KR20140029883A - Integrated control system for fuel cell vehicle - Google Patents

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KR20140029883A KR1020120096005A KR20120096005A KR20140029883A KR 20140029883 A KR20140029883 A KR 20140029883A KR 1020120096005 A KR1020120096005 A KR 1020120096005A KR 20120096005 A KR20120096005 A KR 20120096005A KR 20140029883 A KR20140029883 A KR 20140029883A
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Abstract

An integrated control system for a fuel cell vehicle is disclosed. The integrated control system for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention comprises: a fuel cell stack; an air supply system for supplying air to the fuel cell stack; a hydrogen supply system for supplying hydrogen gas, which has been supplied to the fuel cell stack, to the fuel cell stack again; and a water/heat management system for managing water and heat discharged from the stack. The present invention further comprises an integrated control part connected to the air blower of the air supply system to integrally control the air blower, the hydrogen recirculating blower of the hydrogen supply system and the cooling pump of the water/heat management system, wherein the air blower, the hydrogen recirculating blower and the cooling pump are sequentially connected in series.

Description

연료전지 자동차용 통합제어 시스템{INTEGRATED CONTROL SYSTEM FOR FUEL CELL VEHICLE}Integrated control system for fuel cell vehicles {INTEGRATED CONTROL SYSTEM FOR FUEL CELL VEHICLE}

본 발명은 통합제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지 자동차의 시스템 운전 장치(Balance of Plant, BOP)에 대한 통합제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated control system, and more particularly, to an integrated control system for a system driving apparatus (BOP) of a fuel cell vehicle.

내연기관에 연료 및 공기 공급, 냉각, 배기를 위한 장치로 구성된 엔진 운전 장치가 있듯이, 연료전지 자동차의 연료전지 발전 시스템에도 유사한 기능을 하는 연료전지 운전 장치(Balance of Plant, BOP)가 있다. Just as an internal combustion engine has an engine driving device composed of a device for supplying fuel, air, cooling, and exhausting, there is a fuel cell driving device (BOP) having a similar function in a fuel cell power generation system of a fuel cell vehicle.

이와 같은 연료전지 자동차의 시스템 운전 장치는 크게 공기 공급시스템(APS, Air Process System), 수소 공급시스템(FPS, Fuel Process System) 및 물/열 관리시스템(TMS, Thermal Management System)으로 구분될 수 있다. Such a system driving device of a fuel cell vehicle may be classified into an air supply system (APS), a hydrogen supply system (FPS), and a water / thermal management system (TMS). .

관련하여, 도 1은 종래 연료전지 자동차의 시스템 운전 장치(10)를 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a diagram schematically illustrating a system driving apparatus 10 of a conventional fuel cell vehicle.

도 1을 참조하면, 공기 공급시스템(12)은 연료전지 스택(11)에 수소와 반응을 할 공기(산소)를 공급하는 시스템으로 에어클리너, 공기공급기(에어블로어) 등을 포함하여 구성된다. 수소 공급시스템(13)은 연료전지 스택(11)에 수소를 공급하는 시스템으로, 연료전지 스택(11)에서 미 반응된 수소를 재순환시키는 시스템까지 포함한다. 수소 공급시스템(13)은 수소탱크, 압력조절기, 수소재순환블로어 등을 포함하여 구성된다. 물/열 관리시스템(14)은 전체 시스템에서 필요로 하는 물 균형을 유지하는 기능과 더불어, 반응 시에 연료전지 스택(11)에서 발생하는 열을 적절한 온도로 유지하는 기능을 한다. 물/열 관리시스템(14)은 라디에이터, 냉각펌프, 이온필터 등을 포함하여 구성된다. 또한, 시스템 운전 장치(10)는 연료전지 스택(11)에서 반응한 공기, 수소 및 물을 배출하는 벤트(vent) 시스템을 더 포함한다. 한편, 상술한 시스템들은 본 기술분야에선 일반적인 내용이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. Referring to FIG. 1, the air supply system 12 is a system for supplying air (oxygen) to react with hydrogen to the fuel cell stack 11, and includes an air cleaner, an air supply (air blower), and the like. The hydrogen supply system 13 is a system for supplying hydrogen to the fuel cell stack 11, and includes a system for recycling unreacted hydrogen in the fuel cell stack 11. The hydrogen supply system 13 includes a hydrogen tank, a pressure regulator, a hydrogen recycle blower, and the like. The water / thermal management system 14 functions to maintain the water balance required for the entire system, as well as to maintain the heat generated in the fuel cell stack 11 at an appropriate temperature during the reaction. The water / thermal management system 14 includes a radiator, a cooling pump, an ion filter, and the like. In addition, the system operating apparatus 10 further includes a vent system for discharging air, hydrogen, and water reacted in the fuel cell stack 11. In the meantime, the above-described systems are general in the art, so detailed description thereof will be omitted.

상기와 같이 구성된 시스템 운전 장치(10)에 있어서 연료전지 스택(11)을 최적의 조건으로 운전하기 위하여 제어 가능한 부품 중 대표적으로는 공기 공급시스템(12)의 공기블로어(미도시), 수소 공급시스템(13)의 수소재순환블로어(미도시), 그리고 물/열 관리시스템(14)의 냉각펌프(미도시)를 들 수 있다. In the system driving apparatus 10 configured as described above, an air blower (not shown) and a hydrogen supply system of the air supply system 12 are representative of controllable components for operating the fuel cell stack 11 under optimum conditions. Hydrogen recycle blower (not shown) of (13), and the cooling pump (not shown) of the water / thermal management system 14 are mentioned.

종래에는 상기 공기블로어, 수소재순환블로어 및 냉각펌프의 제어는 개별적으로 이루어졌으며, 구체적으로는 각 부품에 연결된 BLDC모터(미도시, Brushless DC motor)와 전용제어기를 통하여 각 부품 구동의 제어가 이루어져 왔다. Conventionally, the control of the air blower, the hydrogen recirculation blower and the cooling pump has been performed separately, and specifically, the control of driving of each component has been made through a BLDC motor (not shown, brushless DC motor) and a dedicated controller connected to each component. .

그런데, 이와 같이 공기블로어, 수소재순환블로어 및 냉각펌프의 제어가 개별적으로 이루어지는 경우에는, 각 부품에 따른 개별 구동모터 및 제어기가 별개로 장착되어야 하므로 전체 시스템의 부피 및 공간을 크게 차지하는 문제가 있었으며, 이로 인하여 전체 시스템 구축 비용 역시 높아지는 문제가 있었다. 또한, 시스템 운전 장치의 전체 제어시스템이 복잡해지는 문제가 수반되었다. 연료전지 차량의 시스템 운전 장치에 있어서 상기 부품들을 통합적으로 제어 가능한 시스템이 요구되는 이유다.However, in the case where the control of the air blower, the hydrogen recirculation blower, and the cooling pump is performed separately, each drive motor and the controller according to each component have to be mounted separately, so that there is a problem of large volume and space of the entire system. As a result, the overall system construction cost was also high. In addition, there has been a problem that the entire control system of the system driving apparatus becomes complicated. This is why there is a need for a system capable of integrally controlling the components in a system driving apparatus of a fuel cell vehicle.

본 발명의 실시예들은 연료전지 자동차에 있어서 공기블로어, 수소재순환블로어 및 냉각펌프를 통합하여 제어가능한 연료전지 자동차용 통합제어 시스템을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide an integrated control system for a fuel cell vehicle which can be controlled by integrating an air blower, a hydrogen recirculation blower and a cooling pump in a fuel cell vehicle.

본 발명의 일 측면에 따르면, 연료전지 스택, 상기 연료전지 스택에 공기를 공급하는 공기 공급시스템, 상기 연료전지 스택으로 공급된 수소 가스를 다시 상기 연료전지 스택으로 공급하는 수소 공급시스템 및 상기 스택에서 배출되는 물과 열을 관리하는 물/열 관리시스템을 포함하고, 상기 공기 공급시스템의 공기블로어, 상기 수소 공급시스템의 수소재순환블로어 및 상기 물/열 관리시스템의 냉각펌프가 순차적으로 직렬 연결되고, 상기 공기블로어와 연결되어 상기 공기블로어, 수소재순환블로어 및 냉각펌프를 통합하여 제어하는 통합제어부를 더 포함하는 연료전지 자동차용 통합제어 시스템이 제공될 수 있다. According to an aspect of the present invention, a fuel cell stack, an air supply system for supplying air to the fuel cell stack, a hydrogen supply system for supplying hydrogen gas supplied to the fuel cell stack back to the fuel cell stack and in the stack A water / heat management system for managing the discharged water and heat, and an air blower of the air supply system, a hydrogen recycle blower of the hydrogen supply system, and a cooling pump of the water / heat management system are sequentially connected in series, The integrated control system for a fuel cell vehicle may be provided further comprising an integrated control unit connected to the air blower and integrally controlling the air blower, the hydrogen recirculation blower, and the cooling pump.

이 때, 상기 통합제어기는 상기 통합제어기의 제어에 따라 구동되는 통합모터를 구비하고, 상기 통합모터는 상기 공기블로어와 연결될 수 있다. In this case, the integrated controller may include an integrated motor driven under the control of the integrated controller, and the integrated motor may be connected to the air blower.

한편, 상기 공기블로어 및 수소재순환 블로어 사이에는 상기 통합모터의 회전수를 제1 범위로 감소시키는 제1 기어박스가 설치되고, 상기 수소재순환 블로어는 상기 제1 범위의 회전수로 구동될 수 있다. On the other hand, between the air blower and the hydrogen recycle blower is provided with a first gear box for reducing the rotational speed of the integrated motor to the first range, the hydrogen recycle blower may be driven at a rotational speed of the first range.

또한, 상기 수소재순환 블로어 및 냉각펌프 사이에는 상기 통합모터의 회전수를 상기 제1 범위의 회전수보다 낮은 회전수인 제2 범위로 감소시키는 제2 기어박스가 설치되고, 상기 냉각펌프는 상기 제2 범위의 회전수로 구동될 수 있다. In addition, a second gearbox is installed between the hydrogen recirculation blower and the cooling pump to reduce the rotational speed of the integrated motor to a second range, the rotational speed of which is lower than the rotational speed of the first range. It can be driven at a rotation speed of two ranges.

이 때, 상기 제1 범위는 10,000 rpm 내지 99,999 rpm이고, 상기 제2 범위는 1,000 rpm 내지 9,999rpm일 수 있다. In this case, the first range may be 10,000 rpm to 99,999 rpm, and the second range may be 1,000 rpm to 9,999 rpm.

한편, 상기 공기블로어 및 상기 수소재순환블로어의 연결부위에 설치되어 공기 및 수소의 누설을 방지하는 실링 유닛을 더 포함할 수 있다. On the other hand, the air blower and the hydrogen recirculation blower may be installed on the connection portion may further include a sealing unit for preventing the leakage of air and hydrogen.

이 때, 상기 실링 유닛은, 상기 공기블로어 및 상기 수소재순환블로어의 연결부위를 감싸도록 결합하는 실링 커버; 상기 실링 커버의 내부를 기밀하는 접착부; 및 상기 실링 커버에 형성되는 요철부를 포함할 수 있다.At this time, the sealing unit, the sealing cover for coupling to surround the connecting portion of the air blower and the hydrogen recycle blower; An adhesive part for hermetically sealing the inside of the sealing cover; And it may include an uneven portion formed in the sealing cover.

본 발명의 실시예들은 연료전지 자동차에 있어서 공기블로어, 수소재순환 블로어 및 냉각펌프를 하나의 통합제어기를 통하여 제어함으로써 제어의 편의성을 향상시키고, 전체 시스템의 부품 수를 감소시킬 수 있다. Embodiments of the present invention can improve the convenience of control by reducing the air blower, hydrogen recirculation blower and the cooling pump through a single integrated controller in the fuel cell vehicle, it is possible to reduce the number of parts of the overall system.

따라서, 시스템 구축 비용을 저감시킬 뿐만 아니라, 레이아웃 측면에서도 전체 시스템을 보다 효율적으로 구축할 수 있다.Therefore, not only can the system construction cost be reduced, but the overall system can be constructed more efficiently in terms of layout.

도 1은 종래 연료전지 자동차의 시스템 운전 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 자동차용 통합제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 연료전지 자동차용 통합제어 시스템을 구체적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 연료전지 자동차용 통합제어 시스템에서 통합제어부 만을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 3의 연료전지 자동차용 통합제어 시스템에서 공기블로어 및 수소재순환블로어의 연결부위에 설치되는 실링유닛의 일 예시를 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a system driving apparatus of a conventional fuel cell vehicle.
2 is a view schematically showing an integrated control system for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.
3 is a view illustrating in detail the integrated control system for a fuel cell vehicle of FIG. 2.
FIG. 4 is a view schematically illustrating only an integrated control unit in the integrated control system for a fuel cell vehicle of FIG. 2.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a sealing unit installed at a connection portion of an air blower and a hydrogen recirculation blower in the integrated control system for a fuel cell vehicle of FIG. 3.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 자동차용 통합제어 시스템(100, 이하 통합제어 시스템)을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a view schematically showing an integrated control system for a fuel cell vehicle (hereinafter, referred to as an integrated control system) according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 통합제어 시스템은 연료전지 스택(110), 공기 공급시스템(120), 수소 공급시스템(130), 물/열 관리시스템(140) 및 통합제어부(160)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the integrated control system may include a fuel cell stack 110, an air supply system 120, a hydrogen supply system 130, a water / thermal management system 140, and an integrated control unit 160. .

연료전지 스택(110)은 수소와 산소의 화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지 복수개가 적층되어 구성된 것으로, 본 기술분야에서는 일반적인 것이므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다. The fuel cell stack 110 is formed by stacking a plurality of fuel cells that produce electricity through the chemical reaction between hydrogen and oxygen. Since they are common in the technical field, a detailed description thereof will be omitted.

공기 공급시스템(120)은 연료전지 스택(110)에 수소와 반응을 할 공기(산소)를 공급하는 시스템이다. 공기 공급시스템(120)의 세부구성에 대해서는 후속 도면을 참조하여 보충 설명하기로 한다. The air supply system 120 is a system for supplying air (oxygen) to react with hydrogen to the fuel cell stack 110. Detailed configuration of the air supply system 120 will be described later with reference to the accompanying drawings.

수소 공급시스템(130)은 연료전지 스택(110)에 수소를 공급하는 시스템으로, 연료전지 스택(110)에서 미 반응된 수소를 재순환시키는 구성까지 포함하는 개념이다. 수소 공급시스템(130)의 세부구성에 대해서는 후속 도면을 참조하여 보충 설명하기로 한다. The hydrogen supply system 130 is a system for supplying hydrogen to the fuel cell stack 110. The hydrogen supply system 130 is a concept including a configuration for recycling unreacted hydrogen in the fuel cell stack 110. Detailed configuration of the hydrogen supply system 130 will be described later with reference to the accompanying drawings.

물/열 관리시스템(140)은 전체 시스템에서 필요로 하는 물 균형을 유지하는 기능과 더불어, 반응 시에 연료전지 스택(110)에서 발생하는 열을 적절한 온도로 유지하는 기능을 하는 것으로, 물/열 관리시스템(140)의 세부구성에 대해서는 후속 도면을 참조하여 보충 설명하기로 한다. The water / thermal management system 140 maintains the water balance required for the entire system, and maintains the heat generated from the fuel cell stack 110 at an appropriate temperature during the reaction. Detailed configuration of the thermal management system 140 will be described later with reference to the accompanying drawings.

또한, 통합제어 시스템(100)는 연료전지 스택(110)에서 반응한 공기, 수소 및 물을 배출하는 벤트 시스템(vent system, 150)을 포함하여 구성될 수 있으며, 벤트 시스템(150)은 본 기술분야에선 일반적인 내용이므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다. In addition, the integrated control system 100 may include a vent system 150 for discharging air, hydrogen, and water reacted in the fuel cell stack 110, the vent system 150 is the present technology General information in the field, detailed description thereof will be omitted.

통합제어 시스템(100)은 공기 공급시스템(120)의 공기블로어(미도시), 수소 공급시스템(130)의 수소재순환블로어(미도시) 및 물/열 관리시스템(140)의 냉각펌프(미도시)를 통합하여 제어하는 통합제어부(160)를 포함하여 구성되는 것을 일 특징으로 한다. The integrated control system 100 includes an air blower (not shown) of the air supply system 120, a hydrogen recycle blower (not shown) of the hydrogen supply system 130, and a cooling pump (not shown) of the water / thermal management system 140. It characterized in that it comprises an integrated control unit 160 to control by integrating the control unit.

통합제어부(160)는 상기 공기블로어, 수소재순환블로어 및 냉각펌프와 순차적으로 직렬 연결될 수 있다. 예를 들어, 통합제어부(160)는 상기 공기블로어와 연결되고, 상기 공기블로어는 다시 상기 수소재순환블로어와 연결되고, 상기 수소재순환블로어는 다시 상기 냉각펌프와 직렬로 연결될 수 있다. 따라서, 종래 연료전지 자동차의 시스템 운전 장치(BOP)에서 개별적으로 제어되던 공기블로어, 수소재순환블로어 및 냉각펌프를 통합제어부(160)에서 일괄적으로 제어할 수 있다. 이하, 보다 구체적인 시스템 구성을 참조하여 통합제어 시스템(100)를 설명하도록 한다. Integrated control unit 160 may be connected in series with the air blower, hydrogen recycle blower and the cooling pump. For example, an integrated control unit 160 may be connected to the air blower, the air blower may be connected to the hydrogen recirculation blower again, and the hydrogen recirculation blower may be connected to the cooling pump in series. Therefore, the air blower, the hydrogen recirculation blower, and the cooling pump, which are individually controlled by the system operation apparatus BOP of the conventional fuel cell vehicle, may be collectively controlled by the integrated controller 160. Hereinafter, the integrated control system 100 will be described with reference to a more specific system configuration.

도 3은 도 2의 연료전지 자동차용 통합제어 시스템(100)을 구체적으로 도시한 도면이다. 3 is a view illustrating in detail the integrated control system 100 for a fuel cell vehicle of FIG. 2.

도 3을 참조하면, 공기 공급시스템(120)은 공기블로어(121)와 공기가습기(122)를 포함하여 구성될 수 있다. 공기블로어(121)는 공기(산소)를 연료전지 스택(110)에 공급하는 장치이며, 공기가습기(122)는 공기블로어(121)로부터 공급된 공기를 가습하는 장치이다. 공기블로어(121)로부터 공급되어 공기가습기(122)를 거쳐 연료전지 스택(110)에서 반응된 공기는 벤트 시스템(150)을 거쳐 배출된다.Referring to FIG. 3, the air supply system 120 may include an air blower 121 and an air humidifier 122. The air blower 121 is a device for supplying air (oxygen) to the fuel cell stack 110, and the air humidifier 122 is a device for humidifying the air supplied from the air blower 121. Air supplied from the air blower 121 and reacted in the fuel cell stack 110 via the air humidifier 122 is discharged through the vent system 150.

수소 공급시스템(130)은 수소저장탱크(131), 레귤레이터(132), 수소차단밸브(133), 가변제어밸브(134), 이젝터(135), 수소가습기(136) 및 수소재순환블로어(137)를 포함하여 구성될 수 있다. The hydrogen supply system 130 includes a hydrogen storage tank 131, a regulator 132, a hydrogen shutoff valve 133, a variable control valve 134, an ejector 135, a hydrogen humidifier 136, and a hydrogen recycle blower 137. It may be configured to include.

수소저장탱크(131)는 연료전지 스택(110)에 공급되는 수소를 저장하는 탱크이며, 레귤레이터(132)는 고압으로 압축되어 있는 수소를 감압하는 장치이다. 수소차단밸브(133)는 비상시에 상기 수소 공급을 차단하는 밸브이며, 가변제어밸브(134)는 연료전지 스택(110)에 공급되는 수소의 압력을 조절하는 밸브이다. 이젝터(135)는 상기 수소저장탱크(131), 레귤레이터(132), 수소차단밸브(133) 및 가변제어밸브(134)를 거친 수소를 연료전지 스택(110)에 고압으로 공급하는 기능을 한다. The hydrogen storage tank 131 is a tank for storing hydrogen supplied to the fuel cell stack 110, and the regulator 132 is a device for reducing pressure of hydrogen compressed at high pressure. The hydrogen shutoff valve 133 is a valve for shutting off the hydrogen supply in an emergency, and the variable control valve 134 is a valve for adjusting the pressure of hydrogen supplied to the fuel cell stack 110. The ejector 135 serves to supply hydrogen to the fuel cell stack 110 at high pressure through the hydrogen storage tank 131, the regulator 132, the hydrogen shutoff valve 133, and the variable control valve 134.

한편, 연료전지 스택(110)에서는 수소 및 공기가 적당량이 공급된다 하더라도 모든 수소가 반응하지는 못하므로, 연료전지 스택(110)의 배출구는 다시 연료전지 스택(110)의 수소 입구와 연결되는 구성을 갖는 것이 일반적이다. 이를 수소재순환장치라고 한다. 상기 수소재순환장치는 상기 배출구와 연결되어 재순환되는 수소를 가습시키는 수소 가습기(136)와, 재순환 수소를 공급하는 수소재순환블로어(137)를 포함하여 구성된다. 이 때, 수소재순환블로어(137)를 통해 공급된 재순환 수소는 다시 이젝터(135)를 통해 연료전지 스택(110)에 재공급되어 재활용될 수 있다. On the other hand, in the fuel cell stack 110, even if a proper amount of hydrogen and air is supplied, not all hydrogen reacts, so the outlet of the fuel cell stack 110 is connected to the hydrogen inlet of the fuel cell stack 110 again. It is common to have This is called a hydrogen recirculation system. The hydrogen recirculation apparatus includes a hydrogen humidifier 136 connected to the outlet to humidify the hydrogen to be recycled, and a hydrogen recycle blower 137 to supply recycle hydrogen. At this time, the recycle hydrogen supplied through the hydrogen recycle blower 137 may be re-supplied to the fuel cell stack 110 through the ejector 135 and recycled.

물/열 관리시스템(140)은 냉각펌프(141), 써모스탯(142), 라디에이터(143), 3웨이 밸브(144) 및 이온 필터(145)를 포함하여 구성될 수 있다. The water / thermal management system 140 may include a cooling pump 141, a thermostat 142, a radiator 143, a three-way valve 144, and an ion filter 145.

냉각펌프(141)는 냉각수를 순환시켜주는 장치이고, 써모스탯(142)은 상기 냉각수의 온도를 조절하는 장치이다. 라디에이터(143)는 냉각수를 냉각시키는 장치이고, 3웨이 밸브(144)는 연료전지 스택(110)을 순환하는 냉각수의 온도에 따라 유로 변경을 시켜주는 장치이다. 또한, 이온 필터(145)는 연료전지 스택(110)을 순환하는 냉각수에 존재하는 이온을 걸러주는 기능을 한다. The cooling pump 141 is a device for circulating the cooling water, and the thermostat 142 is a device for adjusting the temperature of the cooling water. The radiator 143 is a device for cooling the cooling water, and the three-way valve 144 is a device for changing the flow path according to the temperature of the cooling water circulating in the fuel cell stack 110. In addition, the ion filter 145 filters the ions present in the cooling water circulating in the fuel cell stack 110.

상기와 같이, 냉각수가 냉각펌프(141), 써모스탯(142), 라디에이터(143), 3웨이 밸브(144) 및 이온 필터(145)를 거침으로써, 전체 시스템에서 필요로 하는 물 균형을 유지시키거나 발생하는 열의 온도를 유지할 수 있다. As described above, the cooling water passes through the cooling pump 141, the thermostat 142, the radiator 143, the three-way valve 144 and the ion filter 145, thereby maintaining the water balance required for the entire system. Or maintain the temperature of the generated heat.

통합제어부(160)는 통합제어기(161) 및 통합모터(162)를 포함하여 구성될 수 있다. 통합제어기(161)는 공기 공급시스템(120)의 공기블로어(121), 수소 공급시스템(130)의 수소재순환블로어(137) 및 물/열 관리시스템(140)의 냉각펌프(141)를 일괄적으로 제어하는 것으로, 공지의 모터제어기를 사용할 수 있다. The integrated controller 160 may include an integrated controller 161 and an integrated motor 162. The integrated controller 161 collectively includes an air blower 121 of the air supply system 120, a hydrogen recycle blower 137 of the hydrogen supply system 130, and a cooling pump 141 of the water / thermal management system 140. By controlling in the above manner, a known motor controller can be used.

통합모터(162)는 통합제어기(161)에 의해 제어되는 것으로, 공기 공급시스템(120)의 공기블로어(121), 수소 공급시스템(130)의 수소재순환블로어(137) 및 물/열 관리시스템(140)의 냉각펌프(141)를 통합적으로 구동시키는 역할을 한다. 통합모터(162)는 BLDC모터(Brushless DC motor)일 수 있다. The integrated motor 162 is controlled by the integrated controller 161, the air blower 121 of the air supply system 120, the hydrogen recycle blower 137 of the hydrogen supply system 130 and the water / thermal management system ( It serves to integrally drive the cooling pump 141 of the 140. The integrated motor 162 may be a brushless DC motor.

구체적으로, 통합모터(162)의 일단은 통합제어기(161)에 연결되고, 타단은 공기블로어(121)에 전기적으로 연결된다. 공기블로어(121)의 일단은 상술한 것과 같이 통합모터(162)에 연결되고, 타단은 수소재순환블로어(137)에 전기적으로 연결된다. 그리고 수소재순환블로어(137)의 일단은 상술한 것과 같이 공기블로어(121)에 연결되고, 타단은 냉각펌프(141)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 통합모터(162)의 구동에 의하여 공기블로어(121), 수소재순환블로어(137) 및 냉각펌프(141)가 함께 구동될 수 있으며, 이는 통합제어기(161)에 의해 상기 부품들이 제어될 수 있음을 의미한다. Specifically, one end of the integrated motor 162 is connected to the integrated controller 161, the other end is electrically connected to the air blower 121. One end of the air blower 121 is connected to the integrated motor 162 as described above, and the other end is electrically connected to the hydrogen recycle blower 137. One end of the hydrogen recirculation blower 137 is connected to the air blower 121 as described above, and the other end is electrically connected to the cooling pump 141. Accordingly, the air blower 121, the hydrogen recirculation blower 137, and the cooling pump 141 may be driven together by the driving of the integrated motor 162, and the parts may be controlled by the integrated controller 161. It means that there is.

도 4는 도 2의 연료전지 자동차용 통합제어 시스템(100)에서 통합제어부(160)만을 개략적으로 도시한 도면이다. FIG. 4 is a view schematically illustrating only the integrated control unit 160 in the integrated control system 100 for a fuel cell vehicle of FIG. 2.

도 4를 참조하면, 상술한 것과 마찬가지로 통합제어부(160)는 통합제어기(161), 통합모터(162), 공기블로어(121), 수소재순환블로어(137) 및 냉각펌프(141)가 직렬 연결된다. 이 때, 공기블로어(121) 및 수소재순환블로어(137) 사이에는 제1 기어박스(163)이 설치되고, 수소재순환블로어(137) 및 냉각펌프(141) 사이에는 제2 기어박스(164)가 설치될 수 있다. Referring to FIG. 4, the integrated controller 160 is connected to the integrated controller 161, the integrated motor 162, the air blower 121, the hydrogen recycle blower 137, and the cooling pump 141 in series as described above. . At this time, a first gearbox 163 is installed between the air blower 121 and the hydrogen recirculation blower 137, and a second gearbox 164 is disposed between the hydrogen recirculation blower 137 and the cooling pump 141. Can be installed.

제1 기어박스(163)는 각종 기어들의 조합으로 인하여 통합모터(162)의 회전수를 제1 범위로 감소시키는 기능을 한다. 여기에서 제1 범위는 10,000 rpm 내지 99,999 rpm일 수 있다. The first gearbox 163 functions to reduce the rotation speed of the integrated motor 162 to the first range due to the combination of various gears. Here, the first range may be 10,000 rpm to 99,999 rpm.

제2 기어박스(164)는 제1 기어박스(163)와 마찬가지로 각종 기어들의 조합으로 인하여 통합모터(162)의 회전수를 감소시키는 기능을 한다. 이 때, 제2 기어박스(164)는 제1 기어박스(163)에서 제1 범위로 감소된 회전수를 다시 제2 범위로 감소시킨다. 여기에서 제2 범위는 1,000 rpm 내지 9,999 rpm으로 상기 제1 범위보다 낮은 회전수 범위를 갖는다. Like the first gearbox 163, the second gearbox 164 functions to reduce the rotation speed of the integrated motor 162 due to the combination of various gears. At this time, the second gearbox 164 reduces the number of revolutions reduced from the first gearbox 163 to the first range back to the second range. Wherein the second range has a lower speed range than the first range at 1,000 rpm to 9,999 rpm.

공기블로어(121)는 최대 출력 5 내지 10kW 급의 모터로 구동되고, 수소재순환블로어(137) 및 냉각펌프(141)는 수백와트 급의 모터로 구동될 수 있다. 따라서, 통합모터(161)를 공기블로어(121)를 구동가능한 용량보다 소정 크기 더 큰 용량으로 채택할 경우에는, 공기블로어(121) 뿐만 아니라 수소재순환블로어(137) 및 냉각펌프(141)까지 구동이 가능하다. The air blower 121 may be driven by a motor having a maximum output of 5 to 10 kW, and the hydrogen recirculation blower 137 and the cooling pump 141 may be driven by a motor of several hundred watts. Therefore, when the integrated motor 161 adopts the air blower 121 as a predetermined size larger than the driveable capacity, not only the air blower 121 but also the hydrogen recirculation blower 137 and the cooling pump 141 are driven. This is possible.

예를 들어, 통합모터(161)가 10kW급의 모터인 경우에, 통합모터(161)는 공기블로어(121)를 충분히 구동시킬 수 있다. 이 때, 공기블로어(121)를 구동하고 제1 기어박스(163)를 통해 통합모터(161)의 회전수를 감소시킬 경우에는 수소재순환블로어(137)를 충분히 구동 가능하다. 상기 회전수 감소 범위는 수소 재순환블로어(137)를 구동 가능한 회전수(10,000 rpm~99,999 rpm)이다. 또한, 수소재순환블로어(137)를 구동한 후에는 다시 제2 기어박스(164)를 통해 통합모터(161)의 회전수를 보다 감소시키면 냉각펌프(141)도 구동할 수 있다. 상기 회전수 감소 범위는 제1 기어박스(163)에서 감소된 회전수보다 더 낮은 회전수(1,000rpm~9,999rpm)이다. For example, when the integrated motor 161 is a 10kW class motor, the integrated motor 161 can sufficiently drive the air blower 121. In this case, when the air blower 121 is driven and the rotation speed of the integrated motor 161 is reduced through the first gear box 163, the hydrogen recycle blower 137 may be sufficiently driven. The rotation speed reduction range is the rotation speed (10,000 rpm ~ 99,999 rpm) capable of driving the hydrogen recycle blower 137. In addition, after the hydrogen recycle blower 137 is driven, the cooling pump 141 may also be driven by further reducing the rotation speed of the integrated motor 161 through the second gear box 164. The rotation speed reduction range is a lower rotation speed (1,000 rpm to 9,999 rpm) than the rotation speed reduced in the first gearbox 163.

상기와 같은 구성에 의하여, 하나의 통합제어기(161) 및 통합모터(162)를 통해 공기블로어(121), 수소재순환블로어(137) 및 냉각펌프(141)를 구동 및 제어할 수 있다. 따라서, 제어의 편의성을 향상시키고 전체 시스템의 부품 수를 감소시킬 수 있다. 이는 시스템 구축 비용을 저감시킬 뿐만 아니라 각 부품들의 개별 제어부품들이 필요없으므로 레이아웃(lay-out)측면에서도 전체 시스템을 보다 효율적으로 구축할 수 있다. By the above configuration, it is possible to drive and control the air blower 121, the hydrogen recirculation blower 137 and the cooling pump 141 through one integrated controller 161 and the integrated motor 162. Thus, it is possible to improve the convenience of control and to reduce the number of parts of the entire system. This not only reduces system construction costs, but also eliminates the need for separate control components for each component, making the overall system more efficient in terms of layout.

도 5는 도 3의 연료전지 자동차용 통합제어 시스템(100)에서 공기블로어(121) 및 수소재순환블로어(137)의 연결부위에 설치되는 실링유닛(165)의 일 예시를 도시한 도면이다. FIG. 5 is a view illustrating an example of a sealing unit 165 installed at a connection portion of an air blower 121 and a hydrogen recirculation blower 137 in the integrated control system 100 for a fuel cell vehicle of FIG. 3.

도 5를 참조하면, 통합제어 시스템(100)은 공기블로어(121) 및 수소재순환블로어(137)의 연결부위에 설치되어 공기 및 수소의 누설을 방지하는 실링 유닛(165)을 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5, the integrated control system 100 may further include a sealing unit 165 installed at a connection portion of the air blower 121 and the hydrogen recirculation blower 137 to prevent leakage of air and hydrogen. .

실링 유닛(165)은 공기블로어(121) 및 수소재순환블로어(137)의 연결부위를 감싸는 실링커버(165a)와, 실링커버(165a)의 내부를 기밀하는 접착부(165b)와, 실링커버(165a)에 형성되는 요철부(165c)를 포함할 수 있다. The sealing unit 165 may include a sealing cover 165a surrounding the connection portion of the air blower 121 and the hydrogen recirculation blower 137, an adhesive part 165b sealing the inside of the sealing cover 165a, and a sealing cover 165a. It may include a concave-convex portion (165c) formed in).

실링커버(165a)는 공기블로어(121) 및 수소재순환블로어(137)의 연결부위를 감싸도록 결합할 수 있다. 이 때, 상기 결합은 용접을 통해 이루어질 수 있다. 접착부(165b)는 실링커버(165a) 내부에 도포되는 접착제에 해당하는 것으로, 공기블로어(121) 및 수소재순환블로어(137)의 연결부위에서 누설 가능한 공기 및 수소를 실링하는 기능을 한다. 이 때, 상기 접착제 종류는 한정되지 않는다. 한편, 요철부(165c)는 공기블로어(121) 및 수소재순환블로어(137)의 회전축커버(r)를 내부에 수용함으로써 회전축커버(r)의 틈 사이로 누설 가능한 공기 및 수소를 실링하는 기능을 한다. The sealing cover 165a may be coupled to surround the connection portion of the air blower 121 and the hydrogen recirculation blower 137. At this time, the coupling may be made by welding. The adhesive part 165b corresponds to an adhesive applied inside the sealing cover 165a and functions to seal air and hydrogen that may leak from the connection portion of the air blower 121 and the hydrogen recirculation blower 137. At this time, the kind of the adhesive is not limited. On the other hand, the uneven portion 165c functions to seal air and hydrogen that can leak between the gaps of the rotary shaft cover r by accommodating the rotary shaft cover r of the air blower 121 and the hydrogen recycle blower 137 therein. .

상기 설명한 바와 같이 구성되는 실링 유닛(165)은 공기블로어(121) 및 수소재순환블로어(137)를 직렬 연결할 때에 공기 및 수소의 누설을 차단함으로써 보다 안정적으로 결합이 이루어지도록 할 수 있다. The sealing unit 165 configured as described above may be more stably coupled by blocking the leakage of air and hydrogen when the air blower 121 and the hydrogen recirculation blower 137 are connected in series.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 연료전지 자동차에 있어서 공기블로어, 수소재순환 블로어 및 냉각펌프를 하나의 통합제어기를 통하여 제어함으로써 제어의 편의성을 향상시키고, 전체 시스템의 부품 수를 감소시킬 수 있다. 따라서, 시스템 구축 비용을 저감시킬 뿐만 아니라, 레이아웃 측면에서도 전체 시스템을 보다 효율적으로 구축할 수 있다.As described above, embodiments of the present invention can improve the convenience of control and reduce the number of parts of the entire system by controlling the air blower, the hydrogen recirculation blower and the cooling pump through a single integrated controller in a fuel cell vehicle. have. Therefore, not only can the system construction cost be reduced, but the overall system can be constructed more efficiently in terms of layout.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, many modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.

10: 종래 연료전지 자동차의 시스템 운전 장치
11: 연료전지 스택 12: 공기 공급시스템
13: 수소 공급시스템 14: 물/열 관리시스템
15: 벤트 시스템
100: 연료전지 자동차용 통합제어 시스템
110: 연료전지 스택 120: 공기 공급시스템
121: 공기블로어 122: 공기가습기
130: 수소 공급시스템 131: 수소저장탱크
132: 레귤레이터 133: 수소차단밸브
134: 가변제어밸브 135: 이젝터
136: 수소 가습기 137: 수소재순환블로어
140: 물/열 관리시스템 141: 냉각펌프
142: 써모스탯 143: 라디에이터
144: 3웨이 밸브 145: 이온 필터
150: 벤트 시스템 160: 통합제어부
161: 통합제어기 162: 통합모터
163: 제1 기어박스 164: 제2 기어박스
165: 실링유닛 165a: 실링커버
165b: 접착부 165c: 요철부
r: 회전축커버10: system driving device of a conventional fuel cell vehicle
11: fuel cell stack 12: air supply system
13: Hydrogen supply system 14: Water / thermal management system
15: Vent system
100: integrated control system for fuel cell vehicle
110: fuel cell stack 120: air supply system
121: air blower 122: air humidifier
130: hydrogen supply system 131: hydrogen storage tank
132: regulator 133: hydrogen shutoff valve
134: variable control valve 135: ejector
136: hydrogen humidifier 137: hydrogen recycle blower
140: water / thermal management system 141: cooling pump
142: thermostat 143: radiator
144: three-way valve 145: ion filter
150: vent system 160: integrated control unit
161: integrated controller 162: integrated motor
163: first gearbox 164: second gearbox
165: sealing unit 165a: sealing cover
165b: bonding portion 165c: uneven portion
r: rotary shaft cover

Claims (7)

연료전지 스택, 상기 연료전지 스택에 공기를 공급하는 공기 공급시스템, 상기 연료전지 스택으로 공급된 수소 가스를 다시 상기 연료전지 스택으로 공급하는 수소 공급시스템 및 상기 스택에서 배출되는 물과 열을 관리하는 물/열 관리시스템을 포함하고,
상기 공기 공급시스템의 공기블로어, 상기 수소 공급시스템의 수소재순환블로어 및 상기 물/열 관리시스템의 냉각펌프가 순차적으로 직렬 연결되고,
상기 공기블로어와 연결되어 상기 공기블로어, 수소재순환블로어 및 냉각펌프를 통합하여 제어하는 통합제어부를 더 포함하는 연료전지 자동차용 통합제어 시스템.A fuel cell stack, an air supply system for supplying air to the fuel cell stack, a hydrogen supply system for supplying hydrogen gas supplied to the fuel cell stack back to the fuel cell stack, and for managing water and heat discharged from the stack Include water / thermal management systems,
The air blower of the air supply system, the hydrogen recirculation blower of the hydrogen supply system and the cooling pump of the water / thermal management system are sequentially connected in series,
And an integrated control unit connected to the air blower to integrally control the air blower, the hydrogen recirculation blower, and the cooling pump. 청구항 1에 있어서,
상기 통합제어기는 상기 통합제어기의 제어에 따라 구동되는 통합모터를 구비하고, 상기 통합모터는 상기 공기블로어와 연결되는 연료전지 자동차용 통합제어 시스템.The method according to claim 1,
The integrated controller has an integrated motor driven according to the control of the integrated controller, the integrated motor is connected to the air blower integrated control system for a fuel cell vehicle. 청구항 2에 있어서,
상기 공기블로어 및 수소재순환 블로어 사이에는 상기 통합모터의 회전수를 제1 범위로 감소시키는 제1 기어박스가 설치되고,
상기 수소재순환 블로어는 상기 제1 범위의 회전수로 구동되는 연료전지 자동차용 통합제어 시스템.The method according to claim 2,
A first gearbox is installed between the air blower and the hydrogen recirculation blower to reduce the rotation speed of the integrated motor to a first range.
And said hydrogen recirculation blower is driven at a rotational speed of said first range. 청구항 3에 있어서,
상기 수소재순환 블로어 및 냉각펌프 사이에는 상기 통합모터의 회전수를 상기 제1 범위의 회전수보다 낮은 회전수인 제2 범위로 감소시키는 제2 기어박스가 설치되고,
상기 냉각펌프는 상기 제2 범위의 회전수로 구동되는 연료전지 자동차용 통합제어 시스템.The method of claim 3,
A second gearbox is installed between the hydrogen recirculation blower and the cooling pump to reduce the rotational speed of the integrated motor to a second range, which is lower than the rotational speed of the first range.
The cooling pump is a fuel cell vehicle integrated control system is driven at a rotational speed of the second range. 청구항 4에 있어서,
상기 제1 범위는 10,000 rpm 내지 99,999 rpm이고,
상기 제2 범위는 1,000 rpm 내지 9,999rpm인 연료전지 자동차용 통합제어 시스템.The method of claim 4,
The first range is 10,000 rpm to 99,999 rpm,
The second range is 1,000 rpm to 9,999 rpm integrated control system for a fuel cell vehicle. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공기블로어 및 상기 수소재순환블로어의 연결부위에 설치되어 공기 및 수소의 누설을 방지하는 실링 유닛을 더 포함하는 연료전지 자동차용 통합제어 시스템.The method according to any one of claims 1 to 5,
And a sealing unit installed at a connection portion of the air blower and the hydrogen recirculation blower to prevent leakage of air and hydrogen. 청구항 6에 있어서,
상기 실링 유닛은,
상기 공기블로어 및 상기 수소재순환블로어의 연결부위를 감싸도록 결합하는 실링 커버;
상기 실링 커버의 내부를 기밀하는 접착부; 및
상기 실링 커버에 형성되는 요철부를 포함하는 연료전지 자동차용 통합제어 시스템.The method of claim 6,
Wherein the sealing unit comprises:
Sealing cover coupled to surround the connecting portion of the air blower and the hydrogen recycle blower;
An adhesive part for hermetically sealing the inside of the sealing cover; And
Integrated control system for a fuel cell vehicle including an uneven portion formed in the sealing cover.
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