KR20220039913A - Cooling system for fuel cell electric vehicle - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a cooling system for a fuel cell vehicle, which comprises: a stack cooling line for cooling a fuel cell stack of a fuel cell vehicle; an indoor cooling line for cooling an indoor space of the fuel cell vehicle; a battery cooling line for cooling a battery of the fuel cell vehicle; a first bypass line for allowing a refrigerant in the indoor cooling line to bypass the battery cooling line; and a second bypass line for allowing the refrigerant in the battery cooling line to bypass the indoor cooling line.

Description

연료전지 차량용 냉각 시스템 {COOLING SYSTEM FOR FUEL CELL ELECTRIC VEHICLE}Cooling system for fuel cell vehicle {COOLING SYSTEM FOR FUEL CELL ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 연료전지 차량용 냉각 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling system for a fuel cell vehicle.

연료전지 차량(FCEV)의 경우, 차량을 구성하는 구성품들, 예를 들어 연료전지 스택을 냉각수를 통해 냉각하는 것이 요구된다. 이를 위해 차량의 전방 측에 스택 라디에이터를 배치하는 것이 일반적이다. 그리고 스택 라디에이터의 후방 측에는 팬을, 그리고 스택 라디에이터의 전방 측에는 전장 라디에이터 및/또는 냉방용 콘덴서를 배치하는 것이 일반적이다. In the case of a fuel cell vehicle (FCEV), it is required to cool components constituting the vehicle, for example, a fuel cell stack through coolant. For this purpose, it is customary to place a stack radiator on the front side of the vehicle. And it is common to arrange a fan on the rear side of the stack radiator, and a full-length radiator and/or a condenser for cooling on the front side of the stack radiator.

그런데 연료전지 트럭의 경우 디젤 트럭에 비해서 높은 냉각용량이 요구되어 스택 라디에이터의 사이즈 증대가 필요하나, 차량의 전방 측에는 캐빈 공간 등으로 인해 스택 라디에이터를 위한 공간을 충분히 확보하기 어렵다. 이로 인해 스택 라디에이터의 사이즈 증대가 어렵다. 따라서 연료전지 트럭과 같은 연료전지 상용차에 있어 연료전지 스택의 냉각을 위한 냉각용량을 충분하게 확보하는 것이 매우 어려운 실정이다. However, in the case of a fuel cell truck, a higher cooling capacity is required compared to a diesel truck, so the size of the stack radiator needs to be increased. Due to this, it is difficult to increase the size of the stack radiator. Therefore, in a fuel cell commercial vehicle such as a fuel cell truck, it is very difficult to sufficiently secure a cooling capacity for cooling the fuel cell stack.

본 발명의 과제는, 스택 라디에이터의 사이즈 증대 없이도 연료전지 스택을 냉각하기 위한 냉각용량을 증대시킬 수 있는 연료전지 차량용 냉각 시스템을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a cooling system for a fuel cell vehicle capable of increasing a cooling capacity for cooling a fuel cell stack without increasing the size of the stack radiator.

일 예에서 연료전지 차량용 냉각 시스템은, 연료전지 차량의 연료전지 스택을 냉각하기 위한 스택 냉각라인, 상기 연료전지 차량의 실내를 냉방하기 위한 실내 냉방라인, 상기 연료전지 차량의 배터리를 냉각하기 위한 배터리 냉각라인, 상기 실내 냉방라인 중의 냉매를 상기 배터리 냉각라인으로 우회시키기 위한 제1 우회라인, 및 상기 배터리 냉각라인 중의 냉매를 상기 실내 냉방라인으로 우회시키기 위한 제2 우회라인을 포함할 수 있다. In one example, a cooling system for a fuel cell vehicle includes a stack cooling line for cooling a fuel cell stack of a fuel cell vehicle, an indoor cooling line for cooling an interior of the fuel cell vehicle, and a battery for cooling a battery of the fuel cell vehicle. It may include a cooling line, a first bypass line for diverting the refrigerant in the indoor cooling line to the battery cooling line, and a second bypass line for diverting the refrigerant in the battery cooling line to the indoor cooling line.

다른 예에서 연료전지 차량용 냉각 시스템은, 상기 실내 냉방라인에 차례대로 배치되어, 상기 실내 냉방라인 중의 냉매를 각각 압축, 응축, 팽창, 증발시키기 위한 냉방용 압축기, 냉방용 콘덴서, 냉방용 팽창기, 냉방용 증발기, 및 상기 배터리 냉각라인에 차례대로 배치되어, 상기 배터리 냉각라인 중의 냉매를 각각 압축, 응축, 팽창, 증발시키기 위한 배터리용 압축기, 배터리용 콘덴서, 배터리용 팽창기, 배터리용 칠러를 더 포함하고, 상기 제1 우회라인은 상기 냉방용 증발기와 상기 냉방용 압축기의 사이에 위치하는 상기 실내 냉방라인 상의 제1 지점과, 상기 배터리용 칠러와 상기 배터리용 압축기의 사이에 위치하는 상기 배터리 냉각라인 상의 제2 지점을 연결하고, 상기 제2 우회라인은 상기 배터리용 콘덴서와 상기 배터리용 팽창기의 사이에 위치하는 상기 배터리 냉각라인 상의 제3 지점과, 상기 냉방용 압축기와 상기 냉방용 콘덴서의 사이에 위치하는 상기 실내 냉방라인 상의 제4 지점을 연결할 수 있다.In another example, a cooling system for a fuel cell vehicle is sequentially disposed on the indoor cooling line, and a cooling compressor for compressing, condensing, expanding, and evaporating the refrigerant in the indoor cooling line, respectively, a cooling condenser, a cooling expander, and cooling and a battery compressor, a battery condenser, a battery expander, and a battery chiller for respectively compressing, condensing, expanding, and evaporating the refrigerant in the battery cooling line, which are sequentially disposed in the battery cooling line, and , the first bypass line is a first point on the indoor cooling line located between the cooling evaporator and the cooling compressor, and on the battery cooling line located between the battery chiller and the battery compressor. A second point is connected, and the second bypass line is located between a third point on the battery cooling line located between the battery condenser and the battery expander, and between the cooling compressor and the cooling condenser. A fourth point on the indoor cooling line may be connected.

또 다른 예에서 연료전지 차량용 냉각 시스템은, 상기 제2 우회라인에 배치되어 상기 제2 우회라인 중의 냉매를 팽창시키기 위한 우회라인용 팽창기를 더 포함할 수 있다.In another example, the fuel cell vehicle cooling system may further include an expander for a bypass line disposed in the second bypass line to expand the refrigerant in the second bypass line.

또 다른 예에서 연료전지 차량용 냉각 시스템은, 상기 제1 지점에 배치되어 상기 실내 냉방라인 중의 냉매의 적어도 일부를 상기 제1 우회라인으로 우회시키도록 마련되는 제1 삼방밸브, 상기 제3 지점에 배치되어 상기 배터리 냉각라인 중의 냉매의 적어도 일부를 상기 제2 우회라인으로 우회시키도록 마련되는 제2 삼방밸브, 및 상기 제1 및 제2 삼방밸브를 제어하게 마련되는 제어부를 더 포함할 수 있다.In another example, in the fuel cell vehicle cooling system, a first three-way valve disposed at the first point to bypass at least a portion of the refrigerant in the indoor cooling line to the first bypass line, disposed at the third point It may further include a second three-way valve provided to bypass at least a portion of the refrigerant in the battery cooling line to the second bypass line, and a control unit provided to control the first and second three-way valves.

또 다른 예에서 상기 제어부는 상기 스택 냉각라인 중의 스택 냉각수의 온도에 기초해서 상기 제1 및 제2 삼방밸브를 제어하게 마련될 수 있다.In another example, the control unit may be provided to control the first and second three-way valves based on the temperature of the stack cooling water in the stack cooling line.

또 다른 예에서 상기 제어부는 상기 스택 냉각수의 온도가 제1 기준 온도 이상이면, 상기 실내 냉방라인 중의 냉매의 적어도 일부가 상기 제1 우회라인으로 우회되게 상기 제1 삼방밸브를 제어하고, 상기 배터리 냉각라인 중의 냉매의 적어도 일부가 상기 제2 우회라인으로 우회되게 상기 제2 삼방밸브를 제어할 수 있다.In another example, when the temperature of the stack coolant is equal to or higher than a first reference temperature, the controller controls the first three-way valve so that at least a portion of the refrigerant in the indoor cooling line is bypassed to the first bypass line, and the battery is cooled The second three-way valve may be controlled so that at least a portion of the refrigerant in the line is bypassed to the second bypass line.

또 다른 예에서 연료전지 차량용 냉각 시스템은, 상기 배터리 냉각라인 중의 냉매에 의해 상기 배터리용 칠러에서 냉각되어 상기 배터리를 냉각하는 배터리 냉각수가 유동하기 위한 배터리 냉각수 냉각라인을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 배터리 냉각수의 온도에 기초해서 상기 배터리용 압축기를 더 제어하게 마련될 수 있다.In another example, the fuel cell vehicle cooling system further includes a battery cooling water cooling line through which battery cooling water cooling the battery by being cooled in the battery chiller by the refrigerant in the battery cooling line flows, and the control unit includes the It may be provided to further control the compressor for the battery based on the temperature of the battery coolant.

또 다른 예에서 상기 제어부는 상기 배터리 냉각수의 온도가 제2 기준 온도 이상이면, 상기 배터리용 압축기의 RPM이 높아지게 상기 배터리용 압축기를 제어할 수 있다.In another example, when the temperature of the battery cooling water is equal to or higher than the second reference temperature, the controller may control the battery compressor to increase the RPM of the battery compressor.

또 다른 예에서 연료전지 차량용 냉각 시스템은, 상기 배터리 냉각라인 중의 냉매에 의해 상기 배터리용 칠러에서 냉각되어 상기 배터리를 냉각하는 배터리 냉각수가 유동하기 위한 배터리 냉각수 냉각라인을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 배터리 냉각수의 온도에 기초해서 상기 제2 삼방밸브의 상기 제2 우회라인에 대한 개도율을 조절하게 마련될 수 있다.In another example, the fuel cell vehicle cooling system further includes a battery cooling water cooling line through which battery cooling water cooling the battery by being cooled in the battery chiller by the refrigerant in the battery cooling line flows, and the control unit includes the It may be provided to adjust an opening rate of the second three-way valve for the second bypass line based on the temperature of the battery coolant.

또 다른 예에서 상기 제어부는 상기 연료전지 스택에 요구되는 냉각 정도에 기초해서 상기 제1 및 제2 삼방밸브 중 적어도 어느 하나를 제어하게 마련될 수 있다.In another example, the control unit may be provided to control at least one of the first and second three-way valves based on the degree of cooling required for the fuel cell stack.

또 다른 예에서 상기 제어부는 상기 연료전지 스택에 요구되는 냉각 정도에 더해, 상기 배터리에 요구되는 냉각 정도 또는 상기 실내에 요구되는 냉방 정도에 기초해서 상기 제1 및 제2 삼방밸브를 제어하게 마련될 수 있다.In another example, the control unit may be provided to control the first and second three-way valves based on the degree of cooling required for the battery or the degree of cooling required for the room in addition to the degree of cooling required for the fuel cell stack. can

또 다른 예에서 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 삼방밸브에 의한 냉매의 우회로 인해, 상기 배터리가 요구되는 정도로 냉각되지 못할 경우, 또는 상기 실내가 요구되는 정도로 냉방되지 못할 경우, 상기 실내 냉방라인 중의 냉매가 상기 제1 우회라인으로 우회되지 않게 상기 제1 삼방밸브를 제어하고, 상기 배터리 냉각라인 중의 냉매가 상기 제2 우회라인으로 우회되지 않게 상기 제2 삼방밸브를 제어할 수 있다.In another example, when the battery is not cooled to the required degree due to the bypass of the refrigerant by the first and second three-way valves, or the room is not cooled to the required degree, The first three-way valve may be controlled so that the refrigerant is not bypassed to the first bypass line, and the second three-way valve may be controlled so that the refrigerant in the battery cooling line is not bypassed to the second bypass line.

또 다른 예에서 상기 배터리용 콘덴서는 차량의 측방에 배치될 수 있다.In another example, the capacitor for the battery may be disposed on the side of the vehicle.

또 다른 예에서 연료전지 차량용 냉각 시스템은 상기 연료전지 스택을 냉각하는 스택 냉각수를 공냉시키기 위해 상기 스택 냉각라인에 배치되고, 또한 상기 차량의 전방에 배치되는 스택 라디에이터를 더 포함하고, 상기 냉방용 콘덴서는 상기 스택 라디에이터의 전방에 배치될 수 있다.In another example, the fuel cell vehicle cooling system further includes a stack radiator disposed in the stack cooling line to air-cool the stack coolant for cooling the fuel cell stack, and further comprising a stack radiator disposed in front of the vehicle, and the cooling condenser may be disposed in front of the stack radiator.

본 발명에 의하면, 실내 냉방라인과 배터리 냉각라인을 연계시켜, 스택 라디에이터로 공급되는 외기를 스택 라디에이터의 전방에 배치되는 냉방용 콘덴서를 통해 냉각시킴으로써, 스택 라디에이터로 유입되는 스택 냉각수를 스택 라디에이터의 사이즈 증대 없이도 더 냉각시킬 수 있어, 연료전지 트럭과 같은 연료전지 상용차에 있어서도 연료전지 스택의 냉각을 위한 냉각용량을 충분히 확보할 수 있다.According to the present invention, by linking the indoor cooling line and the battery cooling line to cool the outdoor air supplied to the stack radiator through a cooling condenser disposed in front of the stack radiator, the stack coolant flowing into the stack radiator is adjusted to the size of the stack radiator Since it can be further cooled without increasing, it is possible to sufficiently secure a cooling capacity for cooling the fuel cell stack even in a fuel cell commercial vehicle such as a fuel cell truck.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템을 도시하고 있는 블록도이다.
도 2는 도 1의 연료전지 차량용 냉각 시스템이 적용될 수 있는 연료전지 트럭을 예시적으로 도시하고 있는 도면이다.
도 3은 스택 냉각회로의 냉각성능이 부족해진 경우에 있어 본 실시예에 따른 냉각 시스템의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 스택 냉각회로의 냉각성능이 부족해진 경우에 있어 본 실시예에 따른 냉각 시스템의 제어를 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 5는 스택 냉각회로의 냉각성능 보완과 배터리의 냉각이 함께 요구되는 경우에 있어 본 실시예에 따른 냉각 시스템의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 스택 냉각회로의 냉각성능 보완과 배터리의 냉각이 함께 요구되는 경우에 있어 본 실시예에 따른 냉각 시스템의 제어를 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 7은 연료전지 스택이 정상적으로 냉각되고 있는 경우, 또는 배터리에 대한 냉각 요구나 실내에 대한 냉방 요구가 커진 경우에 있어 본 실시예에 따른 냉각 시스템의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a cooling system for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view exemplarily illustrating a fuel cell truck to which the cooling system for a fuel cell vehicle of FIG. 1 may be applied.
3 is a block diagram for explaining the operation of the cooling system according to the present embodiment when the cooling performance of the stack cooling circuit is insufficient.
4 is a flowchart for explaining the control of the cooling system according to the present embodiment when the cooling performance of the stack cooling circuit is insufficient.
5 is a block diagram for explaining the operation of the cooling system according to the present embodiment in a case where both cooling performance of the stack cooling circuit and cooling of the battery are required.
6 is a flowchart for explaining the control of the cooling system according to the present embodiment in a case where both cooling performance of the stack cooling circuit and cooling of the battery are required.
7 is a block diagram for explaining the operation of the cooling system according to the present embodiment when the fuel cell stack is normally cooled, or when a cooling request for a battery or a cooling request for a room increases.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해서 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해선 비록 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되면 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated in different drawings. In addition, in describing the embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템을 도시하고 있는 블록도이다. 1 is a block diagram illustrating a cooling system for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.

연료전지 차량은 모터(미도시)의 구동을 위한 전기를 생산하는 연료전지 스택(S)을 포함한다. 연료전지 스택(S)은 공기극(미도시), 전해질막(미도시) 및 연료극(미도시)을 포함할 수 있다. 연료전지 스택(S)에서 발생하는 반응은 발열반응이다. 이로 인해 연료전지 스택(S)의 냉각이 요구될 수 있다. The fuel cell vehicle includes a fuel cell stack S that generates electricity for driving a motor (not shown). The fuel cell stack S may include an air electrode (not shown), an electrolyte membrane (not shown), and a fuel electrode (not shown). The reaction occurring in the fuel cell stack S is an exothermic reaction. For this reason, cooling of the fuel cell stack S may be required.

연료전지 차량은 도 1에 도시되어 있듯이 연료전지 스택(S)을 냉각하기 위한 스택 냉각회로(110)를 포함할 수 있다. 스택 냉각회로(110)는 연료전지 스택(S)의 냉각을 위한 스택 냉각수가 유동하는 스택 냉각라인(111)을 포함할 수 있다. 스택 냉각회로(110)는 스택 냉각라인(111)에 배치되어 스택 냉각수를 공냉시키기 위한 스택 라디에이터(112)를 더 포함할 수 있다. 스택 냉각회로(110)는 스택 냉각라인(111)에 배치되어 스택 냉각수를 압송하기 위한 펌프(113)를 더 포함할 수 있다. 참고로 미설명 부호 114는 스택 라디에이터(112) 등의 공냉을 돕기 위한 팬이다.The fuel cell vehicle may include a stack cooling circuit 110 for cooling the fuel cell stack S as shown in FIG. 1 . The stack cooling circuit 110 may include a stack cooling line 111 through which stack coolant for cooling the fuel cell stack S flows. The stack cooling circuit 110 may further include a stack radiator 112 disposed on the stack cooling line 111 to air-cool the stack cooling water. The stack cooling circuit 110 may further include a pump 113 disposed on the stack cooling line 111 to pressurize the stack cooling water. For reference, an unexplained reference numeral 114 is a fan for assisting air cooling of the stack radiator 112 and the like.

연료전지 차량은 도 1에 도시되어 있듯이 실내의 냉방을 위한 실내 냉방회로(120)를 포함할 수 있다. 실내 냉방회로(120)는 실내의 냉방을 위한 냉매가 유동하는 실내 냉방라인(121)을 포함할 수 있다. 실내 냉방회로(120)는 실내 냉방라인(121) 중의 냉매를 각각 압축, 응축, 팽창, 증발시키기 위한 냉방용 압축기(122), 냉방용 콘덴서(123), 냉방용 팽창기(124)(예: 팽창밸브), 냉방용 증발기(125)를 더 포함할 수 있다. 이들은 실내 냉방라인(121)에 차례대로 배치되어 냉동 사이클을 구현할 수 있다. 냉방용 증발기(125)에서 증발하는 냉매는 실내로 공급될 공기를 냉각시킬 수 있다. 참고로 냉방용 콘덴서(123)는 스택 라디에이터(112)의 전방에 배치될 수 있다. 따라서 팬(114)에 의해서 끌어당겨진 공기는 냉방용 콘덴서(123)를 거쳐 스택 라디에이터(112)로 공급될 수 있다. As shown in FIG. 1 , the fuel cell vehicle may include an indoor cooling circuit 120 for cooling an indoor space. The indoor cooling circuit 120 may include an indoor cooling line 121 through which a refrigerant for cooling the room flows. The indoor cooling circuit 120 includes a cooling compressor 122, a cooling condenser 123, and a cooling expander 124 (eg, expansion) for compressing, condensing, expanding, and evaporating the refrigerant in the indoor cooling line 121, respectively. valve), and may further include an evaporator 125 for cooling. These may be sequentially disposed on the indoor cooling line 121 to implement a refrigeration cycle. The refrigerant evaporated in the cooling evaporator 125 may cool the air to be supplied into the room. For reference, the cooling condenser 123 may be disposed in front of the stack radiator 112 . Accordingly, the air drawn by the fan 114 may be supplied to the stack radiator 112 through the cooling condenser 123 .

연료전지 차량은 연료전지 스택(S)에서 생산되는 전기 또는 회생제동 중에 생산되는 전기를 저장하는 배터리(B)(예: 고전압 배터리)를 포함한다. 배터리(B)의 정상 작동을 위해 배터리(B)의 온도를 소정 범위 내로 조절하는 것이 요구된다. 이로 인해 배터리(B)의 가열 또는 냉각이 요구될 수 있다. The fuel cell vehicle includes a battery B (eg, a high-voltage battery) that stores electricity produced in the fuel cell stack S or electricity produced during regenerative braking. For the normal operation of the battery (B), it is required to control the temperature of the battery (B) within a predetermined range. Due to this, heating or cooling of the battery B may be required.

연료전지 차량은 도 1에 도시되어 있듯이 배터리(B)의 냉각을 위한 배터리 냉각회로(130)를 포함할 수 있다. 배터리 냉각회로(130)는 배터리(B)를 냉각하기 위한 배터리 냉각수가 유동하는 배터리 냉각수 냉각라인(131)과, 배터리 냉각수를 냉각하기 위한 냉매가 유동하는 배터리 냉각라인(135)을 포함할 수 있다. The fuel cell vehicle may include a battery cooling circuit 130 for cooling the battery B as shown in FIG. 1 . The battery cooling circuit 130 may include a battery cooling water cooling line 131 through which battery cooling water for cooling the battery B flows, and a battery cooling line 135 through which a refrigerant for cooling the battery cooling water flows. .

배터리 냉각회로(130)는 배터리 냉각수 냉각라인(131)에 배치되어 배터리 냉각수를 공냉시키기 위한 배터리 라디에이터(132)를 포함할 수 있다. 배터리 냉각회로(130)는 배터리 냉각수 냉각라인(131)에 배치되어 배터리 냉각수를 압송하는 펌프(133)를 더 포함할 수 있다. 참고로 미설명 부호 134는 배터리 라디에이터(132) 등의 공냉을 돕기 위한 팬이다.The battery cooling circuit 130 may include a battery radiator 132 disposed on the battery coolant cooling line 131 to air-cool the battery coolant. The battery cooling circuit 130 may further include a pump 133 disposed in the battery cooling water cooling line 131 to pressurize the battery cooling water. For reference, an unexplained reference numeral 134 is a fan for helping air cooling of the battery radiator 132 and the like.

배터리 냉각회로(130)는 배터리 냉각라인(135) 중의 냉매를 각각 압축, 응축, 팽창, 증발시키기 위한 배터리용 압축기(136), 배터리용 콘덴서(137), 배터리용 팽창기(138)(예: 팽창밸브), 배터리용 칠러(139)를 더 포함할 수 있다. 이들은 배터리 냉각라인(135)에 차례대로 배치되어 냉동 사이클을 구현할 수 있다. 배터리용 칠러(139)에서 증발하는 냉매는 배터리 냉각수 냉각라인(131) 중의 배터리 냉각수를 냉각시킬 수 있다. 참고로 배터리용 콘덴서(137)는 배터리 라디에이터(132)의 전방에 배치될 수 있다. 따라서 팬(134)에 의해 끌어당겨진 공기는 배터리용 콘덴서(137)를 거쳐 배터리 라디에이터(132)로 공급될 수 있다. The battery cooling circuit 130 is a battery compressor 136 for compressing, condensing, expanding, and evaporating the refrigerant in the battery cooling line 135, respectively, a battery capacitor 137, and a battery expander 138 (eg, expansion valve), and may further include a chiller 139 for the battery. These may be sequentially disposed on the battery cooling line 135 to implement a refrigeration cycle. The refrigerant evaporated in the battery chiller 139 may cool the battery coolant in the battery coolant cooling line 131 . For reference, the battery capacitor 137 may be disposed in front of the battery radiator 132 . Accordingly, the air drawn by the fan 134 may be supplied to the battery radiator 132 through the battery capacitor 137 .

연료전지 차량은 도 1에 도시되어 있듯이 전장품(P)을 냉각하기 위한 전장 냉각회로(140)를 포함할 수 있다. 전장 냉각회로(140)는 전장품(P)의 냉각을 위한 전장 냉각수가 유동하기 위한 전장 냉각라인(141), 전장 냉각라인(141)에 배치되어 전장 냉각수를 공냉시키기 위한 전장 라디에이터(142), 및 전장 냉각라인(141)에 배치되어 전장 냉각수를 압송하기 위한 펌프(143)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1 , the fuel cell vehicle may include an electric vehicle cooling circuit 140 for cooling the electric equipment P. The electric cooling circuit 140 is disposed in the electric cooling line 141 for the electric electric cooling water to flow for cooling the electric equipment P, the electric electric radiator 142 for air cooling the electric electric cooling water by being disposed in the electric electric cooling line 141, and It may include a pump 143 disposed in the electric-field cooling line 141 for pressurizing the electric-field cooling water.

본 실시예에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템은 전술한 스택 냉각라인(111), 실내 냉방라인(121) 및 배터리 냉각라인(135)을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템은 도 1에 도시되어 있듯이 제1 우회라인(151)과 제2 우회라인(152)을 더 포함한다. The cooling system for a fuel cell vehicle according to the present embodiment may include the aforementioned stack cooling line 111 , an indoor cooling line 121 , and a battery cooling line 135 . As shown in FIG. 1 , the cooling system for a fuel cell vehicle according to the present embodiment further includes a first bypass line 151 and a second bypass line 152 .

제1 우회라인(151)은 실내 냉방라인(121) 중의 냉매를 배터리 냉각라인(135)으로 우회시키기 위한 라인이다. 제2 우회라인(152)은 배터리 냉각라인(135) 중의 냉매를 실내 냉방라인(121)으로 우회시키기 위한 라인이다. 실내 냉방라인(121) 중의 냉매는 제1 우회라인(151)을 통해 배터리 냉각라인(135)으로 공급되어 배터리 냉각라인(135)을 따라 유동하다가 제2 우회라인(152)을 통해 실내 냉방라인(121)으로 회수될 수 있다. 또는 배터리 냉각라인(135) 중의 냉매는 제2 우회라인(152)을 통해 실내 냉방라인(121)으로 공급되어 실내 냉방라인(121)을 따라 유동하다가 제1 우회라인(151)을 통해 배터리 냉각라인(135)으로 회수될 수 있다.The first bypass line 151 is a line for bypassing the refrigerant in the indoor cooling line 121 to the battery cooling line 135 . The second bypass line 152 is a line for bypassing the refrigerant in the battery cooling line 135 to the indoor cooling line 121 . The refrigerant in the indoor cooling line 121 is supplied to the battery cooling line 135 through the first bypass line 151, flows along the battery cooling line 135, and then flows through the second bypass line 152 through the indoor cooling line ( 121) can be recovered. Alternatively, the refrigerant in the battery cooling line 135 is supplied to the indoor cooling line 121 through the second bypass line 152 and flows along the indoor cooling line 121 through the first bypass line 151 through the battery cooling line. (135) can be recovered.

제1 우회라인(151)은 냉방용 증발기(125)와 냉방용 압축기(122)의 사이에 위치하는 실내 냉방라인(121) 상의 제1 지점(P1)과, 배터리용 칠러(139)와 배터리용 압축기(136)의 사이에 위치하는 배터리 냉각라인(135) 상의 제2 지점(P2)을 연결하게 마련될 수 있다. 제2 우회라인(152)은 배터리용 콘덴서(137)와 배터리용 팽창기(138)의 사이에 위치하는 배터리 냉각라인(135) 상의 제3 지점(P3)과, 냉방용 압축기(122)와 냉방용 콘덴서(123)의 사이에 위치하는 실내 냉방라인(121) 상의 제4 지점(P4)을 연결하게 마련될 수 있다. The first bypass line 151 includes a first point P1 on the indoor cooling line 121 positioned between the cooling evaporator 125 and the cooling compressor 122, and the battery chiller 139 and the battery. It may be provided to connect the second point P2 on the battery cooling line 135 located between the compressors 136 . The second bypass line 152 is a third point P3 on the battery cooling line 135 located between the battery condenser 137 and the battery expander 138, and the cooling compressor 122 and the cooling It may be provided to connect the fourth point P4 on the indoor cooling line 121 positioned between the condensers 123 .

본 실시예에 따른 냉각 시스템은 제2 우회라인(152)에 배치되어 제2 우회라인(152) 중의 냉매를 팽창시키기 위한 우회라인용 팽창기(153)(예: 팽창밸브)를 더 포함할 수 있다. The cooling system according to this embodiment may further include an expander 153 (eg, an expansion valve) for a bypass line disposed in the second bypass line 152 to expand the refrigerant in the second bypass line 152 . .

본 실시예에 따른 냉각 시스템은 위와 같은 구조를 통해 냉방용 콘덴서(123)를 증발기와 유사하게 동작시킴으로써, 냉방용 콘덴서(123)에 의해 냉각된 공기를 스택 라디에이터(112)로 공급시킬 수 있다. The cooling system according to the present embodiment may supply air cooled by the cooling condenser 123 to the stack radiator 112 by operating the cooling condenser 123 similarly to an evaporator through the above structure.

예를 들어, 실내 냉방라인(121) 중의 냉매는 제1 우회라인(151)을 통해 배터리 냉각라인(135)으로 공급되어, 배터리용 압축기(136)에 의해 압축되고 배터리용 콘덴서(137)에 의해 응축된 후, 제2 우회라인(152)을 통해 실내 냉방라인(121)으로 공급되는 중에 우회라인용 팽창기(153)에 의해 팽창될 수 있다. For example, the refrigerant in the indoor cooling line 121 is supplied to the battery cooling line 135 through the first bypass line 151 , is compressed by the battery compressor 136 , and is then compressed by the battery capacitor 137 . After being condensed, it may be expanded by the bypass line expander 153 while being supplied to the indoor cooling line 121 through the second bypass line 152 .

즉, 실내 냉방라인(121) 중의 냉매가 배터리용 압축기(136)에 의해 압축되고 배터리용 콘덴서(137)에 의해 응축되고 우회라인용 팽창기(153)에 의해 팽창된 후 냉방용 콘덴서(123)로 공급될 수 있다. 이때 냉방용 콘덴서(123)는 압축-응축-팽창-증발의 냉방 사이클을 고려할 때 증발기의 역할을 유사하게 수행할 수 있다. 이에 따라 냉방용 콘덴서(123)를 지나가는 공기는 냉각될 수 있다. That is, the refrigerant in the indoor cooling line 121 is compressed by the battery compressor 136, condensed by the battery condenser 137, expanded by the bypass line expander 153, and then to the cooling condenser 123. can be supplied. At this time, the cooling condenser 123 may similarly perform the role of an evaporator when considering a cooling cycle of compression-condensation-expansion-evaporation. Accordingly, the air passing through the cooling condenser 123 may be cooled.

참고로 우회라인용 팽창기(153)가 구비되어 있지 않더라도, 배터리용 콘덴서(137)에 의해 냉각된 냉매가 냉방용 콘덴서(123)로 공급되므로 냉방용 콘덴서(123)를 지나가는 공기는, 실내 냉방라인(121) 중의 냉매가 냉방용 압축기(122)에 의해 압축된 후 냉방용 콘덴서(123)로 공급될 때와 대비하면, 더 냉각될 수 있다.For reference, even if the bypass line expander 153 is not provided, since the refrigerant cooled by the battery condenser 137 is supplied to the cooling condenser 123, the air passing through the cooling condenser 123 is When the refrigerant in (121) is compressed by the cooling compressor 122 and then supplied to the cooling condenser 123, it may be further cooled.

본 실시예에 따른 냉각 시스템은 냉각된 공기를 스택 라디에이터(112)로 공급하기 때문에 스택 라디에이터(112)의 사이즈를 증가시키지 않더라도 스택 냉각회로(110)의 냉각성능을 향상시킬 수 있다. Since the cooling system according to the present embodiment supplies cooled air to the stack radiator 112 , the cooling performance of the stack cooling circuit 110 can be improved without increasing the size of the stack radiator 112 .

예를 들어, 종래의 경우 냉방용 콘덴서를 거쳐 스택 라디에이터로 공급되는 외기의 온도가 보통 35℃였으나, 본 실시예에 따라 냉방용 콘덴서(123)로 외기를 냉각시킬 경우 스택 라디에이터(112)로 공급되는 외기의 온도가 10℃까지 낮아졌으며, 이와 같은 온도 하강으로 인해 스택 라디에이터(112)의 냉각성능이 대략 50% 이상 개선되는 점을 확인할 수 있었다. 또한 냉각성능의 개선으로 인해, 팬(114)이 고속으로 작동하는 시간도 감소시킬 수 있다. 이는 소모출력을 감소시켜 차량의 연비나 항속거리를 증대시킬 수 있고, 또한 팬(114)의 고속 작동으로 인한 소음도 감소시킬 수 있다. For example, in the conventional case, the temperature of the outside air supplied to the stack radiator through the cooling condenser was usually 35° C., but according to the present embodiment, when the outside air is cooled with the cooling condenser 123, the stack radiator 112 is supplied. The temperature of the outside air to be used was lowered to 10° C., and it was confirmed that the cooling performance of the stack radiator 112 was improved by about 50% or more due to this temperature drop. Also, due to the improvement of the cooling performance, the time during which the fan 114 operates at a high speed may be reduced. This may reduce power consumption to increase fuel efficiency or cruising distance of the vehicle, and may also reduce noise due to high-speed operation of the fan 114 .

트럭 등의 상용차의 경우 스택 라디에이터(112)가 배치되는 차량의 전방에 여유 공간이 충분하지 않다는 점을 고려하면, 그리고 종래에는 스택 라디에이터(112)의 전방에 배치되는 냉방용 콘덴서(123)가 단지 열원이나 공기저항으로 작용했다는 점을 고려하면, 배터리 냉각회로(130)와 연계된 냉방용 콘덴서(123)를 이용하여 위와 같이 냉각용량을 증대시키는 것은 기술적으로 매우 유의미하다. Considering that there is not enough free space in front of the vehicle in which the stack radiator 112 is disposed in the case of a commercial vehicle such as a truck, and conventionally, the cooling condenser 123 disposed in front of the stack radiator 112 is only Considering that it acts as a heat source or air resistance, it is technically very meaningful to increase the cooling capacity as described above by using the cooling condenser 123 associated with the battery cooling circuit 130 .

한편, 실내 냉방라인(121)으로부터 제1 우회라인(151)을 통해 배터리 냉각라인(135)으로 공급되는 냉매를 냉각시키기 위해 배터리용 콘덴서(137)의 사이즈 증대가 요구될 수도 있다. 그런데 도 2에 도시되어 있듯이 트럭 등의 상용차의 경우 배터리용 콘덴서(137) 등이 배치되는 차량의 측방에는 여유 공간이 보통 충분하다. 따라서 배터리용 콘덴서(137)의 사이즈 증대는 매우 용이할 수 있다. On the other hand, in order to cool the refrigerant supplied to the battery cooling line 135 from the indoor cooling line 121 through the first bypass line 151, it may be required to increase the size of the capacitor 137 for the battery. However, as shown in FIG. 2 , in the case of a commercial vehicle such as a truck, a spare space is usually sufficient on the side of the vehicle in which the battery capacitor 137 is disposed. Therefore, it can be very easy to increase the size of the capacitor 137 for the battery.

본 실시예에 따른 냉각 시스템은 제1 지점(P1)에 배치되어 실내 냉방라인(121) 중의 냉매의 적어도 일부를 제1 우회라인(151)으로 우회시키도록 마련되는 제1 삼방밸브(161)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 냉각 시스템은 제3 지점(P3)에 배치되어 배터리 냉각라인(135) 중의 냉매의 적어도 일부를 제2 우회라인(152)으로 우회시키도록 마련되는 제2 삼방밸브(162)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 냉각 시스템은 제1 및 제2 삼방밸브(161, 162)를 제어하게 마련되는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.The cooling system according to this embodiment includes a first three-way valve 161 disposed at the first point P1 and provided to bypass at least a portion of the refrigerant in the indoor cooling line 121 to the first bypass line 151 . may include more. The cooling system according to this embodiment is disposed at the third point P3 and a second three-way valve 162 provided to bypass at least a portion of the refrigerant in the battery cooling line 135 to the second bypass line 152. may include more. The cooling system according to this embodiment may further include a controller (not shown) provided to control the first and second three-way valves 161 and 162 .

제어부는 프로세서와 메모리를 포함할 수 있다. 프로세서는 FPGA(Field Programmable Gate Array), ASIC(Application Specific Integrated Circuit), CPU(Central Processing Unit) 등의 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 메모리는 제어를 위한 명령들을 프로세서에서 생성함에 있어서 기초가 되는 제어명령들(instructions)을 저장할 수 있다. 메모리는 HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), 휘발성 매체, 비휘발성 매체 등의 데이터 스토어일 수 있다.The controller may include a processor and a memory. The processor may include a microprocessor such as a field programmable gate array (FPGA), an application specific integrated circuit (ASIC), or a central processing unit (CPU). The memory may store control instructions that are a basis for generating instructions for control by the processor. The memory may be a data store such as a hard disk drive (HDD), a solid state drive (SSD), a volatile medium, or a nonvolatile medium.

이하에선 본 실시예에 따른 냉각 시스템의 동작(제어)에 대해 상술한다.Hereinafter, the operation (control) of the cooling system according to the present embodiment will be described in detail.

첫째로, 연료전지 스택(S)이 고출력으로 동작하여 스택 냉각회로(110)의 냉각성능이 부족해진 경우에 있어 본 실시예에 따른 냉각 시스템의 동작을 도 3과 도 4를 참조하여 살펴본다. 참고로 도 3에서 굵은 실선은 냉매가 유동하는 라인을 나타내고 점선은 냉매가 유동하지 않는 라인을 나타낸다. 그리고 도 3에서 스택 냉각라인(111), 배터리 냉각수 냉각라인(131) 및 전장 냉각라인(141)에는 냉각수가 유동하고 있을 수 있다. 이는 이하에서 동일하다.First, the operation of the cooling system according to the present embodiment when the cooling performance of the stack cooling circuit 110 is insufficient due to the high output operation of the fuel cell stack S will be described with reference to FIGS. 3 and 4 . For reference, in FIG. 3 , a thick solid line indicates a line through which the refrigerant flows, and a dotted line indicates a line through which the refrigerant does not flow. Also, in FIG. 3 , coolant may flow in the stack cooling line 111 , the battery cooling water cooling line 131 , and the electric vehicle cooling line 141 . This is the same hereinafter.

연료전지 스택(S)이 고출력으로 동작하면 스택 냉각라인(111) 중의 스택 냉각수의 온도가 점차 증가할 수 있다. 연료전지 스택(S)에서 유출되는 스택 냉각수의 허용 온도는 보통 85℃ 이하이다. 제어부는 스택 냉각수의 온도가 85℃ 이하의 소정 온도에 도달하면 스택 냉각회로(110)의 냉각성능이 부족해졌다고 판단할 수 있다. When the fuel cell stack S operates at high output, the temperature of the stack coolant in the stack cooling line 111 may gradually increase. The allowable temperature of the stack coolant flowing out of the fuel cell stack S is usually 85° C. or less. When the temperature of the stack cooling water reaches a predetermined temperature of 85° C. or less, the controller may determine that the cooling performance of the stack cooling circuit 110 is insufficient.

예를 들어, 제어부는 스택 냉각수의 온도가 허용 온도 이하의 소정 온도인 제1 기준 온도(예: 80℃) 이상인지 판단하고(도 4의 S110), 스택 냉각수의 온도가 제1 기준 온도 미만이면 실내 냉방라인(121) 중의 냉매가 계속 실내 냉방라인(121)을 순환하게 제1 삼방밸브(161)를 제어할 수 있고, 배터리 냉각라인(135) 중의 냉매가 계속 배터리 냉각라인(135)을 순환하게 제2 삼방밸브(162)를 제어할 수 있다(도 4의 S120). 그리고 스택 냉각수의 온도가 제1 기준 온도 이상이면 실내 냉방라인(121) 중의 냉매가 제1 우회라인(151)으로 우회되게 제1 삼방밸브(161)를 제어할 수 있고, 배터리 냉각라인(135) 중의 냉매가 제2 우회라인(152)으로 우회되게 제2 삼방밸브(162)를 제어할 수 있다(도 4의 S130). 이와 같이 제어부는 스택 냉각라인(111) 중의 스택 냉각수의 온도에 기초해서 제1 및 제2 삼방밸브(161, 162)를 제어할 수 있다. For example, the controller determines whether the temperature of the stack coolant is higher than or equal to a first reference temperature (eg, 80° C.) that is a predetermined temperature below the allowable temperature (S110 in FIG. 4 ), and if the temperature of the stack coolant is less than the first reference temperature The first three-way valve 161 can be controlled so that the refrigerant in the indoor cooling line 121 continues to circulate the indoor cooling line 121 , and the refrigerant in the battery cooling line 135 continues to circulate through the battery cooling line 135 . to control the second three-way valve 162 (S120 in FIG. 4). And when the temperature of the stack coolant is equal to or higher than the first reference temperature, the first three-way valve 161 may be controlled so that the refrigerant in the indoor cooling line 121 is bypassed to the first bypass line 151 , and the battery cooling line 135 . It is possible to control the second three-way valve 162 so that the refrigerant in the second bypass line 152 is bypassed (S130 in FIG. 4). As such, the controller may control the first and second three-way valves 161 and 162 based on the temperature of the stack coolant in the stack cooling line 111 .

본 실시예에 따른 냉각 시스템은 위와 같은 제어를 통해 스택 라디에이터(112)의 사이즈를 증가시키지 않으면서도 연료전지 스택(S)의 고출력 상황에서 연료전지 스택(S)을 충분히 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 실내 냉방라인(121) 중의 냉매는 제1 우회라인(151)을 통해 배터리 냉각라인(135)으로 공급되어, 배터리용 압축기(136)에 의해 압축되고 배터리용 콘덴서(137)에 의해 응축된 후, 제2 우회라인(152)을 통해 실내 냉방라인(121)으로 복귀되는 중에 우회라인용 팽창기(153)에 의해 팽창될 수 있다. 이와 같이 압축-응축-팽창된 냉매가 냉방용 콘덴서(123)로 공급되므로, 증발기와 유사하게 냉방용 콘덴서(123)는 유입된 공기를 냉각시킬 수 있다. 따라서 스택 라디에이터(112)는 냉각된 공기를 공급받아 스택 냉각수를 더 냉각시킬 수 있다.The cooling system according to the present embodiment can sufficiently cool the fuel cell stack S in a high-output condition of the fuel cell stack S without increasing the size of the stack radiator 112 through the above control. For example, the refrigerant in the indoor cooling line 121 is supplied to the battery cooling line 135 through the first bypass line 151 , is compressed by the battery compressor 136 , and is then compressed by the battery capacitor 137 . After being condensed, it may be expanded by the bypass line expander 153 while returning to the indoor cooling line 121 through the second bypass line 152 . As such, since the compressed-condensed-expanded refrigerant is supplied to the cooling condenser 123 , the cooling condenser 123 may cool the introduced air similarly to the evaporator. Accordingly, the stack radiator 112 may receive the cooled air to further cool the stack coolant.

한편, 도 3에는 실내 냉방라인(121) 중의 냉매 전부를 제1 우회라인(151)으로 우회시키고 배터리 냉각라인(135) 중의 냉매 전부를 제2 우회라인(152)으로 우회시키는 것으로 도시되어 있으나, 제1 우회라인(151)으로 우회되는 냉매의 유량 또는 제2 우회라인(152)으로 우회되는 냉매의 유량은 연료전지 스택(S)에 요구되는 냉각 정도에 기초해서 결정될 수 있다. 예를 들어, 연료전지 스택(S)에서 추가로 요구하는 냉각의 정도가 크지 않다면 실내 냉방라인(121) 중의 냉매 일부만 제1 우회라인(151)으로 우회시킬 수도 있다. 이와 같이 제어부는 연료전지 스택(S)에 요구되는 냉각 정도에 기초해서, 개폐 또는 개도율 등이 조절되게 제1 및 제2 삼방밸브(161, 162) 중의 적어도 어느 하나를 제어하게 마련될 수 있다. Meanwhile, FIG. 3 shows that all of the refrigerant in the indoor cooling line 121 is bypassed to the first bypass line 151 and all of the refrigerant in the battery cooling line 135 is bypassed to the second bypass line 152, The flow rate of the refrigerant diverted to the first bypass line 151 or the flow rate of the refrigerant diverted to the second bypass line 152 may be determined based on the degree of cooling required for the fuel cell stack S. For example, if the degree of additional cooling required by the fuel cell stack S is not large, only a portion of the refrigerant in the indoor cooling line 121 may be bypassed to the first bypass line 151 . As such, the control unit may be provided to control at least one of the first and second three-way valves 161 and 162 so that the opening/closing or opening rate is adjusted based on the cooling level required for the fuel cell stack (S). .

또한, 제1 우회라인(151)으로 우회되는 냉매의 유량 또는 제2 우회라인(152)으로 우회되는 냉매의 유량은 연료전지 스택(S)에 요구되는 냉각 정도에 더해, 배터리(B)에 요구되는 냉각 정도 또는 실내에 요구되는 냉방 정도에 기초해서 결정될 수 있다. 예를 들어, 실내에 요구되는 냉방 정도가 큰 경우, 또는 배터리(B)에 요구되는 냉각 정도가 큰 경우에는 실내 냉방라인(121) 중의 냉매 일부만 제1 우회라인(151)으로 우회시킬 수도 있다.In addition, the flow rate of the refrigerant diverted to the first bypass line 151 or the flow rate of the refrigerant diverted to the second bypass line 152 is required for the battery B in addition to the degree of cooling required for the fuel cell stack S. It can be determined based on the degree of cooling required or the degree of cooling required for the room. For example, when the degree of cooling required for the room is large, or when the degree of cooling required for the battery B is large, only a portion of the refrigerant in the indoor cooling line 121 may be bypassed to the first bypass line 151 .

둘째로, 연료전지 스택(S)이 고출력으로 동작하는 중에 배터리(B)의 냉각도 요구되는 경우(예: 배터리의 출력이 높은 경우)에 있어 본 실시예에 따른 냉각 시스템의 동작을 도 5와 도 6을 참조하여 살펴본다. Second, when cooling of the battery B is also required while the fuel cell stack S operates at high output (eg, when the output of the battery is high), the operation of the cooling system according to the present embodiment is illustrated in FIG. 5 . See FIG. 6 .

제어부는 배터리(B)도 냉각하기 위해, 제2 삼방밸브(162)를 제어하여 배터리 냉각라인(135) 중의 냉매의 일부는 제2 우회라인(152)으로 우회시키고, 나머지는 배터리 냉각라인(135)을 따라 계속 순환시킬 수 있다. The control unit controls the second three-way valve 162 to also cool the battery B, so that a portion of the refrigerant in the battery cooling line 135 is bypassed to the second bypass line 152, and the rest is the battery cooling line 135. ) can be cycled continuously.

제어부는 제1 우회라인(151)을 통해 공급되는 냉매의 냉각으로 인해 배터리 냉각라인(135) 중의 냉매가 충분히 냉각되지 않아, 배터리 냉각수가 요구되는 만큼 냉각되지 않으면, 배터리용 압축기(136)의 RPM이 높아지게 배터리용 압축기(136)를 제어할 수 있다. 즉, 제어부는 배터리 냉각수의 온도에 기초해서 배터리용 압축기(136)를 더 제어할 수 있다. The control unit does not sufficiently cool the refrigerant in the battery cooling line 135 due to the cooling of the refrigerant supplied through the first bypass line 151, so that the battery cooling water is not cooled as much as required, the RPM of the battery compressor 136 It is possible to control the compressor 136 for the battery to increase this. That is, the controller may further control the battery compressor 136 based on the temperature of the battery coolant.

예를 들어, 제어부는 스택 냉각수의 온도가 제1 기준 온도 이상인지 판단하고(도 6의 S210), 스택 냉각수의 온도가 제1 기준 온도 미만이면 실내 냉방라인(121) 중의 냉매가 계속 실내 냉방라인(121)을 순환하게 제1 삼방밸브(161)를 제어할 수 있고, 배터리 냉각라인(135) 중의 냉매가 계속 배터리 냉각라인(135)을 순환하게 제2 삼방밸브(162)를 제어할 수 있다(도 6의 S220). For example, the control unit determines whether the temperature of the stack cooling water is equal to or greater than the first reference temperature (S210 of FIG. 6 ), and if the temperature of the stack cooling water is less than the first reference temperature, the refrigerant in the indoor cooling line 121 continues to flow through the indoor cooling line It is possible to control the first three-way valve 161 to circulate 121 and control the second three-way valve 162 so that the refrigerant in the battery cooling line 135 continues to circulate the battery cooling line 135 . (S220 of FIG. 6).

그리고 제어부는 스택 냉각수의 온도가 제1 기준 온도 이상인 경우 배터리 냉각수의 온도가 제2 기준 온도(예: 40℃) 이상인지 판단하고(도 6의 S230), 배터리 냉각수의 온도가 제2 기준 온도 미만이면, 실내 냉방라인(121) 중의 냉매가 제1 우회라인(151)으로 우회되게 제1 삼방밸브(161)를 제어할 수 있고, 배터리 냉각라인(135) 중의 냉매가 제2 우회라인(152)으로 우회되게 제2 삼방밸브(162)를 제어할 수 있다(도 6의 S240). 배터리 냉각수의 온도는 배터리로 유입되는 냉각수의 온도일 수 있다. 참고로 배터리 냉각수의 온도 대신 배터리 셀의 온도에 기초해서 위의 제어가 수행될 수도 있다.And when the temperature of the stack coolant is equal to or greater than the first reference temperature, the controller determines whether the temperature of the battery coolant is greater than or equal to a second reference temperature (eg, 40° C.) (S230 in FIG. 6 ), and the temperature of the battery coolant is less than the second reference temperature In this case, the first three-way valve 161 can be controlled so that the refrigerant in the indoor cooling line 121 is bypassed to the first bypass line 151 , and the refrigerant in the battery cooling line 135 is transferred to the second bypass line 152 . It is possible to control the second three-way valve 162 to be bypassed (S240 in FIG. 6). The temperature of the battery coolant may be the temperature of the coolant flowing into the battery. For reference, the above control may be performed based on the temperature of the battery cell instead of the temperature of the battery coolant.

그리고 제어부는 배터리 냉각수의 온도가 제2 기준 온도 이상이면, 실내 냉방라인(121) 중의 냉매가 제1 우회라인(151)으로 우회되게 제1 삼방밸브(161)를 제어할 수 있고, 배터리 냉각라인(135) 중의 냉매의 일부가 제2 우회라인(152)으로 우회되게 제2 삼방밸브(162)를 제어할 수 있다(도 6의 S250). And when the temperature of the battery cooling water is equal to or higher than the second reference temperature, the control unit may control the first three-way valve 161 so that the refrigerant in the indoor cooling line 121 is bypassed to the first bypass line 151, and the battery cooling line The second three-way valve 162 may be controlled so that a portion of the refrigerant in 135 is bypassed to the second bypass line 152 ( S250 in FIG. 6 ).

그리고 제어부는 배터리용 압축기(136)의 RPM이 높아지게 배터리용 압축기(136)를 제어할 수 있다(도 6의 S260). 이로 인해 배터리 냉각라인(135)을 따라 냉매가 더 빠르게 유동하면 배터리용 칠러(139)에서 배터리 냉각수가 더 냉각될 수 있다. 제어부는 이와 같이 배터리 냉각수의 온도에 기초해서 배터리용 압축기(136)를 제어할 수 있다. 제어부는 배터리 냉각수의 온도가 제2 기준 온도를 초과하는 정도가 커질수록 배터리용 압축기(136)의 RPM을 더 높일 수 있다. 참고로 제2 기준 온도는 배터리 냉각수의 허용 온도를 고려해서 결정될 수 있다.In addition, the controller may control the battery compressor 136 to increase the RPM of the battery compressor 136 ( S260 of FIG. 6 ). Due to this, when the refrigerant flows faster along the battery cooling line 135 , the battery cooling water may be further cooled in the battery chiller 139 . The controller may control the battery compressor 136 based on the temperature of the battery coolant as described above. The controller may further increase the RPM of the battery compressor 136 as the temperature of the battery cooling water exceeds the second reference temperature. For reference, the second reference temperature may be determined in consideration of the allowable temperature of the battery coolant.

또는 제어부는 제2 삼방밸브(162)의 제2 우회라인(152)에 대한 개도율이 낮아지게 제2 삼방밸브(162)를 제어할 수 있다(도 6의 S260). 제2 삼방밸브(162)의 제2 우회라인(152)에 대한 개도율이 낮아지면 제2 삼방밸브(162)의 배터리 냉각라인(135)에 대한 개도율이 높아져서, 배터리용 칠러(139)로 유입되는 냉매의 유량이 증가될 수 있다. 이로 인해 배터리 냉각수는 배터리용 칠러(139)에서 더 냉각될 수 있다. 제어부는 이와 같이 배터리 냉각수의 온도에 기초해서 제2 삼방밸브(162)의 제2 우회라인(152)에 대한 개도율을 조절하게 마련될 수 있다.Alternatively, the controller may control the second three-way valve 162 so that the opening rate of the second bypass line 152 of the second three-way valve 162 is lowered (S260 of FIG. 6 ). When the opening rate for the second bypass line 152 of the second three-way valve 162 is lowered, the opening rate for the battery cooling line 135 of the second three-way valve 162 is increased, so that the battery chiller 139 is used. The flow rate of the incoming refrigerant may be increased. Due to this, the battery coolant may be further cooled in the chiller 139 for the battery. The controller may be provided to adjust the opening rate of the second bypass line 152 of the second three-way valve 162 based on the temperature of the battery coolant as described above.

제어부는 배터리 냉각수의 온도가 제2 기준 온도 이상일 때 배터리용 압축기(136)의 제어와 제2 삼방밸브(162)의 제어 중 어느 하나, 또는 이들 모두를 행할 수 있다. When the temperature of the battery cooling water is equal to or higher than the second reference temperature, the control unit may perform any one or both of the control of the battery compressor 136 and the control of the second three-way valve 162 .

셋째로, 연료전지 스택(S)이 정상적으로 냉각되고 있는 경우, 또는 배터리(B)에 대한 냉각 요구나 실내에 대한 냉방 요구가 커진 경우에 있어 본 실시예에 따른 냉각 시스템의 동작을 도 7을 참조하여 살펴본다. Third, refer to FIG. 7 for the operation of the cooling system according to the present embodiment when the fuel cell stack S is being cooled normally, or when the cooling demand for the battery B or the cooling demand for the room increases. let's take a look

이때에는 제1 우회라인(151)에 의한 우회 없이, 그리고 제2 우회라인(152)에 의한 우회 없이 냉매들이 각각 실내 냉방라인(121)과 배터리 냉각라인(135)을 유동할 수 있다. In this case, the refrigerants may flow through the indoor cooling line 121 and the battery cooling line 135 without bypass by the first bypass line 151 and without bypass by the second bypass line 152 , respectively.

이와 같이 제어부는 연료전지 스택(S)에 요구되는 냉각 정도에 더해, 배터리(B)에 요구되는 냉각 정도 또는 실내에 요구되는 냉방 정도에 기초해서 제1 및 제2 삼방밸브(161, 162)를 제어하게 마련될 수 있다.In this way, the control unit controls the first and second three-way valves 161 and 162 based on the degree of cooling required for the battery B or the degree of cooling required for the room in addition to the degree of cooling required for the fuel cell stack S. It may be provided to control.

예를 들어, 제1 및 제2 삼방밸브(161, 162)에 의한 냉매의 우회로 인해, 요구되는 정도로 배터리(B)가 냉각되지 못할 경우(예: 배터리 냉각수의 온도가 허용 온도까지 상승한 경우), 또는 요구되는 정도로 실내가 냉방되지 못할 경우(예: 사용자의 설정 온도만큼 실내가 냉방되지 못한 경우)에는 제어부는 실내 냉방라인(121) 중의 냉매가 제1 우회라인(151)으로 우회되지 않게 제1 삼방밸브(161)를 제어하고, 배터리 냉각라인(135) 중의 냉매가 제2 우회라인(152)으로 우회되지 않게 제2 삼방밸브(162)를 제어할 수 있다. For example, when the battery B is not cooled to the required degree due to the bypass of the refrigerant by the first and second three-way valves 161 and 162 (eg, when the temperature of the battery coolant rises to an allowable temperature), Alternatively, if the room is not cooled to the required degree (eg, when the room is not cooled to the user's set temperature), the control unit first prevents the refrigerant in the indoor cooling line 121 from being bypassed to the first bypass line 151. The three-way valve 161 may be controlled, and the second three-way valve 162 may be controlled so that the refrigerant in the battery cooling line 135 is not bypassed to the second bypass line 152 .

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

110: 스택 냉각회로
111: 스택 냉각라인
112: 스택 라디에이터
120: 실내 냉방회로
121: 실내 냉방라인
122: 냉방용 압축기
123: 냉방용 콘덴서
124: 냉방용 팽창기
125: 냉방용 증발기
130: 배터리 냉각회로
131: 배터리 냉각수 냉각라인
132: 배터리 라디에이터
135: 배터리 냉각라인
136: 배터리용 압축기
137: 배터리용 콘덴서
138: 배터리용 팽창기
139: 배터리용 칠러
140: 전장 냉각회로
141: 전장 냉각라인
142: 전장 라디에이터
151: 제1 우회라인
152: 제2 우회라인
153: 우회라인용 팽창기
161: 제1 삼방밸브
162: 제2 삼방밸브
B: 배터리
P: 전장품
S: 연료전지 스택
P1~P4: 제1 내지 제4 지점110: stack cooling circuit
111: stack cooling line
112: stack radiator
120: indoor cooling circuit
121: indoor cooling line
122: compressor for cooling
123: condenser for cooling
124: expander for cooling
125: evaporator for cooling
130: battery cooling circuit
131: battery coolant cooling line
132: battery radiator
135: battery cooling line
136: battery compressor
137: capacitor for battery
138: expander for battery
139: chiller for battery
140: electric field cooling circuit
141: electric cooling line
142: battlefield radiator
151: first bypass line
152: second bypass line
153: inflator for bypass line
161: first three-way valve
162: second three-way valve
B: battery
P: electrical equipment
S: fuel cell stack
P1 to P4: first to fourth points

Claims (14)

연료전지 차량의 연료전지 스택을 냉각하기 위한 스택 냉각라인;
상기 연료전지 차량의 실내를 냉방하기 위한 실내 냉방라인;
상기 연료전지 차량의 배터리를 냉각하기 위한 배터리 냉각라인;
상기 실내 냉방라인 중의 냉매를 상기 배터리 냉각라인으로 우회시키기 위한 제1 우회라인; 및
상기 배터리 냉각라인 중의 냉매를 상기 실내 냉방라인으로 우회시키기 위한 제2 우회라인을 포함하는, 연료전지 차량용 냉각 시스템.a stack cooling line for cooling the fuel cell stack of the fuel cell vehicle;
an indoor cooling line for cooling the interior of the fuel cell vehicle;
a battery cooling line for cooling the battery of the fuel cell vehicle;
a first bypass line for bypassing the refrigerant in the indoor cooling line to the battery cooling line; and
and a second bypass line for bypassing the refrigerant in the battery cooling line to the indoor cooling line. 청구항 1에 있어서,
상기 실내 냉방라인에 차례대로 배치되어, 상기 실내 냉방라인 중의 냉매를 각각 압축, 응축, 팽창, 증발시키기 위한 냉방용 압축기, 냉방용 콘덴서, 냉방용 팽창기, 냉방용 증발기; 및
상기 배터리 냉각라인에 차례대로 배치되어, 상기 배터리 냉각라인 중의 냉매를 각각 압축, 응축, 팽창, 증발시키기 위한 배터리용 압축기, 배터리용 콘덴서, 배터리용 팽창기, 배터리용 칠러를 더 포함하고,
상기 제1 우회라인은, 상기 냉방용 증발기와 상기 냉방용 압축기의 사이에 위치하는 상기 실내 냉방라인 상의 제1 지점과, 상기 배터리용 칠러와 상기 배터리용 압축기의 사이에 위치하는 상기 배터리 냉각라인 상의 제2 지점을 연결하고,
상기 제2 우회라인은, 상기 배터리용 콘덴서와 상기 배터리용 팽창기의 사이에 위치하는 상기 배터리 냉각라인 상의 제3 지점과, 상기 냉방용 압축기와 상기 냉방용 콘덴서의 사이에 위치하는 상기 실내 냉방라인 상의 제4 지점을 연결하는, 연료전지 차량용 냉각 시스템.The method according to claim 1,
a cooling compressor, a cooling condenser, a cooling expander, and a cooling evaporator, which are sequentially disposed in the indoor cooling line and respectively compress, condense, expand, and evaporate the refrigerant in the indoor cooling line; and
A battery compressor, a battery condenser, a battery expander, and a battery chiller for respectively compressing, condensing, expanding, and evaporating the refrigerant in the battery cooling line are sequentially disposed in the battery cooling line,
The first bypass line may include a first point on the indoor cooling line positioned between the cooling evaporator and the cooling compressor, and on the battery cooling line positioned between the battery chiller and the battery compressor. connecting the second point,
The second bypass line is a third point on the battery cooling line positioned between the battery condenser and the battery expander, and on the indoor cooling line positioned between the cooling compressor and the cooling condenser. A cooling system for a fuel cell vehicle that connects the fourth point. 청구항 2에 있어서,
상기 제2 우회라인에 배치되어 상기 제2 우회라인 중의 냉매를 팽창시키기 위한 우회라인용 팽창기를 더 포함하는, 연료전지 차량용 냉각 시스템.3. The method according to claim 2,
The cooling system for a fuel cell vehicle, which is disposed in the second bypass line and further includes an expander for a bypass line for expanding the refrigerant in the second bypass line. 청구항 3에 있어서,
상기 제1 지점에 배치되어 상기 실내 냉방라인 중의 냉매의 적어도 일부를 상기 제1 우회라인으로 우회시키도록 마련되는 제1 삼방밸브;
상기 제3 지점에 배치되어 상기 배터리 냉각라인 중의 냉매의 적어도 일부를 상기 제2 우회라인으로 우회시키도록 마련되는 제2 삼방밸브; 및
상기 제1 및 제2 삼방밸브를 제어하게 마련되는 제어부를 더 포함하는, 연료전지 차량용 냉각 시스템.4. The method according to claim 3,
a first three-way valve disposed at the first point and provided to bypass at least a portion of the refrigerant in the indoor cooling line to the first bypass line;
a second three-way valve disposed at the third point to bypass at least a portion of the refrigerant in the battery cooling line to the second bypass line; and
The cooling system for a fuel cell vehicle further comprising a control unit provided to control the first and second three-way valves. 청구항 4에 있어서,
상기 제어부는,
상기 스택 냉각라인 중의 스택 냉각수의 온도에 기초해서 상기 제1 및 제2 삼방밸브를 제어하게 마련되는, 연료전지 차량용 냉각 시스템.5. The method according to claim 4,
The control unit is
and controlling the first and second three-way valves based on a temperature of the stack coolant in the stack cooling line. 청구항 5에 있어서,
상기 제어부는,
상기 스택 냉각수의 온도가 제1 기준 온도 이상이면:
상기 실내 냉방라인 중의 냉매의 적어도 일부가 상기 제1 우회라인으로 우회되게 상기 제1 삼방밸브를 제어하고,
상기 배터리 냉각라인 중의 냉매의 적어도 일부가 상기 제2 우회라인으로 우회되게 상기 제2 삼방밸브를 제어하는, 연료전지 차량용 냉각 시스템.6. The method of claim 5,
The control unit is
When the temperature of the stack coolant is equal to or higher than the first reference temperature:
controlling the first three-way valve so that at least a portion of the refrigerant in the indoor cooling line is bypassed to the first bypass line,
and controlling the second three-way valve so that at least a portion of the refrigerant in the battery cooling line is bypassed to the second bypass line. 청구항 6에 있어서,
상기 배터리 냉각라인 중의 냉매에 의해 상기 배터리용 칠러에서 냉각되어 상기 배터리를 냉각하는 배터리 냉각수가 유동하기 위한 배터리 냉각수 냉각라인을 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 배터리 냉각수의 온도에 기초해서 상기 배터리용 압축기를 더 제어하게 마련되는, 연료전지 차량용 냉각 시스템.7. The method of claim 6,
The battery cooling water cooling line is cooled in the battery chiller by the refrigerant in the battery cooling line and further includes a battery cooling water cooling line for cooling the battery,
The control unit is
The fuel cell vehicle cooling system is provided to further control the battery compressor based on the temperature of the battery coolant. 청구항 7에 있어서,
상기 제어부는,
상기 배터리 냉각수의 온도가 제2 기준 온도 이상이면, 상기 배터리용 압축기의 RPM이 높아지게 상기 배터리용 압축기를 제어하는, 연료전지 차량용 냉각 시스템.8. The method of claim 7,
The control unit is
When the temperature of the battery coolant is equal to or higher than a second reference temperature, the fuel cell vehicle cooling system controls the battery compressor to increase the RPM of the battery compressor. 청구항 6에 있어서,
상기 배터리 냉각라인 중의 냉매에 의해 상기 배터리용 칠러에서 냉각되어 상기 배터리를 냉각하는 배터리 냉각수가 유동하기 위한 배터리 냉각수 냉각라인을 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 배터리 냉각수의 온도에 기초해서 상기 제2 삼방밸브의 상기 제2 우회라인에 대한 개도율을 조절하게 마련되는, 연료전지 차량용 냉각 시스템.7. The method of claim 6,
The battery cooling water cooling line is cooled in the battery chiller by the refrigerant in the battery cooling line and further includes a battery cooling water cooling line for cooling the battery,
The control unit is
The cooling system for a fuel cell vehicle is provided to adjust an opening rate of the second three-way valve with respect to the second bypass line based on the temperature of the battery coolant. 청구항 4에 있어서,
상기 제어부는,
상기 연료전지 스택에 요구되는 냉각 정도에 기초해서 상기 제1 및 제2 삼방밸브 중 적어도 어느 하나를 제어하게 마련되는, 연료전지 차량용 냉각 시스템.5. The method according to claim 4,
The control unit is
A cooling system for a fuel cell vehicle that is provided to control at least one of the first and second three-way valves based on a degree of cooling required for the fuel cell stack. 청구항 10에 있어서,
상기 제어부는,
상기 연료전지 스택에 요구되는 냉각 정도에 더해, 상기 배터리에 요구되는 냉각 정도 또는 상기 실내에 요구되는 냉방 정도에 기초해서 상기 제1 및 제2 삼방밸브를 제어하게 마련되는, 연료전지 차량용 냉각 시스템.11. The method of claim 10,
The control unit is
A cooling system for a fuel cell vehicle that is provided to control the first and second three-way valves based on a degree of cooling required for the battery or a degree of cooling required for the room in addition to the degree of cooling required for the fuel cell stack. 청구항 11에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 및 제2 삼방밸브에 의한 냉매의 우회로 인해, 상기 배터리가 요구되는 정도로 냉각되지 못할 경우, 또는 상기 실내가 요구되는 정도로 냉방되지 못할 경우:
상기 실내 냉방라인 중의 냉매가 상기 제1 우회라인으로 우회되지 않게 상기 제1 삼방밸브를 제어하고,
상기 배터리 냉각라인 중의 냉매가 상기 제2 우회라인으로 우회되지 않게 상기 제2 삼방밸브를 제어하는, 연료전지 차량용 냉각 시스템.12. The method of claim 11,
The control unit is
When the battery is not cooled to the required degree due to the bypass of the refrigerant by the first and second three-way valves, or the room is not cooled to the required degree:
controlling the first three-way valve so that the refrigerant in the indoor cooling line is not bypassed to the first bypass line,
A cooling system for a fuel cell vehicle that controls the second three-way valve so that the refrigerant in the battery cooling line is not bypassed to the second bypass line. 청구항 2에 있어서,
상기 배터리용 콘덴서는 차량의 측방에 배치되는, 연료전지 차량용 냉각 시스템.3. The method according to claim 2,
The condenser for the battery is disposed on the side of the vehicle, a cooling system for a fuel cell vehicle. 청구항 13에 있어서,
상기 연료전지 스택을 냉각하는 스택 냉각수를 공냉시키기 위해 상기 스택 냉각라인에 배치되고, 또한 상기 차량의 전방에 배치되는 스택 라디에이터를 더 포함하고,
상기 냉방용 콘덴서는, 상기 스택 라디에이터의 전방에 배치되는, 연료전지 차량용 냉각 시스템.
14. The method of claim 13,
a stack radiator disposed in the stack cooling line to air-cool the stack coolant for cooling the fuel cell stack, and further comprising a stack radiator disposed in front of the vehicle;
The cooling condenser is disposed in front of the stack radiator.
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