damage to the battery and other electrical equipment by overcharging the battery. . The excess electrical energy is also converted into thermal energy through the electric heater provided in the case in which the coolant is distributed so that the excess electricity is removed by the coolant.

그런데, 이와 같은 종래의 COD는 잉여 전기를 단지 냉각수로 버리는 기능만 있어 에너지 효율 측면에 있어 불리한 측면이 있다. 뿐만 아니라 시동 초기에 과다한 전류를 소진해야 하는 경우 냉각수로의 열전달 효율이 부족한 경우도 있어 불편을 초래한다.However, such a conventional COD has only a function of discarding surplus electricity into cooling water, which is disadvantageous in terms of energy efficiency. In addition, when the excessive current must be consumed at the beginning of the startup, the efficiency of heat transfer to the coolant may be insufficient, resulting in inconvenience.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 연료전지 차량에서의 잉여 전기를 효과적으로 사용하여 에너지 효율을 향상시키는 연료전지 차량의 잉여 전기 처리장치를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to use the excess electricity in the fuel cell vehicle to improve the energy efficiency of the fuel cell vehicle surplus electrical processing apparatus In providing.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료전지 차량의 잉여 전기 처리장치는, 연료전지 스택(stack)(400); 상기 연료전지 스택(400)으로부터 전원을 공급받는 배터리(300); 일측에 냉각수 유입구(210)가 형성되고 타측에 냉각수 유출구(220)가 형성되어 냉각수를 유통시키는 케이스(200); 상기 배터리(300) 또는 상기 연료전지 스택(400)과 연결되며, 적어도 2종 이상의 서로 다른 특성을 가지는 전기 히터를 포함하여 이루어지는 잉여 전기 소진부(100); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 잉여 전기 소진부(100)는 상기 케이스(200) 상에 설치되며 상기 배터리(300)에 연결되는 적어도 하나 이상의 제1히터(110)와, 상기 케이스(200) 상에 설치되며 상기 배터리(300)를 통해 상기 연료전지 스택(400)에 연결되는 적어도 하나 이상의 제2히터(120)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The surplus electric processing apparatus of the fuel cell vehicle of the present invention for achieving the above object, the fuel cell stack (400); A battery 300 supplied with power from the fuel cell stack 400; Cooling water inlet 210 is formed on one side and the cooling water outlet 220 is formed on the other side 200 to distribute the cooling water; A surplus electric exhausting unit 100 connected to the battery 300 or the fuel cell stack 400 and including an electric heater having at least two different characteristics; And a control unit. In this case, the surplus electric exhausting unit 100 is installed on the case 200 and is connected to the at least one first heater 110 and the case 200, the case 200 is installed At least one second heater 120 connected to the fuel cell stack 400 through the battery 300 is characterized in that it comprises a.

또한, 상기 제1히터(110)는 시간에 따른 전류 소진량이 점진적으로 증가하는 특성을 가지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 제1히터(110)는 카트리지 히터인 것이 바람직하다.In addition, the first heater 110 has a characteristic that the amount of current consumption gradually increases with time. At this time, the first heater 110 is preferably a cartridge heater.

또한, 상기 제2히터(120)는 초기 돌입 전류의 양이 많은 특성을 가지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 제2히터(120)는 PTC 히터인 것이 바람직하다.In addition, the second heater 120 is characterized by having a large amount of the initial inrush current. At this time, the second heater 120 is preferably a PTC heater.

또한, 상기 잉여 전기 소진부(100)는 상기 제1히터(110)는 카트리지 히터로 이루어지고 상기 냉각수 유입구(210)에 가까운 위치에 배치되며, 상기 제2히터(120)는 PTC 히터로 이루어지고 상기 냉각수 배출구(220)에 가까운 위치에 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 잉여 전기 소진부(100)는 배터리 충전 상태, 스택 내 가스 잔류량, 외기 온도를 포함하는 조건을 사용하여 상기 제1히터(110) 및 상기 제2히터(120)의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다. 또한 이 때, 상기 잉여 전기 소진부(100)는 배터리 충전 상태가 높은 경우나 외기 온도가 낮은 경우 상기 제1히터(110)를 우선적으로 작동시키거나, 스택 내 가스 잔류량이 높은 경우나 외기 온도가 높은 경우 상기 제2히터(120)를 우선적으로 작동시키거나, 상기 제1히터(110)와 상기 제2히터(120)를 동시에 작동시키거나, 또는 상기 제1히터(110)와 상기 제2히터(120)를 시차를 두고 교차 작동시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the surplus electric exhausting unit 100 is the first heater 110 is made of a cartridge heater and disposed in a position close to the cooling water inlet 210, the second heater 120 is made of a PTC heater It is characterized in that it is disposed in a position close to the cooling water outlet 220. At this time, the surplus electricity exhausting unit 100 controls the operation of the first heater 110 and the second heater 120 using conditions including a state of charge of the battery, the amount of gas remaining in the stack, and the outside temperature. It is characterized by. In this case, the surplus electric exhausting unit 100 operates the first heater 110 preferentially when the state of charge of the battery is high or when the outside air temperature is low, or when the gas residual amount in the stack is high or the outside air temperature is high. If it is high, the second heater 120 is preferentially operated, or the first heater 110 and the second heater 120 are simultaneously operated, or the first heater 110 and the second heater are simultaneously operated. Characterized in that the cross-operation 120 at a time difference.

또한, 상기 케이스(200)는 냉각수 유통 라인 중, 냉각수가 상기 연료전지 스택(400)을 냉각시키고 나온 지점과 냉각수가 히터코어로 유입되기 이전 지점 사이의 위치에 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the case 200 is characterized in that it is provided at a position between a point where the coolant is cooled out of the fuel cell stack 400 and a point before the coolant is introduced into the heater core of the coolant distribution line.

본 발명에 의하면, 종래의 COD가 단순히 잉여 전기를 냉각수로 버리는 기능만 있었기 때문에 에너지 효율에 있어 불리한 부분이 있었던 점을 개선하여, 잉여 전기를 효과적으로 사용함으로써 에너지 효율을 향상시키는 효과가 있다. 즉 본 발명에 의하면 잉여 전기의 소진과 냉각수의 승온, 두 가지의 기능을 적절하게 사용 가능하도록 함으로써 시동 on/off 시와 같이 전기 소진이 짧은 시간 동안 매우 많이 필요한 경우나 주행 중과 같이 전기 소진이 점차적으로 이루어지는 것이 유리한 경우 등에 따라 효율적으로 잉여 전기 소진이 이루어지도록 할 수 있는 효과가 있는 것이다.According to the present invention, since the conventional COD merely had a function of discarding the surplus electricity into the cooling water, the disadvantage of the energy efficiency was improved, and the surplus electricity was effectively used to improve the energy efficiency. In other words, according to the present invention, the exhaustion of surplus electricity and the temperature increase of the coolant can be properly used, so that when the exhaustion is very much needed for a short time, such as during start-up or on-off, or the exhaustion of electricity is gradually carried out, such as during driving. It is an effect that can be made to make excess electricity exhausted efficiently according to the advantageous case made of.

특히 본 발명에 의하면 카트리지 히터 및 PTC 히터를 혼합 사용함으로써 냉각수가 과다하게 온도가 상승하는 것을 방지하여 냉각 시스템의 효율 또한 향상시키는 효과도 있다.In particular, according to the present invention, the mixture of the cartridge heater and the PTC heater is used to prevent the coolant from excessively rising in temperature, thereby improving the efficiency of the cooling system.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 잉여 전기 처리장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a surplus electric treatment apparatus for a fuel cell vehicle according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 잉여 전기 처리 장치의 간략한 시스템도이다. 본 발명의 잉여 전기 처리 장치(1000)는, 연료전지 스택(stack)(400); 상기 연료전지 스택(400)으로부터 전원을 공급받는 배터리(300); 일측에 냉각수 유입구(210)가 형성 되고 타측에 냉각수 유출구(220)가 형성되어 냉각수를 유통시키는 케이스(200); 상기 배터리(300) 또는 상기 연료전지 스택(400)과 연결되며, 적어도 2종 이상의 서로 다른 특성을 가지는 전기 히터를 포함하여 이루어지는 잉여 전기 소진부(100); 를 포함하여 이루어진다. 이 때, 상기 잉여 전기 소진부(100)는 도 2의 실시예에 도시된 바와 같이 상기 케이스(200) 상에 설치되며 상기 배터리(300)에 연결되는 적어도 하나 이상의 제1히터(110)와, 상기 케이스(200) 상에 설치되며 상기 배터리(300)를 통해 상기 연료전지 스택(400)에 연결되는 적어도 하나 이상의 제2히터(120)를 포함하여 이루어질 수 있다.2 is a simplified system diagram of a surplus electric processing apparatus of the present invention. The surplus electrical processing apparatus 1000 of the present invention includes a fuel cell stack 400; A battery 300 supplied with power from the fuel cell stack 400; Cooling water inlet 210 is formed on one side and the cooling water outlet 220 is formed on the other side 200 to distribute the cooling water; A surplus electric exhausting unit 100 connected to the battery 300 or the fuel cell stack 400 and including an electric heater having at least two different characteristics; It is made, including. At this time, the surplus electric exhausting unit 100 is at least one first heater 110 is installed on the case 200 and connected to the battery 300, as shown in the embodiment of FIG. At least one second heater 120 may be installed on the case 200 and connected to the fuel cell stack 400 through the battery 300.

상기 케이스(200)는 특정한 크기나 형태의 제한은 없고, 단지 상기 히터(110)(120)들이 배치될 수 있도록 적절한 크기와 형태로 형성되면 된다. 또한 상기 케이스(200)는 냉각수 유통 라인 중 설계자의 의도에 따라 적절하게 배치될 수 있는데, 상기 히터(110)(120)에 의하여 냉각수가 승온되는 것을 고려하여, 냉각수가 연료전지 스택(400)을 냉각시키고 나온 부분 - 냉각수가 히터코어로 유입되는 부분 사이의 라인에 설치되는 것이 바람직하다.The case 200 is not limited to a specific size or shape, but only need to be formed in a suitable size and shape so that the heaters 110, 120 can be disposed. In addition, the case 200 may be appropriately disposed according to the designer's intention in the coolant distribution line, considering that the coolant is heated by the heaters 110 and 120, the coolant may cool the fuel cell stack 400. Cooled out part-It is desirable to be installed in the line between the parts where the coolant enters the heater core.

상기 제1히터(110) 및 상기 제2히터(120)는 각각 상기 연료전지 스택(400) 및 상기 배터리(300)에 연결된다. 따라서 상기 제1히터(110)에서는 상기 배터리(300)에서 발생된 과잉 전기에너지를, 상기 제2히터(120)에서는 상기 연료전지 스택(400)에서 발생된 잔류 전기에너지를 소진하게 된다. 각각의 히터(110)(120)에서 전기에너지를 소진하는 방식은 종래와 유사한데, 보다 상세히 설명하자면 다음과 같다. 상기 제1히터(110)는 차량 바퀴의 회전에 의하여 상기 배터리(300)가 충 전될 때 과잉으로 발생되는 전기에너지를 제거하는데, 배터리에 과잉 전기에너지가 충전되면 이 과잉 전기에너지를 열에너지로 변환하며, 이 열에너지는 상기 제1히터(110)를 구비하는 상기 케이스(200) 내에 유통되는 냉각수로 흡수되게 되어 결과적으로 상기 배터리(300)의 과잉 전기에너지를 제거하게 된다. 또한 상기 제2히터(120)는 상기 연료전지 스택(400)과 연결되어, 시동 on/off 시 발생되어 연료 전지 스택 상에 남아 있는 잔류 가스에 의하여 발생되는 잔류 전기에너지를 열에너지로 변환하며, 이 열에너지는 상기 제2히터(120)를 구비하는 상기 케이스(200) 내에 유통되는 냉각수로 흡수되게 되어 결과적으로 상기 연료전지 스택(400)의 잔류 전기에너지를 제거하게 된다.The first heater 110 and the second heater 120 are connected to the fuel cell stack 400 and the battery 300, respectively. Therefore, the first heater 110 exhausts the excess electrical energy generated by the battery 300 and the second heater 120 exhausts the residual electrical energy generated by the fuel cell stack 400. Each of the heaters 110 and 120 consumes electrical energy in a manner similar to that of the prior art. The first heater 110 removes the excessive electrical energy generated when the battery 300 is charged by the rotation of the vehicle wheel, and converts the excess electrical energy into thermal energy when the excess electrical energy is charged in the battery. The heat energy is absorbed by the cooling water circulated in the case 200 having the first heater 110, and as a result, excess electrical energy of the battery 300 is removed. In addition, the second heater 120 is connected to the fuel cell stack 400, and converts the residual electric energy generated by the residual gas remaining on the fuel cell stack to the thermal energy generated during startup on / off, Thermal energy is absorbed by the cooling water circulated in the case 200 having the second heater 120, and as a result, residual electric energy of the fuel cell stack 400 is removed.

도 3은 본 발명의 잉여 전기 처리 장치가 채용되는 시스템을 간략하게 도시한 것이다. 냉각수는 라디에이터(RAD)를 통과하며 냉각되고, 히터코어(HTR)를 통과하면서 열을 발산하는데, 이 때 상기 잉여 전기 처리부(100)는 냉각수가 유통되는 라인 중간에 구비되는 상기 케이스(200) 내에 구비되어, 냉각수가 라디에이터(RAD)로 유입되기 전에 냉각수로 잉여 전기를 소진하게 된다.3 is a simplified illustration of a system in which the redundant electroprocessing apparatus of the present invention is employed. The coolant is cooled while passing through the radiator RAD and dissipates heat while passing through the heater core HTR. At this time, the surplus electrical treatment part 100 is in the case 200 provided in the middle of the line through which the coolant is distributed. It is provided to exhaust the surplus electricity with the cooling water before the cooling water flows into the radiator (RAD).

도 4는 시간에 따라 히터에서 소진되는 전기 에너지의 그래프로서, 이와 같은 그래프에 의해 히터의 특성을 알 수 있다.4 is a graph of the electric energy consumed by the heater with time, the characteristics of the heater can be seen from such a graph.

이 때, 상기 배터리(300)에 연결되는 상기 제1히터(110)는, 차량 바퀴가 회전함에 따라 상기 배터리(300)로 충전되는 전기 에너지의 양은 어느 정도 평탄하게 유지되기 때문에, 도 4(A)의 그래프와 같이 시간에 따라 전기 에너지의 소진량이 점진적으로 증가하는 특성을 가지는 것이 바람직하다. 이와 같은 특성은 일반적으로 카트리지 히터에서 볼 수 있는 특성인데, 카트리지 히터란 니크롬선 등과 같은 저항체를 이용하여 발열을 하는 히터를 말한다. 따라서 상기 제1히터(110)는 구체적으로는 카트리지 히터인 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1히터(110)는 시간에 따라 소모되는 전기 에너지 양이 점점 늘어나는 특성을 가지기 때문에 냉각수의 승온에 유리하며, 따라서 냉각수의 빠른 승온을 위해서는 상기 제1히터(110)가 상기 케이스(200)의 냉각수 유입구(210) 위치에 가깝도록 배치되는 것이 바람직하다.At this time, the first heater 110 connected to the battery 300 is, because the amount of electrical energy charged to the battery 300 is maintained flat as the vehicle wheel rotates, Figure 4 (A As shown in the graph, it is desirable to have a characteristic that the amount of exhausted electric energy gradually increases with time. Such characteristics are generally seen in cartridge heaters. Cartridge heaters refer to heaters that generate heat using a resistor such as a nichrome wire. Therefore, it is preferable that the said 1st heater 110 is a cartridge heater specifically ,. In addition, since the first heater 110 has a characteristic that the amount of electrical energy consumed increases with time, it is advantageous to increase the temperature of the cooling water, and therefore, the first heater 110 is the case ( It is preferably arranged to be close to the location of the cooling water inlet 210 of 200.

또한 상기 배터리(300)를 통해 상기 연료전지 스택(400)에 연결되는 상기 제2히터(120)는, 시동 on/off 시 상기 연료전지 스택(400)에 잔류되어 있는 잔류 가스에 의해 발생되는 잔류 전기를 짧은 시간 내에 빨리 소진시켜야 하기 때문에, 도 4(B)의 그래프와 같이 초기 돌입 전류의 양이 많은 특성을 가지는 것이 바람직하다. 이와 같은 특성은 일반적으로 PTC 소자로 구성되는 PTC 히터에서 볼 수 있는 특성인 바, 상기 제2히터(120)는 구체적으로는 PTC 히터인 것이 바람직하다.In addition, the second heater 120, which is connected to the fuel cell stack 400 through the battery 300, is generated by residual gas remaining in the fuel cell stack 400 when starting on / off. Since electricity must be exhausted quickly within a short time, it is desirable to have a characteristic that the amount of initial inrush current is large as shown in the graph of FIG. 4 (B). Such characteristics are generally seen in PTC heaters composed of PTC elements, and the second heater 120 is preferably a PTC heater.

이와 같이 본 발명의 잉여 전기 처리장치는 잉여 전기 소진부(100)에 2종 이상의 서로 다른 특성을 가지는 히터들이 혼합되어 구비됨으로써, 차량 운행 조건이나 외부 환경 조건에 따라 적절하게 해당 조건에 유리한 특성을 갖는 히터를 작동시키도록 함으로써, 연료전지 차량의 에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있다.As described above, the surplus electric treatment apparatus of the present invention is provided with a mixture of two or more different characteristics of the heaters in the surplus electric exhausting unit 100, so that the characteristics appropriate to the conditions appropriate to the vehicle operating conditions or external environmental conditions are appropriate. By operating the heater having, the energy efficiency of the fuel cell vehicle can be greatly improved.

예를 들어, 외부 환경 조건이 동절기인 경우, 즉 히터코어로 유입되는 냉각수를 빨리 승온시켜야 하는 경우에는, 시간에 따라 전기 에너지의 소모량이 계속 증가하는 카트리지 히터와 같은 특성을 가지는 히터를 사용하는 것이 바람직하며, 따라서 이 경우에는 상기 제1히터(110)가 최대 용량으로 작동되도록 할 수 있다.For example, when the external environmental conditions are winter, that is, when the coolant flowing into the heater core needs to be quickly heated up, it is better to use a heater having the same characteristics as a cartridge heater in which the consumption of electric energy continues to increase with time. In this case, the first heater 110 may be operated at the maximum capacity.

또는, 차량 운행 조건이 시동 초기 시인 경우, 즉 연료전지 스택 내부에 잔류 가스가 많이 잔존하는 경우 또는 외부 환경 조건이 하절기인 경우, 즉 냉각수의 승온이 필요없는 경우 등과 같은 경우에는, 초기 돌입 전류량이 많은 PTC 히터와 같은 특성을 가지는 히터를 사용하는 것이 바람직하며, 따라서 이 경우에는 상기 제2히터(120)가 최대 용량으로 작동되도록 할 수 있다.Alternatively, the initial inrush current amount is when the vehicle running condition is at the initial start-up, i.e., when a large amount of residual gas remains inside the fuel cell stack, or when the external environmental condition is summer, i.e. when the temperature of the cooling water is not required. It is preferable to use a heater having the same characteristics as many PTC heaters, and in this case, therefore, the second heater 120 can be operated at the maximum capacity.

또는 외부 조건에 따라 시차를 두고 상기 제1히터(110)와 상기 제2히터(120)를 교차 사용할 수도 있으며, 이러한 히터의 제어에는 배터리 충전 상태, 스택 내 가스 잔류량, 외기 온도 등의 조건을 이용할 수 있다. 즉 배터리 충전 상태가 높은 경우나 외기 온도가 낮은 경우 상기 제1히터(110)를 우선적으로 사용하고, 스택 내 가스 잔류량이 높은 경우나 외기 온도가 높은 경우 상기 제2히터(120)를 우선적으로 사용하며, 경우에 따라서 상기 제1히터(110)와 상기 제2히터(120)를 동시에 사용하거나 시차를 두고 교차 사용할 수도 있는 것이다.Alternatively, the first heater 110 and the second heater 120 may be used interchangeably with a time difference depending on external conditions, and the conditions of the battery charge state, the gas remaining amount in the stack, and the outside temperature may be used for controlling the heater. Can be. That is, when the state of charge of the battery is high or when the outside temperature is low, the first heater 110 is used preferentially, and when the gas residual amount in the stack is high or when the outside temperature is high, the second heater 120 is preferentially used. In some cases, the first heater 110 and the second heater 120 may be used at the same time or may be used crosswise at a time difference.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

도 1은 종래의 잉여 전기 처리장치.1 is a conventional surplus electric processing apparatus.

도 2는 본 발명에 의한 잉여 전기 처리장치.Figure 2 is a surplus electric treatment apparatus according to the present invention.

도 3은 본 발명의 잉여 전기 처리장치가 채용되는 시스템.3 is a system in which the surplus electric processing apparatus of the present invention is employed.

도 4는 시간에 따라 히터에서 소진되는 전기 에너지 특성 그래프.4 is a graph of the electrical energy characteristics exhausted in the heater with time.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS

1000: (본 발명의) 잉여 전기 처리장치1000: surplus electroprocessing apparatus (of the present invention)

100: 잉여 전기 소진부100: surplus electric exhausting unit

110: 제1히터110: first heater

120: 제2히터120: second heater

200: 케이스200: case

210: 냉각수 유입구210: coolant inlet

220: 냉각수 배출구220: cooling water outlet

300: 배터리300: battery

400: 연료전지 스택400: fuel cell stack

Claims (10)

연료전지 스택(stack)(400);A fuel cell stack 400; 상기 연료전지 스택(400)으로부터 전원을 공급받는 배터리(300);A battery 300 supplied with power from the fuel cell stack 400; 일측에 냉각수 유입구(210)가 형성되고 타측에 냉각수 유출구(220)가 형성되어 냉각수를 유통시키는 케이스(200);Cooling water inlet 210 is formed on one side and the cooling water outlet 220 is formed on the other side 200 to distribute the cooling water; 상기 케이스(200) 상에 설치되며 상기 배터리(300)에 연결되는 적어도 하나 이상의 제1히터(110)와, 상기 케이스(200) 상에 설치되며 상기 배터리(300)를 통해 상기 연료전지 스택(400)에 연결되는 적어도 하나 이상의 제2히터(120)를 포함하는 잉여 전기 소진부(100); At least one first heater 110 installed on the case 200 and connected to the battery 300, and installed on the case 200 and the fuel cell stack 400 through the battery 300. Surplus electricity exhausting unit 100 including at least one second heater 120 connected to ); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 잉여 전기 처리장치.Surplus electrical processing apparatus of a fuel cell vehicle, characterized in that comprises a. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 제1히터(110)는The method of claim 1, wherein the first heater 110 is 시간에 따른 전류 소진량이 점진적으로 증가하는 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 잉여 전기 처리장치.The surplus electric treatment apparatus of a fuel cell vehicle, characterized in that the amount of current consumption gradually increases with time. 제 3항에 있어서, 상기 제1히터(110)는The method of claim 3, wherein the first heater 110 is 카트리지 히터인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 잉여 전기 처리장치.Surplus electrical processing apparatus for a fuel cell vehicle, characterized in that the cartridge heater. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 제2히터(120)는 The method of claim 1 , wherein the second heater 120 is PTC 히터인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 잉여 전기 처리장치.Surplus electric processing apparatus for a fuel cell vehicle, characterized in that the PTC heater. 제 1항에 있어서, 상기 잉여 전기 소진부(100)는The method of claim 1, wherein the excess electric exhausting unit 100 상기 제1히터(110)는 카트리지 히터로 이루어지고 상기 냉각수 유입구(210)에 가까운 위치에 배치되며, 상기 제2히터(120)는 PTC 히터로 이루어지고 상기 냉각수 배출구(220)에 가까운 위치에 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 잉여 전기 처리장치.The first heater 110 is made of a cartridge heater and disposed at a position close to the coolant inlet 210, and the second heater 120 is made of a PTC heater and placed at a position close to the coolant outlet 220. Surplus electrical processing apparatus for a fuel cell vehicle, characterized in that the made. 제 7항에 있어서, 상기 잉여 전기 소진부(100)는The method of claim 7, wherein the surplus electric exhausting unit 100 배터리 충전 상태, 스택 내 가스 잔류량, 외기 온도를 포함하는 조건을 사용하여 상기 제1히터(110) 및 상기 제2히터(120)의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 잉여 전기 처리장치.Surplus electrical processing apparatus for a fuel cell vehicle, characterized in that the operation of the first heater 110 and the second heater 120 is controlled using conditions including a state of charge of the battery, gas residual amount in the stack, and outside temperature. . 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 케이스(200)는The method of claim 1, wherein the case 200 냉각수 유통 라인 중, 냉각수가 상기 연료전지 스택(400)을 냉각시키고 나온 지점과 냉각수가 히터코어로 유입되기 이전 지점 사이의 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 잉여 전기 처리장치.In the cooling water distribution line, the surplus electric processor of the fuel cell vehicle, characterized in that the coolant is provided between the point after exiting the fuel cell stack 400 and the point before the coolant flows into the heater core.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101385209B1 (en) * 2011-08-29 2014-04-14 한라비스테온공조 주식회사 Cathode Oxygen Depletion for fuel cell vehicle
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KR101961290B1 (en) * 2013-12-31 2019-03-25 한온시스템 주식회사 PTC heater
CN108336379B (en) * 2018-01-22 2020-06-19 广东国鸿氢能科技有限公司 Heating device and fuel cell cooling system

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005100752A (en) * 2003-09-24 2005-04-14 Denso Corp Fuel cell system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005100752A (en) * 2003-09-24 2005-04-14 Denso Corp Fuel cell system

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