KR101349023B1 - Method for monitoring freezing point of fuel cell cooling water - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지 시스템의 냉각수 빙점 감시 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 추정된 냉각수의 빙점 온도와 외기 온도를 비교하여 냉각수의 결빙이 우려됨을 운전자에게 사전 경고할 수 있도록 한 연료전지 시스템의 냉각수 빙점 감시 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 연료전지의 발전에 따른 발열 에너지를 통하여 냉각수의 온도 변화를 추정하여 부동액을 포함하는 냉각수의 비열을 유추하고, 냉각수 비열을 통하여 냉각수 혼합비율 계산하는 동시에 계산된 냉각수 혼합 비율 상태를 바탕으로 냉각수 빙점온도(결빙온도)를 산출하여, 현재의 냉각수 빙점정보를 운전자에게 경고함으로써, 외부 온도가 저하되는 계절 변화에 맞추어 운전자에게 현재 냉각수의 빙점 정보를 제공할 수 있도록 한 연료전지 시스템의 냉각수 빙점 감시 방법을 제공하고자 한 것이다.The present invention relates to a cooling water freezing point monitoring method of a fuel cell system, and more particularly, by comparing the estimated freezing point temperature and the outside temperature of the coolant with the cooling water of the fuel cell system to warn the driver in advance that the freezing of the coolant is concerned. Freezing point monitoring method.
That is, the present invention estimates the temperature change of the cooling water through the exothermic energy generated by the development of the fuel cell, infers the specific heat of the cooling water including the antifreeze, calculates the cooling water mixing ratio through the cooling water specific heat, and simultaneously calculates the cooling water mixing ratio state. By calculating the coolant freezing point temperature (freezing temperature) and warning the driver of the current coolant freezing point information, the fuel cell system provides the driver with freezing point information of the current coolant in response to seasonal changes in the external temperature. It is to provide a cooling water freezing point monitoring method.
Description
본 발명은 연료전지 시스템의 냉각수 빙점 감시 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 추정된 냉각수의 빙점 온도와 외기 온도를 비교하여 냉각수의 결빙이 우려됨을 운전자에게 사전 경고할 수 있도록 한 연료전지 시스템의 냉각수 빙점 감시 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a cooling water freezing point monitoring method of a fuel cell system, and more particularly, by comparing the estimated freezing point temperature and the outside temperature of the coolant with the cooling water of the fuel cell system to warn the driver in advance that the freezing of the coolant is concerned. Freezing point monitoring method.
환경 친화적인 미래형 자동차의 하나인 수소 연료전지 자동차에 적용되는 연료전지 시스템 구성은 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택과, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급시스템과, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기중의 산소를 공급하는 공기공급 시스템과, 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템 등으로 나누어 볼 수 있다.The fuel cell system that is applied to the hydrogen fuel cell vehicle, which is one of the environmentally friendly future cars, is composed of a fuel cell stack that generates electric energy, a fuel supply system that supplies fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, and a fuel cell stack. The air supply system for supplying oxygen in the air, which is an oxidant required for the electrochemical reaction, and the heat and water management system for controlling the operating temperature of the fuel cell stack can be divided.
연료전지 시스템의 열 및 물관리계(TMS, Thermal Management System)는 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 연료전지 스택(10)에 공급되는 냉각수 승온을 위한 COD 겸용 히터(12)와, 냉각수를 순환시키는 펌프 및 3방향 밸브(14)와, 연료전지 스택으로부터 배출된 냉각수가 냉각을 위해 순환되는 라디에이터(16) 등을 포함하여 구성된다.The thermal management system (TMS) of the fuel cell system circulates the cooling water and the COD combined
이때, 상기 COD 겸용 히터는 연료전지 스택에서 생성된 전기에너지를 열에너지로 소비시켜 냉시동시 냉각수의 급속 승온을 통하여 일정 온도 이상에서 연료전지가 작동되도록 하는 기능을 한다.In this case, the combined COD heater functions to consume the electrical energy generated in the fuel cell stack as thermal energy so that the fuel cell operates at a predetermined temperature or more through rapid temperature increase of the cooling water during cold start.
이러한 연료전지 시스템의 가장 큰 난제 중 하나는 연료전지가 영하의 온도에 노출된 채로 장기간 보관된 후, 초기 시동시 연료전지로부터 부하를 인가하면 전기화학 반응에 의해 스택의 캐소드에서 발생되는 물이 스택 자체의 냉기와 캐소드로 공급되는 빙점 이하의 공기로 인해 결빙되어, 스택의 각 유로 및 가스확산층을 폐색하는 동시에 캐소드 촉매층으로 공기 공급을 차단하게 되고, 결국 스택 전압이 일정하게 유지되지 않게 되는 등 냉시동성 확보에 어려움에 있다.One of the biggest challenges of such fuel cell systems is that if the fuel cell is stored for a long period of time exposed to sub-zero temperatures, then a load is applied from the fuel cell at initial start-up, the water generated at the cathode of the stack by the electrochemical reaction is stacked. It is frozen due to its own cold and air below freezing point supplied to the cathode, which blocks each flow path and gas diffusion layer in the stack, and blocks the air supply to the cathode catalyst layer, and thus the stack voltage is not kept constant. Difficulty in securing same sex.
특히, 연료전지 냉각수는 겨울철의 냉시동을 위하여 초순수와 적당량을 혼합하여 연료전지 스택 내부로 유입된 상태로 존재하게 되는데, 이때 냉각수의 빙점보다 낮은 온도의 환경에 노출되어 냉각수가 결빙되면, 결빙에 따른 냉각수 팽창으로인하여 연료전지 내부 셀이 파손되어 사용이 불가능한 상태가 도래될 수 있고, 파손된 상태의 연료전지 셀에 연료인 수소를 공급하면 차량 내부에 수소 리크 발생이 우려가 있다.In particular, the fuel cell coolant is present in a state in which the ultrapure water is mixed with an appropriate amount and flowed into the fuel cell stack for the cold start of the winter. When the coolant is frozen due to exposure to a temperature lower than the freezing point of the coolant, Due to the expansion of the cooling water, the fuel cell inner cell may be damaged and an unusable state may come. When hydrogen is supplied as fuel to the damaged fuel cell, hydrogen leakage may occur in the vehicle.
이를 막기 위해서, 겨울철에는 계측기를 이용하여 냉각수의 비중을 확인하는 준비 조치를 해야 한다.To prevent this, winter precautions should be taken to check the specific gravity of the coolant using a measuring instrument.
그러나, 연료전지 차량의 냉각수 빙점은 특정 계측 장비 없이 운전자가 확인하기에는 불가능하고, 최초 주입한 냉각수의 빙점만으로 추정할 수 밖에 없는 단점이 있다.However, the freezing point of the coolant of the fuel cell vehicle is impossible to identify by the driver without a specific measuring equipment, and there is a disadvantage that only the freezing point of the initially injected coolant can be estimated.
즉, 보충한 초순수(DI WATER)에 의하여 변화된 상태의 냉각수 빙점을 확인하려면 별도의 계측장비를 이용하여야 하므로, 운전자가 직접 확인하는데 어려움이 있다.That is, to check the cooling water freezing point of the state changed by the supplementary ultrapure water (DI WATER), it is difficult for the driver to directly check the measurement equipment.
결국, 냉각수의 결빙으로 인한 연료전지 파손의 우려에 대한 경고나 방지 대책이 존재하지 않아, 겨울철 운전자 부주의에 의하여 냉각수 결빙 및 그에 따른 연료전지 파손이 발생될 수 있다.
As a result, there is no warning or preventive measures against the fear of fuel cell damage due to freezing of the coolant, and thus, the freezing of the coolant and subsequent fuel cell damage may occur due to inadvertent winter drivers.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 연료전지의 발전에 따른 발열 에너지를 통하여 냉각수의 온도 변화를 추정하여 부동액을 포함하는 냉각수의 비열을 유추하고, 냉각수 비열을 통하여 냉각수 혼합비율 계산하는 동시에 계산된 냉각수 혼합 비율 상태를 바탕으로 냉각수 빙점온도(결빙온도)를 산출하여, 현재의 냉각수 빙점정보를 운전자에게 경고함으로써, 외부 온도가 저하되는 계절 변화에 맞추어 운전자에게 현재 냉각수의 빙점 정보를 제공할 수 있도록 한 연료전지 시스템의 냉각수 빙점 감시 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made in view of the above-mentioned, by estimating the change in the temperature of the cooling water through the exothermic energy according to the power generation of the fuel cell to infer the specific heat of the cooling water containing the antifreeze, and calculate the cooling water mixing ratio through the cooling water specific heat At the same time, the coolant freezing point temperature (freezing temperature) is calculated on the basis of the calculated coolant mixing ratio state, and the driver is alerted to the current coolant freezing point information. It is an object of the present invention to provide a cooling water freezing point monitoring method of a fuel cell system.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 일정 시간(t) 간격으로 연료전지 스택을 순환하는 냉각수 비열을 산출하는 단계와; 산출된 비열과 냉각수 온도를 바탕으로 냉각수에 초순수가 혼합된 냉각수 혼합비를 산출하는 단계와; 냉각수 혼합비를 바탕으로 냉각수 빙점온도를 산출하는 단계와; 냉각수 빙점온도가 외기온도에 비하여 일정수준(α) 낮으면 클러스터 경고등을 표시하는 운전자 경고 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 냉각수 빙점 감시 방법을 제공한다.The present invention for achieving the above object comprises the steps of: calculating the specific heat of the cooling water circulating the fuel cell stack at a predetermined time (t) interval; Calculating a cooling water mixing ratio of the ultrapure water mixed with the cooling water based on the calculated specific heat and cooling water temperature; Calculating a cooling water freezing point temperature based on the cooling water mixing ratio; A driver warning step of displaying a cluster warning light when the cooling water freezing point temperature is lower than a predetermined temperature (α); It provides a cooling water freezing point monitoring method of a fuel cell system comprising a.
본 발명에 따르면, 상기 냉각수 비열은
바람직하게는, 상기 냉각수 혼합비는 냉각수 혼합비를 산출하는 단계는 수회 진행한 후, 수회 진행된 각 산출값을 평균하여 얻어진 것임을 특징으로 한다.Preferably, the cooling water mixing ratio is characterized in that the step of calculating the cooling water mixing ratio is obtained by averaging each calculated value proceeded several times.
더욱 바람직하게는, 운전자 경고 단계 후, 냉각수 빙점온도가 외기온도에 비하여 일정수준(β) 낮으면 연료전지 스택에 대한 연료 공급을 차단하여 연료전지 시스템의 시동을 중지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
More preferably, after the driver warning step, if the coolant freezing point temperature is lower than the outside temperature by a predetermined level (β), further comprising the step of stopping the start of the fuel cell system by cutting off fuel supply to the fuel cell stack. It is done.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.Through the above-mentioned means for solving the problems, the present invention provides the following effects.
본 발명에 따르면, 냉각수 결빙시 치명적인 훼손을 입게 되는 연료전지의 냉각수 빙점온도를 운전자에게 사전에 경고하여, 냉각수가 결빙될 우려가 있을 경우 연료전지 시동을 중단함으로써, 냉각수 결빙에 의하여 연료전지 스택의 파손을 방지하는 동시에 스택으로 수소가 공급되는 것을 미연에 방지할 수 있다.According to the present invention, by warning the driver in advance of the coolant freezing point temperature of the fuel cell that is fatally damaged during the freezing of the coolant, by stopping the fuel cell start if there is a risk of freezing of the coolant, by stopping the coolant of the fuel cell stack It is possible to prevent the supply of hydrogen to the stack while preventing breakage.
즉, 외기온도와 냉각수 빙점 온도를 비교하여, 냉각수 결빙 우려시 운전자에게 경고함으로써, 잘못 혼합된 부동액 비율에 따른 연료전지 결빙 방지를 도모하는 동시에 연료전지 시스템에 대한 시동 중지를 유도하여 스택 파손 방지를 도모할 수 있다.
In other words, by comparing the outside temperature with the coolant freezing point temperature, the driver is warned when freezing water is concerned. This prevents fuel cell freezing due to an incorrectly mixed antifreeze ratio and prevents start-up of the fuel cell system to prevent stack breakage. can do.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 냉각수 빙점 감시 방법을 설명하는 순서도,
도 2는 연료전지 시스템의 열 및 물관리계를 나타내는 개략도.1 is a flow chart illustrating a cooling water freezing point monitoring method of a fuel cell system according to the present invention;
2 is a schematic diagram illustrating a heat and water management system of a fuel cell system.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도 1을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying Figure 1, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
본 발명은 연료전지 차량의 운전 중, 별도의 측정장비 없이 운전자에게 클러스터를 통하여 냉각수의 결빙 위험을 경고하여, 냉각수온을 승온시키는 등의 후속 조치가 이루어질 수 있도록 하고, 지속적인 경고에도 불구하고 후속 조치가 이루어지지 않는 경우에는 연료전지 시스템에 수소 공급을 차단하여 시동을 오프시킴으로써, 냉각수 결빙에 의하여 연료전지 스택의 파손을 방지하는 동시에 스택 파손시에도 스택으로 수소가 계속 공급되는 것을 방지할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.The present invention warns the driver of the risk of freezing of the coolant through the cluster without additional measuring equipment during operation of the fuel cell vehicle, so that follow-up actions such as raising the temperature of the coolant can be made, and the follow-up measures despite the continuous warning. If it is not possible, the hydrogen supply to the fuel cell system is shut off to prevent the fuel cell stack from being damaged by the freezing of the coolant and to prevent the hydrogen from being supplied continuously to the stack even when the stack is broken. The point is the point.
이를 위해, 본 발명은 연료전지 차량의 상위 제어기에 의하여 진행되는 로직으로서, 별도의 측정장비 없이 운전자에게 클러스터를 통하여 냉각수의 결빙 위험을 경고할 수 있는 로직을 제공하고자 한 것이다.To this end, the present invention is to provide a logic that can be alerted to the driver of the risk of freezing of the coolant through the cluster as a logic proceeded by the upper controller of the fuel cell vehicle, without a separate measuring equipment.
먼저, 일정 시간(t) 간격으로 연료전지 스택을 순환하는 냉각수 비열을 산출하는 단계가 진행되며, 냉각수 비열은 아래의 수학식 1 및 수학식 2로부터 계산된다.First, a step of calculating the coolant specific heat circulating the fuel cell stack at intervals of a predetermined time t is performed, and the coolant specific heat is calculated from Equations 1 and 2 below.
먼저, 일정 시간(t) 간격으로 연료전지 스택을 순환하는 냉각수 비열을 산출하는 단계가 진행되며, 냉각수 비열은 아래와 같은 스택내 열평형관계식 수학식 1 을 산출하고, 이를 정리하여 수학식 2와 같이 냉각수 비열을 산출한다.First, the step of calculating the coolant specific heat circulating the fuel cell stack at intervals of a predetermined time (t) is performed, and the coolant specific heat is calculated by the equation of thermal equilibrium relation 1 in the stack as shown in Equation 2 below. Calculate the coolant specific heat.
이때, 첨부한 도 3을 참조하면, [스택 발열량(Q) + 스택으로 유입되는 냉각수 에너지(Ein) = 스택 에너지 변화(△Esystem) + 스택에서 나오는 냉각수 에너지(Eout)]의 관계가 성립된다.At this time, referring to the accompanying FIG. 3, a relationship between [stack heating amount (Q) + cooling water energy (Ein) flowing into the stack = stack energy change (ΔEsystem) + cooling water energy (Eout) coming from the stack) is established.
위의 수학식 1,2에서, T400은 연료전지 스택 입구에서의 냉각수 입구온도를 나타내고, T410는 스택 출구에서의 냉각수 출구온도를 나타내고, m은 냉각수 유량을 나타내고, T410,old는 1타임 스텝 전 냉각수 출구온도를 나타낸다.In Equation 1, 2, T 400 represents the coolant inlet temperature at the fuel cell stack inlet, T 410 represents the coolant outlet temperature at the stack outlet, m represents the coolant flow rate, and T 410, old is 1 Indicates the coolant outlet temperature before the time step.
냉각수 입구 및 출구온도(T400, T410)는 스택에 설치된 온도센서에 의하여 측정 가능한 값이고, 냉각수 유량도 유량감지센서 또는 냉각수 순환을 위한 펌프 정보로 부터 알 수 있는 값이다.Coolant inlet and outlet temperature (T 400 , T 410 ) is a value that can be measured by the temperature sensor installed in the stack, the coolant flow rate is also known from the flow rate sensor or the pump information for cooling water circulation.
또한, 위의 수학식 1,2에서, Mw는 연료전지 스택 설계를 통하여 이미 결정된 스택 열용량을 나타내고, Q는 연료전지에서 생성된 전류 및 전압값 측정을 통해 계산 가능한 스택 발열량(역으로, 냉각수 흡열량)을 나타낸다.In addition, in Equations 1 and 2, Mw represents a stack heat capacity that is already determined through a fuel cell stack design, and Q represents a stack calorific value (inversely, cooling water absorption) that can be calculated by measuring current and voltage values generated in the fuel cell. Calories).
따라서, 상기와 같이 냉각수 입구온도(T400), 냉각수 출구온도(T410), 냉각수 유량(m), 스택 열용량(Mw), 냉각수 흡열량(Q)을 알고 있는 상태에서, 물질의 고유 특성치인 비열(C)이 위의 수학식 2에 의하여 계산된다.Therefore, in the state of knowing the coolant inlet temperature (T 400 ), the coolant outlet temperature (T 410 ), the coolant flow rate (m), the stack heat capacity (Mw), and the coolant endothermic amount (Q) as described above, The specific heat C is calculated by Equation 2 above.
다음으로, 계산된 비열(C)과 냉각수 온도를 바탕으로 연료전지 부동액 냉각수와 초순수와의 혼합비율을 산출하는 냉각수 혼합비 산출 단계가 진행된다.Next, a cooling water mixing ratio calculating step of calculating a mixing ratio between the fuel cell antifreeze cooling water and the ultrapure water is performed based on the calculated specific heat (C) and the cooling water temperature.
이때, 최종적인 냉각수 혼합비는 냉각수 혼합비 산출 단계를 수회 진행한 후, 수회 진행된 각 산출값을 평균하여 얻어지며, 바람직하게는 비열과 냉각수 온도를 기반으로 연료전지 부동액 냉각수와 초순수와의 혼합비율을 산출하는 냉각수 혼합비를 미리 맵 데이타(맵 테이블)화시키고, 이 맵 데이타로부터 계산된 비열(C)과 냉각수 온도와 일치하는 냉각수 혼합비를 맵 데이타로부터 취출하게 된다.At this time, the final cooling water mixing ratio is obtained by averaging each calculated value several times after performing the cooling water mixing ratio calculating step several times, preferably calculating the mixing ratio of the fuel cell antifreeze cooling water and ultrapure water based on the specific heat and cooling water temperature. The cooling water mixing ratio is converted into map data (map table) in advance, and the cooling water mixing ratio corresponding to the specific heat (C) calculated from the map data and the cooling water temperature is taken out from the map data.
이어서, 최종적으로 맵 데이타로부터 얻어진 냉각수 혼합비를 바탕으로 냉각수 빙점온도, 즉 결빙온도를 산출하는 단계가 진행된다.Subsequently, a step of calculating the cooling water freezing point temperature, that is, the freezing temperature, is performed based on the cooling water mixing ratio finally obtained from the map data.
마찬가지로, 미리 냉각수 혼합비에 따른 냉각수 빙점온도를 실험하여 구축한 맵 데이타로부터 냉각수 빙점온도를 취출하는 것이 바람직하다.Similarly, it is preferable to extract the cooling water freezing point temperature from the map data constructed by experimenting with the cooling water freezing point temperature according to the cooling water mixing ratio in advance.
다음으로, 위와 같이 냉각수 빙점온도가 산출되면, 산출된 냉각수 빙점온도를 외기온도와 비교하여, 냉각수 빙점온도가 외기온도에 비하여 일정수준(α: 냉각수 빙점온도와 외부온도와의 안전범위 설정온도(경고범위)) 낮으면 클러스터 경고등을 점등시키는 운전자 경고 단계가 진행된다.Next, when the coolant freezing point temperature is calculated as described above, the calculated coolant freezing point temperature is compared with the outside temperature, and the coolant freezing point temperature is set at a predetermined level (α: safety range setting temperature between the freezing water freezing point temperature and the outside temperature (warning). Range)), if low, an operator warning step is made to light the cluster warning light.
이에, 냉각수의 빙점온도가 외기온도에 비하여 낮은 상태임을 운전자가 인지하여 후속조치(연료전지 시스템의 시동을 오프하거나, 냉각수에 부동액을 더 혼합하는 냉각수 승온 조치 등)를 취하게 된다.Accordingly, the driver recognizes that the freezing point temperature of the coolant is lower than the outside temperature, and takes the following measures (such as turning off the start of the fuel cell system or further increasing the coolant to mix the antifreeze with the coolant).
이때, 운전자 경고 단계 후, 운전자의 후속조치가 이루어지지 않는 경우, 냉각수 빙점온도를 외기온도와 다시 비교하여, 냉각수 빙점온도가 외기온도에 비하여 일정수준(β: 냉각수 빙점온도와 외부온도와의 안전범위 설정온도(위험범위)) 낮으면 연료전지 스택에 대한 연료 공급을 차단하는 제어가 이루어지면서 연료전지 시스템의 시동을 중지시키는 단계가 진행된다.At this time, after the driver warning step, if the driver does not take any further action, the cooling water freezing point temperature is compared with the outside temperature again, and the cooling water freezing point temperature is a certain level (β: safety range between the cooling water freezing point temperature and the external temperature). If the set temperature (risk range) is low, a control is performed to cut off fuel supply to the fuel cell stack, and the start of the fuel cell system is stopped.
이와 같이, 본 발명에 따르면 냉각수 결빙시 연료전지 스택에 치명적인 훼손이 발생하는 점을 감안하여, 연료전지의 냉각수 빙점온도를 운전자에게 사전에 경고, 냉각수가 결빙될 우려가 있을 경우 연료전지 시동을 중단함으로써, 냉각수 결빙에 의하여 연료전지 스택이 파손되는 것을 용이하게 방지할 수 있다.
As described above, according to the present invention, in consideration of a fatal damage to the fuel cell stack when the coolant is frozen, the driver is warned in advance of the coolant freezing point temperature of the fuel cell, and the fuel cell starts to stop when the coolant may be frozen. By doing so, it is possible to easily prevent the fuel cell stack from being damaged by the cooling water freezing.
10 : 연료전지 스택
12 : COD 겸용 히터
14 : 펌프 및 3방향 밸브
16 : 라디에이터10: fuel cell stack
12: COD combined heater
14 pump and three-way valve
16: Radiator
Claims (4)
산출된 비열과 냉각수 온도를 바탕으로 냉각수에 초순수가 혼합된 냉각수 혼합비를 산출하는 단계와;
냉각수 혼합비를 바탕으로 냉각수 빙점온도를 산출하는 단계와;
냉각수 빙점온도가 외기온도에 비하여 일정수준(α) 낮으면 클러스터 경고등을 표시하는 운전자 경고 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 냉각수 빙점 감시 방법.
Calculating specific heat of cooling water circulating in the fuel cell stack at a predetermined time (t) interval;
Calculating a cooling water mixing ratio of the ultrapure water mixed with the cooling water based on the calculated specific heat and cooling water temperature;
Calculating a cooling water freezing point temperature based on the cooling water mixing ratio;
A driver warning step of displaying a cluster warning light when the cooling water freezing point temperature is lower than a predetermined temperature (α);
Cooling water freezing point monitoring method of a fuel cell system comprising a.
상기 냉각수 비열은:
에 의하여 계산되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 냉각수 빙점 감시 방법.
여기서, T400는 냉각수 입구온도이고, T410는 냉각수 출구온도이고, m은 냉각수 유량이고, Mw는 스택 열용량이고, Q는 냉각수 흡열량이고, C는 비열이고, T410,old는 1타임 스텝 전 냉각수 출구온도이다.
The method according to claim 1,
The coolant specific heat is:
Cooling water freezing point monitoring method of the fuel cell system, characterized in that calculated by.
Where T 400 is the coolant inlet temperature, T 410 is the coolant outlet temperature, m is the coolant flow rate, Mw is the stack heat capacity, Q is the endothermic amount of coolant, C is the specific heat, and T 410, old is one time step The total coolant outlet temperature.
상기 냉각수 혼합비는 냉각수 혼합비를 산출하는 단계는 수회 진행한 후, 수회 진행된 각 산출값을 평균하여 얻어진 것임을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 냉각수 빙점 감시 방법.
The method according to claim 1,
The cooling water mixing ratio is a cooling water freezing point monitoring method of the fuel cell system, characterized in that the step of calculating the cooling water mixing ratio is obtained by averaging each calculated value after several times.
운전자 경고 단계 후, 냉각수 빙점온도가 외기온도에 비하여 일정수준(β) 낮으면 연료전지 스택에 대한 연료 공급을 차단하여 연료전지 시스템의 시동을 중지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 냉각수 빙점 감시 방법.The method according to claim 1,
After the driver warning step, if the cooling water freezing point temperature is lower than the outside temperature by a predetermined level (β), stopping the fuel supply to the fuel cell stack and stopping the start of the fuel cell system. Cooling water freezing point monitoring method.
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Patent Citations (4)
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| KR20060024914A (en) * | 2004-09-15 | 2006-03-20 | 현대모비스 주식회사 | Valuation appratus for heat control system of fuel cell |
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