KR102409466B1 - 연료전지 차량용 열관리 시스템 - Google Patents

연료전지 차량용 열관리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지 차량용 열관리 시스템에 관한 것으로, 차량의 전장부품(power electronic parts)을 경유하며 냉각수가 순환하는 냉각라인, 냉각라인에 마련되며 냉각수를 냉각하는 냉각부, 냉각라인에 마련되며 차량의 주행을 담당하는 주행부품, 및 제1단은 주행부품과 냉각부의 출구 사이에 위치하는 제1지점에서 냉각라인에 연결되고 제2단은 주행부품과 냉각부의 입구 사이에 위치하는 제2지점에서 냉각라인에 연결되는 바이패스라인을 포함하는 것에 의하여, 냉각 효율 및 냉각 성능을 향상시키고, 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

연료전지 차량용 열관리 시스템{THERMAL MANAGEMENT SYSTEM FOR FUEL CELL VEHICLE}
본 발명은 연료전지 차량용 열관리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 냉각 효율 및 냉각 성능을 향상시키고, 안전성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 연료전지 차량용 열관리 시스템에 관한 것이다.
연료전지 차량(예를 들어, 수소차)는 연료(수소)와 공기(산소)의 화학반응을 통해 자체 전기를 생산하고 모터를 구동하여 주행하도록 구성된다.
일반적으로, 연료전지 차량용은, 수소와 산소(O2)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지 스택(Fuel Cell Stack), 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급장치, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기(산소)를 공급하는 공기공급장치, 및 연료전지 스택 및 차량의 전장부품에서 발생된 열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택 및 전장부품의 온도를 제어하는 열 관리 시스템(TMS:Thermal Management System) 등을 포함할 수 있다.
한편, 최근에는 승용차(또는 상용차) 뿐만 아니라 건설기계에도 연료전지 시스템을 적용하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다.
승용차의 경우에는 주행을 주목적으로 하고, 주행중에 주행을 담당하는 주행부품(예를 들어, 모터)에서 높은 열이 발생하게 되므로, 주행에 관련된 부품의 냉각이 중요하다.
반면, 건설기계는 정지 상태(주행이 정지된 상태)에서 작업(예를 들어, 레벨링 작업, 로딩 작업)을 주목적으로 하므로, 주행이 정지된 상태에서 작동하는 전장부품의 냉각이 중요하다.
이와 같이, 승용차는 주행중 주행부품의 냉각이 주로 요구되지만, 건설기계는 정지 상태에서 작동하는 전장부품의 냉각이 주로 요구되므로, 승용차에 적용되는 열 관리 시스템을 건설기계에 그대로 적용하기 어려운 문제점이 있다.
즉, 승용차에 적용되는 열 관리 시스템을 건설기계에 적용하면, 차량의 정지 상태인데도 불구하고, 냉각이 필요하지 않는 주행부품(예를 들어, 모터)에 까지 냉각수가 공급되어야 함으로 인하여, 불가피하게 냉각수의 유동 흐름이 저하(압력 손실에 인한 유량 저하)되는 문제점이 있다.
또한, 냉각수의 유동 흐름이 약해지면, 냉각수에 의한 냉각 성능이 저하되므로, 냉각수의 유동 흐름을 충분하게 확보하기 위하여 불가피하게 냉각수를 유동시키는 펌프의 전력 소모를 증가시켜야 하는 문제점 있으며, 정작 냉각이 요구되는 전장부품(차량의 정지 상태에서 높은 열이 발생하는 전장부품)의 냉각 효율 및 냉각 성능이 저하되는 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 차량의 정차중에 작동하는 전장 부품을 효과적으로 냉각하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 냉각 효율 및 냉각 성능을 향상시키고, 안전성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 연료전지 차량용 열관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명의 실시예는 차량의 정차중에 높은 열이 발생하는 전장부품을 보다 효과적으로 냉각할 수 있으며, 전장부품의 작동 성능 및 작동 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 냉각수의 유동 흐름을 보장하고 전력 소비를 낮출 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 오일순환라인을 따라 순환하는 오일의 냉각 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 구조를 간소화하고, 설계자유도 및 공간활용성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 차량의 전장부품(power electronic parts)을 경유하며 냉각수가 순환하는 냉각라인, 냉각라인에 마련되며 냉각수를 냉각하는 냉각부, 냉각라인에 마련되며 차량의 주행을 담당하는 주행부품, 및 제1단은 주행부품과 냉각부의 출구 사이에 위치하는 제1지점에서 냉각라인에 연결되고 제2단은 주행부품과 냉각부의 입구 사이에 위치하는 제2지점에서 냉각라인에 연결되는 바이패스라인을 포함한다.
이는, 연료전지 차량의 냉각 효율 및 냉각 성능을 향상시키고, 안전성 및 신뢰성을 향상시키기 위함이다.
즉, 차량의 정지 상태인데도 불구하고, 냉각이 필요하지 않는 주행부품(예를 들어, 모터)에 까지 냉각수가 공급되면, 불가피하게 냉각수의 유동 흐름이 저하(압력 손실에 인한 유량 저하)되는 문제점이 있다. 또한, 냉각수의 유동 흐름이 약해지면, 냉각수에 의한 냉각 성능이 저하되므로, 냉각수의 유동 흐름을 충분하게 확보하기 위하여 불가피하게 냉각수를 유동시키는 펌프의 전력 소모를 증가시켜야 하는 문제점 있으며, 정작 냉각이 요구되는 전장부품(차량의 정지 상태에서 높은 열이 발생하는 전장부품)의 냉각 효율 및 냉각 성능이 저하되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시예는 냉각라인을 따라 순환하는 냉각수가 주행부품을 선택적으로 경유하도록 하는 것에 의하여, 연료전지 차량의 냉각 효율 및 냉각 성능을 향상시키고, 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명의 실시예는 차량의 주행 여부(예를 들어, 주행 상태 또는 정지 상태)에 따라 냉각수가 주행부품을 경유(주행부품을 냉각)하거나 경유하지 않도록(주행부품을 거치지 않고 바이패스라인을 따라 바이패스) 하는 것에 의하여, 냉각수의 원활한 유동 흐름을 보장하고, 냉각수를 유동시키는 펌프의 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 냉각이 요구되는 전장부품(예를 들어, 차량의 정지 상태에서 높은 열이 발생하는 전장부품)의 냉각 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이는, 차량의 주행중에는 주행부품이 발열하지만, 차량의 정지 상태에서는 주행부품의 발열이 최소화(예를 들어, 냉각이 필요하지 않은 정도로 발열이 낮아짐) 된다는 것에 기인한 것으로, 차량의 정지 상태에서는 냉각수가 주행부품을 경유하지 않고 바이패스라인을 따라 바이패스(주행부품을 거치지 않고 냉각라인을 따라 순환)되도록 하는 것에 의하여, 전장부품을 경유하는 냉각수의 순환 경로를 단축하고, 냉각수에 의한 냉각 효과를 전장부품에 집중시킬 수 있으므로, 냉각수에 의한 전장부품의 냉각 효율을 향상시킬 수 있으며, 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 제1지점에 위치하도록 냉각라인에 제공되며, 바이패스라인의 제1단이 연결되는 제1밸브를 포함할 수 있고, 제1밸브는 냉각수의 유동 경로를 선택적으로 주행부품 또는 바이패스라인으로 전환할 수 있다.
일 예로, 제1밸브는, 차량의 주행시 냉각수의 유동 경로를 주행부품으로 전환할 수 있고, 차량의 정차시, 냉각수의 유동 경로를 바이패스라인으로 전환할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 냉각부의 출구와 주행부품의 사이에서 냉각라인에 마련되며, 냉각수를 강제적으로 유동시키는 펌프를 포함할 수 있고, 바이패스라인의 제1단은 펌프와 주행부품의 사이에서 냉각라인에 연결될 수 있다.
참고로, 본 발명의 실시예에서, 차량의 주행부품이라 함은 차량의 주행을 담당하는(차량을 주행시키는데 필요한) 부품으로 이해될 수 있다.
주행부품의 종류 및 개수는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
일 예로, 주행부품은, 차량의 주행에 필요한 구동력을 제공하는 모터를 포함할 수 있다. 또한, 주행부품은, 제1지점과 주행부품의 사이에서 냉각라인에 마련되며, 모터에 인가되는 전류를 변환하는 인버터를 포함하는 것도 가능하다.
바이패스라인과 냉각라인의 연결 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 냉각라인은, 냉각부의 출구와 펌프를 연결하는 제1라인, 펌프와 주행부품과 연결하는 제2라인, 제2라인과 병렬로 연결되며 펌프와 주행부품을 연결하는 제3라인, 및 주행부품과 냉각부의 입구를 연결하는 제4라인을 포함할 수 있고, 바이패스라인의 제1단은 제2라인에 연결되고, 바이패스라인의 제2단은 제4라인에 연결될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 입구단은 제3라인에 연결되고, 출구단은 바이패스라인을 연결되는 연결라인을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 제3라인에 제공되며, 연결라인의 입구단이 연결되는 제2밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 차량에 마련되며 오일이 순환하는 오일순환라인, 및 냉각수와 오일을 상호 열교환시키는 열교환기를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 냉각라인을 따라 순환하는 냉각수와 오일순환라인을 따라 순환하는 오일이 열교환기를 매개로 상호 열교환되도록 하는 것에 의하여, 오일의 냉각 성능을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명의 실시예는 냉각수와 오일을 상호 열교환시키는 것에 의하여, 오일 냉각부(오일순환라인을 따라 순환하는 오일을 냉각하는 냉각부)의 용량을 증가시키지 않고도 오일을 온도를 낮출 수 있으므로, 구조를 간소화하고 설계자유도 및 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예는 주행풍을 사용할 수 없는 차량(예를 들어, 건설기계)의 정차중에도 오일의 온도를 추가적으로 낮출 수 있으므로, 오일이 공급되는 부품의 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 오일순환라인에 마련되며 오일을 강제적으로 유동시키는 오일 펌프, 및 오일순환라인에 마련되며 오일을 냉각하는 오일 냉각부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 냉각부의 출구와 주행부품의 사이에서 냉각라인에 연결되는 열교환라인을 포함하고, 오일순환라인 및 열교환라인은 열교환기를 경유하도록 제공될 수 있다.
이와 같이, 냉각라인에서 분기되는 열교환라인에 열교환기를 마련하는 것에 의하여, 오일과 냉각수 간의 열교환이 차량의 주행 여부(예를 들어, 차량의 주행 상태 또는 정지 상태)에 따라 선택적으로 행해질 수 있다.
더욱 바람직하게, 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 냉각라인에 마련되며, 열교환라인의 일단이 연결되는 제3밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제3밸브는 오일의 온도에 기초하여 열교환라인으로 공급되는 냉각수를 선택적으로 차단할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제3밸브는, 냉각수의 온도에 기초하여 열교환라인으로 공급되는 냉각수를 선택적으로 차단할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는, 냉각수의 온도에 기초하여 열교환라인으로 공급되는 냉각수를 선택적으로 차단하는 것에 의하여, 냉각수와 오일의 열교환에 의한 영향(예를 들어, 냉각수의 온도 증가에 따른 전장부품 및 주행부품의 냉각 성능 저하)을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 냉각 효율 및 냉각 성능을 향상시키고, 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 차량의 정차중에 전장부품을 경유하는 냉각수의 순환 경로를 단축하고, 냉각수에 의한 냉각 효과를 전장부품에 집중시킬 수 있다. 따라서, 차량의 정차중에 높은 열이 발생하는 전장부품을 보다 효과적으로 냉각할 수 있으며, 전장부품의 작동 성능 및 작동 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 냉각수의 유동 흐름을 보장하고 전력 소비를 낮추는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 오일순환라인을 따라 순환하는 오일의 냉각 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 구조를 간소화하고, 설계자유도 및 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템으로서, 차량의 주행시 냉각수의 유동 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템으로서, 차량의 정지 상태에서 냉각수의 유동 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템으로서, 오일순환라인을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성요소가 두 개의 구성요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)은, 차량의 전장부품(power electronic parts)(400)을 경유하며 냉각수가 순환하는 냉각라인(100), 냉각라인(100)에 마련되며 냉각수를 냉각하는 냉각부(110), 냉각라인(100)에 마련되며 차량의 주행을 담당하는 주행부품(120), 및 제1단은 주행부품(120)과 냉각부(110)의 출구 사이에 위치하는 제1지점에서 냉각라인(100)에 연결되고 제2단은 주행부품(120)과 냉각부(110)의 입구 사이에 위치하는 제2지점에서 냉각라인(100)에 연결되는 바이패스라인(200)을 포함한다.
참고로, 본 발명의 실시예에서 냉각라인(100)은, 연료전지 스택(30)을 경유하는 연료전지 냉각라인(20)과 함께, 냉각수(예를 들어, 물)가 열교환을 수행하면서 유동할 수 있는 TMS 라인(미도시)을 구성할 수 있으며, 냉각수는 TMS 라인 상에서 냉매(cooling medium) 또는 열매(heat medium)로서 사용될 수 있다.
연료전지 냉각라인(20)은 연료전지 스택(30)을 경유하도록 구성되며, 연료전지 냉각라인(20)을 따라서는 냉각수가 순환할 수 있다.
연료전지 냉각라인(20)은, 차량의 상태에 기초하여 냉각수를 냉각하는 냉각 루프 또는 냉각수를 가열(승온)하는 승온 루프를 형성할 수 있다. 일 예로, 연료전지 냉각라인(20)은 초기 시동 상태에서는 냉간 시동 능력을 확보하기 위한 가열 루프를 형성하고, 주행 중에는 연료전지 스택(30)에서 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있도록 냉각 루프를 형성할 수 있다.
연료전지 냉각라인(20)에는 연료전지 냉각라인(20)을 따라 순환하는 냉각수를 냉각시키기 위한 연료전지 냉각부(22)(예를 들어, 라디에이터)가 마련될 수 있으며, 연료전지 냉각부(22)는 외기를 송풍하는 냉각팬(미도시)에 의해 냉각될 수 있다.
바람직하게, 연료전지 냉각부(22)는 냉각라인(100)의 냉각부(110)와 하나의 냉각팬에 의해 동시에 냉각될 수 있다. 이와 같이, 단 하나의 냉각팬에 의해 냉각라인(100)의 냉각부(110)와 연료전지 냉각부(22)가 동시에 냉각되도록 하는 것에 의하여, 구조를 간소화하고 설계자유도 및 공간활용성을 향상시킬 수 있으며, 냉각라인(100)의 냉각부(110)와 연료전지 냉각부(22)를 냉각시키기 위한 전력 소모를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
참고로, 연료전지 스택(30)은 연료(예를 들어, 수소)와 산화제(예를 들어, 공기)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.
일 예로, 연료전지 스택(30)은, 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)(미도시), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer)(미도시), 반응기체들 및 제1냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구(미도시), 그리고 반응기체들 및 제1냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)(미도시)을 포함한다.
보다 구체적으로, 연료전지 스택(30)에서 연료인 수소와 산화제인 공기(산소)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드로 공급되고, 공기는 캐소드로 공급된다.
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 전달된다.
캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다.
냉각라인(100)은 차량의 전장부품(400)을 경유하도록 마련되며, 냉각수는 냉각라인(100)을 따라 순환한다.
여기서, 차량의 전장부품(400)이라 함은, 차량의 전원(예를 들어, 연료전지 스택에 의해 생성된 전원)을 에너지원으로 사용하는 부품으로 이해될 수 있으며, 차량의 전장부품(400)의 종류 및 개수에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 전장부품(400)은, 연료전지 스택(30)과 차량의 고전압 배터리(미도시) 사이에 구비되는 BHDC(Bi-directional High voltage DC-DC Converter)(410), 연료전지 스택(30)의 구동을 위한 외기를 공급하는 블로어(미도시)를 제어하는 BPCU(Blower Pump Control Unit)(420), 연료전지 스택(30)으로 공급되는 공기를 압축하는 공기압축기(ACP : Air Compressor)(430), 에어쿨러(air cooler)(440), 및 고전압 배터리에서 공급받은 직류 고전압을 직류 저전압으로 변환하는 LDC(Low-Voltage DC-DC Converter)(450) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
냉각부(110)는 냉각라인(100)에 마련되며, 냉각라인(100)을 따라 순환하는 냉각수를 냉각한다.
냉각부(110)로서는 냉각수를 냉각시킬 수 있는 다양한 냉각 수단이 사용될 수 있으며, 냉각부(110)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 냉각부(110)는 라디에이터를 포함할 수 있다. 라디에이터로서는 냉각수를 냉각 가능한 다양한 라디에이터가 사용될 수 있으며, 라디에이터의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 다른 실시예에 따르면, 냉각부로서 수냉식 냉각수단을 사용하는 것도 가능하다.
아울러, 냉각부(110)에는 냉각수가 저장되는 리저버(미도시)가 연결될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)은, 냉각부(110)의 출구와 주행부품(120)의 사이에서 냉각라인(100)에 마련되며, 냉각수를 강제적으로 유동시키는 펌프(130)를 포함할 수 있다.
참고로, 본 발명의 실시예에서, 냉각부(110)의 입구라 함은, 냉각수가 냉각부(110)로 유입되는 입구로 정의될 수 있다. 또한, 냉각부(110)의 출구라 함은, 냉각부(110)를 통과한 냉각수가 배출되는 출구로 정의될 수 있다.
펌프(130)로서는 냉각수를 펌핑할 수 있는 통상의 펌핑 수단이 사용될 수 있으며, 펌프(130)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
주행부품(120)은 차량의 주행을 담당하도록 냉각라인(100)에 마련된다.
본 발명의 실시예에서, 차량의 주행부품(120)이라 함은 차량의 주행을 담당하는(차량을 주행시키는데 필요한) 부품으로 이해될 수 있으며, 주행부품(120)의 종류 및 개수에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 주행부품(120)은, 차량의 주행에 필요한 구동력을 제공하는 모터(122), 및 모터(122)에 인가되는 전류를 변환하는 인버터(124) 등을 포함할 수 있다.
바이패스라인(200)은 냉각라인(100)을 따라 순환하는 냉각수가 선택적으로 주행부품(120)을 경유하지 않도록(주행부품을 거치지 않고 바이패스되도록) 하기 위해 마련된다.
보다 구체적으로, 바이패스라인(200)은, 차량의 주행 여부(예를 들어, 주행 상태 또는 정지 상태)에 따라 냉각수가 주행부품(120)을 경유(주행부품을 냉각)하거나 경유하지 않도록(주행부품을 거치지 않고 바이패스라인을 따라 바이패스되도록) 하기 위해 제공된다.
이는, 차량의 정차중에 전장부품(400)을 경유하는 냉각수의 순환 경로를 단축하고, 냉각수에 의한 냉각 효과를 전장부품(400)에 집중시키기 위함이다.
즉, 차량의 정지 상태인데도 불구하고, 냉각이 필요하지 않는 주행부품(예를 들어, 모터)에 까지 냉각수가 공급되면, 냉각수의 유동 흐름이 저하(압력 손실에 인한 유량 저하)되는 문제점이 있다. 또한, 냉각수의 유동 흐름이 약해지면, 냉각수에 의한 냉각 성능이 저하되므로, 냉각수의 유동 흐름을 충분하게 확보하기 위하여 불가피하게 냉각수를 유동시키는 펌프의 전력 소모를 증가시켜야 하는 문제점 있으며, 정작 냉각이 요구되는 전장부품(차량의 정지 상태에서 높은 열이 발생하는 전장부품)의 냉각 효율 및 냉각 성능이 저하되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시예는 차량의 주행 상태 또는 정지 상태에 따라, 냉각수가 주행부품(120)을 경유하거나, 주행부품(120)을 거치지 않고 바이패스라인(200)을 따라 바이패스되도록 하는 것에 의하여, 냉각수의 원활한 유동 흐름을 보장하고, 냉각수를 유동시키는 펌프(130)의 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 냉각이 요구되는 전장부품(400)(예를 들어, 차량의 정지 상태에서 높은 열이 발생하는 전장부품)의 냉각 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이는, 차량의 주행중에는 주행부품(120)이 발열하지만, 차량의 정지 상태에서는 주행부품(120)의 발열이 최소화(예를 들어, 냉각이 필요하지 않은 정도로 발열이 낮아짐) 된다는 것에 기인한 것으로, 차량의 정지 상태에서는 냉각수가 주행부품(120)을 경유하지 않고 바이패스라인(200)을 따라 바이패스(주행부품을 거치지 않고 냉각라인을 따라 순환)되도록 하는 것에 의하여, 전장부품(400)을 경유하는 냉각수의 순환 경로를 단축하고, 냉각수에 의한 냉각 효과를 전장부품(400)에 집중시킬 수 있으므로, 냉각수에 의한 전장부품(400)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있으며, 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 바이패스라인(200)의 제1단(예를 들어, 도 1을 기준으로 좌측단)은 주행부품(120)과 냉각부(110)의 출구 사이에 위치하는 제1지점에서 냉각라인(100)에 연결되고, 바이패스라인(200)의 제2단(예를 들어, 도 1을 기준으로 우측단)은 주행부품(120)과 냉각부(110)의 입구 사이에 위치하는 제2지점에서 냉각라인(100)에 연결될 수 있다.
바람직하게, 바이패스라인(200)의 제1단은 펌프(130)와 주행부품(120)의 사이에서 냉각라인(100)에 연결될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)은, 제1지점에 위치하도록 냉각라인(100)에 제공되며, 바이패스라인(200)의 제1단이 연결되는 제1밸브(140)를 포함할 수 있다.
제1밸브(140)는 냉각수의 유동 경로를 선택적으로 주행부품(120)(예를 들어, 모터) 또는 바이패스라인(200)으로 전환하기 위해 마련된다.
바람직하게, 차량의 주행시, 제1밸브(140)는 냉각수가 주행부품(120)을 경유하도록 냉각수의 유동 경로를 주행부품(120)으로 전환한다. 반면, 차량의 정차시, 제1밸브(140)는 냉각수가 주행부품(120)을 바이패스하도록 냉각수의 유동 경로를 바이패스라인(200)으로 전환할 수 있다.
제1밸브(140)로서는 냉각수의 유동 경로를 선택적으로 주행부품(120) 또는 바이패스라인(200)으로 전환할 수 있는 다양한 밸브 수단이 사용될 수 있으며, 제1밸브(140)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제1밸브(140)로서는 통상의 삼방 밸브(three way valve)가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1밸브(140)는, 펌프(130)에 의해 펌핑된 냉각수가 유입되도록 냉각라인(100)과 연결되는 제1-1포트(first-1 port)(142), 제1밸브(140)를 통과하는 냉각수가 모터(122)로 유입되도록 냉각라인(100)과 연결되는 제1-2포트(first-2 port)(144), 및 바이패스라인(200)의 제1단이 연결되는 제1-3포트(first-3 port)(146)를 포함한다.
제1밸브(140)의 제1-2포트(144) 및 제1-3포트(146)를 개폐하는 것에 의하여, 냉각수의 유동 경로를 선택적으로 주행부품(120) 또는 바이패스라인(200)으로 전환할 수 있다.
즉, 제1-2포트(144)가 개방되고 제1-3포트(146)가 차단되면, 제1밸브(140)를 통과하는 냉각수는 주행부품(120)으로 유입될 수 있다. 이와 반대로, 제1-3포트(146)가 개방되고 제1-2포트(144)가 차단되면, 제1밸브(140)를 통과하는 냉각수는 주행부품(120)을 경유하지 않고 바이패스라인(200)을 통해 냉각부(110)로 유입될 수 있다.
바이패스라인(200)과 냉각라인(100)의 연결 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 냉각라인(100)은, 냉각부(110)의 출구와 펌프(130)를 연결하는 제1라인(102), 펌프(130)와 주행부품(120)과 연결하는 제2라인(104), 제2라인(104)과 병렬로 연결되며 펌프(130)와 주행부품(120)을 연결하는 제3라인(106), 및 주행부품(120)과 냉각부(110)의 입구를 연결하는 제4라인(108)을 포함할 수 있고, 바이패스라인(200)의 제1단은 제2라인(104)에 연결되고, 바이패스라인(200)의 제2단은 제4라인(108)에 연결될 수 있다.
이하에서는, 전장부품(400) 중 일부(예를 들어, BHDC, BPCU, 공기압축기, 에어쿨러)는 제3라인(106)에 마련되고, 전장부품(400) 중 나머지(예를 들어, LDC)가 제2라인(104)에 마련된 예를 들어 설명하기로 한다.
바람직하게, 모터(122)는 제2라인(104)에 마련될 수 있고, 인터버는 제1지점(제1밸브(140))과 모터(122)의 사이에서 냉각라인(100)(예를 들어, 제2라인)에 마련될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)은, 입구단은 제3라인(106)에 연결되고, 출구단은 바이패스라인(200)을 연결되는 연결라인(300)을 포함할 수 있다.
연결라인(300)은 제3라인(106)을 따라 순환하는 냉각수가 선택적으로 모터(122)를 경유하지 않도록(모터를 거치지 않고 바이패스라인으로 바이패스되도록) 하기 위해 마련된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연결라인(300)의 일단(예를 들어, 도 1을 기준으로 상단)은 제3라인(106)의 최하류 지점(예를 들어, 에어쿨러의 하류)에서 제3라인(106)에 연결되고, 연결라인(300)의 다른 일단(예를 들어, 도 1을 기준으로 하단)은 바이패스라인(200)에 연결될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)은, 제3라인(106)에 제공되며, 연결라인(300)의 입구단이 연결되는 제2밸브(150)를 포함할 수 있다.
제2밸브(150)는 제3라인(106)으로 공급된 냉각수의 유동 경로를 모터(122) 또는 바이패스라인(200)으로 전환하기 위해 마련된다.
바람직하게, 제2밸브(150)는, 차량의 주행시, 냉각수가 모터(122)를 경유하도록 냉각수의 유동 경로를 모터(122)로 전환하고, 차량의 정차시, 냉각수가 모터(122)를 바이패스하도록 냉각수의 유동 경로를 바이패스라인(200)으로 전환할 수 있다.
제2밸브(150)로서는 냉각수의 유동 경로를 선택적으로 주행부품(120)(예를 들어, 모터) 또는 바이패스라인(200)으로 전환할 수 있는 다양한 밸브 수단이 사용될 수 있으며, 제2밸브(150)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제2밸브(150)로서는 통상의 삼방 밸브(three way valve)가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2밸브(150)는, 에어쿨러(440)를 통과한 냉각수가 유입되도록 제3라인(106)과 연결되는 제2-1포트(second-1 port)(152), 제2밸브(150)를 통과하는 냉각수가 모터(122)로 유입되도록 제3라인(106)과 연결되는 제2-2포트(second-2 port)(154), 및 연결라인(300)의 일단이 연결되는 제2-3포트(second-3 port)(156)를 포함한다.
제2밸브(150)의 제2-2포트(154) 및 제2-3포트(156)를 개폐하는 것에 의하여, 냉각수의 유동 경로를 선택적으로 모터(122) 또는 바이패스라인(200)으로 전환할 수 있다.
즉, 제2-2포트(154)가 개방되고 제2-3포트(156)가 차단되면, 제2밸브(150)를 통과하는 냉각수는 모터(122)로 유입될 수 있다. 이와 반대로, 제2-3포트(156)가 개방되고 제2-2포트(154)가 차단되면, 제2밸브(150)를 통과하는 냉각수는 모터(122)를 경유하지 않고 연결라인(300)을 통해 바이패스라인(200)을 따라 냉각부(110)로 유입될 수 있다.
한편, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 냉각라인(100)을 구성하는 제2라인(104)과 제3라인(106)이 병렬로 연결되는 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제2라인과 제3라인을 직렬로 연결하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)은, 차량에 마련되며 오일이 순환하는 오일순환라인(500), 및 냉각수와 오일을 상호 열교환시키는 열교환기(600)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 냉각라인(100)을 따라 순환하는 냉각수와 오일순환라인(500)을 따라 순환하는 오일이 열교환기(600)를 매개로 상호 열교환되도록 하는 것에 의하여, 오일의 냉각 성능을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명의 실시예는 냉각수와 오일을 상호 열교환시키는 것에 의하여, 오일 냉각부(520)(오일순환라인을 따라 순환하는 오일을 냉각하는 냉각부)의 용량을 증가시키지 않고도 오일을 온도를 낮출 수 있으므로, 구조를 간소화하고 설계자유도 및 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예는 주행풍을 사용할 수 없는 차량(예를 들어, 건설기계)의 정차중에도 오일의 온도를 추가적으로 낮출 수 있으므로, 오일이 공급되는 부품의 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
열교환기(600)는 냉각수와 오일을 상호 열교환시킬 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 열교환기(600)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
바람직하게, 오일순환라인(500) 및 열교환라인(610)은 열교환기(600)를 경유(예를 들어, 통과)하도록 제공될 수 있다.
보다 구체적으로, 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)은, 오일순환라인(500)에 마련되며 오일을 강제적으로 유동시키는 오일 펌프(510), 및 오일순환라인(500)에 마련되며 오일을 냉각하는 오일 냉각부(520)를 포함할 수 있다.
오일 펌프(510)로서는 오일을 펌핑할 수 있는 통상의 펌핑 수단이 사용될 수 있으며, 오일 펌프(510)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
오일 냉각부(520)로서는 오일을 냉각시킬 수 있는 다양한 냉각 수단이 사용될 수 있으며, 오일 냉각부(520)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 오일 냉각부(520)는 라디에이터를 포함할 수 있다. 라디에이터로서는 오일을 냉각 가능한 다양한 라디에이터가 사용될 수 있으며, 라디에이터의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 다른 실시예에 따르면, 오일 냉각부로서 수냉식 냉각수단을 사용하는 것도 가능하다.
바람직하게, 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)은, 냉각부(110)의 출구와 주행부품(120)의 사이에서 냉각라인(100)에 연결되는 열교환라인(610)을 포함하고, 오일순환라인(500) 및 열교환라인(610)은 열교환기(600)를 경유하도록 제공될 수 있다.
이와 같이, 냉각라인(100)에서 분기되는 열교환라인(610)에 열교환기(600)를 마련하는 것에 의하여, 오일과 냉각수 간의 열교환이 차량의 주행 여부(예를 들어, 차량의 주행 상태 또는 정지 상태)에 따라 선택적으로 행해질 수 있다.
더욱 바람직하게, 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)은, 냉각라인(100)에 마련되며, 열교환라인(610)의 일단이 연결되는 제3밸브(620)를 포함할 수 있다.
제3밸브(620)는 열교환라인(610)으로 공급되는 냉각수를 선택적으로 차단할 수 있도록, 냉각수의 유동 경로를 선택적으로 열교환기(600) 또는 펌프(130)(열교환기를 경유하지 않는 경로)로 전환하기 위해 마련된다.
제3밸브(620)로서는 냉각수의 유동 경로를 선택적으로 펌프(130) 또는 열교환기(600)로 전환할 수 있는 다양한 밸브 수단이 사용될 수 있으며, 제3밸브(620)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제3밸브(620)로서는 통상의 삼방 밸브(three way valve)가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 제3밸브(620)는, 냉각부(110)를 통과한 냉각수가 유입되도록 냉각라인(100)과 연결되는 제3-1포트(third-1 port)(622), 제3밸브(620)를 통과하는 냉각수가 펌프(130)로 유입되도록 냉각라인(100)과 연결되는 제3-2포트(third-2 port)(624), 및 열교환라인(610)의 일단이 연결되는 제3-3포트(third-3 port)(626)를 포함한다.
제3밸브(620)의 제3-2포트(624) 및 제3-3포트(626)를 개폐하는 것에 의하여, 냉각수의 유동 경로를 선택적으로 펌프(130) 또는 열교환기(600)로 전환할 수 있다.
즉, 제3-2포트(624)가 개방되고 제3-3포트(626)가 차단되면, 제3밸브(620)를 통과하는 냉각수는 열교환기(600)를 경유하지 않고 곧바로 펌프(130)로 유입될 수 있다. 이와 반대로, 제3-3포트(626)가 개방되고 제3-2포트(624)가 차단되면, 제3밸브(620)를 통과하는 냉각수는 열교환기(600)를 경유한 후 냉각라인(100)을 따라 펌프(130)로 유입될 수 있다.
바람직하게, 제3밸브(620)는 오일의 온도에 기초하여 열교환라인(610)으로 공급되는 냉각수를 선택적으로 차단할 수 있다.
일 예로, 오일의 온도가 기설정된 오일기준온도보다 낮으면, 제3밸브(620)는 냉각수가 열교환기(600)를 거치지 않도록 냉각부(110)의 유동 경로를 펌프(130)로 전환(열교환라인으로 공급되는 냉각수 차단)할 수 있다. 반면, 오일의 온도가 기설정된 오일기준온도보다 높으면, 냉각수가 열교환기(600)를 경유하도록 냉각수의 유동 경로를 열교환기(600)로 전환할 수 있다.
더욱 바람직하게, 제3밸브(620)는, 냉각수의 온도(예를 들어, 냉각부를 통과한 냉각수의 온도)에 기초하여 열교환라인(610)으로 공급되는 냉각수를 선택적으로 차단할 수 있다.
일 예로, 냉각부(110)를 통과한 냉각수의 온도가 기설정된 냉각수기준온도보다 높으면, 제3밸브(620)는 냉각수가 열교환기(600)를 거치지 않도록 냉각부(110)의 유동 경로를 펌프(130)로 전환(열교환라인으로 공급되는 냉각수 차단)할 수 있다. 반면, 냉각부(110)를 통과한 냉각수의 온도가 기설정된 냉각수기준온도보다 낮으면, 냉각수가 열교환기(600)를 경유하도록 냉각수의 유동 경로를 열교환기(600)로 전환할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는, 냉각수의 온도가 기설정된 냉각수기준온도보다 낮은 경우에만, 열교환라인(610)으로 냉각수가 공급되도록 하는 것에 의하여, 냉각수와 오일의 열교환에 의한 영향(예를 들어, 냉각수의 온도 증가에 따른 전장부품 및 주행부품의 냉각 성능 저하)을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는 차량의 주행 여부에 따른 냉각수의 유동 흐름을 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 차량의 주행시, 냉각부(110)를 통과한 냉각수는 제1라인(102), 제2라인(104), 제3라인(106) 및 제4라인(108)을 따라 유동하면서 전장부품(400) 및 주행부품(120)을 모두 냉각할 수 있다.
반면, 도 3을 참조하면, 차량의 정지 상태에서는, 제1밸브(140)의 제1-3포트(146)를 개방하고 제1-2포트(144)는 차단함으로써, 제1밸브(140)를 통과하는 냉각수는 주행부품(120)을 경유하지 않고 바이패스라인(200)을 통해 냉각부(110)에 유입될 수 있다. 따라서, 냉각수는 주행부품(120)은 냉각하지 않고 전장부품(400)만을 냉각할 수 있다.
마찬가지로, 차량의 정지 상태에서는, 제2밸브(150)의 제2-3포트(156)를 개방하고 제2-2포트(154)는 차단함으로써, 제2밸브(150)를 통과하는 냉각수는 모터(122)를 경유하지 않고 연결라인(300)을 통해 바이패스라인(200)을 따라 곧바로 냉각부(110)에 유입될 수 있다. 따라서, 냉각수는 주행부품(120)은 냉각하지 않고 전장부품(400)만을 냉각할 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 차량의 정지 상태(또는 차량의 주행 상태)에서는, 냉각수가 냉각라인(100)을 따라 순환함과 동시에, 오일순환라인(500)을 따라 순환하는 오일이 오일 냉각부(520)에 의해 냉각될 수 있다.
예를 들어, 오일의 온도가 오일기준온도보다 높은 경우(또는 냉각수의 온도가 냉각수기준온도보다 낮은 경우)에는, 제3밸브(620)의 제3-3포트(626)를 개방하고 제3-2포트(624)는 차단함으로써, 제3밸브(620)를 통과하는 냉각수는 열교환기(600)를 경유한 후 냉각라인(100)을 따라 펌프(130)로 유입될 수 있다. 이와 같이, 냉각수가 열교환기(600)를 경유하도록 하는 것에 의하여, 냉각라인(100)을 따라 순환하는 냉각수와 오일순환라인(500)을 따라 순환하는 오일은 열교환기(600)를 매개로 상호 열교환될 수 있으므로, 오일순환라인(500)을 순환하는 오일은 오일 냉각부(520)에 의해 냉각됨과 동시에 냉각수와의 열교환에 의해 냉각될 수 있다.
반면, 도 5와 같이, 오일의 온도가 오일기준온도보다 낮은 경우(또는 냉각수의 온도가 냉각수기준온도보다 높은 경우)에는, 제3밸브(620)의 제3-2포트(624)를 개방하고 제3-3포트(626)는 차단함으로써, 제3밸브(620)를 통과하는 냉각수는 열교환기(600)를 경유하지 않고 곧바로 펌프(130)로 유입될 수 있다. 이 경우에는, 오일순환라인(500)을 따라 순환하는 오일은 오로지 오일 냉각부(520)에 의해서만 냉각될 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 연료전지 차량용 열관리 시스템
20 : 연료전지 냉각라인
22 : 연료전지 냉각부
30 : 연료전지 스택
100 : 냉각라인
102 : 제1라인
104 : 제2라인
106 : 제3라인
108 : 제4라인
110 : 냉각부
120 : 주행부품
122 : 모터
124 : 인버터
130 : 펌프
140 : 제1밸브
142 : 제1-1포트
144 : 제1-2포트
146 : 제1-3포트
150 : 제2밸브
152 : 제2-1포트
154 : 제2-2포트
156 : 제2-3포트
200 : 바이패스라인
300 : 연결라인
400 : 전장부품
410 : BHDC
420 : BPCU
430 : 공기압축기
440 : 에어쿨러(air cooler)
450 : LDC
500 : 오일순환라인
510 : 오일 펌프
520 : 오일 냉각부
600 : 열교환기
610 : 열교환라인
620 : 제3밸브
622 : 제3-1포트
624 : 제3-2포트
626 : 제3-3포트

Claims (16)

  1. 연료전지 차량용 열관리 시스템으로서,
    차량의 전장부품(power electronic parts)을 경유하며, 냉각수가 순환하는 냉각라인;
    상기 냉각라인에 마련되며, 상기 냉각수를 냉각하는 냉각부;
    상기 냉각라인에 마련되며, 상기 차량의 주행을 담당하는 주행부품; 및
    제1단은 상기 주행부품과 상기 냉각부의 출구 사이에 위치하는 제1지점에서 상기 냉각라인에 연결되고, 제2단은 상기 주행부품과 상기 냉각부의 입구 사이에 위치하는 제2지점에서 상기 냉각라인에 연결되는 바이패스라인;
    를 포함하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1지점에 위치하도록 상기 냉각라인에 제공되며, 상기 바이패스라인의 상기 제1단이 연결되는 제1밸브를 포함하고,
    상기 제1밸브는 상기 냉각수의 유동 경로를 상기 주행부품 또는 상기 바이패스라인으로 전환하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1밸브는,
    상기 차량의 주행시, 상기 냉각수의 유동 경로를 상기 주행부품으로 전환하고,
    상기 차량의 정차시, 상기 냉각수의 유동 경로를 상기 바이패스라인으로 전환하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부의 출구와 상기 주행부품의 사이에서 상기 냉각라인에 마련되며, 상기 냉각수를 강제적으로 유동시키는 펌프를 포함하고,
    상기 바이패스라인의 상기 제1단은 상기 펌프와 상기 주행부품의 사이에서 상기 냉각라인에 연결되는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주행부품은 상기 차량의 주행에 필요한 구동력을 제공하는 모터를 포함하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 주행부품은,
    상기 제1지점과 상기 주행부품의 사이에서 상기 냉각라인에 마련되며, 상기 모터에 인가되는 전류를 변환하는 인버터를 포함하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 냉각라인은,
    상기 냉각부의 출구와 상기 펌프를 연결하는 제1라인;
    상기 펌프와 상기 주행부품과 연결하는 제2라인;
    상기 제2라인과 병렬로 연결되며, 상기 펌프와 상기 주행부품을 연결하는 제3라인; 및
    상기 주행부품과 상기 냉각부의 입구를 연결하는 제4라인;을 포함하고,
    상기 바이패스라인의 상기 제1단은 상기 제2라인에 연결되고, 상기 바이패스라인의 상기 제2단은 상기 제4라인에 연결되는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    입구단은 상기 제3라인에 연결되고, 출구단은 상기 바이패스라인을 연결되는 연결라인을 포함하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3라인에 제공되며, 상기 연결라인의 상기 입구단이 연결되는 제2밸브를 포함하고,
    상기 제2밸브는 상기 냉각수의 유동 경로를 상기 주행부품 또는 상기 바이패스라인으로 전환하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전장부품은, 상기 차량의 연료전지 스택과 상기 차량의 고전압 배터리 사이에 구비되는 BHDC(Bi-directional High voltage DC-DC Converter), 상기 연료전지 스택의 구동을 위한 외기를 공급하는 블로어를 제어하는 BPCU(Blower Pump Control Unit), 상기 연료전지 스택으로 공급되는 공기를 압축하는 공기압축기(ACP : Air Compressor), 에어쿨러(air cooler), 및 상기 고전압 배터리에서 공급받은 직류 고전압을 직류 저전압으로 변환하는 LDC(Low-Voltage DC-DC Converter) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 차량에 마련되며 오일이 순환하는 오일순환라인; 및
    상기 냉각수와 상기 오일을 상호 열교환시키는 열교환기;
    를 포함하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 냉각부의 출구와 상기 주행부품의 사이에서 상기 냉각라인에 연결되는 열교환라인을 포함하고,
    상기 오일순환라인 및 상기 열교환라인은 상기 열교환기를 경유하도록 제공되는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 냉각라인에 마련되며, 상기 열교환라인의 일단이 연결되는 제3밸브를 포함하고,
    상기 제3밸브는 상기 열교환라인으로 공급되는 상기 냉각수를 선택적으로 차단하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제3밸브는 상기 오일의 온도에 기초하여 상기 열교환라인으로 공급되는 상기 냉각수를 선택적으로 차단하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제3밸브는 상기 냉각수의 온도에 기초하여 상기 열교환라인으로 공급되는 상기 냉각수를 선택적으로 차단하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 오일순환라인에 마련되며, 상기 오일을 강제적으로 유동시키는 오일 펌프; 및
    상기 오일순환라인에 마련되며, 상기 오일을 냉각하는 오일 냉각부;
    를 포함하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
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