KR20230016906A - Fuel cell system and thermal management control method thereof - Google Patents

Fuel cell system and thermal management control method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20230016906A
KR20230016906A KR1020210098470A KR20210098470A KR20230016906A KR 20230016906 A KR20230016906 A KR 20230016906A KR 1020210098470 A KR1020210098470 A KR 1020210098470A KR 20210098470 A KR20210098470 A KR 20210098470A KR 20230016906 A KR20230016906 A KR 20230016906A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
temperature
cell stack
thermal management
determined
Prior art date
Application number
KR1020210098470A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
원종보
최성경
Original Assignee
현대모비스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대모비스 주식회사 filed Critical 현대모비스 주식회사
Priority to KR1020210098470A priority Critical patent/KR20230016906A/en
Publication of KR20230016906A publication Critical patent/KR20230016906A/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04358—Temperature; Ambient temperature of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H01M8/04723—Temperature of the coolant
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

The present invention relates to a fuel cell system and a thermal management control method thereof. The system according to the present invention includes: a control unit that determines the start and stop method of a thermal management control operation based on at least one of the outside temperature and the coolant temperature of a fuel cell stack, maintains target cooling performance of the fuel cell stack and electric components, and controls the thermal management control operation; and a driving unit for driving the start and stop of the thermal management control operation or a component corresponding to the thermal management control operation according to a control signal from the control unit.

Description

연료전지 시스템 및 그의 열 관리 제어 방법{FUEL CELL SYSTEM AND THERMAL MANAGEMENT CONTROL METHOD THEREOF}Fuel cell system and thermal management control method thereof {FUEL CELL SYSTEM AND THERMAL MANAGEMENT CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 연료전지 시스템 및 그의 열 관리 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system and a thermal management control method thereof.

연료전지 시스템은 연료전지 스택을 이용하여 전기 에너지를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 수소가 연료전지 스택의 연료로 사용되는 경우 지구환경문제를 해결하는 대안이 될 수 있으므로 연료전지 시스템에 대한 지속적인 연구개발이 이루어지고 있다. A fuel cell system may generate electrical energy using a fuel cell stack. For example, when hydrogen is used as a fuel for a fuel cell stack, continuous R&D on fuel cell systems is being conducted because it can be an alternative solution to global environmental problems.

연료전지 시스템은 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급장치, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기 중 산소를 공급하는 공기공급장치, 연료전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전 온도를 제어하며 물 관리 기능을 수행하는 열 관리 시스템(thermal management system, TMS)을 포함할 수 있다.The fuel cell system includes a fuel cell stack that generates electrical energy, a fuel supply device that supplies fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, an air supply device that supplies oxygen in the air, which is an oxidant required for electrochemical reactions, to the fuel cell stack, and fuel. It may include a thermal management system (TMS) that removes reaction heat from the cell stack to the outside of the system, controls the operating temperature of the fuel cell stack, and performs a water management function.

열 관리 시스템은, 냉각수 역할을 하는 부동액을 연료전지 스택으로 순환시켜 적정 온도(예를 들어, 60~70℃)를 유지시키는 냉각 장치의 일 종류로서, 냉각수가 순환하는 TMS 라인, 냉각수가 저장된 리저버, 냉각수를 순환시키는 펌프, 냉각수에 포함된 이온을 제거하는 이온 필터, 및 냉각수의 열을 외부로 방출하는 라디에이터를 포함할 수 있다. 또한, 열 관리 시스템은 냉각수를 가열하는 히터, 및 냉각수를 이용하여 연료전지 시스템이 포함된 장치(예: 차량)의 내부를 냉난방 하는 공조유닛(예를 들어, 난방용 히터) 등을 포함할 수 있다. 열 관리 시스템은 연료전지 스택뿐만 아니라 차량의 전장부품의 적정 온도를 유지시킬 수 있다.The thermal management system is a type of cooling device that maintains an appropriate temperature (eg, 60 to 70° C.) by circulating antifreeze serving as coolant to the fuel cell stack. , a pump that circulates the cooling water, an ion filter that removes ions contained in the cooling water, and a radiator that dissipates heat from the cooling water to the outside. In addition, the thermal management system may include a heater that heats cooling water, and an air conditioning unit (eg, a heater for heating) that cools and heats the inside of a device (eg, a vehicle) including a fuel cell system using the cooling water. . The thermal management system can maintain an appropriate temperature of not only the fuel cell stack but also the electric components of the vehicle.

연료전지 시스템을 포함하는 차량의 주행 시 연료전지의 고출력이 요구되는 반면에 주행풍으로 인하여 연료전지가 냉각될 수 있다. While driving a vehicle including a fuel cell system requires high power from the fuel cell, the fuel cell may be cooled due to driving wind.

반면에, 건설기계는 정차시에도 레벨링 또는 로딩과 같은 작업을 수행하므로 연료전지나 전장부품에서 고출력이 요구되지만 주행풍이 없어 실질적으로 냉각팬에 의해 발생되는 풍량에 의존하기 때문에 전체 냉각량이 부족할 수 있다. 이와 같이, 냉각량이 부족하면 냉각수의 온도가 상승하게 되며, 그로 인해 연료전지와 전장부품의 안전성 및 내구성에 악영향을 줄 수 있다.On the other hand, since construction machinery performs tasks such as leveling or loading even when stopped, high power is required from fuel cells or electric components, but since there is no driving wind, the total cooling amount may be insufficient because it depends on the amount of air generated by the cooling fan. As such, if the amount of cooling is insufficient, the temperature of the cooling water rises, thereby adversely affecting the safety and durability of the fuel cell and electrical components.

본 발명의 목적은, 차량의 주행풍이 없거나 부족한 상황에서도 연료전지의 고출력을 보장하는 것과 동시에 냉각 성능을 향상시킴으로써 안전성과 내구성을 확보할 수 있도록 한, 연료전지 시스템 및 그의 열 관리 제어 방법을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a fuel cell system and a thermal management control method thereof, which ensure safety and durability by improving cooling performance while ensuring high output of a fuel cell even in the absence or insufficient driving wind of a vehicle. there is.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 연료전지 스택 운전 중 열 관리를 효율적으로 제어하여 냉각 성능을 확보하고 연료전지 스택 및 전장부품의 수명 저하를 방지할 수 있도록 한, 연료전지 시스템 및 그의 열 관리 제어 방법을 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to efficiently control thermal management during operation of the fuel cell stack to secure cooling performance and to prevent deterioration in the lifespan of the fuel cell stack and electric components, and a fuel cell system and thermal management control thereof. in providing a way.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 외기온 및 연료전지 스택의 냉각수 온도 중 적어도 하나에 기초하여 열관리 제어 동작의 시동 및 시동 정지 방식을 결정하고, 연료전지 스택 및 전장부품의 목표 냉각 성능을 유지하며 열 관리 제어 동작을 수행하도록 제어하는 제어부, 및 상기 제어부로부터의 제어 신호에 따라 열 관리 제어 동작의 시동, 시동 정지 또는 열 관리 제어 동작에 대응되는 부품을 구동하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a fuel cell system according to an embodiment of the present invention determines a method of starting and stopping a thermal management control operation based on at least one of outside air temperature and a temperature of a coolant of a fuel cell stack, and and a control unit controlling to perform a thermal management control operation while maintaining a target cooling performance of electric components, and driving a component corresponding to start-up, start-stop, or thermal management control operation of a thermal management control operation according to a control signal from the control unit. It is characterized in that it comprises a driving unit to.

상기 제어부는, 외기온 및 연료전지 스택의 냉각수 온도가 열 관리 제어 동작의 냉 시동 조건을 만족하는 경우 냉 시동 방식을 결정하고, 그렇지 않으면 정상 시동 방식을 결정하는 것을 특징으로 한다.The controller may determine a cold start method when the outside air temperature and the coolant temperature of the fuel cell stack satisfy a cold start condition of a thermal management control operation, and otherwise determine a normal start method.

상기 제어부는, 외기온이 기 설정된 제1 온도 이하이고, 상기 연료전지 스택의 냉각수 온도가 기준 냉각수온 이하이면, 상기 냉 시동 조건을 만족하는 것으로 판단하여 열 관리 제어 동작의 냉 시동을 위한 제어 신호를 상기 구동부로 출력하는 것을 특징으로 한다.The control unit determines that the cold start condition is satisfied when the outside air temperature is equal to or less than a preset first temperature and the coolant temperature of the fuel cell stack is equal to or less than the reference coolant temperature, and transmits a control signal for cold start of a thermal management control operation. It is characterized in that the output to the driving unit.

상기 제어부는, 외기온이 기 설정된 제1 온도를 초과하면, 상기 냉 시동 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하여 열 관리 제어 동작의 정상 시동을 위한 제어 신호를 상기 구동부로 출력하는 것을 특징으로 한다.The control unit may determine that the cold start condition is not satisfied and output a control signal for normal startup of a thermal management control operation to the drive unit when the outside air temperature exceeds a preset first temperature.

상기 제어부는, 외기온이 기 설정된 제1 온도 이하이고, 상기 연료전지 스택의 냉각수 온도가 기준 냉각수온을 초과하면, 상기 냉 시동 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하여 열 관리 제어 동작의 정상 시동을 위한 제어 신호를 상기 구동부로 출력하는 것을 특징으로 한다.The control unit determines that the cold start condition is not satisfied when the outside air temperature is equal to or less than a preset first temperature and the coolant temperature of the fuel cell stack exceeds the reference coolant temperature, and controls for normal start of the thermal management control operation. It is characterized in that a signal is output to the driving unit.

상기 제어부는, 외기온이 열 관리 제어 동작의 냉 시동 정지 조건을 만족하는 경우 냉 시동 정지 방식을 결정하고, 그렇지 않으면 정상 시동 정지 방식을 결정하는 것을 특징으로 한다.The controller may determine a cold start-stop method when the outside air temperature satisfies the cold start-stop condition of the thermal management control operation, and otherwise determine a normal start-stop method.

상기 제어부는, 상기 외기온이 기 설정된 제2 온도 이하이면, 냉 시동 정지 조건을 만족하는 것으로 판단하여 열 관리 제어 동작의 냉 시동 정지를 위한 제어 신호를 상기 구동부로 출력하는 것을 특징으로 한다.The control unit may determine that a cold start stop condition is satisfied and output a control signal for stopping a cold start of a thermal management control operation to the drive unit when the outside temperature is equal to or less than a preset second temperature.

상기 제어부는, 상기 외기온이 기 설정된 제2 온도를 초과하면, 냉 시동 정지 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하여 열 관리 제어 동작의 정상 시동 정지를 위한 제어 신호를 상기 구동부로 출력하는 것을 특징으로 한다.The control unit may determine that a cold start stop condition is not satisfied and output a control signal for normal start and stop of a thermal management control operation to the drive unit when the outside temperature exceeds a preset second temperature.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 상기 연료전지 스택을 경유하는 제1 냉각수가 순환되는 제1 냉각라인 상에 배치된 제1 펌프, 전장부품을 경유하는 제2 냉각수가 순환되는 제2 냉각라인 상에 배치된 제2 펌프, 및 상기 제1 냉각라인 및 상기 제2 냉각라인 상에 배치된 라디에이터에 외기를 송풍하는 냉각팬을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the fuel cell system according to an embodiment of the present invention, a first pump disposed on a first cooling line through which the first cooling water passes through the fuel cell stack circulates, and the second cooling water passes through the electric component circulates. and a second pump disposed on the second cooling line, and a cooling fan for blowing outside air to the radiators disposed on the first cooling line and the second cooling line.

상기 제어부는, 열 관리 제어 동작의 시동 완료 시, 상기 연료전지 스택 및 상기 전장부품의 목표 냉각 성능을 결정하고, 상기 결정된 연료전지 스택 및 전장부품의 목표 냉각 성능에 따라 상기 제1 펌프, 상기 제2 펌프 및 냉각팬의 회전수를 결정하는 것을 특징으로 한다.The control unit determines target cooling performance of the fuel cell stack and the electric component when the start-up of the thermal management control operation is completed, and the first pump and the first pump are determined according to the determined target cooling performance of the fuel cell stack and the electric component. 2 It is characterized by determining the number of revolutions of the pump and cooling fan.

상기 제어부는, 상기 연료전지 스택의 파워 및 효율에 따라 상기 연료전지 스택의 목표 냉각 성능을 결정하고, 상기 결정된 연료전지 스택의 목표 냉각 성능과, 외기온, 연료전지 스택의 입구 및 출구의 냉각수 온도에 기초하여 상기 제1 펌프 및 상기 냉각팬의 회전수를 결정하는 것을 특징으로 한다.The control unit determines a target cooling performance of the fuel cell stack according to the power and efficiency of the fuel cell stack, and determines the determined target cooling performance of the fuel cell stack, the outside air temperature, and the temperature of the cooling water at the inlet and outlet of the fuel cell stack. It is characterized in that the number of revolutions of the first pump and the cooling fan is determined based on the

상기 제어부는, 상기 연료전지 스택의 입구 및 출구의 냉각수 온도와 상기 라디에이터 출구의 냉각수 온도에 기초하여 냉각수 온도 제어 밸브의 개도량을 더 결정하는 것을 특징으로 한다.The control unit may further determine an opening amount of the cooling water temperature control valve based on the cooling water temperature at the inlet and outlet of the fuel cell stack and the cooling water temperature at the radiator outlet.

상기 제어부는, 상기 전장부품의 소비전력 및 비효율에 따라 상기 전장부품의 목표 냉각 성능을 결정하고, 상기 결정된 전장부품의 목표 냉각 성능 및 외기온에 기초하여 상기 제2 펌프의 회전수를 결정하는 것을 특징으로 한다.The control unit determines a target cooling performance of the electric component according to the power consumption and inefficiency of the electric component, and determines the rotational speed of the second pump based on the determined target cooling performance of the electric component and the outside temperature. to be

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 외기온을 측정하는 외기온 측정부, 및 상기 연료전지 스택 또는 전장부품을 경유하는 냉각수의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the fuel cell system according to an embodiment of the present invention is characterized in that it further includes an outside temperature measurement unit for measuring the outside air temperature, and a temperature measurement unit for measuring the temperature of the cooling water passing through the fuel cell stack or the electric component. .

또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 열 관리 제어 방법은, 외기온 및 연료전지 스택의 냉각수 온도에 기초하여 열관리 제어 동작의 시동 방식을 결정하고 상기 결정된 시동 방식에 따라 시동하는 단계, 상기 열 관리 제어 동작의 시동 완료 시, 상기 연료전지 스택 및 전장부품의 목표 냉각 성능을 유지하며 열 관리 제어 동작을 수행하는 단계, 및 시스템 오프(OFF) 요청이 있으면, 외기온에 기초하여 열 관리 제어 동작의 시동 정지 방식을 결정하고 상기 결정된 시동 정지 방식에 따라 시동 정지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a thermal management control method of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is to determine a starting method of a thermal management control operation based on the outside temperature and the coolant temperature of the fuel cell stack, and start the determined starting method. starting according to a method, performing a thermal management control operation while maintaining target cooling performance of the fuel cell stack and electric components when the start-up of the thermal management control operation is completed, and a system off request, and determining a starting/stopping method of the thermal management control operation based on the outside air temperature and starting/stopping according to the determined starting/stopping method.

상기 시동하는 단계는, 외기온이 기 설정된 제1 온도 이하이고, 상기 연료전지 스택의 냉각수 온도가 기준 냉각수온 이하이면, 상기 냉 시동 조건을 만족하는 것으로 판단하여 냉 시동방식을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The starting step includes determining a cold start method by determining that the cold start condition is satisfied when the outside air temperature is equal to or less than a preset first temperature and the coolant temperature of the fuel cell stack is equal to or less than the reference coolant temperature. characterized by

상기 시동하는 단계는, 외기온이 기 설정된 제1 온도를 초과하거나, 외기온이 기 설정된 제1 온도 이하이면서 상기 연료전지 스택의 냉각수 온도가 기준 냉각수온을 초과하면, 상기 냉 시동 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하여 정상 시동 방식을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the starting step, when the outside air temperature exceeds the first preset temperature or when the external air temperature is below the preset first temperature and the coolant temperature of the fuel cell stack exceeds the reference coolant temperature, the cold start condition is not satisfied. It is characterized in that it comprises the step of determining the normal starting method by determining.

상기 시동 정지하는 단계는, 상기 외기온이 기 설정된 제2 온도 이하이면 냉 시동 정지 조건을 만족하는 것으로 판단하여 냉 시동 정지 방식을 결정하고, 상기 외기온이 기 설정된 제2 온도를 초과하면 냉 시동 정지 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하여 열 관리 제어 동작의 정상 시동 정지 방식을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The starting-stopping step may include determining a cold start-stop method by determining that a cold start-stop condition is satisfied when the outside air temperature is equal to or less than a preset second temperature, and determining a cold start-stop condition when the external air temperature exceeds the preset second temperature. and determining a normal starting/stopping method of the thermal management control operation by determining that ? is not satisfied.

상기 열 관리 제어 동작을 수행하는 단계는, 상기 연료전지 스택의 파워 및 효율에 따라 상기 연료전지 스택의 목표 냉각 성능을 결정하는 단계, 상기 결정된 연료전지 스택의 목표 냉각 성능과, 외기온, 연료전지 스택의 입구 및 출구의 냉각수 온도에 기초하여 상기 연료전지 스택을 경유하는 제1 냉각라인 상에 배치된 제1 펌프 및 냉각팬의 회전수를 결정하는 단계, 및 상기 연료전지 스택의 입구 및 출구의 냉각수 온도와 라디에이터 출구의 냉각수 온도에 기초하여 냉각수 온도 제어 밸브의 개도량을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The performing of the thermal management control operation may include determining a target cooling performance of the fuel cell stack according to the power and efficiency of the fuel cell stack, the determined target cooling performance of the fuel cell stack, outside air temperature, and the fuel cell stack. determining the number of rotations of a first pump and a cooling fan disposed on a first cooling line passing through the fuel cell stack based on the temperature of cooling water at the inlet and outlet of the fuel cell stack, and cooling water at the inlet and outlet of the fuel cell stack; and determining an opening amount of the coolant temperature control valve based on the temperature and the coolant temperature at the outlet of the radiator.

상기 열 관리 제어 동작을 수행하는 단계는, 전장부품의 소비전력 및 비효율에 따라 상기 전장부품의 목표 냉각 성능을 결정하는 단계, 및 상기 결정된 전장부품의 목표 냉각 성능 및 외기온에 기초하여 상기 전장부품을 경유하는 제2 냉각라인 상에 배치된 제2 펌프의 회전수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The performing of the thermal management control operation may include determining target cooling performance of the electric component according to power consumption and inefficiency of the electric component, and controlling the electric component based on the determined target cooling performance of the electric component and ambient temperature. and determining the number of revolutions of a second pump disposed on a second cooling line passing therethrough.

본 발명에 따르면, 차량의 주행풍이 없거나 부족한 상황에서도 연료전지의 고출력을 보장하는 것과 동시에 냉각 성능을 향상시킴으로써 안전성과 내구성을 확보할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect of securing safety and durability by improving cooling performance while guaranteeing high power of the fuel cell even in a situation where there is no or insufficient driving wind of the vehicle.

또한, 본 발명에 따르면, 연료전지 스택 운전 중 열 관리를 효율적으로 제어하여 냉각 성능을 확보하고 연료전지 스택 및 전장부품의 수명 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to efficiently control thermal management during operation of the fuel cell stack to secure cooling performance and to prevent deterioration in lifespan of the fuel cell stack and electric components.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제1 냉각수 흐름을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 다양한 실시예들에 따른 연료전지 시스템을 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 다양한 실시예들에 제1 배관 및 제2 배관을 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어 블록도를 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 열 관리 제어 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.1 is a diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are diagrams illustrating a flow of a first cooling water in a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a fuel cell system according to another embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a fuel cell system according to still other various embodiments of the present invention.
5A and 5B illustrate a first pipe and a second pipe in various embodiments.
6 is a diagram showing a control block diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
7 to 9 are diagrams illustrating an operation flow of a method for controlling thermal management of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing an embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function hinders understanding of the embodiment of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the corresponding component is not limited by the term. In addition, unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 차량 등에 적용될 수 있으며, 굴착용 기계, 적재용 기계, 콘크리트용 기계 등과 같은 건설기계에도 적용 가능하다.The present invention relates to a fuel cell system, and the fuel cell system according to the present invention can be applied to vehicles and the like, and can also be applied to construction machines such as excavation machines, stacking machines, and concrete machines.

도 1 내지 도 4는 다양한 실시예들에 따른 연료전지 시스템을 나타낸 것으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 도시한 도면이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제1 냉각수 흐름을 도시한 도면이고, 도 3 및 도 4는 다른 실시예들에 따른 연료전지 시스템을 도시한 도면이다.1 to 4 show a fuel cell system according to various embodiments, FIG. 1 is a diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2A and 2B are an embodiment of the present invention. A diagram illustrating a flow of first cooling water in a fuel cell system according to an example, and FIGS. 3 and 4 are diagrams illustrating a fuel cell system according to other embodiments.

도 1을 참조하면, 차량용 연료전지 시스템은 차량의 연료전지 스택(10)을 경유하는 제1 냉각수가 순환되는 제1 냉각라인(110)과 차량의 전장부품(power electronic parts)(200)을 경유하는 제2 냉각수가 순환되는 제2 냉각라인(120)을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 연료전지 시스템은 제1 냉각수와 제2 냉각수를 상호 열교환시키는 열교환기(300)를 더 포함할 수 있으나, 생략 가능하다. Referring to FIG. 1 , the fuel cell system for a vehicle uses a first cooling line 110 through which a first cooling water passes through a fuel cell stack 10 of the vehicle circulates and power electronic parts 200 of the vehicle. It may include a second cooling line 120 through which the second cooling water to be circulated. In an embodiment, the fuel cell system may further include a heat exchanger 300 for exchanging heat between the first cooling water and the second cooling water, but may be omitted.

연료전지 시스템은 제1 냉각라인(110)과 가열 루프(가열 순환 경로, 또는 난방 루프)를 형성하거나, 또는 제1 냉각라인(110)과 냉각 라인을 형성하기 위하여 제1 연결라인(130), 제2 연결라인(150), 및 제3 연결라인(140)을 포함할 수 있다. 제1 냉각수는 제1 연결라인(130), 제2 연결라인(150), 또는 제3 연결라인(140)을 순환하면서 냉각 또는 가열될 수 있다. 일 예로, 제1 냉각라인(110)은 차량의 초기 시동 상태에서는 냉간 시동 능력을 확보하기 위하여 도 2a에 도시된 바와 같이 제1 연결라인(130) 및 제3 연결라인(140)과 가열 루프를 형성하고, 주행 중에는 연료전지 스택(10)에서 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있도록 도 2b에 도시된 바와 같이 제1 냉각수가 제1 라디에이터(60)를 통과하는 냉각 루프를 형성할 수 있다. 도 2a 내지 도 2b에는 도시되지 않았지만, 연료전지 시스템에 필요한 냉각량에 따라서 제1 냉각수의 일부는 제3 연결라인(140)으로 흐르고 나머지 일부는 제1 라디에이터(60)를 통과할 수 있다. 다른 실시예에서, 외기가 지정된 온도만큼 높은 경우, 제1 냉각라인(110)은 가열 루프를 형성하지 않으며 연료전지 시스템은 연료전지 스택(10)의 열을 통해 시동 능력을 확보할 수 있다. 제1 냉각수가 순환하는 제1 냉각라인(110) 상에는 연료전지 스택(10), 제1 밸브(20), 제1 펌프(30), 제2 밸브(40), 및 제1 라디에이터(60)가 배치될 수 있다. The fuel cell system forms a heating loop (heating circulation path, or heating loop) with the first cooling line 110, or a first connection line 130 to form a cooling line with the first cooling line 110; It may include a second connection line 150 and a third connection line 140 . The first cooling water may be cooled or heated while circulating through the first connection line 130 , the second connection line 150 , or the third connection line 140 . For example, the first cooling line 110 connects the first connection line 130 and the third connection line 140 with a heating loop as shown in FIG. 2A to secure cold start capability in the initial starting state of the vehicle. A cooling loop through which the first coolant passes through the first radiator 60 may be formed as shown in FIG. 2B to dissipate heat generated in the fuel cell stack 10 to the outside during driving. Although not shown in FIGS. 2A and 2B , a portion of the first cooling water may flow through the third connection line 140 and the remaining portion may pass through the first radiator 60 according to the amount of cooling required for the fuel cell system. In another embodiment, when the outdoor air temperature is as high as the specified temperature, the first cooling line 110 does not form a heating loop and the fuel cell system can secure start-up capability through the heat of the fuel cell stack 10 . On the first cooling line 110 in which the first cooling water circulates, the fuel cell stack 10, the first valve 20, the first pump 30, the second valve 40, and the first radiator 60 are can be placed.

연료전지 스택(10)(또는, '연료전지'로 참조될 수 있다)은 연료(예를 들어, 수소)와 산화제(예를 들어, 공기)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산할 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 연료전지 스택(10)은, 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(membrane electrode assembly, MEA), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(gas diffusion layer, GDL), 반응기체들 및 제1 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응기체들 및 제1 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)을 포함할 수 있다. The fuel cell stack 10 (or may be referred to as a 'fuel cell') has a structure capable of generating electricity through an oxidation-reduction reaction between a fuel (eg, hydrogen) and an oxidizing agent (eg, air). can be formed For example, the fuel cell stack 10 evenly distributes a membrane electrode assembly (MEA) with catalyst electrode layers in which electrochemical reactions occur on both sides of the membrane centered on an electrolyte membrane through which hydrogen ions move, and reactive gases. A gas diffusion layer (GDL) that serves to transmit the generated electrical energy, a gasket and fastening mechanism for maintaining airtightness and appropriate clamping pressure of the reactive gases and the first coolant, and the reactive gases and the first A bipolar plate for moving cooling water may be included.

연료전지 스택(10)에서 연료인 수소와 산화제인 공기(산소)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드로 공급되고, 공기는 캐소드로 공급될 수 있다. 애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton)과 전자(electron)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달될 수 있다. 캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킬 수 있다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성될 수 있다. In the fuel cell stack 10, hydrogen as a fuel and air (oxygen) as an oxidant are supplied to the anode and cathode of the membrane electrode assembly through the flow path of the separator, respectively. Hydrogen is supplied to the anode and air is supplied to the anode. may be supplied to the cathode. Hydrogen supplied to the anode is decomposed into protons and electrons by the catalysts of the electrode layers formed on both sides of the electrolyte membrane, and only hydrogen ions are selectively transferred to the cathode through the electrolyte membrane, which is a cation exchange membrane, At the same time, electrons can be transferred to the cathode through the conductive gas diffusion layer and the separator. In the cathode, hydrogen ions supplied through the electrolyte membrane and electrons transferred through the separator meet oxygen in the air supplied to the cathode by the air supply device to cause a reaction to generate water. Due to the movement of hydrogen ions occurring at this time, a flow of electrons occurs through the external conductor, and current may be generated by the flow of these electrons.

제1 밸브(20)는 제1 냉각라인(110) 상에서 제1 냉각수의 유동 경로를 히터(50)가 배치된 제1 연결라인(130) 또는 연료전지 스택(10)으로 전환할 수 있다. 예를 들어, 제1 밸브(20)는 제1 냉각라인(110) 상에서 제1 펌프(30)의 일단, 제1 연결라인(130)의 일단, 및 연료전지 스택(10)의 일단과 연결될 수 있다. 제1 밸브(20)는 제1 냉각수의 유동 경로를 선택적으로 전환할 수 있는 다양한 밸브 수단을 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 밸브(20)는 삼방 밸브(three way valve)일 수 있다. 이 경우, 제1 밸브(20)는, 제1 펌프(30)에 의해 펌핑된 제1 냉각수가 유입되도록 제1 냉각라인(110)과 연결되는 제1 포트(21), 제1 밸브(20)를 통과하는 제1 냉각수가 연료전지 스택(10)으로 유입되도록 제1 냉각라인(110)과 연결되는 제2 포트(22), 및 제1 연결라인(130)의 일단과 연결되는 제3 포트(23)를 포함할 수 있다. 제1 밸브(20)의 제2 포트(22) 및 제3 포트(23)가 개폐됨으로써, 제1 냉각수의 유동 경로가 제1 연결라인(130)의 히터(50) 또는 연료전지 스택(10)으로 전환될 수 있다. 즉, 제2 포트(22)가 개방되고 제3 포트(23)가 차단되면 제1 냉각수는 연료전지 스택(10)으로 유입되고, 이와 반대로 제3 포트(23)가 개방되고 제2 포트(22)가 차단되면 제1 냉각수는 제1 연결라인(130)을 통해 히터(50)로 유입될 수 있다. The first valve 20 may switch the flow path of the first cooling water on the first cooling line 110 to the first connection line 130 or the fuel cell stack 10 where the heater 50 is disposed. For example, the first valve 20 may be connected to one end of the first pump 30, one end of the first connection line 130, and one end of the fuel cell stack 10 on the first cooling line 110. there is. The first valve 20 may include various valve means capable of selectively switching the flow path of the first cooling water. For example, the first valve 20 may be a three way valve. In this case, the first valve 20 includes a first port 21 connected to the first cooling line 110 so that the first cooling water pumped by the first pump 30 flows in, and the first valve 20 A second port 22 connected to the first cooling line 110 and a third port connected to one end of the first connection line 130 so that the first cooling water passing through flows into the fuel cell stack 10 ( 23) may be included. As the second port 22 and the third port 23 of the first valve 20 are opened and closed, the flow path of the first cooling water is changed to the heater 50 or the fuel cell stack 10 of the first connection line 130. can be converted to That is, when the second port 22 is opened and the third port 23 is blocked, the first coolant flows into the fuel cell stack 10, and conversely, the third port 23 is opened and the second port 22 ) is blocked, the first cooling water may flow into the heater 50 through the first connection line 130 .

제1 연결라인(130)은 제1 냉각수를 가열하기 위하여 제1 냉각라인(110)과 가열 루프(가열 순환 경로)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 연결라인(130)을 따라 유동하는 제1 냉각수는 제1 연결라인(130)에 설치된 히터(50)를 통과하는 중에 가열될 수 있다. 제1 연결라인(130)의 일단은 제1 펌프(30)의 출구와 연료전지 스택(10)의 사이에 위치하는 제1 지점에서 제1 냉각라인(110)에 연결되고, 제1 연결라인(130)의 다른 일단은 제1 펌프(30)의 입구와 연료전지 스택(10)의 사이에 위치하는 제2 지점에서 제1 냉각라인(110)에 연결될 수 있다. 여기서, 제1 펌프(30)의 입구는 제1 냉각수가 제1 펌프(30)에 유입되는 입구로 정의될 수 있다. 또한, 제1 펌프(30)의 출구는, 제1 펌프(30)를 통과한 제1 냉각수가 배출되는 출구로 정의될 수 있다. 또한, 제1 펌프(30)의 출구와 연료전지 스택(10)의 사이는, 제1 펌프(30)로부터 배출된 제1 냉각수가 연료전지 스택(10)의 제1 냉각수 유입구(미도시)까지 유동하는 구간으로 정의될 수 있다. 또한, 제1 펌프(30)의 입구와 연료전지 스택(10)의 사이는, 연료전지 스택(10)의 냉각수 배출구(미도시)로부터 배출된 제1 냉각수가 제1 펌프(30)의 입구까지 유동하는 구간으로 정의될 수 있다. The first connection line 130 may form a heating loop (heating circulation path) with the first cooling line 110 to heat the first cooling water. For example, the first cooling water flowing along the first connection line 130 may be heated while passing through the heater 50 installed on the first connection line 130 . One end of the first connection line 130 is connected to the first cooling line 110 at a first point located between the outlet of the first pump 30 and the fuel cell stack 10, and the first connection line ( 130) may be connected to the first cooling line 110 at a second point located between the inlet of the first pump 30 and the fuel cell stack 10. Here, the inlet of the first pump 30 may be defined as an inlet through which the first cooling water flows into the first pump 30 . Also, the outlet of the first pump 30 may be defined as an outlet through which the first cooling water that has passed through the first pump 30 is discharged. In addition, between the outlet of the first pump 30 and the fuel cell stack 10, the first cooling water discharged from the first pump 30 extends to the first cooling water inlet (not shown) of the fuel cell stack 10. It can be defined as a floating section. In addition, between the inlet of the first pump 30 and the fuel cell stack 10, the first cooling water discharged from the cooling water outlet (not shown) of the fuel cell stack 10 extends to the inlet of the first pump 30. It can be defined as a floating section.

제1 펌프(30)는 제1 냉각수를 강제적으로 유동시키도록 설정될 수 있다. 제1 펌프(30)는 제1 냉각수를 펌핑할 수 있는 다양한 수단을 포함할 수 있으며 제1 펌프(30)의 종류 및 개수가 본 문서에서 제한되는 것은 아니다. The first pump 30 may be configured to forcibly flow the first cooling water. The first pump 30 may include various means capable of pumping the first cooling water, and the type and number of the first pump 30 are not limited in this document.

제2 밸브(40)는 제1 냉각라인(110) 상에서 제1 냉각수의 유동 경로를 제1 라디에이터(60) 또는 연료전지 스택(10)으로 전환할 수 있다. 예를 들어, 제2 밸브(40)는 제1 펌프(30)와 제1 라디에이터(60)의 사이에 위치하도록 제1 냉각라인(110) 상에 제공되며, 제3 연결라인(140)의 일단 및 제1 라디에이터(60)의 출구에 연결될 수 있다. 제2 밸브(40)는 제1 냉각수의 유동 경로를 선택적으로 제1 라디에이터(60) 또는 연료전지 스택(10)으로 전환할 수 있는 다양한 밸브 수단을 포함할 수 있다. 일 예로, 제2 밸브(40)는 사방 밸브(four way valve) 또는 삼방 밸브(three way valve)일 수 있다. 삼방 밸브인 경우, 제2 밸브(40)는 제3 연결라인(140)과 연결되는 제1 포트(41), 제1 라디에이터(60)를 통과하는 제1 냉각수가 유입되도록 제1 냉각라인(110)과 연결되는 제2 포트(42), 및 제1 냉각수가 제1 펌프(30)로 유입되도록 제1 냉각라인(110)과 연결되는 제3 포트(44)를 포함하며, 사방 밸브인 제2 밸브(40)는 제2 연결라인(150)의 일단에 연결되는 제3 포트(43)를 더 포함할 수 있다. 제2 밸브(40)의 제1 포트(41) 또는 제2 포트(42)가 개폐됨으로써, 제1 냉각수의 유동 경로가 제1 라디에이터(60) 또는 연료전지 스택(10)으로 전환될 수 있다. 즉, 제1 포트(41)가 개방되고 제2 포트(42)가 차단되면 제1 냉각수는 제1 라디에이터(60)를 거치지 않고 연료전지 스택(10)으로 유입되고, 이와 반대로 제2 포트(42)가 개방되고 제1 포트(41)가 차단되면 제1 냉각수는 제1 라디에이터(60)를 거친 후 연료전지 스택(10)으로 유입될 수 있다. 제2 밸브(40)의 개도량에 따라서 제1 냉각수의 일부는 제1 라디에이터(60)를 지나고 나머지 일부는 제3 연결라인(140)을 따라 흐를 수 있다. The second valve 40 may switch a flow path of the first cooling water on the first cooling line 110 to the first radiator 60 or the fuel cell stack 10 . For example, the second valve 40 is provided on the first cooling line 110 to be located between the first pump 30 and the first radiator 60, and one end of the third connection line 140 And it can be connected to the outlet of the first radiator (60). The second valve 40 may include various valve means capable of selectively switching the flow path of the first coolant to the first radiator 60 or the fuel cell stack 10 . For example, the second valve 40 may be a four way valve or a three way valve. In the case of a three-way valve, the second valve 40 is the first cooling line 110 so that the first cooling water passing through the first port 41 connected to the third connection line 140 and the first radiator 60 is introduced. ) and a third port 44 connected to the first cooling line 110 so that the first cooling water flows into the first pump 30, and the second port 44 is a four-way valve. The valve 40 may further include a third port 43 connected to one end of the second connection line 150 . As the first port 41 or the second port 42 of the second valve 40 is opened and closed, the flow path of the first coolant may be switched to the first radiator 60 or the fuel cell stack 10 . That is, when the first port 41 is opened and the second port 42 is blocked, the first coolant flows into the fuel cell stack 10 without passing through the first radiator 60, and on the contrary, the second port 42 ) is opened and the first port 41 is blocked, the first cooling water may flow into the fuel cell stack 10 after passing through the first radiator 60 . According to the opening amount of the second valve 40, a portion of the first cooling water may pass through the first radiator 60 and the remaining portion may flow along the third connection line 140.

제2 연결라인(150)은 공조유닛(HVAC UNIT)(90)을 가열하기 위하여 제1 냉각라인(110)과 난방 루프를 형성할 수 있다. 일 예로, 제2 연결라인(150)은 공조유닛(90)의 난방용 히터(미도시)를 가열하는 루프를 형성할 수 있다. 제2 연결라인(150)의 일단은 제1 지점(제1 연결라인(130)의 일단이 제1 냉각라인(110)에 연결되는 지점)과 연료전지 스택(10)의 입구 사이에서 제1 냉각라인(110)에 연결되고, 제1 냉각수 중 일부가 제2 연결라인(150)을 통해 순환할 수 있다. 제2 연결라인(150)의 다른 일단은 제1 펌프(30)와 제2 지점(제1 연결라인(130)의 다른 일단이 제1 냉각라인(110)에 연결되는 지점)의 사이에서 제1 냉각라인(110)에 연결될 수 있다. The second connection line 150 may form a heating loop with the first cooling line 110 to heat the HVAC unit 90 . For example, the second connection line 150 may form a loop for heating a heater (not shown) of the air conditioning unit 90 . One end of the second connection line 150 is first cooled between a first point (a point where one end of the first connection line 130 is connected to the first cooling line 110) and the inlet of the fuel cell stack 10. It is connected to the line 110, and some of the first coolant may circulate through the second connection line 150. The other end of the second connection line 150 is first between the first pump 30 and the second point (the point where the other end of the first connection line 130 is connected to the first cooling line 110). It may be connected to the cooling line 110.

제2 연결라인(150)에는 공조유닛(90)을 통과한 제1 냉각수의 이온을 필터링하는 이온 필터(95)가 구비될 수 있다. 시스템의 부식이나 용출(exudation) 등으로 인해 제1 냉각수의 전기전도도가 증가하면 제1 냉각수로 전기가 흐르게 되어 연료전지 스택(10)이 단락되거나 제1 냉각수 쪽으로 전류가 흐르게 되는 문제점이 발생하게 되므로, 제1 냉각수는 낮은 전기전도도를 유지할 수 있어야 한다. 이온 필터(95)는 제1 냉각수의 전기전도도를 일정 수준 이하로 유지할 수 있도록 제1 냉각수에 포함된 이온을 제거하도록 설정될 수 있다. 이와 같이, 연료전지 스택(10)으로 유동되는 제1 냉각수의 공급이 차단(제1 밸브(20)의 제2 포트(22) 차단)되는 냉 시동 중에, 제1 냉각수는 제1 연결라인(130)의 히터(50)를 경유하며 순환(승온 루프)함과 동시에, 제2 연결라인(150)을 따라서도 순환하도록 하는 것에 의하여 냉 시동시에도 제2 연결라인(150)에 구비된 이온 필터(95)에 의한 필터링(제1 냉각수에 포함된 이온 제거)이 가능하다. 따라서, 냉 시동 직후 연료전지 스택(10)으로 유입되는 제1 냉각수의 전기전도도를 일정 수준 이하로 유지시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.An ion filter 95 filtering ions of the first cooling water passing through the air conditioning unit 90 may be provided in the second connection line 150 . If the electrical conductivity of the first coolant increases due to corrosion or exudation of the system, electricity flows through the first coolant, causing a short circuit in the fuel cell stack 10 or current flowing toward the first coolant. , the first cooling water must be able to maintain low electrical conductivity. The ion filter 95 may be set to remove ions included in the first cooling water so as to maintain the electrical conductivity of the first cooling water below a predetermined level. As described above, during cold startup in which the supply of the first coolant flowing to the fuel cell stack 10 is blocked (the second port 22 of the first valve 20 is blocked), the first coolant is supplied to the first connection line 130 The ion filter ( 95), filtering (removal of ions included in the first cooling water) is possible. Accordingly, an advantageous effect of maintaining the electrical conductivity of the first cooling water flowing into the fuel cell stack 10 immediately after cold startup may be obtained at a predetermined level or less.

제3 연결라인(140)은 제1 냉각수를 냉각하기 위하여 제1 냉각라인(110)과 냉각 루프를 형성할 수 있다. 일 예로, 제3 연결라인(140)의 일단은 제1 펌프(30)와 제1 라디에이터(60)의 사이에서 제1 냉각라인(110)에 연결되고, 제3 연결라인(140)의 다른 일단은 연료전지 스택(10)의 냉각수 배출구와 제1 라디에이터(60)의 사이에서 제1 냉각라인(110)에 연결될 수 있다. The third connection line 140 may form a cooling loop with the first cooling line 110 to cool the first cooling water. For example, one end of the third connection line 140 is connected to the first cooling line 110 between the first pump 30 and the first radiator 60, and the other end of the third connection line 140 may be connected to the first cooling line 110 between the cooling water outlet of the fuel cell stack 10 and the first radiator 60 .

제1 라디에이터(60)는 제1 냉각수를 냉각시키도록 설정될 수 있다. 제1 라디에이터(60)는 제1 냉각수를 냉각시킬 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제1 라디에이터(60)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 제1 라디에이터(60)는 제1 냉각수가 저장되는 제1 리저버(62)에 연결될 수 있다. The first radiator 60 may be set to cool the first coolant. The first radiator 60 may be formed in various structures capable of cooling the first cooling water, and the present invention is not limited or limited by the type and structure of the first radiator 60 . The first radiator 60 may be connected to the first reservoir 62 in which the first cooling water is stored.

연료전지 시스템은 연료전지 스택(10)과 제1 지점(제1 밸브(20))의 사이에서 제1 냉각수의 온도를 측정하는 제1 온도 센서(112), 제1 연결라인(130)의 다른 일단과 제1 펌프(30)의 사이에서 제1 냉각수의 온도를 측정하는 제2 온도 센서(114), 및 히터(50)에서 제1 냉각수의 온도를 측정하는 제3 온도 센서(116)를 포함할 수 있다. 연료전지 시스템은 제1 온도 센서(112), 제2 온도 센서(114), 및 제3 온도 센서(116)에서 측정된 온도에 기초하여 연료전지 스택(10)으로 유입되는 제1 냉각수의 유입 유량을 제어할 수 있다. 일 예로, 제1 냉각라인(110)을 따라 순환하는 제1 냉각수의 측정 온도가 미리 설정된 목표 온도보다 낮으면 제1 냉각수의 유입 유량을 미리 설정된 설정 유량보다 낮게 제어할 수 있다. 이와 같이, 제1 냉각수의 측정 온도가 낮으면 연료전지 스택(10)으로 유입되는 제1 냉각수의 유입 유량을 낮게 제어하는 것에 의하여, 연료전지 스택(10) 내부에 정체된 제1 냉각수의 온도와 연료전지 스택(10)에 유입되는 제1 냉각수 온도 간 편차에 의한 열 충격 및 성능 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. The fuel cell system includes a first temperature sensor 112 for measuring the temperature of the first coolant between the fuel cell stack 10 and a first point (the first valve 20), and another of the first connection line 130. A second temperature sensor 114 for measuring the temperature of the first coolant between one end and the first pump 30, and a third temperature sensor 116 for measuring the temperature of the first coolant in the heater 50 can do. In the fuel cell system, the inflow rate of the first cooling water flowing into the fuel cell stack 10 is based on the temperatures measured by the first temperature sensor 112, the second temperature sensor 114, and the third temperature sensor 116. can control. For example, when the measured temperature of the first cooling water circulating along the first cooling line 110 is lower than a preset target temperature, the inflow rate of the first cooling water may be controlled to be lower than the preset set flow rate. As described above, when the measured temperature of the first cooling water is low, the inflow rate of the first cooling water flowing into the fuel cell stack 10 is controlled to be low, thereby reducing the temperature and the temperature of the first cooling water stagnant inside the fuel cell stack 10. Advantageous effects of minimizing thermal shock and performance degradation due to temperature deviations of the first coolant flowing into the fuel cell stack 10 may be obtained.

제2 냉각라인(120)은 차량의 전장부품(200)을 경유하도록 구성되며, 제2 냉각수는 제2 냉각라인(120)을 따라서 순환할 수 있다. 여기서, 차량의 전장부품(200)은, 차량의 전원을 에너지원으로 사용하는 부품으로 이해될 수 있으며, 전장부품(200)의 종류 및 개수에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 전장부품(200)은 연료전지 스택(10)과 차량의 고전압 배터리(미도시) 사이에 구비되는 BHDC(bi-directional high voltage DC-DC converter)(210), 연료전지 스택(10)의 구동을 위한 외기를 공급하는 블로어(미도시)를 제어하는 BPCU(blower pump control unit)(220), 고전압 배터리에서 공급받은 직류 고전압을 직류 저전압으로 변환하는 LDC(low-voltage DC-DC converter)(230), 연료전지 스택(10)으로 공급되는 공기를 압축하는 공기압축기(air compressor, ACP)(240), 및 에어쿨러(air cooler)(250) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 도 1 내지 4에 도시되지 않았지만, 전장부품(200)은 DC-DC 벅/부스트(buck/boost) 컨버터를 더 포함할 수 있다. The second cooling line 120 is configured to pass through the electric component 200 of the vehicle, and the second cooling water may circulate along the second cooling line 120 . Here, the electrical component 200 of a vehicle may be understood as a component that uses the power of the vehicle as an energy source, and the present invention is not limited or limited by the type and number of the electrical component 200 . For example, the electric component 200 includes a bi-directional high voltage DC-DC converter (BHDC) 210 and a fuel cell stack 10 provided between the fuel cell stack 10 and a high voltage battery (not shown) of the vehicle. A blower pump control unit (BPCU) 220 that controls a blower (not shown) that supplies outside air for driving, a low-voltage DC-DC converter (LDC) that converts high-current DC voltage supplied from a high-voltage battery into low-current DC voltage 230, an air compressor (ACP) 240 for compressing air supplied to the fuel cell stack 10, and an air cooler 250. Although not shown in FIGS. 1 to 4 , the electric component 200 may further include a DC-DC buck/boost converter.

제2 냉각라인(120) 상에는 제2 냉각수를 강제적으로 유동시키기 위한 제2 펌프(205)가 배치될 수 있다. 제2 펌프(205)는 제2 냉각수를 펌핑할 수 있는 펌핑 수단을 포함할 수 있으며, 제2 펌프(205)의 종류 및 특성이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.A second pump 205 for forcibly flowing the second cooling water may be disposed on the second cooling line 120 . The second pump 205 may include a pumping means capable of pumping the second cooling water, and the type and characteristics of the second pump 205 are not limited or limited.

제2 냉각라인(120) 상에는 제2 냉각수를 냉각시키기 위한 제2 라디에이터(70)가 배치될 수 있다. 제2 라디에이터(70)는 제2 냉각수를 냉각시킬 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제2 라디에이터(70)의 종류 및 구조가 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 제2 라디에이터(70)는 제2 냉각수가 저장되는 제2 리저버(72)에 연결될 수 있다.A second radiator 70 for cooling the second cooling water may be disposed on the second cooling line 120 . The second radiator 70 may be formed in various structures capable of cooling the second cooling water, and the type and structure of the second radiator 70 are not limited or limited. The second radiator 70 may be connected to the second reservoir 72 in which the second cooling water is stored.

실시예에서, 제1 라디에이터(60) 및 제2 라디에이터(70)는 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 냉각팬(80)에 의해 동시에 냉각되도록 구성될 수 있다. 일 예로, 제1 라디에이터(60) 및 제2 라디에이터(70)는 나란하게 배치되고, 냉각팬(80)은 제1 라디에이터(60) 및 제2 라디에이터(70)에 외기를 송풍하도록 설정될 수 있다. 하나의 냉각팬(80)에 의해 제1 라디에이터(60) 및 제2 라디에이터(70)가 동시에 냉각되도록 하는 것에 의하여, 연료전지 시스템의 구조는 간소화되고 설계자유도 및 공간활용성이 향상될 수 있으며, 제1 라디에이터(60) 및 제2 라디에이터(70)를 냉각시키기 위한 전력 소모가 최소화될 수 있다. In an embodiment, the first radiator 60 and the second radiator 70 may be configured to be simultaneously cooled by one cooling fan 80 as shown in FIG. 1 . For example, the first radiator 60 and the second radiator 70 may be disposed side by side, and the cooling fan 80 may be set to blow outside air to the first radiator 60 and the second radiator 70. . By simultaneously cooling the first radiator 60 and the second radiator 70 by one cooling fan 80, the structure of the fuel cell system can be simplified and design freedom and space utilization can be improved. , power consumption for cooling the first radiator 60 and the second radiator 70 can be minimized.

다른 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 라디에이터(60)를 냉각시키기 위한 제1 냉각팬(80)과 제2 라디에이터(70)를 냉각시키기 위한 제2 냉각팬(85)이 별도로 배치될 수 있다. 이 경우, 연료전지 시스템은 제1 냉각팬(80)의 회전수를 제어할 때 전장부품(200)의 열부하와 관련된 파라미터를 배제할 수 있다. 이하에서 설명되는 실시예들은 도 1의 연료전지 시스템 구조에 기반하지만, 동일한 원리가 도 3의 연료전지 시스템 구조에 적용될 수 있다. In another embodiment, as shown in FIG. 3, the first cooling fan 80 for cooling the first radiator 60 and the second cooling fan 85 for cooling the second radiator 70 are separately disposed. It can be. In this case, the fuel cell system may exclude a parameter related to the heat load of the electric component 200 when controlling the number of revolutions of the first cooling fan 80 . The embodiments described below are based on the fuel cell system structure of FIG. 1 , but the same principle can be applied to the fuel cell system structure of FIG. 3 .

다시 도 1을 참조하면, 열교환기(300)는 제1 냉각수와 제2 냉각수를 상호 열교환시키도록 설정될 수 있다. 열교환기(300)가 포함되는 경우, 제1 냉각라인(110) 및 제2 냉각라인(120)은 제1 냉각수 및 제2 냉각수가 열교환을 수행하면서 유동할 수 있는 TMS(thermal management system) 라인을 구성할 수 있으며, 이 경우 제1 냉각수 또는 제2 냉각수는 TMS 라인 상에서 냉매(cooling medium) 또는 열매(heat medium)로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 전장부품을 냉각하는 제2 냉각수의 온도가 연료전지 스택(10)을 냉각하는 제1 냉각수의 온도보다 상대적으로 낮게 형성되므로, 연료전지 시스템은 제1 냉각수와 제2 냉각수를 상호 열교환시키는 것에 의해 제1 라디에이터(60) 및 냉각팬(80)의 용량을 증가시키지 않고도 제1 냉각수의 온도를 낮출 수 있고, 연료전지 스택(10)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있으며, 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 연료전지 시스템은 주행풍을 사용할 수 없는 차량(예를 들어, 건설기계)의 정차 중에 제1 냉각수의 온도를 낮출 수 있으므로, 연료전지 스택(10)의 고출력 운전을 보장하고 안전성 및 내구성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다. Referring back to FIG. 1 , the heat exchanger 300 may be configured to exchange heat between the first cooling water and the second cooling water. When the heat exchanger 300 is included, the first cooling line 110 and the second cooling line 120 are thermal management system (TMS) lines through which the first cooling water and the second cooling water can flow while performing heat exchange. In this case, the first cooling water or the second cooling water may be used as a cooling medium or heat medium on the TMS line. For example, since the temperature of the second cooling water cooling the electric components is relatively lower than the temperature of the first cooling water cooling the fuel cell stack 10, the fuel cell system exchanges heat between the first cooling water and the second cooling water. By doing so, the temperature of the first cooling water can be lowered without increasing the capacity of the first radiator 60 and the cooling fan 80, the cooling efficiency of the fuel cell stack 10 can be improved, and safety and reliability can be improved. The beneficial effect of improving can be obtained. In addition, since the fuel cell system can lower the temperature of the first coolant while the vehicle (eg, construction machinery) that cannot use driving wind is stopped, high-power operation of the fuel cell stack 10 is ensured and safety and durability are improved. The beneficial effect of improving can be obtained.

실시 예에서, 열교환기(300)는 제1 라디에이터(60)의 출구와 연료전지 스택(10)의 사이에서 제1 냉각라인(110)에 연결되고, 제2 냉각라인(120)은 열교환기(300)를 경유하도록 제2 라디에이터(70)의 출구와 전장부품을 연결할 수 있다. 예를 들어, 제1 냉각수는 제1 냉각라인(110)에 연결된 열교환기(300)를 따라 유동될 수 있으며, 제2 냉각라인(120)은 제1 냉각수에 노출(예를 들어, 제1 냉각수가 제2 냉각라인(120)의 둘레를 따라 유동)되도록 열교환기(300)의 내부를 통과할 수 있다. 이와 같이, 연료전지 시스템은 제1 냉각수와 제2 냉각수의 상호 열교환에 의해 연료전지 스택(10)으로 유입되는 제1 냉각수의 온도를 낮출 수 있다. 제1 라디에이터(60)를 통과한 제1 냉각수의 제1 온도는 제2 라디에이터(70)를 통과한 제2 냉각수의 제2 온도보다 높게 형성되고, 열교환기(300)를 통과한 제1 냉각수의 제3 온도는 제1 온도보다 낮게 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 냉각수의 제1 온도는 제2 냉각수의 제2 온도보다 대략 10

Figure pat00001
높게 형성될 수 있으며, 열교환기(300)를 통과(제2 냉각수와 열교환)한 제1 냉각수의 제3 온도는 제1 온도보다 1
Figure pat00002
낮게 형성될 수 있다. In the embodiment, the heat exchanger 300 is connected to the first cooling line 110 between the outlet of the first radiator 60 and the fuel cell stack 10, and the second cooling line 120 is a heat exchanger ( 300), the outlet of the second radiator 70 and the electric component may be connected. For example, the first cooling water may flow along the heat exchanger 300 connected to the first cooling line 110, and the second cooling line 120 may be exposed to the first cooling water (eg, the first cooling water may pass through the inside of the heat exchanger 300 to flow along the circumference of the second cooling line 120). As such, the fuel cell system may lower the temperature of the first cooling water flowing into the fuel cell stack 10 by mutual heat exchange between the first cooling water and the second cooling water. The first temperature of the first cooling water passing through the first radiator 60 is higher than the second temperature of the second cooling water passing through the second radiator 70, and the first cooling water passing through the heat exchanger 300 has a first temperature. The third temperature may be lower than the first temperature. For example, the first temperature of the first cooling water is about 10 degrees higher than the second temperature of the second cooling water.
Figure pat00001
The third temperature of the first cooling water passing through the heat exchanger 300 (heat exchange with the second cooling water) is 1 higher than the first temperature.
Figure pat00002
can be made low.

도 1 내지 도 3에 따른 열교환기(300)는 제1 라디에이터(60)와 별도로 배치되지만, 다른 실시예에서 열교환기(300)는 도 4에 도시된 바와 제1 라디에이터(60)에 직접 연결될 수 있다. 예를 들어, 열교환기(300)는 제1 라디에이터(60)의 지정된 위치(좌측 상단부)에 연결될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 열교환기(300)가 제1 라디에이터(60)의 좌측 상단부에 연결된 경우, 제1 라디에이터(60) 및 열교환기(300)는 도 5a 내지 도 5b에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다. The heat exchanger 300 according to FIGS. 1 to 3 is disposed separately from the first radiator 60, but in another embodiment the heat exchanger 300 may be directly connected to the first radiator 60 as shown in FIG. there is. For example, the heat exchanger 300 may be connected to a designated position (left upper part) of the first radiator 60, but is not limited thereto. When the heat exchanger 300 is connected to the upper left portion of the first radiator 60, the first radiator 60 and the heat exchanger 300 may be implemented as shown in FIGS. 5A to 5B.

도 5a 내지 도 5b는 다양한 실시예들에 제1 배관 및 제2 배관을 설명한다. 5A to 5B illustrate a first pipe and a second pipe in various embodiments.

도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 제1 라디에이터(60)는 제1 냉각수가 유동하는 제1 유로(64a)를 형성하는 제1 배관(64)을 포함하고, 열교환기(300)는 제1 유로(64a)의 내부에서 제1 냉각수와 상호 열교환 가능하게 마련되는 제2 배관(302)을 포함하되, 제2 냉각수는 제2 배관(302)을 따라 유동하며 제1 유로(64a)에서 제1 냉각수와 상호 열교환될 수 있다. 제2 배관(302)은 제2 냉각수가 유동하는 제2 유로(302a)를 형성하고, 제2 배관(302)의 적어도 일부는 제1 유로(64a)의 내부에서 제1 냉각수에 노출될 수 있다. 제2 배관(302)의 형태 및 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 제2 배관(302)의 형태 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예에 따르면, 제1 냉각수의 냉각 효과를 높일 수 있도록, 제1 냉각수에 노출되는 제2 배관의 외면에 접촉 면적을 증가시키기 위한 방열핀을 형성하는 것도 가능하다. 실시예에 따르면, 제1 배관(64)과 제2 배관(302)의 사이에 실링부재(304)(예를 들어, 고무 또는 실리콘 재질)가 마련될 수 있다. 이와 같이, 제1 배관(64)과 제2 배관(302)의 사이에 실링부재(304)를 마련하는 것에 의하여, 제1 유로(64a)의 밀폐 상태를 보다 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.Referring to FIGS. 5A and 5B , the first radiator 60 includes a first pipe 64 forming a first flow path 64a through which the first cooling water flows, and the heat exchanger 300 includes the first flow path. (64a) includes a second pipe 302 provided to exchange heat with the first cooling water in the interior, but the second cooling water flows along the second pipe 302 and the first cooling water flows in the first flow path 64a. can exchange heat with each other. The second pipe 302 forms a second passage 302a through which the second cooling water flows, and at least a portion of the second pipe 302 may be exposed to the first cooling water inside the first passage 64a. . The shape and structure of the second pipe 302 may be variously changed according to required conditions and design specifications, and the present invention is not limited or limited by the shape and structure of the second pipe 302 . According to the embodiment, it is also possible to form a radiating fin for increasing a contact area on the outer surface of the second pipe exposed to the first cooling water so as to increase the cooling effect of the first cooling water. According to the embodiment, a sealing member 304 (eg, rubber or silicon material) may be provided between the first pipe 64 and the second pipe 302 . In this way, by providing the sealing member 304 between the first pipe 64 and the second pipe 302, an advantageous effect of maintaining the sealed state of the first flow path 64a more stably can be obtained. there is.

건설기계와 같이 정차시에도 고출력이 요구되는 차량의 경우 전장부품(200)의 냉각 성능이 보장되어야 하므로, 실시예들에 따른 연료전지 시스템은 냉각팬(80 또는 85)의 회전수, 외기온, 및 전장부품(200)의 목표 냉각 성능을 고려하여 제2 펌프(205)의 회전수를 결정할 수 있다. 또한, 연료전지 시스템은 열교환기(300)의 배치, 냉각팬의 구조(예: 듀얼 타입 또는 멀티 타입), 라디에이터(60, 70)의 유입 풍량 중 적어도 하나를 고려하여 제2 펌프(205)의 회전수를 결정함으로써 제1 냉각라인(110)과 제2 냉각라인(120)이 공존하는 연료전지 시스템 내의 냉각 성능을 최적화할 수 있다.Since the cooling performance of the electric component 200 must be guaranteed in the case of a vehicle that requires high power output even when stopped, such as a construction machine, the fuel cell system according to the exemplary embodiments is designed to determine the number of rotations of the cooling fan 80 or 85, the outside air temperature, and The number of revolutions of the second pump 205 may be determined in consideration of the target cooling performance of the electric component 200 . In addition, the fuel cell system considers at least one of the arrangement of the heat exchanger 300, the structure of the cooling fan (eg, a dual type or multi type), and the inlet air volume of the radiators 60 and 70 to generate the power of the second pump 205. By determining the number of revolutions, cooling performance in a fuel cell system in which the first cooling line 110 and the second cooling line 120 coexist can be optimized.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어 블록도를 도시한 도면이다.6 is a diagram showing a control block diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 외기온 측정부(410), 온도 측정부(420), 제어부(430) 및 구동부(440)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the fuel cell system according to the present invention may include an outside temperature measuring unit 410 , a temperature measuring unit 420 , a controller 430 and a driving unit 440 .

외기온 측정부(410)는 외기온을 측정한다. 이때, 외기온 측정부(410)는 실시간 또는 지정된 주기마다 연료전지 시스템의 외기온을 측정할 수 있다.The outside air temperature measuring unit 410 measures the outside air temperature. In this case, the outside air temperature measuring unit 410 may measure the outside air temperature of the fuel cell system in real time or at designated intervals.

온도 측정부(420)는 연료전지 스택(10) 또는 전장부품(200)을 경유하는 냉각수의 온도를 측정한다. 일 예로, 온도 측정부(420)는 스택 입구 및 스택 출구의 냉각수 온도, 스택 라디에이터 출구의 냉각수 온도를 측정할 수 있다. 여기서, 온도 측정부(420)는 도 1 내지 도 4에 도시된 온도 센서들(112, 114, 116) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The temperature measuring unit 420 measures the temperature of the cooling water passing through the fuel cell stack 10 or the electric component 200 . For example, the temperature measuring unit 420 may measure the temperature of the cooling water at the inlet and outlet of the stack and the temperature of the cooling water at the outlet of the stack radiator. Here, the temperature measuring unit 420 may include at least one of the temperature sensors 112 , 114 , and 116 shown in FIGS. 1 to 4 .

제어부(430)는 프로세서(processor)나 CPU(central processing unit)와 같은 하드웨어 장치이거나, 또는 프로세서에 의하여 구현되는 프로그램일 수 있다. 제어부(430)는 연료전지 시스템의 각 구성들과 연결되어 연료전지 시스템의 전반적인 기능을 수행할 수 있다.The controller 430 may be a hardware device such as a processor or a central processing unit (CPU), or a program implemented by a processor. The control unit 430 may be connected to each element of the fuel cell system to perform overall functions of the fuel cell system.

제어부(430)는 외기온 및 스택 입구 냉각수 온도에 따라 연료전지 시스템의 열 관리 제어 동작을 위한 시동 방식을 결정하고, 결정된 시동 방식에 따라 열 관리 제어 동작을 시동할 수 있다. 일 예로, 제어부(430)는 외기온 및 스택 입구 냉각수 온도에 따라 냉 시동 또는 정상 시동 중 어느 하나의 시동 방식을 결정할 수 있다.The controller 430 may determine a starting method for the thermal management control operation of the fuel cell system according to the outside air temperature and the temperature of the cooling water at the inlet of the stack, and start the thermal management control operation according to the determined starting method. For example, the controller 430 may determine a starting method of either a cold start or a normal start according to the outside air temperature and the temperature of the cooling water at the inlet of the stack.

또한, 제어부(430)는 외기온에 따라 연료전지 시스템의 열 관리 제어 동작을 위한 시동 정지 방식을 결정하고, 결정된 시동 정지 방식에 따라 열 관리 제어 동작을 종료할 수 있다. 일 예로, 제어부(430)는 외기온에 따라 냉 시동 정지 또는 정상 시동 정지 중 어느 하나의 시동 정지 방식을 결정할 수 있다. 이를 위해, 제어부(430)는 시동 제어부(431)를 포함할 수 있다.Also, the controller 430 may determine a start-stop method for the thermal management control operation of the fuel cell system according to the outside air temperature, and may end the thermal management control operation according to the determined start-stop method. For example, the controller 430 may determine one of the cold start stop method and the normal start stop method according to the outside temperature. To this end, the control unit 430 may include a startup control unit 431.

또한, 제어부(430)는 열 관리 제어 동작의 시동 완료 시, 연료전지 시스템의 열 관리 제어 동작에 대한 운전 제어를 수행할 수 있다. 이를 위해, 제어부(430)는 운전 제어부(435)를 포함할 수 있다.In addition, the controller 430 may perform operation control for the thermal management control operation of the fuel cell system when starting of the thermal management control operation is completed. To this end, the control unit 430 may include an operation control unit 435.

제어부(430) 내에 포함된 구성들은 각각 개별적인 장치(또는 프로그램)로 구현되거나 하나의 통합된 모듈 형태로 구현될 수 있다.Components included in the control unit 430 may be implemented as individual devices (or programs) or in the form of an integrated module.

시동 제어부(431)는 연료전지 시스템이 온(ON) 상태가 되면, 외기온 측정부(410)에 의해 측정된 외기온 및 온도 측정부(420)에 의해 측정된 냉각수 온도를 확인한다. 여기서, 시동 제어부(431)는 연료전지 스택(10) 입구의 냉각수 온도를 확인할 수 있다. When the fuel cell system is turned on, the start controller 431 checks the outside air temperature measured by the outside air temperature measurement unit 410 and the coolant temperature measured by the temperature measurement unit 420 . Here, the start control unit 431 may check the coolant temperature at the inlet of the fuel cell stack 10 .

이때, 시동 제어부(431)는 외기온 및 스택 입구의 냉각수 온도가 열 관리 제어 동작을 위한 냉 시동 조건을 만족하는 경우, 냉 시동을 위한 제1 제어 신호를 구동부(440)로 출력할 수 있다.In this case, the startup control unit 431 may output a first control signal for cold startup to the driving unit 440 when the outside air temperature and the temperature of the cooling water at the inlet of the stack satisfy the cold startup condition for the thermal management control operation.

일 예로, 시동 제어부(431)는 외기온이 제1 온도(X1) 이하이면서, 스택 입구의 냉각수 온도가 기준 냉각수온(Y) 이하이면, 열 관리 제어 동작을 위한 냉 시동 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다. For example, the start controller 431 determines that the cold start condition for the thermal management control operation is satisfied when the outside air temperature is equal to or less than the first temperature X1 and the coolant temperature at the inlet of the stack is equal to or less than the reference coolant temperature Y. can

이와 같이, 시동 제어부(431)는 냉 시동 조건을 만족하는 것으로 판단되면, 구동부(440)의 동작을 제어할 수 있다.As such, the start controller 431 may control the operation of the drive unit 440 when it is determined that the cold start condition is satisfied.

이에, 구동부(440)는 시동 제어부(431)로부터의 냉 시동을 위한 제1 제어신호가 입력되면, 미리 정해진 냉 시동 모드에 따라 열 관리 제어 동작을 시동시킬 수 있다.Accordingly, when the first control signal for cold starting from the starting control unit 431 is input, the driving unit 440 may start a thermal management control operation according to a predetermined cold starting mode.

일 예로서, 구동부(440)는 냉 시동 모드 시, 연료전지 스택(10)으로의 냉각수 유입을 차단하고, 히터를 구동하여 연료전지 스택(10)으로 유입되는 공기를 가열함으로써 연료전지 스택(10)을 웜-업 시킬 수 있다. 물론, 냉 시동 모드 시, 구동부(440)가 연료전지 스택(10)을 웜-업하는 방식은 어느 하나에 한정되는 것은 아니며, 모터 구동 시 발생되는 열을 이용하는 등, 실시 형태에 따라 다양한 방식이 적용될 수도 있다.As an example, the driving unit 440 blocks the inflow of coolant into the fuel cell stack 10 in the cold start mode, and drives a heater to heat air introduced into the fuel cell stack 10 to heat the fuel cell stack 10. ) can be warmed up. Of course, the method of warming up the fuel cell stack 10 by the drive unit 440 in the cold start mode is not limited to any one method, and various methods may be used depending on the embodiment, such as using heat generated when driving a motor. may be applied.

이와 같이, 냉 시동 모드 시, 연료전지 스택(10)을 웜-업한 후에 연료전지 시스템을 시동시킴으로써 연료전지 스택(10)이 일정 온도 이상에서 동작하도록 하여 냉 시동성을 향상시키도 연료전지의 안전성과 내구성을 확보할 수 있다. In this way, in the cold start mode, by warming up the fuel cell stack 10 and then starting the fuel cell system, the fuel cell stack 10 operates at a certain temperature or higher to improve the cold start performance, but the safety and safety of the fuel cell durability can be ensured.

한편, 시동 제어부(431)는 외기온이 제1 온도(X1) 이하이지만, 연료전지 스택(10) 입구의 냉각수 온도가 기준 냉각수온(Y) 이상이면, 냉 시동 조건을 만족하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 일 예로, 연료전지 시스템을 오프(OFF) 한 이후 소정 시간 내에 다시 연료전지 시스템을 온(ON) 시키는 경우, 외기온이 저온 상태라 하더라도 스택 입구의 냉각수 온도는 기준 냉각수온(Y) 이상이 될 수 있다.Meanwhile, the start control unit 431 may determine that the cold start condition is not satisfied when the temperature of the coolant at the inlet of the fuel cell stack 10 is equal to or greater than the reference coolant temperature Y even though the outside air temperature is equal to or less than the first temperature X1. there is. For example, when the fuel cell system is turned on again within a predetermined time after the fuel cell system is turned off, the coolant temperature at the inlet of the stack may be equal to or higher than the reference coolant temperature (Y) even when the outside temperature is in a low-temperature state. there is.

또한, 시동 제어부(431)는 외기온이 제1 온도(X1)를 초과하는 경우에도, 냉 시동 조건을 만족하지 않는 것으로 판단할 수 있다.Also, the start controller 431 may determine that the cold start condition is not satisfied even when the outside air temperature exceeds the first temperature X1 .

이와 같이, 시동 제어부(431)는 냉 시동 조건을 만족하지 않는 경우 정상 시동을 위한 제2 제어 신호를 구동부(440)로 출력할 수 있다.As such, the start controller 431 may output a second control signal for normal start to the drive unit 440 when the cold start condition is not satisfied.

이에, 구동부(440)는 시동 제어부(431)로부터의 정상 시동을 위한 제2 제어신호가 입력되면, 미리 정해진 정상 시동 모드에 따라 연료전지 시스템의 열 관리 제어 동작을 시동시킬 수 있다.Accordingly, the driving unit 440 may start the thermal management control operation of the fuel cell system according to a predetermined normal starting mode when the second control signal for normal starting is input from the starting control unit 431 .

한편, 연료전지 시스템 오프(OFF) 요청이 있는 경우, 시동 제어부(431)는 외기온에 따라 연료전지 시스템의 열 관리 제어 동작에 대한 냉 시동 정지(Cold Shutdown) 또는 정상 시동 정지(Normal Shutdown) 동작을 제어할 수 있다.Meanwhile, when there is a request to turn off the fuel cell system, the start control unit 431 performs a cold shutdown or normal shutdown operation for the thermal management control operation of the fuel cell system according to the outside temperature. You can control it.

시동 제어부(431)는 연료전지 시스템 오프(OFF) 요청이 있으면 외기온을 확인한다. 이때, 시동 제어부(431)는 외기온이 기 설정된 제2 온도(X2) 이하이면, 열 관리 제어 동작에 대한 냉 시동 정지 조건을 만족하는 것으로 판단한다.The start controller 431 checks the outside temperature when there is a request to turn off the fuel cell system. At this time, the start controller 431 determines that the cold start stop condition for the thermal management control operation is satisfied when the outside air temperature is equal to or less than the preset second temperature X2 .

여기서, 차량이 겨울철 야간에 오랜 시간 방치되는 상황에서는 외기온이 제1 온도(X1) 보다 높은 온도라 하더라도 연료전지 스택(10)에 남아있는 수분이 동결될 수 있다. 따라서, 제2 온도(X2)는 차량이 겨울철 야간에 오랜 시간 방치되는 상황을 고려하여 제1 온도(X1) 보다 높은 온도(예, X2 = X1 + α)로 설정될 수 있다.Here, in a situation where the vehicle is left for a long time at night in winter, moisture remaining in the fuel cell stack 10 may be frozen even if the outside temperature is higher than the first temperature X1 . Accordingly, the second temperature X2 may be set to a temperature higher than the first temperature X1 (eg, X2 = X1 + α) in consideration of a situation in which the vehicle is left unattended for a long time at night in winter.

이와 같이, 시동 제어부(431)는 냉 시동 정지 조건을 만족하는 것으로 판단되면, 냉 시동 정지를 위한 제3 제어 신호를 구동부(440)로 출력할 수 있다.As such, when it is determined that the cold start stop condition is satisfied, the start control unit 431 may output a third control signal for cold start stop to the driving unit 440 .

이에, 구동부(440)는 시동 제어부(431)로부터 냉 시동 정지를 위한 제3 제어 신호가 입력되면, 미리 정해진 냉 시동 정지 모드에 따라 연료전지 시스템의 열 관리 제어 동작을 시동 정지시킬 수 있다.Accordingly, the driving unit 440 may start and stop the thermal management control operation of the fuel cell system according to a predetermined cold start stop mode when the third control signal for cold start stop is input from the start control unit 431 .

일 예로, 구동부(440)는 냉 시동 정지 모드 시, 블로워(미도시) 또는 공기압축기(ACP)(240) 등을 구동함으로써 연료전지 스택(10)의 내부로 고압의 공기를 유입시켜 연료전지 스택(10)의 내부에 남아있는 수분이 배출되도록 할 수 있다. 이때, 구동부(440)는 연료전지 스택(10)의 내부에 남아있는 수분을 배출한 후에 시동 정지시키고, 연료전지 시스템을 오프 시킬 수 있다.For example, in the cold start/stop mode, the drive unit 440 drives a blower (not shown) or an air compressor (ACP) 240 to introduce high-pressure air into the fuel cell stack 10, thereby driving the fuel cell stack. Moisture remaining inside (10) can be discharged. At this time, the driving unit 440 may discharge moisture remaining inside the fuel cell stack 10, start and stop the fuel cell system, and turn off the fuel cell system.

따라서, 저온 상태에서 연료전지 스택(10) 내부에 남아있는 수분이 얼어 다음 시동 시 발생할 수 있는 문제 상황을 미연에 방지함으로써 냉 시동성을 향상시키고, 연료전지 스택(10)의 안전성 및 내구성이 증대되도록 한다.Therefore, to improve cold startability and increase safety and durability of the fuel cell stack 10 by preventing problems that may occur during the next start-up by freezing moisture remaining inside the fuel cell stack 10 in a low-temperature state. do.

한편, 시동 제어부(431)는 연료전지 시스템 오프(OFF) 요청 시, 확인된 외기온이 기 설정된 제2 온도(X2)를 초과하면, 열 관리 제어 동작에 대한 냉 시동 정지 조건을 만족하지 않는 것으로 판단한다.On the other hand, the start control unit 431 determines that the cold start stop condition for the thermal management control operation is not satisfied when the checked outside temperature exceeds the preset second temperature X2 when requesting to turn off the fuel cell system. do.

이 경우, 시동 제어부(431)는 정상 시동 정지를 위한 제4 제어 신호를 구동부(440)로 출력할 수 있다.In this case, the start control unit 431 may output a fourth control signal for normal start-stop to the drive unit 440 .

이에, 구동부(440)는 시동 제어부(431)로부터 정상 시동 정지를 위한 제4 제어 신호가 입력되면, 미리 정해진 정상 시동 모드에 따라 연료전지 시스템의 열 관리 제어 동작을 시동 정지시키고 연료전지 시스템을 오프(OFF)시킬 수 있다.Accordingly, when the fourth control signal for normal startup/stop is input from the startup controller 431, the driving unit 440 starts/stops the thermal management control operation of the fuel cell system according to a predetermined normal startup mode and turns off the fuel cell system. (OFF).

운전 제어부(435)는 연료전지 시스템의 시동 완료 시, 연료전지 시스템의 운전을 제어한다. 이때, 운전 제어부(435)는 연료전지 시스템이 운전하는 동안 연료전지 스택(10) 및 전장부품들의 목표 냉각 성능을 유지하도록 제어할 수 있다.The operation control unit 435 controls the operation of the fuel cell system when starting of the fuel cell system is completed. In this case, the operation control unit 435 may control the fuel cell stack 10 and electric components to maintain target cooling performance while the fuel cell system is operating.

여기서, 운전 제어부(435)는 연료전지 스택(10)의 파워 및 효율, 연료전지 스택(10)의 입구/출구 냉각수 온도, 라디에이터 출구 냉각수 온도, 외기온, 전장부품 소비전력 및 전장부품 비효율 등에 기초하여 연료전지 스택(10) 및 전장부품(200)의 목표 냉각 성능을 결정하고, 제1 펌프(30), 제2 펌프(205), 냉각팬(80) 및 냉각수 온도 제어 밸브 등의 제어량을 결정한다.Here, the operation control unit 435 determines the power and efficiency of the fuel cell stack 10, the inlet/outlet cooling water temperature of the fuel cell stack 10, the cooling water temperature at the radiator outlet, the outside air temperature, the power consumption of electric components, the inefficiency of electric components, etc. The target cooling performance of the fuel cell stack 10 and the electric component 200 is determined, and control amounts of the first pump 30, the second pump 205, the cooling fan 80, and the cooling water temperature control valve are determined. .

일 예로서, 운전 제어부(435)는 연료전지 스택(10)의 파워 및 효율에 기초하여 연료전지 스택(10)의 목표 냉각 성능을 결정할 수 있다. 또한, 운전 제어부(435)는 연료전지 스택(10)의 목표 냉각 성능 및 연료전지 스택(10) 출구의 냉각수 온도에 기초하여 제1 펌프(30)의 회전수를 결정할 수 있다. As an example, the operation control unit 435 may determine a target cooling performance of the fuel cell stack 10 based on the power and efficiency of the fuel cell stack 10 . Also, the operation control unit 435 may determine the number of revolutions of the first pump 30 based on the target cooling performance of the fuel cell stack 10 and the temperature of the coolant at the outlet of the fuel cell stack 10 .

또한, 운전 제어부(435)는 외기온 및 연료전지 스택(10) 입구의 냉각수 온도에 기초하여 냉각팬(80)의 회전수를 결정할 수 있다. 이때, 운전 제어부(435)는 연료전지 스택(10)의 목표 냉각 성능 및/또는 제1 펌프(30)의 회전수에 기초하여 냉각팬(80)의 회전수를 결정할 수도 있다. 또한, 운전 제어부(435)는 냉각팬(80)의 회전수 결정 시에 제2 펌프(205)의 회전수를 추가로 고려할 수 있다. 여기서, 운전 제어부(435)는 제2 펌프(205)의 회전수가 최대이면, 전장부품(200)의 냉각 성능을 보장하기 위하여 냉각팬(80)의 회전수를 증가시킬 수 있다. 만일, 제2 펌프(205)의 회전수가 최대이면서 냉각팬(80)의 회전수 또한 최대이면, 연료전지 시스템은 열교환기(300)를 추가로 포함할 수도 있다. 이 경우, 열교환기(300)는 제1 냉각수와 제2 냉각수를 열교환시킬 수 있다.Also, the operation control unit 435 may determine the number of revolutions of the cooling fan 80 based on the outside air temperature and the temperature of the cooling water at the inlet of the fuel cell stack 10 . In this case, the operation control unit 435 may determine the rotational speed of the cooling fan 80 based on the target cooling performance of the fuel cell stack 10 and/or the rotational speed of the first pump 30 . In addition, the operation control unit 435 may additionally consider the rotation speed of the second pump 205 when determining the rotation speed of the cooling fan 80 . Here, when the rotation speed of the second pump 205 is maximum, the operation control unit 435 may increase the rotation speed of the cooling fan 80 to ensure cooling performance of the electric component 200 . If the rotation speed of the second pump 205 is maximum and the rotation speed of the cooling fan 80 is also maximum, the fuel cell system may further include a heat exchanger 300 . In this case, the heat exchanger 300 may perform heat exchange between the first cooling water and the second cooling water.

또한, 운전 제어부(435)는 연료전지 스택(10) 입구/출구의 냉각수 온도 및 스택 라디에이터 출구의 냉각수 온도에 기초하여 냉각수 온도 제어 밸브의 개도량을 결정할 수 있다. Also, the operation controller 435 may determine the opening amount of the coolant temperature control valve based on the coolant temperature at the inlet/outlet of the fuel cell stack 10 and the coolant temperature at the outlet of the stack radiator.

또한, 운전 제어부(435)는 전장부품(200)의 소비전력 및 비효율에 기초하여 전장 부품(200)의 목표 냉각 성능을 결정할 수 있다. 이때, 운전 제어부(435)는 전장부품(200)의 소비전력 및 비효율에 기초하여 전장부품(200) 각각의 발열량을 계산하고, 계산된 각각의 발열량을 합산하여 전장부품(200) 전체의 목표 냉각 성능을 결정할 수 있다.Also, the operation control unit 435 may determine a target cooling performance of the electric component 200 based on power consumption and inefficiency of the electric component 200 . At this time, the operation controller 435 calculates the calorific value of each of the electrical components 200 based on the power consumption and inefficiency of the electrical components 200, and adds up the calculated calorific values to achieve target cooling of the entire electrical component 200. performance can be determined.

또한, 운전 제어부(435)는 전장부품(200)의 목표 냉각 성능 및 외기온에 기초하여 제2 펌프(205)의 회전수를 결정할 수 있다. 이때, 운전 제어부(435)는 전장부품(200)이 목표 냉각 성능을 만족하기 위한 제2 냉각수의 유량을 결정하고, 결정된 유량에 기초하여 제2 펌프(205)의 회전수를 결정할 수 있다. 한편, 운전 제어부(435)는 연료전지 시스템이 멀티타입의 냉각팬(80, 85)을 포함하는 경우, 냉각팬(80, 85)의 회전수에 기초하여 제2 펌프(205)의 회전수를 결정할 수도 있다. 또한, 운전 제어부(435)는 라디에이터(60, 70)가 냉각팬(80)을 공유하는 듀얼 타입인 경우에도 라디에이터(60, 70) 각각의 면적 및 통기 저항에 따라서 라디에이터(60, 70)에 유입되는 풍량이 다를 수 있으므로, 냉각팬(80)의 회전수와 제2 라디에이터(70)의 면적 및 통기 저항을 고려하여 제2 라디에이터(70)의 유입 풍량을 산출하고, 산출된 유입 풍량을 더 고려하여 제2 펌프(205)의 회전수를 결정할 수도 있다.Also, the operation control unit 435 may determine the number of revolutions of the second pump 205 based on the target cooling performance of the electric component 200 and the outside temperature. At this time, the operation control unit 435 may determine the flow rate of the second cooling water for the electric component 200 to satisfy the target cooling performance, and determine the number of revolutions of the second pump 205 based on the determined flow rate. Meanwhile, when the fuel cell system includes the multi-type cooling fans 80 and 85, the operation control unit 435 determines the number of rotations of the second pump 205 based on the number of rotations of the cooling fans 80 and 85. may decide In addition, even when the radiators 60 and 70 are of a dual type sharing the cooling fan 80, the operation control unit 435 controls the flow of air into the radiators 60 and 70 according to the area and ventilation resistance of each of the radiators 60 and 70. Since the amount of air flow may be different, the inflow air amount of the second radiator 70 is calculated in consideration of the rotational speed of the cooling fan 80, the area and ventilation resistance of the second radiator 70, and the calculated inflow air amount is further considered. Thus, the number of revolutions of the second pump 205 may be determined.

운전 제어부(435)는 제1 펌프(30), 제2 펌프(205), 냉각팬(80) 및 냉각수 온도 제어 밸브 등의 제어량이 결정되면, 결정된 제어량에 따라 각 유닛의 동작을 제어하기 위한 제5 제어신호를 구동부(440)로 출력한다.When the control amount of the first pump 30, the second pump 205, the cooling fan 80, and the cooling water temperature control valve is determined, the operation controller 435 controls the operation of each unit according to the determined control amount. 5 The control signal is output to the driver 440.

이에, 구동부(440)는 운전 제어부(435)로부터 제5 제어신호가 입력되면, 제5 제어신호의 제어량에 기초하여 제1 펌프(30), 제2 펌프(205), 냉각팬(80) 및 냉각수 온도 제어 밸브 등을 구동 시킨다.Accordingly, when the fifth control signal is input from the operation control unit 435, the driving unit 440 operates the first pump 30, the second pump 205, the cooling fan 80, and the cooling fan 80 based on the control amount of the fifth control signal. Operate the coolant temperature control valve, etc.

이때, 운전 제어부(435)는 구동부(440)에 의해 제1 펌프(30), 제2 펌프(205), 냉각팬(80) 및 냉각수 온도 제어 밸브 등이 구동되는 동안, 연료전지 스택(10) 및 전장 부품의 목표 냉각 성능을 만족하는지를 확인한다.At this time, the operation control unit 435 operates the fuel cell stack 10 while the first pump 30, the second pump 205, the cooling fan 80, and the cooling water temperature control valve are driven by the driving unit 440. And it is confirmed whether the target cooling performance of the electric component is satisfied.

만일, 연료전지 스택(10) 및/또는 전장 부품의 목표 냉각 성능을 만족하지 않는 경우, 운전 제어부(435)는 제1 펌프(30), 제2 펌프(205), 냉각팬(80) 및 냉각수 온도 제어 밸브 등의 제어량을 조정한 제5 제어신호를 구동부(440)로 다시 출력할 수 있다.If the target cooling performance of the fuel cell stack 10 and/or electric components is not satisfied, the operation controller 435 controls the first pump 30, the second pump 205, the cooling fan 80, and the cooling water. A fifth control signal obtained by adjusting the control amount of the temperature control valve or the like may be output to the driver 440 again.

따라서, 구동부(440)는 운전 제어부(435)로부터 입력된 제5 제어신호에 기초하여 조정된 제어량에 따라 제1 펌프(30), 제2 펌프(205), 냉각팬(80) 및 냉각수 온도 제어 밸브 등의 구동시킬 수 있다. 이 경우, 제1 펌프(30), 제2 펌프(205), 냉각팬(80) 및 냉각수 온도 제어 밸브 등의 제어량을 조정함에 따라 연료전지 시스템의 운전 중 연료전지 스택(10) 및/또는 전장 부품의 목표 냉각 성능을 만족시킬 수 있다.Therefore, the driving unit 440 controls the temperature of the first pump 30, the second pump 205, the cooling fan 80, and the cooling water according to the control amount adjusted based on the fifth control signal input from the operation control unit 435. valves, etc. can be driven. In this case, by adjusting control amounts of the first pump 30, the second pump 205, the cooling fan 80, and the cooling water temperature control valve, the fuel cell stack 10 and/or electric field during operation of the fuel cell system The target cooling performance of the part can be satisfied.

여기서, 구동부(440)는 도 1 내지 도 4에 도시된 연료전지 시스템을 구성하는 각 구동 유닛들, 즉, 제1 밸브(20), 제1 펌프(30), 제2 밸브(40), 히터(50), 제1 라디에이터(60), 제2 라디에이터(70), 냉각팬(80), 전장부품(200), 제2 펌프(205) 및 열교환기(300) 중 적어도 하나 이상을 구동시키는 수단이다.Here, the driving unit 440 is each of the driving units constituting the fuel cell system shown in FIGS. 1 to 4, that is, the first valve 20, the first pump 30, the second valve 40, and the heater. 50, a means for driving at least one of the first radiator 60, the second radiator 70, the cooling fan 80, the electric component 200, the second pump 205, and the heat exchanger 300 am.

이에, 구동부(440)는 시동 제어부(431) 및 운전 제어부(435)로부터 입력된 제1 제어신호 내지 제5 제어신호 중 적어도 하나에 기초하여 각 구동 유닛을 구동시킬 수 있다. Accordingly, the driving unit 440 may drive each driving unit based on at least one of the first to fifth control signals input from the starting control unit 431 and the driving control unit 435 .

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 열 관리 동작 흐름을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.The heat management operation flow of the fuel cell system according to the present invention configured as described above will be described in detail.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 시동 제어 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating an operation flow of a method for controlling start-up of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 연료전지 시스템이 온(ON) 상태가 되면, 연료전지 시스템은 시동 제어를 수행하게 된다. 이때, 연료전지 시스템은 외기온 및 연료전지 스택(10) 입구의 냉각수 온도에 따라 냉 시동 또는 정상 시동 동작을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 7 , when the fuel cell system is turned on, the fuel cell system performs start-up control. At this time, the fuel cell system may perform a cold start or normal start operation according to the outside air temperature and the temperature of the cooling water at the inlet of the fuel cell stack 10 .

이를 위해, 연료전지 시스템은 외기온 및 연료전지 스택(10) 입구의 냉각수 온도를 학인하고(S120), 'S120' 과정에서 확인된 외기온이 제1 온도(X1) 이하이고(S130), 연료전지 스택(10) 입구의 냉각수 온도가 기준 냉각수온(Y) 이하이면(S140), 냉 시동 조건을 만족하는 것으로 판단하여 열 관리 제어 동작을 냉 시동시킨다(S150).To this end, the fuel cell system checks the outside temperature and the temperature of the cooling water at the inlet of the fuel cell stack 10 (S120), and the outside temperature checked in the process 'S120' is equal to or less than the first temperature (X1) (S130), and the fuel cell stack (10) If the cooling water temperature at the inlet is equal to or less than the reference cooling water temperature (Y) (S140), it is determined that the cold start condition is satisfied and the thermal management control operation is cold started (S150).

연료전지 시스템은 'S150' 과정에서 열 관리 제어 동작을 위한 냉 시동을 수행하는 경우, 연료전지 스택(10)의 웜-업을 위한 동작을 수행한 상태에서 열 관리 제어 동작이 시동되도록 할 수 있다.When the fuel cell system performs a cold start for the thermal management control operation in 'S150', the thermal management control operation can be started while the operation for warming up the fuel cell stack 10 has been performed. .

한편, 연료전지 시스템은 'S120' 과정에서 확인된 외기온이 제1 온도(X1) 이하이고(S130), 연료전지 스택(10) 입구의 냉각수 온도가 기준 냉각수온(Y)을 초과하면(S140), 냉 시동 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하여 열 관리 제어 동작을 정상 시동시킨다(S160).On the other hand, in the fuel cell system, when the outside air temperature checked in step 'S120' is equal to or less than the first temperature X1 (S130) and the coolant temperature at the inlet of the fuel cell stack 10 exceeds the reference coolant temperature (Y) (S140) , it is determined that the cold start condition is not satisfied, and the thermal management control operation is normally started (S160).

또한, 연료전지 시스템은 'S120' 과정에서 확인된 외기온이 제1 온도(X1)를 초과하는 경우에도(S130), 냉 시동 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하여 열 관리 제어 동작을 정상 시동시킬 수 있다(S160).In addition, the fuel cell system can normally start the thermal management control operation by determining that the cold start condition is not satisfied even when the outside temperature checked in step 'S120' exceeds the first temperature X1 (S130). (S160).

연료전지 시스템은 'S160' 과정에서 열 관리 제어 동작을 정상 시동시키는 경우, 연료전지 스택(10)의 웜-업을 위한 동작을 생략한 상태에서 열 관리 제어 동작이 시동되도록 할 수 있다.In the fuel cell system, when the thermal management control operation is normally started in step 'S160', the thermal management control operation may be started while omitting the warm-up operation of the fuel cell stack 10 .

연료전지 시스템의 열 관리 제어 동작에 대한 냉 시동 또는 정상 시동이 완료되면, 열 관리 제어 동작에 대한 운전을 수행한다(S170). 'S170' 과정에서 연료전지 시스템의 운전 중 냉각 성능을 유지시키기 위한 열 관리 제어 동작에 대해서는 도 8을 참조하도록 한다.When the cold start or normal start for the thermal management control operation of the fuel cell system is completed, operation for the thermal management control operation is performed (S170). Referring to FIG. 8 for a thermal management control operation for maintaining cooling performance during operation of the fuel cell system in step 'S170'.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 운전 중 열 관리 제어 동작을 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a thermal management control operation during operation of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 연료전지 시스템은 시동이 완료되고 열 관리 제어 동작의 운전을 시작하게 되면, 연료전지 스택(10) 및 전장부품의 목표 냉각 성능을 결정하고, 각 구동 유닛들을 구동하면서 연료전지 스택(10) 및 전장부품의 목표 냉각 성능을 만족하는지 확인한다.Referring to FIG. 8 , the fuel cell system determines target cooling performance of the fuel cell stack 10 and electrical components when starting is completed and the operation of the thermal management control operation is started, and the fuel cell is driven while driving each driving unit. It is checked whether the target cooling performance of the stack 10 and electric components is satisfied.

이를 위해, 연료전지 시스템은 제1 냉각수가 순환되는 제1 냉각라인(110) 상에서 운전 중인 연료전지 스택(10)의 파워 및 효율을 확인하고, 이를 토대로 연료전지 스택(10)의 목표 냉각 성능을 결정한다(811).To this end, the fuel cell system checks the power and efficiency of the fuel cell stack 10 operating on the first cooling line 110 through which the first cooling water circulates, and determines the target cooling performance of the fuel cell stack 10 based on this. decide (811).

연료전지 시스템은 동작 811에서와 같이 연료전지 스택(10)의 목표 냉각 성능이 결정되면, 결정된 연료전지 스택(10)의 목표 냉각 성능 및 연료전지 스택(10) 출구의 냉각수 온도에 기초하여 제1 펌프(30)의 회전수를 결정한다(813).When the target cooling performance of the fuel cell stack 10 is determined in operation 811, the fuel cell system performs a first step based on the determined target cooling performance of the fuel cell stack 10 and the cooling water temperature at the outlet of the fuel cell stack 10. The number of revolutions of the pump 30 is determined (813).

마찬가지로, 연료전지 시스템은 동작 811에서 결정된 연료전지 스택(10)의 목표 냉각 성능 및 동작 813에서 결정된 제1 펌프(30)의 회전수, 그리고 외기온 및 연료전지 스택(10) 입구의 냉각수 온도에 기초하여 냉각팬(80)의 회전수를 결정할 수 있다(동작 815).Similarly, the fuel cell system is configured based on the target cooling performance of the fuel cell stack 10 determined in operation 811, the number of rotations of the first pump 30 determined in operation 813, and the outside air temperature and the temperature of the cooling water at the inlet of the fuel cell stack 10. Thus, the number of revolutions of the cooling fan 80 may be determined (operation 815).

여기서, 연료전지 시스템은 전장부품(200)의 목표 냉각 성능에 따라 동작 823에서 제2 펌프(205)의 회전수가 결정되면, 결정된 제2 펌프(205)의 회전수에 따라 냉각팬(80)의 회전수를 조정할 수 있다. 일 예로, 연료전지 시스템은 동작 823에서 결정된 제2 펌프(205)의 회전수가 최대치로 결정되면, 전장부품(200)의 냉각 성능을 보장하기 위하여 동작 815에서 결정된 냉각팬(80)의 회전수를 증가시킬 수 있다. Here, in the fuel cell system, when the rotation speed of the second pump 205 is determined in operation 823 according to the target cooling performance of the electric component 200, the cooling fan 80 operates according to the determined rotation speed of the second pump 205. Rotation speed can be adjusted. For example, when the rotation speed of the second pump 205 determined in operation 823 is determined to be the maximum value, the fuel cell system sets the rotation speed of the cooling fan 80 determined in operation 815 to ensure cooling performance of the electric component 200. can increase

또한, 연료전지 시스템은 동작 815에서 결정된 냉각팬(80)의 회전수, 그리고 연료전지 스택(10) 입구 및 출구의 냉각수 온도와, 스택 라디에이터 출구의 냉각수 온도에 기초하여 냉각수 온도 제어 밸브의 개도량을 결정할 수 있다(817).In addition, the fuel cell system determines the rotation rate of the cooling fan 80 determined in operation 815, the cooling water temperature at the inlet and outlet of the fuel cell stack 10, and the cooling water temperature at the outlet of the stack radiator, based on the opening amount of the cooling water temperature control valve. can be determined (817).

이후, 연료전지 시스템은 연료전지 스택(10)의 목표 냉각 성능을 만족하는지를 확인할 수 있다(819). 동작 819에서, 연료전지 시스템은 연료전지 스택(10)의 목표 냉각 성능을 만족하지 않는 경우, 동작 813 내지 동작 817에서 결정된 제1 펌프(30)의 회전수, 냉각팬(80)의 회전수 및 냉각수 온도 제어 밸브의 개도량을 조정할 수 있다.Thereafter, the fuel cell system may check whether the target cooling performance of the fuel cell stack 10 is satisfied (819). In operation 819, when the fuel cell system does not satisfy the target cooling performance of the fuel cell stack 10, the rotation speed of the first pump 30 and the rotation speed of the cooling fan 80 determined in operations 813 to 817 and The opening amount of the coolant temperature control valve can be adjusted.

한편, 연료전지 시스템은 연료전지 스택(10)의 목표 냉각 성능을 만족하는 경우, 동작 813 내지 동작 817에서 결정된 제1 펌프(30)의 회전수, 냉각팬(80)의 회전수 및 냉각수 온도 제어 밸브의 개도량을 유지시키며 연료전지 스택(10)이 동작하도록 할 수 있다.Meanwhile, the fuel cell system controls the number of revolutions of the first pump 30, the number of revolutions of the cooling fan 80, and the temperature of the cooling water determined in operations 813 to 817 when the target cooling performance of the fuel cell stack 10 is satisfied. It is possible to operate the fuel cell stack 10 while maintaining the opening amount of the valve.

연료전지 시스템은 전장부품(200)의 소비전력 및 비효율을 확인하여 전장부품(200)의 목표 냉각 성능을 결정할 수도 있다(821).The fuel cell system may determine the target cooling performance of the electric component 200 by checking the power consumption and inefficiency of the electric component 200 (821).

연료전지 시스템은 동작 821에서 전장부품(200)의 목표 냉각 성능이 결정되면, 결정된 전장부품(200)의 목표 냉각 성능 및 외기온에 기초하여 제2 펌프(205)의 회전수를 결정할 수 있다(823).When the target cooling performance of the electric component 200 is determined in operation 821, the fuel cell system may determine the number of revolutions of the second pump 205 based on the determined target cooling performance of the electric component 200 and the ambient temperature (823 ).

동작 823에서, 연료전지 시스템은 제2 펌프(205)의 회전수를 결정할 때, 동작 815에서 결정된 냉각팬(80)의 회전수를 추가로 고려할 수도 있다. 이때, 연료전지 시스템은 냉각팬(80)의 회전수와 제2 라디에이터(70)의 면적 및 통기 저항에 기초하여 제2 라디에이터(70)의 유입 풍량을 산출하고, 산출된 유입 풍량을 토대로 제2 펌프(205)의 회전수를 결정할 수 있다.In operation 823, when determining the rotation speed of the second pump 205, the fuel cell system may additionally consider the rotation speed of the cooling fan 80 determined in operation 815. At this time, the fuel cell system calculates the inflow air volume of the second radiator 70 based on the number of revolutions of the cooling fan 80, the area and ventilation resistance of the second radiator 70, and the second radiator 70 based on the calculated inlet air volume. The number of revolutions of the pump 205 can be determined.

이후, 연료전지 시스템은 운전 시 전장부품의 목표 냉각 성능을 만족하는지를 확인할 수 있다(825). 동작 825에서, 연료전지 시스템은 연료전지 스택(10)의 목표 냉각 성능을 만족하지 않는 경우, 동작 823에서 결정된 제2 펌프(205)의 회전수를 조정할 수 있다. Thereafter, the fuel cell system may check whether the target cooling performance of the electric component is satisfied during operation (825). In operation 825, the fuel cell system may adjust the number of revolutions of the second pump 205 determined in operation 823 when the target cooling performance of the fuel cell stack 10 is not satisfied.

한편, 연료전지 시스템은 전장부품(200)의 목표 냉각 성능을 만족하는 경우, 동작 823에서 결정된 제2 펌프(205)의 회전수를 유지시키며 전장부품(200)이 동작하도록 할 수 있다.Meanwhile, when the target cooling performance of the electric component 200 is satisfied, the fuel cell system maintains the number of revolutions of the second pump 205 determined in operation 823 and allows the electric component 200 to operate.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 시동 정지 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.9 is a diagram illustrating an operation flow of a method for starting and stopping a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 연료전지 시스템의 열 관리 제어를 위한 운전 중 시스템 오프(OFF) 요청이 있으면(S210, S220), 연료전지 시스템은 외기온을 확인한다.Referring to FIG. 9 , when there is a system off request during operation for thermal management control of the fuel cell system (S210 and S220), the fuel cell system checks the outside air temperature.

이때, 연료전지 시스템은 확인된 외기온이 제2 온도 이하이면(S230), 냉 시동 정지 조건을 만족하는 것으로 판단하여 열 관리 제어 동작을 냉 시동 정지시키도록 한다(S240). 여기서, 제2 온도는 도 7에서 언급한 제1 온도 보다 높은 온도로 설정될 수 있다.At this time, the fuel cell system determines that the cold start stop condition is satisfied when the checked outside temperature is equal to or less than the second temperature (S230), and stops the cold start stop of the thermal management control operation (S240). Here, the second temperature may be set to a temperature higher than the first temperature mentioned in FIG. 7 .

한편, 연료전지 시스템은 확인된 외기온이 제2 온도를 초과하면(S230), 열 관리 제어 동작에 대한 냉 시동 정지 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하여 열 관리 제어 동작을 정상 시동 정지시킬 수 있다(S250).Meanwhile, the fuel cell system may normally start-stop the thermal management control operation by determining that the cold start-stop condition for the thermal management control operation is not satisfied when the checked outside temperature exceeds the second temperature (S230). ).

연료전지 시스템은 열 관리 제어 동작에 대한 냉 시동 정지 또는 정상 시동 정지가 완료되면, 시스템을 종료하도록 한다.The fuel cell system shuts down the system when the cold start stop or the normal start stop for the thermal management control operation is completed.

상기의 동작들은 정차 중인 차량에 포함된 연료전지 시스템에 의해서도 수행 가능하다. 예를 들어, 상기 동작들에 따르면 주행풍을 사용할 수 없는 차량, 예를 들어, 건설기계의 정차 중에도 냉각수의 온도를 낮출 수 있으므로, 연료전지 스택의 고출력을 보장하면서, 안전성 및 내구성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.The above operations can also be performed by a fuel cell system included in a stopped vehicle. For example, according to the above operations, since the temperature of the coolant can be lowered even while a vehicle incapable of using driving wind, for example, a construction machine is stopped, the effect of improving safety and durability while ensuring high output of the fuel cell stack. can be obtained.

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. The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 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.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 according to the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

10: 연료전지 스택 30: 제1 펌프
80: 냉각팬 200: 전장부품
205: 제2 펌프 410: 외기온 측정부
420: 온도 측정부 430: 제어부
431: 시동 제어부 435: 운전 제어부
440: 구동부10: fuel cell stack 30: first pump
80: cooling fan 200: electrical parts
205: second pump 410: outside air temperature measuring unit
420: temperature measurement unit 430: control unit
431: start control unit 435: operation control unit
440: driving unit

Claims (20)

외기온 및 연료전지 스택의 냉각수 온도 중 적어도 하나에 기초하여 열 관리 제어 동작의 시동 및 시동 정지 방식을 결정하고, 연료전지 스택 및 전장부품의 목표 냉각 성능을 유지하며 열 관리 제어 동작을 수행하도록 제어하는 제어부; 및
상기 제어부로부터의 제어 신호에 따라 열 관리 제어 동작의 시동, 시동 정지 또는 열 관리 제어 동작에 대응되는 부품을 구동하는 구동부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.Determining the starting and stopping method of the thermal management control operation based on at least one of the outside air temperature and the temperature of the cooling water of the fuel cell stack, maintaining the target cooling performance of the fuel cell stack and electric components, and controlling to perform the thermal management control operation control unit; and
a driving unit which drives a component corresponding to the starting or stopping of a thermal management control operation or a thermal management control operation according to a control signal from the control unit;
A fuel cell system comprising a. 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
외기온 및 연료전지 스택의 냉각수 온도가 열 관리 제어 동작의 냉 시동 조건을 만족하는 경우 냉 시동 방식을 결정하고, 그렇지 않으면 정상 시동 방식을 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 1,
The control unit,
A fuel cell system characterized in that a cold start method is determined when the outside air temperature and the coolant temperature of the fuel cell stack satisfy a cold start condition of a thermal management control operation, and a normal start method is determined otherwise. 청구항 2에 있어서,
상기 제어부는,
외기온이 기 설정된 제1 온도 이하이고, 상기 연료전지 스택의 냉각수 온도가 기준 냉각수온 이하이면, 상기 냉 시동 조건을 만족하는 것으로 판단하여 열 관리 제어 동작의 냉 시동을 위한 제어 신호를 상기 구동부로 출력하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 2,
The control unit,
When the outside air temperature is equal to or less than the preset first temperature and the coolant temperature of the fuel cell stack is equal to or less than the reference coolant temperature, it is determined that the cold start condition is satisfied and a control signal for cold start of the thermal management control operation is output to the drive unit. A fuel cell system characterized in that for doing. 청구항 2에 있어서,
상기 제어부는,
외기온이 기 설정된 제1 온도를 초과하면, 상기 냉 시동 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하여 열 관리 제어 동작의 정상 시동을 위한 제어 신호를 상기 구동부로 출력하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 2,
The control unit,
The fuel cell system of claim 1 , wherein the fuel cell system determines that the cold start condition is not satisfied and outputs a control signal for a normal start of a thermal management control operation to the drive unit when the outside temperature exceeds a preset first temperature. 청구항 2에 있어서,
상기 제어부는,
외기온이 기 설정된 제1 온도 이하이고, 상기 연료전지 스택의 냉각수 온도가 기준 냉각수온을 초과하면, 상기 냉 시동 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하여 열 관리 제어 동작의 정상 시동을 위한 제어 신호를 상기 구동부로 출력하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 2,
The control unit,
When the outside air temperature is equal to or less than the preset first temperature and the coolant temperature of the fuel cell stack exceeds the reference coolant temperature, it is determined that the cold start condition is not satisfied and a control signal for normal start of the thermal management control operation is transmitted to the drive unit. A fuel cell system characterized in that the output as. 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
외기온이 열 관리 제어 동작의 냉 시동 정지 조건을 만족하는 경우 냉 시동 정지 방식을 결정하고, 그렇지 않으면 정상 시동 정지 방식을 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 1,
The control unit,
A fuel cell system characterized in that a cold start/stop method is determined when the outside temperature satisfies the cold start/stop condition of the thermal management control operation, and a normal start/stop method is determined otherwise. 청구항 6에 있어서,
상기 제어부는,
상기 외기온이 기 설정된 제2 온도 이하이면, 냉 시동 정지 조건을 만족하는 것으로 판단하여 열 관리 제어 동작의 냉 시동 정지를 위한 제어 신호를 상기 구동부로 출력하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 6,
The control unit,
The fuel cell system of claim 1 , wherein a control signal for stopping a cold start of a thermal management control operation is output to the driving unit by determining that a cold start stop condition is satisfied when the outside temperature is equal to or less than a preset second temperature. 청구항 6에 있어서,
상기 제어부는,
상기 외기온이 기 설정된 제2 온도를 초과하면, 냉 시동 정지 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하여 열 관리 제어 동작의 정상 시동 정지를 위한 제어 신호를 상기 구동부로 출력하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 6,
The control unit,
and outputting a control signal for normal start-stop of a thermal management control operation to the drive unit by determining that a cold start-stop condition is not satisfied when the outside temperature exceeds a preset second temperature. 청구항 1에 있어서,
상기 연료전지 스택을 경유하는 제1 냉각수가 순환되는 제1 냉각라인 상에 배치된 제1 펌프;
전장부품을 경유하는 제2 냉각수가 순환되는 제2 냉각라인 상에 배치된 제2 펌프; 및
상기 제1 냉각라인 및 상기 제2 냉각라인 상에 배치된 라디에이터에 외기를 송풍하는 냉각팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 1,
a first pump disposed on a first cooling line through which the first cooling water passing through the fuel cell stack is circulated;
a second pump disposed on a second cooling line through which the second cooling water passing through the electrical components is circulated; and
The fuel cell system of claim 1, further comprising a cooling fan for blowing outside air to radiators disposed on the first cooling line and the second cooling line. 청구항 9에 있어서,
상기 제어부는,
열 관리 제어 동작의 시동 완료 시, 상기 연료전지 스택 및 상기 전장부품의 목표 냉각 성능을 결정하고, 상기 결정된 연료전지 스택 및 전장부품의 목표 냉각 성능에 따라 상기 제1 펌프, 상기 제2 펌프 및 상기 냉각팬의 회전수를 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 9,
The control unit,
When the start of the thermal management control operation is completed, target cooling performance of the fuel cell stack and the electric component is determined, and the first pump, the second pump, and the first pump are determined according to the determined target cooling performance of the fuel cell stack and the electric component. A fuel cell system characterized in that the number of revolutions of the cooling fan is determined. 청구항 10에 있어서,
상기 제어부는,
상기 연료전지 스택의 파워 및 효율에 따라 상기 연료전지 스택의 목표 냉각 성능을 결정하고, 상기 결정된 연료전지 스택의 목표 냉각 성능과, 외기온, 연료전지 스택의 입구 및 출구의 냉각수 온도에 기초하여 상기 제1 펌프 및 상기 냉각팬의 회전수를 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 10,
The control unit,
A target cooling performance of the fuel cell stack is determined according to the power and efficiency of the fuel cell stack, and the cooling water temperature at the inlet and outlet of the fuel cell stack is determined based on the determined target cooling performance of the fuel cell stack, the ambient temperature, and the cooling water temperature at the inlet and outlet of the fuel cell stack. 1 A fuel cell system characterized in that the number of revolutions of a pump and the cooling fan is determined. 청구항 11에 있어서,
상기 제어부는,
상기 연료전지 스택의 입구 및 출구의 냉각수 온도와 라디에이터 출구의 냉각수 온도에 기초하여 냉각수 온도 제어 밸브의 개도량을 더 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 11,
The control unit,
The fuel cell system of claim 1 , wherein an opening amount of the cooling water temperature control valve is further determined based on the temperature of the cooling water at the inlet and outlet of the fuel cell stack and the temperature of the cooling water at the outlet of the radiator. 청구항 10에 있어서,
상기 제어부는,
상기 전장부품의 소비전력 및 비효율에 따라 상기 전장부품의 목표 냉각 성능을 결정하고, 상기 결정된 전장부품의 목표 냉각 성능 및 외기온에 기초하여 상기 제2 펌프의 회전수를 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 10,
The control unit,
determining a target cooling performance of the electric component according to the power consumption and inefficiency of the electric component, and determining the rotational speed of the second pump based on the determined target cooling performance of the electric component and the outside temperature. system. 청구항 1에 있어서,
외기온을 측정하는 외기온 측정부; 및
상기 연료전지 스택 또는 전장부품을 경유하는 냉각수의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 1,
An outside temperature measurement unit for measuring outside air temperature; and
The fuel cell system further comprising a temperature measuring unit for measuring the temperature of the cooling water passing through the fuel cell stack or the electric component. 외기온 및 연료전지 스택의 냉각수 온도에 기초하여 열 관리 제어 동작의 시동 방식을 결정하고 상기 결정된 시동 방식에 따라 시동하는 단계;
상기 열 관리 제어 동작의 시동 완료 시, 상기 연료전지 스택 및 전장부품의 목표 냉각 성능을 유지하며 열 관리 제어 동작을 수행하는 단계; 및
시스템 오프(OFF) 요청이 있으면, 외기온에 기초하여 열 관리 제어 동작의 시동 정지 방식을 결정하고 상기 결정된 시동 정지 방식에 따라 시동 정지하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 열 관리 제어 방법.determining a starting method of a thermal management control operation based on the outside air temperature and the temperature of the coolant of the fuel cell stack, and starting according to the determined starting method;
performing a thermal management control operation while maintaining target cooling performance of the fuel cell stack and electric components when starting of the thermal management control operation is completed; and
determining a starting/stopping method of a thermal management control operation based on an outside air temperature when a system off request is received, and starting/stopping the start/stop method according to the determined starting/stopping method;
A method for controlling thermal management of a fuel cell system, comprising: 청구항 15에 있어서,
상기 시동하는 단계는,
외기온이 기 설정된 제1 온도 이하이고, 상기 연료전지 스택의 냉각수 온도가 기준 냉각수온 이하이면, 냉 시동 조건을 만족하는 것으로 판단하여 냉 시동 방식을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 열 관리 제어 방법.The method of claim 15
The starting step is
and determining a cold start method by determining that a cold start condition is satisfied when the outside air temperature is equal to or less than a preset first temperature and the coolant temperature of the fuel cell stack is equal to or less than the reference coolant temperature. thermal management control method. 청구항 15에 있어서,
상기 시동하는 단계는,
외기온이 기 설정된 제1 온도를 초과하거나, 외기온이 기 설정된 제1 온도 이하이면서 상기 연료전지 스택의 냉각수 온도가 기준 냉각수온을 초과하면, 냉 시동 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하여 정상 시동 방식을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 열 관리 제어 방법.The method of claim 15
The starting step is
When the outside air temperature exceeds the first preset temperature or when the external air temperature is below the preset first temperature and the coolant temperature of the fuel cell stack exceeds the reference coolant temperature, it is determined that the cold start condition is not satisfied and a normal start method is determined. A method for controlling thermal management of a fuel cell system, comprising the step of: 청구항 15에 있어서,
상기 시동 정지하는 단계는,
상기 외기온이 기 설정된 제2 온도 이하이면 냉 시동 정지 조건을 만족하는 것으로 판단하여 냉 시동 정지 방식을 결정하고, 상기 외기온이 기 설정된 제2 온도를 초과하면 냉 시동 정지 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하여 열 관리 제어 동작의 정상 시동 정지 방식을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 열 관리 제어 방법.The method of claim 15
In the step of starting and stopping,
If the outside temperature is less than the preset second temperature, it is determined that the cold start stop condition is satisfied and a cold start stop method is determined, and if the outside temperature exceeds the preset second temperature, it is determined that the cold start stop condition is not satisfied A method for controlling thermal management of a fuel cell system, comprising the step of determining a normal start-stop method of a thermal management control operation. 청구항 15에 있어서,
상기 열 관리 제어 동작을 수행하는 단계는,
상기 연료전지 스택의 파워 및 효율에 따라 상기 연료전지 스택의 목표 냉각 성능을 결정하는 단계;
상기 결정된 연료전지 스택의 목표 냉각 성능과, 외기온, 연료전지 스택의 입구 및 출구의 냉각수 온도에 기초하여 상기 연료전지 스택을 경유하는 제1 냉각라인 상에 배치된 제1 펌프 및 냉각팬의 회전수를 결정하는 단계; 및
상기 연료전지 스택의 입구 및 출구의 냉각수 온도와 라디에이터 출구의 냉각수 온도에 기초하여 냉각수 온도 제어 밸브의 개도량을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 열 관리 제어 방법.The method of claim 15
The step of performing the thermal management control operation,
determining a target cooling performance of the fuel cell stack according to power and efficiency of the fuel cell stack;
The number of revolutions of a first pump and a cooling fan disposed on a first cooling line passing through the fuel cell stack based on the determined target cooling performance of the fuel cell stack, outside air temperature, and cooling water temperatures at the inlet and outlet of the fuel cell stack. determining; and
and determining an opening amount of a cooling water temperature control valve based on the cooling water temperature at the inlet and outlet of the fuel cell stack and the cooling water temperature at the radiator outlet. 청구항 15에 있어서,
상기 열 관리 제어 동작을 수행하는 단계는,
전장부품의 소비전력 및 비효율에 따라 상기 전장부품의 목표 냉각 성능을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 전장부품의 목표 냉각 성능 및 외기온에 기초하여 상기 전장부품을 경유하는 제2 냉각라인 상에 배치된 제2 펌프의 회전수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 열 관리 제어 방법.The method of claim 15
The step of performing the thermal management control operation,
determining target cooling performance of the electric component according to power consumption and inefficiency of the electric component; and
determining a rotational speed of a second pump disposed on a second cooling line passing through the electrical component based on the determined target cooling performance of the electrical component and the outside air temperature; control method.
KR1020210098470A 2021-07-27 2021-07-27 Fuel cell system and thermal management control method thereof KR20230016906A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210098470A KR20230016906A (en) 2021-07-27 2021-07-27 Fuel cell system and thermal management control method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210098470A KR20230016906A (en) 2021-07-27 2021-07-27 Fuel cell system and thermal management control method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230016906A true KR20230016906A (en) 2023-02-03

Family

ID=85226125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210098470A KR20230016906A (en) 2021-07-27 2021-07-27 Fuel cell system and thermal management control method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230016906A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20230008558A (en) Method for dealing with faults in in fuel cell system
CN213242608U (en) Fuel cell system for vehicle
CN114695915A (en) Fuel cell system for thermal management and method thereof
JP2011178365A (en) Air conditioner and air conditioning control method
KR102576221B1 (en) Method for controlling coolant temperature in fuel cell system
KR102550728B1 (en) Method for dealing with faults in in fuel cell system
US11296335B2 (en) Fuel cell system and method of operating same
KR20230016906A (en) Fuel cell system and thermal management control method thereof
KR102607329B1 (en) Fuel cell system and heater control method thereof
US20240063412A1 (en) Fuel cell system and thermal management method thereof
KR20230021207A (en) Fuel cell system and emergency driving control method thereof
KR102518900B1 (en) Method for optimizing performance in fuel cell system
US20240105978A1 (en) Fuel cell system and method of controlling same
KR102595285B1 (en) Method for improving efficiency in fuel cell system
US11508973B2 (en) Fuel cell system for vehicle
US20240039019A1 (en) Fuel cell system and method for start control therein
KR102659321B1 (en) Method for controlling coolant temperature in fuel cell system
US20240014422A1 (en) Fuel cell system and purging control method thereof
KR20220157787A (en) Method for controlling coolant temperature in fuel cell system
KR20240035167A (en) Fuel cell system and thermal management method thereof
KR20230156546A (en) Fuel cell system and thermal management method of the same
KR20240028790A (en) Fuel cell system and thermal management method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal