KR20240035167A - 연료전지 시스템 및 그의 열 관리 방법 - Google Patents

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KR20240035167A
KR20240035167A KR1020220114301A KR20220114301A KR20240035167A KR 20240035167 A KR20240035167 A KR 20240035167A KR 1020220114301 A KR1020220114301 A KR 1020220114301A KR 20220114301 A KR20220114301 A KR 20220114301A KR 20240035167 A KR20240035167 A KR 20240035167A
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임혜수
원종보
최성경
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현대모비스 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 연료전지 스택을 경유하는 제1 냉각라인에서 상기 연료전지 스택으로 유입되는 냉각수의 제1 냉각수 온도를 측정하는 제1 온도 센서, 전장부품을 경유하는 제2 냉각라인에서 상기 전장부품으로 유입되는 냉각수의 제2 냉각수 온도를 측정하는 제2 온도 센서, 및 상기 제1 냉각수 온도에 기초하여 목표 냉각팬 회전수를 결정하되, 상기 제2 냉각수 온도가 기준치 이상이면 상기 제2 냉각수 온도에 기초하여 상기 목표 냉각팬 회전수를 보정하는 제어기를 포함한다.

Description

연료전지 시스템 및 그의 열 관리 방법{FUEL CELL SYSTEM AND THERMAL MANAGEMENT METHOD THEREOF}
본 발명은 연료전지 시스템 및 그의 열 관리 방법에 관한 것이다.
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.
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 이온필터, 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.
이러한, 열 관리 시스템은 연료전지 스택과 전장부품을 적정온도로 유지하기 위해 스택 라디에이터 및 전장 라디에이터를 각각 구비하는데, 한정된 공간 때문에 하나의 냉각팬을 이용하여 두 개의 라디에이터를 동시에 냉각하는 구조로 구성할 수 있다.
하지만, 열 관리 시스템은 전장 냉각수 온도보다는 스택 냉각수 온도를 우선하여 냉각팬의 회전수를 제어하기 때문에 외기온이 높은 경우 전장 냉각수 온도가 과열되는 구간이 발생함에 따라 시스템의 냉각 효율이 저하되는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 스택 라디에이터 및 전장 라디에이터가 하나의 냉각팬으로 동작하는 경우, 전장 냉각수 온도가 과열되는 구간 발생 시 전장 냉각수 온도에 기초하여 목표 냉각팬 회전수를 보정함으로써 전장 냉각수 온도가 과열되는 것을 방지하는 연료전지 시스템 및 그의 열 관리 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 전장 냉각수 온도에 기초하여 보정된 목표 냉각팬 회전수를 토대로 냉각팬의 회전수를 제어하는 동안 냉각수 제어 밸브를 통해 유로 및/또는 유량을 제어함으로써 스택 냉각수가 과 냉각되지 않도록 하여 스택 안전성을 확보할 수 있는 연료전지 시스템 및 그의 열 관리 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 연료전지 스택을 경유하는 제1 냉각라인에서 상기 연료전지 스택으로 유입되는 냉각수의 제1 냉각수 온도를 측정하는 제1 온도 센서, 전장부품을 경유하는 제2 냉각라인에서 상기 전장부품으로 유입되는 냉각수의 제2 냉각수 온도를 측정하는 제2 온도 센서, 및 상기 제1 냉각수 온도에 기초하여 목표 냉각팬 회전수를 결정하되, 상기 제2 냉각수 온도가 기준치 이상이면 상기 제2 냉각수 온도에 기초하여 상기 목표 냉각팬 회전수를 보정하는 제어기를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제어기는, 기 설정된 기준 냉각팬 회전수 및 상기 제1 냉각수 온도에 대응하여 설정된 제1 보정값에 기초하여 상기 목표 냉각팬 회전수를 결정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제어기는, 상기 결정된 목표 냉각팬 회전수에 기초하여 냉각팬의 회전수를 제어하는 동안 상기 제2 냉각수 온도가 기 설정된 목표 전장 냉각수 온도 이상이 되면, 상기 목표 냉각팬 회전수를 보정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제어기는, 상기 제2 냉각수 온도에 대응하여 설정된 제2 보정값에 기초하여 상기 목표 냉각팬 회전수를 보정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 냉각팬은, 상기 제1 냉각라인 상에 설치된 제1 라디에이터 및 상기 제2 냉각라인 상에 설치된 제2 라디에이터를 동시에 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은, 상기 연료전지 스택과 상기 제1 라디에이터 사이에서 제1 냉각수의 유동 경로를 전환하는 냉각수 제어 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 냉각수 제어 밸브는, 상기 제1 라디에이터를 경유하는 유로로 제1 냉각수를 배출하는 포트, 및 상기 제1 라디에이터를 경유하지 않는 바이패스 유로로 제1 냉각수를 배출하는 포트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제어기는, 상기 보정된 목표 냉각팬 회전수에 기초하여 냉각팬의 회전수를 제어하는 동안 상기 제1 냉각수 온도가 목표 스택 냉각수 온도 미만이면, 상기 냉각수 제어 밸브에서 상기 제1 냉각수를 배출하는 포트의 밸브 개도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제어기는, 상기 냉각수 제어 밸브에서 상기 제1 라디에이터를 경유하는 유로로 제1 냉각수를 배출하는 포트의 밸브를 닫힘 방향으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제어기는, 상기 냉각수 제어 밸브에서 상기 바이패스 유로로 제1 냉각수를 배출하는 포트의 밸브를 열림 방향으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 열 관리 방법은, 연료전지 스택을 경유하는 제1 냉각라인에서 상기 연료전지 스택으로 유입되는 냉각수의 제1 냉각수 온도를 측정하는 단계, 전장부품을 경유하는 제2 냉각라인에서 상기 전장부품으로 유입되는 냉각수의 제2 냉각수 온도를 측정하는 단계, 상기 제1 냉각수 온도에 기초하여 목표 냉각팬 회전수를 결정하는 단계, 및 상기 제2 냉각수 온도가 기준치 이상이면 상기 제2 냉각수 온도에 기초하여 상기 목표 냉각팬 회전수를 보정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 목표 냉각팬 회전수를 결정하는 단계는, 기 설정된 기준 냉각팬 회전수 및 상기 제1 냉각수 온도에 대응하여 설정된 제1 보정값에 기초하여 상기 목표 냉각팬 회전수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 목표 냉각팬 회전수를 보정하는 단계는, 상기 결정된 목표 냉각팬 회전수에 기초하여 냉각팬의 회전수를 제어하는 동안 상기 제2 냉각수 온도가 기 설정된 목표 전장 냉각수 온도 이상이 되면, 상기 목표 냉각팬 회전수를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 목표 냉각팬 회전수를 보정하는 단계는, 상기 제2 냉각수 온도에 대응하여 설정된 제2 보정값에 기초하여 상기 목표 냉각팬 회전수를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 열 관리 방법은, 상기 연료전지 스택과 상기 제1 냉각라인 상에 설치된 제1 라디에이터 사이에서 냉각수 제어 밸브에 의해 제1 냉각수의 유동 경로를 전환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제1 냉각수의 유동 경로를 전환하는 단계는, 상기 보정된 목표 냉각팬 회전수에 기초하여 냉각팬의 회전수를 제어하는 동안 상기 제1 냉각수 온도가 목표 스택 냉각수 온도 미만이면, 상기 냉각수 제어 밸브의 개도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 냉각수 제어 밸브의 개도를 제어하는 단계는, 상기 냉각수 제어 밸브에서 상기 제1 라디에이터를 경유하는 유로로 제1 냉각수를 배출하는 포트의 밸브를 닫힘 방향으로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 냉각수 제어 밸브의 개도를 제어하는 단계는, 상기 냉각수 제어 밸브에서 상기 제1 라디에이터를 경유하지 않는 바이패스 유로로 제1 냉각수를 배출하는 포트의 밸브를 열림 방향으로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스택 라디에이터 및 전장 라디에이터가 하나의 냉각팬으로 동작하는 경우, 전장 냉각수 온도가 과열되는 구간 발생 시 전장 냉각수 온도에 기초하여 목표 냉각팬 회전수를 보정함으로써 전장 냉각수 온도가 과열되는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전장 냉각수 온도에 기초하여 보정된 목표 냉각팬 회전수를 토대로 냉각팬의 회전수를 제어하는 동안 냉각수 제어 밸브를 통해 유로 및/또는 유량을 제어함으로써 스택 냉각수가 과 냉각되지 않도록 하여 스택 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어 블록도를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 열 관리 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.
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.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 차량용 연료전지 시스템은 차량의 연료전지 스택(10)을 경유하는 제1 냉각수가 순환되는 제1 냉각라인과 차량의 전장부품(power electronic parts)(200)을 경유하는 제2 냉각수가 순환되는 제2 냉각라인(160)을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 연료전지 시스템은 제1 냉각수와 제2 냉각수를 상호 열교환시키는 열교환기(300)를 더 포함할 수 있으나, 생략 가능하다.
연료전지 시스템은 제1 냉각라인을 형성하는 복수의 유로, 즉, 제1 내지 제5 유로(110~150)를 포함할 수 있다. 제1 냉각수는 제1 내지 제5 유로(110~150)를 순환하면서 냉각 또는 가열될 수 있다.
제1 냉각수가 순환하는 제1 내지 제5 유로(110~150) 상에는 연료전지 스택(10), 히터(20), 제1 펌프(30), 이온필터(Coolant Ion Filter, CIF)(40) 및 제1 라디에이터(50) 등이 배치될 수 있다. 제1 냉각수가 이동하는 유로들 중 제1 유로(110)는 연료전지 스택(10)을 경유하고, 제2 유로(120)는 히터(20)를 경유하고, 제3 유로(130)는 이온필터(40)를 경유하며, 제4 유로(140)는 제1 라디에이터(50)를 경유하도록 구성될 수 있다. 또한, 제5 유로(150)는 제1 라디에이터(50)를 바이패스하여 통과하는 유로이다.
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.
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.
제1 냉각수의 유동 경로는 연료전지 스택(10)을 경유하는 제1 유로(110) 또는 히터(20)를 경유하는 제2 유로(120)로 전환될 수 있다. 만일, 제1 냉각수가 제2 유로(120)를 따라 유동되는 경우, 제2 유로(120) 상에 설치된 히터(20)를 통과하는 중에 히터에 의해 가열될 수 있다. 여기서, 히터(20)는 COD(Cathode Oxygen Depletion) 히터일 수 있다.
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.
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. 이를 위해, 이온필터(40)는 제1 냉각수의 이온을 필터링하는 역할을 한다. 이온필터(40)는 제1 냉각수의 전기전도도를 일정 수준 이하로 유지하기 위해 제1 냉각수에 포함된 이온을 제거하도록 설정될 수 있다.
제1 라디에이터(50)는 복수의 유로를 따라 이동하는 제1 냉각수를 냉각시키도록 설정될 수 있으며, 냉각팬(60)은 제1 라디에이터(50)에 외기를 송풍하도록 설정될 수 있다. 제1 라디에이터(50)는 제1 냉각수를 냉각시킬 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제1 라디에이터(50)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 제1 라디에이터(50)는 제1 냉각수가 저장되는 리저버(52)에 연결될 수 있다.
또한, 연료전지 시스템은 제1 내지 제5 유로(110~150)를 통한 제1 냉각수의 이동 경로를 전환하는 냉각수 제어 밸브(70)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 일 예로, 냉각수 제어 밸브(70)는 제1 펌프(30)로 유입되는 제1 냉각수의 유동 경로를 전환하는 제1 밸브(예를 들어, 냉각수 온도 제어 밸브(Coolant Temperature control Valve, CTV) 및 제1 펌프(30)에 의해 펌핑된 제1 냉각수의 유동 경로를 전환하는 제2 밸브(예를 들어, 냉각수 바이패스 밸브(Coolant Bypass Valve, CBV)가 통합된, 통합 냉각수 온도 제어 밸브(Integrated Coolant Temperature control Valve, ICTV) 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 제1 펌프(30)는 냉각수 공급 펌프(Coolant Supply Pump, CSP)일 수 있다.
도 2를 참조하면, 냉각수 제어 밸브(70)는 제1 내지 제5 유로(110~150)와 연결되는 복수 개의 포트를 포함한다. 냉각수 제어 밸브(70)는 오방 밸브(5-way valve)일 수 있다. 일 예로, 냉각수 제어 밸브(70)는 제1 냉각수가 유입되는 제1 포트(71) 및 제2 포트(72)를 포함하고, 제1 포트(71) 또는 제2 포트(72)를 통해 유입된 제1 냉각수가 배출되는 제3 포트(73), 제4 포트(74) 및 제5 포트(75)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 포트(71) 및 제3 포트(73)는 제1 값(θ1) 내지 제2 값(θ2) 사이에서 밸브의 개도량(각도)이 조절될 수 있다. 한편, 제2 포트(72), 제4 포트(74) 및 제5 포트(75)는 제2 값(θ2) 내지 제3 값(θ3) 사이에서 밸브의 개도량(각도)이 조절될 수 있다.
제1 포트(71)는 히터(20)를 경유하는 제2 유로(120) 및 이온필터(40)를 경유하는 제3 유로(130)와 연결되어, 제1 포트(71) 개방 시 제2 유로(120) 및 제3 유로(130)를 통과한 제1 냉각수가 유입될 수 있다.
제2 포트(72)는 연료전지 스택(10)을 경유하는 제1 유로(110) 및 이온필터(40)를 경유하는 제3 유로(130)와 연결되어, 제2 포트(72) 개방 시 제1 유로(110) 및 제3 유로(130)를 통과한 제1 냉각수가 유입될 수 있다. 여기서, 이온필터(40)를 통과한 제1 냉각수는 제1 포트(71) 및 제2 포트(72)의 개폐 상태에 따라 제1 포트(71) 또는 제2 포트(72)로 유입될 수 있다.
제3 포트(73) 및 제4 포트(74)는 제1 라디에이터(50)를 거치지 않고 제1 냉각수를 제1 펌프(30)의 입구로 유동시키는 제5 유로(150)와 연결된다. 일 예로, 제3 포트(73)는 제1 포트(71) 개방 시 함께 개방되어 제1 포트(71)를 통해 유입된 제1 냉각수를 제5 유로(150)로 배출시킬 수 있다. 제4 포트(74)는 제2 포트(72) 개방 시에 개방될 수 있으며, 제2 포트(72)를 통해 유입된 제1 냉각수의 일부 또는 전체를 제5 유로(150)로 배출시킬 수 있다.
제5 포트(75)는 제1 라디에이터(50)를 경유하는 제4 유로(140)와 연결되어, 제5 포트(75) 개방 시에 제1 냉각수를 제4 유로(140)로 배출시킬 수 있다. 제5 포트(75)는 제2 포트(72) 개방 시에 개방될 수 있으며, 제2 포트(72)를 통해 유입된 제1 냉각수의 일부 또는 전체를 제4 유로(140)로 배출시킬 수 있다.
제5 포트(75)에 의해 배출된 제1 냉각수는 제4 유로(140)를 따라 유동하며 제1 라디에이터(50)를 거쳐 냉각되고, 다시 제1 펌프(30)로 유입될 수 있다.
냉각수 제어 밸브(70)의 제1 내지 제5 포트(71~75)는 제어기(400)에 의해 개폐가 제어될 수 있다. 이에, 냉각수 제어 밸브(70)는 제어기(400)로부터의 제어 신호에 따라 제1 내지 제5 포트(71~75) 중 일부 포트의 밸브를 개방함으로써 연료전지 시스템을 순환하는 제1 냉각수의 유동 경로를 전환할 수 있다. 이때, 제1 냉각수는 제1 유로(110), 제2 유로(120), 제3 유로(130), 제4 유로(140) 및 제5 유로(150) 중 일부 유로를 따라 순환하면서 냉각 또는 가열될 수 있다.
연료전지 시스템은 연료전지 스택(10)과 제1 펌프(30)의 사이에서 제1 냉각수의 온도를 측정하는 제1 온도 센서(102), 연료전지 스택(10)과 냉각수 제어 밸브(70) 사이에서 제1 냉각수의 온도를 측정하는 제3 온도 센서(106)를 포함할 수 있다.
연료전지 시스템은 제1 온도 센서(102) 및 제3 온도 센서(106)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.
한편, 제2 냉각라인(160)은 차량의 전장부품(200)을 경유하도록 구성되며, 제2 냉각수는 제2 냉각라인(160)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 1에는 도시되지 않았지만, 전장부품(200)은 DC-DC 벅/부스트(buck/boost) 컨버터를 더 포함할 수 있다.
제2 냉각라인(160) 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.
제2 냉각라인(160) 상에는 제2 냉각수를 냉각시키기 위한 제2 라디에이터(55)가 배치될 수 있다. 제2 라디에이터(55)는 제2 냉각수를 냉각시킬 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제2 라디에이터(55)의 종류 및 구조가 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 제2 라디에이터(55)는 제2 냉각수가 저장되는 제2 리저버(57)에 연결될 수 있다.
실시예에서, 제1 라디에이터(50) 및 제2 라디에이터(55)는 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 냉각팬(60)에 의해 동시에 냉각되도록 구성될 수 있다. 일 예로, 제1 라디에이터(50) 및 제2 라디에이터(55)는 나란하게 배치되고, 냉각팬(60)은 제1 라디에이터(50) 및 제2 라디에이터(55)에 외기를 송풍하도록 설정될 수 있다.
하나의 냉각팬(60)에 의해 제1 라디에이터(50) 및 제2 라디에이터(55)가 동시에 냉각되도록 하는 것에 의하여, 연료전지 시스템의 구조는 간소화되고 설계자유도 및 공간활용성이 향상될 수 있으며, 제1 라디에이터(50) 및 제2 라디에이터(55)를 냉각시키기 위한 전력 소모가 최소화될 수 있다.
열교환기(300)는 제1 냉각수와 제2 냉각수를 상호 열교환시키도록 설정될 수 있다. 열교환기(300)가 포함되는 경우, 제1 냉각라인(110~150) 및 제2 냉각라인(160)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, 전장부품(200)을 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(50) 및 냉각팬(60)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.
연료전지 시스템은 제2 펌프(205)와 전장부품(200)의 사이에서 제2 냉각수의 온도를 측정하는 제2 온도 센서(104)를 더 포함할 수 있다.
실시 예에서, 열교환기(300)는 제1 라디에이터(50)의 출구와 연료전지 스택(10)의 사이에서 제1 냉각라인에 연결되고, 제2 냉각라인(160)은 열교환기(300)를 경유하도록 제2 라디에이터(55)의 출구와 전장부품(200)을 연결할 수 있다. 예를 들어, 제1 냉각수는 제1 냉각라인에 연결된 열교환기(300)를 따라 유동될 수 있으며, 제2 냉각라인(160)은 제1 냉각수에 노출(예를 들어, 제1 냉각수가 제2 냉각라인(160)의 둘레를 따라 유동)되도록 열교환기(300)의 내부를 통과할 수도 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(50)를 통과한 제1 냉각수의 제1 온도는 제2 라디에이터(55)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.
도 1의 실시예에 따른 열교환기(300)는 제1 라디에이터(50)와 별도로 배치되지만, 다른 실시예에서 열교환기(300)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 라디에이터(50)에 직접 연결될 수도 있다. 예를 들어, 열교환기(300)는 제1 라디에이터(50)의 지정된 위치(좌측 상단부)에 연결될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 연료전지 시스템의 각 구성들과 연결되어 연료전지 시스템의 전반적인 기능을 수행하는 제어기(400)를 포함할 수 있다. 여기서, 제어기(400)는 프로세서(processor)나 CPU(central processing unit)와 같은 하드웨어 장치이거나, 또는 프로세서에 의하여 구현되는 프로그램일 수 있다.
제어기(400)는 연료전지 시스템 구성 시, 온도 센서에 의해 측정된 냉각수 온도에 기초하여 제1 펌프(30), 제2 펌프(205) 및 냉각팬(60)의 구동을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어기(400)는 열 관리 시스템이 정상 운전 모드로 동작하는 경우, 온도 센서에 의해 측정된 제1 냉각수 온도 및/또는 제2 냉각수 온도에 기초하여 제1 펌프(30), 제2 펌프(205) 및 냉각팬(60)의 회전수를 제어할 수 있다.
또한, 제어기(400)는 온도 센서에 의해 측정된 냉각수 온도에 기초하여 냉각수 제어 밸브(70)의 개도량을 제어할 수도 있다.
여기서, 온도 센서는 앞서 설명한 제1 온도 센서(102) 및 제2 온도 센서(104)를 포함할 수 있다. 제1 온도 센서(102)는 연료전지 스택(10)과 제1 펌프(30)의 사이에서 제1 냉각수의 온도를 측정하는 센서로서, 구체적으로 연료전지 스택(10) 입구의 냉각수 온도를 측정한다. 제2 온도 센서(104)는 제2 펌프(205)와 전장부품(200) 사이에서 제2 냉각수의 온도를 측정하는 센서로서, 구체적으로 제2 펌프(205) 출구의 냉각수 온도, 즉, 전장부품(200)으로 유입되는 냉각수 온도를 측정한다. 그 외에도, 온도 센서는 외기온도를 측정하는 센서를 더 포함할 수도 있다.
이에, 제어기(400)는 열 관리 시스템이 정상 운전 모드로 동작하는 경우, 외기온도, 연료전지 스택(10)의 출력 및 목표 전장 냉각성능 등에 기초하여 제1 펌프(30), 제2 펌프(205) 및 냉각팬(60)의 회전수를 제어할 수 있다. 여기서, 열 관리 시스템은 외기온도가 기 설정된 제1 기준온도를 초과하고, 연료전지 스택(10) 입구의 냉각수 온도가 기 설정된 제2 기준온도를 초과하는 경우에 정상 운전 모드로 동작할 수 있다.
제어기(400)는 열 관리 시스템이 정상 운전 모드로 동작하는 동안 제1 온도 센서(102) 및 제2 온도 센서(104)로부터 측정된 제1 냉각수 온도 및 제2 냉각수 온도를 상시 모니터링하고, 제1 냉각수 온도 및 제2 냉각수 온도의 변화에 기초하여 냉각팬(60)의 회전수를 보정할 수 있다.
이때, 제어기(400)는 제2 냉각수 온도가 목표 전장 냉각수 온도 미만인 경우에는 제1 냉각수 온도의 변화에 기초하여 냉각팬(60)의 회전수를 결정할 수 있다.
일 예로, 제어기(400)는 제2 냉각수 온도가 목표 전장 냉각수 온도 미만인 경우, 외기온도 및 연료전지 스택(10)의 출력을 기초로 하여 기준 냉각팬 회전수를 결정하고, 결정된 기준 냉각팬 회전수에 제1 냉각수 온도, 즉, 연료전지 스택(10) 입구의 냉각수 온도에 따른 제1 보정값을 반영하여 목표 냉각팬 회전수를 결정할 수 있다. 이에, 제1 보정값을 반영한 목표 냉각팬 회전수는 아래 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]에서, DFS는 목표 냉각팬 회전수, DFS_Ref는 기준 냉각팬 회전수, 그리고 DFS_FcInClntTemp는 연료전지 스택(10) 입구의 냉각수 온도에 따른 제1 보정값을 의미한다. DFS_FcInClntTemp는 연료전지 스택(10) 입구의 냉각수 온도, 즉, 제1 냉각수 온도의 변화에 따라 달라질 수 있다. 제1 냉각수 온도별로 대응되는 DFS_FcInClntTemp는 사전에 정의될 수 있다.
이에, 제어기(400)는 [수학식 1]에 의해 획득한 목표 냉각팬 회전수에 기초하여 냉각팬(60)의 회전수를 제어한다.
한편, 제어기(400)는 제2 냉각수 온도가 목표 전장 냉각수 온도 이상인 경우에는 제1 냉각수 온도 및 제2 냉각수 온도의 변화에 기초하여 목표 냉각팬 회전수를 보정할 수 있다.
일 예로, 제어기(400)는 제2 냉각수 온도가 목표 전장 냉각수 온도 이상인 경우, 외기온도 및 연료전지 스택(10)의 출력을 기초로 하여 기준 냉각팬 회전수를 결정하고, 기준 냉각팬 회전수에 제1 냉각수 온도, 즉, 연료전지 스택(10) 입구의 냉각수 온도에 따른 제1 보정값과, 제2 냉각수 온도, 즉, 제2 펌프(205) 출구의 냉각수 온도에 따른 제2 보정값을 반영하여 목표 냉각팬 회전수를 결정할 수 있다. 이에, 제1 보정값 및 제2 보정값을 반영한 목표 냉각팬 회전수는 아래 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]에서, DFS는 목표 냉각팬 회전수, DFS_Ref는 기준 냉각팬 회전수, DFS_FcInClntTemp는 연료전지 스택(10) 입구의 냉각수 온도에 따른 제1 보정값, 그리고 DFS_CppOutClntTemp는 제2 펌프(205) 출구의 냉각수 온도에 따른 제2 보정값을 의미한다. DFS_FcInClntTemp는 연료전지 스택(10) 입구의 냉각수 온도, 즉, 제1 냉각수 온도의 변화에 따라 달라질 수 있다. 제1 냉각수 온도별로 대응되는 DFS_FcInClntTemp는 사전에 정의될 수 있다. 또한, DFS_CppOutClntTemp는 제2 펌프(205) 출구의 냉각수 온도, 즉, 제2 냉각수 온도의 변화에 따라 달라질 수 있다. 제2 냉각수 온도 별로 대응되는 DFS_CppOutClntTemp는 사전에 정의될 수 있다.
이에, 제어기(400)는 [수학식 2]에 의해 획득한 목표 냉각팬 회전수에 기초하여 냉각팬(60)의 회전수를 제어한다.
이와 같이, 제2 냉각수 온도를 반영하여 목표 냉각팬 회전수를 결정하는 경우, 하나의 냉각팬(60)을 이용하여 제1 라디에이터(50) 및 제2 라디에이터(55)를 동시에 냉각시키기 때문에, 제1 라디에이터(50)를 통과하는 제1 냉각수가 과 냉각될 수 있다.
이를 위해, 제어기(400)는 제1 냉각수 온도를 실시간으로 모니터링하며, 제1 냉각수 온도가 목표 스택 냉각수 온도 미만이 되는지를 확인한다. 만일, 제1 냉각수 온도가 목표 스택 냉각수 온도 미만이 되는 경우, 제어기(400)는 냉각수 제어 밸브의 개도량을 제어하여 제1 냉각수의 유로를 전환하거나 유량을 조절할 수 있다.
일 예로, 제어기(400)는 냉각수 제어 밸브의 포트들 중 제1 라디에이터(50)를 통과하는 제4 유로와 연결된 제5 포트를 닫힘 방향으로 제어할 수 있다. 이 경우, 제5 포트가 닫힘 방향으로 제어됨에 따라, 제4 유로로 유동되는 제1 냉각수의 유량이 감소할 수 있다. 이때, 바이패스 유로인 제5 유로와 연결된 제4 포트가 열림 방향으로 제어됨에 따라, 제5 유로로 유동되는 제1 냉각수의 유량이 증가함으로써, 연료전지 스택(10)으로 유입되는 제1 냉각수 온도가 상승하게 된다. 이와 같이, 제2 냉각수 온도가 상승하는 경우, 제2 냉각수 온도를 반영하여 냉각팬(60)의 회전수를 제어하면서도 냉각수 제어 밸브를 통해 제1 냉각수의 유로를 전환하거나 유로를 조절함으로써 제1 냉각수가 과 냉각되는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 열 관리 동작 흐름을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 열 관리 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 연료전지 시스템은 열 관리 시스템의 정상 운전 모드가 온(ON) 상태가 되면(S110), 외기온도, 연료전지 스택(10)의 출력 및 목표 전장 냉각성능 등에 기초하여 제1 펌프(30), 제2 펌프(205) 및 냉각팬(60)의 회전수를 제어할 수 있다(S120).
연료전지 시스템은 'S120' 과정을 통해 냉각팬(60)의 회전수를 제어하는 동안, 제1 온도 센서(102)에 의해 측정된 연료전지 스택(10) 입구의 냉각수 온도(제1 냉각수 온도) 및 제2 온도 센서(104)에 의해 측정된 제2 펌프(205) 출구의 냉각수 온도(제2 냉각수 온도)를 모니터링하며, 제1 냉각수 온도 및 제2 냉각수 온도에 기초하여 목표 냉각팬 회전수(DFS)를 결정한다.
구체적으로, 연료전지 시스템은 제2 냉각수 온도가 목표 전장 냉각수 온도 미만인 상태에서, 사전에 설정된 기준 냉각팬 회전수(DFS_Ref)에 제1 냉각수 온도에 따른 제1 보정값(DFS_FcInClntTemp)을 반영하여 목표 냉각팬 회전수(DFS)를 결정한다(S130, S140).
이후, 연료전지 시스템은 'S130' 과정에서 결정된 목표 냉각팬 회전수에 기초하여 냉각팬(60)의 회전수를 제어하는 동안, 제2 냉각수 온도가 목표 전장 냉각수 온도 이상인 상태가 되면(S140), S130' 과정에서 결정된 목표 냉각팬 회전수에 제2 냉각수 온도에 따른 제2 보정값(DFS_CppOutClntTemp)을 반영하여 목표 냉각팬 회전수(DFS)를 보정한다(S150).
여기서, 연료전지 시스템은 제2 보정값(DFS_CppOutClntTemp)을 반영하여 목표 냉각팬 회전수(DFS)를 보정함에 따라 제1 냉각수 온도가 과 냉각될 수 있으므로, 제1 냉각수 온도가 목표 스택 냉각수 온도 미만이 되는지를 확인한다.
만일, 제1 냉각수 온도가 목표 스택 냉각수 온도 미만이 아니면(S160), 'S150' 과정에서 보정된 목표 냉각팬 회전수(DFS)에 기초하여 냉각팬(60)의 회전수를 제어한다.
한편, 연료전지 시스템은 'S160' 과정에서 제1 냉각수 온도가 목표 스택 냉각수 온도 미만이 되면, 냉각수 제어 밸브의 개도량을 조절한다(S170). 'S170' 과정에서, 연료전지 시스템은 냉각수 제어 밸브의 포트들 중 제1 라디에이터(50)와 연결된 포트의 밸브를 닫힘 방향으로 조절함으로써 제1 라디에이터(50)에 의해 과도하게 냉각된 제1 냉각수가 연료전지 스택(10)으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 연료전지 스택(10)은 제1 라디에이터(50)에 의해 냉각된 냉각수와 바이패스 유로를 통과한 냉각수의 비율을 조절하여 연료전지 스택(10)으로 유입되는 제1 냉각수의 온도를 조절할 수도 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템 및 그의 열 관리 방법은, 하나의 냉각팬(60)을 이용하여 제1 라디에이터(50) 및 제2 라디에이터(55)를 동시에 냉각시키는 경우, 전장부품을 통과하는 제2 냉각수가 과도하게 과열되는 것을 방지하기 위해 냉각팬(60) 제어 시 제2 냉각수의 온도를 고려함과 동시에, 냉각수 제어 밸브의 개도를 제어함으로써 연료전지 스택(10)으로 유입되는 제1 냉각수 온도가 과 냉각되는 것을 방지할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 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.
10: 연료전지 스택 20: 히터
30: 제1 펌프 40: 이온필터
50: 제1 라디에이터 55: 제2 라디에이터
60: 냉각팬 70: 냉각수 제어 밸브
71~75: 제1~제5 포트 102~106: 온도 센서
110~150: 제1~제5 유로 200: 전장부품
205: 제2 펌프 400: 제어기

Claims (18)

  1. 연료전지 스택을 경유하는 제1 냉각라인에서 상기 연료전지 스택으로 유입되는 냉각수의 제1 냉각수 온도를 측정하는 제1 온도 센서;
    전장부품을 경유하는 제2 냉각라인에서 상기 전장부품으로 유입되는 냉각수의 제2 냉각수 온도를 측정하는 제2 온도 센서; 및
    상기 제1 냉각수 온도에 기초하여 목표 냉각팬 회전수를 결정하되, 상기 제2 냉각수 온도가 기준치 이상이면 상기 제2 냉각수 온도에 기초하여 상기 목표 냉각팬 회전수를 보정하는 제어기;
    를 포함하는 연료전지 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는,
    기 설정된 기준 냉각팬 회전수 및 상기 제1 냉각수 온도에 대응하여 설정된 제1 보정값에 기초하여 상기 목표 냉각팬 회전수를 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 결정된 목표 냉각팬 회전수에 기초하여 냉각팬의 회전수를 제어하는 동안 상기 제2 냉각수 온도가 기 설정된 목표 전장 냉각수 온도 이상이 되면, 상기 목표 냉각팬 회전수를 보정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제2 냉각수 온도에 대응하여 설정된 제2 보정값에 기초하여 상기 목표 냉각팬 회전수를 보정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각팬은,
    상기 제1 냉각라인 상에 설치된 제1 라디에이터 및 상기 제2 냉각라인 상에 설치된 제2 라디에이터를 동시에 냉각시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 연료전지 스택과 상기 제1 라디에이터 사이에서 제1 냉각수의 유동 경로를 전환하는 냉각수 제어 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 냉각수 제어 밸브는,
    상기 제1 라디에이터를 경유하는 유로로 제1 냉각수를 배출하는 포트; 및
    상기 제1 라디에이터를 경유하지 않는 바이패스 유로로 제1 냉각수를 배출하는 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 보정된 목표 냉각팬 회전수에 기초하여 냉각팬의 회전수를 제어하는 동안 상기 제1 냉각수 온도가 목표 스택 냉각수 온도 미만이면, 상기 냉각수 제어 밸브에서 상기 제1 냉각수를 배출하는 포트의 밸브 개도를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 냉각수 제어 밸브에서 상기 제1 라디에이터를 경유하는 유로로 제1 냉각수를 배출하는 포트의 밸브를 닫힘 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 냉각수 제어 밸브에서 상기 바이패스 유로로 제1 냉각수를 배출하는 포트의 밸브를 열림 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  11. 연료전지 스택을 경유하는 제1 냉각라인에서 상기 연료전지 스택으로 유입되는 냉각수의 제1 냉각수 온도를 측정하는 단계;
    전장부품을 경유하는 제2 냉각라인에서 상기 전장부품으로 유입되는 냉각수의 제2 냉각수 온도를 측정하는 단계;
    상기 제1 냉각수 온도에 기초하여 목표 냉각팬 회전수를 결정하는 단계; 및
    상기 제2 냉각수 온도가 기준치 이상이면 상기 제2 냉각수 온도에 기초하여 상기 목표 냉각팬 회전수를 보정하는 단계;
    를 포함하는 연료전지 시스템의 열 관리 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 목표 냉각팬 회전수를 결정하는 단계는,
    기 설정된 기준 냉각팬 회전수 및 상기 제1 냉각수 온도에 대응하여 설정된 제1 보정값에 기초하여 상기 목표 냉각팬 회전수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 열 관리 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 목표 냉각팬 회전수를 보정하는 단계는,
    상기 결정된 목표 냉각팬 회전수에 기초하여 냉각팬의 회전수를 제어하는 동안 상기 제2 냉각수 온도가 기 설정된 목표 전장 냉각수 온도 이상이 되면, 상기 목표 냉각팬 회전수를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 열 관리 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 목표 냉각팬 회전수를 보정하는 단계는,
    상기 제2 냉각수 온도에 대응하여 설정된 제2 보정값에 기초하여 상기 목표 냉각팬 회전수를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 열 관리 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 연료전지 스택과 상기 제1 냉각라인 상에 설치된 제1 라디에이터 사이에서 냉각수 제어 밸브에 의해 제1 냉각수의 유동 경로를 전환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 열 관리 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 냉각수의 유동 경로를 전환하는 단계는,
    상기 보정된 목표 냉각팬 회전수에 기초하여 냉각팬의 회전수를 제어하는 동안 상기 제1 냉각수 온도가 목표 스택 냉각수 온도 미만이면, 상기 냉각수 제어 밸브의 개도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 열 관리 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 냉각수 제어 밸브의 개도를 제어하는 단계는,
    상기 냉각수 제어 밸브에서 상기 제1 라디에이터를 경유하는 유로로 제1 냉각수를 배출하는 포트의 밸브를 닫힘 방향으로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 열 관리 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 냉각수 제어 밸브의 개도를 제어하는 단계는,
    상기 냉각수 제어 밸브에서 상기 제1 라디에이터를 경유하지 않는 바이패스 유로로 제1 냉각수를 배출하는 포트의 밸브를 열림 방향으로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 열 관리 방법.
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