KR101113647B1 - 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 연료전지 차량의 저온 방치시 밸브의 결빙이 일어나지 않도록 관리함으로써, 냉시동시 즉각적인 밸브 동작이 가능하도록 하여, 밸브 해빙이 불필요해지고, 이에 냉시동 시간의 단축, 밸브 해빙을 위한 에너지 소비의 삭제, 냉시동의 신뢰성 향상이 가능해지는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다. 이를 위해, 밸브를 히팅하기 위한 히터와; 상기 히터를 작동시키기 위한 전력원이 되는 배터리와; 상기 배터리의 전력을 히터에 공급하는 배터리 전력 공급회로 상에 설치되어 주위 온도에 따라 자동 개폐되면서 간헐적인 배터리 전력 공급 및 히터 작동이 이루어지도록 하는 써모스위치;를 포함하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치 및 이를 이용한 밸브 결빙 방지 방법이 개시된다.
연료전지, 밸브 결빙 방지, 써모스위치, 바이메탈, 히터, 배터리

Description

연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치 및 방법{Apparatus and method for preventing valve of fuel cell vehicle from icing}
본 발명은 연료전지 시스템의 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 시스템이 탑재된 차량이 영하의 온도에 장시간 방치되더라도 밸브 결빙을 방지할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
환경친화적인 미래형 자동차의 하나인 수소 연료전지 자동차에 적용되는 연료전지 시스템의 구성은, 반응가스의 전기화학반응으로부터 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택과, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 연료공급시스템(Fuel Processing System, FPS)과, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급시스템(Air Processing System, APS)과, 연료전지 스택의 전기화학반응 부산물인 열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전온도를 제어하며 물 관리 기능을 수행하는 열 및 물 관리 시스템(Thermal Management System, TMS)과; 연료전지 시스템의 작동 전반을 제어하는 연료전지 시스템 제어기 등으로 나누어 볼 수 있다.
여기서, 수소공급시스템은 수소탱크, 고압/저압 레귤레이터, 수소밸브, 수소 재순환 장치 등을 포함하고, 공기공급장치는 공기블로워, 공기밸브, 가습기 등을 포함하며, 열 및 물 관리 시스템은 냉각수 펌프, 라디에이터 등을 포함한다.
상기 수소공급시스템의 수소탱크로부터 공급되는 고압의 수소는 고압/저압 레귤레이터를 차례로 거친 뒤 낮은 압력으로 연료전지 스택으로 공급되며, 수소 재순환 장치에서는 재순환 라인에 블로워를 설치하여 스택의 애노드(수소극)에서 사용하고 남은 미반응 수소를 다시 애노드로 재순환시킴으로써 수소의 재사용을 도모한다.
상기한 시스템 구성을 갖는 연료전지 자동차에서 해결해야 할 여러 과제 중 가장 시급하고 어려운 문제가 냉시동성 확보이다.
즉, 연료전지의 가장 큰 난제 중 하나는 연료전지가 영하의 온도에 노출된 채로 장기간 보관된 후(Cold soaking), 초기 시동시 연료전지로부터 부하를 인가하면 전기화학반응에 의해 스택의 캐소드(공기극)에서 발생하는 물(생성수)이 스택 자체의 냉기와 캐소드로 공급되는 빙점 이하의 공기로 인해 결빙되어, 스택의 각 유로 및 가스확산층을 폐색하는 동시에 캐소드 촉매층으로의 공기 공급을 차단하게 되고, 결국 스택 전압이 일정하게 유지되지 않게 되는 등 냉시동성 확보에 어려움에 있다.
이러한 스택의 냉시동성 확보를 위한 기존의 방법 중 하나는 히터를 이용해 스택을 순환하는 냉각수를 가열하여 스택 내부를 급속 해동시키는 방법이 있다.
즉, 연료전지 차량의 시동시 애노드의 수소와 캐소드의 산소가 반응하여 발생하는 전기에너지가 히터에서 열에너지로 소비되는 동시에, 이 열에너지를 전달받은 냉각수가 스택을 급속 승온시킴으로써, 스택이 일정 온도 이상에서 작동될 수 있다.
그러나, 종래기술에 따른 연료전지 차량의 냉시동 과정에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
차량이 영하의 온도에서 장시간 방치된 상태에서, 종래에는 연료전지 시스템 내 BOP 밸브들을 해빙하고, 스택 온도를 승온시키는 워엄-업 과정 후, 차량을 기동(모터링)시키는데, 밸브 해빙 및 스택 워엄-업(Warm-up)을 완료하기까지 수분 이상으로 많은 시간이 소요되므로, 냉시동 후 차량을 기동시키기까지 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
차량 기동이 이루어지기 전까지 냉시동에 소요되는 시간은, 크게 연료전지 시스템에 구비된 BOP 밸브류의 해빙에 소요되는 시간과, 냉각수를 이용해 스택의 온도를 상승시키는 스택 워엄-업에 소요되는 시간으로 구분될 수 있다.
위와 같이 밸브의 해빙에 소요되는 시간은 전체 냉시동 시간의 일부를 차지하므로, 밸브의 해빙에 많은 시간을 소요하게 되면 냉시동 시간 및 차량이 기동하기까지 걸리는 시간이 길어질 수밖에 없다.
통상 연료전지 시스템에서 밸브들은 운전 종료 후 차량이 영하의 온도에 장시간 방치될 때 밸브 구성부품의 표면에 남아있던 물이 얼면서 결빙되므로, 냉시동시 밸브의 해빙은 반드시 필요하다.
연료전지 시스템에서 해빙이 필요한 밸브로는 스택 운전시 습윤한 상태로 노출되는 밸브로서, 공기공급시스템의 가습된 공기가 통과하는 관로 상의 밸브, 스택의 수소 출구에 설치된 수소 퍼지밸브, 수소 재순환 밸브 등이 이에 속한다.
여기서, 수소 퍼지밸브와 수소 재순환 밸브에 대해 첨부한 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
수소공급시스템(10)의 수소공급라인(11)에 수소공급밸브(12)와 저압 레귤레이터(LPR)(13)이 설치되고, 스택(1)의 수소 출구측에 수소 퍼지밸브(18)가 설치되며, 수소 재순환 라인(15)에 수소 재순환 밸브(16)와 재순환 블로워(17)가 설치된다.
수소 퍼지밸브(18)는 수소공급시스템 배관 내 수소 농도를 관리하기 위해 연료전지 시스템 제어기의 명령에 따라 개폐되는 밸브로서, 이를 통해 수소를 배출시켜 퍼지함으로써 스택(1) 내 수분 및 불순물을 제거하고 수소 이용률을 높이게 된다.
수소공급밸브(12)는 건조한 수소가 공급되는 위치에 장착되므로 차량이 영하의 온도에 장시간 방치되더라도 결빙이 발생하지 않고 히터에 의한 해빙 과정 없이 즉시 동작이 가능하다.
반면, 수소 퍼지밸브(18)와 수소 재순환 밸브(16)는 습윤 상태의 수소가 통과하므로 차량이 영하의 온도에 장시간 방치되는 경우 빙점 이하에서 결빙이 일어나며, 결빙 후 동작을 위해서는 히터에 의한 밸브 해빙 과정이 필요하다.
도 1의 하측 도면에서 스택 운전시 캐소드(공기극) 환원반응에 의해 생성된 물이 애노드(수소극)로 역확산(Back-diffuse)됨을 볼 수 있는데, 수소공급시스템(10)에서 수소공급밸브(12) 및 저압레귤레이터(13)를 통해 스택으로 공급된 건조한 수소가 캐소드에서 애노드로 역확산된 물에 의해 습윤한 수소 상태가 된다.
따라서, 스택의 수소 출구에 연결된 수소 퍼지밸브(18) 및 수소 재순환 밸브(16)가 습윤한 상태에 노출되고, 빙점 이하에서는 상기 밸브들이 결빙되어, 저온 냉시동시 상기 밸브들을 히터로 해빙할 필요가 있게 된다.
이에 상기 밸브들에는 저전압 배터리(보조배터리)의 전력을 공급받아 작동하는 히터(PTC)가 구비되며, 이때 히터는 발열시 열을 전달하도록 밸브에 밀착되게 설치된다.
이와 같이 연료전지 차량에서는 저온 냉시동시 히터를 작동시켜 히팅함으로써 밸브를 해빙하고, 이를 통해 밸브의 정상적인 작동이 가능하도록 하고 있다.
특히, 영하의 온도로 장시간 방치(Cold soaking)된 상태에서는 스택의 애노드에 축적된 수소 이외의 물질(질소, 액적 등)을 배출하기 위해 저온 냉시동 초기에 퍼지밸브의 동작은 필수적이며, 이에 밸브 히팅은 반드시 필요한 과정이다.
그러나, 히터를 작동시켜 밸브를 해빙시키는 경우 해빙 에너지가 과다하게 소요되는 것은 물론 밸브 해빙에 소요되는 시간(저온 방치 온도에 비례하여 길어짐)이 과다하여 시동 전체의 소요 시간이 길어지는 문제가 있다.
더욱이, 직결형 슈퍼캡 하이브리드 구조에서 연료전지 운전 전 모든 에너지 소모는 저전압 배터리(12V)에 의존할 수밖에 없는데, 영하의 온도에서 필연적으로 성능 저하를 수반하는 저전압 배터리에 부담을 가중시켜 냉시동의 신뢰도에 악영향 을 미치게 된다.
연료전지 스택을 운전하지 않는 상태에서 히터를 작동하기 위한 필요 전원으로 배터리를 사용해야 하므로 배터리의 용량을 증가시켜야 하는 단점도 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 연료전지 차량의 저온 방치시 밸브의 결빙이 일어나지 않도록 관리함으로써, 냉시동시 즉각적인 밸브 동작이 가능하도록 하여, 밸브 해빙이 불필요해지고, 이에 냉시동 시간의 단축, 밸브 해빙을 위한 에너지 소비의 삭제, 냉시동의 신뢰성 향상이 가능해지는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 연료전지 차량에 탑재되는 것으로서, 연료전지 시스템의 밸브를 히팅하기 위한 히터와; 상기 히터를 작동시키기 위한 전력원이 되는 배터리와; 상기 배터리의 전력을 히터에 공급하는 배터리 전력 공급회로 상에 설치되어 주위 온도에 따라 자동 개폐되면서 간헐적인 배터리 전력 공급 및 히터 작동이 이루어지도록 하는 써모스위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치를 제공한다.
여기서, 상기 써모스위치는, 밸브 표면 온도가 빙점 온도에 도달하면 배터리 전력 공급 및 히터 작동이 이루어지도록 배터리 전력 공급회로를 닫아주고, 밸브 표면 온도가 상승하여 소정 온도에 도달하면 배터리 전력 공급회로를 열어주도록 된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 써모스위치는 주위 온도에 따라 배터리 전력 공급회로를 자동 개폐하도록 작동하는 바이메탈이 내장된 바이메탈 스위치인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 연료전지 시스템의 밸브는 공기공급시스템의 가습된 공기가 통과하는 관로 상의 밸브, 스택의 수소 출구에 설치된 수소 퍼지밸브, 또는 수소 재순환 밸브인 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은, 연료전지 차량에서 배터리의 전력을 공급받아 연료전지 시스템의 밸브를 히팅하는 히터와, 상기 히터에 연결된 배터리 전력 공급회로 상에 설치된 써모스위치를 구비하고, 연료전지의 시동 오프 상태에서 상기 써모스위치가 주위 온도에 따라 회로를 자동 개폐하면서 이루어지는 간헐적인 배터리 전력 공급 및 히터 작동에 의하여 상기 밸브의 결빙이 방지되도록 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 방법을 제공한다.
여기서, 상기 써모스위치는 주위 온도에 따라 배터리 전력 공급회로를 자동 개폐하도록 작동하는 바이메탈이 내장된 바이메탈 스위치인 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 밸브 결빙 방지 장치 및 방법에 의하면, 차량의 저온 방치 및 시동 오프 중 밸브의 간헐적 히팅을 통해 밸브 결빙을 원천적으로 방지할 수 있으며, 이를 통해 냉시동시 밸브 해빙이 불필요해지고, 냉시동 시간의 단축, 밸브 해빙을 위한 에너지 소비의 삭제, 냉시동의 신뢰성 향상이 가능해지는 효과가 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 연료전지 차량에서 저온 방치시 결빙이 일어나지 않도록 밸브를 관리하기 위한 기술로서, 연료전지의 시동 오프 중에 밸브의 간헐적 히팅을 통해 밸브 결빙을 원천적으로 방지할 수 있는 기술에 관한 것이다.
특히, 본 발명에서는 시동 오프 중 히터의 간헐적 작동을 위해 배터리 전력이 공급되는 회로 상에 주위 온도에 따라 회로를 자동 개폐하는 써모스위치를 구비하는 것에 주된 특징이 있는 것이다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 빙점 온도 이하에서 연료전지 시스템의 밸브 결빙을 원천적으로 방지하므로, 저온 방치 후 냉시동시 밸브 해빙이 불필요해지고, 이에 밸브 해빙 시간의 삭제와 해빙에 필요한 에너지 소비가 제거되면서 냉시동성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
종래기술에서 언급한 바와 같이 일단 밸브 결빙이 발생한 상태에서는 냉시동시 밸브를 해빙하는데 많은 에너지(저전압 배터리 전력)가 소비되고, 또한 해빙에 소요되는 시간이 길어 냉시동 전체 소요 시간이 길어지는 문제가 있으나, 본 발명에서는 연료전지 차량이 영하의 온도에서 장시간 방치되더라도 밸브가 결빙되지 않도록 관리되므로, 시동시 밸브 해빙이 불필요해지고, 결국 밸브 해빙에 따른 여러 문제가 해소될 수 있는 것이다.
본 발명이 적용되는 연료전지 시스템의 밸브로는, 스택 운전시 습윤한 상태로 노출되는 밸브, 예를 들어 공기공급시스템의 가습된 공기가 통과하는 관로 상의 밸브, 스택의 수소 출구에 설치된 수소 퍼지밸브, 수소 재순환 밸브 등이 될 수 있다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 써모스위치(바이메탈 스위치)가 적용된 밸브 결빙 방지 장치의 구성도로서, 도시된 바와 같이, 밸브(19)를 히팅하기 위한 히터(20)와, 상기 히터(20)를 작동시키기 위한 전력원이 되는 배터리(30)와, 배터리(30)의 전력을 히터(20)에 공급하는 회로(배터리 전력 공급회로) 상에 설치되어 주위 온도에 따라 자동 개폐되면서 배터리(30)의 전력을 간헐적으로 공급 및 히터(20)를 작동시키기 위한 써모스위치(Thermo-switch)(40)를 포함한다.
상기한 구성 중, 히터(20)는 밸브 히팅을 위한 PTC 히터가 될 수 있으며, 배터리(30)는 통상의 연료전지 차량에 탑재되는 저전압 배터리(12V 보조배터리)가 될 수 있다.
또한 본 발명에서 써모스위치(40)는 주위 온도에 따라 배터리 전력 공급회로를 자동 개폐하도록 작동하는 바이메탈(42)이 내장된 바이메탈 스위치가 될 수 있다.
도시한 예에서, 바이메탈 스위치(40)는 배터리 전력 공급회로 상의 스위치 단자(41)에 바이메탈(42)이 연결되어, 주위 온도에 따른 바이메탈(42)의 형상 변경에 의해 스위치 단자(41)가 동작되면서 회로가 자동 개폐되는 구조로 되어 있다.
상기 히터(20)는 작동시 밸브(19)에 직접적으로 열을 제공해야 하므로 밸브 표면에 밀착되게 설치되며, 상기 써모스위치(40), 즉 바이메탈 스위치 역시 밸브 표면 온도에 따라 스위칭 동작이 연동하도록 밸브 표면에 부착되어 설치된다.
바이메탈 스위치(40)에 사용되는 바이메탈(42)은 밸브 표면 온도가 결빙이 일어날 수 있는 빙점 온도로 내려가면 회로를 닫아주고 밸브 표면 온도가 상승하여 소정 온도에 도달하면 회로를 개방하도록 설정된다.
상기와 같이 이루어진 밸브 결빙 방지 장치는, 차량이 영하의 온도에 방치된 상태 및 시동이 오프된 상태에서, 바이메탈 스위치(40)에 의한 회로 개폐상태에 따라 히터(20)로 공급되는 배터리 전력이 자동으로 공급/차단되면서, 밸브(19)의 상태를 결빙이 일어나지 않도록 관리할 수 있게 된다.
즉, 차량이 저온 방치되면, 밸브 표면 온도가 점차 하락하여 결빙이 일어날 수 있는 빙점 온도(0℃)에 도달하고, 이때 바이메탈 스위치(40)가 닫히면서 저전압 배터리(30)의 전력이 PTC 히터(20)에 공급되는 바, PTC 히터(20)가 작동하여 발생한 열이 밸브(19)로 전달되어 밸브 온도가 상승한다.
이후 밸브 표면 온도가 상승하여 설정 온도, 예를 들면 5℃에 도달하면, 바이메탈 스위치(40)가 열리면서 PTC 히터(20)에 저전압 배터리(30)의 전력이 더 이상 공급되지 않게 되며, 결국 PTC 히터가 오프된다.
이와 같은 히터(20)의 온/오프 동작이 밸브 표면 온도에 따라 간헐적으로 반복되면서 밸브 온도를 결빙이 일어나지 않는 영상의 온도로 유지할 수 있게 되고, 결국 밸브 결빙을 원천적으로 방지하여 냉시동성을 향상시킬 수 있게 된다.
결국, 밸브(19)를 빙점 온도 이상으로 유지 및 시동시 밸브의 즉각 동작이 가능하도록 하므로, 시동시 밸브 해빙 불필요, 냉시동 시간의 획기적 단축, 소비 에너지 축소, 냉시동 신뢰성 향상 등의 효과를 기대할 수 있게 되는 것이다.
첨부한 도 3은 본 발명에 따른 밸브 결빙 방지 장치의 작동에 따른 밸브 표면 온도를 나타낸 것으로, 밸브 표면에 온도 측정용 프로브를 설치하여 측정한 것이다.
도시된 바와 같이, 밸브 표면 온도가 결빙이 일어날 수 있는 빙점 온도에 도달하면 바이메탈 스위치(40)가 닫히면서 히터(20)가 작동하여 온도를 상승시키고, 밸브 표면 온도가 정해진 온도로 상승하면 바이메탈 스위치(40)가 다시 열리면서 히터(20)가 오프된다.
이후 밸브 표면 온도가 다시 빙점 온도에 도달하면 히터(20)가 작동하여 온도를 상승시키고, 다시 밸브 표면 온도가 상승하면 히터(20)가 오프된다.
차량 저온 방치 및 시동 오프 중에 상기한 히터 작동을 지속적으로 반복함으로써 밸브 결빙을 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서 히팅 전력으로 배터리 전력을 사용하므로 시동 오프 중 상기 히터의 총 작동횟수 및 작동시간은 배터리 용량 및 배터리 SOC(State Of Charge)와 관계가 있고, 특히 배터리 방전량 한계로 인해 밸브 온도를 빙점 이상의 온도로 유지할 수 있는 시간이 제한될 수 있다.
연료전지 차량에 탑재되는 저전압 배터리(30)는 연료전지 시동시 필요 전력을 LDC(Low Voltage DCDC Converter)로 부스팅(Boosting)하여 BOP 장치들에 제공하므로, 연료전지 시동을 위해서는 저전압 배터리의 SOC가 일정 수준 이상을 유지해 야 하기 때문이다.
이에 따라, 본 발명자는 연료전지 차량에 탑재되는 통상의 저전압 배터리(예로서, 12V, 55AH 배터리)를 사용할 경우, -15℃로 방치되는 차량에서 간헐적인 히터 작동시에 LDC 부스트를 포함한 시동성에 지장을 초래하지 않는 범위에서 약 3.5일간 사용이 가능함을 실험적으로 확인하였는 바(도 4 참조), 이는 실차 적용 가능한 수준이다.
물론, 배터리 용량을 통상의 수준보다 증대시킬 경우 사용 시간을 연장시키는 것은 가능해진다.
첨부한 도 4는 본 발명에 따른 밸브 결빙 방지 장치의 히터 작동 및 배터리 전압 강하 상태를 보여주는 도면으로, 수소 퍼지밸브에 적용하였을 경우 -15℃로 방치되는 차량에서 12V, 55AH 배터리를 사용하여 실험적으로 얻은 도면이다(히터 50회 동작, 1회당 5mV의 배터리 전압 강하 발생).
한편, 일정 수준 이상의 장시간 동안 연속으로 운전되지 않고 차량이 방치될 경우, 저전압 배터리의 SOC가 히터 작동에 의해 시동이 불가한 수준으로 떨어질 수 있는 바, 본 발명에서 배터리 과다 방전을 방지하는 별도의 구성을 추가하는 것도 실시 가능하다.
첨부한 도 5는 배터리 과다 방전을 방지하기 위한 구성을 추가한 구성도로서, 배터리 과다 방전 방지부는, SOC에 상응하는 값인 저전압 배터리(30)의 전압을 검출하는 전압검출부(51), 배터리 전력 공급회로에 설치되는 스위치(52), 저전압 배터리(30)부터 상시 전력을 공급받으면서 상기 전압검출부(51)를 통해 검출되는 배터리 전압이 기준치 이하이면 상기 스위치(52)를 오프시켜 히터(20)에 공급되는 배터리 전력을 차단하는 제어기(53)를 포함하는 구성이 될 수 있다.
상기 스위치(52)는 릴레이 스위치나 반도체 스위치 등 제어기(53)의 전기적인 신호에 의해 선택적으로 회로를 개폐할 수 있는 소자가 될 수 있다.
상기 제어기(53)는 저전압 배터리(30)의 전력을 인가받아 이를 스위치(52)를 동작시키기 위한 구동전력으로 사용하며, 상기 기준치는 배터리 전압이 히터 작동에 의해 연료전지 시동이 불가한 수준으로 낮아지는 것을 막기 위해 미리 설정되는 값이 된다.
결국, 시동 오프 상태라 하더라도 저전압 배터리(30)의 전압이 기준치 이하이면, 제어기(53)는 저전압 배터리의 전원을 구동전원으로 하여 스위치(52)를 오프시키고, 이에 배터리 전력 공급회로를 오픈하여 배터리 방전을 막는 동시에 히터(20)의 작동을 금지시킨다.
이와 같이 저전압 배터리가 과다 방전되지 않도록 하는 구성을 추가하는 경우, 히터 작동으로 저전압 배터리가 과다 방전되어 연료전지 시동이 불가해지는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 수소 퍼지밸브를 구비한 연료전지 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 바이메탈 스위치가 적용된 밸브 결빙 방지 장치의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 밸브 결빙 방지 장치의 작동에 따른 밸브 표면 온도 상태를 예시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 밸브 결빙 방지 장치의 히터 작동 및 그에 따른 배터리 전압 강하 상태를 보여주는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 밸브 결빙 방지 장치에서 배터리 과다 방전을 방지하기 위한 구성을 추가한 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
19 : 밸브 20 : 히터(PTC 히터)
30 : 배터리(저전압 배터리/보조배터리)
40 : 써모스위치(바이메탈 스위치)

Claims (10)

  1. 연료전지 차량에 탑재되는 것으로서,
    연료전지 시스템의 밸브(19)를 히팅하기 위한 히터(20)와;
    상기 히터(20)를 작동시키기 위한 전력원이 되는 배터리(30)와;
    상기 배터리(30)의 전력을 히터(20)에 공급하는 배터리 전력 공급회로 상에 설치되어 주위 온도에 따라 자동 개폐되면서 간헐적인 배터리 전력 공급 및 히터 작동이 이루어지도록 하는 써모스위치(40);
    를 포함하며,
    상기 배터리(30)의 과다 방전을 방지하기 위한 과다 방전 방지부를 더 포함하되,
    상기 과다 방전 방지부는,
    상기 배터리(30)의 전압을 검출하는 전압검출부(51)와;
    상기 배터리 전력 공급회로에 설치되는 스위치(52)와;
    상기 전압검출부(51)를 통해 검출되는 배터리 전압이 기준치 이하이면 상기 스위치(52)를 오프시켜 히터(20)에 공급되는 배터리 전력을 차단하는 제어기(53);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 써모스위치(40)는,
    밸브 표면 온도가 빙점 온도에 도달하면 배터리 전력 공급 및 히터 작동이 이루어지도록 배터리 전력 공급회로를 닫아주고,
    밸브 표면 온도가 상승하여 설정 온도에 도달하면 배터리 전력 공급회로를 열어주도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 히터(20)와 써모스위치(40)는 밸브 표면에 부착되어 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 써모스위치(40)는 주위 온도에 따라 배터리 전력 공급회로를 자동 개폐하도록 작동하는 바이메탈(42)이 내장된 바이메탈 스위치인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 바이메탈 스위치는 배터리 전력 공급회로 상의 스위치 단자(41)에 바이메탈(42)이 연결되어, 주위 온도에 따른 상기 바이메탈(42)의 형상 변경에 의해 스위치 단자(41)가 동작되는 구조로 된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료전지 시스템의 밸브(19)는 공기공급시스템의 가습된 공기가 통과하는 관로 상의 밸브, 스택의 수소 출구에 설치된 수소 퍼지밸브, 또는 수소 재순환 밸브인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치.
  7. 삭제
  8. 연료전지 차량에서 배터리의 전력을 공급받아 연료전지 시스템의 밸브를 히팅하는 히터와, 상기 히터에 연결된 배터리 전력 공급회로 상에 설치된 써모스위치를 구비하고,
    연료전지의 시동 오프 상태에서 상기 써모스위치가 주위 온도에 따라 회로를 자동 개폐하면서 이루어지는 간헐적인 배터리 전력 공급 및 히터 작동에 의하여 상기 밸브의 결빙이 방지되도록 유지하며,
    상기 배터리의 과다 방전을 방지하기 위한 과다 방전 방지부를 구비하여,
    상기 과다 방전 방지부의 제어기가 전압검출부를 통해 검출되는 배터리 전압이 기준치 이하이면 배터리 전력 공급회로의 스위치를 오프시켜 상기 히터에 공급되는 배터리 전력을 차단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 써모스위치는 주위 온도에 따라 배터리 전력 공급회로를 자동 개폐하도록 작동하는 바이메탈이 내장된 바이메탈 스위치인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 방법.
  10. 삭제
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