KR101448764B1 - Start performance method for fuel cell vehicle - Google Patents
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Abstract
연료 전지 차량의 냉시동 방법이 개시된다. 개시된 연료 전지 차량의 냉시동 방법은 연료전지 차량의 키-온 시에, 스택 출구단의 공기 온도가 10℃ 미만이면, 냉 시동 조건인 것으로 판단하고, 기설정된 기준 전류량 보다 상대적으로 큰 연료전지들의 발생 전류량을 공기 블로워에 인가하여 그 공기 블로워를 통해 연료전지 스택으로 공기를 과급하며, 스택 출구단의 공기 온도가 10℃ 이상이면, 냉 시동 조건이 아닌 것으로 판단하고, 연료전지들의 발생 전류를 물 펌프에 인가하여 연료전지 스택으로 냉각수를 순환시킬 수 있다.A cold start method of a fuel cell vehicle is disclosed. The cold start method of the fuel cell vehicle according to the present invention determines that the cold start condition is satisfied when the temperature of the air at the stack outlet end is less than 10 ° C at the key-on time of the fuel cell vehicle, The amount of generated current is applied to the air blower to supercharge the air to the fuel cell stack through the air blower. If the air temperature at the stack outlet end is 10 ° C or more, it is judged that the cold start condition is not satisfied. It is possible to circulate the cooling water to the fuel cell stack by applying it to the pump.
Description
본 발명의 실시예는 연료 전지 시스템을 채용한 연료 전지 차량에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지 차량의 냉 시동성을 확보할 수 있도록 한 연료 전지 차량의 냉시동 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로, 연료 전지 차량에서 스택으로 순환하는 냉각수의 온도가 설정 온도보다 낮은 경우에는 냉각수를 라디에이터로 순환시키지 않고, 그 설정 온도보다 높은 경우에는 냉각수를 라디에이터로 순환시킴으로써 냉각수의 온도를 낮추고 있다.Generally, when the temperature of the cooling water circulating from the fuel cell vehicle to the stack is lower than the set temperature, the cooling water is not circulated to the radiator, and when the temperature is higher than the set temperature, the cooling water is circulated to the radiator to lower the temperature of the cooling water.
그리고, 냉각수의 온도가 설정 온도보다 낮은 경우에는 냉각수를 스택으로 순환시키며 그 냉각수의 온도를 높이기 위해 고전압 소거용 히터를 구동시킨다. 이에 반해, 냉각수의 온도가 설정 온도보다 높은 경우에는 냉각수를 라디에이터로 순환시키며 고전압 소거용 히터의 작동을 정지시킨다.When the temperature of the cooling water is lower than the set temperature, the cooling water is circulated to the stack and the heater for erasing the high voltage is driven to raise the temperature of the cooling water. On the other hand, when the temperature of the cooling water is higher than the set temperature, the cooling water is circulated to the radiator and the operation of the high voltage erasing heater is stopped.
한편, 연료 전지 차량의 냉 시동 시에는 연료전지의 반응열을 이용하여 연료전지 자체와 냉각수의 온도를 높이는 역할을 한다. 그러나 연료전지의 특성상 온도가 낮은 상태에서는 연료전지의 기체 확산층(GDL)과 막-전극 어셈블리(MEA) 내 반응물이 응결된 상태로 잔존하게 되며, 이는 수소와 산소 간의 반응 면적을 줄어들게 한다.On the other hand, at the cold start of the fuel cell vehicle, the temperature of the fuel cell itself and the cooling water is increased by using the heat of reaction of the fuel cell. However, due to the characteristics of the fuel cell, the reactants in the gas diffusion layer (GDL) and the membrane electrode assembly (MEA) of the fuel cell remain in a condensed state at a low temperature, which reduces the reaction area between hydrogen and oxygen.
이로 인해 연료전지 내 셀 간 전압은 위에서와 같이 반응 면적이 줄어들어 전압이 원활하게 생성되지 않는 결과를 초래하게 되며, 고전압 부품에 파워 전원을 공급하지 못하게 된다.As a result, the inter-cell voltage in the fuel cell is reduced as the reaction area is reduced as described above, resulting in a failure to generate a voltage smoothly, and power supply to the high-voltage component can not be provided.
결국에 차량은 시동 실패로 이어져 냉간 시 차량의 상품성 및 차량으로써의 역할을 수행하기 어려워진다. 이러한 만큼 연료 전지 차량의 냉 시동에 있어 열은 대단히 중요한 역할을 한다.Eventually, the vehicle will fail to start, which makes it difficult to carry out its role as a vehicle and as a vehicle in cold weather. As such, heat plays a very important role in the cold starting of a fuel cell vehicle.
이와 같은 냉시동을 위한 열의 원천적인 근원은 연료 전지에서의 수소와 산소 간의 반응에서 나오는 반응열이다. 이 반응열을 되도록 많이 발생시키기 위해서는 연료전지 자체에서 수소와 산소 간의 반응량이 많으면 되지만, 이미 기체 확산층과 막-전극 어셈블리 내의 반응물이 응결된 상태로 잔존하게 되어 수소와 산소 간의 반응 면적이 줄어들어 그 한계가 있다.The source of heat for such a cold start is the heat of reaction from hydrogen and oxygen in the fuel cell. In order to generate the reaction heat as much as possible, the reaction amount between hydrogen and oxygen in the fuel cell itself must be large. However, since the reactant in the gas diffusion layer and the membrane electrode assembly remains in a condensed state, the reaction area between hydrogen and oxygen is reduced, have.
한편, 연료전지에서 반응열을 발생시키기 위해서는 연료전지 자체에서 일정량의 파워가 소모되어야 하는데, 예를 들면 냉 시동 시 연료전지의 냉각수 온도를 올리기 위해 같은 저항체이면서 원가절감 측면에서 유리한 이유로 기존의 고전압 소거용 히터를 겸용으로 사용한다.In order to generate the reaction heat in the fuel cell, a certain amount of power must be consumed in the fuel cell itself. For example, in order to raise the temperature of the cooling water of the fuel cell during the cold start, Heater is used for both.
그러나, 고전압 소거용 히터를 작동시킴으로써 연료전지의 파워를 소모시키며 냉각수를 히팅하는데 따른 문제점으로는 하기와 같다. However, the power consumption of the fuel cell by operating the heater for high voltage cancellation and the problem of heating the cooling water are as follows.
우선, 고전압 소거용 히터는 연료 전지 차량의 특성상 차량 키-오프(key-off)시 차량 내의 잔존하는 연료전지의 고전압을 소거하기 위해 사용된다. First, the heater for high voltage cancellation is used for canceling the high voltage of the remaining fuel cells in the vehicle when the vehicle is key-off due to the characteristics of the fuel cell vehicle.
이러한 이유로 히터는 정해진 단품으로서 그 용량 또한 수 kohm으로 작다. 이렇게 작은 용량의 히터에서 열을 발생시키기 위해서는 필요 이상으로 많은 양의 연료전지 파워를 소모해야 한다.For this reason, the capacity of the heater is small, as several kohm. In order to generate heat in this small capacity heater, it is necessary to consume a large amount of fuel cell power more than necessary.
또한, 상기에서와 같은 고전압 소거용 히터가 전기를 소모하면서 발생되는 히터 자체의 열에 의한 단품 손상을 막기 위해 냉각수 펌프를 부가적으로 작동시켜야 한다.Further, a coolant pump should be additionally operated to prevent damage to the heat generated by the heater itself, which is generated when the heater for high voltage cancellation as described above consumes electricity.
그리고, 연료전지의 소모 파워에 비례하여 연료전지 내부에 수소와 산소와의 반응물이 생성되는데, 히터에 의해 상승되는 냉각수의 온도가 초당 실제 얼마 되지 않기 때문에 펌프에 의해 연료전지로 유입되는 기존의 차가운 냉각수에 의해 연료전지 내부에 생긴 반응물이 오히려 얼어버려 냉시동을 실패하는 현상이 자주 발생한다.In addition, a reaction product of hydrogen and oxygen is generated in the fuel cell in proportion to the consumed power of the fuel cell. Since the temperature of the cooling water raised by the heater is not very small per second, the existing cold The reactants generated in the fuel cell by the cooling water are rather frozen and the cold start failure frequently occurs.
한편, 차량 시동과 함께 히터를 동작시키는 경우, 스택 전압은 급강하 하고, 스택의 최소 셀 전압 역시 스택 내 반응에 의해 생성된 물이 결빙되어 급 강하하게 된다.On the other hand, when the heater is operated in conjunction with vehicle start-up, the stack voltage drops and the minimum cell voltage of the stack also falls rapidly due to freezing of the water produced by the in-stack reaction.
또한, 물 펌프 동작 및 히터에 의해 데워진 냉각수가 냉각 시스템을 통해 다시 스택 내로 들어와 스택 내부에 있는 냉각수 온도보다 더 높은 구간이 발생한다.In addition, the water pump operation and the cooling water heated by the heater enter the stack again through the cooling system, resulting in a section that is higher than the cooling water temperature inside the stack.
이러한 일련의 과정을 거치면서 연료전지는 안정된 동작을 하게 된다. 하지만 이런 과정을 통해서 스택 전류를 과다하게 사용하며, 히터는 과열된 위험을 갖고 있어 물 펌프를 사용하여 그 히터를 냉각시키는데, 이 과정에 스택 출구단이 영하로 재 추락하여 냉시동의 실패를 가져올 수 있다.Through this series of processes, the fuel cell operates stably. However, in this process, the stack current is overused and the heater has a risk of overheating and the water pump is used to cool the heater, causing the outlet end of the stack to fall back to zero, resulting in failure of the cold start .
이를 극복하기 위해 종래 기술에서는 시동 오프 전에 콜드 셧-다운(cold shut-down)이라는 조건을 설정하여 기존 스택 내부에 생성된 물을 배출시키기 위해 공기 블로워를 통해 공기를 스택 내부로 강제 주입하고 있다.In order to overcome this problem, in the prior art, air is forcedly injected into the stack through an air blower in order to discharge water generated in the existing stack by setting a condition called cold shut-down before starting off.
다른 한편으로, 차량의 냉시동 시 물 펌프의 동작이 차량 시스템에 미치는 영향을 살펴보면, 물 펌프가 동작하지 않을 때는 스택 입출구단 온도가 같다가 물 펌프가 저rpm으로 동작할 때 스택 출구단 온도가 스택 자체 발열에 의해 상승한다.On the other hand, the influence of the operation of the water pump on the vehicle system during the cold start of the vehicle is as follows. When the water pump is not operated, the stack inlet / outlet temperature is the same. When the water pump operates at low rpm, The stack is raised by its own heat.
이후 물 펌프가 고rpm으로 동작할 경우에는 기존 냉각 시스템 내에 있던 영하의 냉각수가 스택 내로 유입되면서 스택 출구단 온도가 영하로 재 추락하며, 스택 최소 셀 전압의 추락을 야기시켜 냉시동의 실패를 가져온다.When the water pump operates at a high rpm, the subcooling water in the existing cooling system is introduced into the stack, the temperature at the outlet of the stack falls down to zero, and the stack minimum cell voltage falls, resulting in failure of the cold start .
본 발명의 실시예들은 외부 부하를 이용해 필요 이상으로 많은 양이 아닌 필요한 양만큼의 연료전지 파워를 안정적으로 소모하고, 고전압 소거용 히터를 사용하지 않고서도 연료 전지 스택의 자체 발열만으로도 냉시동 실패를 개선할 수 있도록 한 연료 전지 차량의 냉시동 방법을 제공하고자 한다.The embodiments of the present invention can reliably consume the necessary amount of the fuel cell power by using an external load in an amount not more than necessary and can prevent a cold start failure even with the self heating of the fuel cell stack even without using the heater for high voltage cancellation The present invention provides a cold start method for a fuel cell vehicle.
본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 냉시동 방법은, 연료전지 차량의 키-온 시에, 스택 출구단의 공기 온도가 10℃ 미만이면, 냉 시동 조건인 것으로 판단하고, 기설정된 기준 전류량 보다 상대적으로 큰 연료전지들의 발생 전류량을 공기 블로워에 인가하여 그 공기 블로워를 통해 연료전지 스택으로 공기를 과급하며, 스택 출구단의 공기 온도가 10℃ 이상이면, 냉 시동 조건이 아닌 것으로 판단하고, 연료전지들의 발생 전류를 물 펌프에 인가하여 연료전지 스택으로 냉각수를 순환시킬 수 있다.The cold start method of the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention determines that the cold start condition is satisfied when the temperature of the air at the stack outlet end is less than 10 deg. The amount of generated current of the relatively larger fuel cells is applied to the air blower to supercharge the air to the fuel cell stack through the air blower and if the air temperature at the stack outlet end is 10 ° C or more, The generation current of the fuel cells can be applied to the water pump to circulate the cooling water to the fuel cell stack.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 차량의 냉시동 방법은, 상기 연료전지들의 발생 전류량으로 상기 공기 블로워의 모터 rpm을 상승시켜 상기 공기 블로워를 통해 연료전지 스택으로 공기를 과급할 수 있다.Also, the cold start method of the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention may raise the motor rpm of the air blower with the generated current amount of the fuel cells to supercharge the air to the fuel cell stack through the air blower .
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또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 차량의 냉시동 방법은, 상기 공기 블로워를 통해 연료전지들의 발생 전류를 소모하여 연료전지 스택을 자체 발열시킬 수 있다.Also, the cold start method of the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention can generate heat of the fuel cell stack by consuming the generated current of the fuel cells through the air blower.
본 발명의 실시예들은 공기 블로워의 공기 과급으로 냉 시동성을 개선할 수 있으므로,필요 이상으로 많은 양이 아닌 필요한 양만큼의 연료전지 파워를 안정적으로 소모할 수 있다.The embodiments of the present invention can improve the cold startability by supercharging the air of the air blower, so that the required amount of the fuel cell power can be stably consumed, which is not much more than necessary.
또한, 본 발명의 실시예에서는 냉 시동 조건에서 물 펌프를 동작시키지 않으므로, 저온의 냉각수 유입으로 인한 스택 출구단 온도의 재 추락 및 스택 최소 셀 전압의 추락에 따른 냉 시동의 실패를 방지할 수 있다.In addition, in the embodiment of the present invention, since the water pump is not operated under the cold start condition, it is possible to prevent the fall of the stack outlet temperature due to the inflow of cool water at a low temperature and the failure of the cold start due to the fall of the minimum cell voltage of the stack .
더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 종래 기술에서와 같이 시동 오프 전 콜드 셧-다운(cold shut-down) 조건에서 스택 내부에 생성된 물을 배출시키기 위해 공기 블로워로서 공기를 강제로 유입시킬 필요 없이 냉 시동을 성공시킬 수 있다.Furthermore, in an embodiment of the present invention, as in the prior art, without the need to force air into the stack as an air blower to discharge the water produced inside the stack under cold shut-down conditions prior to startup, Cold start can be successful.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 냉시동 방법을 설명하기 위한 연료 전지 시스템의 개략적인 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른연료 전지 차량의 냉시동 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다. These drawings are for the purpose of describing an exemplary embodiment of the present invention, and therefore the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 is a schematic block diagram of a fuel cell system for explaining a cold start-up method of a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart for explaining a cold start-up method of a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.
그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.In the following detailed description, the names of components are categorized into the first, second, and so on in order to distinguish them from each other in the same relationship, and are not necessarily limited to the order in the following description.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.
또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.It should be noted that terms such as " ... unit ", "unit of means "," part of item ", "absence of member ", and the like denote a unit of a comprehensive constitution having at least one function or operation it means.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 냉시동 방법을 설명하기 위한 연료 전지 시스템의 개략적인 블록 구성도이다.1 is a schematic block diagram of a fuel cell system for explaining a cold start-up method of a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예는 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지 시스템(1)을 채용하여 이 연료 전지 시스템(1)에서 생산된 전기 에너지로서 전기 모터를 구동시키는 연료 전지 차량에 적용될 수 있다.1, an embodiment of the present invention employs a
여기서, 연료 전지 시스템(1)은 연료 전지들의 전기 발생 집합체인 연료 전지 스택(3)(이하에서는 편의 상 "스택" 이라고 한다)과, 스택(3)으로 수소 가스를 공급하기 위한 수소 탱크(5)와, 스택(3)으로 공기를 공급하기 위한 공기 블로워(7)를 기본적으로 포함하고 있다.Here, the
그리고, 상기 연료 전지 시스템(1)에는 스택(3)에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각 계통으로서, 냉각수를 저장하는 냉각수 탱크(11)와, 냉각수 탱크(11)에 저장된 냉각수를 스택(3)으로 공급하는 물 펌프(13) 및 스택(3)을 거치며 데워진 냉각수를 냉각하는 라디에이터(15)를 포함하고 있다.The
예를 들면, 상기 스택(3)으로 순환하는 냉각수의 온도가 설정 온도보다 낮은 경우에는 냉각수를 라디에이터(15)로 순환시키지 않고, 그 설정 온도보다 높은 경우에는 냉각수를 라디에이터(15)로 순환시킴으로써 냉각수의 온도를 낮출 수 있다.For example, when the temperature of the cooling water circulating in the
이를 위해 냉각수가 공급되는 라인에는 라디에이터(15)의 냉각수 순환을 선택적으로 제한하기 위한 밸브(17)를 구비하고 있다.To this end, a line for supplying cooling water is provided with a
상기와 같은 연료 전지 시스템(1)의 구성은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술이므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the configuration of the
본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 냉시동 방법은 냉 시동 시, 외부 부하를 이용해 필요 이상으로 많은 양이 아닌 필요한 양만큼의 연료전지 파워를 안정적으로 소모하여 고전압 소거용 히터를 사용하지 않고서도 스택(3)의 자체 발열만으로도 냉 시동 실패를 개선할 수 있다.The cold start method of a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention stably consumes a required amount of fuel cell power in an amount not required more than necessary by using an external load during cold start, The cold start failure can be solved by self heat generation of the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 냉시동 방법은 냉 시동 시 물 펌프(13)를 구동하지 않고, 스택(3)의 출구단 온도가 기준온도 이상인 시점에서 구동시킴으로써 저온 냉각수의 스택 유입에 따른 냉 시동의 실패를 개선할 수 있다.The cold start method of the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention is a method in which the
이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 냉시동 방법을 앞서 개시한 도 1 및 하기의 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.A cold start method of a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 and FIG. 2 described above.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른연료 전지 차량의 냉시동 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.2 is a flow chart for explaining a cold start-up method of a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 우선 본 발명의 실시예에서는 연료 전지 차량의 키-온(key-on) 시(S11), 연료 전지 시스템(1)의 냉 시동 조건을 판단한다(S12).Referring to FIGS. 1 and 2, a cold start condition of the
여기서, 수소 탱크(5)는 수소 가스를 스택(3)으로 공급하고, 공기 블로워(7)는 공기를 스택(3)으로 공급한다. 그러면, 스택(3)에서는 수소와 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시킨다.Here, the
그리고, 스택(3)에서는 연료전지에서 반응하고 남은 수소 가스와 공기 및 수소와 산소의 전기 화학적인 반응 시 발생된 물 등을 배출한다.In the
상기한 냉시동 조건의 판단은 스택(3)의 출구단 공기 온도를 감지하여 이루어지는데, 그 스택(3)의 출구단에 설치된 온도 센서(21)를 통해 스택 출구단의 공기 온도를 감지하고 그 감지 신호를 제어기(20)로 출력함으로써 이루어진다.The cold start condition is determined by sensing the temperature of the air at the outlet end of the
그러면, 제어기(20)는 온도 센서(21)를 통해 감지된 스택 출구단의 온도가 기준 온도인 10℃ 미만이면 냉 시동 조건으로 판단하고, 스택 출구단의 온도가 10℃ 이상이면 냉 시동 조건이 아닌 것으로 판단한다.Then, the
이렇게 냉 시동 조건인 것으로 판단되면, 제어기(20)는 기설정된 기준 전류량 보다 상대적으로 큰 연료전지들의 발생 전류량을 공기 블로워(7)에 인가한다.If it is determined that the cold start condition is satisfied, the
예를 들면, 상기와 같은 냉 시동 조건에서 제어기(20)는 기준 전류량의 대략 1.7배에 해당하는 연료전지들의 발생 전류량을 공기 블로워(7)에 인가할 수 있다. For example, under the cold start condition as described above, the
따라서, 냉 시동 조건에서 기준 전류량 보다 상대적으로 큰 연료전지들의 발생 전류량을 공기 블로워(7)에 인가함으로, 그 공기 블로워(7)는 기준 전류량에 상응하는 공기 공급량 보다 큰 공기 공급량을 스택(3)으로 공급한다(S13).Therefore, by applying the generated current amount of the fuel cells relatively larger than the reference current amount under the cold start condition to the
이 경우, 본 발명의 실시예에서는 제어기(20)를 통해 공기 블로워(7)의 모터 rpm을 연료전지들의 발생 전류량으로 상승시켜 공기 블로워(7)를 통해 스택(3)으로 공기를 과급할 수 있다.In this case, in the embodiment of the present invention, the motor rpm of the
이에, 스택(3) 자체에서는 상기 공기 블로워(7)에 대한 연료전지들의 발생 전류량 소모에 비례하여 수소와 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 반응열을 발생시키게 된다. 즉, 공기 블로워(7)를 통해 연료전지들의 발생 전류를 소모하여 스택(3)을 차체 발열시킬 수 있게 된다.Accordingly, in the
부연 설명하면, 본 발명의 실시예에서는 연료 전지 차량의 초기 냉 시동 시, 공기 블로워(7)를 스택(3)에서 발생한 파워에 대한 부하체로 두어 연료 전지 자체 발열만을 이용하게 된다.In other words, in the embodiment of the present invention, the
상기와 같은 과정에, 본 발명의 실시예에서는 온도 센서(21)를 통해 스택 출구단의 공기 온도를 감지하고, 제어기(20)는 온도 센서(21)에 의해 감지된 스택 출구단의 공기 온도가 기준값(10℃) 이상인지를 판단한다(S14).In the above-described process, in the embodiment of the present invention, the air temperature at the stack outlet end is sensed by the
여기서, 상기 제어기(20)를 통해 스택 출구단의 공기 온도가 기준값(10℃) 이상인 것으로 판단되면, 냉 시동 조건이 아닌 것으로 판단하고, 제어기(20)는 연료전지들의 발생 전류를 물 펌프(13)에 인가하여 그 물 펌프(13)를 구동시킨다(S15).If it is determined through the
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즉, 본 발명의 실시예에서는 스택 출구단의 공기 온도가 기준값(10℃) 이상을 만족하여 냉각수의 온도가 스택(3)의 자체 발열에 의해 충분히 상승하였다고 판단(냉 시동 조건이 아닌 것으로 판단)했을 때에만 물 펌프(13)를 동작시키게 된다.That is, in the embodiment of the present invention, when it is determined that the temperature of the cooling water sufficiently rises due to the self-heating of the
그러면, 상기 물 펌프(13)의 동작에 의해 냉각수가 스택(3)으로 순환되면서 그 스택(3)을 냉각시키며 연료전지의 과열을 방지하는 할 수 있게 되고(S16), 이렇게 하여 충분히 상승된 온도의 냉각수를 스택(3)으로 순환시킬 수 있게 된다.The cooling water is circulated to the
따라서, 본 발명의 실시예에서는 스택 출구단의 공기 온도를 기준으로 그 기준 온도(10℃) 미만의 냉 시동 조건에서는 공기 블로워(7)의 공기 과급에 의한 스택(3) 자체의 발열을 이용하여 냉 시동을 시도하고, 그 기준 온도 이상의 냉 시동 조건이 아닌 상태에서는 스택(3) 자체의 온도를 냉각시켜 주기 위해 물 펌프(13)를 구동시킬 수 있게 된다.Therefore, in the embodiment of the present invention, when the cold start condition is less than the reference temperature (10 DEG C) based on the air temperature at the stack outlet end, the heat of the
여기서, 상기 스택(3)의 자체 발열에 의해 순간 상승 온도 분이 너무 크기 때문에 연료전지 내부의 부분 소손(hot-spot)이 일어날 수 있는데, 이는 스택 내부의 저온 냉각수와 냉온의 수소 탱크 및 외부 흡입 공기로부터 유입되는 저온의 수소와 산소가 연료전지 내부의 급격한 온도 상승 분을 막아 줄 수 있다.Here, due to the self-heating of the
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 냉시동 방법에 의하면, 냉 시동을 위한 연료전지의 파워 소모용과 스택 자체를 동시에 히팅시켜 주는 히터 및 그 히터의 과열을 냉각시켜 주는 물 펌프를 동작시키는 종래 기술과 달리, 공기 블로워의 모터 rpm을 강제적으로 소폭 상승시켜 연료전지들의 파워를 소모시키며 스택을 자체 발열시키며 냉 시동을 개선할 수 있다.As described above, according to the cold start method of the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention, since the heater for simultaneously heating the power consumption of the fuel cell for cold start and the stack itself and the water Unlike the prior art in which the pump is operated, the motor rpm of the air blower is forcibly increased slightly to consume the power of the fuel cells, to self-heat the stack, and to improve the cold start.
이로 인해 본 발명의 실시예에서는 불필요한 기존의 히터 사용 및 스택 내부로의 저온 냉각수 유입을 야기시키는 물 펌프의 사용을 배제할 수 있다.As a result, it is possible to eliminate the use of a conventional heater and the use of a water pump which causes inflow of low-temperature cooling water into the stack in the embodiment of the present invention.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 냉 시동 방법은 히터 및 물 펌프를 사용하지 않고서도 스택 자체의 발열만으로도 -25℃에서 100% 시동을 걸 수 있다. 이러한 결과는 스택 성능으로 인한 냉 시동 실패 및 차량 셧-다운(shut-down)에 대한 문제를 개선시킬 수 있으며, 동시에 하기와 같은 효과를 발휘할 수 있다.Therefore, the cold start method of the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention can start 100% at -25 ° C only by heating the stack itself without using a heater and a water pump. These results can improve problems of cold start failure and shut-down of the vehicle due to stack performance, and at the same time, the following effects can be obtained.
우선 본 발명의 실시예에서는 냉 시동 조건에서 히터와 물 펌프를 사용하는 종래 기술과 달리, 연료전지들의 발생 전류를 많은 양이 아닌 필요한 양만큼 안정적으로 소모할 수 있으며, 히터 자체를 사용하지 않으므로 과열에 대한 위험성도 배제시킬 수 있다.Unlike the prior art in which the heater and the water pump are used under the cold start condition, the generated current of the fuel cells can be stably consumed in a required amount rather than a large amount, and since the heater itself is not used, Can also be excluded.
또한, 본 발명의 실시예에서는 냉 시동 조건에서 물 펌프를 동작시키지 않으므로, 스택 출구단의 온도가 영하로 재 추락할 염려가 없으며, 최소셀 전압 강하가 거의 없어 셀 성능이 회복되면서 스택 전 영역에 걸쳐 영상의 온도 유지가 가능하다.In the embodiment of the present invention, since the water pump is not operated under the cold start condition, there is no fear that the temperature at the outlet end of the stack falls down to zero, and the cell performance is restored because there is no minimum cell voltage drop. The temperature of the image can be maintained.
그리고, 본 발명의 실시예에서는 종래 기술에서와 같이 시동 오프 전 콜드 셧-다운(cold shut-down) 조건에서 스택 내부에 생성된 물을 배출시키기 위해 공기 블로워로서 공기를 강제로 유입시킬 필요 없이 냉 시동을 성공시킬 수 있다. In the embodiment of the present invention, as in the prior art, it is not necessary to forcibly introduce air as an air blower to discharge water generated inside the stack in a cold shut-down condition before startup, Startup can be successful.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 기존의 스택 내부로 공기를 강제 유입시키는 공기 블로워의 모터 rpm 만을 소폭 상승시켜 연료전지들의 발생 전류량 만을 소모시키기 때문에, 초기 냉 시동 시 스택 내부로 저온의 냉각수 유입을 야기시키는 물 펌프의 사용도 배제시킬 수 있어 저온의 냉각수를 스택 내부로 유입시키지 않아도 된다.Therefore, in the embodiment of the present invention, only the motor rpm of the air blower for forcedly introducing air into the existing stack is consumed only by the amount of generated current of the fuel cells, The use of a water pump for allowing low-temperature cooling water to flow into the stack can be avoided.
즉, 본 발명의 실시예에서는 연료 전지 차량의 냉 시동 시 히터 및 물 펌프를 구동시키지 않고 공기의 과급을 통한 스택 자체의 발열 만을 활용함으로써 셀 성능 회복을 도모할 수 있고, 스택 출구단의 온도가 기준 온도 이상인 시점부터 물 펌프를 구동시킴으로써 저온의 냉각수에 의한 냉 시동의 실패를 방지할 수 있다.That is, in the embodiment of the present invention, the cell performance can be recovered by utilizing only the heat of the stack itself by supercharging the air without driving the heater and the water pump at the cold start of the fuel cell vehicle, By starting the water pump from the point of time when the temperature is equal to or higher than the reference temperature, it is possible to prevent the failure of the cold start caused by the low temperature cooling water.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Other embodiments may easily be suggested by adding, changing, deleting, adding, or the like of elements, but this also falls within the scope of the present invention.
1... 연료 전지 시스템 3... 스택
5... 수소 탱크 7... 공기 블로워
11... 냉각수 탱크 13... 물 펌프
15... 라디에이터 17... 밸브
20... 제어기 21... 온도 센서1 ...
5 ...
11 ... cooling
15 ...
20 ...
Claims (4)
스택 출구단의 공기 온도가 10℃ 미만이면, 냉 시동 조건인 것으로 판단하고, 기설정된 기준 전류량 보다 상대적으로 큰 연료전지들의 발생 전류량을 공기 블로워에 인가하여 그 공기 블로워를 통해 연료전지 스택으로 공기를 과급하며,
스택 출구단의 공기 온도가 10℃ 이상이면, 냉 시동 조건이 아닌 것으로 판단하고, 연료전지들의 발생 전류를 물 펌프에 인가하여 연료전지 스택으로 냉각수를 순환시키는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량의 냉시동 방법.At the key-on of the fuel cell vehicle,
If the air temperature at the stack outlet end is less than 10 ° C, it is determined that the condition is a cold start condition, and the generated current amount of the fuel cells relatively larger than the predetermined reference current amount is applied to the air blower, Supercharged,
When the air temperature at the stack outlet end is 10 ° C or more, it is determined that the cold start condition is not satisfied, and the generation current of the fuel cells is applied to the water pump to circulate the cooling water to the fuel cell stack Way.
상기 연료전지들의 발생 전류량으로 상기 공기 블로워의 모터 rpm을 상승시켜 상기 공기 블로워를 통해 연료전지 스택으로 공기를 과급하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량의 냉시동 방법.The method according to claim 1,
And raising the motor rpm of the air blower according to an amount of current generated by the fuel cells to supercharge air to the fuel cell stack through the air blower.
상기 공기 블로워를 통해 연료전지들의 발생 전류를 소모하여 연료전지 스택을 자체 발열시키는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량의 냉시동 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the air blower discharges the generated currents of the fuel cells to generate the self-heating of the fuel cell stack.
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