KR20230156546A - Fuel cell system and thermal management method of the same - Google Patents

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KR20230156546A
KR20230156546A KR1020220056082A KR20220056082A KR20230156546A KR 20230156546 A KR20230156546 A KR 20230156546A KR 1020220056082 A KR1020220056082 A KR 1020220056082A KR 20220056082 A KR20220056082 A KR 20220056082A KR 20230156546 A KR20230156546 A KR 20230156546A
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현대모비스 주식회사
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Abstract

본 문서에 개시되는 실시예에 따르면, 연료전지 시스템은, 연료전지 스택의 입구 및 출구의 냉각수의 온도차를 획득하는 센서부; 상기 연료전지 스택의 발열량을 획득하는 발열량 획득부; 및 상기 발열량을 제1값과 비교한 결과에 따라, 냉각수를 순환시키는 펌프의 회전수를 최소 회전수로 결정하거나 상기 냉각수의 온도차에 기초하여 상기 펌프의 회전수를 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.According to an embodiment disclosed in this document, a fuel cell system includes: a sensor unit that obtains a temperature difference of coolant at the inlet and outlet of the fuel cell stack; a calorific value acquisition unit that acquires the calorific value of the fuel cell stack; And a control unit that determines the rotation speed of the pump circulating the coolant as the minimum rotation speed according to the result of comparing the heat generation amount with the first value or determines the rotation speed of the pump based on the temperature difference of the coolant. .

Description

연료전지 시스템 및 그것의 열관리 방법{FUEL CELL SYSTEM AND THERMAL MANAGEMENT METHOD OF THE SAME}Fuel cell system and its thermal management method {FUEL CELL SYSTEM AND THERMAL MANAGEMENT METHOD OF THE SAME}

본 문서에 개시된 실시예들은 연료전지 시스템 및 그것의 열관리 방법에 관한 것이다.Embodiments disclosed in this document relate to a fuel cell system and its thermal management 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. 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.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. 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.

열관리 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 냉난방하는 공조유닛(예를 들어, 난방용 히터) 등을 포함할 수 있다. 열 관리 시스템은 연료전지 스택 뿐만 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 consists of a TMS line through which coolant circulates, a reservoir where coolant is stored, It may include a pump that circulates coolant, an ion filter that removes ions contained in the coolant, and a radiator that radiates heat from the coolant to the outside. In addition, 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.

건설기계와 같은 비차량용 연료전지는 스택에서 발생한 열을 라디에이터에서 대기로 방출하여 스택 입구의 냉각수 온도를 목표한 온도로 맞출 수 있다. 이 때, 스택을 냉각하기 위해 냉매로서 사용되는 냉각수는 펌프를 통해 공급될 수 있다. 일반적으로 펌프를 통한 냉각수 유량 제어는 냉각수의 온도를 추종하는 방식을 택하고 있으나, 이러한 방식은 연료전지의 출력을 고려하여 정밀한 냉각수 유량 제어를 통한 연료전지의 열관리가 어렵다는 문제가 있었다.Fuel cells for non-vehicles such as construction equipment can adjust the coolant temperature at the stack inlet to the target temperature by discharging heat generated from the stack into the atmosphere through a radiator. At this time, the cooling water used as a refrigerant to cool the stack may be supplied through a pump. In general, the method of controlling the coolant flow rate through a pump is to follow the temperature of the coolant, but this method has the problem that it is difficult to manage the heat of the fuel cell through precise coolant flow rate control considering the output of the fuel cell.

본 문서에 개시되는 실시예에 따르면, 연료전지 시스템은, 연료전지 스택의 입구 및 출구의 냉각수의 온도차를 획득하는 센서부; 상기 연료전지 스택의 발열량을 획득하는 발열량 획득부; 및 상기 발열량을 제1값과 비교한 결과에 따라, 냉각수를 순환시키는 펌프의 회전수를 최소 회전수로 결정하거나 상기 냉각수의 온도차에 기초하여 상기 펌프의 회전수를 결정하는 제어부를 포함할 수 있다. According to an embodiment disclosed in this document, a fuel cell system includes: a sensor unit that obtains a temperature difference of coolant at the inlet and outlet of the fuel cell stack; a calorific value acquisition unit that acquires the calorific value of the fuel cell stack; And a control unit that determines the rotation speed of the pump circulating the coolant as the minimum rotation speed according to the result of comparing the heat generation amount with the first value or determines the rotation speed of the pump based on the temperature difference of the coolant. .

본 문서에 개시되는 실시예에 따르면, 연료전지 시스템의 열관리 방법은, 연료전지 스택의 입구 및 출구의 냉각수의 온도차를 획득하는 단계; 상기 연료전지 스택의 발열량을 획득하는 단계; 및 상기 발열량을 제1값과 비교한 결과에 따라, 냉각수를 순환시키는 펌프의 회전수를 최소 회전수로 결정하거나 상기 냉각수의 온도차에 기초하여 상기 펌프의 회전수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment disclosed in this document, a method of thermal management of a fuel cell system includes obtaining a temperature difference of coolant at the inlet and outlet of the fuel cell stack; Obtaining the calorific value of the fuel cell stack; And according to the result of comparing the calorific value with the first value, determining the rotation speed of the pump circulating the coolant as the minimum rotation speed or determining the rotation speed of the pump based on the temperature difference of the coolant. .

본 문서에 개시되는 실시예들에 따른 연료전지 시스템은, 연료전지의 스택의 온도를 유지하여 스택 내부 손상을 억제하고 발전 효율을 향상시킬 수 있다. The fuel cell system according to embodiments disclosed in this document can maintain the temperature of the fuel cell stack to suppress internal damage to the stack and improve power generation efficiency.

또한, 본 문서에 개시되는 실시예들에 따른 연료전지 시스템은, 연료전지의 요구 냉각 성능에 기초하여 펌프의 회전수를 최적으로 제어하여 전력 효율을 높일 수 있다. Additionally, the fuel cell system according to embodiments disclosed in this document can increase power efficiency by optimally controlling the rotation speed of the pump based on the required cooling performance of the fuel cell.

이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.In addition, various effects that can be directly or indirectly identified through this document may be provided.

도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 블록도를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 열관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에서 펌프의 회전수를 결정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 1 is a diagram showing a fuel cell system according to an embodiment disclosed in this document.
Figure 2 is a diagram showing a fuel cell system according to an embodiment disclosed in this document.
Figure 3 is a block diagram of a fuel cell system according to an embodiment disclosed in this document.
Figure 4 is a flowchart for explaining a thermal management method of a fuel cell system according to an embodiment disclosed in this document.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of determining the rotation speed of a pump in a fuel cell system according to an embodiment disclosed in this document.

이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention are described with reference to the accompanying drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include various modifications, equivalents, and/or alternatives to the embodiments of the present invention.

본 문서에서 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나",“A 또는 B 중 적어도 하나”, "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나” 및 “A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, “기능적으로” 또는 “통신적으로”라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, “커플드” 또는 “커넥티드”라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.In this document, the singular form of a noun corresponding to an item may include one or plural items, unless the relevant context clearly indicates otherwise. In this document: “A or B”, “at least one of A and B”, “at least one of A or B”, “A, B or C”, “at least one of A, B and C” and “A, Each of phrases such as “at least one of B, or C” may include any one of the items listed together in the corresponding phrase, or any possible combination thereof. Terms such as "first", "second", or "first" or "second" may be used simply to distinguish one component from another, and to refer to that component in other respects (e.g., importance or order) is not limited. One (e.g., first) component is said to be “coupled” or “connected” to another (e.g., second) component, with or without the terms “functionally” or “communicatively.” When mentioned, it means that any of the components can be connected to the other components directly (e.g. wired), wirelessly, or through a third component.

본 문서에서 설명되는 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.Each component (eg, module or program) described in this document may include singular or plural entities. According to various embodiments, one or more of the corresponding components or operations may be omitted, or one or more other components or operations may be added. Alternatively or additionally, multiple components (eg, modules or programs) may be integrated into a single component. In this case, the integrated component may perform one or more functions of each component of the plurality of components in the same or similar manner as those performed by the corresponding component of the plurality of components prior to the integration. . According to various embodiments, operations performed by a module, program, or other component may be executed sequentially, in parallel, iteratively, or heuristically, or one or more of the operations may be executed in a different order, omitted, or , or one or more other operations may be added.

본 문서에서 사용되는 용어 "모듈", 또는 “...부”는 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일 실시 예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다. As used in this document, the term "module", or "part" may include a unit implemented in hardware, software, or firmware, and may include terms such as logic, logic block, component, or circuit. Can be used interchangeably. A module may be an integrated part or a minimum unit of the parts or a part thereof that performs one or more functions. For example, according to one embodiment, the module may be implemented in the form of an application-specific integrated circuit (ASIC).

본 문서의 다양한 실시 예들은 기기(machine) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 메모리)에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램 또는 애플리케이션)로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기의 프로세서는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서,‘비일시적’은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다. Various embodiments of this document may be implemented as software (e.g., a program or application) including one or more instructions stored in a storage medium (e.g., memory) that can be read by a machine. For example, the processor of the device may call at least one instruction among one or more instructions stored from a storage medium and execute it. This allows the device to be operated to perform at least one function according to the at least one instruction called. The one or more instructions may include code generated by a compiler or code that can be executed by an interpreter. A storage medium that can be read by a device may be provided in the form of a non-transitory storage medium. Here, 'non-transitory' simply means that the storage medium is a tangible device and does not contain signals (e.g. electromagnetic waves). This term refers to cases where data is stored semi-permanently in the storage medium. There is no distinction between temporary storage cases.

도 1 내지 도 2는 다양한 실시예들에 따른 연료전지 시스템을 보여주는 도면이다. 1 and 2 are diagrams showing fuel cell systems according to various 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(1000)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 1000 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 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 제1 연결라인(130) 및 제3 연결라인(140)과 가열 루프를 형성하고, 주행 중에는 연료전지 스택(10)에서 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있도록 제1 냉각수가 제1 라디에이터(60)를 통과하는 냉각 루프를 형성할 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 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. For example, the first cooling line 110 forms a heating loop with the first connection line 130 and the third connection line 140 to secure cold start capability during the initial starting state of the vehicle, and during driving, the fuel cell A cooling loop through which the first coolant passes through the first radiator 60 may be formed so that heat generated in the stack 10 can be discharged to the outside. In another embodiment, when the outside air is as high as a specified temperature, the first cooling line 110 does not form a heating loop and the fuel cell system can secure starting ability through the heat of the fuel cell stack 10. 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, 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') is a structure capable of producing electricity through a redox reaction of fuel (eg, hydrogen) and an oxidizing agent (eg, air). can be formed. As an example, the fuel cell stack 10 is a membrane electrode assembly (MEA) with catalyst electrode layers where electrochemical reactions occur on both sides of the electrolyte membrane through which hydrogen ions move, and evenly distributes the reaction gases. A gas diffusion layer (GDL) that plays a role in transmitting the generated electrical energy, a gasket and fastening device to maintain the airtightness and appropriate fastening pressure of the reaction gases and the first coolant, and the reaction gases and the first coolant. It may include a bipolar plate that moves coolant.

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 oxidizing agent 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. can be supplied to the cathode. The hydrogen supplied to the anode is decomposed into hydrogen ions (protons) and electrons (electrons) by the catalyst in the electrode layer formed on both sides of the electrolyte membrane, and only hydrogen ions are selectively passed through the electrolyte membrane, which is a cation exchange membrane, and transferred to the cathode. At the same time, electrons can be transferred to the cathode through the conductive gas diffusion layer and separator plate. At 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, causing a reaction to generate water. Due to the movement of hydrogen ions that occurs at this time, a flow of electrons occurs through the external conductor, and 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. 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 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. 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 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 That is, when the second port 22 is open and the third port 23 is blocked, the first coolant flows into the fuel cell stack 10. Conversely, when the third port 23 is open and the second port 22 is blocked, the first coolant flows into the fuel cell stack 10. ) is blocked, the first coolant can 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 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. 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 ( The other end of 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 coolant flows into the first pump 30. Additionally, the outlet of the first pump 30 may be defined as an outlet through which the first coolant passing 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 coolant discharged from the first pump 30 reaches the first coolant inlet (not shown) of the fuel cell stack 10. It can be defined as a flowing section. In addition, between the inlet of the first pump 30 and the fuel cell stack 10, the first coolant discharged from the coolant outlet (not shown) of the fuel cell stack 10 reaches the inlet of the first pump 30. It can be defined as a flowing 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 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. 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. 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. 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 conversely, the second port 42 ) is open and the first port 41 is blocked, the first coolant may pass through the first radiator 60 and then flow into the fuel cell stack 10.

제2 연결라인(150)은 공조유닛(HAVC UNIT)(90)을 가열 하기 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 air conditioning unit (HAVC UNIT) 90. For example, the second connection line 150 may form a loop that heats a heater (not shown) of the air conditioning unit 90. One end of the second connection line 150 undergoes first cooling between the first point (the 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 connected to 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 can 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 냉시동 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 냉시동시에도 제2 연결라인(150)에 구비된 이온 필터(95)에 의한 필터링(제1 냉각수에 포함된 이온 제거)이 가능하다. 따라서, 냉시동 직후 연료전지 스택(10)으로 유입되는 제1 냉각수의 전기전도도를 일정 수준 이하로 유지시키는 유리한 효과를 얻을 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. In this way, during cold starting when 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 flows through the first connection line 130. ), the ion filter 95 provided in the second connection line 150 even during cold start by circulating (temperature increase loop) through the heater 50 and simultaneously circulating along the second connection line 150. ) Filtering (removal of ions contained in the first coolant) is possible. Therefore, it is possible to obtain the advantageous effect of maintaining the electrical conductivity of the first coolant flowing into the fuel cell stack 10 immediately after cold starting 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. 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 that measures the temperature of the first coolant between the fuel cell stack 10 and a first point (the first valve 20), and a first connection line 130. A second temperature sensor 114 that measures the temperature of the first coolant between the other end and the first pump 30, and a third temperature sensor 116 that measures the temperature of the first coolant in the heater 50. It can be included. 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. In this way, when the measured temperature of the first coolant is low, the inflow rate of the first coolant flowing into the fuel cell stack 10 is controlled to be low, so that the temperature of the first coolant stagnant inside the fuel cell stack 10 and The advantageous effect of minimizing thermal shock and performance degradation due to the difference between the temperatures of the first coolant flowing into the fuel cell stack 10 can 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 2에 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 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. As an example, the electrical component 200 includes a bi-directional high voltage DC-DC converter (BHDC) 210 and the fuel cell stack 10 provided between the fuel cell stack 10 and the high-voltage battery (not shown) of the vehicle. BPCU (blower pump control unit) 220 that controls a blower (not shown) that supplies outdoor air for driving, and LDC (low-voltage DC-DC converter) that converts high DC voltage supplied from a high voltage battery into low DC voltage. It may include at least one of (230), an air compressor (ACP) 240 that compresses the air supplied to the fuel cell stack 10, and an air cooler (250). Although not shown in FIGS. 1 and 2, the electrical 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 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.

실시예에 따르면, 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 설계 자유도 및 공간활용성이 향상될 수 있으며, 제1 라디에이터(60) 및 제2 라디에이터(70)를 냉각시키기 위한 전력 소모가 최소화될 수 있다. 이와 같은 냉각팬(80)의 구조는 '듀얼 타입'으로 참조될 수 있다. According to 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. This structure of the cooling fan 80 may be referred to as a 'dual type'.

다른 실시예에 따르면, 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. 이와 같은 냉각팬(80, 85)의 구조는 '멀티 타입'으로 참조될 수 있다. According to another embodiment, as shown in FIG. 2, a first cooling fan 80 for cooling the first radiator 60 and a second cooling fan 85 for cooling the second radiator 70 are separately installed. can be placed. 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 structure of the cooling fans 80 and 85 may be referred to as 'multi-type'.

열교환기(1000)는 제1 냉각수와 제2 냉각수를 상호 열교환시키기도록 설정될 수 있다. 열교환기(1000)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. The heat exchanger 1000 may be set to exchange heat between the first coolant and the second coolant. When the heat exchanger 1000 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 Additionally, the fuel cell system can lower the temperature of the first coolant while a vehicle (e.g., construction equipment) that cannot use driving wind is stopped, thereby ensuring high-output operation of the fuel cell stack 10 and improving safety and durability. Beneficial effects can be achieved by improving

실시예에 따르면, 열교환기(1000)는 제1 라디에이터(60)의 출구와 연료전지 스택(10)의 사이에서 제1 냉각라인(110)에 연결되고, 제2 냉각라인(120)은 열교환기(1000)를 경유하도록 제2 라디에이터(70)의 출구와 전장부품을 연결할 수 있다. 예를 들어, 제1 냉각수는 제1 냉각라인(110)에 연결된 열교환기(1000)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(1000)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(1000)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(1000)를 통과(제2 냉각수와 열교환)한 제1 냉각수의 제3 온도는 제1 온도보다 1℃ 낮게 형성될 수 있다. According to the embodiment, the heat exchanger 1000 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 electrical components can be connected via (1000). For example, the first coolant may flow along the heat exchanger 1000 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 1000 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 1000 is higher than the second temperature of the second coolant passing through the heat exchanger 1000. 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 1000 (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(1000)는 제1 라디에이터(60)와 별도로 배치되지만, 다른 실시예에서 열교환기(1000)는 제1 라디에이터(60)에 직접 연결될 수 있다. 예를 들어, 열교환기(1000)는 제1 라디에이터(60)의 지정된 위치(좌측 상단부)에 연결될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. The heat exchanger 1000 according to FIGS. 1 and 2 is disposed separately from the first radiator 60, but in another embodiment, the heat exchanger 1000 may be directly connected to the first radiator 60. For example, the heat exchanger 1000 may be connected to a designated location (upper left portion) of the first radiator 60, but is not limited thereto.

도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 블록도를 보여주는 도면이다.Figure 3 is a block diagram of a fuel cell system according to an embodiment disclosed in this document.

도 3을 참조하면, 연료전지 시스템(1)은 센서부(100), 발열량 획득부(200), 및 제어부(300)를 포함할 수 있다. 연료전지 시스템(1)은 연료전지 스택의 온도를 유지하여 스택 내부 손상을 억제하고 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 연료전지 시스템(1)은 연료전지의 요구 냉각 성능에 기초하여 펌프의 회전수를 최적으로 제어하여 전력 효율을 높일 수 있다. Referring to FIG. 3, the fuel cell system 1 may include a sensor unit 100, a heat generation acquisition unit 200, and a control unit 300. The fuel cell system 1 can maintain the temperature of the fuel cell stack, suppress internal damage to the stack, and improve power generation efficiency. Additionally, the fuel cell system 1 can increase power efficiency by optimally controlling the rotation speed of the pump based on the required cooling performance of the fuel cell.

실시예에 따르면, 센서부(100)는 연료전지 스택의 입구 및 출구의 냉각수의 온도차를 획득할 수 있다. 예를 들어, 센서부(100)는 연료전지 내부의 특정 지점(예를 들어, 스택의 입구)에서의 냉각수 온도를 측정하고 이에 기초하여 스택의 입구 및/또는 출구의 냉각수 온도를 예측하여 냉각수의 온도차를 획득할 수 있다. 또한, 센서부(100)는 스택의 입구 및 출구의 냉각수의 온도를 각각 측정하여, 이들 값의 차이를 산출함으로써 냉각수의 온도차를 획득할 수도 있다. 다른 실시예에 따르면, 센서부(100)는 획득한 냉각수의 온도차에 기초하여 스택의 입구 냉각수의 온도 및 스택의 출구 냉각수의 온도를 각각 역으로 산출할 수도 있다. According to the embodiment, the sensor unit 100 may obtain the temperature difference of the coolant at the inlet and outlet of the fuel cell stack. For example, the sensor unit 100 measures the coolant temperature at a specific point inside the fuel cell (e.g., the inlet of the stack) and predicts the coolant temperature at the inlet and/or outlet of the stack based on this to determine the coolant temperature. Temperature difference can be obtained. Additionally, the sensor unit 100 may measure the temperature of the coolant at the inlet and outlet of the stack, respectively, and calculate the difference between these values to obtain the temperature difference of the coolant. According to another embodiment, the sensor unit 100 may inversely calculate the temperature of the inlet coolant of the stack and the temperature of the outlet coolant of the stack, respectively, based on the obtained temperature difference between the coolant.

이 때, 센서부(100)는 냉각수의 수온을 측정하기 위한 온도 센서를 포함할 수 있으며, 일 예로, 센서부(100)는 도1 내지 도2에 도시된 제1 온도 센서(112), 제2 온도 센서(114), 및 제3 온도 센서(116) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 온도 센서(112)는 스택 입구의 냉각수의 온도를 측정하고, 제2 온도 센서(114)는 스택 출구의 냉각수의 온도를 측정할 수 있다.At this time, the sensor unit 100 may include a temperature sensor for measuring the water temperature of the coolant. For example, the sensor unit 100 includes the first temperature sensor 112 shown in FIGS. 1 and 2, the second It may include a second temperature sensor 114, a third temperature sensor 116, etc. For example, the first temperature sensor 112 may measure the temperature of the coolant at the stack inlet, and the second temperature sensor 114 may measure the temperature of the coolant at the stack outlet.

실시예에 따르면. 발열량 획득부(200)는 연료전지 스택(10)의 발열량을 획득할 수 있다. 이 때, 연료전지 스택(10)의 발열량은 연료전지 시스템(1)에서 연료전지 스택(10)의 목표 냉각 성능과 절대값이 동일할 수 있다. According to the example. The calorific value acquisition unit 200 may acquire the calorific value of the fuel cell stack 10. At this time, the calorific value of the fuel cell stack 10 may have an absolute value equal to the target cooling performance of the fuel cell stack 10 in the fuel cell system 1.

실시예에 따르면, 발열량 획득부(200)는 연료전지 스택(10)에서 방출되는 열을 직접적으로 측정하여 발열량을 획득할 수도 있고, 연료전지의 발전량, 냉각수의 전기전도도 등의 파라미터를 측정하여 간접적으로 발열량을 산출하여 획득할 수도 있다. 이 때, 발열량 획득부(200)는 발열량을 직접적으로 측정하기 위한 열량계 또는 전력계, EC(Electrical Conductivity) 측정기와 같은 파라미터를 측정하기 위한 장치를 포함할 수 있다. According to the embodiment, the calorific value acquisition unit 200 may obtain the calorific value by directly measuring the heat emitted from the fuel cell stack 10, or indirectly by measuring parameters such as the power generation amount of the fuel cell and the electrical conductivity of the coolant. It can also be obtained by calculating the calorific value. At this time, the calorific value acquisition unit 200 may include a device for measuring parameters, such as a calorimeter or wattmeter for directly measuring the calorific value, or an EC (Electrical Conductivity) meter.

실시예에 따르면, 제어부(300)는 발열량을 제1값과 비교한 결과에 따라 냉각수를 순환시키는 펌프의 회전수를 결정할 수 있다. 이 때, 펌프는 냉각수를 순환시키기 위한 다양한 수단을 포함할 수 있다. 일 예로, 펌프는 도 1 내지 도2에 도시된 제1 펌프(30), 제2 펌프(205) 등을 포함할 수 있다. 한 편, 제1값은 연료전지 스택(10)의 목표 냉각 성능을 기준으로 기 설정될 수 있다. 일 예로, 연료전지 스택(10)의 목표 냉각 성능은 스택(10)의 발열량과 그 크기가 동일할 수 있다. 예를 들어, 연료전지 시스템(1)은 스택(10)의 발열이 없는 경우와 같이 발열량을 더 줄일 필요가 없다고 판단되는 경우를 목표 상황으로 상정하여 제1값을 0으로 설정할 수 있다. 제1값은 연료전지 스택의 발열량에 따라 결정되는 값으로, 일반적으로, 0 이상의 값을 가지며 음수가 될 수 없다. According to an embodiment, the control unit 300 may determine the rotation speed of the pump that circulates the coolant according to the result of comparing the heat generation amount with the first value. At this time, the pump may include various means for circulating coolant. As an example, the pump may include the first pump 30, the second pump 205, etc. shown in FIGS. 1 and 2. Meanwhile, the first value may be preset based on the target cooling performance of the fuel cell stack 10. For example, the target cooling performance of the fuel cell stack 10 may have the same size as the heat generation amount of the stack 10. For example, the fuel cell system 1 may set the first value to 0 by assuming a case in which it is determined that there is no need to further reduce heat generation, such as when the stack 10 does not generate heat, as the target situation. The first value is a value determined according to the calorific value of the fuel cell stack, and generally has a value greater than 0 and cannot be a negative number.

실시예에 따르면, 제어부(300)는 발열량이 제1값 이하이면 펌프의 회전수를 최소 회전수로 결정할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 발열량이 제1값 초과이면 냉각수의 온도차에 기초하여 펌프의 회전수를 결정할 수 있다. According to the embodiment, the control unit 300 may determine the rotation speed of the pump as the minimum rotation speed if the heat generation amount is less than the first value. Additionally, if the heat generation amount exceeds the first value, the control unit 300 may determine the rotation speed of the pump based on the temperature difference of the coolant.

예를 들어, 제어부(300)는 연료전지 스택(10)의 발열량이 제1값 이하인 경우, 연료전지 냉각의 필요성이 낮다고 판단할 수 있고, 이에 따라, 펌프의 회전수를 최소 회전수로 결정하여 전력 효율을 증대할 수 있다. For example, if the heat generation amount of the fuel cell stack 10 is below the first value, the control unit 300 may determine that the need for cooling the fuel cell is low, and accordingly, determine the rotation speed of the pump as the minimum rotation speed. Power efficiency can be increased.

실시예에 따르면, 제어부(300)는 발열량이 제1값 초과이고, 스택의 입구 냉각수의 온도가 스택의 출구 냉각수의 온도보다 큰 경우에 펌프의 회전수를 최소 회전수로 결정할 수 있다. 이 때, 센서부(100)는 획득한 냉각수의 온도차에 기초하여 스택의 입구 냉각수의 온도 및 스택의 출구 냉각수의 온도를 획득할 수 있다. According to an embodiment, the control unit 300 may determine the rotation speed of the pump as the minimum rotation speed when the heat generation amount exceeds the first value and the temperature of the inlet coolant of the stack is greater than the temperature of the outlet coolant of the stack. At this time, the sensor unit 100 may acquire the temperature of the coolant at the inlet of the stack and the temperature of the coolant at the outlet of the stack based on the obtained temperature difference between the coolant.

연료전지 시스템(1)에서 일반적으로 스택의 출구 냉각수의 온도가 스택의 입구 냉각수의 온도보다 높지만, 외기온의 영향 또는 연료전지의 시동 전 상태 등에 따라 스택의 출구 냉각수의 온도와 스택의 입구 냉각수의 온도가 역전되는 경우가 생길 수 있다. 따라서, 제어부(300)는 냉각수 온도의 역전이 발생하여 스택의 입구 냉각수의 온도가 더 큰 경우, 펌프의 회전수를 최소 회전수로 결정하여 스택의 입구 냉각수의 승온을 유도하여 냉각수 온도의 역전 현상을 해소할 수 있다.In the fuel cell system (1), the temperature of the outlet coolant of the stack is generally higher than the temperature of the inlet coolant of the stack, but depending on the influence of external air temperature or the state before starting the fuel cell, the temperature of the outlet coolant of the stack and the temperature of the inlet coolant of the stack There may be cases where it is reversed. Therefore, when a reversal of coolant temperature occurs and the temperature of the coolant at the inlet of the stack is greater, the control unit 300 determines the rotation speed of the pump to the minimum rotation speed to induce an increase in the temperature of the coolant at the entrance of the stack, thereby causing a reversal of the coolant temperature. can be resolved.

실시예에 따르면, 제어부(300)는 냉각수의 온도차 및 발열량에 기초하여 냉각수 유량을 산출할 수 있다. 일 예로, 제어부(300)는 아래와 같은 [수학식1]에 기초하여 냉각수의 온도차 및 발열량으로부터 냉각수 유량을 산출할 수 있다. According to an embodiment, the control unit 300 may calculate the coolant flow rate based on the temperature difference and heat generation amount of the coolant. As an example, the control unit 300 may calculate the coolant flow rate from the temperature difference and heat generation amount of the coolant based on [Equation 1] below.

[수학식1][Equation 1]

V = Q*60*103/(ρ*Cp*ΔT)V = Q*60*10 3 /(ρ*Cp*ΔT)

여기서, V : 냉각수 유량[L/min], Q : 스택 발열량, ρ : 냉각수 밀도[kg/m3], Cp : 냉각수 비열[J/kg-℃], ΔT : 스택의 입구 및 출구의 냉각수의 온도차[℃]를 의미할 수 있다. 이 때, 스택(10)의 발열량은 스택(10)의 목표 냉각 성능과 그 크기가 동일할 수 있다. Here, V: Coolant flow rate [L/min], Q: Stack heating value, ρ: Coolant density [kg/m3], Cp: Coolant specific heat [J/kg-℃], ΔT: Temperature difference of coolant at the inlet and outlet of the stack. It may mean [℃]. At this time, the heat generation amount of the stack 10 may be equal in size to the target cooling performance of the stack 10.

냉각수 밀도와 냉각수 비열은 연료전지의 작동 온도 범위에서 거의 일정한 값을 가지므로, [수학식1]은 아래와 같은 [수학식2]로 표현할 수 있으며, A는 상수로 가정할 수 있다. Since the coolant density and coolant specific heat have almost constant values in the operating temperature range of the fuel cell, [Equation 1] can be expressed as [Equation 2] below, and A can be assumed to be a constant.

[수학식2][Equation 2]

V = A*Q/ΔT, A = 60*103/(ρ*Cp)V = A*Q/ΔT, A = 60*10 3 /(ρ*Cp)

실시예에 따르면, 제어부(300)는 냉각수의 온도차가 제2값일 때의 냉각수 유량을 제1유량값으로 산출할 수 있다. 일 예로, 제어부(300)는 [수학식2]에 따라 제1유량값을 A*Q/제2값 으로 산출할 수 있다. 이 때, 제2값은 연료전지 시스템(1)의 스택 입구 및 출구의 냉각수의 온도차의 목표값으로 설정할 수 있다. 한 편, 냉각수의 온도차의 목표값은 연료전지의 용량, 사용 용도 등에 따라 다르게 설정될 수 있다. According to an embodiment, the control unit 300 may calculate the coolant flow rate when the temperature difference of the coolant is the second value as the first flow rate value. As an example, the control unit 300 may calculate the first flow rate value as A*Q/second value according to [Equation 2]. At this time, the second value can be set as the target value of the temperature difference between the coolant at the stack inlet and outlet of the fuel cell system 1. Meanwhile, the target value of the temperature difference of the coolant may be set differently depending on the capacity of the fuel cell, its intended use, etc.

실시예에 따르면, 제어부(300)는 발열량이 제1값 초과이고 냉각수의 온도차가 0 초과이면 제1유량값에 기초하여 펌프의 회전수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 연료전지 시스템(1)의 목표 냉각수의 온도차가 제2값이고 이 때 목표 냉각수 유량이 제1유량값이므로, 제어부(300)는 목표 온도 및 목표 유량에 기초하여 펌프의 회전수를 결정할 수 있다. According to an embodiment, if the heat generation amount exceeds the first value and the temperature difference of the coolant exceeds 0, the control unit 300 may determine the rotation speed of the pump based on the first flow rate value. For example, since the temperature difference of the target coolant of the fuel cell system 1 is the second value and the target coolant flow rate at this time is the first flow rate value, the control unit 300 adjusts the rotation speed of the pump based on the target temperature and target flow rate. You can decide.

실시예에 따르면, 제어부(300)는 냉각수의 온도차가 0을 초과하고 제2값 이하이면, 제1유량값에 비례하도록 선형 처리하여 펌프의 회전수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 펌프는 1회전시 순환시키는 냉각수 유량이 일정하므로 냉각수 유량과 펌프의 회전수는 비례 관계에 있을 수 있다. According to an embodiment, if the temperature difference of the coolant exceeds 0 and is less than or equal to the second value, the control unit 300 may determine the rotation speed of the pump by linearly processing the coolant to be proportional to the first flow rate value. For example, since the flow rate of coolant circulated during one rotation of the pump is constant, the flow rate of coolant and the number of revolutions of the pump may be proportional.

실시예에 따르면, 제어부(300)는 냉각수의 온도차가 제2값 초과이면, 냉각수 유량이 제1유량값일 때 펌프의 회전수에 대응되는 값에 기 설정된 값을 더하여 펌프의 회전수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 냉각수의 온도차가 제2값일 때 결정된 펌프의 회전수에 대응되는 값을 a라 하고 기 설정된 값을 b라 할 때, 제어부(300)는 펌프의 회전수를 a + b로 결정할 수 있다. According to the embodiment, if the temperature difference of the coolant exceeds the second value, the control unit 300 may determine the rotation speed of the pump by adding a preset value to the value corresponding to the rotation speed of the pump when the coolant flow rate is the first flow rate value. . For example, when the temperature difference of the coolant is the second value and the value corresponding to the determined pump rotation speed is a and the preset value is b, the control unit 300 may determine the pump rotation speed as a + b. there is.

실시예에 따르면, 기 설정된 값은 펌프의 사양, 배관의 저항, 연료전지 용량 또는 이들의 어느 조합 중 적어도 하나에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 연료전지 시스템(1)의 배관의 저항이 큰 경우 배관의 저항이 작은 경우에 비해 펌프의 1회전에 따른 냉각수 유량을 적을 것이므로, 기 설정된 값을 배관의 저항이 작은 경우보다 더 크게 설정할 수 있다. According to an embodiment, the preset value may be determined based on at least one of pump specifications, pipe resistance, fuel cell capacity, or any combination thereof. For example, if the resistance of the piping of the fuel cell system 1 is large, the coolant flow rate per rotation of the pump will be less compared to the case where the piping resistance is small, so the preset value must be set larger than when the piping resistance is small. You can set it.

실시예에 따르면, 연료전지 시스템(1)은 냉각수 유량에 대응하는 펌프의 회전수를 포함하는 룩업 테이블을 저장한 저장부(400)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 제어부(300)는 냉각수의 온도차 및 발열량에 기초하여 냉각수 유량을 산출하고, 산출한 냉각수 유량에 따른 펌프의 회전수를 룩업 테이블에서 획득하여 해당 값을 펌프의 회전수로 결정함으로써 즉각적인 펌프 회전수의 제어가 가능할 것이다. According to an embodiment, the fuel cell system 1 may further include a storage unit 400 that stores a look-up table including the rotation speed of the pump corresponding to the coolant flow rate. At this time, the control unit 300 calculates the coolant flow rate based on the temperature difference and heat generation amount of the coolant, obtains the rotation speed of the pump according to the calculated coolant flow rate from the look-up table, and determines the value as the pump rotation speed, thereby immediately pumping the pump. Control of rotation speed will be possible.

도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 열관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.Figure 4 is a flowchart for explaining a thermal management method of a fuel cell system according to an embodiment disclosed in this document.

도 4를 참조하면, 연료전지 시스템의 열관리 방법은, 연료전지 스택의 입구 및 출구의 냉각수의 온도차를 획득하는 단계(S100), 연료전지 스택의 발열량을 획득하는 단계(S200), 및 발열량을 제1값과 비교한 결과에 따라, 냉각수를 순환시키는 펌프의 회전수를 최소 회전수로 결정하거나 냉각수의 온도차에 기초하여 펌프의 회전수를 결정하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the heat management method of the fuel cell system includes obtaining the temperature difference of the coolant at the inlet and outlet of the fuel cell stack (S100), obtaining the heat generation amount of the fuel cell stack (S200), and calculating the heat generation amount. Depending on the result of comparing the value to 1, it may include determining the rotation speed of the pump circulating the coolant as the minimum rotation speed or determining the rotation speed of the pump based on the temperature difference of the coolant (S300).

S100 단계에서, 센서부(100)는 연료전지 스택(10)의 입구 및 출구의 냉각수의 온도차를 획득할 수 있다.In step S100, the sensor unit 100 may obtain the temperature difference between the coolant at the inlet and outlet of the fuel cell stack 10.

S200 단계에서, 발열량 획득부(200)는 연료전지 스택(10)의 발열량을 획득할 수 있다.In step S200, the calorific value acquisition unit 200 may acquire the calorific value of the fuel cell stack 10.

S300 단계에서, 제어부(300)는 발열량을 제1값과 비교한 결과에 따라, 냉각수를 순환시키는 펌프의 회전수를 최소 회전수로 결정하거나 냉각수의 온도차에 기초하여 펌프의 회전수를 결정할 수 있다. In step S300, the control unit 300 determines the rotation speed of the pump circulating the coolant as the minimum rotation speed according to the result of comparing the heat generation amount with the first value, or determines the rotation speed of the pump based on the temperature difference of the coolant. .

도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에서 펌프의 회전수를 결정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of determining the rotation speed of a pump in a fuel cell system according to an embodiment disclosed in this document.

도 5를 참조하면, S10 단계에서, 제어부(300)는 발열량 획득부(200)에서 획득한 스택(10)의 발열량과 제1값을 비교할 수 있다. 이 때, 제어부(300)는 발열량이 제1값 이상인지 여부를 판단할 수 있다.Referring to FIG. 5 , in step S10, the control unit 300 may compare the calorific value of the stack 10 obtained by the calorific value acquisition unit 200 with the first value. At this time, the control unit 300 can determine whether the heat generation amount is greater than or equal to the first value.

S20 단계에서, 제어부(300)는 센서부(100)에서 획득한 연료전지 스택의 입구 및 출구의 냉각수의 온도차에 기초하여 스택 입구의 냉각수의 온도와 스택 출구의 냉각수의 온도를 비교할 수 있다. In step S20, the control unit 300 may compare the temperature of the coolant at the stack inlet and the temperature of the coolant at the stack outlet based on the temperature difference between the coolant at the inlet and outlet of the fuel cell stack obtained by the sensor unit 100.

S30 단계에서, 제어부(300)는 발열량이 제1값 이하이거나 발열량이 제1값 초과이나 스택 입구의 냉각수의 온도가 스택 출구의 냉각수의 온도보다 큰 경우, 펌프의 회전수를 최소 회전수로 결정할 수 있다.In step S30, if the calorific value is less than or equal to the first value or the calorific value is greater than the first value but the temperature of the coolant at the stack inlet is greater than the temperature of the coolant at the stack outlet, the control unit 300 determines the rotation speed of the pump as the minimum rotation speed. You can.

S40 단계에서, 제어부(300)는 냉각수의 온도차가 제2값 이하인지 여부를 판단할 수 있다.In step S40, the control unit 300 may determine whether the temperature difference of the coolant is less than or equal to the second value.

S50 단계에서, 제어부(300)는 냉각수의 온도차가 제2값을 초과하는 경우, 냉각수 유량이 제1유량값일 때 펌프의 회전수에 대응되는 값에 기 설정된 값을 더하여 펌프의 회전수를 결정할 수 있다.In step S50, when the temperature difference of the coolant exceeds the second value, the control unit 300 may determine the rotation speed of the pump by adding a preset value to the value corresponding to the rotation speed of the pump when the coolant flow rate is the first flow rate value. there is.

S60 단계에서, 제어부(300)는 냉각수의 온도차가 0초과 제2값 이하인 경우, 제1유량값에 비례하도록 선형 처리하여 펌프의 회전수를 결정할 수 있다. In step S60, if the temperature difference of the coolant is greater than 0 and less than or equal to the second value, the control unit 300 may determine the rotation speed of the pump by linearly processing the coolant to be proportional to the first flow rate value.

이상에서, 본 문서에 개시된 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 문서에 개시된 실시예들이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 문서에 개시된 실시예들의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. In the above, just because all the components constituting the embodiments disclosed in this document are described as being combined or operated in combination, the embodiments disclosed in this document are not necessarily limited to these embodiments. That is, as long as it is within the scope of the purpose of the embodiments disclosed in this document, all of the components may be operated by selectively combining one or more of them.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소를 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 문서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. In addition, terms such as “include,” “comprise,” or “have,” as used above, mean that the corresponding component may be contained, unless specifically stated to the contrary, and thus exclude other components. It should be interpreted as being able to include other components. All terms, 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 embodiments disclosed in this document belong, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as terms defined in dictionaries, should be interpreted as consistent with the contextual meaning of the relevant technology, and should not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless explicitly defined in this document.

이상의 설명은 본 문서에 개시된 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 문서에 개시된 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 문서에 개시된 실시예들은 본 문서에 개시된 실시예들의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 문서에 개시된 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 문서에 개시된 기술사상의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 문서의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea disclosed in this document, and those skilled in the art in the technical field to which the embodiments disclosed in this document belong will understand without departing from the essential characteristics of the embodiments disclosed in this document. Various modifications and variations will be possible. Accordingly, the embodiments disclosed in this document are not intended to limit the technical idea of the embodiments disclosed in this document, but rather to explain them, and the scope of the technical idea disclosed in this document is not limited by these embodiments. The scope of protection of the technical ideas disclosed in this document shall be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope shall be interpreted as being included in the scope of rights of this document.

Claims (10)

연료전지 스택의 입구 및 출구의 냉각수의 온도차를 획득하는 센서부;
상기 연료전지 스택의 발열량을 획득하는 발열량 획득부; 및
상기 발열량을 제1값과 비교한 결과에 따라, 냉각수를 순환시키는 펌프의 회전수를 최소 회전수로 결정하거나 상기 냉각수의 온도차에 기초하여 상기 펌프의 회전수를 결정하는 제어부를 포함하는 연료전지 시스템.
A sensor unit that acquires the temperature difference between the coolant at the inlet and outlet of the fuel cell stack;
a calorific value acquisition unit that acquires the calorific value of the fuel cell stack; and
A fuel cell system including a control unit that determines the rotation speed of the pump for circulating coolant as the minimum rotation speed according to the result of comparing the heat generation value with the first value or determines the rotation speed of the pump based on the temperature difference of the coolant. .
 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 발열량이 제1값 이하이면 상기 펌프의 회전수를 상기 최소 회전수로 결정하고, 상기 발열량이 제1값 초과이면 상기 냉각수의 온도차에 기초하여 상기 펌프의 회전수를 결정하는 연료전지 시스템.
According to paragraph 1,
The control unit determines the rotation speed of the pump to be the minimum rotation speed if the calorific value is less than a first value, and determines the rotation speed of the pump based on the temperature difference of the coolant if the calorific value is greater than the first value. system.
 제1항에 있어서,
상기 센서부는 상기 냉각수의 온도차에 기초하여 상기 스택의 입구 냉각수의 온도 및 상기 스택의 출구 냉각수의 온도를 획득하고,
상기 제어부는 상기 발열량이 제1값 초과이고, 상기 스택의 입구 냉각수의 온도가 상기 스택의 출구 냉각수의 온도보다 큰 경우, 상기 펌프의 회전수를 상기 최소 회전수로 결정하는 연료전지 시스템.
According to paragraph 1,
The sensor unit acquires the temperature of the inlet coolant of the stack and the temperature of the outlet coolant of the stack based on the temperature difference of the coolant,
The control unit determines the rotation speed of the pump to be the minimum rotation speed when the calorific value exceeds the first value and the temperature of the inlet coolant of the stack is greater than the temperature of the outlet coolant of the stack.
 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 냉각수의 온도차 및 상기 발열량에 기초하여 냉각수 유량을 산출하는 연료전지 시스템.
According to paragraph 1,
The control unit,
A fuel cell system that calculates a coolant flow rate based on the temperature difference of the coolant and the heating value.
 제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 발열량이 제1값 초과이고 상기 냉각수의 온도차가 0 초과이면,
상기 냉각수의 온도차가 제2값일 때의 상기 냉각수 유량을 제1유량값으로 산출하고, 상기 제1유량값에 기초하여 상기 펌프의 회전수를 결정하는 연료전지 시스템.
According to paragraph 4,
The control unit,
If the calorific value exceeds the first value and the temperature difference of the coolant exceeds 0,
A fuel cell system that calculates the coolant flow rate when the temperature difference of the coolant is a second value as a first flow rate value, and determines the rotation speed of the pump based on the first flow rate value.
 제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 냉각수의 온도차가 제2값 이하이면, 상기 제1유량값에 비례하도록 선형 처리하여 상기 펌프의 회전수를 결정하는 연료전지 시스템.
According to clause 5,
The control unit,
If the temperature difference of the coolant is less than or equal to a second value, the fuel cell system determines the rotation speed of the pump by linearly processing it to be proportional to the first flow rate value.
 제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 냉각수의 온도차가 제2값 초과이면, 상기 냉각수 유량이 상기 제1유량값일 때 상기 펌프의 회전수에 대응되는 값에 기 설정된 값을 더하여 상기 펌프의 회전수를 결정하는 연료전지 시스템.
According to clause 5,
The control unit,
If the temperature difference of the coolant exceeds the second value, the rotation speed of the pump is determined by adding a preset value to the value corresponding to the rotation speed of the pump when the coolant flow rate is the first flow rate value.
 제7항에 있어서,
상기 기 설정된 값은 상기 펌프의 사양, 배관의 저항, 연료전지 용량 또는 이들의 어느 조합 중 적어도 하나에 기초하여 결정되는 연료전지 시스템.
In clause 7,
The fuel cell system wherein the preset value is determined based on at least one of the specifications of the pump, resistance of the pipe, fuel cell capacity, or any combination thereof.
 제1항에 있어서,
상기 냉각수 유량에 따른 상기 펌프의 회전수를 포함하는 룩업 테이블을 저장한 저장부를 더 포함하는 연료전지 시스템.
According to paragraph 1,
The fuel cell system further includes a storage unit that stores a look-up table containing the rotation speed of the pump according to the coolant flow rate.
 연료전지 스택의 입구 및 출구의 냉각수의 온도차를 획득하는 단계;
상기 연료전지 스택의 발열량을 획득하는 단계; 및
상기 발열량을 제1값과 비교한 결과에 따라, 냉각수를 순환시키는 펌프의 회전수를 최소 회전수로 결정하거나 상기 냉각수의 온도차에 기초하여 상기 펌프의 회전수를 결정하는 단계를 포함하는 연료전지 시스템의 열관리 방법.
Obtaining a temperature difference between the coolant at the inlet and outlet of the fuel cell stack;
Obtaining the calorific value of the fuel cell stack; and
A fuel cell system comprising the step of determining the rotation speed of a pump circulating coolant as the minimum rotation speed according to the result of comparing the heat generation value with the first value, or determining the rotation speed of the pump based on the temperature difference of the coolant. heat management method.
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