KR102441241B1 - Heat management module of fuel cell electric vehicle - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 차량의 열관리 모듈에 관한 것으로서, 연료전지 차량의 열관리 시스템에서 온도제어밸브, 바이패스밸브, COD 히터, 매니폴드 및 제어기를 일체로 모듈화함으로써 콤팩트한 설계가 가능하고 주변 구조와의 간섭을 최소화할 수 있다는 이점이 있다.The present invention relates to a thermal management module for a fuel cell vehicle, and by integrating a temperature control valve, a bypass valve, a COD heater, a manifold, and a controller in a thermal management system for a fuel cell vehicle, a compact design is possible and There is an advantage that interference can be minimized.

Description

연료전지 차량의 열관리 모듈{HEAT MANAGEMENT MODULE OF FUEL CELL ELECTRIC VEHICLE}Thermal management module of fuel cell vehicle {HEAT MANAGEMENT MODULE OF FUEL CELL ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 연료전지 차량의 열관리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지 차량의 열관리 시스템에 포함되는 온도제어밸브, 바이패스 밸브, COD 히터, 매니폴드 및 제어기를 일체로 형성한 연료전지 차량의 열관리 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a thermal management module for a fuel cell vehicle, and more particularly, to a fuel cell vehicle in which a temperature control valve, a bypass valve, a COD heater, a manifold, and a controller included in a thermal management system of a fuel cell vehicle are integrally formed. It is about the thermal management module.

연료전지 차량은 화학반응을 통해 전기를 얻는 연료전지를 이용한 차량으로서, 연료로서 수소를 이용하는 수소 연료전지 차량이 대표적이다.A fuel cell vehicle is a vehicle using a fuel cell that obtains electricity through a chemical reaction, and a hydrogen fuel cell vehicle using hydrogen as a fuel is representative.

수소 연료전지 차량은 수백 개의 얇은 연료전지가 하나의 묶음으로 구성되어 있는 스택(stack) 내부에 산소와 수소를 전달하여 촉매를 거치게 함으로써 전기 에너지를 얻는 차량이다.A hydrogen fuel cell vehicle is a vehicle that obtains electrical energy by passing oxygen and hydrogen through a catalyst inside a stack composed of hundreds of thin fuel cells.

이러한 수소 연료전지 차량은 연료 순환 시스템, 공기 순환 시스템 및 열관리 시스템을 구비하고 있다.Such a hydrogen fuel cell vehicle includes a fuel circulation system, an air circulation system, and a thermal management system.

이 중 열관리 시스템은 냉각수를 이용하여 연료전지에서 발생하는 열을 냉각하거나 냉시동성을 확보하기 위해 냉각수의 온도를 급속으로 상승시키는 기능을 수행하게 되며, 온도제어밸브와 바이패스밸브로 구성되는 밸브 유닛, COD 히터, 라디에이터, 전동 워터 펌프(EWP), 이온 필터, 공조히터, 및 제어부 등으로 이루어지게 된다.Among them, the thermal management system uses cooling water to cool the heat generated from the fuel cell or to rapidly increase the temperature of the cooling water to secure cold startability. A valve unit composed of a temperature control valve and a bypass valve , a COD heater, a radiator, an electric water pump (EWP), an ion filter, an air conditioning heater, and a control unit.

이와 같이, 상기 열관리 시스템을 통해 연료전지 시스템의 효율 향상 및 내구 신뢰성을 확보할 수 있다.In this way, it is possible to improve the efficiency of the fuel cell system and secure durability and reliability through the thermal management system.

도 1a 내지 도 1c에 도시한 바와 같이, 연료전지 차량의 열관리 시스템은 대표적으로 3가지 모드(방열모드, 스택 온도제어모드, 승온(가열)모드)를 포함하는 것이 일반적이다.1A to 1C , the thermal management system of a fuel cell vehicle typically includes three modes (a heat dissipation mode, a stack temperature control mode, and a temperature increase (heating) mode).

도 1a에 도시된 바와 같이, 방열모드는 냉각수가 (스택 → 라디에이터 → 온도제어밸브 → 전동 워터 펌프 → 바이패스 밸브 → 스택)의 순서로 이동하면서 스택을 냉각한 후 방열되는 경로와, 바이패스 밸브로 유입되는 냉각수 중 일부가 분기되어 (스택 → 라디에이터 → 온도제어밸브 → 전동 워터 펌프 → 바이패스 밸브 → 공조히터 → 이온필터 → 온도제어밸브)의 순서로 이동하면서 흡열되는 경로를 가진다.As shown in Fig. 1a, the heat dissipation mode is a path in which the cooling water moves in the order of (stack → radiator → temperature control valve → electric water pump → bypass valve → stack), cooling the stack and then dissipating heat, and the bypass valve Some of the coolant flowing into the system is branched (stack → radiator → temperature control valve → electric water pump → bypass valve → air conditioning heater → ion filter → temperature control valve) and has a path where heat is absorbed while moving in the order.

또한, 도 1b에 도시된 바와 같이, 스택 온도제어모드는, 냉각수가 (스택 → 라디에이터 → 온도제어밸브 → 전동 워터 펌프 → 바이패스 밸브 → 스택)의 순서로 이동하면서 스택을 냉각한 후 방열되는 경로와, 바이패스 밸브로 유입되는 냉각수 중 일부가 분기되어 (스택 → 라디에이터 → 온도제어밸브 → 전동 워터 펌프 → 바이패스 밸브 → 공조히터 → 이온필터 → 온도제어밸브)의 순서로 이동하면서 흡열되는 경로를 가지는 제1 경로와, 상기 스택으로부터 나온 냉각수의 일부가 분기되어 (스택 → 온도제어밸브 → 전동 워터 펌프 → 바이패스 밸브 → 스택)의 순서로 이동하면서 스택을 냉각한 후 방열되는 경로와, 바이패스 밸브로 유입되는 냉각수 중 일부가 분기되어 (스택 → 온도제어밸브 → 전동 워터 펌프 → 바이패스 밸브 → 공조히터 → 이온필터 → 온도제어밸브)의 순서로 이동하면서 흡열되는 경로를 가지는 제2 경로를 가지며, 온도제어밸브에서 스택으로부터 나와 제1 경로를 통한 냉각수와 제2 경로를 통한 냉각수가 합류되는 구성을 가진다.In addition, as shown in FIG. 1B , in the stack temperature control mode, the cooling water moves in the order of (stack → radiator → temperature control valve → electric water pump → bypass valve → stack) and cools the stack and then radiates heat. And, some of the coolant flowing into the bypass valve is branched (stack → radiator → temperature control valve → electric water pump → bypass valve → air conditioning heater → ion filter → temperature control valve) and moves in the order of absorbing heat. The branch has a first path, a path in which a part of the cooling water from the stack is branched and moves in the order of (stack → temperature control valve → electric water pump → bypass valve → stack), cooling the stack and then dissipating heat; Part of the coolant flowing into the valve is branched (stack → temperature control valve → electric water pump → bypass valve → air conditioning heater → ion filter → temperature control valve) and has a second path having a path where heat is absorbed , has a configuration in which the cooling water through the first path and the cooling water through the second path are joined from the stack from the temperature control valve.

또한, 승온모드는 냉각수가 (온도제어밸브 → 전동 워터 펌프 → 바이패스 밸브 → COD 히터 → 온도제어밸브)의 순서로 이동하면서 스택을 가열하여 냉기동성을 유도하는 구성을 가진다.In addition, in the temperature increase mode, the cooling water moves in the order (temperature control valve → electric water pump → bypass valve → COD heater → temperature control valve) and heats the stack to induce cold maneuverability.

전술한 구성에서, 이온 필터는 냉각수로부터 금속이온 제거하여 냉각수의 전기전도도를 저감시키기 위한 공지의 구성요소이다.In the above configuration, the ion filter is a known component for reducing the electrical conductivity of the cooling water by removing metal ions from the cooling water.

그러나, 종래에는 열관리 시스템을 포함하는 온도제어밸브, 바이패스밸브, COD 히터 및 제어부가 독립적으로 마련되어야 했으므로 차량 내에서 공간적 배치 설계가 용이하지 않은 단점이 있었다.However, in the prior art, since the temperature control valve, the bypass valve, the COD heater, and the control unit including the thermal management system had to be independently provided, it was difficult to design the spatial arrangement in the vehicle.

따라서, 차지하는 공간이 많아질 수밖에 없고 주변 구조와의 간섭의 가능성도 있으며 추가 설계에 따르는 인적 및 시간적 낭비 요소가 상존하였다.Therefore, the space occupied is inevitably increased, there is a possibility of interference with the surrounding structures, and there is always a human and time waste factor due to the additional design.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연료전지 차량의 열관리 시스템을 구성하는 온도제어밸브, 바이패스밸브, COD 히터 및 제어부를 일체로 구성하여 콤팩트한 설계가 가능하고 주변 구조와의 간섭을 최소화할 수 있으며 유지보수가 편리한 연료전지 차량의 열관리 모듈을 제공하는데 있다.The present invention has been devised to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to integrate a temperature control valve, a bypass valve, a COD heater and a control unit constituting a thermal management system of a fuel cell vehicle in a compact form. An object of the present invention is to provide a thermal management module for a fuel cell vehicle that can be designed, can minimize interference with surrounding structures, and is easy to maintain.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 연료전지 차량의 열관리 모듈은,In order to achieve the above object, the thermal management module of the fuel cell vehicle according to the present invention,

냉각수가 통과하기 위한 복수의 유입구와 유출구를 구비하는 모듈 하우징;a module housing having a plurality of inlets and outlets for cooling water to pass therethrough;

상기 모듈 하우징의 내부에 설치되어 일방향을 따라 연장되며, 상기 일방향을 중심으로 회전하는 밸브를 구비하여 상기 복수의 유입구와 유출구 중 적어도 일부의 개폐를 단속하는 통합 밸브 조립체;an integrated valve assembly installed inside the module housing and extending in one direction, the integrated valve assembly having a valve rotating about the one direction to control opening and closing of at least some of the plurality of inlets and outlets;

상기 모듈 하우징의 내부에서 상기 통합 밸브 조립체의 일방향 단부에 설치되어 상기 밸브를 회전 구동하기 위한 밸브 액추에이터 조립체;a valve actuator assembly installed at one end of the integrated valve assembly inside the module housing to rotate the valve;

상기 모듈 하우징의 내부에 설치되는 COD 히터 유닛;COD heater unit installed inside the module housing;

상기 모듈 하우징의 내부에 설치되는 제어부; 및,a control unit installed inside the module housing; and,

연료전지 스택을 장착하기 위해 상기 모듈 하우징의 외측에 장착되는 스택 장착 플레이트;a stack mounting plate mounted on the outside of the module housing to mount a fuel cell stack;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it comprises a.

상기 모듈 하우징에서 상기 일방향에 직교하는 면에는 상기 밸브 액추에이터 조립체를 수용하기 위한 구동 케이스가 확장 형성되는 것을 특징으로 한다.A driving case for accommodating the valve actuator assembly is extended on a surface orthogonal to the one direction in the module housing.

상기 제어부는 상기 구동 케이스에 내장되며, 상기 일방향을 따라 상기 밸브 액추에이터 조립체를 사이에 두고 통합 밸브 조립체의 반대쪽에 배치되는 것을 특징으로 한다.The control unit is built in the driving case, characterized in that it is disposed on the opposite side of the integrated valve assembly along the one direction with the valve actuator assembly therebetween.

상기 모듈 하우징의 외측면에는 상기 COD 히터 유닛를 수용하기 위한 히터 케이스가 확장 형성되는 것을 특징으로 한다.A heater case for accommodating the COD heater unit is extended on the outer surface of the module housing.

상기 히터 케이스는 상기 구동 케이스와 직교하는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The heater case is formed in a direction perpendicular to the driving case.

상기 스택 장착 플레이트는 상기 모듈 하우징의 외측면에 확장 형성되는 유동 몸체의 외면에 설치되며, 상기 유동 몸체의 외면에는 상기 스택 장착 플레이트가 장착되는 부분이 개방되는 제1 냉각수 전달 공간부와 제2 냉각수 전달 공간부가 형성되는 것을 특징으로 한다.The stack mounting plate is installed on an outer surface of a fluid body that is extended and formed on an outer surface of the module housing, and a first coolant transfer space and a second coolant in which a portion where the stack mounting plate is mounted is opened on the outer surface of the fluid body. It is characterized in that the transmission space portion is formed.

상기 구동 케이스와 유동 몸체는 직교하는 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the driving case and the fluid body are configured to be perpendicular to each other.

상기 구동 케이스는 히터 케이스 및 유동 몸체와 직교하고, 상기 히터 케이스와 유동 몸체는 서로 직교하는 형상으로 이루어지며, 상기 구동 케이스, 히터 케이스 및 유동 몸체의 내측면에 의해 이루어진 공간에는, 상기 모듈 하우징에서 상기 통합 밸브 조립체를 내장하는 부분인 밸브 수용 케이스가 돌출되게 형성되는 것을 특징으로 한다.The driving case is perpendicular to the heater case and the fluid body, and the heater case and the fluid body are orthogonal to each other. In a space formed by the inner surfaces of the driving case, the heater case and the fluid body, in the module housing It is characterized in that the valve accommodating case, which is a part for embedding the integrated valve assembly, is formed to protrude.

상기 제어부는 상기 밸브 액추에이터 조립체의 구동 제어부와 COD 히터 유닛의 열 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The control unit is characterized in that it includes a driving control unit of the valve actuator assembly and a thermal control unit of the COD heater unit.

상기 모듈 하우징에는 상기 통합 밸브 조립체를 수용하는 원통형의 내주 안내면이 형성되는 밸브 수용 케이스를 포함하며,The module housing includes a valve accommodating case having a cylindrical inner circumferential guide surface for accommodating the integrated valve assembly,

상기 밸브 수용 케이스의 둘레면에는 상기 밸브 액추에이터 조립체의 출력축 방향으로 제1 유입구, 제1 유출구 및 제2 유입구가 차례로 관통되게 형성되며, 상기 밸브 수용 케이스의 다른 면에는 상기 출력축 방향으로 상기 제2 유입구 위치에서 제2 유출구가 관통되게 형성되고, 상기 밸브 수용 케이스의 다른 면에는 상기 제1 유출구 위치에서 제3 유입구가 관통되게 형성되고, 상기 모듈 하우징에는 제3 유출구가 형성되며,A first inlet, a first outlet, and a second inlet are sequentially formed through a circumferential surface of the valve accommodating case in the direction of the output shaft of the valve actuator assembly, and the second inlet is formed on the other surface of the valve accommodating case in the direction of the output shaft A second outlet is formed to pass through at the position, a third inlet is formed to pass through at the first outlet position on the other side of the valve housing case, and a third outlet is formed in the module housing,

상기 밸브 수용 케이스에 수용되는 상기 통합 밸브 조립체는,The integrated valve assembly accommodated in the valve accommodation case,

상기 밸브 액추에이터 조립체의 출력축에 연결되는 것으로 원통형의 외주면 형상을 가지며 측면에는 상기 제1 유입구를 개폐 단속하기 위한 제1 개방홀과, 상기 제1 유출구와 제3 유입구를 개폐 단속하기 위한 제2 개방홀이 형성되는 온도제어밸브; 및,It is connected to the output shaft of the valve actuator assembly and has a cylindrical outer circumferential shape and has a side surface for opening and closing the first inlet and opening and closing a first opening hole, and a second opening hole for opening and closing the first outlet and the third inlet. The temperature control valve is formed; and,

상기 밸브 수용 케이스의 내부에 형성된 차단벽을 사이에 두고 상기 온도제어밸브의 반대쪽에 배치되되, 원통형의 외주면 형상을 가지며 상기 온도제어밸브와 상기 출력축 방향으로 연결되어 일체로 회전 가능하고 상기 제2 유입구와 제2 유출구를 개폐 단속하기 위한 제3 개방홀이 형성되는 바이패스밸브;It is disposed on the opposite side of the temperature control valve with a blocking wall formed inside the valve housing case therebetween, has a cylindrical outer circumferential shape, is connected to the temperature control valve in the direction of the output shaft, is rotatable integrally, and the second inlet port and a bypass valve having a third opening hole for opening and closing the second outlet;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it includes.

상기 모듈 하우징에서 상기 스택 장착 플레이트가 장착되는 면에는 상기 온도제어밸브와 연통하기 위한 제3 연통홀이 형성되는 제1 냉각수 전달 공간부와, 상기 바이패스밸브와 연통하기 위한 제4 연통홀이 형성되는 제2 냉각수 전달 공간부가 형성되며,A first coolant transmission space in which a third communication hole for communicating with the temperature control valve is formed and a fourth communication hole for communicating with the bypass valve are formed on a surface of the module housing on which the stack mounting plate is mounted. A second cooling water delivery space is formed,

상기 제1 냉각수 전달 공간부와 제2 냉각수 전달 공간부는 COD 히터 유닛과 연통하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.The first coolant delivery space and the second coolant delivery space are configured to communicate with the COD heater unit.

상기 COD 히터 유닛은,The COD heater unit,

냉각수를 수용하기 위한 유동 케이스;a flow case for accommodating coolant;

상기 유동 케이스의 개방된 일면을 덮으며 일측면에서 냉각수와 접하는 히트 플레이트; 및,a heat plate covering the open surface of the flow case and in contact with the coolant from one side thereof; and,

상기 히트 플레이트의 내부 또는 냉각수의 반대쪽 표면에 설치되는 전열선;a heating wire installed inside the heat plate or on a surface opposite to the coolant;

을 포함하며,includes,

상기 히터 케이스와 연통하기 위해, 상기 COD 히터 유닛의 히터 케이스와 상기 제1 냉각수 전달 공간부 사이에는 제1 연통홀이 형성되고, 상기 히터 케이스와 제2 냉각수 전달 공간부 사이에는 제2 연통홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.In order to communicate with the heater case, a first communication hole is formed between the heater case of the COD heater unit and the first coolant delivery space, and a second communication hole is formed between the heater case and the second coolant delivery space. characterized in that it is formed.

상기 히트 플레이트는 상기 일방향과 나란하게 형성되는 것을 특징으로 한다.The heat plate is characterized in that it is formed parallel to the one direction.

상기 스택 장착 플레이트에는 상기 제1 냉각수 전달 공간부와 연통하기 위한 연통구가 형성되는 것을 특징으로 한다.A communication hole for communicating with the first coolant transmission space is formed in the stack mounting plate.

상기 밸브 액추에이터 조립체는, 액추에이터 케이스 내에 전동모터, 출력축 및 상기 전동모터와 출력축 사이를 연결하는 기어열이 장착되는 구성으로 되어 있으며, 상기 출력축과 액추에이터 케이스 사이에는 회전 복귀 스프링이 개재되는 것을 특징으로 한다.The valve actuator assembly has a configuration in which an electric motor, an output shaft, and a gear train connecting between the electric motor and the output shaft are mounted in the actuator case, and a rotation return spring is interposed between the output shaft and the actuator case. .

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 연료전지 차량의 열관리 시스템에서 온도제어밸브, 바이패스 밸브, COD 히터, 매니폴드 및 제어기를 일체로 모듈화함으로써 콤팩트한 설계가 가능하고 주변 구조와의 간섭을 최소화할 수 있다는 이점이 있다.According to the present invention configured as described above, a compact design is possible and interference with surrounding structures is reduced by integrating the temperature control valve, the bypass valve, the COD heater, the manifold and the controller in the thermal management system of the fuel cell vehicle. The advantage is that it can be minimized.

또한 본 발명에 따르면, 단일한 모듈 하우징 내에 통합 밸브 조립체, 밸브 액추에이터 조립체, COD 히터 유닛 및 제어부를 내장하게 되므로 제조시 조립 공수를 절감할 수 있고 전체적인 부피를 최소화할 수 있다.In addition, according to the present invention, since the integrated valve assembly, the valve actuator assembly, the COD heater unit, and the control unit are built in a single module housing, assembly man-hours can be reduced during manufacturing and the overall volume can be minimized.

또한 본 발명에 따르면, 통합 밸브 조립체의 제어부와 COD 히터 유닛의 제어부를 통합하게 되므로 구성이 한층 간단해지고 유지 보수가 편리하게 된다는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, since the control unit of the integrated valve assembly and the control unit of the COD heater unit are integrated, the configuration is simpler and maintenance is convenient.

또한 본 발명에 따르면, 상기 COD 히터 유닛이 히트 플레이트와 같이 평판형 히터를 포함하므로 열관리 모듈의 부피를 최소화할 수 있고 원가를 크게 절감할 수 있다는 이점이 있다.In addition, according to the present invention, since the COD heater unit includes a flat heater like a heat plate, the volume of the thermal management module can be minimized and cost can be greatly reduced.

또한 본 발명에 따르면, 통합 밸브 조립체의 고장시 방열 모드로 자동 복귀하도록 회전 복귀 스프링을 포함하므로 열관리 시스템이 과열로 인해 손상되거나 안전사고가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.In addition, according to the present invention, since the rotation return spring is included to automatically return to the heat dissipation mode when the integrated valve assembly fails, it is possible to prevent the thermal management system from being damaged due to overheating or from causing a safety accident in advance.

도 1a 내지 도 1c는 일반적인 연료전지 차량의 열관리 시스템의 작동 모드를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 열관리 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 차량의 열관리 모듈을 나타내는 전방 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 열관리 모듈을 나타내는 후방 일부 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 열관리 모듈을 나타내는 저면 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 연료전지 차량의 열관리 모듈을 나타내는 투시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 연료전지 차량의 열관리 모듈에서 구동부를 나타내는 종단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 연료전지 차량의 열관리 모듈에서 밸브 액추에이터 조립체와 통합 밸브 조립체를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 열관리 모듈을 나타내는 측방 일부 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 연료전지 차량의 열관리 모듈을 나타내는 측방 일부 단면 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 연료전지 차량의 열관리 모듈에서의 작동 모드를 나타내는 구성도이다.1A to 1C are configuration diagrams illustrating an operation mode of a thermal management system of a general fuel cell vehicle.
2 is a configuration diagram illustrating a thermal management system for a fuel cell vehicle according to the present invention.
3 is a front perspective view illustrating a thermal management module of a fuel cell vehicle according to the present invention.
4 is a rear partial exploded perspective view illustrating a thermal management module of a fuel cell vehicle according to the present invention.
5 is a bottom exploded perspective view illustrating a thermal management module of a fuel cell vehicle according to the present invention.
6 is a perspective view illustrating a thermal management module of a fuel cell vehicle according to the present invention.
7 is a longitudinal cross-sectional view illustrating a driving unit in a thermal management module of a fuel cell vehicle according to the present invention.
8 is a perspective view illustrating a valve actuator assembly and an integrated valve assembly in a thermal management module of a fuel cell vehicle according to the present invention.
9 is a partially exploded perspective view of a side illustrating a thermal management module of a fuel cell vehicle according to the present invention.
10 is a partial lateral cross-sectional perspective view illustrating a thermal management module of a fuel cell vehicle according to the present invention.
11 is a configuration diagram illustrating an operation mode in a thermal management module of a fuel cell vehicle according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 차량의 열관리 시스템은 온도제어밸브(210), 바이패스밸브(220), 밸브 액추에이터 조립체(300), COD 히터 유닛(400), 스택 장착 플레이트(500), 매니폴드 및 제어부(600)를 일체로 모듈화한 연료전지 차량의 열관리 모듈(1000)을 포함하고 있다.As shown in FIG. 2 , the thermal management system of a fuel cell vehicle according to the present invention includes a temperature control valve 210 , a bypass valve 220 , a valve actuator assembly 300 , a COD heater unit 400 , and a stack mounting plate. 500 , a thermal management module 1000 of a fuel cell vehicle in which the manifold and the control unit 600 are integrally modularized is included.

이에 따라서, 연료전지 차량의 열관리 시스템의 콤팩트한 설계가 가능하고 주변 구조와의 간섭을 최소화할 수 있는 장점이 있다.Accordingly, there is an advantage that a compact design of the thermal management system of the fuel cell vehicle is possible and interference with surrounding structures can be minimized.

구체적으로, 도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 차량의 열관리 모듈(1000)은, 냉각수가 통과하기 위한 복수의 유입구와 유출구를 구비하는 모듈 하우징(100), 상기 모듈 하우징(100)의 내부에 설치되어 일방향을 따라 연장되며 상기 일방향을 중심으로 회전하는 밸브를 구비하여 상기 복수의 유입구와 유출구 중 적어도 일부의 개폐를 단속하는 통합 밸브 조립체(200), 상기 모듈 하우징(100)의 내부에서 상기 통합 밸브 조립체(200)의 일방향 단부에 설치되어 밸브를 회전 구동하기 위한 밸브 액추에이터 조립체(300), 상기 모듈 하우징(100)의 내부에 설치되는 COD 히터 유닛(400), 상기 모듈 하우징(100)의 내부에 설치되는 제어부(600) 및, 연료전지 스택(미도시)을 장착하기 위해 상기 모듈 하우징(100)의 외측에 장착되는 스택 장착 플레이트(500)를 포함하여 구성된다.Specifically, as shown in FIGS. 3 to 6 , the thermal management module 1000 of a fuel cell vehicle according to the present invention includes a module housing 100 having a plurality of inlets and outlets for coolant to pass through, the module An integrated valve assembly 200 installed inside the housing 100, extending along one direction, and having a valve rotating about the one direction to control the opening and closing of at least some of the plurality of inlets and outlets, the module housing ( 100) installed at one end of the integrated valve assembly 200 to rotate the valve actuator assembly 300, the COD heater unit 400 installed in the module housing 100, the It is configured to include a control unit 600 installed inside the module housing 100 and a stack mounting plate 500 mounted on the outside of the module housing 100 to mount a fuel cell stack (not shown).

이와 같이, 열관리 모듈(1000)이 통합 밸브 조립체(200), 밸브 액추에이터 조립체(300), 제어부(600), COD 히터 유닛(400), 스택 장착 플레이트(500) 및 유동 경로를 모두 통합하여 포함하고 있으므로 무엇보다 차지하는 공간이 줄어들고 구조가 간단해지며 제조의 용이성 및 조립 공수 절감을 도모할 수 있다는 이점이 있다.As such, the thermal management module 1000 includes the integrated valve assembly 200, the valve actuator assembly 300, the control unit 600, the COD heater unit 400, the stack mounting plate 500, and the flow path. Therefore, above all, there are advantages in that the space occupied is reduced, the structure is simplified, and the ease of manufacture and the assembly man-hours can be reduced.

상기 모듈 하우징(100)에서 상기 일방향에 직교하는 면에는 상기 밸브 액추에이터 조립체(300)를 수용하기 위한 구동 케이스(110)가 확장 형성되는 것이 콤팩트한 구성을 위해 바람직하다.It is preferable for a compact configuration that the driving case 110 for accommodating the valve actuator assembly 300 is extended and formed on a surface orthogonal to the one direction in the module housing 100 .

또한, 상기 제어부(600)는 상기 구동 케이스(110)에 내장되며, 상기 일방향을 따라 상기 밸브 액추에이터 조립체(300)를 사이에 두고 통합 밸브 조립체(200)의 반대쪽에 배치되도록 하여 한층 콤팩트한 구성을 유지하는 것이 바람직하다.In addition, the control unit 600 is built into the driving case 110, and is disposed on the opposite side of the integrated valve assembly 200 with the valve actuator assembly 300 interposed therebetween along the one direction to provide a more compact configuration. It is desirable to keep

이 경우, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 구동 케이스(110) 내에 물이 유입되지 않도록 상기 통합 밸브 조립체(200) 사이에 격벽(190)을 형성하고 실링 처리를 할 필요가 있다.In this case, as shown in FIG. 7 , it is necessary to form a partition wall 190 between the integrated valve assembly 200 and perform a sealing process so that water does not flow into the driving case 110 .

또한, 제어부(600)의 점검을 용이하게 하도록 점검구를 형성하고 제1 점검 커버(111)를 착탈 가능하게 설치할 수 있다.In addition, an inspection port may be formed to facilitate inspection of the control unit 600 and the first inspection cover 111 may be detachably installed.

또한, 상기 모듈 하우징(100)의 외측면에는 상기 COD 히터 유닛(400)을 수용하기 위한 히터 케이스(120)가 확장 형성되어 냉각수가 히터 케이스(120) 내에서 유동하면서 상기 COD 히터 유닛(400)에 의해 가열될 수 있다.In addition, a heater case 120 for accommodating the COD heater unit 400 is extended and formed on the outer surface of the module housing 100 , and the COD heater unit 400 while the coolant flows in the heater case 120 . can be heated by

이 경우, 상기 히터 케이스(120)는 상기 구동 케이스(110)와 직교하는 방향으로 형성되어 소형화 및 콤팩트한 구성이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the heater case 120 is formed in a direction orthogonal to the driving case 110 to enable miniaturization and compact configuration.

또한, 상기 스택 장착 플레이트(500)는 상기 모듈 하우징(100)의 외측면에 확장 형성되는 유동 몸체(130)의 외면에 설치되며, 상기 유동 몸체(130)의 외면에는 상기 스택 장착 플레이트(500)가 장착되는 부분이 개방되는 제1 냉각수 전달 공간부(131)와 제2 냉각수 전달 공간부(132)가 형성될 수 있다(도 9와 도 10 동시 참조).In addition, the stack mounting plate 500 is installed on the outer surface of the fluid body 130 extended and formed on the outer surface of the module housing 100 , and the stack mounting plate 500 is installed on the outer surface of the fluid body 130 . A first coolant delivery space 131 and a second coolant delivery space 132 in which a portion to be mounted is opened may be formed (see FIGS. 9 and 10 simultaneously).

이에 따라, 상기 스택 장착 플레이트(500)를 통해 연료전지 스택으로 열이 전달되어 냉시동성을 제고할 수 있다.Accordingly, heat is transferred to the fuel cell stack through the stack mounting plate 500 to improve cold startability.

상기 구동 케이스(110)와 유동 몸체(130)는 직교하는 형태로 구성되어 히터 케이스(120)와 함께 콤팩트한 구성이 가능하게 된다.The driving case 110 and the fluid body 130 are configured to be orthogonal to each other so that a compact configuration is possible together with the heater case 120 .

특히, 상기 구동 케이스(110)는 히터 케이스(120) 및 유동 몸체(130)와 직교하고, 상기 히터 케이스(120)와 유동 몸체(130)는 서로 직교하는 형상으로 이루어지며, 상기 구동 케이스(110), 히터 케이스(120) 및 유동 몸체(130)의 내측면에 의해 이루어진 공간에는, 상기 모듈 하우징(100)에서 상기 통합 밸브 조립체(200)를 내장하는 부분인 밸브 수용 케이스(140)가 돌출되도록 하면 최소 부피의 공간에 온도제어밸브(210), 바이패스밸브(220), COD 히터 유닛(400), 매니폴드 및 제어부(600)를 내장하는 것이 가능하게 된다.In particular, the driving case 110 is orthogonal to the heater case 120 and the fluid body 130 , and the heater case 120 and the fluid body 130 are formed to be orthogonal to each other, and the driving case 110 . ), in the space formed by the inner surface of the heater case 120 and the flow body 130 , the valve housing case 140 , which is a part for embedding the integrated valve assembly 200 in the module housing 100 , protrudes. When the temperature control valve 210, the bypass valve 220, the COD heater unit 400, the manifold and the control unit 600 can be built in the space of the minimum volume.

상기 제어부(600)는 상기 밸브 액추에이터 조립체(300)의 구동 제어부(600)와 COD 히터 유닛(400)의 열 제어부(600)를 포함하여 패키지화함으로써 설치 및 유지 보수를 용이하게 하는 것이 바람직하다.Preferably, the control unit 600 includes a driving control unit 600 of the valve actuator assembly 300 and a thermal control unit 600 of the COD heater unit 400 to facilitate installation and maintenance by packaging.

한편, 도 6 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 모듈 하우징(100)에는 상기 통합 밸브 조립체(200)를 수용하는 원통형의 내주 안내면이 형성되는 밸브 수용 케이스(140)를 포함하고 있어 상기 밸브 액추에이터 조립체(300)의 구동에 의해 상기 통합 밸브 조립체(200)가 상기 밸브 수용 케이스(140) 내에서 회전하면서 냉각수에 대한 유동 방향을 변경하게 되어 있다.Meanwhile, as shown in FIGS. 6 to 10 , the module housing 100 includes a valve accommodating case 140 having a cylindrical inner circumferential guide surface for accommodating the integrated valve assembly 200, so that the valve actuator The integrated valve assembly 200 rotates within the valve accommodation case 140 by driving the assembly 300 to change the flow direction of the coolant.

도 7에 도시한 바와 같이, 상기 밸브 액추에이터 조립체(300)는 액추에이터 케이스(310) 내에 전동모터(320), 출력축(330) 및 상기 전동모터(320)와 출력축(330) 사이를 연결하는 기어열(340)이 장착되는 구조로 이루어져 전동모터의 구동에 의해 출력축이 회전하면 상기 출력축에 연결된 통합 밸브 조립체(200)가 회전하도록 구성된다.As shown in FIG. 7 , the valve actuator assembly 300 has an electric motor 320 in an actuator case 310 , an output shaft 330 and a gear train connecting between the electric motor 320 and the output shaft 330 . When the output shaft is rotated by the driving of the electric motor because of the structure in which the 340 is mounted, the integrated valve assembly 200 connected to the output shaft is configured to rotate.

구체적으로, 도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 밸브 수용 케이스(140)의 둘레면에는 상기 밸브 액추에이터 조립체(300)의 출력축 방향으로 제1 유입구(141), 제1 유출구(142) 및 제2 유입구(143)가 차례로 관통되게 형성되며, 상기 밸브 수용 케이스(140)의 다른 면에는 상기 출력축 방향으로 상기 제2 유입구(143) 위치에서 제2 유출구(144)가 관통되게 형성되고, 상기 제1 유출구(142) 위치에서 제3 유입구(145)가 관통되게 형성되고, 상기 모듈 하우징(100)에는 제3 유출구(146)가 형성된다.Specifically, as shown in FIGS. 3 to 6 , on the circumferential surface of the valve accommodation case 140 , a first inlet 141 , a first outlet 142 and A second inlet 143 is formed to pass through in turn, and a second outlet 144 is formed to pass through at the position of the second inlet 143 in the output shaft direction on the other surface of the valve accommodating case 140, The third inlet 145 is formed to pass through at the position of the first outlet 142 , and the third outlet 146 is formed in the module housing 100 .

상기 제1 유입구(141)를 통해 라디에이터로부터 냉각수가 유입되고 상기 제1 유출구(142)를 통해 전동 워터 펌프로 냉각수가 유출되고 상기 제2 유입구(143)를 통해 전통 워터 펌프로부터 냉각수가 유입되고 상기 제2 유출구(144)를 통해 냉각수가 연료전지 스택으로 유출되고 상기 제3 유입구(145)를 통해 이온 필터로부터 냉각수가 유입되고 상기 제3 유출구(146)를 통해 냉각수가 라디에이터로 유출되어 전달된다.Cooling water flows in from the radiator through the first inlet 141, the coolant flows out to the electric water pump through the first outlet 142, and the coolant flows in from the conventional water pump through the second inlet 143, and the Cooling water flows out to the fuel cell stack through the second outlet 144 , the coolant flows in from the ion filter through the third inlet 145 , and the coolant flows out to the radiator through the third outlet 146 and is delivered.

도 8에 도시한 바와 같이, 상기 밸브 수용 케이스(140)에 수용되는 상기 통합 밸브 조립체(200)는, 상기 밸브 액추에이터 조립체(300)의 출력축에 연결되는 것으로 원통형의 외주면 형상을 가지며 측면에는 상기 제1 유입구(141)의 개폐를 단속하기 위한 제1 개방홀(211)과, 상기 제1 유출구(142)와 제3 유입구(145)의 개폐를 단속하기 위한 제1 개방홀(212)이 형성되는 온도제어밸브(210)를 구비한다.As shown in FIG. 8 , the integrated valve assembly 200 accommodated in the valve accommodation case 140 is connected to the output shaft of the valve actuator assembly 300 and has a cylindrical outer circumferential shape and has a side surface of the first A first opening hole 211 for controlling the opening and closing of the first inlet 141 and a first opening hole 212 for controlling the opening and closing of the first outlet 142 and the third inlet 145 are formed A temperature control valve 210 is provided.

상기 제1 개방홀(211)은 통합 밸브 조립체(200)의 둘레방향을 따라 분리된 2개로 이루어져 있다.The first opening hole 211 consists of two separated along the circumferential direction of the integrated valve assembly 200 .

또한, 도 7과 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 통합 밸브 조립체(200)는, 상기 밸브 수용 케이스(140)의 내부에 형성된 차단벽을 사이에 두고 상기 온도제어밸브(210)의 반대쪽에 배치되되, 원통형의 외주면 형상을 가지며 상기 온도제어밸브(210)와 상기 출력축 방향으로 연결되어 일체로 회전 가능하고 상기 제2 유입구(143)와 제2 유출구(144)를 개폐 단속하기 위한 제3 개방홀(221)이 형성되는 바이패스밸브(220)를 포함한다.In addition, as shown in FIGS. 7 and 8 , the integrated valve assembly 200 is disposed on the opposite side of the temperature control valve 210 with a blocking wall formed inside the valve accommodation case 140 therebetween. However, it has a cylindrical outer circumferential shape, is connected to the temperature control valve 210 in the direction of the output shaft, is rotatable integrally, and a third opening hole for opening and closing the second inlet 143 and the second outlet 144 . 221 includes a bypass valve 220 is formed.

즉, 상기 온도제어밸브(210)와 바이패스밸브(220)는 함께 회동을 하면서 제1 유입구(141), 제1 유출구(142), 제2 유입구(143), 제2 유출구(144), 제3 유입구(145)를 개폐 단속하게 되며, 상기 온도제어밸브(210)는 밸브 액추에이터 조립체(300)의 출력축에 연결되어 전동모터의 구동에 의해 기동된다.That is, the temperature control valve 210 and the bypass valve 220 rotate together while the first inlet 141, the first outlet 142, the second inlet 143, the second outlet 144, the second 3 The inlet 145 is opened and closed, and the temperature control valve 210 is connected to the output shaft of the valve actuator assembly 300 and is started by driving the electric motor.

도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 모듈 하우징(100)에서 상기 스택 장착 플레이트(500)가 장착되는 면에는 상기 온도제어밸브(210)와 연통하기 위한 제3 연통홀(131b)이 형성되는 제1 냉각수 전달 공간부(131)와, 상기 바이패스밸브(220)와 연통하기 위한 제4 연통홀(132b)이 형성되는 제2 냉각수 전달 공간부(132)가 형성되며, 제1 연통홀(131a)과 제2 연통홀(132a)을 통해 상기 제1 냉각수 전달 공간부(131)와 제2 냉각수 전달 공간부(132)는 COD 히터 유닛(400)과 각각 연통하도록 구성된다.9 and 10 , a third communication hole 131b for communicating with the temperature control valve 210 is formed on a surface of the module housing 100 on which the stack mounting plate 500 is mounted. A first coolant delivery space 131 is formed, and a second coolant delivery space 132 in which a fourth communication hole 132b for communicating with the bypass valve 220 is formed is formed, and the first communication hole is formed. The first coolant delivery space 131 and the second coolant delivery space 132 are configured to communicate with the COD heater unit 400 through the 131a and the second communication hole 132a, respectively.

이에 따라, 승온모드에서 상기 바이패스밸브(220)로부터 상기 제2 냉각수 전달 공간부(132)로 유입된 냉각수는 COD 히터 유닛(400)으로 공급되어 가열된 후 상기 제1 냉각수 전달 공간부(131)로 이동하여 스택 장착 플레이트(500)를 통해 연료전지 스택을 가열한 후 온도제어밸브(210)로 이동하게 되며 온도제어밸브(210)에서 제1 유출구(142)를 통해 전동 워터 펌프로 유동하게 된다.Accordingly, the coolant flowing into the second coolant delivery space 132 from the bypass valve 220 in the temperature increase mode is supplied to the COD heater unit 400 and heated, and then the first coolant delivery space 131 is heated. ) to heat the fuel cell stack through the stack mounting plate 500 and then move to the temperature control valve 210 and flow from the temperature control valve 210 to the electric water pump through the first outlet 142 do.

상기 COD 히터 유닛(400)은, 냉각수를 수용하기 위한 유동 케이스(410), 상기 유동 케이스(410)의 개방된 일면을 덮으며 일측면에서 냉각수와 접하는 히트 플레이트(420), 및 상기 히트 플레이트(420)의 내부 또는 냉각수의 반대쪽 표면에 설치되는 전열선(430)을 포함한다.The COD heater unit 400 includes a flow case 410 for accommodating cooling water, a heat plate 420 that covers an open surface of the flow case 410 and is in contact with the coolant at one side, and the heat plate ( It includes a heating wire 430 installed inside the 420 or on the opposite surface of the coolant.

상기 히터 케이스(120)에는 상기 전열선(430)과 대향하는 상태로 개방된 일면을 덮는 제2 점검 커버(121)가 설치된다.A second inspection cover 121 is installed in the heater case 120 to cover an open surface facing the heating wire 430 .

또한, 전술한 바와 같이, 상기 히터 케이스(120)와 연통하기 위해, 상기 히터 케이스(120)와 상기 제1 냉각수 전달 공간부(131) 사이에는 제1 연통홀(131a)이 형성되고, 상기 히터 케이스(120)와 제2 냉각수 전달 공간부(132) 사이에는 제2 연통홀(132a)이 형성될 수 있다.In addition, as described above, in order to communicate with the heater case 120 , a first communication hole 131a is formed between the heater case 120 and the first coolant transmission space 131 , and the heater A second communication hole 132a may be formed between the case 120 and the second coolant transmission space 132 .

또한, 상기 스택 장착 플레이트(500)에는 상기 제1 냉각수 전달 공간부(131)와 연통하기 위한 연통구(510)가 형성되어 연료전지 스택을 통과한 냉각수가 제1 냉각수 전달 공간부(131)로 전달된다.In addition, a communication hole 510 for communicating with the first coolant delivery space 131 is formed in the stack mounting plate 500 , so that the coolant that has passed through the fuel cell stack flows into the first coolant delivery space 131 . is transmitted

도 11에는 전술한 연료전지 차량의 열관리 시스템의 3가지 모드를 구성하는 통합 밸브 조립체(200)와 밸브 수용 케이스(140)의 상대적인 구성이 도시되어 있다.11 shows the relative configuration of the integrated valve assembly 200 and the valve accommodation case 140 constituting the three modes of the thermal management system of the fuel cell vehicle described above.

도 11의 (a)에서와 같이, 방열모드의 경우, 온도제어밸브(210)의 제1 개방홀(211)이 제1 유입구(141)와 연통하도록 하고, 제1 개방홀(212)이 제1 유출구(142)와 제3 유입구(145)와 연통하도록 하며, 바이패스밸브(220)가 제2 유입구(143)와 제2 유출구(144)와 연통하도록 한다.11(a), in the case of the heat dissipation mode, the first opening hole 211 of the temperature control valve 210 communicates with the first inlet 141, and the first opening hole 212 is the second The first outlet 142 and the third inlet 145 communicate with each other, and the bypass valve 220 communicates with the second inlet 143 and the second outlet 144 .

도 11의 (b)에서와 같이, 스택 온도제어모드의 경우, 온도제어밸브(210)의 제1 개방홀(211)이 제1 유입구(141)와 제1 냉각수 전달 공간부(131)의 제3 연통홀(131b)에 연통하도록 하고, 제1 개방홀(212)이 제1 유출구(142)와 제3 유입구(145)와 연통하도록 하며, 바이패스밸브(220)가 제2 유입구(143)와 제2 유출구(144)와 연통하도록 한다.As shown in (b) of FIG. 11 , in the stack temperature control mode, the first opening hole 211 of the temperature control valve 210 is formed between the first inlet 141 and the first coolant delivery space 131 . 3 to communicate with the communication hole 131b, the first open hole 212 to communicate with the first outlet 142 and the third inlet 145, and the bypass valve 220 to the second inlet 143 and to communicate with the second outlet 144 .

도 11의 (c)에서와 같이, 승온모드의 경우, 온도제어밸브(210)의 제1 개방홀(211)이 제1 냉각수 전달 공간부(131)의 제3 연통홀(131b)에 연통하도록 하고, 제1 개방홀(212)이 제1 유출구(142)와 연통하도록 하며, 바이패스밸브(220)가 제2 유입구(143)와 제2 냉각수 전달 공간부(132)의 제4 연통홀(132b)과 연통하도록 한다.11 (c), in the case of the temperature increase mode, so that the first opening hole 211 of the temperature control valve 210 communicates with the third communication hole 131b of the first coolant transmission space 131 . and the first open hole 212 communicates with the first outlet 142 , and the bypass valve 220 connects the second inlet 143 and the fourth communication hole of the second coolant transmission space 132 ( 132b) to communicate.

한편, 밸브 액추에이터 조립체(300)를 구성하는 출력축과 액추에이터 케이스 사이에 토션 스프링과 같은 회전 복귀 스프링(350)을 개재함으로써, 전동모터 구동시에는 회전 복귀 스프링(350)의 탄성 저항력을 극복하고 각각의 모드를 수행하도록 하고, 통합 밸브 조립체(200)에 고장이 발생할 경우 전동모터로의 전원이 OFF되면서 상기 회전 복귀 스프링(350)의 복원력에 의해 출력축이 역회전하여 방열모드로 회귀하도록 함으로써 연료전지 스택에 과열이 발생하는 것을 방지하도록 하는 것이 바람직하다.On the other hand, by interposing a rotation return spring 350 such as a torsion spring between the output shaft constituting the valve actuator assembly 300 and the actuator case, the elastic resistance of the rotation return spring 350 is overcome when the electric motor is driven, and each mode, and when a failure occurs in the integrated valve assembly 200, the power to the electric motor is turned off and the output shaft is reversely rotated by the restoring force of the rotation return spring 350 to return to the heat dissipation mode. It is desirable to prevent overheating.

이와 같이, 2개의 밸브(온도제어밸브(210)와 바이피스밸브)를 밸브 액추에이터 조립체(300)에 의해 일체로 회전 기동하도록 통합함으로써 모듈 하우징(100) 내에서 콤팩트한 배치 설계가 가능하고 차지하는 공간을 최소화할 수 있어 소형화가 가능하다는 이점이 있다.In this way, by integrating the two valves (temperature control valve 210 and the by-piece valve) to be integrally rotated by the valve actuator assembly 300, a compact layout design is possible within the module housing 100 and space occupied There is an advantage that miniaturization is possible because it can be minimized.

더욱이, COD 히터 유닛(400)과 제어부(600)를 모듈 하우징(100)에 통합 설치함으로써 소형화가 가능하고 유지보수가 편리하다는 이점도 있다.Furthermore, by integrating the COD heater unit 400 and the control unit 600 in the module housing 100, there is an advantage in that the size can be reduced and maintenance is convenient.

또한, 밸브에 고장이 발생했을 경우 자동으로 최대 방열 모드로 복귀하여 안전사고가 없도록 하는 fail safey 기능도 가능하다는 장점도 있다.In addition, when a failure occurs in the valve, it automatically returns to the maximum heat dissipation mode to prevent safety accidents.

또한, COD 히터 유닛(400)이 히트 플레이트(420)를 포함하므로 모듈 하우징(100)에 부착이 용이하고 원가가 절감된다는 장점도 있다.In addition, since the COD heater unit 400 includes the heat plate 420 , it is easy to attach to the module housing 100 and the cost is reduced.

본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.The embodiments of the present invention are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible within the scope of the following claims.

100... 모듈 하우징
110... 구동 케이스
120... 히터 케이스
130... 유동 몸체
131... 제1 냉각수 전달 공간부
131a... 제1 연통홀
131b... 제3 연통홀
132... 제2 냉각수 전달 공간부
132a... 제2 연통홀
132b... 제4 연통홀
140... 밸브 수용 케이스
141... 제1 유입구
142... 제1 유출구
143... 제2 유입구
144... 제2 유출구
145... 제3 유입구
146... 제3 유출구
200... 통합 밸브 조립체
210... 온도제어밸브
211... 제1 개방홀
212... 제2 개방홀
220... 바이패스밸브
221... 제3 개방홀
300... 밸브 액추에이터 조립체
310... 액추에이터 케이스
320... 전동모터
330... 출력축
400... COD 히터 유닛
410... 유동 케이스
420... 히트 플레이트
430... 전열선
1000... 본 발명에 따른 연료전지 차량의 열관리 모듈100... module housing
110... drive case
120... heater case
130... fluid body
131... first coolant delivery space
131a... first communication hole
131b... 3rd communication hole
132... Second coolant delivery space
132a... second communication hole
132b... 4th communication hole
140... valve housing case
141... first inlet
142... first outlet
143... second inlet
144... 2nd outlet
145... 3rd inlet
146... 3rd outlet
200... integrated valve assembly
210... temperature control valve
211... 1st open hole
212... 2nd open hole
220... bypass valve
221... 3rd open hole
300... valve actuator assembly
310... actuator case
320... electric motor
330... output shaft
400... COD Heater Unit
410... floating case
420... heat plate
430... heating wire
1000... Thermal management module for fuel cell vehicle according to the present invention

Claims (15)

냉각수가 통과하기 위한 복수의 유입구와 유출구를 구비하는 모듈 하우징;
상기 모듈 하우징의 내부에 설치되어 일방향을 따라 연장되며, 상기 일방향을 중심으로 회전하는 밸브를 구비하여 상기 복수의 유입구와 유출구 중 적어도 일부의 개폐를 단속하는 통합 밸브 조립체;
상기 모듈 하우징의 내부에서 상기 통합 밸브 조립체의 일방향 단부에 설치되어 상기 밸브를 회전 구동하기 위한 밸브 액추에이터 조립체;
상기 모듈 하우징의 내부에 설치되는 COD 히터 유닛;
상기 모듈 하우징의 내부에 설치되는 제어부; 및,
연료전지 스택을 장착하기 위해 상기 모듈 하우징의 외측에 장착되는 스택 장착 플레이트;
를 포함하여 구성되되,
상기 스택 장착 플레이트는 상기 모듈 하우징의 외측면에 형성되는 유동 몸체의 외면에 설치되며, 상기 유동 몸체의 외면에는 상기 스택 장착 플레이트가 장착되는 부분이 개방되는 제1 냉각수 전달 공간부와 제2 냉각수 전달 공간부가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열관리 모듈.a module housing having a plurality of inlets and outlets for cooling water to pass therethrough;
an integrated valve assembly installed inside the module housing and extending in one direction, comprising a valve rotating about the one direction to control opening and closing of at least some of the plurality of inlets and outlets;
a valve actuator assembly installed at one end of the integrated valve assembly inside the module housing to rotate the valve;
COD heater unit installed inside the module housing;
a control unit installed inside the module housing; and,
a stack mounting plate mounted on the outside of the module housing to mount a fuel cell stack;
Consists of including,
The stack mounting plate is installed on an outer surface of a fluid body formed on an outer surface of the module housing, and a first coolant transfer space and a second coolant transfer space in which a portion to which the stack mount plate is mounted is opened on the outer surface of the fluid body A thermal management module for a fuel cell vehicle, characterized in that a space portion is formed. 제1항에 있어서,
상기 모듈 하우징에서 상기 일방향에 직교하는 면에는 상기 밸브 액추에이터 조립체를 수용하기 위한 구동 케이스가 확장 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열관리 모듈.According to claim 1,
The thermal management module of the fuel cell vehicle, characterized in that a driving case for accommodating the valve actuator assembly is extended and formed on a surface orthogonal to the one direction in the module housing. 제2항에 있어서,
상기 제어부는 상기 구동 케이스에 내장되며, 상기 일방향을 따라 상기 밸브 액추에이터 조립체를 사이에 두고 통합 밸브 조립체의 반대쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열관리 모듈.3. The method of claim 2,
The control unit is built into the driving case, and is disposed on the opposite side of the integrated valve assembly along the one direction with the valve actuator assembly interposed therebetween. 제2항에 있어서,
상기 모듈 하우징의 외측면에는 상기 COD 히터 유닛를 수용하기 위한 히터 케이스가 확장 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열관리 모듈.3. The method of claim 2,
A thermal management module for a fuel cell vehicle, characterized in that a heater case for accommodating the COD heater unit is extended and formed on an outer surface of the module housing. 제4항에 있어서,
상기 히터 케이스는 상기 구동 케이스와 직교하는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열관리 모듈.5. The method of claim 4,
The heat management module of the fuel cell vehicle, characterized in that the heater case is formed in a direction perpendicular to the driving case. 삭제delete 제4항에 있어서,
상기 구동 케이스와 유동 몸체는 직교하는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열관리 모듈.5. The method of claim 4,
The thermal management module of a fuel cell vehicle, characterized in that the driving case and the fluid body are configured to be orthogonal to each other. 제7항에 있어서,
상기 구동 케이스는 히터 케이스 및 유동 몸체와 직교하고, 상기 히터 케이스와 유동 몸체는 서로 직교하는 형상으로 이루어지며, 상기 구동 케이스, 히터 케이스 및 유동 몸체의 내측면에 의해 이루어진 공간에는, 상기 모듈 하우징에서 상기 통합 밸브 조립체를 내장하는 부분인 밸브 수용 케이스가 돌출되게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열관리 모듈.8. The method of claim 7,
The driving case is perpendicular to the heater case and the fluid body, and the heater case and the fluid body are orthogonal to each other. In a space formed by the inner surfaces of the driving case, the heater case and the fluid body, in the module housing The thermal management module of a fuel cell vehicle, characterized in that the valve accommodating case, which is a part for embedding the integrated valve assembly, is formed to protrude. 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 밸브 액추에이터 조립체의 구동 제어부와 COD 히터 유닛의 열 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열관리 모듈.According to claim 1,
wherein the control unit includes a driving control unit of the valve actuator assembly and a thermal control unit of the COD heater unit. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항 또는 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모듈 하우징에는 상기 통합 밸브 조립체를 수용하는 원통형의 내주 안내면이 형성되는 밸브 수용 케이스를 포함하며,
상기 밸브 수용 케이스의 둘레면에는 상기 밸브 액추에이터 조립체의 출력축 방향으로 제1 유입구, 제1 유출구 및 제2 유입구가 차례로 관통되게 형성되며, 상기 밸브 수용 케이스의 다른 면에는 상기 출력축 방향으로 상기 제2 유입구 위치에서 제2 유출구가 관통되게 형성되고, 상기 밸브 수용 케이스의 다른 면에는 상기 제1 유출구 위치에서 제3 유입구가 관통되게 형성되고, 상기 모듈 하우징에는 제3 유출구가 형성되며,
상기 밸브 수용 케이스에 수용되는 상기 통합 밸브 조립체는,
상기 밸브 액추에이터 조립체의 출력축에 연결되는 것으로 원통형의 외주면 형상을 가지며 측면에는 상기 제1 유입구를 개폐 단속하기 위한 제1 개방홀과, 상기 제1 유출구와 제3 유입구를 개폐 단속하기 위한 제2 개방홀이 형성되는 온도제어밸브; 및,
상기 밸브 수용 케이스의 내부에 형성된 차단벽을 사이에 두고 상기 온도제어밸브의 반대쪽에 배치되되, 원통형의 외주면 형상을 가지며 상기 온도제어밸브와 상기 출력축 방향으로 연결되어 일체로 회전 가능하고 상기 제2 유입구와 제2 유출구를 개폐 단속하기 위한 제3 개방홀이 형성되는 바이패스밸브;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열관리 모듈.10. The method according to any one of claims 1 to 5 or any one of claims 7 to 9,
The module housing includes a valve accommodating case having a cylindrical inner circumferential guide surface for accommodating the integrated valve assembly,
A first inlet, a first outlet, and a second inlet are sequentially formed through a circumferential surface of the valve accommodating case in the direction of the output shaft of the valve actuator assembly, and the second inlet is formed on the other surface of the valve accommodating case in the direction of the output shaft A second outlet is formed to pass through at the position, a third inlet is formed to pass through at the first outlet position on the other side of the valve housing case, and a third outlet is formed in the module housing,
The integrated valve assembly accommodated in the valve accommodation case,
It is connected to the output shaft of the valve actuator assembly, has a cylindrical outer circumferential shape, and has a side surface of a first opening hole for opening and closing the first inlet, and a second opening hole for opening and closing the first outlet and the third inlet. The temperature control valve is formed; and,
It is disposed on the opposite side of the temperature control valve with a blocking wall formed inside the valve housing case therebetween, has a cylindrical outer circumferential shape, is connected to the temperature control valve in the direction of the output shaft, is integrally rotatable, and the second inlet port and a bypass valve having a third opening hole for opening and closing the second outlet;
A thermal management module for a fuel cell vehicle comprising a. 제10항에 있어서,
상기 모듈 하우징에서 상기 스택 장착 플레이트가 장착되는 면에는 상기 온도제어밸브와 연통하기 위한 제3 연통홀이 형성되는 제1 냉각수 전달 공간부와, 상기 바이패스밸브와 연통하기 위한 제4 연통홀이 형성되는 제2 냉각수 전달 공간부가 형성되며,
상기 제1 냉각수 전달 공간부와 제2 냉각수 전달 공간부는 COD 히터 유닛과 연통하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열관리 모듈.11. The method of claim 10,
A first coolant transmission space in which a third communication hole for communicating with the temperature control valve is formed and a fourth communication hole for communicating with the bypass valve are formed on a surface of the module housing on which the stack mounting plate is mounted. A second cooling water delivery space is formed,
The thermal management module of the fuel cell vehicle, wherein the first coolant delivery space and the second coolant delivery space are configured to communicate with the COD heater unit. 제11항에 있어서,
상기 COD 히터 유닛은,
냉각수를 수용하기 위한 유동 케이스;
상기 유동 케이스의 개방된 일면을 덮으며 일측면에서 냉각수와 접하는 히트 플레이트; 및,
상기 히트 플레이트의 내부 또는 냉각수의 반대쪽 표면에 설치되는 전열선;
을 포함하며,
상기 히터 케이스와 연통하기 위해, 상기 COD 히터 유닛의 히터 케이스와 상기 제1 냉각수 전달 공간부 사이에는 제1 연통홀이 형성되고, 상기 히터 케이스와 제2 냉각수 전달 공간부 사이에는 제2 연통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열관리 모듈.12. The method of claim 11,
The COD heater unit,
a flow case for accommodating coolant;
a heat plate covering the open surface of the flow case and in contact with the coolant from one side thereof; and,
a heating wire installed inside the heat plate or on a surface opposite to the coolant;
includes,
In order to communicate with the heater case, a first communication hole is formed between the heater case of the COD heater unit and the first coolant delivery space, and a second communication hole is formed between the heater case and the second coolant delivery space. A thermal management module of a fuel cell vehicle, characterized in that it is formed. 제12항에 있어서,
상기 히트 플레이트는 상기 일방향과 나란하게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열관리 모듈.13. The method of claim 12,
The thermal management module of the fuel cell vehicle, characterized in that the heat plate is formed parallel to the one direction. 제11항에 있어서,
상기 스택 장착 플레이트에는 상기 제1 냉각수 전달 공간부와 연통하기 위한 연통구가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열관리 모듈.12. The method of claim 11,
The thermal management module of the fuel cell vehicle, wherein a communication hole for communicating with the first coolant transmission space is formed in the stack mounting plate. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항 또는 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 액추에이터 조립체는, 액추에이터 케이스 내에 전동모터, 출력축 및 상기 전동모터와 출력축 사이를 연결하는 기어열이 장착되는 구성으로 되어 있으며, 상기 출력축과 액추에이터 케이스 사이에는 회전 복귀 스프링이 개재되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열관리 모듈.10. The method according to any one of claims 1 to 5 or any one of claims 7 to 9,
The valve actuator assembly is configured such that an electric motor, an output shaft, and a gear train connecting between the electric motor and the output shaft are mounted in the actuator case, and a rotation return spring is interposed between the output shaft and the actuator case. Thermal management module for fuel cell vehicles.
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