KR102545106B1 - 연료 전지를 구비하는 차량을 위한 클리닝 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량에 구비된 연료 전지에서 발생하는 응축수를 센서 클리닝에 사용할 수 있는 클리닝 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 클리닝 시스템은, 연료 전지에서 발생한 응축수를 저장하는 응축수 리저버; 상기 응축수 리저버보다 높이 배치되며, 워셔액을 저장하는 워셔 리저버; 클리닝 제어기의 제어에 따라 동작하는 분사 모터; 상기 응축수 리저버와 상기 분사 모터를 연통시키되, 상기 워셔 리저버를 관통하는 유로; 및 상기 유로 중 상기 워셔 리저버와 상기 응축수 리저버 사이에 배치되는 역류 방지 수단을 포함하되, 상기 워셔 리저버는 상기 워셔액의 액위에 따라 상기 워셔액이 상기 유로로 유입되도록 허용하거나, 상기 유입을 차단하는 밸브를 포함할 수 있다.

Description

연료 전지를 구비하는 차량을 위한 클리닝 시스템{Cleaning system for vehicle having fuel cell}
본 발명은 차량에 구비된 연료 전지에서 발생하는 응축수를 센서 클리닝에 사용할 수 있는 클리닝 시스템에 관한 것이다.
최근에는 차량에 다양한 센서 장비를 이용하여 운전자를 보조하는 기능들이 탑재되고 있다. 일례로, 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS: Advanced Driver Assistance System)을 들 수 있다. ADAS는 전방 충돌 방지 시스템, 차선 이탈 경보 시스템, 차선 유지 보조 시스템 등, 경고 기능과 제동/조향계 제어를 통한 능동적 차량 제어까지 수행할 수 있다. 이러한 ADAS에서 더 나아가, 운전자의 감시 하에, 또는 어떠한 개입도 없이 자율 주행이 가능한 차량까지 활발히 연구되고 있다.
자율 주행 차량의 경우, 가장 중요한 센서 중 하나로 라이다(LIDAR:light detection and ranging)를 들 수 있다. 라이다는 빛을 이용하여 물체를 감지하고 거리를 측정하여 자동차 주변 환경의 물체를 입체적으로 맵핑하는 역할을 수행하는데, 일반적으로 레이저를 이용하므로 광학계를 가려 레이저의 진행을 차단하는 이물질(Blockage) 제거가 필수적이다. 이를 위하여, 라이다 센서 표면을 향하는 노즐을 통해 워셔액을 고압으로 분사하는 시스템이 구비될 수 있다. 이를 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 일반적인 연료 전지 및 센서 클리닝 시스템을 구비하는 자율 주행 차량 구성의 일례를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 차량(100)에는 연료 전지(110), 연료 전지(110)에서 발생하는 응축수를 저장하는 응축수 리저버(120), 라이다 센서(130), 라이다 센서(130)로부터 센싱 정보를 획득하는 자율 주행 제어기(140), 클리닝 제어기(150), 워셔액을 저장하는 워셔 리저버(170), 워셔 리저버(170)의 워셔액을 클리닝 제어기(150)의 제어에 따라 노즐(160)을 통해 센서(130)로 분사되도록 하는 분사 모터(180)를 포함할 수 있다.
연료 전지(110)에서 발생하는 응축수는 응축수 리저버(120)에 저장되어 있다가 일정량 이상 축적되는 등 소정 배출 조건이 만족되면 차량(100) 외부로 배출되며, 경우에 따라서는 응축수 리저버(120)가 생략될 수도 있다.
클리닝 제어기(150)는 워셔 리저버(170) 내의 액위를 측정하여 워셔액이 부족할 경우 클러스터에 경고등이 점등되도록 할 수 있으며, 자율 주행 제어기(140)의 센서(130) 오염에 따른 동작 명령에 따라 분사 모터(180)를 제어할 수 있다.
그런데, 워셔액을 저장하는 워셔 리저버(170)는 차량 내부에 배치되므로 그 크기에 한계가 있기 때문에 환경에 따라 잦은 워셔액의 보충이 필요하여 번거롭다. 뿐만 아니라, 오염원이 많은 환경에서 잦은 클리닝이 수행될 경우, 워셔 리저버(170) 내의 워셔액이 고갈되면 클리닝이 불가해진다. 이러한 경우, 자율 주행 차량은 클리닝 불가로 인해 센서 오염 상태가 해소되지 않을 경우 목적지로 주행하는 대신 폴백(Fallback) 기능을 동작시켜 안전지대로 이동하게 되어 불편함을 초래하게 된다.
이러한 불편함을 해소하기 위하여, 워셔 리저버(170)의 용량을 증대시키는 방법도 고려될 수 있으나, 차량 내부 공간의 문제로 한계가 있으며, 연료 전지(110)에서 배출되는 응축수는 순수한 물이나 달리 이용되지 못하고 외부로 배출되어 버려지게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 센서 클리닝이 요구되는 차량에서 연료 전지의 응축수를 이용하여 센서 클리닝을 수행할 수 있는 클리닝 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 클리닝 시스템은, 연료 전지에서 발생한 응축수를 저장하는 응축수 리저버; 상기 응축수 리저버보다 높이 배치되며, 워셔액을 저장하는 워셔 리저버; 클리닝 제어기의 제어에 따라 동작하는 분사 모터; 상기 응축수 리저버와 상기 분사 모터를 연통시키되, 상기 워셔 리저버를 관통하는 유로; 및 상기 유로 중 상기 워셔 리저버와 상기 응축수 리저버 사이에 배치되는 역류 방지 수단을 포함하되, 상기 워셔 리저버는 상기 워셔액의 액위에 따라 상기 워셔액이 상기 유로로 유입되도록 허용하거나, 상기 유입을 차단하는 밸브를 포함할 수 있다.
예를 들어, 클리닝 시스템은 상기 유로 중 상기 워셔 리저버의 내부에 위치하는 분기부에서 상부로 연장되는 상부 유로를 더 포함하되, 상기 밸브는 상기 상부 유로에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 상부 유로는 사이드 홀을 포함하고, 상기 밸브는 상기 액위에 따라 상기 사이드 홀을 차단하거나 개방시키는 플로팅 밸브를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 역류 방지 수단은 상기 유로의 내압에 따라, 상기 응축수가 상기 응축수 리저버에서 상기 워셔 리저버 방향으로 흐를 수 있도록 개방되는 체크 밸브를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 분사 모터가 동작할 때 저액위로 인해 상기 플로팅 밸브가 상기 사이드 홀을 차단한 상태인 경우, 상기 체크 밸브가 개방될 수 있다.
예를 들어, 상기 분사 모터가 동작할 때 상기 플로팅 밸브가 상기 사이드 홀을 차단하지 않은 상태인 경우, 상기 체크 밸브는 닫힌 상태로 유지될 수 있다.
예를 들어, 클리닝 시스템은 클리닝 대상물을 향해 배치된 노즐을 더 포함하되, 상기 분사 모터는 상기 응축수 또는 상기 워셔액이 상기 노즐을 통해 상기 클리닝 대상물에 분사되도록 할 수 있다.
예를 들어, 상기 클리닝 대상물은 라이다(Lidar) 센서를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 클리닝 제어기는, 상기 라이다 센서의 오염에 따라 자율 주행 제어기가 전송하는 동작 명령에 따라 상기 분사 모터를 제어할 수 있다.
예를 들어, 클리닝 시스템은 상기 워셔 리저버 내에 배치되어 액위 정보를 상기 클리닝 제어기에 전달하는 액위 센서를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 의하면, 연료 전지에서 생성된 응축수가 센서 클리닝에 이용될 수 있다.
특히, 워셔액 리저버의 크기 증대가 최소화될 수 있으며, 워셔액이 고갈되더라도 응축수를 통한 클리닝이 가능하다. 또한, 응축수는 온수 상태로 배출되므로, 동절기에도 동결 문제에서 자유롭다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 연료 전지 및 센서 클리닝 시스템을 구비하는 자율 주행 차량 구성의 일례를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 및 센서 클리닝 시스템을 구비하는 자율 주행 차량 구성의 일례를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 워셔 리저버의 고액위 상태에서 클리닝 수행 형태의 일례를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 워셔 리저버의 저액위 상태에서 클리닝 수행 형태의 일례를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플로팅 밸브 구조들을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 클리닝 시스템 구성의 일례를 나타낸다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 연료 전지를 구비하는 차량에서 센서 클리닝을 수행함에 있어서, 연료 전지에서 발생하는 응축수를 워셔액이 부족할 때 바로 센서 클리닝에 이용할 수 있도록 할 것을 제안한다. 여기서, 클리닝의 대상이 되는 센서는 자율 주행 차량의 라이다 센서일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 클리닝 대상은 비전 센서용 카메라, 초음파 센서 등 블록키지에 민감하며 워셔액을 분사하는 방식으로 클리닝될 수 있는 센서라면 어떠한 센서에도 적용이 가능하다. 아울러, 클리닝 대상은 센서 외에도 헤드 램프나 윈드 실드가 될 수도 있다.
먼저, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 차량 구조를 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 및 센서 클리닝 시스템을 구비하는 자율 주행 차량 구성의 일례를 나타낸다.
도 2에서는 도 1과의 차이점을 위주로 설명하며, 중복되는 기재는 명세서의 간명함을 위해 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, 도 1의 경우와 달리 응축수 리저버(120)는 워셔 리저버(170')와 유로를 통해 연통된다. 이때, 응축수 리저버(120)와 워셔 리저버(170') 사이에는 응축수 리저버(120)에서 워셔 리저버(170') 방향으로만 응축수가 흐를 수 있도록 하는 역류 방지 수단(190)이 구비된다. 역류 방지 수단(190)의 예로는 체크 밸브를 들 수 있다. 체크 밸브는 최소 상류 압력인 크래킹 압력에 도달하기 전까지는 닫힌 상태가 되며, 크래킹 압력에 도달하면 개방되어 응축수 리저버(120)에서 워셔 리저버(170') 방향으로 응축수가 이동할 수 있도록 할 수 있다. 크래킹 압력은 후술할 플로팅 밸브가 닫힌 상태에서 분사 모터(180)가 발생시키는 압력에 대응하여 조절될 수 있다.
또한, 워셔 리저버(170')는 응축수 리저버(120)보다 높이 위치하는 것이 바람직하다. 이는 응축수 리저버(120)의 응축수가 중력을 받아 역류 방지 수단(190)이 개방되는 방향으로 가압하는 것을 방지하기 위함이다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 워셔 리저버의 구조 및 액위 조건에 따른 클리닝 수행 형태를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 워셔 리저버의 고액위 상태에서 클리닝 수행 형태의 일례를 나타내고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 워셔 리저버의 저액위 상태에서 클리닝 수행 형태의 일례를 나타낸다.
먼저, 도 3을 참조하면, 워셔 리저버(170') 내에는 역류 방지 수단(190)으로부터 분사 모터(180) 사이를 연통시키는 유로(210)가 배치되며, 분기부(330)에서 상측으로 유로가 분기된다. 상측으로 분기된 상부 유로(220)에는 사이드 홀(340)과, 워셔액의 부력을 받아 액위에 따라 상하로 이동하는 플로팅 밸브(310)가 배치된다. 플로팅 밸브(310)는 구조적으로 사이드 홀(340)을 막는 것 이상으로 상부 유로(220)에 하방으로 깊이 들어가지 못하도록 상부가 상부 유로(220)의 직경보다 큰 것이 바람직하며, 이러한 형태를 가짐으로써 부력을 받는데도 유리하다. 또한, 플로팅 밸브(310)는 상부 유로(320)를 이탈하지 않도록 일단이 유로(210) 내벽에 고정된 와이어(320)와 연결될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 워셔액이 충분할 경우 플로팅 밸브(310)는 사이드 홀(340)을 막지 않는 상태를 유지하며, 클리닝 제어기(150)의 제어에 따라 분사 모터(180)가 동작할 경우, 워셔액은 사이드 홀(340)을 통해 분사 모터(180) 방향으로 이동될 수 있다. 워셔액이 분사되는 동안은 유로(210) 내부의 압력이 일정 수준으로 유지되므로, 역류 방지 수단(190)은 개방되지 않는다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 워셔 리저버(170') 내에 현재 액위(410)가 액위 하한선(420)보다 낮을 정도로 저액위 상태인 경우가 도시된다. 액위 하한선(420)보다 액위가 낮을 경우, 플로팅 밸브(310)는 사이드 홀(340)을 완전히 막게 된다. 따라서, 클리닝 제어기(150)의 제어에 따라 분사 모터(180)가 동작할 경우, 유로 내부의 압력이 점점 떨어지다가 역류 방지 수단(190)의 크래킹 압력에 도달하면, 역류 방지 수단(190)이 개방되어 응축수 리저버(120)의 응축수가 유로를 통해 분사 모터(180)로 이동할 수 있게 된다.
결국, 분사 모터(180)가 동작하는 것만으로도 별도의 워셔 리저버(170')나 다른 밸브에 대한 전자적 제어가 없더라도 응축수나 워셔액이 분사될 수 있다. 따라서, 워셔액이 충분할 경우 워셔액을 통한 클리닝이 가능하며, 워셔액이 부족할 경우에는 응축수를 통한 클리닝이 가능하게 된다.
물론, 이러한 경우에도 워셔 리저버(170') 내에 액위 센서가 구비될 경우, 클리닝 제어기는 워셔액 부족시 경고등 점등 제어를 수행할 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하여 실시예들에 적용될 수 있는 플로팅 밸브 구조를 설명한다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플로팅 밸브 구조들을 나타낸다.
먼저, 도 5의 (a)를 참조하면, 플로팅 밸브(510)는 상단이 원기둥 형태인 도 3 및 도 4의 경우와 달리, 상단이 원뿔대 형상 형상을 가질 수도 있다. 이러한 형상을 가질 경우에도 역시 이탈 방지를 위해 와이어(520)가 필요하다.
이와 달리, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 플로팅 밸브(530)의 상단(531)과 하단(533)이, 상부 유로의 상부 개구의 직경보다 크고, 중단(532)은 상부 개구의 직경보다 작게 구성될 수도 있다. 이러한 경우, 도 5의 (b) 우측에 도시된 바와 같이, 워셔액이 충분하여 사이드 홀이 개방되는 상태가 되더라도, 플로팅 밸브(530)의 하단(533)이 상부 개구를 통과하지 못하므로 와이어 없이도 이탈이 방지될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 플로팅 밸브 대신 전동 밸브가 적용될 수도 있다. 이를 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 클리닝 시스템 구성의 일례를 나타낸다. 도 6에 도시된 클리닝 시스템의 구성은, 워셔 리저버(170") 및 클리닝 제어기(150')의 구성이 상이하고, 역류 방지 수단(190)이 생략됨을 제외하면, 나머지 구성 요소는 도 2에 도시된 클리닝 시스템과 동일할 수 있으므로, 중복되는 기재는 생략하기로 하고, 차이점을 위주로 설명한다.
도 6을 참조하면, 워셔 리저버(170") 내에 분사 모터(180)와 연통하는 유로(210)가 통과함은 도 3의 경우와 유사하나, 도 3에 도시된 분기부(320)의 위치에 전동 밸브(610)가 배치된다. 전동 밸브(610)는 클리닝 제어기(150')의 제어에 따라, 선택적으로 응축수 리저버(120) 방향의 유로를 차단시키고 상부 유로(220)만 개방시키거나, 상부 유로(220)를 차단하고 응축수 리저버(120) 방향의 유로를 개방시킬 수 있다. 이를 위해, 워셔 리저버(170")는 워셔액의 액위를 측정하여 이를 클리닝 제어기(150')에 전달하는 액위 센서(620)를 구비할 수 있다. 즉, 액위 센서(620)가 저액위 임을 감지하면, 클리닝 제어기(150')는 전동 밸브(610)가 상부 유로(220)를 차단하고 응축수 리저버(120) 방향의 유로를 개방시키도록 제어할 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 연료 전지에서 발생한 응축수를 저장하는 응축수 리저버;
    상기 응축수 리저버보다 높이 배치되며, 워셔액을 저장하는 워셔 리저버;
    클리닝 제어기의 제어에 따라 동작하는 분사 모터;
    상기 응축수 리저버와 상기 분사 모터를 연통시키되, 상기 워셔 리저버를 관통하는 유로;
    상기 유로 중 상기 워셔 리저버의 내부에 위치하는 분기부에서 상부로 연장되고 외면에 적어도 하나의 사이드 홀이 형성된 상부 유로; 및
    상기 유로 중 상기 워셔 리저버와 상기 응축수 리저버 사이에 배치되는 역류 방지 수단을 포함하되,
    상기 워셔 리저버는,
    상기 워셔액의 액위에 따라 상기 사이드 홀을 차단하거나 개방시키는 플로팅 밸브가 구비된 밸브를 포함하는, 차량용 클리닝 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 역류 방지 수단은 상기 유로의 내압에 따라, 상기 응축수가 상기 응축수 리저버에서 상기 워셔 리저버 방향으로 흐를 수 있도록 개방되는 체크 밸브를 포함하는, 차량용 클리닝 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 분사 모터가 동작할 때 저액위로 인해 상기 플로팅 밸브가 상기 사이드 홀을 차단한 상태인 경우,
    상기 체크 밸브가 개방되는, 차량용 클리닝 시스템.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 분사 모터가 동작할 때 상기 플로팅 밸브가 상기 사이드 홀을 차단하지 않은 상태인 경우,
    상기 체크 밸브는 닫힌 상태로 유지되는, 차량용 클리닝 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    클리닝 대상물을 향해 배치된 노즐을 더 포함하되,
    상기 분사 모터는 상기 응축수 또는 상기 워셔액이 상기 노즐을 통해 상기 클리닝 대상물에 분사되도록 하는, 차량용 클리닝 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 클리닝 대상물은,
    라이다(Lidar) 센서를 포함하는, 차량용 클리닝 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 클리닝 제어기는,
    상기 라이다 센서의 오염에 따라 자율 주행 제어기가 전송하는 동작 명령에 따라 상기 분사 모터를 제어하는, 차량용 클리닝 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 워셔 리저버 내에 배치되어 액위 정보를 상기 클리닝 제어기에 전달하는 액위 센서를 더 포함하는, 차량용 클리닝 시스템.
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