KR20230147349A - Fuel cell system and thermal management control method thereof - Google Patents

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KR20230147349A
KR20230147349A KR1020220046256A KR20220046256A KR20230147349A KR 20230147349 A KR20230147349 A KR 20230147349A KR 1020220046256 A KR1020220046256 A KR 1020220046256A KR 20220046256 A KR20220046256 A KR 20220046256A KR 20230147349 A KR20230147349 A KR 20230147349A
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최성경
원종보
임혜수
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현대모비스 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 복수 개의 전장부품, 상기 복수 개의 전장부품을 경유하는 냉각수가 순환되는 냉각라인 상에 배치되어 상기 냉각수를 냉각시키도록 설정된 라디에이터, 및 상기 냉각라인 상에 배치되어 상기 냉각수를 상기 전장부품으로 유동시키는 펌프를 포함하고, 상기 복수 개의 전장부품은, 상기 펌프의 출구와 상기 라디에이터의 입구 사이의 냉각라인 중 일 구간에서 병렬로 배치된다.A fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a plurality of electrical components, a radiator disposed on a cooling line through which coolant circulating through the plurality of electrical components is set to cool the coolant, and a radiator on the cooling line. It includes a pump disposed in and flows the coolant to the electrical components, wherein the plurality of electrical components are arranged in parallel in one section of the cooling line between the outlet of the pump and the inlet of the radiator.

Description

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

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 can generate electrical energy using a fuel cell stack. For example, if hydrogen is used as a fuel for a fuel cell stack, it can be an alternative to solving global environmental problems, so continuous research and development is being conducted on fuel cell systems.

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 consists of 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 from the air, an oxidizing agent necessary 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 (e.g., 60 to 70°C) by circulating antifreeze, which acts as coolant, into the fuel cell stack. It includes a TMS line through which the coolant circulates, and a reservoir where the coolant is stored. , a pump that circulates the coolant, an ion filter that removes ions contained in the coolant, and a radiator that emits heat from the coolant to the outside. Additionally, the thermal management system may include a heater that heats coolant, and an air conditioning unit (e.g., a heating heater) that uses coolant to cool or heat the interior of a device (e.g., vehicle) containing a fuel cell system. . The thermal management system can maintain the appropriate temperature of not only the fuel cell stack but also the vehicle's electrical components.

전장품에는 BHDC(bi-directional high voltage DC-DC converter) 등의 다양한 전장품이 존재하는데, 일반적으로 이러한 전장품은 수냉식으로 냉각하기 때문에, 각각의 전장품에 적절한 유량과 냉각수 진입 온도를 선정하는 것이 중요하다. 하지만, 전장품 냉각라인에 설치된 전장품 냉각수 펌프(Coolant Pe Pump, CPP)의 소형화 및 한정된 용량으로 인해 전장품 냉각 유량을 목표 유량만큼 확보하는데 어려움이 있다.There are a variety of electrical components such as BHDC (bi-directional high voltage DC-DC converter). Since these electrical components are generally cooled by water cooling, it is important to select the appropriate flow rate and coolant entry temperature for each electrical component. However, due to the miniaturization and limited capacity of the cooling water pump (Coolant Pump, CPP) installed in the electrical equipment cooling line, it is difficult to secure the cooling flow rate of the electrical equipment at the target flow rate.

본 발명의 일 목적은, 열관리 시스템 동작 시 전장품 내로 유입되는 냉각수 유량을 목표 유량만큼 확보할 수 있는 연료전지 시스템 및 그의 열 관리 방법을 제공함에 있다.One purpose of the present invention is to provide a fuel cell system and a thermal management method thereof that can secure the coolant flow rate flowing into electrical components at the target flow rate when the thermal management system is operating.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 전장품 냉각라인을 병렬로 구성하는 과정에서 각 전장품의 압력강하 차이로 인한 각 유로 간 유량 불균형을 해소할 수 있도록 한, 연료전지 시스템 및 그의 열 관리 방법을 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a fuel cell system and a heat management method thereof that can resolve the flow imbalance between each flow path due to the difference in pressure drop of each electrical component in the process of configuring electrical component cooling lines in parallel. there is.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 일부 유로에 차압 조절기를 설치함으로써, 특정 전장품의 컴포넌트 과열 시 차압 조절 밸브를 조절하여 해당 유로의 유량을 증가시킴으로써 전장품의 냉각 효율을 향상시킬 수 있도록 한, 연료전지 시스템 및 그의 열 관리 방법을 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to improve the cooling efficiency of electrical equipment by installing a differential pressure regulator in some flow paths, thereby increasing the flow rate of the corresponding flow path by adjusting the differential pressure control valve when the components of specific electrical equipment overheat. To provide a battery system and its heat management method.

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.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 복수 개의 전장부품, 상기 복수 개의 전장부품을 경유하는 냉각수가 순환되는 냉각라인 상에 배치되어 상기 냉각수를 냉각시키도록 설정된 라디에이터, 및 상기 냉각라인 상에 배치되어 상기 냉각수를 상기 전장부품으로 유동시키는 펌프를 포함하고, 상기 복수 개의 전장부품은, 상기 펌프의 출구와 상기 라디에이터의 입구 사이의 냉각라인 중 일 구간에서 병렬로 배치된다.A fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a plurality of electrical components, a radiator disposed on a cooling line through which coolant circulating through the plurality of electrical components is set to cool the coolant, and a radiator on the cooling line. It includes a pump disposed in and flows the coolant to the electrical components, wherein the plurality of electrical components are arranged in parallel in one section of the cooling line between the outlet of the pump and the inlet of the radiator.

일 실시예에서, 상기 냉각라인은, 상기 펌프의 출구와 연결된 냉각라인 상의 제1 지점에서 제1 유로 및 제2 유로로 분기되고, 상기 라디에이터의 입구와 연결된 냉각라인 상의 제2 지점에서 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로가 결합된 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the cooling line branches into a first flow path and a second flow path at a first point on the cooling line connected to the outlet of the pump, and the first flow path branches at a second point on the cooling line connected to the inlet of the radiator. It is characterized in that the flow path and the second flow path are combined.

일 실시예에서, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로는, 적어도 하나 이상의 전장부품이 직렬로 배치된 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the first flow path and the second flow path include at least one electrical component arranged in series.

일 실시예에서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로 중 어느 하나에 배치되어, 해당 유로를 따라 유입되는 냉각수의 유량을 조절하는 차압 조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the fuel cell system according to the present invention further includes a differential pressure regulator disposed in one of the first flow path and the second flow path to adjust the flow rate of coolant flowing along the corresponding flow path. Do it as

일 실시예에서, 상기 차압 조절기는, 상기 차압 조절기가 배치된 유로에 대응하여 설정된 기준 압력에 따라 차압 조절 밸브를 조절하여 해당 유로로 유입되는 냉각수의 유량을 조절하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the differential pressure regulator is characterized in that it controls the flow rate of coolant flowing into the corresponding flow path by adjusting the differential pressure control valve according to a reference pressure set in response to the flow path in which the differential pressure regulator is disposed.

일 실시예에서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로 상에 배치된 각 전장부품의 입구 냉각수 온도에 따라 상기 차압 조절기를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the fuel cell system according to the present invention further includes a control unit that controls the differential pressure regulator according to the temperature of the inlet coolant of each electrical component disposed on the first flow path and the second flow path. do.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제1 유로 상에 배치된 전장부품 중 적어도 하나의 입구 냉각수 온도가 목표 냉각수 온도를 초과하면, 상기 제1 유로의 냉각수 유량이 증가하도록 상기 차압 조절 밸브의 개도량을 상향 조절하는 제1 제어 신호를 상기 차압 조절기로 송신하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the controller opens the differential pressure control valve to increase the coolant flow rate of the first flow path when the inlet coolant temperature of at least one of the electrical components disposed on the first flow path exceeds the target coolant temperature. A first control signal for upwardly adjusting the volume is transmitted to the differential pressure regulator.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제2 유로 상에 배치된 전장부품 중 적어도 하나의 입구 냉각수 온도가 목표 냉각수 온도를 초과하면, 상기 제1 유로의 냉각수 유량이 감소하도록 상기 차압 조절 밸브의 개도량을 하향 조절하는 제2 제어 신호를 상기 차압 조절기로 송신하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit opens the differential pressure control valve to reduce the coolant flow rate of the first flow path when the inlet coolant temperature of at least one of the electrical components disposed on the second flow path exceeds the target coolant temperature. A second control signal for downwardly adjusting the volume is transmitted to the differential pressure regulator.

일 실시예에서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로 상의 전장부품의 입구에 각각 배치되어 해당 전장부품의 입구 냉각수 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the fuel cell system according to the present invention further includes a temperature sensor disposed at the inlet of the electrical component on the first flow path and the second flow path, respectively, to measure the coolant temperature at the inlet of the corresponding electric component. Do it as

일 실시예에서, 상기 차압 조절기는, 상기 제1 지점과 상기 전장부품 사이의 유로 상에 배치되되, 상기 제1 지점에 가까운 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the differential pressure regulator is disposed on a flow path between the first point and the electrical component, and is disposed close to the first point.

일 실시예에서, 상기 냉각라인은, 상기 제1 지점 및 상기 제2 지점 사이에서 적어도 세 개 이상의 유로로 분기되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the cooling line is branched into at least three flow paths between the first point and the second point.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 열 관리 제어 방법은, 복수 개의 전장부품을 경유하는 냉각수가 순환되는 냉각라인의 일 구간에서 분기된 제1 유로 및 제2 유로 상에 배치된 각 전장부품으로 냉각수를 유동시키는 단계 및 상기 각 전장부품의 입구 냉각수 온도에 따라 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로로 유입되는 냉각수 유량을 조절하는 단계를 포함한다.In addition, the thermal management control method of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a first flow path and a second flow path branched from a section of a cooling line through which coolant circulating through a plurality of electrical components is disposed. It includes flowing coolant to each electrical component and adjusting the flow rate of coolant flowing into the first flow path and the second flow path according to the inlet coolant temperature of each electrical component.

일 실시예에서, 본 발명에 따른 방법은, 상기 제1 유로 및 제2 유로 상에 배치된 각 전장부품의 입구 냉각수 온도를 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the method according to the present invention further includes the step of checking the inlet coolant temperature of each electrical component disposed on the first flow path and the second flow path.

일 실시예에서, 상기 냉각수 유량을 조절하는 단계는, 상기 각 전장부품의 입구 냉각수 온도에 따라 상기 제1 유로 상에 배치된 차압 조절기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the step of controlling the coolant flow rate includes controlling a differential pressure regulator disposed on the first flow path according to the inlet coolant temperature of each electrical component.

일 실시예에서, 상기 차압 조절기를 제어하는 단계는, 상기 제1 유로 상에 배치된 전장부품 중 적어도 하나의 입구 냉각수 온도가 목표 냉각수 온도를 초과하면, 상기 제1 유로의 냉각수 유량이 증가하도록 상기 차압 조절 밸브의 개도량을 상향 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the step of controlling the differential pressure regulator includes: when the inlet coolant temperature of at least one of the electrical components disposed on the first flow path exceeds the target coolant temperature, the coolant flow rate of the first flow path increases. It is characterized in that it includes the step of upwardly adjusting the opening amount of the differential pressure control valve.

일 실시예에서, 상기 차압 조절기를 제어하는 단계는, 상기 제2 유로 상에 배치된 전장부품 중 적어도 하나의 입구 냉각수 온도가 목표 냉각수 온도를 초과하면, 상기 제1 유로의 냉각수 유량이 감소하도록 상기 차압 조절 밸브의 개도량을 하향 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the step of controlling the differential pressure regulator includes: when the inlet coolant temperature of at least one of the electrical components disposed on the second flow path exceeds the target coolant temperature, the coolant flow rate of the first flow path is reduced. It is characterized in that it includes the step of downwardly adjusting the opening amount of the differential pressure control valve.

본 발명의 실시예들에 따르면 열관리 시스템 동작 시 전장품 냉각라인을 병렬로 구성함으로써 전장품 내로 유입되는 냉각수 유량을 목표 유량만큼 확보할 수 있는 효과가 있다.According to embodiments of the present invention, there is an effect of securing the coolant flow rate flowing into the electrical equipment as the target flow rate by configuring the electrical equipment cooling lines in parallel when the thermal management system is operating.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 전장품 냉각라인을 병렬로 구성하는 과정에서 각 전장품의 압력강하 차이로 인한 각 유로 간 유량 불균형을 해소할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to embodiments of the present invention, in the process of configuring electrical equipment cooling lines in parallel, there is an effect of resolving the flow imbalance between each flow path due to the difference in pressure drop of each electrical equipment.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 일부 유로에 차압 조절기를 설치함으로써, 특정 전장품의 컴포넌트 과열 시 차압 조절 밸브를 조절하여 해당 유로의 유량을 증가시킴으로써 전장품의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, according to embodiments of the present invention, by installing a differential pressure regulator in some of the flow paths, the cooling efficiency of the electric equipment can be improved by increasing the flow rate of the corresponding flow path by adjusting the differential pressure control valve when the component of a specific electric equipment overheats. there is.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 다양한 실시예들에 따른 연료전지 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전장품 냉각라인의 연결 관계를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 따른 전장품 냉각라인의 유량 분배 동작에 대한 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전장품 냉각라인의 연결 관계를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어 블록도를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 열 관리 제어 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.
1 is a diagram illustrating a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing a fuel cell system according to another embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram illustrating a fuel cell system according to various further embodiments of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing the connection relationship of cooling lines for electrical equipment according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an embodiment of the flow distribution operation of the electrical equipment cooling line according to FIG. 4.
Figure 6 is a diagram showing the connection relationship of cooling lines for electrical equipment according to another embodiment of the present invention.
Figure 7 is a diagram illustrating a control block diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating the operation flow of a thermal management control method 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 illustrative drawings. When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, when describing embodiments of the present invention, if detailed descriptions of related known configurations or functions are judged to impede understanding of the embodiments of the present invention, the detailed descriptions 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, sequence, or order of the component is not limited by the term. Additionally, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense unless explicitly defined in the present application. No.

도 1 내지 도 3은 다양한 실시예들에 따른 연료전지 시스템을 나타낸 것으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 도시한 도면이고, 도 2 및 도 3은 다른 실시예들에 따른 연료전지 시스템을 도시한 도면이다.1 to 3 show fuel cell systems according to various embodiments. FIG. 1 is a diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 show other embodiments. This is a diagram showing a fuel cell system.

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 is configured such that the first coolant circulates through the fuel cell stack 10 of the vehicle and passes through the first cooling line 110 and power electronic parts 200 of the vehicle. It may include a second cooling line 120 through which a second coolant is circulated. In an embodiment, the fuel cell system may further include a heat exchanger 300 that exchanges heat between the first coolant and the second coolant, 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 냉각라인을 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. 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 coolant may be cooled or heated while circulating through the first connection line 130, the second connection line 150, or the third connection line 140.

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. On the first cooling line 110 through which the first coolant circulates, a fuel cell stack 10, a first valve 20, a first pump 30, a second valve 40, and a first radiator 60 are installed. 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 연료인 수소와 산화제인 공기(산소)가 만나서 물을 생성하는 반응을 일으키는데, 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성될 수 있다. The fuel cell stack 10 (or may be referred to as a 'fuel cell') is a structure capable of producing electricity through a redox reaction of fuel (eg, hydrogen) and an oxidizing agent (eg, air). can be formed. For example, in the fuel cell stack 10, hydrogen as a fuel and air (oxygen) as an oxidizing agent meet to cause a reaction to produce water. At this time, the movement of hydrogen ions causes a flow of electrons through the external conductor, Current can be generated through this flow of 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. 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. The first valve 20 may change the flow path of the first coolant on the first cooling line 110 to the first connection line 130 or the fuel cell stack 10 where the heater 50 is disposed. The first valve 20 may include various valve means that can selectively change the flow path of the first coolant. 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 coolant pumped by the first pump 30 flows in, and a first valve 20. A second port 22 connected to the first cooling line 110 so that the first coolant passing through flows into the fuel cell stack 10, and a third port connected to one end of the first connection line 130 ( 23) may be included. By opening and closing the second port 22 and the third port 23 of the first valve 20, the flow path of the first coolant is connected to the heater 50 or the fuel cell stack 10 of the first connection line 130. can be converted to

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. The first connection line 130 may form a heating loop (heating circulation path) with the first cooling line 110 to heat the first coolant. For example, the first coolant flowing along the first connection line 130 may be heated while passing through the heater 50 installed in the first connection line 130.

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 set to forcibly flow the first coolant. The first pump 30 may include various means for pumping the first coolant, 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. 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 change the flow path of the first coolant 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 is connected to one end of the third connection line 140. And it may be connected to the outlet of the first radiator 60. The second valve 40 may include various valve means that can selectively switch 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 connected to the first port 41 connected to the third connection line 140, and the first cooling line 110 so that the first coolant passing through the first radiator 60 flows in. ) and a third port 44 connected to the first cooling line 110 so that the first coolant flows into the first pump 30, and a second port 44 that 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. By opening and closing the first port 41 or the second port 42 of the second valve 40, the flow path of the first coolant can be switched to the first radiator 60 or the fuel cell stack 10. Depending on the opening amount of the second valve 40, part of the first coolant may pass through the first radiator 60 and the remaining part may flow along the third connection line 140.

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. The second connection line 150 may be provided with an ion filter 95 that filters ions of the first coolant that has passed through the air conditioning unit 90. If the electrical conductivity of the first coolant increases due to corrosion or exudation of the system, electricity flows into the first coolant, causing a problem in which the fuel cell stack 10 is short-circuited or current flows toward the first coolant. , the first coolant must be able to maintain low electrical conductivity. The ion filter 95 may be set to remove ions contained in the first coolant so that the electrical conductivity of the first coolant can be maintained below a certain level.

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 coolant. As an 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 coolant 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 coolant, 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 where the first coolant 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. The fuel cell system includes a first temperature sensor 112 that measures the temperature of the first coolant between the fuel cell stack 10 and the first point (the first valve 20), and another sensor of the first connection line 130. It includes a second temperature sensor 114 that measures the temperature of the first coolant between one end and the first pump 30, and a third temperature sensor 116 that measures the temperature of the first coolant in the heater 50. can do. The fuel cell system determines the inflow rate of the first coolant flowing into the fuel cell stack 10 based on the temperature measured by the first temperature sensor 112, the second temperature sensor 114, and the third temperature sensor 116. can be controlled. For example, if the measured temperature of the first coolant circulating along the first cooling line 110 is lower than a preset target temperature, the inflow rate of the first coolant may be controlled to be lower than the preset set flow rate.

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. The second cooling line 120 is configured to pass through the vehicle's electrical components 200, and the second coolant can circulate along the second cooling line 120. Here, the electrical components 200 of the vehicle can be understood as components that use the vehicle's power source as an energy source, and the present invention is not limited or limited by the type and number of the electrical components 200.

일 예로, 전장부품(200)은 연료전지 스택(10)으로 공급되는 공기를 압축하는 공기압축기(air compressor, ACP), 연료전지 스택(10)과 차량의 고전압 배터리(미도시) 사이에 구비되는 BHDC(bi-directional high voltage DC-DC converter), 연료전지 스택(10)의 구동을 위한 외기를 공급하는 블로어(미도시)를 제어하는 BPCU(blower pump control unit), 에어쿨러(air cooler), 고전압 배터리에서 공급받은 직류 고전압을 직류 저전압으로 변환하는 LDC(low-voltage DC-DC converter) 및 DC-DC 벅/부스트(buck/boost) 컨버터 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 그 외에도 여러 가지 부품들이 포함될 수 있다. As an example, the electrical components 200 include an air compressor (ACP) that compresses the air supplied to the fuel cell stack 10, and an air compressor (ACP) provided between the fuel cell stack 10 and the vehicle's high-voltage battery (not shown). BHDC (bi-directional high voltage DC-DC converter), BPCU (blower pump control unit) that controls a blower (not shown) that supplies external air for driving the fuel cell stack 10, air cooler, It may include at least one of a low-voltage DC-DC converter (LDC) and a DC-DC buck/boost converter that converts high-voltage direct current supplied from a high-voltage battery into low-voltage direct current, and various other components. may be included.

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 may be disposed on the second cooling line 120 to forcibly flow the second coolant. The second pump 205 may include a pumping means capable of pumping the second coolant, 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 may be disposed on the second cooling line 120 to cool the second coolant. The second radiator 70 may be formed in various structures capable of cooling the second coolant, 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 where the second coolant 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 cooled simultaneously by one cooling fan 80 as shown in FIG. 1. For example, the first radiator 60 and the second radiator 70 are arranged 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 allowing the first radiator 60 and the second radiator 70 to be cooled simultaneously 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 2에 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 2의 연료전지 시스템 구조에 적용될 수 있다. In another embodiment, as shown in FIG. 2, the first cooling fan 80 for cooling the first radiator 60 and the second cooling fan 85 for cooling the second radiator 70 are arranged separately. It can be. In this case, the fuel cell system may exclude parameters related to the thermal load of the electrical component 200 when controlling the rotation speed of the first cooling fan 80. The embodiments described below are based on the fuel cell system structure of FIG. 1, but the same principles can be applied to the fuel cell system structure of FIG. 2.

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. Referring again to FIG. 1, the heat exchanger 300 may be set to exchange heat between the first coolant and the second coolant. When the heat exchanger 300 is included, the first cooling line 110 and the second cooling line 120 form a TMS (thermal management system) line through which the first coolant and the second coolant can flow while performing heat exchange. It can be configured, and in this case, the first coolant or the second coolant can be used as a coolant (cooling medium) or heat medium on the TMS line. For example, since the temperature of the second coolant that cools the electrical components is relatively lower than the temperature of the first coolant that cools the fuel cell stack 10, the fuel cell system exchanges heat between the first coolant and the second coolant. By doing so, the temperature of the first coolant 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. Beneficial effects can be achieved by improving

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℃ 높게 형성될 수 있으며, 열교환기(300)를 통과(제2 냉각수와 열교환)한 제1 냉각수의 제3 온도는 제1 온도보다 1℃ 낮게 형성될 수 있다. In an 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 connected to the heat exchanger ( The outlet of the second radiator 70 and the electrical components can be connected via 300). For example, the first coolant may flow along the heat exchanger 300 connected to the first cooling line 110, and the second cooling line 120 is exposed to the first coolant (e.g., the first coolant It may pass through the interior of the heat exchanger 300 to flow along the circumference of the second cooling line 120. In this way, the fuel cell system can lower the temperature of the first coolant flowing into the fuel cell stack 10 by mutual heat exchange between the first coolant and the second coolant. The first temperature of the first coolant passing through the first radiator 60 is higher than the second temperature of the second coolant passing through the second radiator 70, and the first temperature of the first coolant passing through the heat exchanger 300 is higher than the second temperature of the second coolant passing through the heat exchanger 300. The third temperature may be formed lower than the first temperature. For example, the first temperature of the first coolant may be approximately 10°C higher than the second temperature of the second coolant, and the third temperature of the first coolant passing through the heat exchanger 300 (heat exchanged with the second coolant) may be formed to be 1°C lower than the first temperature.

도 1 내지 도 2에 따른 열교환기(300)는 제1 라디에이터(60)와 별도로 배치되지만, 다른 실시예에서 열교환기(300)는 도 3에 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. The heat exchanger 300 according to FIGS. 1 and 2 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. 3. there is. For example, the heat exchanger 300 may be connected to a designated location (upper left portion) of the first radiator 60, but is not limited thereto.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 냉각라인의 전장품 배치 구조를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4에 따른 제2 냉각라인의 유량 분배 동작에 대한 실시예를 도시한 도면이다. 또한, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 냉각라인의 전장품 배치 구조를 도시한 도면이다.Figure 4 is a diagram showing the arrangement structure of electrical components of the second cooling line according to an embodiment of the present invention, and Figure 5 is a diagram showing an embodiment of the flow distribution operation of the second cooling line according to Figure 4. In addition, Figure 6 is a diagram showing the arrangement structure of electrical components in the second cooling line according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 제2 냉각라인 상의 제2 라디에이터(70)가 제2 냉각수를 냉각시키면, 제2 펌프(205)가 제2 라디에이터(70)에 의해 냉각된 제2 냉각수를 강제적으로 유동시켜 전장부품(200)으로 유입되도록 한다. 여기서, 제2 펌프(205)의 입구는 제2 냉각수가 제2 펌프(205에 유입되는 입구로 정의될 수 있다. 또한, 제2 펌프(205)의 출구는 제2 펌프(205)를 통과한 제2 냉각수가 배출되는 출구로 정의될 수 있다.Referring to FIG. 4, when the second radiator 70 on the second cooling line cools the second coolant, the second pump 205 forces the second coolant cooled by the second radiator 70 to flow. Let it flow into the electrical components (200). Here, the inlet of the second pump 205 may be defined as the inlet through which the second coolant flows into the second pump 205. In addition, the outlet of the second pump 205 is the inlet through which the second coolant flows into the second pump 205. It can be defined as an outlet through which the second coolant is discharged.

전장부품(200)은 제2 펌프(205)의 출구와 제2 라디에이터(70)의 입구 사이에서 제2 냉각라인(120)에 연결될 수 있다. 일 예로, 전장부품(200)은 공기압축기(ACP)(220), BHDC(230), 에어쿨러(ACL)(240), 컨버터(DC-DC converter)(250) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The electrical component 200 may be connected to the second cooling line 120 between the outlet of the second pump 205 and the inlet of the second radiator 70. As an example, the electrical component 200 may include at least one of an air compressor (ACP) 220, a BHDC (230), an air cooler (ACL) 240, and a converter (DC-DC converter) 250. .

제2 냉각라인(120)은 제2 펌프(205)의 출구 이후의 제1 지점에서 복수 개의 유로, 예를 들어, 제1 유로(410) 및 제2 유로(420)로 분기되고, 복수 개의 유로는 제2 라디에이터(70)의 입구 이전의 제2 지점에서 결합될 수 있다.The second cooling line 120 branches into a plurality of flow paths, for example, a first flow path 410 and a second flow path 420, at a first point after the outlet of the second pump 205, and includes a plurality of flow paths. Can be coupled at a second point before the inlet of the second radiator 70.

이에, 복수 개의 전장부품(200)은 제1 유로(410) 및 제2 유로(420) 중 어느 하나에 배치될 수 있다. 이때, 복수 개의 전장부품(200)은 제1 유로(410) 및 제2 유로(420)에 고르게 분산되어 각각 병렬 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 유로(410) 상에는 공기압축기(ACP)(220) 및 BHDC(230)가 배치되고, 제2 유로(420) 상에는 에어쿨러(ACL)(240) 및 컨버터(250)가 배치될 수 있다. 도 4의 실시예에서는 네 개의 전장부품(200)을 배치할 실시예를 도시하였으나, 그 수와 종류가 어느 하나에 한정되는 것은 아니다.Accordingly, the plurality of electrical components 200 may be disposed in either the first flow path 410 or the second flow path 420. At this time, the plurality of electrical components 200 may be evenly distributed in the first flow path 410 and the second flow path 420 and arranged in parallel, respectively. As an example, an air compressor (ACP) 220 and a BHDC 230 will be placed on the first flow path 410, and an air cooler (ACL) 240 and a converter 250 will be placed on the second flow path 420. You can. Although the embodiment of FIG. 4 shows an embodiment in which four electrical components 200 are arranged, the number and type are not limited to any one.

제1 유로(410) 및 제2 유로(420) 중 어느 하나에는 차압 조절기(210)가 추가로 구비될 수 있다. 일 예로, 차압 조절기(210)는 제1 유로(410) 상에 구비될 수 있다. 이때, 차압 조절기(210)는 제2 냉각라인(120)에서 제1 유로(410)로 분기되는 지점과 전장부품(200) 사이에 배치될 수 있다. 여기서, 차압 조절기(210)는 제1 유로(410)와 제2 유로(420) 간 유량 분배를 원활하게 할 수 있도록, 제2 냉각라인(120)에서 제1 유로(410)로 분기되는 지점에 가까운 위치에 배치될 수 있다.A differential pressure regulator 210 may be additionally provided in either the first flow path 410 or the second flow path 420. As an example, the differential pressure regulator 210 may be provided on the first flow path 410. At this time, the differential pressure regulator 210 may be disposed between the point where the second cooling line 120 branches off to the first flow path 410 and the electrical component 200. Here, the differential pressure regulator 210 is located at a point where the second cooling line 120 branches off into the first flow path 410 to facilitate flow distribution between the first flow path 410 and the second flow path 420. It can be placed in a nearby location.

차압 조절기(210)는 초기 동작 시 차압 조절 밸브를 100% 개도할 수 있으나, 제1 유로(410)와 제2 유로(420) 간 냉각수의 균등 분배를 위하여 사전에 설정된 기준 압력에 따라 차압 조절 밸브를 조절할 수 있다.The differential pressure regulator 210 may open the differential pressure control valve 100% during initial operation, but the differential pressure control valve may be opened according to a preset reference pressure for equal distribution of coolant between the first flow path 410 and the second flow path 420. can be adjusted.

일 예로, 차압 조절기(210)는 제1 유로(410) 상에 설치되어 있기 때문에, 제1 유로(410)에 대해 사전에 정의된 기준 압력에 따라 차압 조절 밸브를 조절하면, 제2 냉각라인(120)을 통해 유입된 냉각수 중 차압 조절기(210)에 의해 조절된 양의 냉각수가 제1 유로(410)로 유입되고, 나머지 냉각수가 제2 유로(420)로 유입될 수 있다.As an example, since the differential pressure regulator 210 is installed on the first flow path 410, when the differential pressure control valve is adjusted according to the predefined reference pressure for the first flow path 410, the second cooling line ( Among the coolant flowing in through 120), the amount of coolant adjusted by the differential pressure regulator 210 may flow into the first flow path 410, and the remaining coolant may flow into the second flow path 420.

도 5에 도시된 바와 같이, 제2 냉각라인(120)을 따라 제2 펌프(205)를 통해 유입된 냉각수의 유량이 K [LPM]이라 가정했을 때, 제1 유로(410)의 기준 압력(PA)은 A [bar]이고, 제2 유로(420)의 기준 압력(PB)은 B [bar]와 같이 정의될 수 있다.As shown in FIG. 5, assuming that the flow rate of the coolant flowing through the second pump 205 along the second cooling line 120 is K [LPM], the reference pressure of the first flow path 410 ( P A ) is A [bar], and the reference pressure (P B ) of the second flow path 420 may be defined as B [bar].

따라서, 차압 조절기(210)는 제1 유로(410)를 통해 냉각수가 유입되면, 제1 유로(410)로 유입되는 냉각수의 압력이 A [bar]가 되도록 차압 조절 밸브를 조절한다. 이에 따라, 제1 유로(410)에는 'K x B / ( A+B )'만큼의 냉각수가 유입되며, 제1 유로(410)로 유입된 냉각수는 제1 유로(410)를 따라 공기압축기(ACP)(220) 및 BHDC(230)로 유입될 수 있다.Accordingly, when coolant flows in through the first flow path 410, the differential pressure regulator 210 adjusts the differential pressure control valve so that the pressure of the coolant flowing into the first flow path 410 is A [bar]. Accordingly, the amount of coolant flowing into the first flow path 410 is 'K It can flow into ACP) (220) and BHDC (230).

한편, 제2 유로(420)에는 차압 조절기(210)에 의해 제1 유로(410)의 압력이 조절됨에 따라 'K x A / ( A+B )'만큼의 냉각수가 유입되며, 제2 유로(420)로 유입된 냉각수는 제2 유로(420)를 따라 에어쿨러(ACL)(240) 및 컨버터(250)로 유입될 수 있다.Meanwhile, as the pressure of the first flow path 410 is adjusted by the differential pressure regulator 210, coolant as much as 'K x A / (A + B)' flows into the second flow path 420, and the second flow path ( The coolant flowing into 420) may flow into the air cooler (ACL) 240 and the converter 250 along the second flow path 420.

연료전지 시스템은 열관리 시스템 작동 시 각 전장부품(200)의 입구 냉각수 온도를 확인할 수 있다. 일 예로, 각 전장부품(200)의 입구 냉각수 온도는 각 전장부품(200)의 냉각수가 유입되는 입구에 설치된 온도센서로부터 수신될 것일 수 있다.The fuel cell system can check the inlet coolant temperature of each electrical component 200 when the thermal management system is operating. As an example, the inlet coolant temperature of each electrical component 200 may be received from a temperature sensor installed at the inlet through which the coolant flows into each electrical component 200.

연료전지 시스템은 각 전장부품(200)의 입구 냉각수 온도에 기초하여 일부 또는 전체 유로의 유량 조절이 필요한지를 판단할 수 있다. 일 예로, 연료전지 시스템은 제1 유로(410) 상에 배치된 전장부품(200) 중 적어도 하나로부터 확인된 입구 냉각수 온도가 목표 냉각수 온도를 초과하는 경우, 제1 유로(410) 상에 설치된 차압 조절기(210)의 차압 조절 밸브 개도량을 소정량 증가시킨다. 차압 조절 밸브의 개도량을 소정량 증가시키면, 제1 유로(410)를 따라 유입되는 냉각수 유량이 증가하면서 제1 유로(410) 상 전장부품의 입구 냉각수 온도를 목표 냉각수 온도 이하로 하강시키는 것이 가능하게 된다.The fuel cell system can determine whether flow rate adjustment of some or all flow paths is necessary based on the inlet coolant temperature of each electrical component 200. As an example, when the inlet coolant temperature confirmed from at least one of the electrical components 200 disposed on the first flow path 410 exceeds the target coolant temperature, the fuel cell system operates under a differential pressure installed on the first flow path 410. The opening amount of the differential pressure control valve of the regulator 210 is increased by a predetermined amount. By increasing the opening amount of the differential pressure control valve by a predetermined amount, the coolant flow rate flowing in along the first flow path 410 increases, making it possible to lower the inlet coolant temperature of the electrical components on the first flow path 410 to below the target coolant temperature. I do it.

한편, 연료전지 시스템은 제2 유로(420) 상에 배치된 전장부품(200) 중 적어도 하나로부터 확인된 입구 냉각수 온도가 목표 냉각수 온도를 초과하는 경우, 제1 유로(410) 상에 설치된 차압 조절기(210)의 차압 조절 밸브 개도량을 소정량 감소시킨다. 차압 조절 밸브의 개도량을 소정량 감소시키면, 제1 유로(410)를 따라 유입되는 냉각수 유량이 감소하게 되고, 이로 인해 제2 유로(420)를 따라 유입되는 냉각수 유량이 증가하면서 제2 유로(420) 상 전장부품(200)의 입구 냉각수 온도를 목표 냉각수 온도 이하로 하강시키는 것이 가능하게 된다.Meanwhile, when the inlet coolant temperature confirmed from at least one of the electrical components 200 disposed on the second flow path 420 exceeds the target coolant temperature, the fuel cell system uses a differential pressure regulator installed on the first flow path 410. Reduce the opening amount of the differential pressure control valve (210) by a predetermined amount. When the opening amount of the differential pressure control valve is reduced by a predetermined amount, the flow rate of coolant flowing in along the first flow path 410 decreases, and as a result, the flow rate of coolant flowing in along the second flow path 420 increases and the flow rate of coolant flowing in along the second flow path 420 increases. 420) It is possible to lower the inlet coolant temperature of the upper electrical component 200 to below the target coolant temperature.

여기서, 전장부품(200)을 하나의 유로 상에 직렬로 배치하는 경우, 해당 유로를 따라 이동하는 냉각수가 전장부품(200)을 통과할 때마다 냉각수 유량에 대한 압력 손실이 발생한다.Here, when the electrical components 200 are arranged in series on one flow path, a pressure loss relative to the coolant flow rate occurs every time the coolant moving along the corresponding flow path passes through the electrical components 200.

한편, 전장부품(200)을 복수 개의 유로에 분산하여 병렬 배치하는 경우, 하나의 유로에 직렬 배치되는 전장부품(200)의 수를 줄임으로써 냉각수 유량에 대한 압력 손실을 최소화할 수 있으며, 이로 인해 제2 냉각라인(120)을 따라 이동하는 전체 냉각수 유량의 압력 강하량을 낮출 수 있다. 이와 같이, 전체 냉각수 유량의 압력 강하량을 낮추는 경우, 전체 시스템의 동수통수저항을 감소시키고, 동일 성능의 제2 펌프(205)를 이용하여 더 높은 압력의 유량을 가져갈 수 있으므로 제2 냉각라인(120) 상의 펌프 효율이 상승할 뿐만 아니라, 최대 유량값을 증가시킬 수 있는 효과가 있다. 이로 인해 전장부품(200)의 냉각 성능이 안정적으로 보장될 수 있다. On the other hand, when the electrical components 200 are distributed and arranged in parallel across a plurality of passages, the pressure loss due to the coolant flow rate can be minimized by reducing the number of electrical components 200 arranged in series in one passage. The pressure drop of the total coolant flow rate moving along the second cooling line 120 can be reduced. In this way, when the pressure drop of the entire coolant flow rate is lowered, the hydraulic water flow resistance of the entire system is reduced, and a higher pressure flow rate can be achieved by using the second pump 205 of the same performance, so the second cooling line 120 ) Not only does the pump efficiency increase, but it also has the effect of increasing the maximum flow rate. As a result, the cooling performance of the electrical component 200 can be stably guaranteed.

도 4의 실시예에서 제2 냉각라인(120)은 두 개의 유로, 즉, 제1 유로(410) 및 제2 유로(420)로 분기되었으나, 다른 실시예에서 제2 냉각라인(120)은 도 6에 도시된 바와 같이 세 개의 유로, 즉, 제1 유로(410), 제2 유로(420) 및 제3 유로(430)로 분기될 수도 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 실시 형태에 따라 더 많은 유로로 분기될 수도 있다. 이 경우, 전장부품(200)은 공기압축기(ACP)(220), BHDC(230), 에어쿨러(ACL)(240) 및 컨버터(250) 외에 BPCU(260), LDC(270) 등을 더 포함할 수 있다.In the embodiment of FIG. 4, the second cooling line 120 is branched into two flow paths, that is, the first flow path 410 and the second flow path 420, but in another embodiment, the second cooling line 120 is divided into two flow paths. As shown in Figure 6, it may be branched into three flow paths, that is, a first flow path 410, a second flow path 420, and a third flow path 430. However, it is not limited to this, and may branch into more flow paths depending on the embodiment. In this case, the electrical components 200 further include an air compressor (ACP) 220, a BHDC (230), an air cooler (ACL) 240, and a converter 250, as well as a BPCU (260) and an LDC (270). can do.

도 6에 도시된 바와 같이, 제2 냉각라인(120)이 세 개의 유로로 분기되는 경우에는 두 개의 유로에 차압 조절기(210, 215)가 각각 설치될 수도 있다. 일 예로, 제1 유로(410)에 제1 차압 조절기(210)가 설치되고, 제3 유로(430)(또는 제2 유로(420))에 제2 차압 조절기(215)가 설치될 수 있다.As shown in FIG. 6, when the second cooling line 120 is branched into three flow paths, differential pressure regulators 210 and 215 may be installed in each of the two flow paths. For example, a first differential pressure regulator 210 may be installed in the first flow path 410, and a second differential pressure regulator 215 may be installed in the third flow path 430 (or the second flow path 420).

이 경우, 제1 및 제2 차압 조절기((210, 215)는, 도 4의 실시예와 마찬가지로, 제2 냉각라인(120)에서 제1 유로(410) 및 제3 유로(430)로 분기되는 지점과 전장부품(200) 사이에 배치될 수 있다. In this case, the first and second differential pressure regulators (210, 215) branch from the second cooling line 120 to the first flow path 410 and the third flow path 430, similar to the embodiment of FIG. It can be placed between the point and the electrical component 200.

여기서, 제1 및 제2 차압 조절기(210, 215)는 제1 유로(410) 내지 제3 유로(430) 간 유량 분배를 원활하게 할 수 있도록, 제2 냉각라인(120)에서 제1 유로(410) 및 제3 유로(430)로 분기되는 지점에 가까운 위치에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 차압 조절기(210, 215)는 초기 동작 시 차압 조절 밸브를 100% 개도할 수 있으나, 제1 유로(410) 내지 제3 유로(430) 간 냉각수의 균등 분배를 위하여 사전에 설정된 균등 분배 기준치에 따라 차압 조절 밸브를 조절할 수 있다.Here, the first and second differential pressure regulators 210 and 215 are connected to the first flow path ( 410) and may be placed close to the point where it branches off into the third flow path 430. The first and second differential pressure regulators 210, 215 can open the differential pressure control valve 100% during initial operation, but in order to equalize the distribution of coolant between the first flow path 410 and the third flow path 430, The differential pressure control valve can be adjusted according to the equal distribution standard.

일 예로, 제1 차압 조절기(210)는 제1 유로(410)에 대해 사전에 정의된 기준 압력에 따라 차압 조절 밸브를 조절한다. 또한, 제2 차압 조절기(215)는 제3 유로(430)에 대해 사전에 정의된 기준 압력에 따라 차압 조절 밸브를 조절한다. 이때, 제2 냉각라인(120)을 통해 유입된 냉각수 중 제1 및 제2 차압 조절기(210, 215)에 의해 조절된 양의 냉각수가 제1 유로(410) 및 제3 유로(430)로 유입되고, 나머지 냉각수가 제2 유로(420)로 유입될 수 있다.As an example, the first differential pressure regulator 210 adjusts the differential pressure control valve according to a predefined reference pressure for the first flow path 410. Additionally, the second differential pressure regulator 215 adjusts the differential pressure control valve according to a predefined reference pressure for the third flow path 430. At this time, among the coolant flowing through the second cooling line 120, the amount of coolant adjusted by the first and second differential pressure regulators 210 and 215 flows into the first flow path 410 and the third flow path 430. And, the remaining coolant may flow into the second flow path 420.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어 블록도를 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 복수의 온도 센서(711~719) 및 제어부(720)를 포함할 수 있다.Figure 7 is a diagram illustrating a control block diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, the fuel cell system according to the present invention may include a plurality of temperature sensors 711 to 719 and a control unit 720.

여기서, 복수의 온도 센서(711~719)는 각 전장부품(200)의 입구에 배치되어, 해당 위치에서 해당 전장부품(200)의 입구 냉각수 온도를 측정하는 센서일 수 있다. 각각의 온도 센서(711~719)는 전장부품(200)의 입구 냉각수 온도가 측정되면, 측정된 온도 정보를 제어부(720)로 송신할 수 있다.Here, the plurality of temperature sensors 711 to 719 may be disposed at the inlet of each electrical component 200 and may be sensors that measure the temperature of the coolant at the inlet of the electrical component 200 at the corresponding location. When the temperature of the inlet coolant of the electrical component 200 is measured, each of the temperature sensors 711 to 719 may transmit the measured temperature information to the control unit 720.

제어부(720)는 프로세서(processor)나 CPU(central processing unit)와 같은 하드웨어 장치이거나, 또는 프로세서에 의하여 구현되는 프로그램일 수 있다. 제어부(720)는 연료전지 시스템의 각 구성들과 연결되어 연료전지 시스템의 열관리 시스템 운영에 관한 전반적인 기능을 수행할 수 있다.The control unit 720 may be a hardware device such as a processor or central processing unit (CPU), or a program implemented by the processor. The control unit 720 is connected to each component of the fuel cell system and can perform overall functions related to the operation of the thermal management system of the fuel cell system.

제어부(720)는 복수의 온도 센서(711~719)로부터 각각 수신된 전장부품(200)의 입구 냉각수 온도에 따라 연료전지 시스템의 열 관리 제어를 위한 동작을 결정할 수 있다.The control unit 720 may determine an operation for thermal management control of the fuel cell system according to the inlet coolant temperature of the electrical component 200 received from each of the plurality of temperature sensors 711 to 719.

일 예로, 제어부(720)는 제2 냉각라인(120)을 따라 이동하는 냉각수가 복수 개의 유로, 예를 들어, 제1 유로(410) 및 제2 유로(420)로 분기되는 경우, 각 전장부품(200)의 입구 냉각수 온도에 기초하여 일부 또는 전체 유로의 유량 조절이 필요한지를 판단할 수 있다. As an example, the control unit 720 controls each electrical component when the coolant moving along the second cooling line 120 branches into a plurality of flow paths, for example, the first flow path 410 and the second flow path 420. Based on the inlet coolant temperature of (200), it can be determined whether the flow rate of some or all flow paths needs to be adjusted.

제어부(720)는 제1 유로(410) 상에 배치된 전장부품(200) 중 적어도 하나로부터 확인된 입구 냉각수 온도가 목표 냉각수 온도를 초과하는 경우, 제1 유로(410) 상에 설치된 차압 조절기(210)의 차압 조절 밸브 개도량을 소정량 증가시키도록 제어할 수 있다. 이때, 제어부(720)는 차압 조절 밸브의 개도량을 상향 조절하는 제1 제어 신호를 차압 조절기(210)로 송신할 수 있다. 이에, 차압 조절기(210)는 제어부(720)로부터의 제1 제어 신호에 기초하여 차압 조절 밸브의 개도량을 소정량 상향 조절할 수 있다. 여기서, 차압 조절 밸브의 개도량을 소정량 상향 조절하면, 제1 유로(410)를 따라 유입되는 냉각수 유량이 증가하면서 제1 유로(410) 상 전장부품의 입구 냉각수 온도를 목표 냉각수 온도 이하로 하강시키는 것이 가능하게 된다.When the inlet coolant temperature confirmed from at least one of the electrical components 200 disposed on the first flow path 410 exceeds the target coolant temperature, the control unit 720 operates a differential pressure regulator installed on the first flow path 410 ( 210) can be controlled to increase the opening amount of the differential pressure control valve by a predetermined amount. At this time, the control unit 720 may transmit a first control signal that upwardly adjusts the opening amount of the differential pressure control valve to the differential pressure regulator 210. Accordingly, the differential pressure regulator 210 may adjust the opening amount of the differential pressure control valve upward by a predetermined amount based on the first control signal from the control unit 720. Here, when the opening amount of the differential pressure control valve is adjusted upward by a predetermined amount, the coolant flow rate flowing in along the first flow path 410 increases and the inlet coolant temperature of the electrical components on the first flow path 410 is lowered to below the target coolant temperature. It becomes possible to do so.

한편, 제어부(720)는 제2 유로(420) 상에 배치된 전장부품(200) 중 적어도 하나로부터 확인된 입구 냉각수 온도가 목표 냉각수 온도를 초과하는 경우, 제1 유로(410) 상에 설치된 차압 조절기(210)의 차압 조절 밸브 개도량을 하향 조절하는 제2 제어 신호를 차압 조절기(210)로 송신할 수 있다. 이에, 차압 조절기(210)는 제어부(720)로부터의 제2 제어 신호에 기초하여 차압 조절 밸브의 개도량을 소정량 하향 조절할 수 있다. 여기서, 차압 조절 밸브의 개도량을 소정량 하향 조절하면, 제1 유로(410)를 따라 유입되는 냉각수 유량이 감소하게 되고, 이로 인해 제2 유로(420)를 따라 유입되는 냉각수 유량이 증가하면서 제2 유로(420) 상 전장부품의 입구 냉각수 온도를 목표 냉각수 온도 이하로 하강시키는 것이 가능하게 된다.Meanwhile, when the inlet coolant temperature confirmed from at least one of the electrical components 200 disposed on the second flow path 420 exceeds the target coolant temperature, the control unit 720 controls the differential pressure installed on the first flow path 410. A second control signal that downwardly adjusts the opening amount of the differential pressure control valve of the regulator 210 may be transmitted to the differential pressure regulator 210 . Accordingly, the differential pressure regulator 210 may adjust the opening amount of the differential pressure control valve downward by a predetermined amount based on the second control signal from the control unit 720. Here, when the opening amount of the differential pressure control valve is adjusted downward by a predetermined amount, the flow rate of coolant flowing in along the first flow path 410 decreases, and as a result, the flow rate of coolant flowing in along the second flow path 420 increases and the flow rate of coolant flowing in along the second flow path 420 increases. 2 It is possible to lower the inlet coolant temperature of the electrical components on the flow path 420 to below the target coolant temperature.

물론, 도 6의 실시예와 같이, 제2 냉각라인(120)이 세 개 또는 그 이상의 유로로 분기된 경우, 제어부(720)는 각 유로 상황에 맞는 제어 신호를 생성하여 각각의 차압 조절기(210)로 송신할 수도 있다.Of course, as in the embodiment of FIG. 6, when the second cooling line 120 is branched into three or more flow paths, the control unit 720 generates a control signal appropriate for each flow path situation to control each differential pressure regulator 210. ) can also be sent.

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

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 열 관리 제어 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating the operation flow of a thermal management control method of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 연료전지 시스템은 열관리 시스템이 작동 온(ON) 상태가 되면(S110), 초기 동작 시 제2 냉각라인(120) 상의 전장부품(200)의 냉각을 위해 차압 조절 밸브를 100% 개도한다(S120).Referring to FIG. 8, when the thermal management system is turned on (S110), the fuel cell system operates the differential pressure control valve at 100 to cool the electrical components 200 on the second cooling line 120 during initial operation. % opens (S120).

이후, 연료전지 시스템은 제2 펌프(205)에 의해 제1 유로(410)와 제2 유로(420)로 유입되는 냉각수의 균등 분배를 위하여 사전에 설정된 기준 압력에 따라 차압 조절 밸브를 통한 유량 분배를 조절한다(S130). 일 예로, 연료전지 시스템은 제1 유로(410)의 기준 압력을 A[bar]로 조절하고, 제2 유로(420)의 기준 압력을 B[bar]로 조절하기 위하여, 제1 유로(410) 상에 설치된 차압 조절기(210)의 차압 조절 밸브를 제어할 수 있다.Thereafter, the fuel cell system distributes the flow rate through a differential pressure control valve according to a preset reference pressure in order to equally distribute the coolant flowing into the first flow path 410 and the second flow path 420 by the second pump 205. Adjust (S130). As an example, the fuel cell system adjusts the reference pressure of the first flow path 410 to A [bar] and the standard pressure of the second flow path 420 to B [bar]. It is possible to control the differential pressure control valve of the differential pressure regulator 210 installed on the top.

연료전지 시스템은 제1 유로(410) 및 제2 유로(420)를 따라 냉각수가 유입되는 동안 제1 유로(410) 및 제2 유로(420) 상의 각 전장부품의 입구 냉각수 온도를 확인한다(S140). 'S140' 과정에서, 연료전지 시스템은 각 유로의 전장부품(200)의 입구에 설치된 온도 센서(711~719)로부터 수신된 온도 정보에 기초하여 각 전장부품(200)의 입구 냉각수 온도를 확인할 수 있다.The fuel cell system checks the inlet coolant temperature of each electrical component on the first flow path 410 and the second flow path 420 while the coolant flows in along the first flow path 410 and the second flow path 420 (S140) ). In the 'S140' process, the fuel cell system can check the inlet coolant temperature of each electrical component 200 based on the temperature information received from the temperature sensors 711 to 719 installed at the inlet of the electrical component 200 of each flow path. there is.

연료전지 시스템은 'S140' 과정에서 확인한 각 전장부품(200)의 입구 냉각수 온도가 목표 냉각수 온도를 초과하는지를 판단할 수 있다.The fuel cell system can determine whether the inlet coolant temperature of each electrical component 200 confirmed in the 'S140' process exceeds the target coolant temperature.

먼저, 연료전지 시스템은 제1 유로(410) 내 적어도 하나의 전장부품(200)의 입구 냉각수 온도가 목표 냉각수 온도를 초과하는 것으로 확인되면(S150), 제1 유로(410) 상의 냉각수 유량이 증가할 수 있도록 제1 유로(410) 상의 차압 조절 밸브의 개도량을 증가시킨다(S160). 한편, 연료전지 시스템은 제2 유로(420) 내 적어도 하나의 전장부품(200)의 입구 냉각수 온도가 목표 냉각수 온도를 초과하는 것으로 확인되면(S170), 제2 유로(420) 상의 냉각수 유량이 증가할 수 있도록 제1 유로(410) 상의 차압 조절 밸브의 개도량을 감소시킨다(S180).First, when the fuel cell system determines that the inlet coolant temperature of at least one electrical component 200 within the first flow path 410 exceeds the target coolant temperature (S150), the coolant flow rate on the first flow path 410 increases. The opening amount of the differential pressure control valve on the first flow path 410 is increased (S160). Meanwhile, when the fuel cell system determines that the inlet coolant temperature of at least one electrical component 200 within the second flow path 420 exceeds the target coolant temperature (S170), the coolant flow rate on the second flow path 420 increases. The opening amount of the differential pressure control valve on the first flow path 410 is reduced (S180).

여기서, 제1 유로(410) 및 제2 유로(420)는 도 4의 실시예에서와 같이 제2 냉각라인(120)이 분기된 것으로, 제1 유로(410) 및 제2 유로(420)에는 각각 전장부품(200)이 병렬로 배치될 수 있다.Here, the first flow path 410 and the second flow path 420 are branches of the second cooling line 120 as in the embodiment of FIG. 4, and the first flow path 410 and the second flow path 420 have Each electrical component 200 may be arranged in parallel.

이와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 제2 냉각라인(120)을 통해 이동하는 냉각수를 이용하여 전장부품(200)을 냉각시키는 경우, 유로를 분기하여 전장부품(200)을 병렬로 배치함으로써 냉각수 유량의 압력 감소를 최소화하고, 차압 조절기(210)를 이용하여 각 유로마다 유량을 균등 분배하거나, 혹은 추가 냉각이 필요한 유로에 냉각수 유량을 과분배함으로써 전장부품(200)의 냉각 효율을 증대시킬 수 있다.As such, when the fuel cell system according to the present invention cools the electrical components 200 using coolant moving through the second cooling line 120, the electrical components 200 are arranged in parallel by branching the flow path. The cooling efficiency of the electrical components 200 can be increased by minimizing the pressure reduction of the coolant flow rate and equally distributing the flow rate to each flow path using the differential pressure regulator 210, or by overdistributing the coolant flow rate to the flow path requiring additional cooling. You can.

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 illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations will be possible 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.Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for illustrative purposes, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be construed as being included in the scope of rights of the present invention.

10: 연료전지 스택 60: 제1 라디에이터
70: 제2 라디에이터 120: 제2 냉각라인
205: 제2 펌프 200, 220~270: 전장부품
210, 215: 차압 조절기 410: 제1 유로
420: 제2 유로 430: 제3 유로
711~719: 온도 센서 720: 제어부
10: Fuel cell stack 60: First radiator
70: second radiator 120: second cooling line
205: second pump 200, 220~270: electrical components
210, 215: differential pressure regulator 410: first flow path
420: 2nd Euro 430: 3rd Euro
711~719: Temperature sensor 720: Control unit

Claims (16)

복수 개의 전장부품;
상기 복수 개의 전장부품을 경유하는 냉각수가 순환되는 냉각라인 상에 배치되어 상기 냉각수를 냉각시키도록 설정된 라디에이터; 및
상기 냉각라인 상에 배치되어 상기 냉각수를 상기 전장부품으로 유동시키는 펌프를 포함하고,
상기 복수 개의 전장부품은,
상기 펌프의 출구와 상기 라디에이터의 입구 사이의 냉각라인 중 일 구간에서 병렬로 배치되는 연료전지 시스템.
A plurality of electrical components;
a radiator disposed on a cooling line through which coolant circulates through the plurality of electrical components and configured to cool the coolant; and
It includes a pump disposed on the cooling line to flow the coolant to the electrical components,
The plurality of electrical components are,
A fuel cell system arranged in parallel in one section of the cooling line between the outlet of the pump and the inlet of the radiator.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각라인은,
상기 펌프의 출구와 연결된 냉각라인 상의 제1 지점에서 제1 유로 및 제2 유로로 분기되고, 상기 라디에이터의 입구와 연결된 냉각라인 상의 제2 지점에서 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로가 결합된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
In claim 1,
The cooling line is,
Branched into a first flow path and a second flow path at a first point on the cooling line connected to the outlet of the pump, and combining the first flow path and the second flow path at a second point on the cooling line connected to the inlet of the radiator. Characterized by a fuel cell system.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 유로 및 상기 제2 유로는,
적어도 하나 이상의 전장부품이 직렬로 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
In claim 2,
The first flow path and the second flow path are,
A fuel cell system characterized by at least one electrical component arranged in series.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 유로 및 상기 제2 유로 중 어느 하나에 배치되어, 해당 유로를 따라 유입되는 냉각수의 유량을 조절하는 차압 조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
In claim 2,
The fuel cell system further includes a differential pressure regulator disposed in one of the first flow path and the second flow path to adjust the flow rate of coolant flowing along the corresponding flow path.
청구항 4에 있어서,
상기 차압 조절기는,
상기 차압 조절기가 배치된 유로에 대응하여 설정된 기준 압력에 따라 차압 조절 밸브를 조절하여 해당 유로로 유입되는 냉각수의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
In claim 4,
The differential pressure regulator,
A fuel cell system, characterized in that the flow rate of coolant flowing into the corresponding passage is controlled by adjusting the differential pressure control valve according to the reference pressure set in response to the passage in which the differential pressure regulator is disposed.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 유로 및 상기 제2 유로 상에 배치된 각 전장부품의 입구 냉각수 온도에 따라 상기 차압 조절기를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
In claim 5,
A fuel cell system further comprising a control unit that controls the differential pressure regulator according to the inlet coolant temperature of each electrical component disposed on the first flow path and the second flow path.
청구항 6에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 유로 상에 배치된 전장부품 중 적어도 하나의 입구 냉각수 온도가 목표 냉각수 온도를 초과하면, 상기 제1 유로의 냉각수 유량이 증가하도록 상기 차압 조절 밸브의 개도량을 상향 조절하는 제1 제어 신호를 상기 차압 조절기로 송신하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
In claim 6,
The control unit,
When the inlet coolant temperature of at least one of the electrical components disposed on the first flow path exceeds the target coolant temperature, a first control signal for upwardly adjusting the opening amount of the differential pressure control valve to increase the coolant flow rate of the first flow path A fuel cell system characterized in that it transmits to the differential pressure regulator.
청구항 6에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제2 유로 상에 배치된 전장부품 중 적어도 하나의 입구 냉각수 온도가 목표 냉각수 온도를 초과하면, 상기 제1 유로의 냉각수 유량이 감소하도록 상기 차압 조절 밸브의 개도량을 하향 조절하는 제2 제어 신호를 상기 차압 조절기로 송신하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
In claim 6,
The control unit,
When the inlet coolant temperature of at least one of the electrical components disposed on the second flow path exceeds the target coolant temperature, a second control signal for downwardly adjusting the opening amount of the differential pressure control valve so that the coolant flow rate of the first flow path decreases. A fuel cell system characterized in that it transmits to the differential pressure regulator.
청구항 6에 있어서,
상기 제1 유로 및 상기 제2 유로 상의 전장부품의 입구에 각각 배치되어 해당 전장부품의 입구 냉각수 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
In claim 6,
The fuel cell system further includes a temperature sensor disposed at the inlet of the electrical component on the first flow path and the second flow path, respectively, to measure the temperature of the coolant at the inlet of the corresponding electric component.
청구항 4에 있어서,
상기 차압 조절기는,
상기 제1 지점과 상기 전장부품 사이의 유로 상에 배치되되, 상기 제1 지점에 가까운 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
In claim 4,
The differential pressure regulator,
A fuel cell system disposed on a flow path between the first point and the electrical component, and disposed in a position close to the first point.
청구항 2에 있어서,
상기 냉각라인은,
상기 제1 지점 및 상기 제2 지점 사이에서 적어도 세 개 이상의 유로로 분기되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
In claim 2,
The cooling line is,
A fuel cell system characterized in that it branches into at least three flow paths between the first point and the second point.
복수 개의 전장부품을 경유하는 냉각수가 순환되는 냉각라인의 일 구간에서 분기된 제1 유로 및 제2 유로 상에 배치된 각 전장부품으로 냉각수를 유동시키는 단계; 및
상기 각 전장부품의 입구 냉각수 온도에 따라 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로로 유입되는 냉각수 유량을 조절하는 단계;
를 포함하는 연료전지 시스템의 열 관리 제어 방법.
Flowing coolant to each electrical component disposed on a first flow path and a second flow path branched from a section of a cooling line in which coolant passing through a plurality of electric parts is circulated; and
adjusting the flow rate of coolant flowing into the first flow path and the second flow path according to the inlet coolant temperature of each electrical component;
A thermal management control method for a fuel cell system including.
청구항 12에 있어서,
상기 제1 유로 및 제2 유로 상에 배치된 각 전장부품의 입구 냉각수 온도를 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 열 관리 제어 방법.
In claim 12,
A thermal management control method for a fuel cell system, further comprising checking the inlet coolant temperature of each electrical component disposed on the first flow path and the second flow path.
청구항 12에 있어서,
상기 냉각수 유량을 조절하는 단계는,
상기 각 전장부품의 입구 냉각수 온도에 따라 상기 제1 유로 상에 배치된 차압 조절기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 열 관리 제어 방법.
In claim 12,
The step of adjusting the coolant flow rate is,
A thermal management control method for a fuel cell system, comprising the step of controlling a differential pressure regulator disposed on the first flow path according to the inlet coolant temperature of each electrical component.
청구항 14에 있어서,
상기 차압 조절기를 제어하는 단계는,
상기 제1 유로 상에 배치된 전장부품 중 적어도 하나의 입구 냉각수 온도가 목표 냉각수 온도를 초과하면, 상기 제1 유로의 냉각수 유량이 증가하도록 차압 조절 밸브의 개도량을 상향 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 열 관리 제어 방법.
In claim 14,
The step of controlling the differential pressure regulator is,
When the inlet coolant temperature of at least one of the electrical components disposed on the first flow path exceeds the target coolant temperature, adjusting the opening amount of the differential pressure control valve upward to increase the coolant flow rate of the first flow path. A thermal management control method for a fuel cell system characterized by:
청구항 14에 있어서,
상기 차압 조절기를 제어하는 단계는,
상기 제2 유로 상에 배치된 전장부품 중 적어도 하나의 입구 냉각수 온도가 목표 냉각수 온도를 초과하면, 상기 제1 유로의 냉각수 유량이 감소하도록 차압 조절 밸브의 개도량을 하향 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 열 관리 제어 방법.
In claim 14,
The step of controlling the differential pressure regulator is,
When the inlet coolant temperature of at least one of the electrical components disposed on the second flow path exceeds the target coolant temperature, downwardly adjusting the opening amount of the differential pressure control valve so that the coolant flow rate of the first flow path decreases. A thermal management control method for a fuel cell system characterized by:
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