KR102410516B1 - 연료전지 차량의 냉각시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

연료전지, 전장부품, 라디에이터 및 펌프가 연결된 메인라인에 바이패스 루프 및 제어밸브를 추가로 구성하여 여러가지 상황에서의 연동 제어로 냉각 성능 및 효율이 향상되는 연료전지 통합 냉각 시스템이 소개된다.

Description

연료전지 차량의 냉각시스템 및 그 제어방법{COOLING SYSTEM OF FUEL CELL AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 연료전지 차량에서 연료전지와 전장부품의 통합 냉각을 제시함으로써 차량의 연비 및 냉각 성능을 개선할 수 있는 연료전지 차량의 통합 냉각 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 연료전지 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이며, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다.
그중 연료전지 차량은 연료전지에서 수소와 산소를 반응시켜 전기에너지를 생성한다. 생성된 전기에너지는 연료전지 차량에서 자체 모터를 구동하여 차량의 동력원으로 사용하거나 또는 외부 전력 공급망에 연결하여 전기에너지를 가정집 또는 사무실, 공장 등에 제공하는 발전기능에 사용되어 진다.
스택에서 생성된 전기에너지가 차량의 구동에 사용되어 질 때에는 스택에서의 전기 발전시에 발생하는 발열을 냉각시켜 줘야 할 뿐만 아니라 차량을 구동하는 모터,인버터,컨버터 등의 전장 부품에서의 생성되는 발열도 냉각시켜 주어야 한다.
본 제안 기술 관련 종래기술의 연료전지 차량 냉각 시스템은 연료전지(스택) 냉각 시스템과 전장부품 냉각 시스템으로 각각 독립적으로 구성되어 있다. 연료전지 냉각 시스템은 고전압 냉각펌프를 이용하여 냉각수를 순환시켜 연료전지 스택을 냉각시키고 전장부품 냉각 시스템은 저전압 냉각펌프를 구동하여 MCU, 모터, 컨버터 등을 냉각시킨다.
그리고 두 냉각 시스템이 각각 독립적으로 구성되어 있어서 별도의 라디에이터로 구성되어 라디에이터 사이의 공간을 활용하지 못하고 냉각루프도 길며 패키지 구성도 복잡하다. 또한, 루프 자체가 각각 독립적으로 구성되어 있기 때문에 두 시스템상에 연동 제어가 불가능하며 각각의 자체 시퀀스에 따라 단순 제어를 하고 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-1610076 B
본 발명은 연료전지 차량의 냉각 성능을 개선하고 냉각 효율을 향상시켜 차량의 연비를 높이고, 이동식 발전시스템에서 가용파워를 증대시키는 연료전지 차량의 냉각 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 차량의 냉각시스템은 차량의 연료전지, 전장부품, 펌프, 라디에이터를 함께 연결하며 냉각수가 순환되는 메인라인; 냉각수가 흐르는 방향을 기준으로, 메인라인의 전장부품의 상류 지점에서 분기되어 메인라인의 전장부품의 하류 지점에서 합류된 전장 바이패스라인; 메인라인과 전장 바이패스라인의 분기 지점에 마련되며, 냉각수가 전장부품을 통과하거나 또는 전장 바이패스라인으로 흐르도록 제어하는 제1 제어밸브; 및 연료전지의 구동 발전모드 및 외부공급 발전모드를 제어하고, 연료전지의 외부공급 발전모드시 냉각수가 전장 바이패스라인으로 흘러 전장부품을 바이패스하도록 제1 제어밸브를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서 냉각수는 메인 라인에서 전장부품, 펌프, 연료전지, 라디에이터 순으로 순환할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서 전장 바이패스라인은 메인라인의 라디에이터와 전장부품 사이 지점에서 분기되어 메인라인의 전장부품과 펌프 사이 지점에서 합류될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 전장 바이패스라인 중간에서 분기되어 메인 라인의 연료전지와 라디에이터 사이 지점에 연결된 메인 바이패스 라인; 및 전장 바이패스라인과 메인 바이패스라인의 분기 지점에 마련되어 냉각수가 전장 바이패스라인을 통과하거나 메인 바이패스라인을 통과하도록 하는 제2 제어밸브;를 더 포함하고, 제어부는 차량의 냉각수 승온모드시 냉각수가 전장부품, 펌프 및 연료전지를 순환하여 냉각수가 승온되도록 제1 제어밸브 및 제2 제어밸브를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 냉각수가 흐르는 방향을 기준으로, 메인 라인의 연료전지의 상류 지점에서 분기되어 메인 라인의 연료전지의 하류 지점에서 합류된 연료전지 바이패스라인; 및 메인라인과 연료전지 바이패스라인의 분기 지점에 마련되어 냉각수가 연료전지를 통과하거나 또는 연료전지를 바이패스하도록 하는 제3 제어밸브;를 더 포함하고, 제어부는 전장부품 고온모드시 냉각수가 연료전지 바이패스라인으로 흘러 연료전지를 바이패스하도록 제3 제어밸브를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 전장 바이패스라인 중간에서 분기되어 연료전지와 라디에이터 사이에 합류된 메인 바이패스 라인; 전장 바이패스라인과 메인 바이패스라인의 분기 지점에 마련되어 냉각수가 전장 바이패스라인을 통과하거나 메인 바이패스라인을 통과하도록 하는 제2 제어밸브; 펌프와 연료전지 사이에서 분기되어 메인 바이패스라인 중간 지점에서 합류하는 연료전지 바이패스라인; 및 연료전지의 상류측 분기 지점에 마련되어 냉각수가 연료전지를 통과하거나 또는 연료전지를 바이패스하도록 하는 제3 제어밸브;를 더 포함하고, 제어부는 차량의 냉각수 승온모드시 냉각수가 전장부품, 펌프 및 연료전지를 순환하여 냉각수가 승온되도록 제2 제어밸브를 제어하고, 전장부품 고온모드시 냉각수가 연료전지 바이패스라인으로 흘러 연료전지를 바이패스하도록 제3 제어밸브를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 연료전지의 구동 발전모드시 펌프의 RPM을 제1 RPM, 연료전지의 외부공급 발전모드시 펌프의 RPM을 제2 RPM으로 할 때, 제어부에서 제1 RPM은 제2 RPM보다 크게 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 연료전지의 외부공급 발전모드시 펌프의 RPM을 제2 RPM, 차량의 냉각수 승온모드시 펌프의 RPM을 제3 RPM으로 할 때, 제어부에서 제2 RPM은 제3 RPM보다 크게 제어할 수 있다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 차량의 냉각시스템 제어방법은 연료전지의 구동 발전모드인지 외부공급 발전모드인지 판단하는 단계; 및 연료전지의 외부공급 발전모드로 판단된 경우, 냉각수가 전장 바이패스라인으로 흘러 전장부품을 바이패스하도록 제1 제어밸브를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 냉각수 승온모드인지 여부를 판단하는 단계; 및 냉각수 승온모드로 판단된 경우, 냉각수가 전장부품, 펌프 및 연료전지를 순환하도록 제1 제어밸브 및 제2 제어밸브를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 전장부품 고온모드인지 여부를 판단하는 단계; 및 전장부품 고온모드로 판단된 경우, 냉각수가 연료전지 바이패스라인으로 흘러 연료전지를 바이패스하도록 제3 제어밸브를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 연료전지의 구동 발전모드인지 외부공급 발전모드인지 판단하는 단계; 연료전지의 외부공급 발전모드로 판단된 경우, 냉각수가 전장 바이패스라인으로 흘러 전장부품을 바이패스하도록 제1 제어밸브를 제어하는 단계; 냉각수 승온모드인지 여부를 판단하는 단계; 냉각수 승온모드로 판단된 경우, 냉각수가 전장부품, 펌프 및 연료전지를 순환하도록 제1 제어밸브 및 제2 제어밸브를 제어하는 단계; 전장부품 고온모드인지 여부를 판단하는 단계; 및 전장부품 고온모드로 판단된 경우, 냉각수가 연료전지 바이패스라인으로 흘러 연료전지를 바이패스하도록 제3 제어밸브를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상술한 연료전지 차량의 냉각 시스템 및 그 제어방법에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 스택 냉각 시스템과 전장 냉각 시스템을 연동제어하여 이동식 발전 시스템으로 이용시, 냉시동시, 고온의 외기환경 등 여러 가지 상황에서 냉각 성능을 향상시키고, 연비를 향상시킨다.
둘째, 라디에이터의 통합으로 라디에이터를 구성하는 공간을 절약하고, 이에 따라 라디에이터 간의 공간을 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 냉각 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 냉각 시스템의 제어방법 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 냉각 시스템의 펌프 RPM 제어 맵이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 냉각 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 연료전지 차량의 냉각시스템은 차량의 연료전지(40), 전장부품(30), 펌프(20), 라디에이터(10)를 함께 연결하며 냉각수가 순환되는 메인라인; 냉각수가 흐르는 방향을 기준으로, 메인라인의 전장부품의 상류 지점에서 분기되어 메인라인의 전장부품의 하류 지점에서 합류된 전장 바이패스라인(50); 메인라인과 전장 바이패스라인의 분기 지점에 마련되며, 냉각수가 전장부품을 통과하거나 또는 전장 바이패스라인으로 흐르도록 제어하는 제1 제어밸브(80); 및 연료전지의 구동 발전모드 및 외부공급 발전모드를 제어하고, 연료전지의 외부공급 발전모드시 냉각수가 전장 바이패스라인으로 흘러 전장부품을 바이패스하도록 제1 제어밸브를 제어하는 제어부(미도시);를 포함한다.
메인라인은 차량의 연료전지(40), 전장부품(30), 펌프(20), 라디에이터(10)를 함께 연결하며 냉각수가 순환되도록 할 수 있다. 전장부품(30)은 MCU(Motor Control Unit), 모터, 컨버터 등이 포함되는 개념이고, 연료전지(40)는 스택 등 전력 발전에 이용되는 것을 의미하는 개념이다.
특히, 메인라인은 냉각수가 전장부품(30), 펌프(20), 연료전지(40), 라디에이터(10) 순으로 순환하도록 구성될 수 있다.
전장 바이패스라인(50)은 냉각수가 흐르는 방향을 기준으로, 메인라인의 전장부품(30)의 상류 지점에서 분기되어 메인라인의 전장부품(30)의 하류 지점에서 합류될 수 있다.
구체적으로는, 전장 바이패스라인(50)은 메인라인의 라디에이터(10)와 전장부품(30) 사이 지점에서 분기되어 메인라인의 전장부품(30)과 펌프(20) 사이 지점에서 합류될 수 있다.
제1 제어밸브(80)는 메인라인과 전장 바이패스라인(50)의 분기 지점에 마련되며, 냉각수가 전장부품(30)을 통과하거나 또는 전장 바이패스라인(50)으로 흐르도록 제어할 수 있다.
제어부(미도시)는 연료전지의 구동 발전모드 및 외부공급 발전모드를 제어하고, 연료전지가 외부공급 발전모드인 경우에 냉각수가 전장 바이패스라인(50)으로 흘러 전장부품(30)을 바이패스하도록 제1 제어밸브(80)를 제어한다.
구체적으로, 제1 제어밸브(80)는 3-way valve를 이용할 수 있고, 연료전지가 외부공급 발전모드인 경우에 전장부품으로 흐르는 방향의 밸브(81)를 차단하고, 전장 바이패스라인 방향 밸브(82) 및 라디에이터 방향 밸브(83)를 개방하도록 제어하여 냉각수가 전장부품을 전장 바이패스라인(50)으로 흘러 전장부품(30)을 바이패스하도록 제어할 수 있다.
이를 통해, 연료전지가 외부 공급 발전기로 이용되는 경우 전장부품의 냉각은 거의 필요하지 않고 연료전지의 냉각이 집중적으로 필요한 경우에 연료전지 냉각을 집중적으로 하는 냉각수의 순환이 가능하다. 따라서, 냉각의 한계로 인한 연료전지의 발전 한계를 극복하여, 발전 성능을 향상시킬 수 있다.
메인 바이패스 라인(60)은 전장 바이패스라인(50) 중간에서 분기되어 메인 라인의 연료전지(40)와 라디에이터(10) 사이 지점에 연결되도록 할 수 있다.
또한, 제2 제어밸브(90)는 전장 바이패스라인(50)과 메인 바이패스라인(60)의 분기 지점에 마련되어 냉각수가 전장 바이패스라인(50)을 통과하거나 메인 바이패스라인(60)을 통과하도록 하도록 할 수 있다.
구체적으로, 제1 제어밸브(80)에서 제2 제어밸브(90) 사이의 전장 바이패스라인(51)로 흐르는 냉각수가 제2 제어밸브(90)에서 전장부품(30)과 펌프(20) 사이로 연결되는 전장 바이패스라인(52)를 통과하거나, 메인 바이패스라인(60)을 통과하도록 제어할 수 있다.
연료전지가 냉시동시와 같이 냉각수를 승온시켜야 하는 냉각수 승온모드인 경우에 제어부(미도시)는 차량의 냉각수 승온모드시 냉각수가 전장부품(30), 펌프(20) 및 연료전지(40)를 순환하여 냉각수가 승온되도록 제1 제어밸브(80) 및 제2 제어밸브(90)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제1 제어밸브(80) 및 제2 제어밸브(90)는 3-way valve를 이용할 수 있고, 제1 제어밸브(80)는 라디에이터 방향 밸브(83)를 차단하고, 전장 바이패스라인 방향 밸브(82) 및 라디에이터 방향 밸브(83)를 개방하도록 제어하고, 제2 제어밸브(90)에서 전장부품(30)과 펌프(20) 사이로 연결되는 전장 바이패스라인(52) 방향의 밸브(92)를 차단하고, 제1 제어밸브(80)와 연결되는 전장 바이패스라인(51) 방향 밸브(91) 및 메인 바이패스라인(60) 방향 밸브(93)을 개방하도록 제어할 수 있다.
이로써, 냉각수를 승온시킬 때 연료전지(40)의 발열뿐만 아니라, 전장부품(30)의 발열까지 추가로 이용하여 냉각수의 승온 시간을 단축할 수 있고, 펌프(20)를 통해 냉각수를 약하게 돌려줌으로써 냉각수 온도차를 줄여 온도차가 큰 냉각수가 급격히 연료전지(40)로 들어와 출력을 제한하는 현상을 방지할 수 있다.
연료전지 바이패스라인(70, 62)은 냉각수가 흐르는 방향을 기준으로, 메인 라인의 연료전지(40)의 상류 지점에서 분기되어 메인 라인의 연료전지(40)의 하류 지점에서 합류되도록 할 수 있다.
또한, 제3 제어밸브(100)는 메인라인과 연료전지 바이패스라인(70, 62)의 분기 지점에 마련되어 냉각수가 연료전지(40)를 통과하거나 또는 연료전지를 바이패스하도록 할 수 있다.
외기 환경이 고온일 경우와 같은 전장부품 고온모드시 제어부(미도시)는 냉각수가 연료전지 바이패스라인으로 흘러 연료전지를 바이패스하도록 제3 제어밸브(100)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제3 제어밸브(100)는 3-way valve를 이용할 수 있고, 제3 제어밸브(100)는 연료전지(40) 방향 밸브(103)를 차단하고, 펌프(20) 방향 밸브(101) 및 연료전지 바이패스라인(70, 62) 방향 밸브(102)를 개방하도록 제어할 수 있다. 이때, 제1 제어밸브(80)는 전장 바이패스라인 방향 밸브(82)를 차단하고, 라디에이터 방향 밸브(83) 및 라디에이터 방향 밸브(83)를 개방하도록 유지될 수 있다.
다른 실시예로서, 연료전지 바이패스라인(70)은 펌프(20)와 연료전지(40) 사이에서 분기되어 메인 바이패스라인(60) 중간 지점에서 합류하고, 제3 제어밸브(100)는 연료전지(40)의 상류측 분기 지점에 마련되어 냉각수가 연료전지(40)를 통과하거나 또는 연료전지를 바이패스하도록 할 수 있다. 여기서, 연료전지 바이패스라인(70)이 메인 바이패스라인(60) 중간으로 합류하는 지점에 의하여 메인 바이패스라인(60)은 제2 제어밸브(90) 방향의 메인 바이패스라인(61)과 연료전지(40)와 라디에이터(10) 사이 지점 방향의 메인 바이패스라인(62)로 구분된다.
여기서 제어부(미도시)는 연료전지의 외부공급 발전모드시 냉각수가 전장 바이패스라인으로 흘러 전장부품을 바이패스하도록 제1 제어밸브를 제어하고, 차량의 냉각수 승온모드시 냉각수가 전장부품(30), 펌프(20) 및 연료전지를 순환하여 냉각수가 승온되도록 제1 제어밸브(80) 및 제2 제어밸브(90)를 제어하고, 전장부품 고온모드시 냉각수가 연료전지 바이패스라인으로 흘러 연료전지를 바이패스하도록 제3 제어밸브(100)를 제어하도록 할 수 있다. 이때 제어하는 밸브 외의 다른 밸브들은 냉각수가 메인라인을 통하여 흐를 때의 상태로 유지될 수 있다.
이를 통해, 고온의 외기환경에서 주행할 때와 같이 전장부품이 고온인 경우, 전장부품을 추가 냉각하여 연료전지 차량의 출력이 제한되거나 정지시키는 현상을 방지할 수 있다.
제어부(미도시)에서 펌프(20)를 제어함에 있어서, 연료전지의 구동 발전모드시 펌프(20)의 RPM을 제1 RPM, 연료전지의 외부공급 발전모드시 펌프(20)의 RPM을 제2 RPM으로 할 때, 제어부(미도시)에서 제1 RPM은 제2 RPM보다 크게 제어하도록 할 수 있다. 연료전지의 구동 발전모드에서는 전장부품(30)과 연료전지(40) 모두를 냉각해야 하지만, 연료전지의 외부공급 발전모드에서는 연료전지(40)만을 냉각하기 때문이다.
제어부(미도시)에서 펌프(20)를 제어함에 있어서, 연료전지의 외부공급 발전모드시 펌프(20)의 RPM을 제2 RPM, 차량의 냉각수 승온모드시 펌프(20)의 RPM을 제3 RPM으로 할 때, 제어부(미도시)에서 제2 RPM은 제3 RPM보다 크게 제어하도록 할 수 있다. 차량의 냉각수 승온모드에서는 냉각수가 라디에이터를 거치지 않는 모드로, 냉각수의 순환이 거의 필요하지 않기 때문이고, 이때 펌프(20)의 RPM을 최소로 설정할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 냉각시스템의 제어방법 순서도이다
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 연료전지 차량의 냉각시스템 제어방법은 연료전지의 구동 발전모드인지 외부공급 발전모드인지 판단하는 단계(S100); 및 연료전지의 외부공급 발전모드로 판단된 경우, 냉각수가 전장 바이패스라인으로 흘러 전장부품을 바이패스하도록 제1 제어밸브를 제어하는 단계(S110);를 포함할 수 있다.
구체적으로, 연료전지의 구동 발전모드인지 외부공급 발전모드인지 판단하는 단계(S100)는 연료전지에서 외부로 전력을 공급하는 연결 여부를 판단하는 센서를 이용할 수 있다. 연료전지가 구동 발전모드인 경우에는 메인라인으로 냉각수가 순환하도록 할 수 있고, 외부공급 발전모드로 판단된 경우에는 냉각수가 전장 바이패스라인으로 흘러 전장부품을 바이패스하도록 제1 제어밸브를 제어하는 단계(S110)로 진입한다. 이 단계에서는 제1 제어밸브에서 전장부품 방향의 밸브를 차단하고, 전장 바이패스라인으로 냉각수가 흐르도록 제어할 수 있다.
연료전지 차량의 냉각시스템 제어방법의 다른 실시예는 냉각수 승온모드인지 여부를 판단하는 단계(S200); 및 냉각수 승온모드로 판단된 경우, 냉각수가 전장부품, 펌프 및 연료전지를 순환하도록 제1 제어밸브 및 제2 제어밸브를 제어하는 단계(S210);를 포함할 수 있다.
구체적으로, 냉각수 승온모드인지 여부를 판단하는 단계(S200)는 냉시동시인지 여부를 판단하거나, 냉각수의 온도를 측정하여 판단할 수 있다. 연료전지가 냉각수 승온모드로 판단된 경우, 냉각수가 전장부품, 펌프 및 연료전지를 순환하도록 제1 제어밸브 및 제2 제어밸브를 제어하는 단계(S210)로 진입한다. 이 단계에서는 제1 제어밸브에서 라디에이터 방향의 밸브를 차단하고, 제2 제어밸브에서 펌프와 전장부품 사이 방향의 밸브를 차단하도록 제어할 수 있다.
연료전지 차량의 냉각시스템 제어방법의 다른 실시예는 전장부품 고온모드인지 여부를 판단하는 단계(S300); 및 전장부품 고온모드로 판단된 경우, 냉각수가 연료전지 바이패스라인으로 흘러 연료전지를 바이패스하도록 제1제어밸브 및 제3 제어밸브를 제어하는 단계(S310);를 포함할 수 있다.
구체적으로, 전장부품 고온모드인지 여부를 판단하는 단계(S300)는 외기 환경의 온도를 측정하거나, 전장부품의 온도 또는 냉각수 온도를 측정하여 판단할 수 있다. 전장부품 고온모드로 판단된 경우, 냉각수가 연료전지 바이패스라인으로 흘러 연료전지를 바이패스하도록 제3 제어밸브를 제어하는 단계(S310)로 진입한다. 이 단계에서는 제3 제어밸브에서 연료전지 방향의 밸브를 차단하도록 제어할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이 상기 설명한 외부 발전 모드인지 여부, 냉각수 승온모드인지 여부 및 전장부품 고온 모드인지 여부를 모두 고려한 제어방법은 연료전지의 구동 발전모드인지 외부공급 발전모드인지 판단하는 단계(S100); 연료전지의 외부공급 발전모드로 판단된 경우, 냉각수가 전장 바이패스라인으로 흘러 전장부품을 바이패스하도록 제1 제어밸브를 제어하는 단계(S110); 냉각수 승온모드인지 여부를 판단하는 단계(S200); 냉각수 승온모드로 판단된 경우, 냉각수가 전장부품, 펌프 및 연료전지를 순환하도록 제1 제어밸브 및 제2 제어밸브를 제어하는 단계(S210); 전장부품 고온모드인지 여부를 판단하는 단계(S300); 및 전장부품 고온모드로 판단된 경우, 냉각수가 연료전지 바이패스라인으로 흘러 연료전지를 바이패스하도록 제3 제어밸브를 제어하는 단계(S310);를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 냉각 시스템의 펌프 RPM 제어 맵이다.
도 3을 추가로 참조하면, 외부 발전 모드의 경우 전장 바이패스라인으로 냉각수가 흐르는 경우 전장부품을 바이패스하고 스택만을 냉각하는 것이므로 냉각시스템의 펌프는 제2 RPM으로 제어할 수 있다(S120). 즉, 스택 온도에 따라 스택만을 냉각하는 RPM으로 펌프를 제어할 수 있다.
냉각수 승온모드에서는 라디에이터에 의한 냉각을 하지 않고, 전장부품과 연료전지 사이에서 냉각수를 순환하는 것이므로 냉각시스템의 펌프는 제3 RPM으로 제어할 수 있다(S220). 즉, 최저 RPM에 가까운 RPM으로 펌프를 제어하여 냉각수를 순환하고, 이에 따라 불필요한 펌프의 소모동력을 줄일 수 있다.
상기 판단의 결과 외부 발전 모드, 냉각수 승온모드 또는 전장부품 고온 모드 중 어디에도 해당하지 않는 경우는 냉각수가 전장부품 및 연료전지를 모두 냉각해야하는 일반적인 상황에 해당하므로 제1 RPM으로 펌프를 제어한다(S400).
여기서, 연료전지의 구동 발전모드인지 외부공급 발전모드인지 판단하고 제1 제어밸브를 제어하는 단계, 냉각수 승온모드인지 여부를 판단하고 제1 제어밸브 및 제2 제어밸브를 제어하는 단계 및 전장부품 고온모드인지 여부를 판단하고 제3 제어밸브를 제어하는 단계는 각각 개별적으로 독립적일 수 있고, 순서대로 진행해야하는 것은 아니다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 : 라디에이터 20 : 펌프
30 : 전장부품 40 : 연료전지
50 : 전장 바이패스라인 60 : 메인 바이패스라인
70 : 연료전지 바이패스라인 80 : 제1 제어밸브
90 : 제2 제어밸브 100 : 제3 제어밸브

Claims (12)

  1. 차량의 연료전지, 전장부품, 펌프, 라디에이터를 함께 연결하며 냉각수가 순환되는 메인라인;
    냉각수가 흐르는 방향을 기준으로, 메인라인의 전장부품의 상류 지점에서 분기되어 메인라인의 전장부품의 하류 지점에서 합류된 전장 바이패스라인;
    메인라인과 전장 바이패스라인의 분기 지점에 마련되며, 냉각수가 전장부품을 통과하거나 또는 전장 바이패스라인으로 흐르도록 제어하는 제1 제어밸브; 및
    연료전지의 구동 발전모드 및 외부공급 발전모드를 제어하고, 연료전지의 외부공급 발전모드시 냉각수가 전장 바이패스라인으로 흘러 전장부품을 바이패스하도록 제1 제어밸브를 제어하는 제어부;를 포함하는 연료전지 차량의 냉각시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    냉각수는 메인 라인에서 전장부품, 펌프, 연료전지, 라디에이터 순으로 순환하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 냉각시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    전장 바이패스라인은 메인라인의 라디에이터와 전장부품 사이 지점에서 분기되어 메인라인의 전장부품과 펌프 사이 지점에서 합류되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 냉각시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    전장 바이패스라인 중간에서 분기되어 메인 라인의 연료전지와 라디에이터 사이 지점에 연결된 메인 바이패스 라인; 및
    전장 바이패스라인과 메인 바이패스라인의 분기 지점에 마련되어 냉각수가 전장 바이패스라인을 통과하거나 메인 바이패스라인을 통과하도록 하는 제2 제어밸브;를 더 포함하고,
    제어부는 차량의 냉각수 승온모드시 냉각수가 전장부품, 펌프 및 연료전지를 순환하여 냉각수가 승온되도록 제1 제어밸브 및 제2 제어밸브를 제어하는 연료전지 차량의 냉각시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    냉각수가 흐르는 방향을 기준으로, 메인 라인의 연료전지의 상류 지점에서 분기되어 메인 라인의 연료전지의 하류 지점에서 합류된 연료전지 바이패스라인; 및
    메인라인과 연료전지 바이패스라인의 분기 지점에 마련되어 냉각수가 연료전지를 통과하거나 또는 연료전지를 바이패스하도록 하는 제3 제어밸브;를 더 포함하고,
    제어부는 전장부품 고온모드시 냉각수가 연료전지 바이패스라인으로 흘러 연료전지를 바이패스하도록 제3 제어밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 냉각시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    전장 바이패스라인 중간에서 분기되어 연료전지와 라디에이터 사이에 합류된 메인 바이패스 라인;
    전장 바이패스라인과 메인 바이패스라인의 분기 지점에 마련되어 냉각수가 전장 바이패스라인을 통과하거나 메인 바이패스라인을 통과하도록 하는 제2 제어밸브;
    펌프와 연료전지 사이에서 분기되어 메인 바이패스라인 중간 지점에서 합류하는 연료전지 바이패스라인; 및
    연료전지의 상류측 분기 지점에 마련되어 냉각수가 연료전지를 통과하거나 또는 연료전지를 바이패스하도록 하는 제3 제어밸브;를 더 포함하고,
    제어부는 차량의 냉각수 승온모드시 냉각수가 전장부품, 펌프 및 연료전지를 순환하여 냉각수가 승온되도록 제1 제어밸브 및 제2 제어밸브를 제어하고, 전장부품 고온모드시 냉각수가 연료전지 바이패스라인으로 흘러 연료전지를 바이패스하도록 제3 제어밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 냉각시스템.
  7. 청구항 1항에 있어서,
    연료전지의 구동 발전모드시 펌프의 RPM을 제1 RPM, 연료전지의 외부공급 발전모드시 펌프의 RPM을 제2 RPM으로 할 때,
    제어부에서 제1 RPM은 제2 RPM보다 크게 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 냉각시스템.
  8. 청구항 4항에 있어서,
    연료전지의 외부공급 발전모드시 펌프의 RPM을 제2 RPM, 차량의 냉각수 승온모드시 펌프의 RPM을 제3 RPM으로 할 때,
    제어부에서 제2 RPM은 제3 RPM보다 크게 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 냉각시스템.
  9. 청구항 1의 연료전지 차량의 냉각시스템을 이용한 제어 방법에 있어서,
    연료전지의 구동 발전모드인지 외부공급 발전모드인지 판단하는 단계; 및
    연료전지의 외부공급 발전모드로 판단된 경우, 냉각수가 전장 바이패스라인으로 흘러 전장부품을 바이패스하도록 제1 제어밸브를 제어하는 단계;를 포함하는 연료전지 차량의 냉각시스템 제어방법.
  10. 청구항 4의 연료전지 차량의 냉각시스템을 이용한 제어 방법에 있어서,
    냉각수 승온모드인지 여부를 판단하는 단계; 및
    냉각수 승온모드로 판단된 경우, 냉각수가 전장부품, 펌프 및 연료전지를 순환하도록 제1 제어밸브 및 제2 제어밸브를 제어하는 단계;를 포함하는 연료전지 차량의 냉각시스템 제어방법.
  11. 청구항 5의 연료전지 차량의 냉각시스템을 이용한 제어 방법에 있어서,
    전장부품 고온모드인지 여부를 판단하는 단계; 및
    전장부품 고온모드로 판단된 경우, 냉각수가 연료전지 바이패스라인으로 흘러 연료전지를 바이패스하도록 제3 제어밸브를 제어하는 단계;를 포함하는 연료전지 차량의 냉각시스템 제어방법.
  12. 청구항 6의 연료전지 차량의 냉각시스템을 이용한 제어 방법에 있어서,
    연료전지의 구동 발전모드인지 외부공급 발전모드인지 판단하는 단계;
    연료전지의 외부공급 발전모드로 판단된 경우, 냉각수가 전장 바이패스라인으로 흘러 전장부품을 바이패스하도록 제1 제어밸브를 제어하는 단계;
    냉각수 승온모드인지 여부를 판단하는 단계;
    냉각수 승온모드로 판단된 경우, 냉각수가 전장부품, 펌프 및 연료전지를 순환하도록 제1 제어밸브 및 제2 밸브를 제어하는 단계;
    전장부품 고온모드인지 여부를 판단하는 단계; 및
    전장부품 고온모드로 판단된 경우, 냉각수가 연료전지 바이패스라인으로 흘러 연료전지를 바이패스하도록 제3 제어밸브를 제어하는 단계;를 포함하는 연료전지 차량의 냉각시스템 제어방법.

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