KR101551034B1 - Apparatus and Method for controlling open angle of control valve variably - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 전지 차량의 열 관리 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 TMS(Thermal Management System)내 제어 밸브의 개도 제어를 통한 연료전지 차량의 방열 성능을 극대화함으로써 고출력 운전 시간 증대(고온 전류 제한 도달 시간 증대)에 따른 차량 양산의 품질을 증대하는 제어 밸브 개도 가변 제어 장치 및 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a thermal management system for a fuel cell vehicle, and more particularly, to a heat management system for a fuel cell vehicle that maximizes heat dissipation performance of a fuel cell vehicle through control of opening of a control valve in a thermal management system (TMS) And increasing the quality of the mass production of the vehicle according to the increase of the vehicle speed.

Description

제어 밸브 개도 가변 제어 장치 및 방법{Apparatus and Method for controlling open angle of control valve variably}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a control valve opening control valve,

본 발명은 연료 전지 차량의 열 관리 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 TMS(Thermal Management System)내 제어 밸브의 개도 제어를 통한 연료전지 차량의 방열 성능을 극대화함으로써 고출력 운전 시간 증대(고온 전류 제한 도달 시간 증대)에 따른 차량 양산의 품질을 증대하는 제어 밸브 개도 가변 제어 장치 및 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a thermal management system for a fuel cell vehicle, and more particularly, to a heat management system for a fuel cell vehicle that maximizes heat dissipation performance of a fuel cell vehicle through control of opening of a control valve in a thermal management system (TMS) And increasing the quality of the mass production of the vehicle according to the increase of the vehicle speed.

일반적인 수소 연료전지 차량의 열 관리 시스템(TMS: Thermal Management System)은 라디에이터, 3방 밸브, 펌프, 히터, 연료 전지 스택, 및 이온 필터 등으로 구성된다. 이 경우, 열 관리 시스템은 연료 전지 스택 발전시 발생하는 열을 방열하는 구조를 가진다. The thermal management system (TMS) of a typical hydrogen fuel cell vehicle consists of a radiator, a three-way valve, a pump, a heater, a fuel cell stack, and an ion filter. In this case, the thermal management system has a structure that dissipates heat generated during power generation of the fuel cell stack.

이러한 열 관리 시스템에서 가장 큰 문제는 혹서기에 연료 전지 스택 발열량 대비 라디에이터 방열량이 부족하다는 점이었다. 따라서, 스택 출구 냉각수 온도가 고온이 되면, 연료 전지 차량 제어기(FCU: Fuel cell Control Unit)는 연료 전지 스택을 보호하기 위해서 전류를 제한하여, 냉각수 온도가 더 이상 높아지는 것을 방지하였다. 이를 고온 전류 제한 방식이라고 하며, 이해를 위해 개념을 소개하면 도 1과 같다. 부연하면, 스택 내부에 온도 고온이 형성되고, 이에 따라 스택 전해질막에 드라이 아웃(Dry out)이 발생하며, 이에 따라 전해질막 핀홀(막뚫림) 발생 및 막건조에 의한 내구성이 급격하게 저하된다.The biggest problem in this type of heat management system was the lack of radiant heat dissipation compared to the amount of heat generated by the fuel cell stack. Thus, when the stack outlet coolant temperature becomes high, the fuel cell vehicle control unit (FCU) limits the current to protect the fuel cell stack, thereby preventing the coolant temperature from further rising. This is called a high-temperature current-limiting method. In addition, a temperature high temperature is formed inside the stack, thereby causing dry out in the stacked electrolyte film, thereby drastically lowering the durability due to the occurrence of pinholes (membrane piercing) and membrane drying of the electrolyte membrane.

부족한 방열량을 높이기 위해서 펌프 유량을 늘리고, 라디에이터 전열 면적을 증가하는 방법에는 차량 레이아웃 특성상 많은 한계점을 가지고 있었다.The method of increasing the flow rate of the pump and increasing the heat transfer area of the radiator in order to increase the insufficient heat radiation has many limitations due to the vehicle layout characteristics.

이에 그나마 가능한 방법으로 차량에서는 고성능 및/또는 고유량을 가진 펌프를 개발하여 방열 성능을 극대화하는 방법을 들 수 있다.Therefore, it is possible to develop a pump having a high performance and / or a high flow rate in a vehicle in order to maximize heat dissipation performance.

그러나, 이 경우 펌프의 고유량 운전시 높은 압력이 발생하고, 이는 연료 전지 스택에서 요구하는 내압 수준을 넘어서게 되어, 펌프 유량을 늘리는 방법에는 한계가 있었다. 즉, 연료 전지 스택 구조상, 냉각수 압력이 0.85bar를 넘어가면 연료 전지 스택 자체에서 누수 발생하는데, 이를 해소하는 방식으로 고압 전류 제한 방식이 있었다. 고압 전류 제한 방식의 개념을 보여주는 도면이 도 2에 도시된다.However, in this case, a high pressure is generated in the high flow operation of the pump, which exceeds the internal pressure level required in the fuel cell stack, and there is a limit to how to increase the pump flow rate. That is, in the fuel cell stack structure, when the cooling water pressure exceeds 0.85 bar, leakage occurs in the fuel cell stack itself. A diagram illustrating the concept of the high voltage current limiting scheme is shown in FIG.

이러한 수소 연료전지 차량의 경우, 이온 필터 루프가 항시 오픈되어 있으므로 불필요한 이온 필터링(고온의 냉각수 상시 통과)으로 필터 내구 수명이 단축된다는 단점이 있었다. 또한, 냉각 유량(라디에이터 루프 유량)의 약 10%가 항시 흐르기 때문에 냉각 유량의 로스(loss)가 발생한다는 단점이 있었다.In the case of such a hydrogen fuel cell vehicle, since the ion filter loop is always open, there is a disadvantage that unnecessary ion filtering (passage of high-temperature cooling water at all times) shortens the service life of the filter. Further, since about 10% of the cooling flow rate (radiator loop flow rate) always flows, a loss of the cooling flow rate occurs.

또한, 혹서기 냉각 유량 부족으로 인해 냉각수 고온/고압(펌프 최대 운전)으로 차량 전류 제한이 수시로 발생하였다. 따라서, 고출력 지속 운전(고속도로, 산길 등판) 시, 방열 성능의 부족 현상이 발생하였다.In addition, vehicle current limitations occasionally occurred due to the high temperature / high pressure of the cooling water (maximum operation of the pump) due to insufficient cooling flow rate. Therefore, the heat dissipation performance was insufficient at the time of high power sustain operation (highway, mountain road back plate).

또한, 방열량 개선을 위한 라디에이터, 펌프 용량 증대 방법은 많은 개발비가 투입되어야 하며, 차량 레이아웃 특성상 더 이상 증대는 불가하다는 단점이 있었다.In addition, the radiator and the pump capacity increasing method for improving the heat radiation amount have to be supplied with a large amount of development cost, and there is a disadvantage that it is impossible to further increase due to the vehicle layout characteristics.

또한, 펌프의 고 RPM(Revolutions Per Minute) 운전 시, 스택 입구 압력이 높아져서 차량(시스템)에서 고압에 의한 전류 제한이 발생하였다.Also, during the high RPM (Revolutions Per Minute) operation of the pump, the stack inlet pressure increased, resulting in a current limitation due to high pressure in the vehicle (system).

1. 한국공개특허번호 제10-2013-0116626호1. Korean Patent Publication No. 10-2013-0116626 2. 한국공개특허번호 제10-2012-0032360호2. Korean Patent Publication No. 10-2012-0032360 2. 한국공개특허번호 제10-2010-0008496호2. Korean Patent Publication No. 10-2010-0008496

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 방열 성능을 유지하면서도 고출력 운전 시간을 증대(고온 전류 제한 도달 시간의 증대)하는 제어 밸브 개도 가변 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and method for controlling opening degree of a control valve for increasing a high output operation time .

또한, 본 발명은 불필요한 이온 필터링을 줄여 내구 수명을 연장하고, 냉각 유량의 손실을 줄이는 제어 밸브 개도 가변 제어 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for controlling opening of a control valve which reduces the unnecessary ion filtering and prolongs the durability life and reduces the loss of the cooling flow rate.

또한, 본 발명은 차량의 레이아웃을 변경하지 않으면서도 방열량을 개선하는 제어 밸브 개도 가변 제어 장치 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.It is still another object of the present invention to provide a variable valve control variable control apparatus and method that improves the amount of heat release without changing the layout of a vehicle.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 방열 성능을 유지하면서도 고출력 운전 시간을 증대(고온 전류 제한 도달 시간의 증대)하는 제어 밸브 개도 가변 제어 장치를 제공한다.In order to achieve the above-described problems, the present invention provides a control valve opening variable control device that increases the high output operation time (increases the reaching time of the high temperature current limit) while maintaining the heat radiation performance.

상기 제어 밸브 개도 가변 제어 장치는,The control valve opening degree variable control device includes:

라디에이터; radiator;

상기 라디에이터로부터 생성되는 냉각수를 순환시키는 펌프;A pump for circulating cooling water generated from the radiator;

순환되는 냉각수의 유량을 조절하는 제어 밸브; A control valve for regulating the flow rate of the circulating cooling water;

상기 순환되는 냉각수의 전기 전도도를 센싱하는 센서;및A sensor for sensing electrical conductivity of the circulating cooling water;

상기 전기 전도도를 이용하여 제어 밸브의 개도 각도를 결정하고 결정된 개도 각도에 따라 상기 제어 밸브를 가변 제어하는 연료 전지 차량 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a fuel cell vehicle controller for determining an opening angle of the control valve using the electrical conductivity and varying the control valve according to the determined opening angle.

이때, 상기 제어 밸브의 개도 각도는 상기 전기 전도도가 미리 설정된 특정값에 도달하면 상기 전기 전도도의 상승률을 기준으로 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the opening angle of the control valve may be determined on the basis of the rate of increase of the electric conductivity when the electric conductivity reaches a preset specific value.

또한, 마지막 운행후 재운전 또는 일정시간 이상의 주차이면 상기 제어 밸브는 100%로 개방되고, 일정시간내의 운행후 재운전이면 상기 제어 밸브는 상기 100% 이하로 개방되는 것을 특징으로 할 수 있다.The control valve may be opened to 100% if it is re-operated after the last operation or when the vehicle is parked for a predetermined time or more, and the control valve is opened to 100% or less if the vehicle is operated again after a certain period of time.

또한, 상기 제어 밸브는 특정 조건이 되면 차단되되, 압력 제한이 있으면, 상기 제어 밸브를 미리 설정된 개도 각도로 개방하는 것을 특징으로 할 수 있다.The control valve is interrupted when a specific condition is reached, and when the pressure is limited, the control valve is opened at a preset opening angle.

이때, 상기 특정 조건은 혹서기 냉각수 온도가 상승하여 고온 전류 제한 발생이 예측되는 시점인 것을 특징으로 할 수 있다.At this time, the specific condition may be a time point at which the occurrence of the high-temperature current limit is predicted due to a rise in the cooling water temperature of the hot water.

다른 한편으로, 본 발명의 일실시예는, 차량의 운행에 따라 순환되는 냉각수의 전기 전도도를 센싱하는 단계; 상기 전기 전도도를 이용하여 제어 밸브의 개방 각도를 결정하는 단계; 및 결정된 개방 각도로 제어 밸브를 가변 제어하여 순환되는 냉각수의 유량을 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브 개도 가변 제어 방법을 제공한다.On the other hand, an embodiment of the present invention includes: sensing electric conductivity of cooling water circulated in accordance with driving of a vehicle; Determining an opening angle of the control valve using the electrical conductivity; And controlling the flow rate of the circulating cooling water by variably controlling the control valve at a determined opening angle.

본 발명에 따르면, 열 관리 시스템(TMS: Thermal Management System)의 이온 필터 루프 내 제어 밸브를 구성하여 개도 제어를 함으로써 연료전지 차량의 방열 성능을 극대화할 수 있다.According to the present invention, a control valve in an ion filter loop of a thermal management system (TMS) is configured to perform opening control, thereby maximizing heat dissipation performance of the fuel cell vehicle.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 고출력 운전 시간 증대(고온 전류 제한 도달 시간 증대)에 따른 차량의 양산 품질을 증대할 수 있다는 점을 들 수 있다.Another advantage of the present invention is that the mass production quality of the vehicle can be increased with an increase in the high output operation time (increase in the reaching time of the high temperature current limit).

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 이온 수지의 고온 냉각수 접촉 시간을 단축함에 따른 이온 필터의 내구성을 개선하고, 냉각 유량의 손실을 줄일 수 있다는 점을 들 수 있다.Further, as another effect of the present invention, the durability of the ion filter is shortened by shortening the contact time of the ionic resin with hot water, and the loss of the cooling flow rate can be reduced.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 펌프 운전량 감소(펌프 운전량이 감소하더라도, 방열 성능 개선)에 따른 차량 연비의 절감 효과를 들 수 있다.Further, another effect of the present invention is to reduce the fuel efficiency of the vehicle due to the reduction of the pump operation amount (the heat radiation performance is improved even when the pump operation amount is reduced).

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 연료 전지 스택 운전 조건(온도, 압력)에 항시 적합한 운전이 가능하여, 연료 전지 스택의 내구성이 개선된다는 점을 들 수 있다.Another advantage of the present invention is that the fuel cell stack can be suitably operated under all operating conditions (temperature, pressure) of the fuel cell stack, thereby improving the durability of the fuel cell stack.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 이온 필터 루프 내 제어 밸브를 구성하여 개도 제어를 함으로써 차량의 레이아웃을 변경하지 않으면서도 방열량을 개선할 수 있다는 점을 들 수 있다.Another effect of the present invention is that the control valve in the ion filter loop is controlled to perform opening control so that the heat radiation amount can be improved without changing the layout of the vehicle.

도 1은 일반적인 고온 전류 제한 방식의 개념을 보여주는 흐름도이다.
도 2는 일반적인 고압 전류 제한 방식의 개념을 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제어 밸브 개도 가변 제어 장치(300)의 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제어 밸브 개도 가변 제어 장치(300)와 연료 전지 차량 제어기(410)의 관계를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제어 밸브의 개도 가변 제어 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 실험 결과를 보여주는 데이터 표이다.1 is a flow chart illustrating the concept of a conventional high-temperature current limiting scheme.
2 is a graph showing the concept of a general high voltage current limiting method.
3 is a configuration diagram of a variable valve opening control apparatus 300 according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing the relationship between the control valve opening degree variable control device 300 and the fuel cell vehicle controller 410 shown in FIG.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a variable valve opening control process according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
6 is a data table showing experimental results according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be construed as ideal or overly formal in meaning unless explicitly defined in the present application Should not.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 제어 밸브 개도 가변 제어 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an apparatus and method for controlling variable valve opening according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제어 밸브 개도 가변 제어 장치(300)의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 상기 제어 밸브 개도 가변 제어 장치(300)는, 라디에이터(360), 상기 라디에이터(360)로부터 냉각수의 온도에 따라 유로를 결정하는 3방 밸브(350), 냉각수를 순환시키는 펌프(340), 냉각수를 승온하는 히터(330), 냉각수가 유입되는 연료 전지 스택(320), 순환되는 냉각수의 전기 전도도 유지를 위한 냉각수 이온 필터(310), 및 상기 냉각수 이온 필터(310)로 유입되는 냉각수의 양을 제어하는 제어 밸브(311) 등을 포함하여 구성된다.3 is a configuration diagram of a variable valve opening control apparatus 300 according to an embodiment of the present invention. 3, the control valve opening variable control apparatus 300 includes a radiator 360, a three-way valve 350 for determining a flow path from the radiator 360 according to the temperature of the cooling water, a pump A cooling water ion filter 310 for maintaining the electrical conductivity of the circulating cooling water, and a cooling water ion pump 310 for flowing the cooling water into the cooling water ion filter 310 And a control valve 311 for controlling the amount of the cooling water.

연료 전지 스택(320)은 수소와 산소의 화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 연료 전지 스택(320)에는 연료 전지 모듈(미도시)이 구비되면, 연료 전지 모듈은 크게 전기화학 반응을 일으키는 전극막(미도시), 전기화학 반응에 의해 발생된 수소이온을 전달하는 전해질 막의 접합체인 전극 전해질 접합체(MEA; Membrane Electrode Assembly)(미도시), 이를 지지하는 분리판(미도시), 가스 확산층(미도시), 및 체결 기구(미도시) 등으로 구성된다. 이러한 연료 전지 모듈 및 연료 전지 스택의 구조는 널리 공지되어 있으므로 본 발명의 명확한 이해를 위해 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.The fuel cell stack 320 functions to produce electricity through chemical reaction between hydrogen and oxygen. When a fuel cell module (not shown) is provided in the fuel cell stack 320, the fuel cell module may include an electrode film (not shown) for generating an electrochemical reaction, (Not shown), a separator plate (not shown), a gas diffusion layer (not shown), and a fastening mechanism (not shown), which support a membrane electrode assembly (MEA) Since the structures of the fuel cell module and the fuel cell stack are well known, further explanation will be omitted for a clear understanding of the present invention.

연료 전지 스택(320)이 일정 온도 이하에서 장시간 작동하게 되면 스택의 내구성이 떨어지게 되며 냉시동시 유로 결빙 현상이 발생하게 된다. 또한, 차량의 Shut down시 스택 내 잔류 수소 및/또는 산소를 제거해 주지 않으면 이 또한 스택 열화에 악영향을 주게 된다. 이러한 이유로 인해 열관리 시스템 내에 히터(330)가 장착된다. 따라서, 히터(330)는 냉시동시 스택 부하 소모, 냉각수 승온, 차량 Shut down 시 스택 내 잔류 수소 및/또는 산소를 제거하는 기능을 수행한다.When the fuel cell stack 320 is operated for a long time at a temperature lower than a predetermined temperature, the durability of the stack is lowered, and a frost freezing phenomenon occurs in the freezing. Also, if the residual hydrogen and / or oxygen in the stack is not removed during shut down of the vehicle, this also adversely affects the stack deterioration. For this reason, the heater 330 is mounted in the thermal management system. Accordingly, the heater 330 performs a function of removing the residual hydrogen and / or oxygen in the stack at the time of simultaneous cold stack stack load consumption, cooling water temperature increase, and shutdown of the vehicle.

또한, 히터(330)는 히터 기능별로 시동(start up), 셧다운(shut down), 웜업(warm up), 냉시동(cold start) 등으로 분류될 수 있고, 필요시 각 릴레이 ON/OFF 제어를 통해 동작될 수 있다. 또한, 히터(330)에는 과열을 방지하기 위해 열전 온도계 등이 구성될 수 있다.In addition, the heater 330 can be classified into a start up, a shut down, a warm up, a cold start, and the like for each heater function. Lt; / RTI > The heater 330 may include a thermoelectric thermometer or the like to prevent overheating.

또한, 펌프(340)는 냉각수를 순환시키는 기능을 수행한다.Further, the pump 340 functions to circulate the cooling water.

냉각수 이온 필터(310)를 지나는 분기 루프는 실내 난방과 냉각수 전기 전도도 유지를 위해 항상 냉각수가 흐르는 루프이다.The branch loop passing through the cooling water ion filter 310 is a loop in which cooling water always flows in order to maintain indoor heating and electric conductivity of the cooling water.

연료 전지 차량에서 부품 재질의 문제로 인하여 냉각수의 전기 전도도가 일정 수준 이상 상승하게 되면 냉각수 루프를 따라 누설 전류가 발생하여 차량 내 장착된 전기장치 및 구동부품의 정상 구동이 불가해짐은 물론 운전자와 승객의 안전에도 심각한 영향(감전 위험)을 미칠 수 있다.If the electrical conductivity of the cooling water rises above a certain level due to the problem of parts material in the fuel cell vehicle, leakage current is generated along the cooling water loop and normal driving of the electric devices and driving parts mounted in the vehicle becomes impossible, Can also have a serious effect on the safety of the product (the risk of electric shock).

이러한 문제를 해결하기 위하여 냉각수의 전기 전도도를 일정 수준 이하로 유지하기 위하여 냉각수 루프에 냉각수 이온 필터(310)가 구성된다.To solve this problem, a cooling water ion filter 310 is formed in the cooling water loop to maintain the electric conductivity of the cooling water below a predetermined level.

3방 밸브(350)는 냉각수 온도에 따라 유로를 결정해 주는 기능을 수행한다.The three-way valve (350) functions to determine the flow path according to the cooling water temperature.

제어 밸브(311)는 개도 각도를 조절하여 순환된 냉각수가 냉각수 이온 필터(310)로 유입되는 냉각수 유량을 가변적으로 조절한다. 부연하면, 냉각수 이온 필터 또는 주 냉각 루프, 바이패스 냉각수 루프 제어 등을 통해서 주 냉각 루프의 냉각수 유량을 일시적으로 늘린다. 물론 경우에 따라서는 냉각수 유량을 줄이는 것도 가능하다.The control valve 311 adjusts the opening angle to variably adjust the flow rate of the cooling water flowing into the cooling water ion filter 310 through the circulating cooling water. In addition, the coolant flow rate of the main cooling loop is temporarily increased through a coolant ion filter or main cooling loop, bypass coolant loop control, and the like. In some cases, it is also possible to reduce the flow rate of the cooling water.

도 4는 도 4는 도 3에 도시된 제어 밸브 개도 가변 제어 장치(300)와 연료 전지 차량 제어기(410)의 관계를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 연료 전지 차량 제어기(410)는 전기 전도도를 센싱하는 센서(420)와 제어 밸브(311)에 연결되어 데이터 및/또는 제어 신호를 서로 송수신한다.4 is a view showing the relationship between the control valve opening degree variable control device 300 and the fuel cell vehicle controller 410 shown in FIG. Referring to FIG. 4, the fuel cell vehicle controller 410 is connected to the sensor 420 and the control valve 311 for sensing electric conductivity, and transmits and receives data and / or control signals to / from each other.

따라서, 연료 전지 차량 제어기(FCU: Fuel cell Control Unit)(410)는 냉각수 전기 전도도가 특정값에 도달하면 그 값의 상승률을 고려하여 제어 밸브(311)의 개도 각도를 결정하여 명령한다. Accordingly, the fuel cell vehicle control unit (FCU) 410 determines the opening angle of the control valve 311 in consideration of the rising rate of the cooling water electrical conductivity when the electric conductivity of the cooling water reaches a specific value.

운전 예를 들면, 동일한 특정값이라도 마지막 운행 후 재운전 시, 오랜 주차로 전기 전도도가 급격히 높아져 있을 경우 밸브를 100% 모두 개방하고, 짧은 시간 운전 후 재운전시는 그 이하로 개방한다. 제어 밸브(311)가 100% 개도시, 최대 10%의 유량이 발생한다.For example, if the electric conductivity is rapidly increased due to a long parking operation at the time of the last operation after the last operation even if the same specific value is reached, the valve is opened 100%, and after the short time driving, When the control valve 311 is opened at 100%, a maximum flow rate of 10% is generated.

또한, 특정 조건(혹서기 차량 냉각수 온도가 상승하여, 고온 전류 제한 발생이 예측되는 시점)이 되면, 연료 전지 차량 제어기(410)에서 냉각 루프 최대 냉각수 유량 확보를 위해서 제어 밸브(311)를 닫는다. 이때, 시스템의 압력 제한이 걸릴 경우 밸브를 다소 개방(약 15% 개방)하여, 압력으로 인한 출력 제한이 걸리지 않고 펌프 최고 운전 RPM(Revolutions Per Minute)구현이 가능하도록 한다.In addition, when the specific condition (the point at which the hot water current limit rise is predicted due to the increase of the hot water temperature), the fuel cell vehicle controller 410 closes the control valve 311 to secure the maximum cooling water flow rate of the cooling loop. At this time, when the system pressure limit is applied, the valve is opened a little (about 15% open) so that the pump revolutions per minute (RPM) can be realized without limiting the output due to pressure.

이러한, 운전예로서는, 펌프 3500rpm 운전 중, 제어 밸브(311)의 개방 각도가 0%시(밸브 완전 차단) 시스템 압력 상승으로 스택 입구 고압 전류 제한(예를 들면, 스택 입구압 0.85bar 이상, 1초 이상 지속시) 간헐적으로 발생한다. 따라서, 제어 밸브(311)의 개도 각도를 조절(냉각수 이온 필터 루프로 냉각수 다소 흐르게함)하여 냉각 루프 고압 전류 제한의 발생을 방지한다. 따라서, 펌프(도 3의 340)의 최대 RPM 운전이 가능하다.In this operation example, during the operation of the pump 3500 rpm, when the opening angle of the control valve 311 is 0% (valve is completely shut off), the system inlet pressure is increased to the stack inlet high pressure current limit Intermittently). Accordingly, the opening angle of the control valve 311 is adjusted (cooling water is slightly flowed through the cooling water ion filter loop) to prevent the occurrence of the cooling loop high voltage current limitation. Therefore, the maximum RPM operation of the pump (340 in FIG. 3) is possible.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제어 밸브의 개도 가변 제어 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 차량의 운행에 따라 냉각수의 전기 전도도를 센싱하고 산출한다(단계 S510,S520).FIG. 5 is a flowchart illustrating a variable valve opening control process according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. Referring to FIG. 5, the electric conductivity of the cooling water is sensed and calculated according to the driving of the vehicle (steps S510 and S520).

산출된 전기 전도도가 특정값에 도달하였는지를 판단한다(단계 S530). It is determined whether the calculated electric conductivity has reached a specific value (step S530).

판단 결과, 특정값에 도달하였다면, 산출된 전기 전도도를 이용하여 제어 밸브의 개방 각도를 결정하고, 결정된 개방 각도로 제어 밸브를 가변 제어한다(단계 S550). 물론, 앞서 기술한 바와 같이, 특정값의 도달 여부이외에도 특정 조건에 의해 제어 밸브의 개방 각도를 결정하는 것도 가능하다.As a result of the determination, if the specific value is reached, the control valve is opened using the calculated electrical conductivity, and the control valve is variably controlled at the determined opening angle (step S550). Of course, as described above, it is also possible to determine the opening angle of the control valve according to a specific condition in addition to whether or not a specific value has been reached.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 실험 결과를 보여주는 데이터 표이다. 도 6을 참조하면, 밸브의 개도율에 따라 펌프 운전 RPM 및 시스템 냉각수 유량 증가에도 압력이 유지됨을 볼 수 있다.6 is a data table showing experimental results according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, it can be seen that the pressure is maintained even when the pump operation RPM and system cooling water flow rate increase according to the valve opening rate.

차량 전류 제한 도달(고출력 유지 운전) 시간이 증대한다. 즉, 혹서기 고 출력 운전 시, 냉각수 고온/고압으로 인한 차량 전류 제한 도달이 증대한다. 약 16s 이상이 된다.The time for reaching the vehicle current limit (high output maintaining operation) is increased. That is, during high-power high-output operation, the vehicle current limit due to the high temperature / high pressure of the cooling water increases. It becomes about 16s or more.

또한, 선택적 이온 필터링이 가능하다. 즉, 이온 수지의 고온 냉각수 접촉 시간 단축에 따른 이온 필터의 내구성이 개선된다. 약 1만km에서 최소 45% 이상 개선된다.In addition, selective ion filtering is possible. That is, the durability of the ion filter due to the shortening of the contact time of the ionic resin with the high temperature cooling water is improved. It is improved by at least 45% from about 10,000 km.

또한, 펌프 운전량 감소(펌프 운전량 감소하더라도, 방열 성능 개선)에 따른 차량 연비 절감 효과가 있다. 부연하면, 운전 rpm 10% 감소시켜도 방열 성능은 개선된다.In addition, there is an effect of reducing fuel efficiency of the vehicle due to reduction of pump operation amount (improvement of heat dissipation performance even when pump operation amount is reduced). In addition, if the operating rpm is reduced by 10%, the heat dissipation performance is improved.

또한, 연료 전지 스택 운전 조건(온도, 압력)에 항시 적합한 운전이 가능하여, 연료 전지 스택의 내구성 개선이 예상된다.In addition, it is possible to always operate the fuel cell stack under operating conditions (temperature, pressure), thereby improving the durability of the fuel cell stack.

300: 제어 밸브 개도 가변 제어 장치
310: 냉각수 이온 필터
311: 제어 밸브
320: 연료 전지 스택
330: 히터
340: 펌프
350: 3방 밸브
360: 라디에이터300: Control valve opening degree variable control device
310: Coolant water ion filter
311: Control valve
320: Fuel cell stack
330: Heater
340: pump
350: Three-way valve
360: Radiator

Claims (10)

라디에이터;
상기 라디에이터로부터 생성되는 냉각수를 순환시키는 펌프;
순환되는 냉각수의 유량을 조절하는 제어 밸브;
상기 순환되는 냉각수의 전기 전도도를 센싱하는 센서; 및
상기 전기 전도도를 이용하여 제어 밸브의 개도 각도를 결정하고 결정된 개도 각도에 따라 상기 제어 밸브를 가변 제어하는 연료 전지 차량 제어기;를 포함하되,
상기 제어 밸브는 특정 조건이 되면 차단되되, 압력 제한이 있으면, 상기 제어 밸브가 미리 설정된 개도 각도로 개방되는 것을 특징으로 하는 제어 밸브 개도 가변 제어 장치.
radiator;
A pump for circulating cooling water generated from the radiator;
A control valve for regulating the flow rate of the circulating cooling water;
A sensor for sensing electrical conductivity of the circulated cooling water; And
And a fuel cell vehicle controller that determines an opening angle of the control valve using the electrical conductivity and variably controls the control valve according to the determined opening angle,
Wherein the control valve is shut off when a specific condition is reached, and if there is a pressure restriction, the control valve is opened at a preset opening angle.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 밸브의 개도 각도는 상기 전기 전도도가 미리 설정된 특정값에 도달하면 상기 전기 전도도의 상승률을 기준으로 결정되는 것을 특징으로 하는 제어 밸브 개도 가변 제어 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the opening degree of the control valve is determined on the basis of an increasing rate of the electric conductivity when the electric conductivity reaches a preset specific value.
제 2 항에 있어서,
마지막 운행후 재운전 또는 일정시간 이상의 주차이면 상기 제어 밸브는 100%로 개방되고, 일정시간내의 운행후 재운전이면 상기 제어 밸브는 상기 100% 이하로 개방되는 것을 특징으로 하는 밸브 개도 가변 제어 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the control valve is opened to 100% when the vehicle is restarted after the last operation or when the vehicle is parked for a predetermined time or more, and the control valve is opened to 100% or less if the vehicle is restarted after traveling within a predetermined time.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 특정 조건은 혹서기 냉각수 온도가 상승하여 고온 전류 제한 발생이 예측되는 시점인 것을 특징으로 하는 제어 밸브 개도 가변 제어 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the specific condition is a time point at which the occurrence of the high temperature current limitation is predicted due to the rise of the cooling water temperature in the hot period.
차량의 운행에 따라 순환되는 냉각수의 전기 전도도를 센싱하는 단계;
상기 전기 전도도를 이용하여 제어 밸브의 개방 각도를 결정하는 단계; 및
결정된 개방 각도로 제어 밸브를 가변 제어하여 순환되는 냉각수의 유량을 조절하는 단계;를 포함하되,
상기 제어 밸브는 특정 조건이 되면 차단되되, 압력 제한이 있으면, 상기 제어 밸브가 미리 설정된 개도 각도로 개방되는 것을 특징으로 하는 제어 밸브 개도 가변 제어 방법.
Sensing electric conductivity of the cooling water circulated according to the driving of the vehicle;
Determining an opening angle of the control valve using the electrical conductivity; And
Controlling the flow rate of the circulating cooling water by variably controlling the control valve at a determined opening angle,
Wherein the control valve is shut off when a specific condition is reached, and if there is a pressure restriction, the control valve is opened at a preset opening angle.
제 6 항에 있어서,
상기 제어 밸브의 개도 각도는 상기 전기 전도도가 미리 설정된 특정값에 도달하면 상기 전기 전도도의 상승률을 기준으로 결정되는 것을 특징으로 하는 제어 밸브 개도 가변 제어 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the opening angle of the control valve is determined on the basis of an increasing rate of the electric conductivity when the electric conductivity reaches a preset specific value.
제 7 항에 있어서,
마지막 운행후 재운전 또는 일정시간 이상의 주차이면 상기 제어 밸브는 100%로 개방되고, 일정시간내의 운행후 재운전이면 상기 제어 밸브는 상기 100% 이하로 개방되는 것을 특징으로 하는 밸브 개도 가변 제어 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the control valve is opened to 100% when the vehicle is restarted after the last operation or when the vehicle is parked for a predetermined time or more, and the control valve is opened to 100% or less if the vehicle is restarted after traveling within a predetermined time.
삭제delete 제 6 항에 있어서,
상기 특정 조건은 혹서기 냉각수 온도가 상승하여 고온 전류 제한 발생이 예측되는 시점인 것을 특징으로 하는 제어 밸브 개도 가변 제어 방법.The method according to claim 6,
Wherein the specific condition is a timing at which the occurrence of the high temperature current limitation is predicted due to the rise of the cooling water temperature in the hot period.
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