KR20150033288A - Ｃｏｄ 히터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피티씨 히터에 관한 것으로, 더욱 상세하게 Electric relay type의 피티씨 히터에서, 피티씨 소자가 삽입된 튜브 및 핀의 일측 단부를 고정하는 제1하우징의 내부에 발열소자와 접촉하는 방열판이 공기 유동방향과 나란하게 장착되고, 공기 유동방향으로 양측면 일정영역 중공되는 공기유동홀이 형성됨으로써, 전열면적이 증대되어 열교환 효율이 향상된 피티씨 히터에 관한 것이다.

Description

ＣＯＤ 히터{COD heater}
본 발명은 연료전지 차량의 COD(Cathode oxygen depletion)에 관한 것으로, 더욱 상세하게 고전압 전원 터미널과 다수개 라인으로 병렬 연결되어 히터봉 각각으로 고전압의 전원을 인가하기 위한 고전압 전원 버스부가 형성되는 고전압 인가 회로부와, 히터봉의 온도를 제어하는 제어기 회로부가 동일 PCB 상에 레이 아웃된 통합보드를 포함하여 형성되도록 함으로써, 히터봉으로 전원을 공급하기 위해 연결되는 와이어링 작업이 단순해져 조립성이 증대되며, 통합보드를 통해 각 히터봉으로 전원이 분배되어 전자파에 의한 교란을 방지할 수 있는 COD 히터에 관한 것이다.
환경 친화적인 자동차 개발을 위해 자동차 회사들은 연료전지 자동차에 큰 관심을 갖고 개발하고 있다.
일반적으로 연료전지차량은 크게 전기에너지를 발생시키는 연료전지스택과, 연료전지스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급장치와, 연료전지스택의 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기 중 산소를 공급하는 공기공급장치와, 연료전지스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물 관리시스템인 TMS(Thermal Management System)로 구성된다.
현재 개발되고 있는 연료전지 자동차에는 해결해야 할 문제점들이 많이 남아 있는데, 그 중 가장 시급하고도 어려운 문제가 냉시동성 확보 전략이라 할 수 있다.
기존 연료전지 차량의 냉시동성 확보를 위한 해결책은 RTA(Rapid Thaw Accumulator) 내부의 히터를 이용한 순수의 급속해빙이었다.
그러나 순수를 이용하게 되면 빙점 이하에서는 순수가 결빙을 할 뿐만 아니라, 냉각수 루프가 복잡해지고 추가적으로 드레인 밸브를 장착해야 하는 등 많은 어려움이 따른다.
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.
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.
근본적으로 냉시동성 확보를 위한 히터와, 스타트업/셧다운시 스택의 내구성 저하 방지를 위한 COD는 모두 저항 히터로서 사용시기와 용도만 다른 뿐 하나의 히터로 통합되어 형성될 수 있으며, 이와 관련된 기술이 국내공개특허 제2009-0039892호(공개일 2009.04.23, 명칭 : 연료전지차량용 COD 겸용 가열장치)에 개시된 바 있다.
상술한 바와 같이, 연료전지차량에 냉각수 가열 및 잔류 전류 소진 기능을 수행하는 카트리지 타입의 COD 히터가 장착되는데, 이 경우 상기 COD 히터로 고전압의 전원을 인가해야 한다. 이때, 도 1과 같이, 상기 COD히터에는 각 히터봉(11)마다 개별 전원이 필요하게 되고, 경우에 따라 고전압 커넥터(12)의 전원 양극 개수와 히터봉의 개수가 일치하지 않게 되면, 히터봉의 전원선을 고전압커넥터 전원선의 수량에 맞추어 와이어링이 이루어져야 한다.
또한, 상기 COD히터는 온도 센서로부터 온도를 감지하여 로직에 따른 제어신호를 송출하는 제어기(13)가 구비될 수 있는데, 상기 제어기는 카트리지히터의 전원선 와이어링 공간 제약으로 인해 별도의 공간에 장착됨으로써, 제품 패키지가 증가하며, 공간배치가 어려워진다는 단점이 있다.
또, 전원선 와이어링 작업은 수작업으로 해야 하는 부분이 많아 생산성이 좋지 않을 뿐만 아니라, 제품 생산이 균일하게 이루어지기 힘들어 품질문제가 발생될 수 있다.
국내공개특허 제2009-0039892호(공개일 2009.04.23, 명칭 : 연료전지차량용 COD 겸용 가열장치)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고전압 전원 터미널과 다수개 라인으로 병렬 연결되어 히터봉 각각으로 고전압의 전원을 인가하기 위한 고전압 전원 버스부가 형성되는 고전압 인가 회로부와, 히터봉의 온도를 제어하는 제어기 회로부가 동일 PCB 상에 레이 아웃된 통합보드를 포함하여 형성되도록 함으로써, 히터봉으로 전원을 공급하기 위해 연결되는 와이어링 작업이 단순해져 조립성이 증대되며, 통합보드를 통해 각 히터봉으로 전원이 분배되어 전자파에 의한 교란을 방지할 수 있는 COD 히터를 제공하는 것이다.
본 발명의 COD 히터는 일측에 냉각수 유입구(110)가 형성되고 타측에 냉각수 유출구(120)가 형성되어 냉각수를 유통시키는 케이스(100); 상기 케이스(100) 상에 설치되며, 고전압 커넥터와 연결되어 전원이 인가되는 다수개의 히터봉(210)으로 이루어진 히터모듈(200); 상기 케이스(100) 외부에 설치되며, 상기 히터모듈(200)에 설치된 온도센서(600)로부터 감지신호를 입력받아 상기 히터모듈(200)의 온도를 제어하는 제어기(300); 를 포함하여 형성되는 연료전지 차량의 COD(Cathode oxygen depletion) 히터에 있어서, 상기 COD 히터(1)는 상기 고전압 커넥터와 연결되는 고전압 전원 터미널(411)과, 상기 고전압 전원 터미널(411)과 다수개 라인으로 병렬 연결되어 상기 히터모듈(200)의 히터봉(210) 각각으로 전원을 분배하는 고전압 전원 버스부(412)가 형성되는 고전압 인가 회로부(410); 및 상기 제어기(300)의 회로가 형성되며, 상기 온도센서(600)가 연결되는 온도센서 커넥터(421)가 장착되는 제어기 회로부(420); 가 동일 PCB(Printed circuit board) 상에 형성되는 통합보드(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 COD 히터(1)는 상기 히터봉(210)의 전원 단자(211)가 돌출되는 측에 상기 통합보드(400)가 배치되며, 상기 고전압 인가 회로부(410)의 고전압 전원 버스부(412)와 상기 히터봉(210)의 전원 단자(211) 각각이 대응되도록 연결될 수 있다.
또한, 상기 COD 히터(1)는 상기 히터봉(210)의 전원 단자(211)에 연결된 단자 터미널(212) 각각이 하측에 삽입 고정되는 다수개의 조인트 터미널(510)이 형성된 서브하우징(500)을 포함하며, 상기 서브하우징(500)이 상기 통합보드(400) 하측면에 결합되어 상기 조인트 터미널(510)이 상기 통합보드(400)의 고전압 전원 버스부(412) 상에 형성된 버스 터미널(413)과 연결될 수 있다.
또한, 상기 COD 히터(1)는 상기 히터봉(210)의 전원 단자(211)가 돌출되는 측에 형성된 상기 케이스(100) 표면과, 상기 서브하우징(500) 및 통합보드(400)가 써포터(520)로 연결되어 적층되되, 상기 히터봉(210)의 전원 단자(211)와 상기 조인트 터미널(510)이 최단 거리로 연결되도록 적층될 수 있다.
또한, 상기 통합보드(400)는 상기 고전압 인가 회로부(410)가 일측영역에 배치되고, 상기 제어기 회로부(420)가 타측영역에 배치되되, 서로 일정거리 이격될 수 있다.
본 발명의 COD 히터는 고전압 전원 터미널과 다수개 라인으로 병렬 연결되어 히터봉 각각으로 고전압의 전원을 인가하기 위한 고전압 전원 버스부가 형성되는 고전압 인가 회로부와, 히터봉의 온도를 제어하는 제어기 회로부가 동일 PCB 상에 레이 아웃된 통합보드를 포함하여 형성되도록 함으로써, 히터봉으로 전원을 공급하기 위해 연결되는 와이어링 작업이 단순해져 조립성이 증대되며, 공간을 절약할 수 있다.
즉, 본 발명은 기존에 고전압 커넥터로부터 인가되는 전원이 히터봉 각각으로 인가되도록 하기 위한 전원선 와이어링 작업의 복잡함을 개선하기 위해, 통합보드 상에서 전원이 분배되도록 함으로써, 작업이 단순해져 작업시간이 단축될 수 있고, 생산성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 COD 히터는 통합보드 상에서 히터봉으로 전원이 분배되므로, 기존에 전선끼리 겹쳐지거나 엉켜 발생되던 전자파에 의한 교란을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 COD히터에서 제어기 및 고전압커넥터와, 히터봉이 연결된 상태를 나타낸 개략적인 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 COD히터의 개략적인 구성을 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 COD히터의 통합보드를 나타낸 구성도.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 COD히터에서 히터모듈과 통합보드가 연결된 일실시예를 나타낸 사시도 및 분해사시도.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 피티씨 히터를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 COD히터의 개략적인 구성을 나타낸 것으로, 본 발명의 COD히터는 일측에 냉각수 유입구(110)가 형성되고 타측에 냉각수 유출구(120)가 형성되어 냉각수를 유통시키는 케이스(100); 상기 케이스(100) 상에 설치되며, 고전압 커넥터(700)와 연결되어 전원이 인가되는 다수개의 히터봉(210)으로 이루어진 히터모듈(200); 상기 케이스(100) 외부에 설치되며, 상기 히터모듈(200)에 설치된 온도센서(600)로부터 감지신호를 입력받아 상기 히터모듈(200)의 온도를 제어하는 제어기(300); 를 포함하여 형성된다.
상기 케이스(100)는 특정한 크기나 형태의 제한은 없고, 단지 상기 히터모듈(200)들이 배치될 수 있도록 적절한 크기와 형태로 형성되면 된다. 또한 상기 케이스(100)는 냉각수 유통 라인 중 설계자의 의도에 따라 적절하게 배치될 수 있는데, 상기 히터모듈(200)에 의하여 냉각수가 승온 되는 것을 고려하여, 냉각수가 연료전지 스택을 냉각시키고 나온 부분과, 냉각수가 히터코어로 유입되는 부분 사이의 라인에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 히터모듈(200)은 동일한 특성을 갖는 다수개의 히터봉(210)으로 이루어지며, 상기 케이스(100) 내에 다수개의 히터모듈(200)이 구비될 수 있다. 여기서 말하는 특성이란 발열용량을 의미할 수도 있고, 발열체의 종류일 수도 있다.
상기 히터모듈(200)은 필요에 따라 히터모듈(200) 각각의 발열체가 어느 하나는 CNT 발열체일 수도 있고, PTC 소자를 이용한 발열체이거나, 카트리지 히터 등 서로 다른 종류일 수도 있으며, 동일한 발열체가 사용될 수도 있다.
상기 제어기(300)는 상기 히터모듈(200)에 설치되어 발열온도를 측정하는 온도센서(600)로부터 감지신호를 입력받아, 상기 히터모듈(200)에 공급되는 전원을 조절함으로써, 상기 히터모듈(200)이 과열되는 것을 방지한다.
특히 본 발명의 COD히터는 상기 히터모듈(200)의 히터봉(210) 각각으로 전원을 인가하는 고전압 인가 회로부(410)와 상기 제어기(300)의 회로가 형성되는 제어기 회로부(420)가 동일 PCB(Printed circuit board) 상에 레이 아웃되어 제작된 통합보드(400)를 더 포함하여 형성된다.
좀 더 상세히 설명하면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 고전압 인가 회로부(410)에는 연료전지 차량의 배터리와 연결되어 고전압이 인가되는 상기 고전압 커넥터(700)와 바로 연결되는 고전압 전원 터미널(411)이 형성되고, 상기 고전압 전원 터미널(411)과 다수개 라인으로 병렬 연결되어 상기 히터모듈(200)의 히터봉(210) 각각으로 전압을 분배하는 고전압 전원 버스부(412)가 형성된다.
즉, 상기 고전압 인가 회로부(410)는 상기 히터모듈(200)의 히터봉(210)이 4개일 경우, 상기 고전압 전원 터미널(411)에서 연장된 전원선이 4개로 분기되어 고전압 전원 버스부(412)가 형성되며, 각각 분기된 라인 끝단에 상기 히터봉(210)의 전원 단자(211)가 대응되도록 연결된다.
상기 제어기 회로부(420)는 온도센서 커넥터(421)와, 온도 센싱 결과로부터 제어 기능을 수행하는 제어회로가 구성되어 있으며, 제어값 출력 커넥터가 부착되어 형성된다.
이때, 상기 제어기 회로부(420)는 고전압 인가 회로부(410) 사이 공간을 활용하되, 일정 간격 이상 유격을 두어 전가기파 교란을 방지하는 것이 바람직하다.
또한, PCB 상에서도 상기 제어기 회로부(420)의 GND(ground)와 고전압 인가 회로부(410)의 GND가 분리되도록 레이아웃 하여 서로 간에 신호 간섭이 일어나는 것을 방지하는 것이 좋다.
도 4 및 도 5는 상기 히터모듈(200)과 통합보드(400)가 연결되는 일실시예를 좀 더 구체적으로 도시한 것으로, 상기 통합보드(400)는 상기 히터봉(210)의 전원 단자(211)가 돌출되는 측, 즉 상측에 배치되어 최단 거리로 연결될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 COD 히터(1)는 상기 히터봉(210)의 전원 단자(211)에 연결된 단자 터미널(212) 각각이 하측에 삽입 고정되는 다수개의 조인트 터미널(510)이 형성된 서브하우징(500)을 더 포함할 수 있다.
상기 서브하우징(500)은 상기 히터봉(210)의 전원 단자(211)가 상기 통합보드(400)의 고전압 전원 버스부(412) 상에 형성된 버스 터미널(413)과 연결되도록 하기 위한 매개체 역할을 하는 것으로서, 상기 조인트 터미널(510)에 상기 히터봉(210)의 전원 단자(211)가 삽입 고정되도록 한다.
그 다음, 상기 서브하우징(500)의 조인트 터미널(510)이 상기 통합보드(400)의 버스 터미널(413)과 접하도록 삽입된 다음 납땜을 통해 고정시킨다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 COD 히터(1)는 상기 히터봉(210)의 전원 단자(211)가 돌출되는 측에 형성된 상기 케이스(100) 표면과, 상기 서브하우징(500) 및 통합보드(400)가 써포터(520)로 연결되어 적층될 수도 있으며, 이때, 상기 히터봉(210)의 전원 단자(211)와 상기 조인트 터미널(510)이 최단 거리로 연결되도록 적층되도록 하는 것이 바람직하다.
또, 상기 통합보드(400)에는 상기 고전압 전원 터미널(411)과 상기 고전압 커넥터(700)가 전선으로 연결되되, 상기 고전압 커넥터(700)에서 연결된 전선 단부에 링 형태의 커넥터가 연결되고, 상기 커넥터가 상기 고전압 전원 터미널(411)에 삽입된 다음 풀림방지 너트로 고정되어 결합될 수도 있다.
도 4 및 도 5와 같은 방법 외에도, 상기 히터봉(210)의 전원 단자(211)는 상기 서브하우징(500) 없이 직접 상기 통합보드(400)의 버스 터미널(413)에 연결될 수도 있으며, 고전압 커넥터(700)와 상기 고전압 전원 터미널(411)을 연결하는 전선이 별도의 커넥터 없이 납땜으로 연결될 수도 있다.
상기 히터봉(210) 및 상기 통합보드(400)의 연결방법은 상술한 바와 같은 방법으로 한정되지 않으며, 다양하게 얼마든지 변경실시 가능하다.
도 4를 참고로, 본 발명의 COD 히터(1)가 연결되는 구조를 다시 설명하면,
연료전지 차량의 배터리와 연결되어 고전압이 인가되는 고전압 커넥터(700)는 상기 통합보드(400)의 고전압 전원 터미널(411)에 연결된다. 상기 고전압 전원 터미널(411)에 인가된 고전압의 전원은 상기 통합보드(400)의 고전압 전원 버스부(412)의 버스 터미널(413)과 각각 연결된 상기 히터봉(210)으로 분배되어 인가된다.
이때, 상기 온도센서(600)는 상기 제어기 회로부(420)의 온도센서(600)와 연결되어 상기 히터봉(210)이 일정 온도 이상으로 가열되면, 상기 제어기 회로부(420)에 의해 상기 히터봉(210)으로 인가되는 전원이 조절될 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 기존에 고전압 커넥터(700)로부터 인가되는 전원이 히터봉(210) 각각으로 인가되도록 하기 위한 전원선 와이어링 작업의 복잡함을 개선하기 위해, 통합보드(400) 상에서 전원이 분배되도록 함으로써, 작업이 단순해져 작업시간이 단축될 수 있고, 생산성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 COD 히터(1)는 통합보드(400) 상에서 히터봉(210)으로 전원이 분배되므로, 기존에 전선끼리 겹쳐지거나 엉켜 발생되던 전자파에 의한 교란을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : COD 히터
100 : 케이스
110 : 냉각수 유입구 120 : 냉각수 유출구
200 : 히터모듈 210 : 히터봉
211 : 전원 단자 212 : 단자 터미널
300 : 제어기
400 : 통합보드
410 : 고전압 인가 회로부
411 : 고전압 전원 터미널 412 : 고전압 전원 버스부
413 : 버스 터미널
420 : 제어기 회로부 421 : 온도센서 커넥터
500 : 서브하우징
510 : 조인트 터미널 520 : 써포터
600 : 온도센서
700 : 고전압 커넥터

Claims (5)

  1. 일측에 냉각수 유입구(110)가 형성되고 타측에 냉각수 유출구(120)가 형성되어 냉각수를 유통시키는 케이스(100); 상기 케이스(100) 상에 설치되며, 고전압 커넥터(700)와 연결되어 전원이 인가되는 다수개의 히터봉(210)으로 이루어진 히터모듈(200); 상기 케이스(100) 외부에 설치되며, 상기 히터모듈(200)에 설치된 온도센서(600)로부터 감지신호를 입력받아 상기 히터모듈(200)의 온도를 제어하는 제어기(300); 를 포함하여 형성되는 연료전지 차량의 COD(Cathode oxygen depletion) 히터에 있어서,
    상기 COD 히터(1)는
    상기 고전압 커넥터(700)와 연결되는 고전압 전원 터미널(411)과, 상기 고전압 전원 터미널(411)과 다수개 라인으로 병렬 연결되어 상기 히터모듈(200)의 히터봉(210) 각각으로 전원을 분배하는 고전압 전원 버스부(412)가 형성되는 고전압 인가 회로부(410); 및
    상기 제어기(300)의 회로가 형성되며, 상기 온도센서(600)가 연결되는 온도센서 커넥터(421)가 장착되는 제어기 회로부(420); 가 동일 PCB(Printed circuit board) 상에 형성되는 통합보드(400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 COD 히터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 COD 히터(1)는
    상기 히터봉(210)의 전원 단자(211)가 돌출되는 측에 상기 통합보드(400)가 배치되며,
    상기 고전압 인가 회로부(410)의 고전압 전원 버스부(412)와 상기 히터봉(210)의 전원 단자(211) 각각이 대응되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 COD 히터.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 COD 히터(1)는
    상기 히터봉(210)의 전원 단자(211)에 연결된 단자 터미널(212) 각각이 하측에 삽입 고정되는 다수개의 조인트 터미널(510)이 형성된 서브하우징(500)을 포함하며,
    상기 서브하우징(500)이 상기 통합보드(400) 하측면에 결합되어 상기 조인트 터미널(510)이 상기 통합보드(400)의 고전압 전원 버스부(412) 상에 형성된 버스 터미널(413)과 연결되는 것을 특징으로 하는 COD 히터.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 COD 히터(1)는
    상기 히터봉(210)의 전원 단자(211)가 돌출되는 측에 형성된 상기 케이스(100) 표면과, 상기 서브하우징(500) 및 통합보드(400)가 써포터(520)로 연결되어 적층되되,
    상기 히터봉(210)의 전원 단자(211)와 상기 조인트 터미널(510)이 최단 거리로 연결되도록 적층되는 것을 특징으로 하는 COD 히터.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 통합보드(400)는
    상기 고전압 인가 회로부(410)가 일측영역에 배치되고, 상기 제어기 회로부(420)가 타측영역에 배치되되, 서로 일정거리 이격되는 것을 특징으로 하는 COD 히터.
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