KR102540213B1 - 수소전기차 비상충전 시스템 - Google Patents

수소전기차 비상충전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수소전기차에서 차량용으로 설치되어 있는 수소연료 탱크 내의 수소 연료가 소진된 경우 이를 대신하여 해당 수소 연료에 대응하는 연료를 그 수소전기차에 비상충전 하도록 하는 기술로서, 수소전기차 내의 수소연료 탱크로부터 연료전지 스택을 연결하는 유체공급 라인에 연결되어 그 수소연료 탱크의 수소 연료가 소진된 경우 그 연료전지 스택에 대해 그 연료전지 스택이 전기를 생성할 수 있는 연료를 비상으로 공급하는 기술이다. 특히, 연료전지 스택이 전기를 생성하도록 하는 수소연료에 대응하는 복수의 보조탱크가 유체공급 라인에 개별적으로 연결 가능하도록 구성됨에 따라 다양한 수소 저장 방식에 대응한 호환성을 향상시키는 기술이다. 본 발명에 따르면, 수소전기차의 연료전지 스택에 공급하는 수소연료를 담을 별도의 복수의 보조탱크를 구비함에 따라 수소연료 탱크의 연료 소진시에 비상 충전이 가능하다는 장점이 있다.

Description

수소전기차 비상충전 시스템 {a system for emergency charging of hydrogen electric vehicles}
본 발명은 수소전기차에서 차량용으로 설치되어 있는 수소연료 탱크 내의 수소 연료가 소진된 경우 이를 대신하여 해당 수소 연료에 대응하는 연료를 그 수소전기차에 비상충전 하도록 하는 기술이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 수소전기차 내의 수소연료 탱크로부터 연료전지 스택을 연결하는 유체공급 라인에 연결되어 그 수소연료 탱크의 수소 연료가 소진된 경우 그 연료전지 스택에 대해 그 연료전지 스택이 전기를 생성할 수 있는 연료를 비상으로 공급하는 기술이다.
특히, 연료전지 스택이 전기를 생성하도록 하는 수소연료에 대응하는 복수의 보조탱크가 유체공급 라인에 개별적으로 연결 가능하도록 구성됨에 따라 다양한 수소 저장방식에 대응한 호환성을 향상시키는 기술이다.
[도 1]은 연료전지 시스템에서 수소와 산소로부터 전기가 만들어지는 과정을 나타낸 예시도이고, [도 2]는 수소전기 차량의 일반적인 구성을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
[도 1]과 [도 2]를 참조하면 일반적으로 수소전기차는 고압으로(예: 700bar)로 압축된 수소를 보관하는 수소연료 탱크(20)와 공기 중의 산소와 수소연료 탱크(20)로부터 공급되는 수소를 반응시켜 물과 전기를 만들어내는 연료전지 스택(10)을 구비한다.
여기서, 연료전지 스택(10)은 [도 1]에서와 같이 산소와 수소를 반응시켜 물과 전기를 만들어내게 된다.
그리고, [도 2]를 참조하면 연료전지 스택(10)에서 생성되는 전기는 배터리에 저장된 후 구동모터의 동력으로 사용될 수 있다.
또한, 수소전기차는 연료전지 스택(10)에서 생성된 전기(240~450V)를 구동모터의 사용전압(700V)로 승압시키는HDC(High Voltage DC-DC Converter)와 차량의 일반적인 사용전압으로서의 12V로 감압시키는 LDC(Low Voltage DC-DC Converter)를 구비한다.
또한, 수소전기차는 [도 2]를 참조하면 감속기와 구동모터를 구비할 수 있고 구동모터를 컨트롤하는 모터컨트롤러도 구비한다.
여기서, 수소전기차는 수소연료 탱크(20)에 저장된 수소를 연료전지 스택(10)에 전달하는 과정에서 그 고압(예: 700bar)의 수소 가스를 저압(예: 1~1.5bar)으로 감압시키는 감압유닛(Regulator)도 구비하게 된다.
한편, 위와 같은 특징을 갖는 수소전기차는 주행 중 수소연료 탱크(20) 내의 수소가 소진되면 충전소까지 차량을 견인하여야 한다.
즉, 일반적인 가솔린 차량이나 디젤 차량과 같이 연료 보충을 위한 도로 위의 인프라가 없는 상황이기 때문에 이러한 수소전기차의 비상충전 시스템이나 그 비상충전을 위한 별도의 용기 개발이 필요하다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 차량용으로 설치되어 있는 수소연료 탱크 내의 수소 연료가 소진된 경우 이를 대신하여 해당 수소 연료에 대응하는 연료를 그 수소전기차에 비상충전 하도록 하는 수소전기차 비상충전 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 연료전지 스택이 전기를 생성하도록 하는 수소연료에 대응하는 복수의 보조탱크가 유체공급 라인에 개별적으로 연결 가능하도록 구성됨에 따라 다양한 수소 저장방식에 대응한 호환성을 향상시킬 수 있는 수소전기차 비상충전 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 수소전기차에 대한 비상 충전시 연료전지 스택에 공급하는 수소연료에 대해 복수의 수소 저장방식에 따르는 별도의 복수의 보조탱크를 구비할 수 있는 수소전기차 비상충전 시스템을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 1 실시예는 수소 연료로부터 전기를 생성하는 연료전지 스택(10)과, 연료전지 스택에 수소 연료를 공급하는 수소연료 탱크(20)와, 수소연료 탱크와 연료전지 스택을 연통 연결하여 수소 연료를 이동시키는 유체공급 라인(30)을 구비하는 수소전기차 충전장치에 대해 비상시 연료전지 스택에 연료를 공급하도록 하는 수소전기차 비상충전 시스템으로서, 유체공급 라인에 설치되어 수소 연료의 압력을 1차로 감압시키는 1차 감압부재(110); 1차 감압부재와 연료전지 스택 사이에 대응하는 유체공급 라인에 설치되어 수소 연료의 압력을 2차로 감압시키는 2차 감압부재(120); 노드a에 연통된 상태로 노드a로부터 연장되는 비상공급 보조라인 A부재(130); 노드a에 대향하는 비상공급 보조라인 A부재의 단부에 설치되어 수소가스 보조탱크 A부재를 비상공급 보조라인 A부재에 연결시키는 커넥터 A부재(140); 커넥터 A부재와 노드a 사이에 대응하는 비상공급 보조라인 A부재에 설치되어 비상공급 보조라인 A부재 내의 흐름을 통제하는 비상개폐 보조밸브 A부재(150); 수소가스 보조탱크 A부재로부터 유체공급 라인에 공급되는 수소 연료가 수소연료 탱크로 역류되는 것을 차단하도록 수소연료 탱크와 노드a 사이에 대응하는 유체공급 라인에 설치되어 유체공급 라인의 흐름을 통제하는 역류차단 밸브부재(160);를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예는 노드b에 연통된 상태로 노드b로부터 연장되는 비상공급라인 B부재(230); 노드b에 대향하는 비상공급라인 B부재의 단부에 설치되어 LPG형 수소가스 보조탱크 B부재를 비상공급라인 B부재에 연결시키는 커넥터 B부재(240); 커넥터 B부재와 노드b 사이에 대응하는 비상공급라인 B부재에 설치되어 비상공급라인 B부재 내의 흐름을 통제하는 비상개폐 보조밸브 B부재(250);를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예는, 노드b에 연통된 상태로 노드b로부터 연장되는 비상공급 보조라인 C부재(330); 노드b에 대향하는 비상공급 보조라인 C부재의 단부에 설치되어 액화수소 보조탱크 C부재를 비상공급 보조라인 C부재에 연결시키는 커넥터 C부재(340); 커넥터 C부재와 노드b 사이에 대응하는 비상공급 보조라인 C부재에 설치되어 비상공급 보조라인 C부재 내의 흐름을 통제하는 비상개폐 보조밸브 C부재(350);를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 제 4 실시예는, 노드b에 연통된 상태로 노드b로부터 연장되는 비상공급 보조라인 D부재(430); 노드b에 대향하는 비상공급 보조라인 D부재의 단부에 설치되어 수소저장합금 보조탱크 D부재를 비상공급 보조라인 D부재에 연결시키는 커넥터 D부재(440); 커넥터 D부재와 노드b 사이에 대응하는 비상공급 보조라인 D부재에 설치되어 비상공급 보조라인 D부재 내의 흐름을 통제하는 비상개폐 보조밸브 D부재(450);를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예는, 수소연료 탱크와 1차 감압부재 사이에 대응하는 유체공급 라인에 연통 형성된 노드a에 연통 연결되어 비상시 수소연료 탱크를 대신하여 유체공급 라인에 수소 가스를 공급하는 수소가스 보조탱크 A부재(170);를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예는, 1차 감압부재와 2차 감압부재 사이에 대응하는 유체공급 라인에 연통 형성된 노드b에 연통 연결되어 비상시 수소연료 탱크를 대신하여 유체공급 라인에 수소 가스를 공급하는 LPG형 수소가스 보조탱크 B부재(260);를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예는, 1차 감압부재와 2차 감압부재 사이에 대응하는 유체공급 라인에 연통 형성된 노드b에 연통 연결되어 비상시 수소연료 탱크를 대신하여 유체공급 라인에 수소 가스를 공급하는 액화수소 보조탱크 C부재(360);를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 제 4 실시예는, 1차 감압부재와 2차 감압부재 사이에 대응하는 유체공급 라인에 연통 형성된 노드b에 연통 연결되어 비상시 수소연료 탱크를 대신하여 유체공급 라인에 수소 가스를 공급하는 수소저장합금 보조탱크 D부재(460);를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명은 1차 감압부재, 2차 감압부재, 비상공급 보조라인 A부재, 커텍터 A부재, 비상개폐 보조밸브 A부재, 역류차단 밸브부재를 구비함에 따라 차량용으로 설치되어 있는 수소연료 탱크 내의 수소 연료가 소진된 경우 이를 대신하여 해당 수소 연료에 대응하는 연료를 그 수소전기차에 대해 비상충전이 가능하다는 장점을 나타낸다.
또한, 본 발명은 비상공급라인 B부재, 커넥터 B부재, 비상개폐 보조밸브 B부재를 구비함에 따라 수소연료의 다양한 저장방식에 따른 복수의 보조탱크가 유체공급 라인에 개별적으로 연결 가능하여 연료 저장 방식의 호환성을 향상시킬 수 있는 장점을 나타낸다.
또한, 본 발명은 비상공급 보조라인 C부재, 커넥터 C부재, 비상개폐 보조밸브 C부재를 구비함에 따라 수소연료에 대응하는 복수의 보조탱크가 유체공급 라인에 개별적으로 연결 가능하여 연료 저장 방식의 호환성을 향상시킬 수 있는 장점을 나타낸다.
또한, 본 발명은 비상공급 보조라인 D부재, 커넥터 D부재, 비상개폐 보조밸브 D부재를 구비함에 따라 수소연료의 다양한 저장방식에 따른 복수의 보조탱크가 유체공급 라인에 개별적으로 연결 가능하여 연료 저장 방식의 호환성을 향상시킬 수 있는 장점을 나타낸다.
또한, 본 발명은 수소전기차의 연료전지 스택에 공급하는 수소연료를 담을 별도의 복수의 보조탱크를 구비함에 따라 수소연료 탱크의 연료 소진시에 비상 충전이 가능하다는 장점을 나타낸다.
[도 1]은 연료전지 시스템에서 수소와 산소로부터 전기가 만들어지는 과정을 나타낸 예시도,
[도 2]는 수소전기 차량의 일반적인 구성을 개략적으로 나타낸 예시도,
[도 3]은 [도 2]에 대해 본 발명의 일부 구성이 반영된 상태를 나타낸 예시도,
[도 4]는 본 발명에 따른 수소전기차 비상충전 시스템을 도시한 예시도,
[도 5]는 [도 4]에서 수소가스 보조탱크 A부재로부터 비상충전이 이루어지도록 하는 구성을 나타낸 예시도,
[도 6]은 [도 4]에서 LPG형 수소가스 보조탱크 B부재로부터 비상충전이 이루어지도록 하는 구성을 나타낸 예시도,
[도 7]은 [도 4]에서 액화수소 보조탱크 C부재로부터 비상충전이 이루어지도록 하는 구성을 나타낸 예시도,
[도 8]은 [도 4]에서 수소저장합금 보조탱크 D부재로부터 비상충전이 이루어지도록 하는 구성을 나타낸 예시도이고,
[도 9]는 비상시 유체공급 라인에 연료를 공급하는 수소저장합금 보조탱크 D부재의 연료인 수소저장합금의 PCT 데이터를 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
[도 3]은 [도 2]에 대해 본 발명의 일부 구성이 반영된 상태를 나타낸 예시도이고, [도 4]는 본 발명에 따른 수소전기차 비상충전 시스템을 도시한 예시도이고, [도 5]는 [도 4]에서 수소가스 보조탱크 A부재로부터 비상충전이 이루어지도록 하는 구성을 나타낸 예시도이다.
[도 3] 내지 [도 5]를 참조하면 본 발명은 수소 연료로부터 전기를 생성하는 연료전지 스택(10)과, 연료전지 스택에 수소 연료를 공급하는 수소연료 탱크(20)와, 수소연료 탱크와 연료전지 스택을 연통 연결하여 수소 연료를 이동시키는 유체공급 라인(30)을 구비하는 수소전기차 충전장치에 대해 비상시 연료전지 스택에 연료를 공급하도록 하는 수소전기차 비상충전 시스템은 1차 감압부재(110), 2차 감압부재(120), 비상공급 보조라인 A부재(130), 커넥터 A부재(140), 비상개폐 보조밸브 A부재(150), 역류차단 밸브부재(160), 수소가스 보조탱크 A부재(170)를 포함하여 구성될 수 있다.
1차 감압부재(110)는 유체공급 라인(30)에 설치되어 고압 상태인 수소 연료의 압력(대략 700bar)을 대략 16bar의 압력으로 감압시킨다. 이어서, 2차 감압부재(120)는 1차 감압부재(110)와 연료전지 스택(10) 사이에 대응하는 유체공급 라인(30)에 설치되어 수소 연료의 현재 압력(대략 16bar)을 대략 1~1.5bar의 압력으로 감압시킨다.
비상공급 보조라인 A부재(130)는 [도 4]와 [도 5]에서와 같이 수소연료 탱크(20)와 1차 감압부재(110) 사이에 대응하는 유체공급 라인(30)의 노드a(41)에 연통된 상태로 노드a(41)로부터 연장 형성된다.
커넥터 A부재(140)는 [도 4]와 [도 5]를 참조하면 노드a(41)에 대향하는 비상공급 보조라인 A부재(130)의 단부에 설치되어 수소가스 보조탱크 A부재(170)를 비상공급 보조라인 A부재(130)에 연결시킨다.
이를 위해, 커넥터 A부재(140)는 [도 5]를 참조하면 충전노즐 A부재(141), 리셉터클 A부재(142), 트렁크 커넥터 A부재(143), 차량 커넥터 A부재(144)를 구비할 수 있다.
즉, 충전노즐 A부재(141)와 리셉터클 A부재(142)가 서로 기구적으로 연통 연결되는 경우 수소가스 보조탱크 A부재(170)로부터 연료가 연료전지 스택(10)으로 이동할 수 있다.
그리고, 충전노즐 A부재(141)와 리셉터클 A부재(142)가 서로 기구적으로 연통 연결되는 과정에서 트렁크 커넥터 A부재(143)와 차량 커넥터 A부재(144)도 접속(예: 접촉식 통신 또는 비접촉식 통신)됨에 따라 상호 간의 신호송수신이 이루어질 수 있다.
즉, 차량 내의 VCU(vehicle control unit) 또는 전용제어기가 수소가스 보조탱크 A부재(170)를 제어하거나 모니터링하기 위해서는 트렁크 커넥터 A부재(143)와 차량 커넥터 A부재(144)가 신호송수신이 가능하도록 접촉 또는 비접촉 패턴에 따라 접속된 상태를 유지하여야 한다.
예컨대, 차량 내의 VCU(vehicle control unit) 또는 전용제어기는 수소가스 보조탱크 A부재(170) 내 수소량이나 그 수소 가스의 압력을 센싱하도록 구성될 수 있다.
한편, [도 5]를 참조하면 수소가스 보조탱크 A부재(170)와 충전노즐 A부재(141) 사이에 대응하는 비상공급 보조라인 A부재(130) 상에 압력센서 부재(171)와 TPRD(172)를 구비할 수 있다.
압력센서 부재(171)는 수소가스 보조탱크 A부재(170) 내부의 수소 가스 압력을 센싱하고, TPRD(172)는 온도감응식 압력안전장치(TPRD: Thermally-Activated Pressure Relief Device)로서 비상시(예: 화재) 외부온도 상승으로 인한 수소가스 보조탱크 A부재(170) 내부의 압력이 비정상적으로 높아질 때 수소가스를 차량 외부로 방출하는 역할을 한다.
따라서, 바람직하게는 TPRD(172)는 커넥터 체결시 혹은 별도로 차량 외부로 배출할 수 있는 라인에 연결된다.
이처럼, 차량 내의 VCU(vehicle control unit) 또는 전용제어기는 압력센서 부재(171)와 TPRD(172)를 모니터링함에 따라 수소가스 보조탱크 A부재(170)의 현재 상태를 체크할 수 있다.
비상개폐 보조밸브 A부재(150)는 [도 4]와 [도 5]를 참조하면 커넥터 A부재(140)와 노드a(41) 사이에 대응하는 비상공급 보조라인 A부재(130)에 설치되어 비상공급 보조라인 A부재(130) 내의 흐름을 통제하도록 구성된다.
예컨대, 차량 내의 VCU(vehicle control unit) 또는 전용제어기는 압력센서 부재(171)와 TPRD(172)를 모니터링함에 따라 수소가스 보조탱크 A부재(170)의 현재 상태가 불안정하다고 판단되면 비상개폐 보조밸브 A부재(150)를 턴오프하여 수소가스 보조탱크 A부재(170)로부터의 수소 가스 공급을 일시적으로 차단하도록 구성될 수도 있다.
또한, 일반적인 사용에서는 수소가스 보조탱크 A부재(170)가 커넥터 A부재(140)를 통해 연결된 것이 통신을 통해 확인되고 시동 스위치가 켜질 경우 비상개폐 보조밸브 A부재(150)을 턴온하여 보조탱크의 수소를 연료전지 스택으로 공급한다.
또는, 다른 종류의 보조탱크가 연결되고 사용자가 다른 종류의 보조탱크를 사용할 것을 결정할 경우 수소가스 보조탱크 A부재(170)의 수소공급을 차단하여 수소공급을 제한하고 수소가스 보조탱크 A부재(170) 쪽으로 수소가스가 역류하는 것을 방지한다.
역류차단 밸브부재(160)는 [도 4]를 참조하면 수소연료 탱크(20)와 노드a(41) 사이에 대응하는 유체공급 라인(30)에 설치되어 유체공급 라인(30)의 흐름을 통제한다.
예컨대, 역류차단 밸브부재(160)는 [도 3]과 [도 4]를 참조하면 수소가스 보조탱크 A부재(170)로부터 유체공급 라인(30)에 공급되는 수소 연료가 수소연료 탱크(20)로 역류되는 것을 차단하도록 구성된다.
수소가스 보조탱크 A부재(170)는 [도 4]와 [도 5]를 참조하면 수소연료 탱크(20)와 1차 감압부재(110) 사이에 대응하는 유체공급 라인(30)에 연통 형성된 노드a(41)에 연통 연결되어 수소연료 탱크(20) 내의 수소 가스가 완전히 소진되는 등의 비상시에 그 수소연료 탱크(20)를 대신하여 유체공급 라인(30)에 수소 가스를 공급한다.
[도 6]은 [도 4]에서 LPG형 수소가스 보조탱크 B부재로부터 비상충전이 이루어지도록 하는 구성을 나타낸 예시도이다.
본 발명은 [도 4]와 [도 6]을 참조하면 비상공급라인 B부재(230), 커넥터 B부재(240), 비상개폐 보조밸브 B부재(250)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
비상공급라인 B부재(230)는 [도 4]와 [도 6]에서와 같이 1차 감압부재(110)와 2차 감압부재(120) 사이에 대응하는 유체공급 라인(30)의 노드b(42)에 연통된 상태로 노드b(42)로부터 연장 형성된다.
커넥터 B부재(240)는 [도 4]와 [도 6]을 참조하면 노드b(42)에 대향하는 비상공급라인 B부재(230)의 단부에 설치되어 LPG형 수소가스 보조탱크 B부재(260)를 비상공급라인 B부재(230)에 연결시킨다.
이를 위해, 커넥터 B부재(240)는 [도 6]을 참조하면 충전노즐 B부재(241), 리셉터클 B부재(242), 트렁크 커넥터 B부재(243), 차량 커넥터 B부재(244)를 구비할 수 있다.
즉, 충전노즐 B부재(241)와 리셉터클 B부재(242)가 서로 기구적으로 연통 연결되는 경우 LPG형 수소가스 보조탱크 B부재(260)로부터 연료가 연료전지 스택(10)으로 이동할 수 있다.
그리고, 충전노즐 B부재(241)와 리셉터클 B부재(242)가 서로 기구적으로 연통 연결되는 과정에서 트렁크 커넥터 B부재(243)와 차량 커넥터 B부재(244)도 접속(예: 접촉 또는 비접촉)됨에 따라 상호 간의 신호송수신이 이루어질 수 있다.
즉, 차량 내의 VCU(vehicle control unit) 또는 전용제어기가 LPG형 수소가스 보조탱크 B부재(260)를 제어하거나 모니터링하기 위해서는 트렁크 커넥터 B부재(243)와 차량 커넥터 B부재(244)가 신호송수신이 가능하도록 접촉 또는 비접촉 패턴에 따라 접속된 상태를 유지하여야 한다.
예컨대, 차량 내의 VCU(vehicle control unit) 또는 전용제어기는 LPG형 수소가스 보조탱크 B부재(260) 내 수소량이나 그 수소 가스의 압력을 센싱하도록 구성될 수 있다.
한편, [도 6]을 참조하면 LPG형 수소가스 보조탱크 B부재(260)에는 LPG형 수소가스 보조탱크 B부재(260) 내의 LPG형 수소가스의 충전량을 센싱하는 수소가스 압력센싱부재(261)를 구비할 수도 있다.
여기서, 차량 내의 VCU(vehicle control unit) 또는 전용제어기는 수소가스 압력센싱부재(261)를 모니터링함에 따라 LPG형 수소가스 보조탱크 B부재(260)의 현재 상태를 체크할 수 있다.
비상개폐 보조밸브 B부재(250)는 [도 4]와 [도 6]을 참조하면 커넥터 B부재(240)와 노드b(42) 사이에 대응하는 비상공급라인 B부재(230)에 설치되어 비상공급라인 B부재(230) 내의 흐름을 통제하도록 구성된다.
예컨대, 차량 내의 VCU(vehicle control unit) 또는 전용제어기는 수소가스 압력센싱부재(261)를 모니터링함에 따라 LPG형 수소가스 보조탱크 B부재(260)의 잔량이 없다고 판단되면 비상개폐 보조밸브 B부재(250)를 턴오프하여 LPG형 수소가스 보조탱크 B부재(260)로부터의 LPG형 수소가스 공급을 일시적으로 차단할 수 있다.
LPG형 수소가스 보조탱크 B부재(260)는 [도 4]와 [도 6]을 참조하면 1차 감압부재(110)와 2차 감압부재(120) 사이에 대응하는 유체공급 라인(30)에 연통 형성된 노드b(42)에 연통 연결되어 수소연료 탱크(20) 내의 수소 가스가 완전히 소진되는 등의 비상시에 수소연료 탱크(20)를 대신하여 유체공급 라인(30)에 수소 가스를 공급한다.
[도 7]은 [도 4]에서 액화수소 보조탱크 C부재로부터 비상충전이 이루어지도록 하는 구성을 나타낸 예시도이다.
본 발명은 [도 4]와 [도 7]을 참조하면 비상공급 보조라인 C부재(330), 커넥터 C부재(340), 비상개폐 보조밸브 C부재(350)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
비상공급 보조라인 C부재(330)는 [도 4]와 [도 7]을 참조하면 노드b(42)에 연통된 상태로 노드b(42)로부터 연장 형성될 수 있다.
커넥터 C부재(340)는 [도 4]와 [도 7]을 참조하면 노드b(42)에 대향하는 비상공급 보조라인 C부재(330)의 단부에 설치되어 액화수소 보조탱크 C부재(360)를 비상공급 보조라인 C부재(330)에 연결시킨다.
이를 위해, 커넥터 C부재(340)는 [도 7]을 참조하면 충전노즐 C부재(341), 리셉터클 C부재(342), 트렁크 커넥터 C부재(343), 차량 커넥터 C부재(344)를 구비할 수 있다.
즉, 충전노즐 C부재(341)와 리셉터클 C부재(342)가 서로 기구적으로 연통 연결되는 경우 액화수소 보조탱크 C부재(360)로부터 연료가 연료전지 스택(10)으로 이동할 수 있다.
그리고, 충전노즐 C부재(341)와 리셉터클 C부재(342)가 서로 기구적으로 연통 연결되는 과정에서 트렁크 커넥터 C부재(343)와 차량 커넥터 C부재(344)도 접속(예: 접촉 또는 비접촉)됨에 따라 상호 간의 신호송수신이 이루어질 수 있다.
즉, 차량 내의 VCU(vehicle control unit) 또는 전용제어기가 액화수소 보조탱크 C부재(360)를 제어하거나 모니터링하기 위해서는 트렁크 커넥터 C부재(343)와 차량 커넥터 C부재(344)가 신호송수신이 가능하도록 접촉 또는 비접촉 패턴에 따라 접속된 상태를 유지하여야 한다.
예컨대, 차량 내의 VCU(vehicle control unit) 또는 전용제어기는 액화수소 보조탱크 C부재(360) 내 연료의 압력을 센싱하도록 구성될 수 있다.
한편, [도 7]을 참조하면 액화수소 보조탱크 C부재(360)의 내외부에 안전밸브 부재(361), 기체출입밸브 부재(362), 보일(boil) 오프 제어밸브 부재(363), 열변환 부재(364), 레벨센서 부재(365), 전열기 부재(366)를 구비할 수 있다.
여기서, 차량 내의 VCU(vehicle control unit) 또는 전용제어기는 안전밸브 부재(361), 기체출입밸브 부재(362), 보일(boil) 오프 제어밸브 부재(363), 열변환 부재(364), 레벨센서 부재(365), 전열기 부재(366)를 각각 모니터링함에 따라 액화수소 보조탱크 C부재(360)의 현재 상태를 체크할 수 있다.
비상개폐 보조밸브 C부재(350)는 [도 4]와 [도 7]을 참조하면 커넥터 C부재(340)와 노드b(42) 사이에 대응하는 비상공급 보조라인 C부재(330)에 설치되어 비상공급 보조라인 C부재(330) 내의 흐름을 통제하도록 구성된다.
예컨대, 차량 내의 VCU(vehicle control unit) 또는 전용제어기는 안전밸브 부재(361), 기체출입밸브 부재(362), 보일(boil) 오프 제어밸브 부재(363), 열변환 부재(364), 레벨센서 부재(365), 전열기 부재(366)를 각각 모니터링함에 따라 액화수소 보조탱크 C부재(360)의 현재 상태가 불안정하다고 판단되면 비상개폐 보조밸브 C부재(350)를 턴오프하여 액화수소 보조탱크 C부재(360)로부터의 연료 공급을 일시적으로 차단할 수 있다.
또한, 일반적인 사용에서는 액화수소 보조탱크 C부재(360)가 커넥터 C부재(340)를 통해 연결된 것이 통신을 통해 확인되고 시동 스위치가 켜질 경우 비상개폐 보조밸브 C부재(350)을 턴온하여 보조탱크의 수소를 연료전지 스택으로 공급한다.
또는, 다른 종류의 보조탱크가 연결되고 사용자가 다른 종류의 보조탱크를 사용할 것을 결정할 경우 액화수소 보조탱크 C부재(360)의 수소공급을 차단하여 수소공급을 제한하고 액화수소 보조탱크 C부재(360) 쪽으로 수소가스가 역류하는 것을 방지한다.
액화수소 보조탱크 C부재(360)는 [도 4]와 [도 7]을 참조하면 1차 감압부재(110)와 2차 감압부재(120) 사이에 대응하는 유체공급 라인(30)에 연통 형성된 노드b(42)에 연통 연결되어 수소연료 탱크(20) 내의 수소 가스가 완전히 소진되는 등의 비상시에 수소연료 탱크(20)를 대신하여 유체공급 라인(30)에 수소 가스를 공급한다.
액화수소 보조탱크 C부재(360)는 일반적인 진공단열방식의 내통과 외통으로된 2중 구조의 액화수소탱크 규격으로 만들어지며 작동시 1.5~3bar의 수소가스를 공급한다.
안전밸브부재(361)의 토출 라인과 보일(boil) 오프제어밸브 부재(363)의 토출 라인은 커넥터 C부재(340) 체결시 차량 외부로 배출 할 수 있는 라인에 연결된다.
[도 8]은 [도 4]에서 수소저장합금 보조탱크 D부재로부터 비상충전이 이루어지도록 하는 구성을 나타낸 예시도이다.
본 발명은 [도 4]와 [도 8]을 참조하면 비상공급 보조라인 D부재(430), 커넥터 D부재(440), 비상개폐 보조밸브 D부재(450)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
비상공급 보조라인 D부재(430)는 [도 4]와 [도 8]을 참조하면 노드b(42)에 연통된 상태로 노드b(42)로부터 연장 형성될 수 있다.
커넥터 D부재(440)는 [도 4]와 [도 8]을 참조하면 노드b(42)에 대향하는 비상공급 보조라인 D부재(430)의 단부에 설치되어 수소저장합금 보조탱크 D부재(460)를 비상공급 보조라인 D부재(430)에 연결시킨다.
이를 위해, 커넥터 D부재(440)는 [도 8]을 참조하면 충전노즐 D부재(441), 리셉터클 D부재(442), 트렁크 커넥터 D부재(443), 차량 커넥터 D부재(444)를 구비할 수 있다.
즉, 충전노즐 D부재(441)와 리셉터클 D부재(442)가 서로 기구적으로 연통 연결되는 경우 수소저장합금 보조탱크 D부재(460)로부터 연료가 연료전지 스택(10)으로 이동할 수 있다.
그리고, 충전노즐 D부재(441)와 리셉터클 D부재(442)가 서로 기구적으로 연통 연결되는 과정에서 트렁크 커넥터 D부재(443)와 차량 커넥터 D부재(444)도 접속(예: 접촉 또는 비접촉)됨에 따라 상호 간의 신호송수신이 이루어질 수 있다.
즉, 차량 내의 VCU(vehicle control unit) 또는 전용제어기가 수소저장합금 보조탱크 D부재(460)를 제어하거나 모니터링하기 위해서는 트렁크 커넥터 D부재(443)와 차량 커넥터 D부재(444)가 신호송수신이 가능하도록 접촉 또는 비접촉 패턴에 따라 접속된 상태를 유지하여야 한다.
예컨대, 차량 내의 VCU(vehicle control unit) 또는 전용제어기는 수소저장합금 보조탱크 D부재(460) 내 연료의 압력을 센싱하도록 구성될 수 있다.
한편, [도 8]을 참조하면 수소저장합금 보조탱크 D부재(460)에는 수소량센싱 부재(461), 온도센서 부재(462), 히터 부재(463)가 구비될 수 있다.
여기서, 차량 내의 VCU(vehicle control unit) 또는 전용제어기는 수소량센싱 부재(461), 온도센서 부재(462), 히터 부재(463)를 각각 모니터링함에 따라 수소저장합금 보조탱크 D부재(460)의 현재 상태를 체크할 수 있다.
비상개폐 보조밸브 D부재(450)는 [도 4]와 [도 8]을 참조하면 커넥터 D부재(440)와 노드b(42) 사이에 대응하는 비상공급 보조라인 D부재(430)에 설치되어 비상공급 보조라인 D부재(430) 내의 흐름이 통제되도록 구성된다.
예컨대, 차량 내의 VCU(vehicle control unit) 또는 전용제어기는 수소량센싱 부재(461), 온도센서 부재(462), 히터 부재(463)를 각각 모니터링함에 따라 수소저장합금 보조탱크 D부재(460)의 현재 상태가 불안정하다고 판단되면 비상개폐 보조밸브 D부재(450)를 턴오프하여 수소저장합금 보조탱크 D부재(460)로부터의 연료 공급을 일시적으로 차단할 수 있다.
또한, 일반적인 사용에서는 수소저장합금 보조탱크 D부재(460)가 커넥터 D부재(440)를 통해 연결된 것이 통신을 통해 확인되고 시동 스위치가 켜질 경우 비상개폐 보조밸브 D부재(450)을 턴온하여 보조탱크의 수소를 연료전지 스택으로 공급한다.
또는, 다른 종류의 보조탱크가 연결되고 사용자가 다른 종류의 보조탱크를 사용할 것을 결정할 경우 수소저장합금 보조탱크 D부재(460)의 수소공급을 차단하여 수소공급을 제한하고 수소저장합금 보조탱크 D부재(460)쪽으로 수소가스가 역류하는 것을 방지한다.
수소저장합금 보조탱크 D부재(460)는 [도 4]와 [도 8]을 참조하면 1차 감압부재(110)와 2차 감압부재(120) 사이에 대응하는 유체공급 라인(30)에 연통 형성된 노드b(42)에 연통 연결되어 비상시 수소연료 탱크(20)를 대신하여 유체공급 라인(30)에 수소 가스를 공급한다.
수소저장합금 보조탱크 D부재(460) 내부에는 히터(heater)에 의한 기화 장치가 설치되어 있으며 히터 제어에 의해 수소저장합금 내 흡착된 수소를 기화시켜 수소저장합금 보조탱크 D부재(460) 내의 압력을 10 bar로 유지하여 수소가스를 공급한다.
수소전기차 비상충전 시스템은 앞서 언급한 4종류의 수소용기가 모두 연결될 수 있도록 준비되며 필요에 따라 1종류 또는 2종, 3종의 수소전기차 비상충전 시스템만 조합되어 사용될 수도 있다.
한편, 차량 정차 중에 수소전기차 비상충전 시스템의 연료전지 스택을 작동시켜 전원을 사용할 경우 예컨대, <1> V2G : 차량에서 외부로 AC220V를 공급하여 AC220V용 가전기기를 사용할 경우 (캠핑시 커피포트, 전자레인지, 전기히터 등 AC220V용 가전기구 사용 또는 푸드트럭에서 AC220V 전기기구를 사용 등) 일반적으로 차량의 수소탱크 내의 연료를 사용하게 되어 주행거리가 짧아지는 단점이 발생한다.
<2> 비상충전탱크를 사용하게 되면 차량의 연료소진 없이 가전기기를 사용할 수 있어 차량주행거리 단축의 부담없이 전기를 사용할 수 있다.
다른 한편, [도 9]는 비상시 유체공급 라인에 연료를 공급하는 수소저장합금 보조탱크 D부재의 연료인 수소저장합금의 PCT 데이터를 나타낸 도면이다.
[도 9]에서 수소저장합금 PCT데이터는 수소저장합금의 수소충전과 수소방출 특성을 나타낸다.
[도 9]의 수직은 압력(bar)이고 수평 Wt%(중량비율 Weight%)는 수소저장량을 나타낸다. [도 9]를 참조하면 압력을 높일수록(최대60bar) 수소저장합금의 수소흡장량(수소저장량)이 높아지는 것을 알 수 있다.
반대로, 수소를 수소저장합금에서 방출시키면(히터로 온도를 높여서 방출시킴) 수소가 방출되면서 탱크 내 압력이 높아지게 된다.
보통, 히터 온도를 조절하여 10bar정도로 탱크 내부압력이 조절되도록 하는데, [도 9]에서와 같이 현재는 1차 감압밸브가 700-->16bar 이고 2차가 16-->1.5bar 이기 때문에 10bar로 수소를 탱크에서 토출시키면 1차와 2차 감압밸브 사이이기 때문에 충분하지만 나중에 수소차메이커에서 1차를 700-->50bar 2차를 50-->1.5bar로 변경하면 수소저장합금탱크의 경우는 수소토출 압력을 50bar까지 높여서 사용할 수도 있다.
다른 한편, 차량 클러스터(계기판)에 본 발명의 수소전기차 비상충전 시스템이 연결될 경우 <1> 주행 모드 : 비상충전탱크 형식과 현재저장용량, 주행가능거리를 표시하고시, <2> V2G모드 : 현재 AC220V로 출력되는 출력(KW)량과 사용가능시간을 표시한다.
10 : 연료전지 스택
20 : 수소연료 탱크
30 : 유체공급 라인
41 : 노드a
42 : 노드b
110 : 1차 감압부재
120 : 2차 감압부재
130 : 비상공급 보조라인 A부재
140 : 커넥터 A부재
141 : 충전노즐 A부재
142 : 리셉터클 A부재
143 : 트렁크 커넥터 A부재
144 : 차량 커넥터 A부재
150 : 비상개폐 보조밸브 A부재
160 : 역류차단 밸브부재
170 : 수소가스 보조탱크 A부재
171 : 압력센서 부재
172 : TPRD
230 : 비상공급라인 B부재
240 : 커넥터 B부재
241 : 충전노즐 B부재
242 : 리셉터클 B부재
243 : 트렁크 커넥터 B부재
244 : 차량 커넥터 B부재
250 : 비상개폐 보조밸브 B부재
260 : LPG형 수소가스 보조탱크 B부재
261 : 수소가스 압력센싱부재
330 : 비상공급 보조라인 C부재
340 : 커넥터 C부재
341 : 충전노즐 C부재
342 : 리셉터클 C부재
343 : 트렁크 커넥터 C부재
344 : 차량 커넥터 C부재
350 : 비상개폐 보조밸브 C부재
360 : 액화수소 보조탱크 C부재
361 : 안전밸브 부재
362 : 기체출입밸브 부재
363 : 보일오프 제어밸브 부재
364 : 열변환 부재
365 : 레벨센서 부재
366 : 전열기 부재
430 : 비상공급 보조라인 D부재
440 : 커넥터 D부재
441 : 충전노즐 D부재
442 : 리셉터클 D부재
443 : 트렁크 커넥터 D부재
444 : 차량 커넥터 D부재
450 : 비상개폐 보조밸브 D부재
460 : 수소저장합금 보조탱크 D부재
461 : 수소량센싱 부재
462 : 온도센서 부재
463 : 히터 부재

Claims (8)

  1. 수소 연료로부터 전기를 생성하는 연료전지 스택(10)과, 상기 연료전지 스택에 수소 연료를 공급하는 수소연료 탱크(20)와, 상기 수소연료 탱크와 상기 연료전지 스택을 연통 연결하여 수소 연료를 이동시키는 유체공급 라인(30)을 구비하는 수소전기차 충전장치에 대해 비상시 상기 연료전지 스택에 연료를 공급하도록 하는 수소전기차 비상충전 시스템으로서,
    상기 유체공급 라인에 설치되어 수소 연료의 압력을 1차로 감압시키는 1차 감압부재(110);
    상기 1차 감압부재와 상기 연료전지 스택 사이에 대응하는 상기 유체공급 라인에 설치되어 수소 연료의 압력을 2차로 감압시키는 2차 감압부재(120);
    상기 수소연료 탱크와 상기 1차 감압부재 사이에 대응하는 상기 유체공급 라인의 노드a에 연통된 상태로 상기 노드a로부터 연장되는 비상공급 보조라인 A부재(130);
    상기 노드a에 대향하는 상기 비상공급 보조라인 A부재의 단부에 설치되어 수소가스 보조탱크 A부재를 상기 비상공급 보조라인 A부재에 연결시키는 커넥터 A부재(140);
    상기 커넥터 A부재와 상기 노드a 사이에 대응하는 상기 비상공급 보조라인 A부재에 설치되어 상기 비상공급 보조라인 A부재 내의 흐름을 통제하는 비상개폐 보조밸브 A부재(150);
    상기 수소가스 보조탱크 A부재로부터 상기 유체공급 라인에 공급되는 수소 연료가 상기 수소연료 탱크로 역류되는 것을 차단하도록 상기 수소연료 탱크와 상기 노드a 사이에 대응하는 상기 유체공급 라인에 설치되어 상기 유체공급 라인의 흐름을 통제하는 역류차단 밸브부재(160);
    노드b에 연통된 상태로 상기 노드b로부터 연장되는 비상공급라인 B부재(230);
    상기 노드b에 대향하는 상기 비상공급라인 B부재의 단부에 설치되어 LPG형 수소가스 보조탱크 B부재를 상기 비상공급라인 B부재에 연결시키는 커넥터 B부재(240);
    상기 커넥터 B부재와 상기 노드b 사이에 대응하는 상기 비상공급라인 B부재에 설치되어 상기 비상공급라인 B부재 내의 흐름을 통제하는 비상개폐 보조밸브 B부재(250);
    를 포함하여 구성되는 수소전기차 비상충전 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 노드b에 연통된 상태로 상기 노드b로부터 연장되는 비상공급 보조라인 C부재(330);
    상기 노드b에 대향하는 상기 비상공급 보조라인 C부재의 단부에 설치되어 액화수소 보조탱크 C부재를 상기 비상공급 보조라인 C부재에 연결시키는 커넥터 C부재(340);
    상기 커넥터 C부재와 상기 노드b 사이에 대응하는 상기 비상공급 보조라인 C부재에 설치되어 상기 비상공급 보조라인 C부재 내의 흐름을 통제하는 비상개폐 보조밸브 C부재(350);
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소전기차 비상충전 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 노드b에 연통된 상태로 상기 노드b로부터 연장되는 비상공급 보조라인 D부재(430);
    상기 노드b에 대향하는 상기 비상공급 보조라인 D부재의 단부에 설치되어 수소저장합금 보조탱크 D부재를 상기 비상공급 보조라인 D부재에 연결시키는 커넥터 D부재(440);
    상기 커넥터 D부재와 상기 노드b 사이에 대응하는 상기 비상공급 보조라인 D부재에 설치되어 상기 비상공급 보조라인 D부재 내의 흐름을 통제하는 비상개폐 보조밸브 D부재(450);
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소전기차 비상충전 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 수소연료 탱크와 상기 1차 감압부재 사이에 대응하는 상기 유체공급 라인에 연통 형성된 노드a에 연통 연결되어 비상시 상기 수소연료 탱크를 대신하여 상기 유체공급 라인에 수소 가스를 공급하는 수소가스 보조탱크 A부재(170);
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소전기차 비상충전 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 감압부재와 상기 2차 감압부재 사이에 대응하는 상기 유체공급 라인에 연통 형성된 노드b에 연통 연결되어 비상시 상기 수소연료 탱크를 대신하여 상기 유체공급 라인에 수소 가스를 공급하는 LPG형 수소가스 보조탱크 B부재(260);
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소전기차 비상충전 시스템.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 1차 감압부재와 상기 2차 감압부재 사이에 대응하는 상기 유체공급 라인에 연통 형성된 노드b에 연통 연결되어 비상시 상기 수소연료 탱크를 대신하여 상기 유체공급 라인에 수소 가스를 공급하는 액화수소 보조탱크 C부재(360);
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소전기차 비상충전 시스템.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 1차 감압부재와 상기 2차 감압부재 사이에 대응하는 상기 유체공급 라인에 연통 형성된 노드b에 연통 연결되어 비상시 상기 수소연료 탱크를 대신하여 상기 유체공급 라인에 수소 가스를 공급하는 수소저장합금 보조탱크 D부재(460);
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소전기차 비상충전 시스템.
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