KR102304546B1 - 연료전지 차량의 응축수 배출장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 차량의 저온운전 제어방법이 개시된다. 본 발명의 연료전지 차량의 응축수 배출장치는, 차량의 외기온도를 측정하는 외기 온도센서; 연료전지 스택에서 발생된 응축수를 저장하는 워터트랩; 워터트랩 내의 압력을 감지하는 압력센서; 워터트랩의 설정 높이에 설치되어 누적 저장된 응축수의 임계수위를 감지하는 수위센서; 수소탱크로부터의 수소를 바이패스시켜 워터트랩으로 공급하는 바이패스 밸브; 워터트랩의 배출구에 설치되어 저장된 응축수를 배출시키는 드레인 밸브; 응축수의 결빙을 방지하기 위한 히터; 및 외기 온도센서로부터 외기온도를 입력받아 외기온도에 따라 차량제어부로부터 시동 상태를 판단하여 드레인 밸브를 작동하거나 바이패스 밸브를 작동하여 수소를 퍼지하고, 압력센서로부터 입력된 압력에 따라 히터를 구동하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료전지 차량의 응축수 배출장치 및 그 제어방법{APPARATUS FOR CONDENSATE DRAINAGE OF FUEL CELL VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 연료전지 차량의 응축수 배출장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동절기에 연료전지 차량에서 시동을 오프하거나 온할 때 워터트랩에 잔류하는 응축수가 결빙되지 않도록 드레인 히터를 구비하여 외기온도와 워터트랩 내의 압력을 기반으로 드레인 히터 및 수소를 퍼지하여 응축수를 배출할 수 있도록 한 연료전지 차량의 응축수 배출장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 내연기관 자동차가 화석연료와 공기 중의 산소를 엔진 내에서 연소시켜 그 폭발력으로 자동차를 구동시키는 것과는 달리 연료전지 자동차(Fuel Cell car)는 고압수소탱크 또는 개질기를 통해 공급되는 수소와 공기압축기를 통해 공급되는 공기 중의 산소를 연료전지스택 내에서 전기 화학 반응시켜 생성된 전기에너지를 이용하여 자동차를 구동하게 되는 것이다.
즉, 연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 전지 내에서 전기화학적으로 직접 전기에너지로 바꾸는 장치이며, 자동차나 레이저 전기기구 등의 동력원으로 관심있게 연구되는 무공해 발전장치이다.
특히, 고분자 전해질형 연료전지는 100℃ 이하의 낮은 온도에서 작동 가능하고 빠른 응답성 및 고출력 밀도를 가지는 바, 자동차용으로 적합한 전기화학적인 동력원으로 알려져 있다.
이러한 고분자 전해질형 연료전지에서는 전기를 생산하는 단위전지가 적층된 연료전지 스택이 애노드(anode)로 연료기체인 수소를 공급받고 캐소드(cathode)로 산화제인 산소를 공급받아 전기를 생산하게 된다.
즉, 고분자 전해질형 연료전지에서 수소와 산소는 전기화학적으로 반응하여 물을 생성하면서 전기에너지를 발생시키는데, 공급된 수소가 애노드 전극의 촉매에서 수소이온과 전자로 분리되고, 이때 생성된 수소이온이 양이온 교환막을 통해 캐소드로 이동하여 공급된 산소와 전자를 받아 물을 생성하면서 전기에너지를 발생시키게 된다.
이렇게 연료전지에서 발전을 하게 되면, 캐소드 측에서 생성수가 만들어지고, 이들 중 일부가 농도차에 의하여 전해질막을 통해 애노드 측으로 이동된다.
그리고 이동된 수분은 재순환되는 가스와 함께 애노드 내를 순환하고, 이들 중 일부가 응축되어 워터트랩(water trap)을 통해 저장되며, 워터트랩에는 수위센서가 있어 일정량의 응축수가 저장되면 애노드 외부로 배출된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 특허공보 제10-1575330호(2015.12.07. 공고, 연료전지 차량의 응축수 배출 시스템 및 그 비상 제어 방법)에 개시되어 있다.
이와 같이 애노드 측에서 배출되는 응축수는 워터트랩(water trap) 상단부의 응축수 유입구를 통해 일정량의 응축수가 저장되면 워터트랩의 일정 높이에 설치된 수위센서를 통해 수위를 감지하여 드레인 밸브를 개방함으로써 하단부에 위치한 응축수 배출구를 통해 배출된다.
그러나 동절기에 워터트랩에 응축수가 결빙될 경우 응축수가 원활하게 외부로 배출되지 못하여 연료전지 스택 내부까지 응축수가 넘치게 되면 수소가 흘러가는 분리판 유로를 막게 되며, 그 결과 연료전지 스택의 출력 저하가 발생하여 차량 운행에 심각한 영향을 주는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 동절기에 연료전지 차량에서 시동을 오프하거나 온할 때 워터트랩에 잔류하는 응축수가 결빙되지 않도록 드레인 히터를 구비하여 외기온도와 워터트랩 내의 압력을 기반으로 드레인 히터 및 수소를 퍼지하여 응축수를 배출할 수 있도록 한 연료전지 차량의 응축수 배출장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 연료전지 차량의 응축수 배출장치는, 차량의 외기온도를 측정하는 외기 온도센서; 연료전지 스택에서 발생된 응축수를 저장하는 워터트랩; 워터트랩 내의 압력을 감지하는 압력센서; 워터트랩의 설정 높이에 설치되어 누적 저장된 응축수의 임계수위를 감지하는 수위센서; 수소탱크로부터의 수소를 바이패스시켜 워터트랩으로 공급하는 바이패스 밸브; 워터트랩의 배출구에 설치되어 저장된 응축수를 배출시키는 드레인 밸브; 응축수의 결빙을 방지하기 위한 히터; 및 외기 온도센서로부터 외기온도를 입력받아 외기온도에 따라 차량제어부로부터 시동 상태를 판단하여 드레인 밸브를 작동하거나 바이패스 밸브를 작동하여 수소를 퍼지하고, 압력센서로부터 입력된 압력에 따라 히터를 구동하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 바이패스 밸브는, 수소탱크로부터 연료전지 스택에 수소를 공급하는 수소밸브 전단에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 히터는, 워터트랩의 배출구에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부는, 차량제어부로부터 시동 상태를 판단하여 시동 온 상태인 경우 수위센서로부터 임계수위가 감지될 경우 드레인 밸브를 제1 설정시간 동안 작동시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부는, 차량제어부로부터 시동 상태를 판단하여 시동 오프 되면 드레인 밸브를 제4 설정시간 동안 작동시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부는, 외기 온도센서로부터 입력된 외기온도가 설정온도 이하인 경우, 차량제어부로부터 시동 상태를 판단하여 초기 시동 온이면 드레인 밸브를 작동시키고, 바이패스 밸브를 제2 설정시간 동안 작동시킨 후 압력센서로부터 압력을 입력받아 설정압력 이상인 경우 히터를 제3 설정시간 동안 구동시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부는, 히터를 제3 설정시간 동안 구동시킨 후 바이패스 밸브를 제2 설정시간 동안 추가로 작동시키는 것을 특징을 한다.
본 발명에서 제어부는, 외기 온도센서로부터 입력된 외기온도가 설정온도 이하인 경우 차량제어부로부터 시동 상태를 판단하여 시동 오프 되면, 드레인 밸브를 제4 설정시간 동안 작동시키고 바이패스 밸브를 제2 설정시간 동안 작동시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 연료전지 차량의 응축수 배출장치의 제어방법은, 제어부가 차량제어부로부터 시동상태를 판단하는 단계; 제어부가 시동상태를 판단하여 초기 시동 온인 경우 외기온도와 설정온도를 비교하는 단계; 제어부가 외기온도와 설정온도를 비교하여 외기온도가 설정온도 미만이면 드레인 밸브를 작동시키고 바이패스 밸브를 제2 설정시간 동안 작동시키는 단계; 제어부가 바이패스 밸브를 제2 설정시간 동안 작동시킨 후 드레인 밸브의 작동을 정지시키는 단계; 제어부가 드레인 밸브의 작동을 정지시킨 후 워터트랩의 수위를 입력받는 단계; 및 제어부가 워터트랩의 수위에 따라 드레인 밸브를 제1 설정시간 동안 작동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부가 바이패스 밸브를 제2 설정시간 동안 작동시키면서 워터트랩 내의 압력이 설정압력 이상인 경우 히터를 제3 설정시간 동안 구동시킨 후 드레인 밸브의 작동을 정지시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부가 외기온도와 설정온도를 비교하여 외기온도가 설정온도 이상인 경우 워터트랩의 수위를 입력받는 단계로 리턴되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부가 시동상태를 입력받아 시동 온인 경우 워터트랩의 수위를 입력받는 단계로 리턴되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부가 시동상태를 판단하여 시동 오프이면 제4 설정시간 동안 드레인 밸브를 작동시키는 단계; 및 제어부가 제4 설정시간 동안 드레인 밸브를 작동시킨 후 외기온도와 설정온도를 비교하는 단계; 제어부가 외기온도와 설정온도를 비교하여 외기온도가 설정온도 미만인 경우 제2 설정시간 동안 바이패스 밸브를 작동시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 연료전지 차량의 응축수 배출장치 및 그 제어방법은 동절기에 연료전지 차량에서 시동을 오프하거나 온할 때 워터트랩에 잔류하는 응축수가 결빙되지 않도록 드레인 히터를 구비하여 외기온도와 워터트랩 내의 압력을 기반으로 드레인 히터 및 수소를 퍼지하여 응축수를 배출할 수 있어 응축수의 결빙으로 인한 응축수 넘침을 방지하여 연료전지의 출력 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 응축수 배출장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 응축수 배출장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 응축수 배출장치의 제어방법에서 시동 온 상태를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 응축수 배출장치의 제어방법에서 시동 오프 상태를 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 연료전지 차량의 응축수 배출장치 및 그 제어방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 응축수 배출장치를 나타낸 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 응축수 배출장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 응축수 배출장치는, 외기 온도센서(10), 워터트랩(90), 압력센서(20), 수위센서(30), 바이패스 밸브(50), 드레인 밸브(60), 히터(70) 및 제어부(40)를 포함한다.
외기 온도센서(10)는 차량의 외기온도를 측정하여 제어부(40)에 제공함으로써 동절기 응축수의 결빙 상태를 판단할 수 있도록 한다.
워터트랩(90)은 연료전지 스택(110)에서 발생된 응축수를 저장하여 배출한다.
압력센서(20)는 워터트랩(90) 내의 압력을 감지하여 제어부(40)에 제공함으로써 응축수가 결빙되어 응축수가 배출되지 않고 수소를 공급하여도 퍼지되지 않는 상태를 판단할 수 있도록 한다.
수위센서(30)는 워터트랩(90)의 설정 높이에 설치되어 누적 저장된 응축수의 임계수위를 감지하여 제어부(40)에 제공한다.
바이패스 밸브(50)는 수소탱크(100)로부터의 수소를 바이패스관(55)을 통해 워터트랩(90)으로 바이패스시켜 공급하여 응축수가 퍼지될 수 있도록 한다.
여기서 바이패스 밸브(50)는 연료전지 스택(110)으로 수소를 공급하는 수소밸브(120) 전단에 설치되어 연료전지 스택(110)의 발전상태와 무관하게 수소를 퍼지할 수 있도록 작동된다.
드레인 밸브(60)는 워터트랩(90)의 배출구에 설치되어 저장된 응축수를 배출시킨다.
히터(70)는 응축수의 결빙을 방지하기 위해 워터트랩(90)의 배출구에 설치되거나 워터트랩(90) 내에 설치되어 결빙된 응축수를 해빙시킨다.
제어부(40)는 외기 온도센서(10)로부터 외기온도를 입력받아 외기온도에 따라 차량제어부(80)로부터 시동 상태를 판단하여 드레인 밸브(60)를 작동하거나 바이패스 밸브(50)를 작동하여 수소를 퍼지하고, 압력센서(20)로부터 입력된 압력에 따라 히터(70)를 구동한다.
여기서 제어부(40)는 차량제어부(80)로부터 시동 상태를 판단하여 시동 온 상태인 경우 수위센서(30)로부터 임계수위가 감지될 경우 드레인 밸브(60)를 제1 설정시간 동안 작동시켜 응축수를 배출시킨다.
또한, 제어부(40)는 차량제어부(80)로부터 시동 상태를 판단하여 시동 오프 되면 드레인 밸브(60)를 제4 설정시간 동안 작동시켜 워터트랩(90)에 저장된 응축수를 충분히 배출시킨다.
그리고 제어부(40)는 외기 온도센서(10)로부터 입력된 외기온도를 기반으로 외기온도가 설정온도 이하인 경우, 차량제어부(80)로부터 시동 상태를 판단하여 초기 시동 온이면 드레인 밸브(60)를 작동시키고, 바이패스 밸브(50)를 제2 설정시간 동안 작동시킨 후 압력센서(20)로부터 압력을 입력받아 설정압력 이상인 경우 히터(70)를 제3 설정시간 동안 구동시킨다.
여기서 설정온도는 동절기에 응축수가 결빙될 수 있는 온도로 설정할 수 있다.
이와 같이 제어부(40)는 외기온도가 설정온도 이하인 경우, 초기 시동이면 차량이 주차된 상태에서 응축수가 결빙된 것으로 예측하고 드레인 밸브(60)를 작동시킨 후 바이패스 밸브(50)를 제2 설정시간 동안 작동시켜 수소를 퍼지하여 응축수가 배출되도록 할 뿐만 아니라, 수소를 퍼지하여도 응축수가 결빙되어 배출구가 막힌 경우 히터를 제3 설정시간 동안 구동시켜 해빙시킴으로써 응축수가 배출될 수 있도록 한다.
또한, 제어부(40)는 히터(70)를 제3 설정시간 동안 구동시킨 후 바이패스 밸브(50)를 제2 설정시간 동안 추가로 작동시킬 뿐만 아니라 응축수가 해빙되지 않아 압력이 설정압력 미만으로 낮아지지 않을 경우 히터(70)를 제3 설정시간 동안 작동시킨 후 바이패스 밸브(50)를 제2 설정시간 동안 작동시키는 과정을 반복적으로 수행할 수도 있다.
한편, 제어부(40)는 외기 온도센서(10)로부터 입력된 외기온도가 설정온도 이하인 경우, 차량제어부(80)로부터 시동 상태를 판단하여 시동 오프 되면 드레인 밸브(60)를 제4 설정시간 동안 작동시켜 응축수를 배출시킬 뿐만 아니라 바이패스 밸브(60)를 제2 설정시간 동안 작동시켜 응축수가 워터트랩(90)에서 충분히 배출되어 결빙되지 않도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 연료전지 차량의 응축수 배출장치에 따르면, 동절기에 연료전지 차량에서 시동을 오프하거나 온할 때 워터트랩에 잔류하는 응축수가 결빙되지 않도록 드레인 히터를 구비하여 외기온도와 워터트랩 내의 압력을 기반으로 드레인 히터 및 수소를 퍼지하여 응축수를 배출할 수 있어 응축수의 결빙으로 인한 응축수 넘침을 방지하여 연료전지의 출력 저하를 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 응축수 배출장치의 제어방법에서 시동 온 상태를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 응축수 배출장치의 제어방법에서는 먼저, 제어부(40)가 차량제어부(80)로부터 시동상태를 입력받는다(S10).
S10 단계에서 차량의 시동상태를 입력받은 후 제어부(40)는 초기 시동 온인지 판단한다(S12).
S12 단계에서 초기 시동 온인 경우 제어부(40)는 외기 온도센서(10)로부터 외기온도를 입력받는다(S14).
S14 단계에서 외기온도를 입력받은 후 제어부(40)는 외기온도와 설정온도를 비교한다(S16).
여기서 설정온도는 동절기에 응축수가 결빙될 수 있는 온도로 설정할 수 있다.
S16 단계에서 외기온도와 설정온도를 비교한 후 외기 온도가 설정온도 미만인 경우, 제어부(40)는 드레인 밸브(60)를 작동시켜 워터트랩에 잔류한 응축수를 배출시킨다(S18). 또한, 드레인 밸브(60)를 작동시킴으로써 수소가 공급될 때 퍼지될 수 있도록 한다.
S18 단계에서 드레인 밸브(60)를 작동시킨 후 제어부(40)는 바이패스 밸브(50)를 제2 설정시간 동안 작동시켜 수소탱크(100)로부터 수소를 워터트랩(90)으로 공급하여 응축수가 원활하게 배출될 수 있도록 수소를 퍼지시킨다(S20).
S20 단계에서 바이패스 밸브를 제2 설정시간 동안 작동시킨 후 제어부(40)는 압력센서(20)로부터 워터트랩(90) 내의 압력을 입력받는다(S22).
여기서 만약 응축수가 결빙되어 배출구를 막은 경우, 바이패스 밸브(50)를 작동시켜 수소를 퍼지시키면 수소가 배출되지 않기 때문에 워터트랩(90) 내의 압력은 높아지게 된다. 따라서 워터트랩(90) 내의 압력을 통해 응축수의 결빙 여부를 판단할 수 있게 된다.
S22 단계에서 워터트랩(90) 내의 압력을 입력받은 후 제어부(40)는 입력받은 압력과 설정압력을 비교한다(S24).
S24 단계에서 압력과 설정압력을 비교하여 압력이 설정압력 이상인 경우, 제어부(40)는 히터(70)를 제3 설정시간 동안 구동시켜 결빙된 응축수를 해빙시킨다(S26).
S26 단계에서 히터(70)를 제3 설정시간 동안 구동시킨 후 제어부(40)는 드레인 밸브(50)의 작동을 중지시키고 연료전지의 구동으로 인해 발생되는 응축수를 워터트랩(90)에 저장한다(S28).
이때 S24 단계에서 압력과 설정압력을 비교하여 압력이 설정압력 미만인 경우, 제어부(40)는 히터(70)를 구동시키지 않고 드레인 밸브(60)의 작동을 중지시킬 수 있다.
이와 같이 압력이 설정압력 미만인 경우, 제어부(40)는 바이패스 밸브(50)를 작동시켜 수소를 퍼지시킬 때 수소가 퍼지되어 압력이 상승되지 않는 상태로 응축수가 결빙되지 않은 상태로 판단할 수 있어 응축수를 해방시키기 위한 히터(70)를 구동시키지 않는다.
S28 단계에서 드레인 밸브(60)를 작동을 중지시킨 후 제어부(40)는 연료전지의 구동에 따라 워터트랩(90)에 저장되는 응축수의 수위를 감지한다(S30).
또한, S12 단계에서 시동상태를 판단하여 초기 시동 온이 아닌 시동 온인 경우, 제어부(40)는 연료전지가 정상적으로 구동되는 상태로 판단하여 워터트랩(90)에 저장되는 응축수의 수위를 감지하는 S30 단계로 리턴하고, 또한 S16 단계에서 외기온도와 설정온도를 비교하여 외기온도가 설정온도 초과인 경우에도 제어부(40)는 워터트랩(90)에 저장되는 응축수의 수위를 감지하는 S30 단계로 리턴한다.
이와 같이 시동 온인 상태나 외기 온도가 설정온도를 초과한 상태에서 연료전지가 구동되는 경우에서는 응축수가 결빙되지 않기 때문에 워터트랩(90)에 저장되는 응축수의 수위를 감지하여 응축수를 배출하게 된다.
즉, S30 단계에서 응축수의 수위를 감지한 후 제어부(40)는 수위와 응축수를 배출하기 위한 임계수위를 비교한다(S32).
S32 단계에서 수위와 임계수위를 비교하여 수위가 임계수위 미만인 경우, 제어부(40)는 계속해서 S30 단계로 리턴하여 수위를 감지한다.
그러나 S32 단계에서 수위와 임계수위를 비교하여 수위가 임계수위 이상인 경우, 제어부(40)는 드레인 밸브(60)를 제1 설정시간 동안 작동시켜 응축수를 배출한다(S34).
여기서 제1 설정시간은 드레인 밸브(60)를 작동시켜 응축수가 워터트랩(90)에 일부 잔류할 수 있도록 하기 위한 시간으로 설정할 수 있다. 따라서 잔류한 응축수로 인해 연료전지가 작동되면서 순환되는 수소가 응축수가 배출될 때 함께 배출되지 않도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 응축수 배출장치의 제어방법에서 시동 오프 상태를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 응축수 배출장치의 제어방법에서 시동 오프되는 경우에는 먼저, 제어부(40)가 차량제어부(80)로부터 시동상태를 입력받는다(S40).
S40 단계에서 차량의 시동상태를 입력받은 후 제어부(40)는 시동 오프인지 판단한다(S42).
S42 단계에서 시동 오프인 경우, 제어부(40)는 제4 설정시간 동안 드레인 밸브(60)를 작동시켜 연료전지의 작동 중 발생된 응축수가 충분히 배출될 수 있도록 한다(S44).
여기서 제4 설정시간은 연료전지의 작동 중 수위를 감지하여 응축수를 배출시키기 위해 드레인 밸브(60)를 작동시키는 제1 설정시간 보다 긴 시간으로 설정할 수 있다.
S44 단계에서 드레인 밸브(60)를 제4 설정시간 동안 작동시킨 후 제어부(40)는 외기 온도센서(10)로부터 외기온도를 입력받는다(S46).
S46 단계에서 외기온도를 입력받은 후 제어부(40)는 외기온도와 설정온도를 비교한다(S48).
S48 단계에서 외기온도와 설정온도를 비교한 후 외기온도가 설정온도 이상인 경우에는 외기온도가 높아 응축수가 결빙되지 않기 때문에 종료된다.
그러나 S48 단계에서 외기온도와 설정온도를 비교한 후 외기온도가 설정온도 미만인 경우, 제어부(40)는 바이패스 밸브(50)를 제2 설정시간 동안 작동시켜 수소탱크(100)로부터 수소를 워터트랩(90)으로 공급하여 응축수가 완전히 배출될 수 있도록 수소를 퍼지시킨다(S50).
이와 같이 수소를 퍼지하여 응축수가 완전히 배출될 수 있도록 함으로써 외기온도가 낮아 응축수가 결빙될 수 있더라도 잔류하는 응축수를 모두 배출시켜 응축수의 결빙을 방지할 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 연료전지 차량의 응축수 배출장치의 제어방법에 따르면, 동절기에 연료전지 차량에서 시동을 오프하거나 온할 때 워터트랩에 잔류하는 응축수가 결빙되지 않도록 드레인 히터를 구비하여 외기온도와 워터트랩 내의 압력을 기반으로 드레인 히터 및 수소를 퍼지하여 응축수를 배출할 수 있어 응축수의 결빙으로 인한 응축수 넘침을 방지하여 연료전지의 출력 저하를 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 외기 온도센서 20 : 압력센서
30 : 수위센서 40 : 제어부
50 : 바이패스 밸브 55 : 바이패스관
60 : 드레인 밸브 70 : 히터
80 : 차량제어부 90 : 워터트랩
100 : 수소탱크 110 : 연료전지 스택
120 : 수소밸브

Claims (13)

  1. 차량의 외기온도를 측정하는 외기 온도센서;
    연료전지 스택에서 발생된 응축수를 저장하는 워터트랩;
    상기 워터트랩 내의 압력을 감지하는 압력센서;
    상기 워터트랩의 설정 높이에 설치되어 누적 저장된 상기 응축수의 임계수위를 감지하는 수위센서;
    수소탱크로부터의 수소를 바이패스시켜 상기 워터트랩으로 공급하는 바이패스 밸브;
    상기 워터트랩의 배출구에 설치되어 저장된 상기 응축수를 배출시키는 드레인 밸브;
    상기 응축수의 결빙을 방지하기 위한 히터; 및
    상기 외기 온도센서로부터 상기 외기온도를 입력받아 상기 외기온도에 따라 차량제어부로부터 시동 상태를 판단하여 상기 드레인 밸브를 작동하거나 상기 바이패스 밸브를 작동하여 상기 수소를 퍼지하고, 상기 압력센서로부터 입력된 상기 압력에 따라 상기 히터를 구동하는 제어부;를 포함하되,
    상기 히터는, 상기 워터트랩의 배출구에 설치되고,
    상기 제어부는, 상기 외기 온도센서로부터 입력된 상기 외기온도가 설정온도 이하인 경우, 상기 차량제어부로부터 시동 상태를 판단하여 초기 시동 온이면 상기 드레인 밸브를 작동시키고, 상기 바이패스 밸브를 제2 설정시간 동안 작동시킨 후 상기 압력센서로부터 상기 압력을 입력받아 설정압력 이상인 경우 상기 히터를 제3 설정시간 동안 구동시키며,
    상기 외기 온도센서로부터 입력된 상기 외기온도가 설정온도 이하인 경우 상기 차량제어부로부터 시동 상태를 판단하여 시동 오프 되면, 상기 드레인 밸브를 제4 설정시간 동안 작동시키고 상기 바이패스 밸브를 제2 설정시간 동안 작동시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 응축수 배출장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 바이패스 밸브는, 상기 수소탱크로부터 상기 연료전지 스택에 상기 수소를 공급하는 수소밸브 전단에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 응축수 배출장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 차량제어부로부터 시동 상태를 판단하여 시동 온 상태인 경우 상기 수위센서로부터 상기 임계수위가 감지될 경우 상기 드레인 밸브를 제1 설정시간 동안 작동시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 응축수 배출장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 차량제어부로부터 시동 상태를 판단하여 시동 오프 되면 상기 드레인 밸브를 제4 설정시간 동안 작동시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 응축수 배출장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 히터를 제3 설정시간 동안 구동시킨 후 상기 바이패스 밸브를 제2 설정시간 동안 추가로 작동시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 응축수 배출장치.
  8. 삭제
  9. 제어부가 차량제어부로부터 시동상태를 판단하는 단계;
    상기 제어부가 시동상태를 판단하여 초기 시동 온인 경우 외기온도와 설정온도를 비교하는 단계;
    상기 제어부가 상기 외기온도와 상기 설정온도를 비교하여 상기 외기온도가 상기 설정온도 미만이면 드레인 밸브를 작동시키고 바이패스 밸브를 제2 설정시간 동안 작동시키는 단계;
    상기 제어부가 상기 바이패스 밸브를 제2 설정시간 동안 작동시킨 후 상기 드레인 밸브의 작동을 정지시키는 단계;
    상기 제어부가 상기 드레인 밸브의 작동을 정지시킨 후 워터트랩의 수위를 입력받는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 워터트랩의 수위에 따라 상기 드레인 밸브를 제1 설정시간 동안 작동시키는 단계;를 포함하되,
    상기 제어부가 상기 바이패스 밸브를 제2 설정시간 동안 작동시키면서 상기 워터트랩 내의 압력이 설정압력 이상인 경우 히터를 제3 설정시간 동안 구동시킨 후 상기 드레인 밸브의 작동을 정지시키는 단계;
    상기 제어부가 시동상태를 판단하여 시동 오프이면 제4 설정시간 동안 상기 드레인 밸브를 작동시키는 단계;
    상기 제어부가 제4 설정시간 동안 상기 드레인 밸브를 작동시킨 후 상기 외기온도와 상기 설정온도를 비교하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 외기온도와 상기 설정온도를 비교하여 상기 외기온도가 상기 설정온도 미만인 경우 제2 설정시간 동안 상기 바이패스 밸브를 작동시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 응축수 배출장치의 제어방법.
  10. 삭제
  11. 제 9항에 있어서, 상기 제어부가 상기 외기온도와 상기 설정온도를 비교하여 상기 외기온도가 상기 설정온도 이상인 경우 상기 워터트랩의 수위를 입력받는 단계로 리턴되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 응축수 배출장치의 제어방법.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 제어부가 시동상태를 입력받아 시동 온인 경우 상기 워터트랩의 수위를 입력받는 단계로 리턴되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 응축수 배출장치의 제어방법.
  13. 삭제
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