KR20110012837A - System and method for preventing heater of fuel cell vehicle from overheating - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: System and method for preventing a heater of fuel cell vehicles from overheating are provided to prevent the loss of a heater caused by overheating in cooling water flux shortage or cooling water non-circulation of a thermal management system. CONSTITUTION: A system for preventing a heater of fuel cell vehicles from overheating comprises: a COD integration heater(100) including a plurality of heater groups; thermocouples(101) installed in at least one heater of each heater group; and a control part(120) for controlling the temperature of the COD integration heater by a heater group by receiving a sensing signal from the temperature sensor.

Description

연료전지차량용 히터 과열 방지 장치 및 방법{System and method for preventing heater of fuel cell vehicle from overheating}System and method for preventing heater of fuel cell vehicle from overheating}

본 발명은 연료전지차량용 히터 과열 방지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지차량에서 냉시동성 확보를 위한 히터와 스타트업/셧다운시 스택의 내구성 저하 방지를 위한 히터가 과열되는 것을 방지하는 장치와 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for preventing overheating of a heater for a fuel cell vehicle, and more particularly, to prevent overheating of a heater for securing cold startability in a fuel cell vehicle and a heater for preventing durability deterioration of a stack during startup and shutdown. It relates to an apparatus and a method.

환경 친화적인 자동차 개발을 위해 자동차 회사들은 수소 연료전지 자동차에 큰 관심을 갖고 개발하고 있다. 현재 개발되고 있는 수소 연료전지 자동차에는 해결해야 할 문제점들이 많이 남아 있는데, 그 중 가장 시급하고도 어려운 문제가 냉시동성 확보 전략이라 할 수 있다. To develop environmentally friendly automobiles, automakers are developing with great interest in hydrogen fuel cell vehicles. There are many problems to be solved in the hydrogen fuel cell vehicle that is currently being developed, and the most urgent and difficult problem is the strategy to secure cold startability.

기존 연료전지 차량의 냉시동성 확보를 위한 해결책은 RTA(Rapid Thaw Accumulator) 내부의 히터를 이용한 순수의 급속해빙이었다. The solution for securing the cold startability of the existing fuel cell vehicle was rapid thawing of pure water using a heater inside the Rapid Thaw Accumulator (RTA).

그러나 순수를 이용하게 되면 빙점 이하에서는 순수가 결빙을 할 뿐만 아니 라, 냉각수 루프가 복잡해지고 추가적으로 드레인 밸브를 장착해야 하는 등 많은 어려움이 따른다.However, using pure water not only freezes below the freezing point, but also complicates the cooling water loop and requires additional drain valves.

이러한 문제점을 해결하기 위한 한 가지 방안이 스택용 부동액을 냉각수로 사용하며, 빙점 이하의 온도에서 스택의 전력 생성을 원활하게 하기 위해 냉각수 급속 가열을 하는 방법이 있다. 이를 위해서는 히터를 스택 냉각수 라인에 부착하여야 한다. One way to solve this problem is to use antifreeze for the stack as the coolant, and to rapidly heat the coolant to smoothly generate power in the stack at a temperature below freezing point. To do this, a heater must be attached to the stack coolant line.

또한, 연료전지 차량의 스타트업/셧다운(start up/shut down)시 촉매 담지 카본의 부식에 의한 스택의 내구성 저하를 방지하기 위해 COD(Cathode Oxygen Depletion)를 스택 양 단자에 물려 수소와 산소를 반응시켜 생성된 전력을 열로 소비함으로써, 스택 내의 잔류 산소를 제거한다.In addition, in order to prevent the durability of the stack due to corrosion of the catalyst-carrying carbon during start-up / shut down of fuel cell vehicles, hydrogen and oxygen are reacted by biting COD (Cathode Oxygen Depletion) at both terminals of the stack. Is consumed as heat to remove residual oxygen in the stack.

근본적으로 냉시동성 확보를 위한 히터와, 스타트업/셧다운시 스택의 내구성 저하 방지를 위한 COD는 모두 저항히터로서 사용시기와 용도만 다른 뿐 하나의 히터로 통합할 수 있다.Fundamentally, the heater for securing cold start-up and the COD for preventing durability of the stack during start-up / shutdown are both resistance heaters and can be integrated into one heater only in different uses and applications.

본 출원인이 특허출원한 제2007-0105369호에는 기존의 COD와 연료전지 차량의 냉시동성 확보를 위한 히터를 통합한 연료전지차량용 COD 겸용 가열장치가 개시되어 있다.Patent application No. 2007-0105369 filed by the present applicant discloses a COD combined heating device for a fuel cell vehicle incorporating a conventional COD and a heater for securing cold startability of the fuel cell vehicle.

그러나, 기존의 카트리지 타입의 COD 통합 히터(100)는 냉각수 유량이 부족하거나 냉각수가 순환하지 않을 경우 히터 표면이 과열되어 손상되는 단점을 가지고 있다.However, the conventional cartridge type COD integrated heater 100 has a disadvantage that the heater surface is overheated and damaged when the cooling water flow rate is insufficient or when the cooling water is not circulated.

보다 상세하게 설명하면, 보통 카트리지 타입의 COD 통합 히터(100)는 1개당 발열밀도가 300W/in2 정도로서 보통 산업용 고발열 히터의 8~10배 정도의 발열밀도를 가지므로, 히터를 작동하기 전에 물펌프를 작동시켜 냉각수 순환에 의해 히터 표면을 강제적으로 냉각시키지 않으면 히터 표면이 그을리거나 타버리게 되어 히터가 소실되게 된다.In more detail, the normal cartridge type COD integrated heater 100 has a heat generation density of about 300W / in 2 per unit, and has a heat generation density of about 8 to 10 times that of an industrial high heat generation heater. If the pump is not operated and forced to cool the heater surface by the coolant circulation, the heater surface will be burned or burned out, resulting in the loss of the heater.

따라서, 현재 연료전지차량에서는 COD 통합 히터(100)의 과열을 방지하기 위한 방법으로서, 열 및 물관리계(TMS, Thermal Management System)의 냉각수 라인상에서 두개의 압력센서값의 차이를 이용하여 냉각수의 순환여부를 판단하고 있다.Accordingly, in the current fuel cell vehicle, as a method for preventing overheating of the COD integrated heater 100, the circulation of the cooling water by using the difference between two pressure sensor values on the cooling water line of the thermal and thermal management system (TMS). Judge whether or not.

즉, 물펌프가 순환되고 있음에도 불구하고 두 압력센서 값의 차이가 나지 않으면 냉각수가 순환하지 않는 것으로 판단하여 히터를 작동시키지 않는다. That is, even though the water pump is being circulated, it is determined that the cooling water does not circulate unless the difference between the two pressure sensor values does not operate.

그러나, 종래의 히터과열방지방법은 압력센서가 고장나거나 기타 TMS 냉각수 라인의 차압이 달라지는 경우 로직상의 에러요인을 많이 가지고 있으며, 히터 과열 방지 로직이 완전하지 못한 문제점이 있다.However, the conventional heater overheat prevention method has a lot of logic error factors when the pressure sensor is broken or the differential pressure of the other TMS cooling water line is different, and the heater overheat prevention logic is not complete.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, COD 통합 히터를 세개의 히터군으로 나누고 각 히터군의 내부에 써모커플을 장착하여 설정온도 이상 과열시 과열된 히터군의 전원을 차단함으로써, 군별로 히터의 전원을 단속하는 연료전지차량용 히터 과열 방지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, by dividing the COD integrated heater into three heater groups and by mounting a thermocouple inside each heater group to cut off the power of the overheated heater group when overheating over a set temperature, It is an object of the present invention to provide a heater overheating prevention device and method for a fuel cell vehicle that controls the power of the heater for each group.

상기한 목적은 연료전지차량용 히터 과열 방지 장치에 있어서,The above object is to provide a heater overheat prevention device for a fuel cell vehicle,

복수의 히터군을 포함하는 COD 통합 히터;A COD integrated heater including a plurality of heater groups;

상기 각각의 히터군 중 적어도 하나의 히터에 설치된 온도센서;A temperature sensor installed in at least one heater of each heater group;

상기 온도센서로부터 감지신호를 입력받아 상기 COD 통합 히터의 온도를 히터군별로 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량용 히터 과열 방지 장치에 의해 달성된다.It is achieved by a heater overheat prevention device for a fuel cell vehicle characterized in that it comprises a control unit for receiving the detection signal from the temperature sensor to control the temperature of the COD integrated heater for each heater group.

또한, 본 발명의 다른 측면은 연료전지차량용 히터 과열 방지 방법에 있어서,In addition, another aspect of the present invention is a heater overheat prevention method for a fuel cell vehicle,

복수의 히터군을 포함하는 COD 통합 히터에 히터군별로 전원을 공급하는 단계;Supplying power to each heater group to a COD integrated heater including a plurality of heater groups;

상기 각각의 히터군 중 적어도 하나의 히터에 장착된 온도센서를 이용하여 각 히터군의 온도를 측정하는 단계;Measuring a temperature of each heater group using a temperature sensor mounted on at least one heater of each heater group;

상기 온도센서로부터 감지신호를 입력받아 복수의 히터군 중 적어도 하나의 히터군의 온도 측정값이 기준 임계값이상인 경우 과열된 히터군의 전원을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량용 히터 과열 방지 방법에 의해 달성된다.And receiving a detection signal from the temperature sensor and shutting off the power of the overheated heater group when the temperature measurement value of at least one heater group of the plurality of heater groups is greater than or equal to a reference threshold value. Achieved by a method of preventing overheating.

상기 과제해결수단에 의한 본 발명에 따른 연료전지차량용 히터 과열 방지 장치 및 방법에 의하면, COD 통합 히터를 세개의 히터군으로 나누고 각 히터군의 내부에 써모커플을 장착하여 설정온도 이상 과열시 과열된 히터군의 전원을 차단함으로써, 연료전지 차량의 TMS 냉각수 유량 부족 또는 냉각수 미순환시 히터 과열로 인한 히터의 소실을 방지할 수 있다.According to the apparatus and method for preventing overheating of a heater for a fuel cell vehicle according to the present invention, the COD integrated heater is divided into three heater groups, and a thermocouple is mounted inside each heater group to overheat at a set temperature. By shutting off the power of the heater group, it is possible to prevent the loss of the heater due to the heater overheating when the TMS cooling water flow rate of the fuel cell vehicle is insufficient or the cooling water is not recycled.

또한, 복수의 히터로 구성된 COD 통합 히터를 복수 모듈의 히터군으로 나누고 각 히터군 별로 전원을 제어함으로써, 과열된 히터군만 전원을 차단하고 나머지 히터군들은 정상 작동시켜 시스템을 효율적으로 운영할 수 있다.In addition, by dividing the COD integrated heater composed of a plurality of heaters into the heater group of the plurality of modules and controlling the power for each heater group, only the overheated heater group cuts off the power and the other heater groups operate normally to operate the system efficiently. have.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 COD 통합 히터를 나타내는 내부 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지차량용 히터 과열 방지 장치를 나타내는 블럭도이다.1 is an internal perspective view illustrating a COD integrated heater according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram illustrating a heater overheat prevention apparatus for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 COD 통합 히터(100)는 연료전지차량에서 스타트업/셧다운시 스택의 내구성 확보를 위한 COD 기능의 스타트업 히터(10)(S/U HTR) 및 셧다운 히터(11)(S/D HTR)와, 스택의 냉시동성 확보를 스택의 냉각수를 급속 가열하는 워밍업 히터(12,13)(W/U HTR #1, W/U HTR #2)로 구성된다.The COD integrated heater 100 according to the present invention is a startup heater 10 (S / U HTR) and a shutdown heater 11 (S / U HTR) having a COD function to ensure durability of a stack at startup / shutdown in a fuel cell vehicle. D HTR) and warm-up heaters 12 and 13 (W / U HTR # 1 and W / U HTR # 2) which rapidly heat the cooling water of the stack to ensure cold startability of the stack.

상기 COD 통합 히터(100)는 스타트업 히터(10), 셧다운 히터(11), 워밍업 히터(12,13)를 하나의 케이스(14) 내부에 통합한다.The COD integrated heater 100 integrates the start-up heater 10, the shutdown heater 11, and the warm-up heater 12, 13 into one case 14.

상기 스타트업 히터(10)와 셧다운 히터(11)는 스택 내부의 잔류산소를 수소와 반응시켜 생성된 전력을 열로 소비해 줌으로써 스택의 열화를 방지하는 역할을 하고, 워밍업 히터(12,13)는 스택의 냉각수를 급속 가열하여 스택의 전류 생성을 원활하게 하여 빙점이하의 온도에서도 연료전지 차량의 냉시동성을 확보하는 역할을 한다.The start-up heater 10 and the shutdown heater 11 serve to prevent deterioration of the stack by consuming heat generated by reacting residual oxygen in the stack with hydrogen, and the warm-up heaters 12 and 13 Rapid cooling of the stack's cooling water facilitates current generation in the stack, thereby ensuring cold startability of the fuel cell vehicle even at temperatures below freezing point.

상기 케이스(14)는 일정한 간격을 두고 아래 위로 배치된 두개의 육각형 패널과, 각 육각형 패널을 연결하는 측면패널로 구성되고, 케이스(14)의 양단에는 각각의 튜브 형태의 유입구(15) 및 배출구(16)가 형성되어 있다.The case 14 is composed of two hexagonal panels arranged up and down at regular intervals, and side panels connecting each hexagonal panel, and both ends of the case 14 have respective tube-shaped inlets 15 and outlets. 16 is formed.

상기 스타트업 히터(10)와 셧다운 히터(11)는 케이스(14)의 한쪽 측면패널에 하나의 군으로 모여 배치되고, 보다 정확하게는 각각의 히터가 평행하게 지그재그 형태로 장착되고, 상기 워밍업 히터(12,13)는 케이스(14)의 반대쪽 측면패널에 하나의 군으로 모여 배치되고 보다 정확하게는 각각의 히터가 평행하게 지그재그 형태로 장착된다.The start-up heater 10 and the shutdown heater 11 are arranged in a group on one side panel of the case 14, and more precisely, each heater is mounted in a zigzag form in parallel, and the warm-up heater ( 12 and 13 are arranged in a group on opposite side panels of the case 14, and more precisely, each heater is mounted in a zigzag form in parallel.

이때, 냉각수가 케이스(14)의 유입구(15)를 통해 유입되어 스택의 양단자에 맞물려 있는 스타트업 히터(10) 및 셧다운 히터(11), 워밍업 히터(12,13)에 의해 가열되게 된다.At this time, the coolant flows through the inlet 15 of the case 14 and is heated by the startup heater 10, the shutdown heater 11, and the warm-up heaters 12 and 13 engaged with both terminals of the stack.

여기서, 본 발명은 COD 통합 히터(100), 히터제어부(110), 통합제어부(120)로 구성되고, COD 통합 히터 케이스(14) 내부에 존재하는 3개 모듈의 히터군의 전원을 개별적으로 관리하여 각 히터군의 과열을 방지하고자 한다.Here, the present invention is composed of the COD integrated heater 100, the heater control unit 110, the integrated control unit 120, and separately manages the power supply of the heater group of the three modules existing inside the COD integrated heater case 14 To prevent overheating of each heater group.

상기 히터군의 전원을 3개의 군으로 나누어 개별적으로 관리하는 이유는 히터의 발열용량이 40kW 정도로 매우 크기 때문이다.The reason for separately managing the power of the heater group into three groups is that the heat generating capacity of the heater is very large, such as 40 kW.

본 발명의 일실시예에 따른 3개 모듈의 히터군은 제1 내지 제3모듈의 히터군으로 나눌 수 있고, 도 4에 도시한 바와 같이 제1모듈의 히터군은 셧다운 히터(11)(COD 110 #1~#5), 제2모듈의 히터군은 워밍업 히터 #1(12)(W/U HTR #1-1 ~ #1-3), 제3모듈의 히터군은 워밍업 히터 #2(13)(W/U HTR #2-1 ~ #2-3)로 구성된다.The heater group of the three modules according to an embodiment of the present invention can be divided into the heater group of the first to third modules, as shown in Figure 4, the heater group of the first module is a shutdown heater 11 (COD) 110 # 1 to # 5), the heater group of the second module is warm-up heater # 1 (12) (W / U HTR # 1-1 to # 1-3), and the heater group of the third module is warm-up heater # 2 ( 13) (W / U HTR # 2-1 to # 2-3).

상기 스타트업 히터(10), 셧다운 히터(11), 워밍업 히터(12,13)는 각각 스택의 양단자에 맞물리도록 된 고전압 정션 박스와 연결되어 있고, 각 모듈의 히터군에서 히터 위치상 가장 과열되기 쉬운 위치에 놓인 히터 내부에 온도센싱수단인 써모커플(101)이 장착되어, 이 써모커플(101)을 통해 각 히터의 온도를 측정할 수 있다.The start-up heater 10, the shutdown heater 11, and the warm-up heater 12, 13 are connected to a high voltage junction box that is engaged with both terminals of the stack, respectively, and the most overheated in the heater position of each module in the heater group. The thermocouple 101 which is a temperature sensing means is mounted inside the heater which is easily located, and the temperature of each heater can be measured through the thermocouple 101.

히터제어부(110)는 각 히터 내부에 있는 써모커플(101)로부터 측정된 아나로그 출력값을 입력받아 각 히터군의 과열여부를 판단하여 디지털 신호로 출력하고, 통합제어부(120)는 히터제어부(110)에서 출력된 디지털 신호를 바탕으로 각 히터군의 전원을 개별적으로 온/오프 제어한다.The heater controller 110 receives the analog output values measured from the thermocouples 101 inside each heater, determines whether the heaters are overheated, and outputs them as digital signals, and the integrated controller 120 outputs the heater controller 110. On / off control power of each heater group individually based on digital signal output from).

이와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 히터과열방지방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the heater overheating prevention method according to the present invention by such a configuration as follows.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지차량용 히터 과열 방지 방법을 나타내는 순서도이고, 도 4는 도 2의 히터 과열방지 장치의 회로도이다.3 is a flowchart illustrating a heater overheat prevention method for a fuel cell vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a circuit diagram of the heater overheat prevention apparatus of FIG. 2.

먼저, 통합제어부(120)는 물펌프를 작동시켜 냉각수를 순환시킴에 따라 COD 통합 히터(100) 케이스(14)의 내부에 냉각수가 흐르도록 하여 히터의 표면을 강제 냉각시킨다(S100).First, the integrated control unit 120 circulates the cooling water by operating the water pump so that the cooling water flows inside the case 14 of the COD integrated heater 100 to forcibly cool the surface of the heater (S100).

그 다음, 통합제어부(120)에서 COD 통합 히터(100)의 각 히터군에 전원을 인가하여 각각의 스타트업 히터(10), 셧다운 히터(11), 워밍업 히터(12,13)를 통해 냉각수를 가열한다(S110).Then, the integrated control unit 120 supplies power to each heater group of the COD integrated heater 100 to cool the water through the start-up heater 10, the shutdown heater 11, and the warm-up heater 12, 13. Heat (S110).

여기서, 본 발명은 냉각수의 미순환 또는 냉각수 유량의 부족 등의 원인으로 인해, 그리고 기존의 냉각수 순환여부를 알기위해 TMS 냉각수 순환라인 상에 설치된 두 압력센서가 고장이 나거나 기존의 냉각수 라인의 차압이 달라지는 경우 등에도 히터의 과열을 방지할 수 있다.Here, the present invention is due to the cause of the non-recirculation of the cooling water or the lack of cooling water flow rate, and the two pressure sensors installed on the TMS cooling water circulation line in order to know whether the existing cooling water circulation, or failure of the differential pressure of the existing cooling water line It is possible to prevent overheating of the heater even if it changes.

상기 써모커플(101)은 히터군 별로 가장 과열되기 쉬운 위치에 놓인 히터에 장착되어 각 히터군의 온도를 감지하여 아날로그 기전력(emf, electromotive force)을 출력하고(S120), 히터제어부(110)는 각각의 써모커플(101)로부터 감지신호를 입력받아 세개 모듈의 히터군 중 어느 하나라도 아날로그 기전력이 기준임계값보다 큰 경우 히터의 과열로 판단한다(S130,S140).The thermocouple 101 is mounted on a heater which is placed at the position most prone to overheating for each heater group, and detects the temperature of each heater group to output analog electromotive force (emf, electromotive force) (S120), and the heater controller 110 If any one of the heater groups of the three modules receives the detection signal from each of the thermocouples 101, it is determined that the heater is overheated when the analog electromotive force is larger than the reference threshold (S130, S140).

상기 통합제어부(120)는 히터제어부(110)로부터 신호를 입력받아 히터과열로 판단된 히터의 전원을 차단한 후(S141), 과열된 히터군을 냉각하고, 나머지 모듈의 히터군은 냉각수를 계속해서 가열시킨다.The integrated control unit 120 receives a signal from the heater control unit 110 and cuts off the power of the heater determined to overheat the heater (S141), and then cools the overheated heater group, and the heater group of the remaining modules continues the coolant. To heat.

이하, 본 발명을 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited by the following examples.

실시예Example

본 발명의 일실시예에 따른 히터 과열 방지 방법은 COD 통합 히터(100) 케이스(14) 내부에 존재하는 히터를 세개 모듈의 히터군으로 나누어 개별적으로 히터전원을 제어한다.In the heater overheat prevention method according to an embodiment of the present invention, a heater existing inside the case 14 of the COD integrated heater 100 is divided into three groups of heater groups to individually control the heater power.

즉, 도 4에 도시한 바와 같이 각 히터군에서 제1출구쪽에 가까운 히터를 한개씩, 즉 COD 110 #5, W/U HTR #1-3, W/U HTR #2-3을 선택하고, 이들 히터 내부 Ni-Cr 와이어 부근에 K타입의 써모커플(101)을 장착하여 적정온도 이상 과열시 써모커플(101) 기전력을 히터제어부(110)에서 입력받아 디지털 신호를 통합제어부(120)에 내보내 줌으로써, 각 히터군의 히터 전원 릴레이를 온/오프 제어한다.That is, as shown in FIG. 4, one heater close to the first exit side is selected from each heater group, that is, COD 110 # 5, W / U HTR # 1-3, and W / U HTR # 2-3 are selected. By installing a K-type thermocouple 101 near the inside of the heater Ni-Cr wire and receiving the thermocouple 101 electromotive force from the heater control unit 110 when the thermocouple 101 is overheated at an appropriate temperature, the digital signal is sent to the integrated control unit 120. The heater power relay of each heater group is controlled on / off.

이때, 히터제어부(110)가 각 히터 내부의 K타입 써모커플(101)에서 측정한 아날로그 기전력 출력을 읽어들여, 읽어들인 측정값이 기입력된 기준 임계값보다 작은 경우 제어기의 디지털 출력이 5V로 되게 하고(S150), 상기 측정값이 기준 임계값보다 크거나 같은 경우(S130) 제어기의 디지털 출력이 0V로 되게 한다(S140)(도 4 참조).At this time, the heater controller 110 reads the analog electromotive force output measured by the K type thermocouple 101 inside each heater, and the digital output of the controller is set to 5V when the measured value is smaller than the input reference threshold. If the measured value is greater than or equal to the reference threshold (S130), the digital output of the controller becomes 0V (S140) (see FIG. 4).

상기 히터제어부(110)가 5V를 출력하면 통합제어부(120)는 정상적으로 냉각 수가 순환되어 승온되고 있는 것으로 판단하여 전원부 릴레이를 모두 온시켜 TMS 냉각수의 온도를 정상적으로 승온시키나(S151), 히터제어부(110)가 0V를 출력하면 냉각수가 순환되지 않거나 히터 내부가 과열되는 것으로 판단하여 과열된 히터의 전원부 릴레이만을 차단시켜(S141) 과열된 히터를 냉각시키고, 나머지 과열되지 않은 히터의 전원을 연결하여 냉각수의 온도를 정상적으로 승온시킨다. When the heater control unit 110 outputs 5V, the integrated control unit 120 determines that the cooling water is normally circulated and the temperature is being raised, thereby turning on all of the power supply relays to normally raise the temperature of the TMS cooling water (S151), and the heater control unit 110. When 0) outputs 0V, it is determined that the coolant is not circulated or the inside of the heater is overheated, so that only the power unit relay of the overheated heater is blocked (S141) to cool the overheated heater, and the power of the remaining unheated heater is connected to the Increase the temperature normally.

여기서, 상기 실시예에 따른 COD 통합 히터(100)의 수보다 더 많은 수의 히터 아날로그 출력을 제어기로 입력할 수 있고, 발열 온도에 따라 다양한 타입, 예를 들어 B,S,R,N,K,J,E,T 타입의 써모커플(101)을 사용할 수 있다.Here, a larger number of heater analog outputs can be input to the controller than the number of COD integrated heaters 100 according to the embodiment, and various types, for example, B, S, R, N, K, depending on the heating temperature. Thermocouples 101 of type, J, E, T can be used.

본 실험에서는 히터의 과열 모사를 위하여 각 히터군의 히터를 힛건(HEAT GUN)으로 가열시키고 시설 압축 공기로 냉각시키면서 각 히터의 써모커플(101) 아날로그 출력값을 히터제어기에 입력한다.In this experiment, the heater of each heater group is heated with a heat gun to simulate overheating of the heater, and the thermocouple 101 analog output value of each heater is input to the heater controller while being cooled by the facility compressed air.

도 5는 K타입 써모커플(101)의 온도별 기전력 출력값을 나타낸다.5 shows the electromotive force output value for each temperature of the K type thermocouple 101.

이때, 본 실험에서 히터의 과열임계온도는 40℃로 설정하였다.At this time, the superheat threshold temperature of the heater was set to 40 ℃ in this experiment.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 각 히터군의 히터 기전력을 나타내는 그래프6 is a graph showing the heater electromotive force of each heater group according to an embodiment of the present invention

도 6에서 1.612mV는 40℃일 때 히터의 기전력 출력값을 나타내고, 각각의 히터 기전력의 초기값이 다른 이유는 초기에 힛건의 가열온도를 다르게 했기 때문이다.In FIG. 6, 1.612 mV represents the electromotive force output value of the heater at 40 ° C, and the reason why the initial value of each heater electromotive force is different is that the heating temperature of the heat gun is different at the initial stage.

초기에 가열온도가 큰 순서대로 COD 110 #5, W/U HTR #1-3, W/U HTR #2-3를 가열하였다.Initially, COD 110 # 5, W / U HTR # 1-3, and W / U HTR # 2-3 were heated in order of increasing heating temperature.

도 6에서 기전력이 낮아지는 구간은 시설 압축 공기로 냉각하는 구간이고, 기전력이 상승하는 구간은 힛건으로 가열하는 구간을 나타낸다.In FIG. 6, a section in which the electromotive force is lowered is a section in which the facility is cooled by compressed air, and a section in which the electromotive force is increased is a section in which heat is heated by a heat gun.

다음 표 1과 같이 세 모듈의 히터군에서 각각 선택된 히터 중 어느 하나의 히터 기전력이 1.612mV 이상값을 나타내면 히터제어부(110)의 디지털 출력은 0V를 나타내고, 세 모듈의 히터군에서 각각 선택된 히터 모두가 1.612mV 미만이면 히터제어기의 디지털 출력값이 5V를 나타낸다.As shown in Table 1 below, when the heater electromotive force of any of the heaters selected from the three module heater groups indicates a value of 1.612 mV or more, the digital output of the heater controller 110 indicates 0 V, and all of the heaters selected from the heater groups of the three modules, respectively If less than 1.612mV, the digital output value of the heater controller represents 5V.

Figure 112009047197281-PAT00001
Figure 112009047197281-PAT00001

본 실험의 히터 과열 모사 결과에 따르면, 도 에 도시한 바와 같이 세 모듈의 히터 기전력 출력을 다양하게 가열 및 냉각하였을 경우 히터제어기의 디지털 출력이 정확하게 로직에 따라 0V 또는 5V를 나타내는 것을 알 수 있다. According to the heater overheating simulation result of this experiment, when the heater electromotive force output of the three modules is variously heated and cooled, it can be seen that the digital output of the heater controller accurately represents 0V or 5V according to the logic.

히터제어기의 디지털 출력값이 5V일 경우에 통합제어기는 냉각수의 정상적인 승온으로 판단하지만, 0V일 경우에 히터 과열로 판단해 과열된 히터 전원부 릴레이를 차단하여 히터를 냉각시킨 후, 충분한 냉각을 거쳐 다시 5V로 상승하면 다시 히터를 승온 시킨다.When the digital output value of the heater controller is 5V, the integrated controller determines that the coolant is normally raised.However, when 0V, the integrated controller judges that the heater is overheated and shuts off the heater heater relay that is overheated to cool the heater. If it rises to, it raises the heater again.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 COD 통합 히터를 나타내는 내부 사시도1 is an internal perspective view showing a COD integrated heater according to an embodiment of the present invention

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지차량용 히터 과열 방지 장치를 나타내는 블럭도2 is a block diagram showing a heater overheat prevention apparatus for a fuel cell vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지차량용 히터 과열 방지 방법을 나타내는 순서도3 is a flowchart illustrating a heater overheat prevention method for a fuel cell vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 도 2의 히터 과열방지 장치의 회로도4 is a circuit diagram of a heater overheat prevention apparatus of FIG. 2.

도 5는 K 타입 써모커플의 온도별 기전력 출력값을 나타내는 그래프5 is a graph showing an electromotive force output value for each temperature of a K type thermocouple;

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 각 히터군의 히터 기전력을 나타내는 그래프6 is a graph showing the heater electromotive force of each heater group according to an embodiment of the present invention

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 스타트업 히터 11 : 셧다운 히터10: start-up heater 11: shutdown heater

12 : 워밍업 히터 #1 13 : 워밍업 히터 #212: warm up heater # 1 13: warm up heater # 2

14 : 히터 케이스 15 : 유입구14: heater case 15: inlet

16 : 배출구 100 : COD 통합히터16: outlet 100: COD integrated heater

101 : 써모커플 110 : 히터제어부101: thermocouple 110: heater control unit

120 : 통합제어부(120)120: integrated control unit 120

Claims (7)

연료전지차량용 히터 과열 방지 장치에 있어서,In the heater overheat prevention device for fuel cell vehicles, 복수의 히터군을 포함하는 COD 통합 히터(100);A COD integrated heater 100 including a plurality of heater groups; 상기 각각의 히터군 Each heater group 중 적어도 하나의 히터에 설치된 온도센서;A temperature sensor installed in at least one heater; 상기 온도센서로부터 감지신호를 입력받아 상기 COD 통합 히터(100)의 온도를 히터군별로 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량용 히터 과열 방지 장치.And a controller configured to control the temperature of the COD integrated heater 100 for each heater group by receiving a detection signal from the temperature sensor. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 히터군은 스택의 내구성 저하 방지를 위한 복수의 셧다운 히터로 구성된 제1모듈의 히터군을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량용 히터 과열 방지 장치.The heater overheat prevention apparatus of claim 1, wherein the plurality of heater groups comprises a heater group of a first module including a plurality of shutdown heaters for preventing durability degradation of a stack. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 히터군은 냉시동성 확보를 위한 복수의 제1 및 제2워밍업 히터로 구성된 제2 및 제3모듈의 히터군을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량용 히터 과열 방지 장치.The heater overheat prevention apparatus of claim 1, wherein the plurality of heater groups comprises heater groups of second and third modules including a plurality of first and second warm-up heaters to ensure cold startability. . 청구항 2에 있어서, 상기 제어부는 온도센서로부터 감지신호를 입력받아 측정값이 기준 임계값 이상인지 여부를 판단하여 제어신호를 출력하는 히터제어부(110)와, 상기 히터제어부(110)로부터 제어신호를 입력받아 복수의 히터군의 전원을 히터군별로 제어하는 통합제어부(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전 지차량용 히터 과열 방지 장치.The method according to claim 2, wherein the control unit receives a detection signal from the temperature sensor determines whether the measured value is greater than the reference threshold value, and outputs a control signal to the heater control unit 110, and the control signal from the heater control unit 110 The overheat prevention device for a fuel cell vehicle, characterized in that it comprises an integrated control unit (120) for receiving input and controlling the power of a plurality of heater groups for each heater group. 연료전지차량용 히터 과열 방지 방법에 있어서,In the fuel cell vehicle heater overheat prevention method, 복수의 히터군을 포함하는 COD 통합 히터(100)에 히터군별로 전원을 공급하는 단계;Supplying power to each heater group to the COD integrated heater 100 including a plurality of heater groups; 상기 각각의 히터군 중 적어도 하나의 히터에 장착된 온도센서를 이용하여 각 히터군의 온도를 측정하는 단계;Measuring a temperature of each heater group using a temperature sensor mounted on at least one heater of each heater group; 상기 온도센서로부터 감지신호를 입력받아 복수의 히터군 중 적어도 하나의 히터군의 온도 측정값이 기준 임계값이상인 경우 과열된 히터군의 전원을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량용 히터 과열 방지 방법.And receiving a detection signal from the temperature sensor and shutting off the power of the overheated heater group when the temperature measurement value of at least one heater group of the plurality of heater groups is greater than or equal to a reference threshold value. How to prevent overheating. 청구항 5에 있어서, 상기 온도센서는 각 히터군 중 히터의 위치상 가장 과열되기 쉬운 위치에 있는 히터에 장착되는 것을 특징으로 하는 연료전지차량용 히터 과열 방지 방법.The method according to claim 5, wherein the temperature sensor is a heater overheat prevention method for a fuel cell vehicle, characterized in that mounted on the heater in the position which is most likely to overheat on the position of the heater of each heater group. 청구항 5에 있어서, 상기 온도센서로부터 감지신호를 입력받아 복수의 히터군 중 적어도 하나의 히터군의 온도 측정값이 기준 임계값이상인 경우 히터제어 부(110)가 제어신호를 출력하고, 상기 히터제어부(110)의 제어신호를 입력받아 통합제어부(120)가 과열된 히터군의 히터 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량용 히터 과열 방지 방법.The heater control unit 110 outputs a control signal when the temperature measurement value of at least one heater group of the plurality of heater groups is equal to or greater than a reference threshold value by receiving the detection signal from the temperature sensor. Integrating control unit 120 receives the control signal of 110, the heater overheat prevention method for a fuel cell vehicle, characterized in that for shutting off the heater power of the overheated heater group.
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