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KR101439033B1 - 냉각 펌프 구동 시스템 - Google Patents

냉각 펌프 구동 시스템 Download PDF

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KR101439033B1
KR101439033B1 KR1020130067864A KR20130067864A KR101439033B1 KR 101439033 B1 KR101439033 B1 KR 101439033B1 KR 1020130067864 A KR1020130067864 A KR 1020130067864A KR 20130067864 A KR20130067864 A KR 20130067864A KR 101439033 B1 KR101439033 B1 KR 101439033B1
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water pump
cooling
cooling water
pump
electric water
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박정규
김동훈
진영빈
Original Assignee
현대자동차주식회사
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Abstract

냉각수로 라인에 설치되어 냉각수를 순환시키고, 회전속도의 가변이 가능한 전동식 워터 펌프; 상기 전동식 워터 펌프의 출구 측에 설치되어 워터 펌프를 통과한 냉각수의 압력을 체크하는 센서 유닛; 및 압력 변화량에 대한 기준치가 구비되고, 상기 센서 유닛으로부터 검출된 압력 변화량이 기준치 이상일 경우 상기 전동식 워터 펌프의 회전속도가 감속되도록 제어하는 제어부;를 포함하는 냉각 펌프 구동 시스템이 소개된다.

Description

냉각 펌프 구동 시스템 {COOLANT PUMP DRIVING SYSTEM}
본 발명은 연료전지 차량의 초기 시동시 냉각수가 펌프 입구 단으로 충분히 유입되고, 출구 단으로 토출되도록 함으로써 구동을 안정화하여 펌프의 손상을 최소화할 수 있는 냉각 펌프 구동 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 대부분의 차량은 구동하기 위해 연료가 연소됨에 따라 열이 발생된다. 이는, 연료전지 차량도 수소와 물과 화학적인 반응에 따라 열이 발생되며, 이러한 열은 차량의 구성품에 손상을 가할 수 있고, 최악의 경우 열에 의한 손상에 의해 주행할 수 없는 상태가 될 수 있어 냉각 시스템이 필수적으로 설치된다.
이러한 냉각 시스템은 수냉식과 공냉식이 사용될 수 있는데, 냉각효율이 높은 수냉식 냉각 시스템의 사용이 일반적이다. 상기의 수냉식 냉각 시스템은 보통 라디에이터, 워터 펌프, 블로워로 이루어지며, 냉각수로 내에 냉각수를 워터 펌프를 통해 순환시킴으로써 라디에이터를 통해 냉각된 냉각수가 순환되어 가열된 차량의 부품을 냉각시킨다.
한편, 최근 이산화탄소 증가 및 지구온난화 등 환경문제가 대두되면서 친환경 차량에 대한 관심이 높아져 각종 친환경 차량이 개발되어 양산되고 있다. 대표적인 차량으로 전기를 구동원으로 사용하는 하이브리드 자동차, 전기모터 자동차, 플러그 인 자동차 및 연료전지 자동차 등을 들 수 있다.
이러한 전기를 구동원으로 사용하는 차량은 모두 배터리를 사용하여 모터가 구동되는바, 배터리의 온도조절을 통해 배터리의 효율성을 증대시켜야 한다.
특히, 연료전지 차량의 경우 연료전지 스택이 적용되고, 연료전지 스택은 일정온도가 유지되어야 안정적으로 구동될 수 있으며, 이를 위해 냉각수를 순환시켜 연료전지 스택의 온도를 일정온도로 유지하는 냉각 시스템이 적용되고 있다.
여기서, 연료전지를 이용한 대형차량의 경우 차량 후미에 연료전지 스택(12)이 마련되고, 차량 후미의 루프에 연료전지 스택(12)과 냉각수로를 통해 연결된 라디에이터(14)가 설치되며, 연료전지 스택(12)으로 라디에이터(14)의 냉각수를 순환시키기 위한 워터 펌프(16)가 설치된다. 상기의 연료전지 스택(12)은 열교환 구조를 통해 냉각수와 열교환되도록 설치될 수 있다.
위와 같이 연료전지를 이용한 대형차량은 연료전지 스택(12)이 차량의 하부에 설치되고 라디에이터(14)가 차량의 상부에 설치되는바, 라디에이터(14)에서 워터 펌프(16)의 입구단까지의 길이가 길고 워터 펌프의 입구단과 출구단의 냉각수로 사이즈가 동일하여 냉각수 유동시의 저항이 크게 발생되었다.
이로 인해, 워터펌프(16)의 초기 구동시 워터 펌프(16)의 입구단으로 냉각수가 충분히 유입되지 않아 워터 펌프(16)의 회전이 불안정하여 내부 부품이 손상됨에 따라 워터 펌프(16)의 고장을 유발하는 이력이 발생되었다.
아울러, 도 1에서 볼 수 있듯이, 종래의 연료전지를 이용한 대형차량의 경우 연료전지(12)를 냉각하기 위한 냉각라인(10)과 차량의 공조 및 전장부품(22)을 위한 냉각라인(20)이 서로 연결(a)되어 있었다. 구체적으로, 대형버스에 적용되는 연료전지 스택(12)의 경우 연료전지의 용량이 크고, 이에 따라 고열이 발생되는바, 냉각수의 필요 용량이 커졌다.
즉, 연료전지를 냉각하기 위한 냉각라인은 차량의 공조 및 전장부품을 위한 냉각라인과 냉각수 용량, 열의 발생 등의 차이가 있는바, 각 라인간의 압력차이가 발생되어 서로 간의 냉각수의 이동이 발생되어 어느 한쪽의 냉각수가 부족한 현상이 발생되었다.
10-0974757 (2010.08.02)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 워터 펌프의 초기 구동시 워터 펌프로 냉각수가 충분히 유입되도록 함으로써 워터 펌프에 부하가 발생되어 내부 푸품이 손상되는 것을 방지하고, 연료전지 차량의 냉각 라인을 개선할 수 있는 냉각 펌프 구동 시스템를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉각 펌프 구동 시스템은 냉각수로 라인에 설치되어 냉각수를 순환시키고, 회전속도의 가변이 가능한 전동식 워터 펌프; 상기 전동식 워터 펌프의 출구 측에 설치되어 워터 펌프를 통과한 냉각수의 압력을 체크하는 센서 유닛; 및 압력 변화량에 대한 기준치가 구비되고, 상기 센서 유닛으로부터 검출된 압력 변화량이 기준치 이상일 경우 상기 전동식 워터 펌프의 회전속도가 감속되도록 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 전동식 워터 펌프는 삼상 AC 모터로 구성되고, 상기 제어부가 펌프 주파수를 제어함에 따라 전동식 워터 펌프의 회전속도가 가변되도록 할 수 있다.
상기 센서 유닛은 압력 센서이고, 전동식 워터 펌프를 통과한 냉각수 압력의 변화량의 오실레이션 파형을 검출할 수 있다.
상기 전동식 워터 펌프의 전단 냉각수로는 외측으로 돌출되어 내부공간을 이룸으로써 전동식 워터 펌프의 전방 측 냉각수로의 직경이 전동식 워터 펌프의 후방 측 냉각수로의 직경보다 크게 설정될 수 있다.
상기 전동식 워터 펌프의 전단 냉각수로에는 냉각수를 수용할 수 있는 내부 공간이 구비되고, 내부공간과 냉각수로가 서로 연통되도록 구성된 버퍼탱크가 설치될 수 있다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예로는 연료전지 스택과 연료전지용 라디에이터의 냉각수를 펌핑하여 연료전지 스택에 냉각수를 순환시키는 전동식 워터 펌프와 상기 전동식 워터 펌프의 후단에 설치되어 워터 펌프를 통과한 냉각수의 압력을 체크하는 센서 유닛으로 구성된 연료전지용 냉각 라인; 차량용 라디에이터터의 냉각수를 펌핑하여 연료전지 스택에 냉각수를 순환시키는 전동식 워터 펌프와 상기 전동식 워터 펌프의 후단에 설치되어 워터 펌프를 통과한 냉각수의 압력을 체크하는 센서 유닛으로 구성된 차량용 냉각 라인; 및 상기 연료전지용 냉각 라인 또는 차량용 냉각 라인의 압력 변화량이 기준치 이상일 경우 해당 라인의 전동식 워터 펌프의 구동량이 저하되도록 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 연료전지용 냉각 라인과 차량용 냉각라인은 서로 연결되지 않도록 각각 분할되어 각 냉각 라인 간 냉각수의 유동이 없도록 할 수 있다.
상기 연료전지용 냉각 라인은 전동식 워터 펌프의 전방 측의 냉각수로에서 외측으로 돌출되어 공간을 이룸으로써 전동식 워터 펌프의 전방 측 냉각수로의 직경이 전동식 워터 펌프의 후방 측 냉각수로의 직경보다 크게 설정될 수 있다.
상기 연료전지용 냉각라인의 전동식 워터 펌프의 전단 냉각수로에는 냉각수를 수용할 수 있는 내부 공간이 구비되고 내부공간과 냉각수로가 서로 연통되도록 구성된 버퍼탱크가 설치될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 냉각 펌프 구동 시스템은 워터 펌프를 통해 토출되는 압력을 모니터링 함으로써 펌프의 구동상태를 파악할 수 있다.
즉, 워터 펌프 내로 냉각수가 충분히 유입되지 않아 냉각수의 압력 변화량에 따른 오실레이션이 발생될 경우 워터 펌프의 구동이 불안정한 것으로 판단하여, 워터 펌프의 구동량을 저하시킴으로써 워터 펌프가 안정적으로 작동되도록 할 수 있다.
위와 같이 워터 펌프를 제어함으로써 펌프에 부하가 발생되어 내부 부품이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
특히, 연료전지가 사용되는 대형차량에 본 발명의 펌프 제어 및 냉각수로를 개선함에 따라 연료전지 차량의 냉각 기능을 최적의 상태로 유지할 수 있다.
도 1은 종래의 연료전지 차량의 냉각 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 펌프 구동 시스템의 구성도.
도 3은 도 2에 도시된 냉각 펌프 구동 시스템의 펌프제어를 나타낸 순서도.
도 4는 종래의 냉각 펌프 구동 시스템의 오실레이션 발생을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 냉각 펌프 구동 시스템의 오실레이션 발생을 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 냉각 펌프 구동 시스템에 대하여 살펴본다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 펌프 구동 시스템의 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 냉각 펌프 구동 시스템의 펌프제어를 나타낸 순서도이다. 여기서, 본 발명에 대해서 설명시 각각의 실시예는 모두 도 2의 도시된 냉각 펌프 구동 시스템의 구성도를 참조하여 설명하도록 하겠다.
본 발명의 냉각 펌프 구동시스템은 연료전지 차량에 적용되는 공조장치를 중점적으로 설명하도록 하겠다. 본 발명은 냉각수로 라인에 설치되어 냉각수를 순환시키고, 회전속도의 가변이 가능한 전동식 워터 펌프(100); 상기 전동식 워터 펌프(100)의 냉각수 출구 측에 설치되어 워터 펌프(100)를 통과한 냉각수의 압력을 체크하는 센서 유닛(200); 및 압력 변화량에 대한 기준치가 구비되고, 상기 센서 유닛(200)으로부터 검출된 압력 변화량이 기준치 이상일 경우 상기 전동식 워터 펌프(100)의 구동량이 저하되도록 제어하는 제어부(300);를 포함한다.
여기서, 상기 전동식 워터 펌프(100)는 삼상 AC 모터로 구성되고, 상기 제어부(300)가 펌프 주파수를 제어함에 따라 전동식 워터 펌프(100)의 회전속도가 가변되도록 할 수 있다.
또한, 상기 센서 유닛(200)은 압력 센서이고, 전동식 워터 펌프(100)를 통과한 냉각수 압력의 변화량의 오실레이션 파형을 검출할 수 있다.
도 2에서 볼 수 있듯이, 본 발명은 차량의 공조시스템에 있어서, 전동식 워터 펌프(100), 센서 유닛(200) 및 제어부(300)로 구성된다.
본 발명의 전동식 워터 펌프(100)는 차량이 시동됨과 동시에 구동 모터가 동작되어 냉각수로 내에 냉각수를 순화시킨다. 여기서, 본 발명의 전동식 워터 펌프(100)는 회전속도를 가변제어할 수 있도록 구동 모터를 삼상 AC 모터로 구성하도록 한다.
이렇게, 전동식 워터 펌프(100)의 구동 모터를 삼상 AC 모터로 구성함으로써 모터의 회전속도를 가변적으로 제어될 수 있으며, 이를 위해 제어부(300)는 펌프 주파수를 조절하여 워터 펌프(100)의 모터 RPM을 조절할 수 있다.
위와 같이, 전동식 워터 펌프(100)의 구동 모터를 삼상 AC 모터로 구성함에 따라 인버터가 설치될 수 있으며, 제어부(300)의 제어 신호 발생시 전류가 공급되면 인버터에서 그 전류값에 대한 주파수를 변환 후 전동식 워터 펌프(100)의 구동 모터에 전달됨으로써 워터 펌프(100)의 회전석도를 조절할 수 있다.
상기의 전동식 워터 펌프(100)의 작동에 관하여는, 하기 센서 유닛(200)의 설명시 구체적으로 설명하도록 하겠다.
본 발명의 냉각 시스템은 전동식 워터 펌프(100)의 내구성을 확보하기 위한 것으로, 전동식 워터 펌프(100)의 상태를 파악하기 위해 워터 펌프(100)의 냉각수 출구 측에 센서 유닛(200)을 설치할 수 있다. 여기서, 센서 유닛(200)은 전동식 워터 펌프(100)를 통과한 냉각수의 압력을 체크할 수 있는 압력센서로 구성될 수 있으며, 전동식 워터 펌프(100)를 통과한 냉각수 압력 변화량을 오실레이션 파형으로 검출하도록 한다.
이렇게, 센서 유닛(200)을 통해 냉각수 압력 변화량에 따른 오실레이션 파형을 검출하고, 제어부(300)는 압력 변화량에 따른 오실레이션이 기준치 이상으로 발생될 경우 전동식 워터 펌프(100)의 구동량이 저하되도록 할 수 있다. 여기서, 전동식 워터 펌프(100)의 구동량은 위에서 설명된 바와 같이, 펌프 주파수를 제어함으로써 워터 펌프(100)의 회전속도를 조절할 수 있다.
이에 대해서 정리하면, 차량의 초기 시동시 상기 전동식 워터 펌프(100)가 가동되어 펌핑됨에 따라 입구 측으로 냉각수를 흡입하되 워터 펌프(100) 입구 단의 냉각수로에 냉각수가 충분하지 않을 경우 워터 펌프(100) 출구 단으로 토출되는 냉각수의 압력 변화량이 불규칙하여 오실레이션이 발생이 발생된다.
이를 전동식 워터 펌프(100)의 출구 단에 설치된 센서 유닛(200)을 통해 오실레이션 파형을 검출하고, 제어부(300)는 냉각수의 압력 변화량에 따른 오실레이션이 기준치 이상으로 발생되었는지를 판단한다.
여기서, 냉각수의 압력 변화량에 따른 오실레이션이 기준치 이상으로 발생될 경우 전동식 워터 펌프(100)의 펌프 주파수를 낮추어 워터 펌프(100)의 회전속도를 낮춤으로써 워터 펌프(100)의 입구 단으로 냉각수가 안정적으로 유입되도록 하고, 펌프 내부로 냉각수가 안정적으로 유입됨에 따라 펌프의 출구 단에 오실레이션의 발생이 저감되도록 할 수 있다.
이렇게, 센서 유닛(200)을 통해 냉각수 토출에 의한 오실레이션을 검출하여 전동식 워터 펌프(100)에 걸리는 부하를 알 수 있으며, 오실레이션 발생시 펌프 주파수를 낮추어 전동식 워터 펌프(100)의 구동량을 저하시킴으로써 워터 펌프(100)의 불안정한 구동을 방지하여 펌프 내부 부품이 손상되는 것을 해소할 수 있다.
위와 같은 구조의 본 발명에 따른 작동은 도 3에 도시된 바와 같다. 도 3에 도시된 바와 같은 펌프 구동 방법은 초기 시동뿐만 아니라 워터 펌프(100)가 구동된 상태에서 센서 유닛(200)에 의해 냉각수 압력에 따른 오실레이션이 발생시 즉각적으로 펌프 주파수를 낮추어 워터 펌프(100)의 구동을 저하시킴으로써 워터 펌프(100)의 안정적인 구동을 유도하고 내구성을 확보하도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 전동식 워터 펌프(100)의 전단 냉각수로는 냉각수로에서 외측으로 돌출되어 내부공간을 이룸으로써 전동식 워터 펌프(100)의 전방 측 직경이 전동식 워터 펌프(100)의 후방 측 직경보다 크게 설정될 수 있다.
여기서, 일반적인 냉각수로에는 기본적으로 냉각수가 충진되어 있는바, 상기 내부공간에도 냉각수가 상시 냉각수가 수용되도록 한다.
이렇게, 전동식 워터 펌프(100)의 입구 단과 출구 단의 냉각수로 사이즈를 서로 상이하게 하되, 전동식 워터 펌프(100)의 전방 측의 냉각수로 직경이 후방측의 냉각수로 직경보다 크게 설정함으로써 초기 시동시 워터 펌프(100)가 구동됨에 따라 입구 단으로 유입되는 냉각수를 충분히 확보할 수 있다.
즉, 전동식 워터 펌프(100)의 전방 측 냉각수로의 직경이 커짐에 따라 냉각수의 수용공간이 확보됨으로써 초기 시동시 워터 펌프(100)가 작동시 입구 단으로 흡입되는 냉각수가 충분히 확보되어 워터 펌프(100) 구동에 따른 냉각수 부족현상이 발생되는 것을 해소할 수 있다.
이렇게, 전동식 워터 펌프(100)에 공급되는 냉각수의 양이 충분히 공급되어 워터 펌프(100)의 구동이 안정화됨으로써 워터 펌프(100) 내부의 부품이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 전동식 워터 펌프(100)의 전단 냉각수로에는 냉각수를 수용할 수 있는 내부 공간이 구비되고, 내부공간과 냉각수로가 서로 연통되도록 구성된 버퍼탱크(800)가 설치될 수 있다.
이는 전동식 워터 펌프(100)의 구동시 냉각수가 워터 펌프(100) 내부로 충분히 공급되도록 하기 위한 다른 실시예로서, 초기 시동시 워터 펌프(100)가 구동됨에 따라 전단의 냉각수로 및 버퍼탱크(800)로부터 냉각수를 동시 흡입하여 워터 펌프(100) 내부로 충분한 냉각수가 유입되도록 할 수 있다.
이렇게, 전동식 워터 펌프(100)로 유입되는 냉각수를 확보함으로써 펌프 구동에 따른 냉각수 부족에 의한 불안정 작동을 방지하여 워터 펌프(100)의 내구를 확보할 수 있다.
한편, 본 발명의 따른 다른 실시예는 연료전지 스택(400)과 연료전지용 라디에이터(500)의 냉각수를 펌핑하여 연료전지 스택(400)에 냉각수를 순환시키는 전동식 워터 펌프(100)와 상기 전동식 워터 펌프(100)의 후단에 설치되어 워터 펌프(100)를 통과한 냉각수의 압력을 체크하는 센서 유닛(200)으로 구성된 연료전지용 냉각 라인(A); 차량용 라디에이터터(600)의 냉각수를 펌핑하여 전장 부품(700)에 냉각수를 순환시키는 전동식 워터 펌프(100)와 상기 전동식 워터 펌프(100)의 후단에 설치되어 워터 펌프(100)를 통과한 냉각수의 압력을 체크하는 센서 유닛(200)으로 구성된 차량용 냉각 라인(B); 및 상기 연료전지용 냉각 라인(A) 또는 차량용 냉각 라인(B)의 압력 변화량이 기준치 이상일 경우 해당 라인의 전동식 워터 펌프(100)의 구동량이 저하되도록 제어하는 제어부(300);를 포함한다.
이는 연료전지가 이용되는 대형버스에 적용될 수 있는 것으로, 연료전지를 냉각하기 위한 연료전지용 냉각 라인(A)과 차량의 공조 및 각종 전장 부품(700)을 냉각하기 위한 차량용 냉각 라인(B)이 구분된 차량에 적용함이 바람직할 것이다.
종래의 연료전지를 이용한 대형 차량의 경우 배터리의 용량이 커짐에 따라 열의 발생량이 크기 때문에 별도의 라디에이터 장치를 설치하여 연료전지를 냉각시켰다.
아울러, 대형 버스의 경우 차량의 구조상 연료전지를 냉각하기 위한 라디에이터(500)는 차량의 후미 루프 측에 설치되고, 연료전지 스택(400)이 차량 후미 하측에 설치되는바, 라디에이터(500)에서 워터 펌프(100)까지의 냉각수로의 길이가 길어 냉각수의 유동저항이 크게 발생되어 워터 펌프(100)의 초기 구동시 냉각수가 충분히 유입되지 못하는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 연료전지용 냉각수 라인에는 전동식 워터 펌프(100)의 냉각수 출구 측에 센서 유닛(200)을 설치하고, 워터 펌프(100)에서 출구로 토출되는 냉각수에 의한 오실레이션을 검출하여 전동식 워터 펌프(100)에 걸리는 부하를 모니터링할 수 있다.
여기서, 냉각수 압력 변화량에 따른 오실레이션이 기준치 이상으로 발생되는 경우 전동식 워터 펌프(100)에 전달하는 전기신호 즉, 펌프 주파수를 낮추어 전동식 워터 펌프(100)의 구동량을 저함시킴으로써 워터 펌프(100)의 불안정한 구동을 방지하여 펌프 내부 부품이 손상되는 해소할 수 있는 것이다.
이는 연료전지용 냉각수 라인뿐만이 아닌 차량용 냉각수 라인에도 동일하게 적용가능한 것이며, 연료전지를 이용한 대형 버스의 경우 위와 같은 문제가 발생되는바, 연료전지용 냉각라인을 중심으로 설명하였다.
한편, 상기 연료전지용 냉각 라인(A)과 차량용 냉각라인(B)은 서로 연결되지 않도록 각각 분할되어 각 냉각 라인(A,B) 간 냉각수의 유동이 없도록 할 수 있다.
연료전지가 사용되는 대형 차량의 경우 연료전지의 배터리 용량이 커짐에 따라 차량용 냉각 라인(B)과 연료전지용 냉각라인(A)에서 순환되는 냉각수의 양이 다르고, 연료전지에서 발생되는 열과 각종 전장 부품(700)에서 발생되는 열도 서로 상이하기에 냉각수의 부피가 변화되는 양도 상이하다.
따라서, 연료전지용 냉각 라인(A)과 차량용 냉각라인(B)은 서로 연결되지 않도록 각각 분할하여 구성함으로써 압력 차이 ? 부피 차이로 인해 냉각수가 어느 한 냉각 라인으로 유동되지 않도록 하여 각각의 냉각 시스템이 냉각수로 인한 오류가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 연료전지용 냉각 라인(A)은 전동식 워터 펌프(100)의 전방 측의 냉각수로에서 외측으로 돌출되어 공간을 이룸으로써 전동식 워터 펌프(100)의 전방 측 냉각수로의 직경이 전동식 워터 펌프(100)의 후방 측 냉각수로의 직경보다 크게 설정되도록 할 수 있다.
또한, 상기 연료전지용 냉각라인의 전동식 워터 펌프(100)의 전단 냉각수로에는 냉각수를 수용할 수 있는 내부 공간이 구비되고 내부공간과 냉각수로가 서로 연통되도록 구성된 버퍼탱크(800)가 설치될 수 있다.
위와 같이, 워터 펌프(100)의 전방 측 냉각수로의 직경을 증가시키거나, 상기의 버퍼탱크(800)를 구성함으로써 초기 시동시 전동식 워터 펌프(100)가 구동됨에 따라 입구 단으로 유입되는 냉각수를 충분히 확보할 수 있다.
즉, 전동식 워터 펌프(100)의 전방 측 냉각수로의 직경을 증가시키거나, 상기 버퍼탱크(800)의 설치를 통해 워터 펌프(100) 전방 측에 냉각수의 수용공간을 확보함으로써 초기 시동시 워터 펌프(100)가 작동됨에 따라 워터 펌프(100) 측으로 유입되는 냉각수가 충분히 확보되도록 할 수 있는 것이다.
이로 인해, 워터 펌프(100) 구동에 따른 냉각수 부족 현상을 방지할 수 있으며, 워터 펌프(100) 내로 유입되는 냉각수의 양이 충분함에 따라 워터 펌프(100)의 구동이 안정화되어 내부 부품이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 4 내지 도 5는 종래의 냉각 구동 시스템과 본 발명의 냉각 구동 시스템의 오실레이션의 발생을 나타낸 것이다.
도 4에서 볼 수 있듯이, 종래의 냉각 구동 시스템은 초기 시동이 됨에 따라 워터 펌프(100)가 구동되어 냉각수가 워터 펌프(100) 내부로 유입된 후 토출시 냉각수의 압력에 따른 오실레이션이 큰 폭으로 1분 가량 지속적으로 발생되는 것을 볼 수 있다.
이는 워터 펌프(100)가 초기에 작동시에는 워터 펌프(100) 내부에 냉각수가 일시적으로 충분히 공급되어 압력이 상승되지만, 냉각수로에 냉각수가 저항의 의해 워터 펌프(100) 내부로 충분히 유입되지 않아 워터 펌프(100) 내부로 냉각수의 공급량이 부족하여 압력이 급격히 저하된 것을 볼 수 있다. 즉, 워터 펌프(100) 내로 유입되는 냉각수가 충분하지 않아 워터 펌프(100)의 출구 측으로 토출되는 냉각수의 압력이 불안정해지고, 이로 인해 워터 펌프(100) 내의 구동 모터의 회전이 불안정해지는 문제를 초래한다.
그러나, 도 5에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 냉각 구동 시스템은 초기 시동됨에 따라 워터 펌프(100)가 구동되어 냉각수를 펌프 내부로 유입시 워터 펌프(100)의 전방 측 냉각수로의 직경을 증가시키거나, 버퍼탱크(800)를 구성함으로써 워터 펌프(100)로 유입되는 냉각수가 충분히 확보되어 워터 펌프(100)의 회전이 안정적으로 구동된다.
이로 인해, 워터 펌프(100)의 출구 측으로 토출되는 냉각수의 압력에 따른 오실레이션의 폭이 안정적인 것을 볼 수 있다.
더욱이, 센서 유닛(200)을 통해 검출된 오실레이션의 폭이 기준치 이상으로 발생될 경우 전동식 워터 펌프(100)의 펌프 주파수를 조절하여 워터 펌프(100)의 구동량을 저하함으로써 워터 펌프(100)의 입구 단으로 냉각수가 안정적으로 유입되도록 하고, 펌프 내부로 냉각수가 안정적으로 충분히 유입됨에 따라 토출되는 냉각수의 압력이 안정화되어 오실레이션의 발생이 저감되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 냉각 펌프 구동 시스템은 워터 펌프(100)를 통해 토출되는 압력을 모니터링 함으로써 펌프의 구동상태를 파악할 수 있다.
즉, 워터 펌프(100) 내로 냉각수가 충분히 유입되지 않아 냉각수의 압력 변화량이 과도할 경우 워터 펌프(100)의 구동이 불안정한 것으로 판단하여, 워터 펌프(100)의 구동량을 저하시킴으로써 워터 펌프(100)가 안정적으로 작동되도록 할 수 있다.
위와 같이 워터 펌프(100)를 제어함으로써 펌프에 부하가 발생되어 내부 부품이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
특히, 연료전지가 사용되는 대형차량에 본 발명의 펌프 제어 및 냉각수로를 개선함에 따라 연료전지 차량의 냉각 기능을 최적의 상태로 유지할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100:전동식 워터 펌프 200:센서 유닛
300:제어부 400:연료전지 스택
500:연료전지용 라디에이터 600:전장부품용 라디에이터
700:전장 부품 800:버퍼탱크
A:연료전지용 냉각 라인 B:차량용 냉각 라인

Claims (9)

  1. 냉각수로 라인에 설치되어 냉각수를 순환시키고, 회전속도의 가변이 가능한 전동식 워터 펌프;
    상기 전동식 워터 펌프의 출구 측에 설치되어 워터 펌프를 통과한 냉각수의 압력을 체크하는 센서 유닛; 및
    압력 변화량에 대한 기준치가 구비되고, 상기 센서 유닛으로부터 검출된 압력 변화량이 기준치 이상일 경우 상기 전동식 워터 펌프의 회전속도가 감속되도록 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 센서 유닛은 압력 센서이고, 전동식 워터 펌프를 통과한 냉각수 압력의 변화량의 오실레이션 파형을 검출하며
    상기 전동식 워터 펌프의 전단 냉각수로는 외측으로 돌출되어 내부공간을 이룸으로써 전동식 워터 펌프의 전방 측 냉각수로의 직경이 전동식 워터 펌프의 후방 측 냉각수로의 직경보다 크게 설정된 것을 특징으로 하는 냉각 펌프 구동 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전동식 워터 펌프는 삼상 AC 모터로 구성되고, 상기 제어부가 펌프 주파수를 제어함에 따라 전동식 워터 펌프의 회전속도가 가변되는 것을 특징으로 하는 냉각 펌프 구동 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전동식 워터 펌프의 전단 냉각수로에는 냉각수를 수용할 수 있는 내부 공간이 구비되고, 내부공간과 냉각수로가 서로 연통되도록 구성된 버퍼탱크가 설치된 것을 특징으로 하는 냉각 펌프 구동 시스템.
  6. 연료전지 스택과 연료전지용 라디에이터의 냉각수를 펌핑하여 연료전지 스택에 냉각수를 순환시키는 전동식 워터 펌프와 상기 전동식 워터 펌프의 후단에 설치되어 워터 펌프를 통과한 냉각수의 압력을 체크하는 센서 유닛으로 구성된 연료전지용 냉각 라인;
    차량용 라디에이터터의 냉각수를 펌핑하여 연료전지 스택에 냉각수를 순환시키는 전동식 워터 펌프와 상기 전동식 워터 펌프의 후단에 설치되어 워터 펌프를 통과한 냉각수의 압력을 체크하는 센서 유닛으로 구성된 차량용 냉각 라인; 및
    상기 연료전지용 냉각 라인 또는 차량용 냉각 라인의 압력 변화량이 기준치 이상일 경우 해당 라인의 전동식 워터 펌프의 구동량이 저하되도록 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 센서 유닛은 압력 센서이고, 전동식 워터 펌프를 통과한 냉각수 압력의 변화량의 오실레이션 파형을 검출하며
    상기 전동식 워터 펌프의 전단 냉각수로는 외측으로 돌출되어 내부공간을 이룸으로써 전동식 워터 펌프의 전방 측 냉각수로의 직경이 전동식 워터 펌프의 후방 측 냉각수로의 직경보다 크게 설정된 것을 특징으로 하는 대형버스용 냉각 펌프 구동 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 연료전지용 냉각 라인과 차량용 냉각라인은 서로 연결되지 않도록 각각 분할되어 각 냉각 라인 간 냉각수의 유동이 없는 것을 특징으로 하는 대형버스용 냉각 펌프 구동 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 연료전지용 냉각 라인은 전동식 워터 펌프의 전방 측의 냉각수로에서 외측으로 돌출되어 공간을 이룸으로써 전동식 워터 펌프의 전방 측 냉각수로의 직경이 전동식 워터 펌프의 후방 측 냉각수로의 직경보다 크게 설정된 것을 특징으로 하는 대형버스용 냉각 펌프 구동 시스템.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 연료전지용 냉각라인의 전동식 워터 펌프의 전단 냉각수로에는 냉각수를 수용할 수 있는 내부 공간이 구비되고 내부공간과 냉각수로가 서로 연통되도록 구성된 버퍼탱크가 설치된 것을 특징으로 하는 대형버스용 냉각 펌프 구동 시스템.
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