KR20220085886A - 연료전지 차량용 열관리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 차량용 열관리 시스템에 관한 것으로서, 연료전지 차량의 연료전지 스택을 냉각하기 위한 스택 냉각라인, 상기 연료전지 차량의 배터리를 냉각하기 위한 배터리 냉각라인, 및 상기 스택 냉각라인의 스택 냉각수와 상기 배터리 냉각라인의 배터리 냉각수를 서로 열교환 시키도록 마련되는 열교환기를 포함하고, 상기 배터리는 상기 열교환기에서 상기 스택 냉각수에 의해 가열된 상기 배터리 냉각수에 의해 승온되게 마련될 수 있다.

Description

연료전지 차량용 열관리 시스템 {THERMAL MANAGEMENT SYSTEM FOR FUEL CELL ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 연료전지 차량용 열관리 시스템에 관한 것이다.
연료전지 차량(FCEV)은 화학반응을 통해 전기를 발생시키기 위한 연료전지 스택, 연료전지 스택을 냉각하는 스택 냉각수를 공냉시키기 위한 스택 라디에이터 및 스택 라디에이터의 공냉을 돕기 위한 팬을 구비할 수 있다. 그런데 연료전지 스택의 화학반응 중에 발생하는 열은 바로 스택 냉각수로 전달될 수 있다. 따라서 스택 냉각수의 온도가 연료전지 스택의 반응에 따라 급변할 수 있다. 이와 같은 온도 급변은 팬의 불규칙한 작동을 초래하여 팬의 소비 에너지를 증가시킬 수 있고, 차량의 NVH 성능에도 악영향을 미칠 수 있다. 그러나 현재 스택 냉각수의 온도 급변을 억제하기 위한 장치가 마련되지 않고 있는 실정이다.
한편, 연료전지 차량은 연료전지 스택에서 발생시킨 전기를 저장하기 위해 배터리를 더 구비할 수 있다. 연료전지 스택과 배터리의 경우에는 정상 작동 온도의 유지를 위해 냉각과 승온이 요구될 수 있다. 냉각과 승온은 연료전지 스택과 배터리를 냉각하기 위한 스택 냉각수와 배터리 냉각수가 각각 담당할 수 있다. 그런데 현재 스택 냉각수와 배터리 냉각수가 서로 열적으로 연계되어 있지 않아 연료전지 차량의 열관리가 비효율적이라는 문제가 있다.
본 발명의 과제는, 스택 냉각수와 배터리 냉각수를 서로 열적으로 연계시켜 연료전지 차량의 열을 효율적으로 관리할 수 있는 연료전지 차량용 열관리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는, 연료전지 스택의 화학반응에 따른 스택 냉각수의 온도 급변을 억제할 수 있는 연료전지 차량용 열관리 시스템을 제공하는 것이다.
일 예에서 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 연료전지 차량의 연료전지 스택을 냉각하기 위한 스택 냉각라인, 상기 연료전지 차량의 배터리를 냉각하기 위한 배터리 냉각라인, 및 상기 스택 냉각라인의 스택 냉각수와 상기 배터리 냉각라인의 배터리 냉각수를 서로 열교환 시키도록 마련되는 열교환기를 포함하고, 상기 배터리는 상기 열교환기에서 상기 스택 냉각수에 의해 가열된 상기 배터리 냉각수에 의해 승온되게 마련될 수 있다.
다른 예에서 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 상기 스택 냉각라인에 배치되는 스택 라디에이터, 상기 배터리 냉각라인에 배치되는 배터리 라디에이터, 상기 스택 냉각라인을 따라 상기 연료전지 스택에서 배출되어 상기 스택 라디에이터로 공급될 스택 냉각수 중의 적어도 일부를 상기 스택 라디에이터로의 경유 없이 상기 연료전지 스택으로 공급하기 위한 스택 우회라인, 및 상기 배터리 냉각라인을 따라 상기 배터리에서 배출되어 상기 배터리 라디에이터로 공급될 배터리 냉각수 중의 적어도 일부를 상기 배터리 라디에이터로의 경유 없이 상기 배터리로 공급하기 위한 배터리 우회라인을 더 포함하고, 상기 열교환기는, 상기 스택 우회라인 중의 스택 냉각수와 상기 배터리 우회라인 중의 배터리 냉각수를 서로 열교환 시키도록 마련될 수 있다.
또 다른 예에서 상기 스택 우회라인은 상기 스택 라디에이터의 상류 지점 중 상기 스택 라디에이터와 상기 연료전지 스택 사이의 어느 지점과, 상기 스택 라디에이터의 하류 지점 중 상기 스택 라디에이터와 상기 연료전지 스택 사이의 다른 지점을 연결하여 상기 스택 냉각라인 중의 상기 스택 냉각수를 우회시키도록 마련되고, 상기 배터리 우회라인은 상기 배터리 라디에이터의 상류 지점 중 상기 배터리 라디에이터와 상기 배터리 사이의 어느 지점과, 상기 배터리 라디에이터의 하류 지점 중 상기 배터리 라디에이터와 상기 배터리 사이의 다른 지점을 연결하여 상기 배터리 냉각라인 중의 상기 배터리 냉각수를 우회시키도록 마련될 수 있다.
또 다른 예에서 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 상기 스택 냉각라인에서 상기 스택 우회라인으로 상기 스택 냉각수 중의 적어도 일부를 우회시키도록 마련되는 스택 밸브부, 상기 배터리 냉각라인에서 상기 배터리 우회라인으로 상기 배터리 냉각수 중의 적어도 일부를 우회시키도록 마련되는 배터리 밸브부, 및 상기 스택 밸브부 및 상기 배터리 밸브부를 제어하게 마련되는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또 다른 예에서 상기 제어부는 상기 배터리의 승온이 요구되면, 상기 스택 냉각수 중의 적어도 일부가 상기 스택 냉각라인에서 상기 스택 우회라인으로 우회되게 상기 스택 밸브부를 제어하고, 상기 배터리 냉각수 중의 적어도 일부가 상기 배터리 냉각라인에서 상기 배터리 우회라인으로 우회되어 상기 열교환기에서 상기 스택 냉각수에 의해 가열되게 상기 배터리 밸브부를 제어하게 마련될 수 있다.
또 다른 예에서 상기 제어부는 상기 배터리의 온도가 기준 온도까지 상승되면, 상기 스택 냉각수의 전부가 상기 스택 우회라인으로의 우회 없이 상기 스택 냉각라인을 순환하게 상기 스택 밸브부를 제어하고, 상기 배터리 냉각수의 전부가 상기 배터리 우회라인으로의 우회 없이 상기 배터리 냉각라인을 순환하게 상기 배터리 밸브부를 제어하게 마련될 수 있다.
또 다른 예에서 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 상기 스택 냉각라인과 상기 스택 우회라인의 연결 지점과 상기 연료전지 스택의 사이에 배치되어, 상기 스택 냉각라인을 따라 상기 연료전지 스택에서 배출되는 스택 냉각수로부터 열을 전달받거나 상기 스택 냉각수로 열을 방출하게 마련되는 상변화물질(PCM)을 구비하는 열축적부를 더 포함하고, 상기 상변화물질은 상기 스택 냉각수의 온도가 소정 온도 이하일 때, 상기 스택 냉각수가 가열 후 상기 열교환기로 공급되게 상기 스택 냉각수로 열을 방출하게 마련될 수 있다.
또 다른 예에서 상기 배터리 우회라인은 상기 배터리 라디에이터의 상류 지점 중 상기 배터리 라디에이터와 상기 배터리의 사이에 위치하는 상기 배터리 냉각라인의 제1 지점과 상기 열교환기를 연결하는 제1 라인, 상기 배터리 라디에이터의 하류 지점 중 상기 배터리 라디에이터와 상기 배터리의 사이에 위치하는 상기 배터리 냉각라인의 제2 지점과 상기 열교환기를 연결하는 제2 라인, 및 상기 제2 라인 중의 어느 두 지점을 연결하는 제3 라인을 포함할 수 있다.
또 다른 예에서 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 상기 제3 라인에 배치되어 상기 배터리 우회라인 중의 상기 배터리 냉각수를 상기 배터리 라디에이터의 하류 측인 상기 제2 지점에서 상기 배터리 라디에이터의 상류 측인 상기 제1 지점으로 상기 배터리 우회라인을 따라 압송시키도록 마련되는 보조 펌프를 더 포함할 수 있다.
또 다른 예에서 상기 제어부는 상기 연료전지 스택의 냉각이 요구되면, 상기 배터리 냉각수 중의 적어도 일부가 상기 배터리 우회라인을 따라 상기 제2 지점에서 상기 제1 지점으로 유동하는 것을 허용하게 상기 배터리 밸브부를 제어하고, 상기 보조 펌프가 작동하게 제어하고, 상기 스택 냉각수 중의 적어도 일부가 상기 스택 냉각라인에서 상기 스택 우회라인으로 우회되어 상기 열교환기에서 상기 배터리 냉각수에 의해 냉각되게 상기 스택 밸브부를 제어하게 마련될 수 있다.
또 다른 예에서 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 상기 배터리의 하류 지점 중 상기 배터리와 상기 제1 지점의 사이에 위치하는 상기 배터리 냉각라인의 제3 지점과, 상기 배터리의 상류 지점 중 상기 배터리와 상기 제2 지점의 사이에 위치하는 상기 배터리 냉각라인의 제4 지점을 연결하는 제4 라인, 상기 배터리의 상류 지점 중 상기 배터리와 상기 제4 지점의 사이에 배치되어 상기 배터리로 공급될 상기 배터리 냉각수를 냉각하게 마련되는 칠러, 상기 제2 라인 중의 상기 배터리 냉각수 중의 적어도 일부를 상기 제3 라인으로 우회시키도록 마련되는 제1 보조 밸브부, 및 상기 배터리 냉각라인을 따라 상기 배터리에서 배출되는 배터리 냉각수 중의 적어도 일부를 상기 제4 라인으로 우회시키도록 마련되는 제2 보조 밸브부를 더 포함할 수 있다.
또 다른 예에서 상기 제어부는 상기 연료전지 스택의 냉각이 요구되면, 상기 배터리 냉각수 중의 적어도 일부가 상기 배터리 우회라인을 따라 상기 제2 지점에서 상기 제1 지점으로 유동하는 것을 허용하게 상기 배터리 밸브부를 제어하고, 상기 보조 펌프가 작동하게 제어하고, 상기 배터리 라디에이터에서 배출되어 상기 제2 라인으로 유동하는 배터리 냉각수 중의 적어도 일부가 상기 제3 라인으로 우회되게 상기 제1 보조 밸브부를 제어하고, 상기 배터리에서 배출되는 배터리 냉각수 중의 적어도 일부가 상기 제4 라인으로 우회되게 상기 제2 보조 밸브부를 제어하고, 상기 스택 냉각수 중의 적어도 일부가 상기 스택 냉각라인에서 상기 스택 우회라인으로 우회되어, 상기 제2 라인을 통해 상기 열교환기로 공급되는 상기 배터리 냉각수에 의해 냉각되게, 상기 스택 밸브부를 제어하게 마련될 수 있다.
또 다른 예에서 상기 제어부는 상기 연료전지 스택의 온도가 기준 온도까지 하강되면, 상기 스택 냉각수의 전부가 상기 스택 우회라인으로의 우회 없이 상기 스택 냉각라인을 순환하게 상기 스택 밸브부를 제어하고, 상기 배터리 냉각수의 전부가 상기 배터리 우회라인으로의 우회 없이 상기 배터리 냉각라인을 순환하게 상기 배터리 밸브부를 제어하게 마련될 수 있다.
또 다른 예에서 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 상기 스택 냉각라인과 상기 스택 우회라인의 연결 지점과 상기 연료전지 스택의 사이에 배치되어, 상기 스택 냉각라인을 따라 상기 연료전지 스택에서 배출되는 스택 냉각수로부터 열을 전달받거나 상기 스택 냉각수로 열을 방출하게 마련되는 상변화물질(PCM)을 구비하는 열축적부를 더 포함할 수 있다.
또 다른 예에서 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 연료전지 차량의 연료전지 스택을 냉각하기 위한 스택 냉각라인, 상기 연료전지 차량의 배터리를 냉각하기 위한 배터리 냉각라인, 및 상기 스택 냉각라인의 스택 냉각수와 상기 배터리 냉각라인의 배터리 냉각수를 서로 열교환 시키도록 마련되는 열교환기를 포함하고, 상기 연료전지 스택은 상기 열교환기에서 상기 배터리 냉각수에 의해 냉각된 상기 스택 냉각수에 의해 냉각되게 마련될 수 있다.
본 발명에 의하면, 스택 냉각수를 배터리의 승온에 이용할 수 있기 때문에, 배터리의 승온에 이용되는 워머의 소비 에너지를 줄이거나 워머를 불필요하게 할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 배터리 냉각수를 연료전지 스택의 냉각에 이용할 수 있기 때문에, 연료전지 스택을 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
더욱이 본 발명에 의하면, 상변화물질을 포함하는 열축적부를 통해, 연료전지 스택에서 배출되는 스택 냉각수의 열을 흡수(축적)하여 스택 냉각수를 냉각시키거나, 또는 연료전지 스택에서 배출되는 스택 냉각수로 축적된 열을 방출하여 스택 냉각수를 가열시킬 수 있기 때문에, 열관리의 효율성을 높일 수 있고, 또한 스택 냉각수의 온도 급변을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템을 도시하고 있는 블록도이다.
도 2는 도 1의 시스템의 승온모드를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 열축적부의 열 방출에 따른 배터리의 온도 상승을 나타내는 그래프이다.
도 4는 열축적부의 열 방출에 따른 스택 냉각수의 온도 상승을 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1의 시스템의 대기모드를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 도 1의 시스템의 냉각모드를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 스택 냉각수의 온도에 따른 열축적부의 축열량/방열량을 나타내는 그래프이다.
도 8을 스택 냉각수의 온도에 따른 보조 펌프의 RPM을 나타내는 그래프이다.
도 9는 외기온도에 따른 열축적부의 축열량을 나타내는 그래프이다.
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.
연료전지 차량용 열관리 시스템의 구조
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템을 도시하고 있는 블록도이다.
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)의 정상 작동을 위해 연료전지 스택(S)의 온도를 소정 범위 내로 조절하는 것이 요구된다. 이로 인해 연료전지 스택(S)의 냉각 또는 가열이 요구될 수 있다.
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 포함할 수 있다. 스택 냉각회로(110)는 스택 냉각라인(111)에 배치되어 스택 냉각수를 압송하기 위한 스택 펌프(113)를 포함할 수 있다. 미설명 부호 114는 스택 라디에이터의 공냉을 돕기 위한 팬이다. 참고로 스택 냉각수의 온도에 따라서는 스택 냉각수를 통해 연료전지 스택(S)을 가열시킬 수도 있다.
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 냉각 또는 가열이 요구될 수 있다.
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 냉각라인(131)을 포함할 수 있다. 배터리 냉각회로(130)는 배터리 냉각수를 냉각하기 위한 냉매가 유동하는 냉매라인(도 1 중 후술할 압축기가 배치되는 라인 참조)을 포함할 수 있다. 참고로 배터리 냉각수의 온도에 따라서는 배터리 냉각수를 통해 배터리(B)를 가열시킬 수도 있다.
배터리 냉각회로(130)는 배터리 냉각라인(131)에 배치되어 배터리 냉각수를 공냉시키기 위한 배터리 라디에이터(132)를 포함할 수 있다. 배터리 냉각회로(130)는 배터리 냉각라인(131)에 배치되어 배터리 냉각수를 압송하는 배터리 펌프(133)를 포함할 수 있다.
배터리 냉각회로(130)는 냉매라인 중의 냉매를 각각 압축, 응축, 팽창, 증발시키기 위한 압축기(136), 콘덴서(137), 팽창기(138)(예: 팽창밸브), 칠러(139)를 포함할 수 있다. 이들은 냉매라인에 차례대로 배치되어 냉동 사이클을 구현할 수 있다. 칠러(139)에서 증발하는 냉매는 배터리 냉각라인(131) 중의 배터리 냉각수를 냉각시킬 수 있다. 칠러(139)에 의해 냉각된 배터리 냉각수는 배터리(B)로 공급되어 배터리(B)를 냉각시킬 수 있다. 배터리 냉각수는 배터리 라디에이터(132)에 의한 냉각과 칠러(139)에 의한 냉각 중의 어느 하나, 또는 이들 모두를 통해 냉각될 수 있다. 칠러(139)는 배터리(B)의 상류 지점 중 배터리(B)와 후술할 제4 지점(P4)의 사이에 배치될 수 있다.
본 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템은 전술한 스택 냉각라인(111)과 배터리 냉각라인(131)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템은 도 1에 도시되어 있듯이 열교환기(150)를 포함할 수 있다.
열교환기(150)는 스택 냉각라인(111)의 스택 냉각수와 배터리 냉각라인(131)의 배터리 냉각수를 서로 열교환 시키도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 열교환기(150)는 후술할 스택 우회라인(160) 중의 스택 냉각수와, 후술할 배터리 우회라인(170) 중의 배터리 냉각수를 서로 열교환 시키도록 마련될 수 있다. 열교환기(150)는 통상의 판형 열교환기일 수 있다. 열교환기(150)는 판형 열교환기 외의 타입의 열교환기도 적용될 수 있다.
본 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템은 열교환기(150)에서 스택 냉각수에 의해 가열된 배터리 냉각수에 의해 배터리(B)를 승온시킬 수 있다. 예를 들어, 동절기의 경우에는 차량의 시동 시에 연료전지 스택(S)과 배터리(B)를 승온시킬 필요가 있다. 연료전지 스택(S)의 정상 작동 온도는 배터리(B)의 정상 작동 온도보다 높다. 그런데 연료전지 스택(S)은 자신의 발열반응으로 인해 빠르게 승온될 수 있다. 따라서 연료전지 스택(S)에서 배출되는 스택 냉각수는 연료전지 스택(S)에 의해 가열되어 배터리 냉각수를 가열시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템은 열교환기(150)에서 스택 냉각수를 통해 배터리 냉각수를 가열시킨 다음, 배터리 냉각수를 통해 배터리(B)를 승온시킬 수 있다. 이는 배터리(B)를 승온시키기 위해 일반적으로 사용되는 워머(예: 히터)의 소비 에너지를 감소시킬 수 있다. 또는 워머가 불필요해질 수도 있다.
본 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템은 열교환기(150)에서 배터리 냉각수에 의해 냉각된 스택 냉각수에 의해 연료전지 스택(S)을 냉각시킬 수도 있다.
스택 우회라인(160) 및 배터리 우회라인(170)
본 실시예에 따른 열관리 시스템은 스택 우회라인(160)을 포함할 수 있다. 스택 우회라인(160)은 스택 냉각라인(111)을 따라 연료전지 스택(S)에서 배출되어 스택 라디에이터(112)로 공급될 스택 냉각수 중의 적어도 일부를 스택 라디에이터(112)로의 경유 없이 연료전지 스택(S)으로 공급하기 위한 유로일 수 있다.
예를 들어, 스택 우회라인(160)은 도 1의 제5 지점(P5)과 제6 지점(P6)을 연결하여 스택 냉각라인(111) 중의 스택 냉각수를 우회시키도록 마련될 수 있다. 제5 지점(P5)은 스택 라디에이터(112)의 상류 지점 중 스택 라디에이터(112)와 연료전지 스택(S) 사이의 어느 지점일 수 있다. 제6 지점(P6)은 스택 라디에이터(112)의 하류 지점 중 스택 라디에이터(112)와 연료전지 스택(S) 사이의 어느 지점일 수 있다.
본 실시예에 따른 열관리 시스템은 배터리 우회라인(170)을 포함할 수 있다. 배터리 우회라인(170)은 배터리 냉각라인(131)을 따라 배터리(B)에서 배출되어 배터리 라디에이터(132)로 공급될 배터리 냉각수 중의 적어도 일부를 배터리 라디에이터(132)로의 경유 없이 배터리(B)로 공급하기 위한 유로일 수 있다.
예를 들어, 배터리 우회라인(170)은 도 1의 제1 지점(P1)과 제2 지점(P2)을 연결하여 배터리 냉각라인(131) 중의 배터리 냉각수를 우회시키도록 마련될 수 있다. 제1 지점(P1)은 배터리 라디에이터(132)의 상류 지점 중 배터리 라디에이터(132)와 배터리(B) 사이의 어느 지점일 수 있다. 제2 지점(P2)은 배터리 라디에이터(132)의 하류 지점 중 배터리 라디에이터(132)와 배터리(B) 사이의 어느 지점일 수 있다.
스택 우회라인(160)은 열교환기(150)를 경유할 수 있고, 배터리 우회라인(170)도 열교환기(150)를 경유할 수 있다. 스택 냉각수 중의 적어도 일부와 배터리 냉각수 중의 적어도 일부는 스택 우회라인(160)과 배터리 우회라인(170)을 각각 경유하는 중에 열교환기(150)에서 서로 열교환할 수 있다.
본 실시예에 따른 열관리 시스템은 스택 냉각라인(111)에서 스택 우회라인(160)으로 스택 냉각수 중의 적어도 일부를 우회시키도록 마련되는 스택 밸브부(181)를 포함할 수 있다. 도 1에는 스택 냉각라인(111)과 스택 우회라인(160)의 연결 지점(P5)에 배치되는 삼방밸브가 스택 밸브부(181)로서 예시되어 있다. 스택 밸브부(181)는 스택 냉각라인(111)과 스택 우회라인(160)에 각각 배치되는 2개의 솔레노이드 밸브(미도시)로 구현될 수도 있다.
본 실시예에 따른 열관리 시스템은 배터리 냉각라인(131)에서 배터리 우회라인(170)으로 배터리 냉각수 중의 적어도 일부를 우회시키도록 마련되는 배터리 밸브부(191)를 포함할 수 있다. 배터리 밸브부(191)는 제1 지점(P1) 또는 제2 지점(P2)에 설치되는 삼방밸브일 수 있다. 도 1에는 제2 지점(P2)에 배치되는 삼방밸브가 배터리 밸브부(191)로서 예시되어 있다. 배터리 밸브부(191)는 배터리 냉각라인(131)과 배터리 우회라인(170)에 각각 배치되는 2개의 솔레노이드 밸브(미도시)로 구현될 수도 있다.
배터리 우회라인(170)은 제1 라인(171)과 제2 라인(172)을 포함할 수 있다. 제1 라인(171)은 배터리 냉각라인(131) 중의 제1 지점(P1)과 열교환기(150)를 연결하는 유로일 수 있다. 제2 라인(172)은 배터리 냉각라인(131) 중의 제2 지점(P2)과 열교환기(150)를 연결하는 유로일 수 있다.
배터리 우회라인(170)은 제2 라인(172) 중의 어느 두 지점을 연결하는 제3 라인(173)을 포함할 수 있다. 제3 라인(173)에는 보조 펌프(176)가 배치될 수 있다. 보조 펌프(176)는 배터리 냉각수를 배터리 라디에이터(132)의 하류 측인 제2 지점(P2)에서 배터리 라디에이터(132)의 상류 측인 제1 지점(P1)으로 배터리 우회라인(170)을 따라 압송시키도록 마련될 수 있다.
후술할 승온모드와 냉각모드에 있어 배터리 냉각수는 배터리 우회라인(170)에서 서로 다른 방향으로 유동할 수 있다. 배터리 냉각수는 도 2에 도시되어 있듯이 배터리 펌프(133)에 의해 배터리(B)에서 열교환기(150)로 제1 라인(171)을 따라 공급될 수 있다. 또는 배터리 냉각수는 도 6에 도시되어 있듯이 보조 펌프(176)에 의해 배터리 라디에이터(132)에서 열교환기(150)로 제2, 제3 라인(172, 173)을 따라 공급될 수 있다.
본 실시예에 따른 열관리 시스템은 제4 라인(174)을 포함할 수 있다. 제4 라인(174)은 제3 지점(P3)과 제4 지점(P4)을 연결하는 유로일 수 있다. 제3 지점(P3)은 배터리(B)의 하류 지점 중 배터리(B)와 제1 지점(P1)의 사이에 위치하는 배터리 냉각라인(131) 중의 어느 지점일 수 있다. 제4 지점(P4)은 배터리(B)의 상류 지점 중 배터리(B)와 제2 지점(P2)의 사이에 위치하는 배터리 냉각라인(131) 중의 어느 지점일 수 있다.
본 실시예에 따른 열관리 시스템은 제2 라인(172) 중의 배터리 냉각수 중의 적어도 일부를 제3 라인(173)으로 우회시키도록 마련되는 제1 보조 밸브부(182)를 포함할 수 있다. 배터리 라디에이터(132)에서 배출되는 배터리 냉각수는 배터리 밸브부(191)의 작동에 따라 제2 라인(172)으로 공급될 수 있고, 배터리 라디에이터(132)에서 배출되어 제2 라인(172)으로 유동하는 배터리 냉각수는 제1 보조 밸브부(182)의 작동에 따라 제3 라인(173)으로 우회될 수 있다. 도 1에는 제2 라인(172)과 제3 라인(173)의 연결 지점에 배치되는 삼방밸브가 제1 보조 밸브부(182)로서 예시되어 있다. 제1 보조 밸브부(182)는 제2 라인(172)과 제3 라인(173)에 각각 배치되는 2개의 솔레노이드 밸브(미도시)로 구현될 수도 있다.
본 실시예에 따른 열관리 시스템은 배터리 냉각라인(131)을 따라 배터리(B)에서 배출되는 배터리 냉각수 중의 적어도 일부를 제4 라인(174)으로 우회시키도록 마련되는 제2 보조 밸브부(192)를 포함할 수 있다. 배터리(B)에서 배출되는 배터리 냉각수는 제2 보조 밸브부(192)의 작동에 따라 배터리 라디에이터(132)(또는 제1 라인(171))로 공급될 수도 있고, 배터리 라디에이터(132)로의 경유 없이 배터리(B)(칠러(139))로 공급될 수도 있다. 도 1에는 배터리 냉각라인(131)과 제4 라인(174)의 연결 지점(P3)에 배치되는 삼방밸브가 제2 보조 밸브부(192)로서 예시되어 있다. 제2 보조 밸브부(192)는 배터리 냉각라인(131)과 제4 라인(174)에 각각 배치되는 2개의 솔레노이드 밸브(미도시)로 구현될 수도 있다.
열축적부(196)
본 실시예에 따른 열관리 시스템은 열축적부(196)를 포함할 수 있다. 열축적부(196)는 스택 냉각라인(111)을 따라 연료전지 스택(S)에서 배출되는 스택 냉각수로부터 열을 전달받거나 스택 냉각수로 열을 방출하게 마련되는 상변화물질(PCM)을 구비할 수 있다. 상변화물질은 상의 변화 중에 많은 양의 잠열(latent heat)을 흡수하거나 방출하는 물질을 말한다. 열축적부(196)의 상변화물질은 열관리 시스템에서 요구하는 온도(예: 70℃)에서 상변화하는 물질로 선택될 수 있다.
본 실시예에 따른 열관리 시스템은 제5 지점(P5)(스택 냉각라인(111)과 스택 우회라인(160)의 연결 지점)과 연료전지 스택(S)의 사이에 배치되는 열축적부(196)를 통해, 연료전지 스택(S)에서 배출되는 스택 냉각수의 열을 흡수하여 스택 냉각수의 열을 축적하거나, 또는 연료전지 스택(S)에서 배출되는 스택 냉각수로 축적된 열을 방출하여 스택 냉각수의 온도를 높일 수 있다.
본 실시예에 따른 열관리 시스템은 스택 냉각수의 온도가 낮을 경우 열축적부(196)에 축적된 열을 통해 스택 냉각수를 가열시킬 수 있다. 예를 들어, 동절기에는 차량의 시동 시에 연료전지 스택(S)과 배터리(B)의 승온이 요구될 수 있다. 그런데 차량의 시동 시에는 스택 냉각수의 온도가 낮아 스택 냉각수를 연료전지 스택(S)의 승온에, 그리고 배터리 냉각수의 가열에 이용하기 어려울 수 있다. 이럴 경우 본 실시예에 따른 열관리 시스템은 열축적부(196)에 축적된 열을 통해 스택 냉각수를 가열시킨 후, 가열된 스택 냉각수를 연료전지 스택(S)의 승온에 이용할 수 있고, 또한 가열된 스택 냉각수를 열교환기(150)에서 배터리 냉각수의 가열에 이용할 수 있다.
한편, 연료전지 스택(S)의 화학반응 중에 발생하는 열은 바로 스택 냉각수로 전달된다. 따라서 스택 냉각수의 온도는 연료전지 스택(S)의 반응에 따라 급변할 수 있다. 그런데 본 실시예에 따른 열관리 시스템은 연료전지 스택(S)의 하류 측에 열축적부(196)를 구비하기 때문에 스택 냉각수의 온도 급변을 억제할 수 있다. 이는 팬(114)에서 소비하는 에너지의 감소와 NVH 성능의 향상에 도움이 된다.
제어부에 의한 제어
본 실시예에 따른 열관리 시스템은 스택 밸브부(181)와 배터리 밸브부(191)를 제어하게 마련되는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
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.
이하에선 본 실시예에 따른 열관리 시스템의 동작(제어)에 대해 상술한다.
첫째로, 승온모드에 대해 도 2를 참조하여 설명한다. 승온모드는 예를 들어, 동절기에 차량을 시동시킬 경우 배터리(B)의 승온을 위해 적용될 수 있다. 또한 승온모드는 동절기에 차량을 시동시킬 경우 연료전지 스택(S)의 승온을 위해 적용될 수 있다. 참고로 도 2에서 굵은 실선은 냉각수(냉매)가 유동하는 라인을 나타내고, 점선은 냉각수(냉매)가 유동하지 않는 라인을 나타낸다. 이는 이하에서 동일하다.
배터리(B)의 온도가 소정 온도(예: 5℃) 미만일 경우 배터리(B)의 승온이 요구될 수 있다. 제어부는 배터리(B)의 승온이 요구되는 것으로 판단되면, 열교환기(150)에서 스택 냉각수로 배터리 냉각수를 가열할 수 있도록 스택 밸브부(181)와 배터리 밸브부(191)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부는 스택 냉각수 중의 적어도 일부가 스택 냉각라인(111)에서 스택 우회라인(160)으로 우회되게 스택 밸브부(181)를 제어할 수 있다. 연료전지 스택(S)의 승온도 요구되는 경우라면 제어부는 도 2에 도시되어 있듯이 스택 냉각수의 전부가 스택 우회라인(160)으로 우회되게 스택 밸브부(181)를 제어할 수 있다. 연료전지 스택(S)의 승온이 요구되는 경우에는 스택 라디에이터(112)에 의한 스택 냉각수의 냉각이 불필요할 수 있기 때문이다.
그리고 제어부는 배터리 냉각수 중의 적어도 일부가 배터리 냉각라인(131)에서 배터리 우회라인(170)으로 우회되게 배터리 밸브부(191)를 제어할 수 있다. 배터리(B)의 승온이 요구되는 경우에는 배터리 라디에이터(132)에 의한 배터리 냉각수의 냉각이 불필요할 수 있으므로, 제어부는 도 2에 도시되어 있듯이 배터리 냉각수의 전부가 배터리 우회라인(170)으로 우회되게 배터리 밸브부(191)를 제어할 수 있다.
배터리 냉각수는 열교환기(150)에서 스택 냉각수에 의해 가열된 후 배터리(B)로 공급되어 배터리(B)를 승온시킬 수 있다.
연료전지 스택(S)은 자신의 발열반응으로 빠르게 승온되므로 연료전지 스택(S)에서 배출되는 스택 냉각수를 배터리 냉각수의 가열에 이용할 수 있다. 그런데 본 실시예의 열관리 시스템은 열축적부(196)를 통해 더 효율적으로 배터리(B)를 승온시킬 수 있다. 예를 들어, 열축적부(196)의 상변화물질은 스택 냉각수의 온도가 소정 온도(예: 5℃) 이하일 때 축적된 열을 상변화를 통해 방출하여 스택 냉각수를 가열시킬 수 있다.
연료전지 스택(S)에서 배출되는 스택 냉각수의 온도가 충분히 높지 않더라도 열축적부(196)에 의해 가열된 스택 냉각수를 열교환기(150)로 공급하면, 배터리(B)의 승온에 이용되는 배터리 냉각수를 빠르게 가열시킬 수 있다. 또한 가열된 스택 냉각수는 연료전지 스택(S)의 승온에도 이용될 수 있다.
열축적부(196)의 열 방출에 따른 배터리(B)의 온도 상승과 열축적부(196)의 열 방출에 따른 스택 냉각수의 온도 상승은 각각 도 3과 도 4와 같을 수 있다.
둘째로, 대기모드에 대해 도 5를 참조하여 설명한다. 대기모드는 예를 들어, 승온모드를 통해 배터리(B)를 요구 온도에 도달시킨 경우에 적용될 수 있다.
배터리(B)의 온도가 소정 온도(예: 10℃)에 도달하면, 제어부는 스택 냉각수와 배터리 냉각수가 서로 간의 열교환 없이 각각 스택 냉각라인(111)과 배터리 냉각라인(131)을 따라 순환되게 스택 밸브부(181)와 배터리 밸브부(191)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부는 스택 냉각수의 전부가 스택 우회라인(160)으로의 우회 없이 스택 냉각라인(111)을 순환하게 스택 밸브부(181)를 제어할 수 있다. 그리고 제어부는 배터리 냉각수의 전부가 배터리 우회라인(170)으로의 우회 없이 배터리 냉각라인(131)을 순환하게 배터리 밸브부(191)를 제어할 수 있다.
대기모드 중에 열축적부(196)는 스택 냉각수로부터 열을 흡수할 수 있다.
대기모드 중에 제3 라인(173)의 보조 펌프(176)는 오프 상태일 수 있다.
대기모드는 전술한 승온모드에 의해 배터리(B)가 요구 온도까지 승온된 이후뿐만 아니라, 후술할 냉각모드에 의해 연료전지 스택(S)이 요구 온도까지 냉각된 이후에도 적용될 수 있다.
대기모드 중에 냉매라인의 냉매가 순환할 수 있다. 이를 통해 배터리 냉각수를 냉각하여 배터리를 더 냉각시킬 수 있다.
셋째로, 냉각모드에 대해 도 6을 참조하여 설명한다. 냉각모드는 예를 들어, 하절기의 차량 운행 중에 연료전지 스택(S)의 냉각을 위해 적용될 수 있다.
연료전지 스택(S)에서 배출되는 스택 냉각수의 온도는 일반적으로 85℃ 이하인 것이 바람직하다. 본 실시예에 따른 열관리 시스템은 연료전지 스택(S)의 작동 중에 스택 냉각수의 온도를 소정 온도(예: 85℃) 이하로 유지하기 위해 다음 제어들의 일부 또는 전부를 수행할 수 있다.
연료전지 스택(S)에서 배출되는 스택 냉각수는 열축적부(196)에 의해 냉각될 수 있다. 열축적부(196)의 상변화물질은 스택 냉각수의 열을 흡수하여 스택 냉각수를 냉각시킬 수 있다. 본 실시예의 열관리 시스템은 스택 냉각수를 1차적으로 열축적부(196)에 의해 냉각시키므로 스택 라디에이터(112)나 열교환기(150)(또는 배터리 냉각수)의 냉각 부담을 줄일 수 있다. 스택 냉각수의 온도에 따른 열축적부(196)의 축열량/방열량은 도 7과 같을 수 있다.
연료전지 스택(S)에서 배출되는 스택 냉각수의 일부는 스택 밸브부(181)의 작동에 따라 스택 라디에이터(112)로 공급되어 외기에 의해 냉각될 수 있다. 스택 라디에이터(112)에서 냉각된 스택 냉각수는 연료전지 스택(S)으로 공급되어 연료전지 스택(S)을 냉각시킬 수 있다.
연료전지 스택(S)에서 배출되는 스택 냉각수의 나머지는 스택 밸브부(181)의 작동에 따라 열교환기(150)로 공급되어, 배터리 라디에이터(132)에 의해 냉각된 배터리 냉각수에 의해 냉각될 수 있다.
이를 위해 제어부는 배터리 냉각수 중의 적어도 일부가 배터리 우회라인(170)(예: 제2 라인(172))을 따라 제2 지점(P2)에서 제1 지점(P1)으로 유동하는 것을 허용하게 배터리 밸브부(191)를 제어할 수 있다. 제어부는 보조 펌프(176)가 작동하게 제어할 수 있다. 제어부는 배터리 라디에이터(132)에서 배출되어 제2 라인(172)으로 유동하는 배터리 냉각수 중의 적어도 일부가 제3 라인(173)으로 우회되게 제1 보조 밸브부(182)를 제어할 수 있다. 배터리 우회라인(170) 중 제3 라인(173)에 배치되는 보조 펌프(176)의 작동으로 배터리 냉각수는 승온모드와는 반대되는 방향으로 배터리 우회라인(170)을 따라 유동할 수 있다. 이와 같은 유동으로, 배터리 라디에이터(132)에서 냉각된 배터리 냉각수가 열교환기(150)로 공급될 수 있다. 제어부는 스택 냉각수 중의 일부가 스택 냉각라인(111)에서 스택 우회라인(160)으로 우회되게 스택 밸브부(181)를 제어할 수 있다.
한편, 배터리(B)가 칠러(139)만으로도 충분하게 냉각될 수 있는 경우에는 배터리 라디에이터(132)를 전적으로 스택 냉각수의 냉각에 이용할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 배터리 라디에이터(132)에서 배출되는 배터리 냉각수의 전부가 제2 라인(172)으로 우회되게 배터리 밸브부(191)를 제어할 수 있다. 제어부는 배터리(B)에서 배출되는 배터리 냉각수의 전부가 제4 라인(174)으로 우회되게 제2 보조 밸브부(192)를 제어할 수 있다. 스택 냉각수의 온도가 높으면 제어부는 보조 펌프(176)의 RPM이 높아지게 보조 펌프(176)를 제어할 수 있다. 스택 냉각수의 온도에 따른 보조 펌프(176)의 RPM은 도 8과 같을 수 있다.
위와 같은 제어에 의해 배터리 냉각수는 배터리(B)를 냉각시키기 위한 루프와, 열교환기(150)에서 스택 냉각수를 냉각시키기 위한 루프를 각각 따라 유동할 수 있다. 이때 전자의 루프 중의 배터리 냉각수의 냉각은 칠러(139)가 담당할 수 있고, 후자의 루프 중의 배터리 냉각수의 냉각은 배터리 라디에이터(132)가 담당할 수 있다.
참고로 제어부는 배터리 라디에이터(132)에서 배출되는 배터리 냉각수의 일부가 제2 라인(172)으로 우회되게 배터리 밸브부(191)를 제어할 수도 있다. 또한 제어부는 배터리(B)에서 배출되는 배터리 냉각수의 일부가 제4 라인(174)으로 우회되게 제2 보조 밸브부(192)를 제어할 수도 있다.
연료전지 스택(S)의 온도가 냉각모드에 의해 정상 작동 온도 내로 유지되면 제어부는 전술한 대기모드의 제어를 수행할 수 있다. 제어부는 칠러(139)와 함께 배터리 라디에이터(132)를 통해 배터리 냉각수를 냉각시킬 필요가 있다면 전술한 대기모드의 제어를 수행할 수 있다.
넷째로, 축열량의 제어에 대해 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9에 도시되어 있듯이 외기온도가 낮을 때(예: 동절기)에는 축열량을 높게 설정하고, 외기온도가 높을 때(예: 하절기)에는 축열량을 낮게 설정할 수 있다. 열축적부(196)는 축열량의 제어를 위해 여러 타입의 상변화물질을 하나의 케이스 내에 구비할 수 있다.
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.
110: 스택 냉각회로
111: 스택 냉각라인
112: 스택 라디에이터
113: 스택 펌프
130: 배터리 냉각회로
131: 배터리 냉각라인
132: 배터리 라디에이터
133: 배터리 펌프
136: 압축기
137: 콘덴서
138: 팽창기
139: 칠러
150: 열교환기
160: 스택 우회라인
170: 배터리 우회라인
171: 제1 라인
172: 제2 라인
173: 제3 라인
174: 제4 라인
176: 보조 펌프
181: 스택 밸브부
182: 제1 보조 밸브부
191: 배터리 밸브부
192: 제2 보조 밸브부
196: 열축적부
B: 배터리(B)
S: 연료전지 스택(S)
P1~P6: 제1 내지 제6 지점

Claims (15)

  1. 연료전지 차량의 연료전지 스택을 냉각하기 위한 스택 냉각라인;
    상기 연료전지 차량의 배터리를 냉각하기 위한 배터리 냉각라인; 및
    상기 스택 냉각라인의 스택 냉각수와 상기 배터리 냉각라인의 배터리 냉각수를 서로 열교환 시키도록 마련되는 열교환기를 포함하고,
    상기 배터리는, 상기 열교환기에서 상기 스택 냉각수에 의해 가열된 상기 배터리 냉각수에 의해 승온되게 마련되는, 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스택 냉각라인에 배치되는 스택 라디에이터;
    상기 배터리 냉각라인에 배치되는 배터리 라디에이터;
    상기 스택 냉각라인을 따라 상기 연료전지 스택에서 배출되어 상기 스택 라디에이터로 공급될 스택 냉각수 중의 적어도 일부를 상기 스택 라디에이터로의 경유 없이 상기 연료전지 스택으로 공급하기 위한 스택 우회라인; 및
    상기 배터리 냉각라인을 따라 상기 배터리에서 배출되어 상기 배터리 라디에이터로 공급될 배터리 냉각수 중의 적어도 일부를 상기 배터리 라디에이터로의 경유 없이 상기 배터리로 공급하기 위한 배터리 우회라인을 더 포함하고,
    상기 열교환기는, 상기 스택 우회라인 중의 스택 냉각수와 상기 배터리 우회라인 중의 배터리 냉각수를 서로 열교환 시키도록 마련되는, 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 스택 우회라인은, 상기 스택 라디에이터의 상류 지점 중 상기 스택 라디에이터와 상기 연료전지 스택 사이의 어느 지점과, 상기 스택 라디에이터의 하류 지점 중 상기 스택 라디에이터와 상기 연료전지 스택 사이의 다른 지점을 연결하여 상기 스택 냉각라인 중의 상기 스택 냉각수를 우회시키도록 마련되고,
    상기 배터리 우회라인은, 상기 배터리 라디에이터의 상류 지점 중 상기 배터리 라디에이터와 상기 배터리 사이의 어느 지점과, 상기 배터리 라디에이터의 하류 지점 중 상기 배터리 라디에이터와 상기 배터리 사이의 다른 지점을 연결하여 상기 배터리 냉각라인 중의 상기 배터리 냉각수를 우회시키도록 마련되는, 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 스택 냉각라인에서 상기 스택 우회라인으로 상기 스택 냉각수 중의 적어도 일부를 우회시키도록 마련되는 스택 밸브부;
    상기 배터리 냉각라인에서 상기 배터리 우회라인으로 상기 배터리 냉각수 중의 적어도 일부를 우회시키도록 마련되는 배터리 밸브부; 및
    상기 스택 밸브부 및 상기 배터리 밸브부를 제어하게 마련되는 제어부를 더 포함하는, 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부는 상기 배터리의 승온이 요구되면:
    상기 스택 냉각수 중의 적어도 일부가 상기 스택 냉각라인에서 상기 스택 우회라인으로 우회되게 상기 스택 밸브부를 제어하고,
    상기 배터리 냉각수 중의 적어도 일부가 상기 배터리 냉각라인에서 상기 배터리 우회라인으로 우회되어 상기 열교환기에서 상기 스택 냉각수에 의해 가열되게 상기 배터리 밸브부를 제어하게 마련되는, 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어부는 상기 배터리의 온도가 기준 온도까지 상승되면:
    상기 스택 냉각수의 전부가 상기 스택 우회라인으로의 우회 없이 상기 스택 냉각라인을 순환하게 상기 스택 밸브부를 제어하고,
    상기 배터리 냉각수의 전부가 상기 배터리 우회라인으로의 우회 없이 상기 배터리 냉각라인을 순환하게 상기 배터리 밸브부를 제어하게 마련되는, 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 스택 냉각라인과 상기 스택 우회라인의 연결 지점과 상기 연료전지 스택의 사이에 배치되어, 상기 스택 냉각라인을 따라 상기 연료전지 스택에서 배출되는 스택 냉각수로부터 열을 전달받거나 상기 스택 냉각수로 열을 방출하게 마련되는 상변화물질(PCM)을 구비하는 열축적부를 더 포함하고,
    상기 상변화물질은, 상기 스택 냉각수의 온도가 소정 온도 이하일 때, 상기 스택 냉각수가 가열 후 상기 열교환기로 공급되게, 상기 스택 냉각수로 열을 방출하게 마련되는, 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 배터리 우회라인은,
    상기 배터리 라디에이터의 상류 지점 중 상기 배터리 라디에이터와 상기 배터리의 사이에 위치하는 상기 배터리 냉각라인의 제1 지점과 상기 열교환기를 연결하는 제1 라인;
    상기 배터리 라디에이터의 하류 지점 중 상기 배터리 라디에이터와 상기 배터리의 사이에 위치하는 상기 배터리 냉각라인의 제2 지점과 상기 열교환기를 연결하는 제2 라인; 및
    상기 제2 라인 중의 어느 두 지점을 연결하는 제3 라인을 포함하는, 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제3 라인에 배치되어 상기 배터리 우회라인 중의 상기 배터리 냉각수를 상기 배터리 라디에이터의 하류 측인 상기 제2 지점에서 상기 배터리 라디에이터의 상류 측인 상기 제1 지점으로 상기 배터리 우회라인을 따라 압송시키도록 마련되는 보조 펌프를 더 포함하는, 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어부는 상기 연료전지 스택의 냉각이 요구되면:
    상기 배터리 냉각수 중의 적어도 일부가 상기 배터리 우회라인을 따라 상기 제2 지점에서 상기 제1 지점으로 유동하는 것을 허용하게 상기 배터리 밸브부를 제어하고,
    상기 보조 펌프가 작동하게 제어하고,
    상기 스택 냉각수 중의 적어도 일부가 상기 스택 냉각라인에서 상기 스택 우회라인으로 우회되어 상기 열교환기에서 상기 배터리 냉각수에 의해 냉각되게 상기 스택 밸브부를 제어하게 마련되는, 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 배터리의 하류 지점 중 상기 배터리와 상기 제1 지점의 사이에 위치하는 상기 배터리 냉각라인의 제3 지점과, 상기 배터리의 상류 지점 중 상기 배터리와 상기 제2 지점의 사이에 위치하는 상기 배터리 냉각라인의 제4 지점을 연결하는 제4 라인;
    상기 배터리의 상류 지점 중 상기 배터리와 상기 제4 지점의 사이에 배치되어 상기 배터리로 공급될 상기 배터리 냉각수를 냉각하게 마련되는 칠러;
    상기 제2 라인 중의 상기 배터리 냉각수 중의 적어도 일부를 상기 제3 라인으로 우회시키도록 마련되는 제1 보조 밸브부; 및
    상기 배터리 냉각라인을 따라 상기 배터리에서 배출되는 배터리 냉각수 중의 적어도 일부를 상기 제4 라인으로 우회시키도록 마련되는 제2 보조 밸브부를 더 포함하는, 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어부는 상기 연료전지 스택의 냉각이 요구되면:
    상기 배터리 냉각수 중의 적어도 일부가 상기 배터리 우회라인을 따라 상기 제2 지점에서 상기 제1 지점으로 유동하는 것을 허용하게 상기 배터리 밸브부를 제어하고,
    상기 보조 펌프가 작동하게 제어하고,
    상기 배터리 라디에이터에서 배출되어 상기 제2 라인으로 유동하는 배터리 냉각수 중의 적어도 일부가 상기 제3 라인으로 우회되게 상기 제1 보조 밸브부를 제어하고,
    상기 배터리에서 배출되는 배터리 냉각수 중의 적어도 일부가 상기 제4 라인으로 우회되게 상기 제2 보조 밸브부를 제어하고,
    상기 스택 냉각수 중의 적어도 일부가 상기 스택 냉각라인에서 상기 스택 우회라인으로 우회되어, 상기 제2 라인을 통해 상기 열교환기로 공급되는 상기 배터리 냉각수에 의해 냉각되게, 상기 스택 밸브부를 제어하게 마련되는, 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어부는 상기 연료전지 스택의 온도가 기준 온도까지 하강되면:
    상기 스택 냉각수의 전부가 상기 스택 우회라인으로의 우회 없이 상기 스택 냉각라인을 순환하게 상기 스택 밸브부를 제어하고,
    상기 배터리 냉각수의 전부가 상기 배터리 우회라인으로의 우회 없이 상기 배터리 냉각라인을 순환하게 상기 배터리 밸브부를 제어하게 마련되는, 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  14. 청구항 2에 있어서,
    상기 스택 냉각라인과 상기 스택 우회라인의 연결 지점과 상기 연료전지 스택의 사이에 배치되어, 상기 스택 냉각라인을 따라 상기 연료전지 스택에서 배출되는 스택 냉각수로부터 열을 전달받거나 상기 스택 냉각수로 열을 방출하게 마련되는 상변화물질(PCM)을 구비하는 열축적부를 더 포함하는, 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  15. 연료전지 차량의 연료전지 스택을 냉각하기 위한 스택 냉각라인;
    상기 연료전지 차량의 배터리를 냉각하기 위한 배터리 냉각라인; 및
    상기 스택 냉각라인의 스택 냉각수와 상기 배터리 냉각라인의 배터리 냉각수를 서로 열교환 시키도록 마련되는 열교환기를 포함하고,
    상기 연료전지 스택은, 상기 열교환기에서 상기 배터리 냉각수에 의해 냉각된 상기 스택 냉각수에 의해 냉각되게 마련되는, 연료전지 차량용 열관리 시스템.
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