具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开的一些实施例。在将附图标记添加到每个附图的组件时，应注意的是，相同或等同的组件由相同的附图标记表示，它们在不同的附图中示出。另外，在以下对本公开的实施例的描述中，将省略对公知的特征或功能的详细描述，以免不必要地模糊本公开的主旨。

在描述根据本公开的实施例的组件时，可以使用诸如“第一”、“第二”、“A”、“B”、“(a)”、“(b)”等术语。这些术语仅旨在将一个组件与另一组件区分开，并且这些术语不限制组成组件的性质、顺序或次序。另外，除非另有定义，否则本文中使用的包括技术术语或科学术语的所有术语具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。诸如在通用词典中定义的那些术语的术语应该被解释为具有与相关技术领域中的上下文含义相同的含义，并且不应被解释为具有理想化或过于形式化的含义，除非在本申请中明确如此定义。

图1是示出根据本公开的实施例的热管理系统的视图。

参照图1，热管理系统100控制冷却剂的温度并将冷却剂供应到燃料电池堆110，热管理系统100包括燃料电池堆110、加热器120、泵130、离子过滤器140、散热器150、阀160和控制器170。

燃料电池堆110通过氢气和氧气之间的电化学反应产生电能。燃料电池堆110包括两个催化剂电极，即，阳极(anode)和阴极(cathode)。当将氢气和氧气分别供应到阳极和阴极时，阳极中将氢气分离成质子，即氢离子，和电子。氢离子通过电解质层移动到阴极，在阴极中氢离子与氧气结合以生成水。电子通过外部电路以产生电流。换言之，由于阳极和阴极之间的电势差而产生电能。从燃料电池堆110产生的电能可以用作电动马达(未示出)或加热器120的驱动能量。燃料电池堆110通过流入燃料电池堆110内部的冷却剂散发氢气和氧气之间电化学反应时产生的热能。

加热器120通过加热冷却剂来提高冷却剂的温度，以提高燃料电池堆110的耐久性并提高冷启动性。加热器120可以被实现为阴极耗氧量(Cathode Oxygen Depletion,COD)加热器(CHT)。

加热器(CHT)120通过在车辆停车(shut down)或车辆碰撞时去除燃料电池堆110中残留的氧气和氢气来防止燃料电池堆110的劣化。当在下坡行驶期间电池充满电时，加热器120接收通过再生制动产生的电能，并且消耗该电能以加热冷却剂。在冷启动时，加热器120通过利用从燃料电池堆110产生的电能或从电池(高压电池)供应的电能加热冷却剂来提高冷却剂的温度。

泵130通过利用压力作用使冷却剂沿着冷却剂流动路径(管路)循环。泵130可以被实现为电动水泵(EWP)。泵130将冷却剂供应到燃料电池堆110和/或加热器120。泵130可以将冷却剂供应到离子过滤器140。

离子过滤器140设置在泵130的出口端与阀160之间。离子过滤器140去除由泵130循环的冷却剂中的离子，以保持冷却剂的电导率恒定。热交换器(heater core)可以代替离子过滤器140而设置在泵130的出口端与阀160之间。热交换器是利用冷却剂的热来调节车辆的室内温度的供热加热器，可以被实现为座舱加热器(cabin heater)。

散热器(RAD)150冷却由于燃料电池堆110中产生的热能而导致温度升高的冷却剂。散热器150通过冷却剂与外部空气(ambient air)之间的热交换来降低冷却剂的温度。散热器150可以包括冷却风扇，以将外部空气供应到散热器150来冷却冷却剂，从而提高热交换效率。

阀160设置在泵130和散热器150之间，以根据冷却剂的温度确定流动路径。阀160调节从燃料电池堆110的出口端、加热器120的出口端、离子过滤器140的出口端和散热器150的出口端中的至少一个流入的冷却剂的流量并将冷却剂供应到泵130。阀160可以被实现为五通阀，例如，电恒温器(thermostat)。换言之，阀160包括与散热器150的出口端连接的第一入口161、与燃料电池堆110的出口端连接的第二入口162、与加热器120的出口端连接的第三入口163、与泵130的入口端(流入口)连接的第四入口164以及与离子过滤器140的出口端连接的第五入口165。

控制器170根据热管理系统100的操作模式控制阀160的打开或关闭和/或开度以控制冷却剂流。控制器170可以基于通过安装在车辆上的传感器和/或电子控制单元(ECU)等收集的数据来确定热管理系统100的操作模式。在这种情况下，传感器可以包括温度传感器、碰撞传感器和/或陀螺仪传感器等。ECU可以包括燃料电池管理装置、电池管理装置、车身控制装置和/或底盘控制装置等。

尽管在附图中未详细示出控制器170，但是控制器170可以包括通信模块、处理器和存储器。通信模块可以与通过车辆网络，例如，控制器局域网(CAN)等连接的ECU发送或接收数据。处理器可以包括专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、中央处理单元(CPU)、微控制器和微处理器中的至少一个。存储器可以存储被编程以使处理器执行预设操作的软件。存储器可以存储基于处理器的操作的输入数据和/或输出数据。存储器可以被实现为诸如随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)和寄存器的存储介质(记录介质)中的至少一种。

尽管本实施例描述为控制器170与阀160分开设置，但是本公开不限于此，控制器170可以实现为设置在阀160的内部。

在下文中，将参照图2至图4更详细地描述控制器170的操作。

图2至图4是示出根据本公开的实施例的根据热管理系统的阀控制的冷却剂流的视图。

首先，以下参照图2着重描述在控制冷却剂温度时冷却剂的流量控制。

当燃料电池堆110的温度(系统温度)超出工作温度范围时，控制器170通过燃料电池管理装置(未示出)感测到温度超出工作温度范围，并控制阀160的第一入口161和第二入口162的开口量(开度)以将冷却剂的温度保持在目标温度。在这种情况下，第一入口161的开口量可以被设置为“x”，第二入口162的开口量可以被设置为“1-x”。

当冷却剂的温度高于目标温度时，控制器170增加第一入口161的开口量(即，减小第二入口162的开口量)以增加从散热器150供应到泵130的冷却剂的流量。另一方面，当冷却剂的温度低于目标温度时，控制器170增加第二入口162的开口量(即，减小第一入口161的开口量)以增加从燃料电池堆110旁通(bypass)并供应到泵130的冷却剂的流量。因此，控制器170可以将冷却剂的温度保持在目标温度。在这种情况下，冷却剂的温度是指供应到燃料电池堆110的冷却剂的温度。

控制器170控制第五入口165的开度(开口量)，以控制通过离子过滤器140的冷却剂的流量。

控制器170可以选择性地控制第三入口163的开度，以调节由加热器120加热并供应到泵130的冷却剂的流量。例如，当需要冷却冷却剂时，控制器170关闭第三入口163以阻断供应由加热器120加热的冷却剂，并控制第一入口161和第二入口162的开度以控制冷却剂的温度。当需要提高冷却剂的温度时，控制器170向加热器120供应电力以加热冷却剂，并控制第一入口161、第二入口162和第三入口163的开度，以向燃料电池堆110和加热器120供应热管理系统100所需的冷却剂的流量。

其次，以下参照图2着重描述在需要消耗燃料电池堆110的内部残留能量和多余能量(过量能量)时的冷却剂流控制。

当控制器170感测到车辆关闭(OFF)，即车辆停车(shut down)或车辆碰撞时，控制器170操作加热器120以消耗燃料电池堆110的内部残留能量。换言之，控制器170将电能(电力)供应给加热器120，使加热器120操作以消耗燃料电池堆110内部残留的氧气和氢气。

另一方面，当在下坡行驶期间控制器170感测到电池充满电时，控制器170将通过再生制动产生的电能(多余能量)供应到加热器120并消耗电能。控制器170通过控制第一入口161、第二入口162和第三入口163的开度，向燃料电池堆110和加热器120供应所需的冷却剂的流量，以防止加热器120过热。

第三，以下参照图3着重描述在热管理系统的冷启动时或需要消耗燃料电池堆110的内部残留能量和多余能量(过量能量)时的冷却剂流控制。

控制器170将由燃料电池堆110产生的电能供应到加热器120并消耗电能，以在冷启动时引起燃料电池堆110的温度升高。在这种情况下，控制器170通过控制第三入口163的开度来控制供应到加热器120的冷却剂的流量，以防止加热器120燃烧。

另外，控制器170通过控制第二入口162的开度来关闭第一入口161的开度，以防止燃料电池堆110劣化。换言之，控制器170阻断供应由散热器150降低温度的冷却剂。

另外，控制器170可以通过控制第五入口165的开度来控制在冷启动时供应到离子过滤器140的冷却剂的流量。

第四，以下参照图4着重描述在防止离子过滤器暴露于较高温度时的冷却剂流控制。

当从燃料电池系统产生超过散热器150的散热极限的热能时，冷却剂的温度升高会加速离子过滤器140中的离子交换树脂的耐久性劣化。为了防止离子交换树脂的耐久性劣化，控制器170在高温(高加热)时控制第五入口165的开度以减小流入离子过滤器140的冷却剂的流量或关闭第五入口165的开度以停止供应冷却剂。

图5是示出根据本公开的另一实施例的热管理系统的视图。以下着重描述与图1所示的热管理系统不同的配置。

参照图5，热管理系统100包括燃料电池堆110、加热器120、泵130、离子过滤器140、散热器150、阀160和控制器170。

燃料电池堆110通过氢气和氧气之间的电化学反应产生电能。从燃料电池堆110产生的电能被供应到电动马达(未示出)或加热器120。为了防止燃料电池堆110的温度由于电化学反应中产生的热而升高，冷却剂流入燃料电池堆110。

加热器120加热冷却剂以提高冷却剂的温度。另外，加热器120去除在车辆停车或车辆碰撞时残留在燃料电池堆110中的氧气和氢气。当在下坡行驶期间电池充满电时，加热器120接收通过再生制动产生的电能并消耗电能。在冷启动时加热器120接收由燃料电池堆110产生的电能并消耗电能。当冷却剂被加热时，加热器120可以通过从电池(高压电池)接收电能来加热冷却剂。

泵130使冷却剂循环。泵130可以将冷却剂供应到燃料电池堆110、加热器120和/或离子过滤器140。

离子过滤器140设置在泵130的出口端与阀160之间。离子过滤器140去除由泵130循环的冷却剂中的离子，以使冷却剂的电导率保持恒定。热交换器可以代替离子过滤器140而设置在泵130的出口端和阀160之间。

散热器150通过冷却剂与外部空气之间的热交换来降低冷却剂的温度。散热器150冷却从燃料电池堆110、加热器120和离子过滤器140中的至少一个供应的温度升高的冷却剂。

阀160设置在燃料电池堆110的出口端与散热器150的入口端之间，以根据冷却剂的温度确定流动路径。阀160调节从燃料电池堆110的出口端、加热器120的出口端和离子过滤器140的出口端中的至少一个流入的冷却剂的流量。

阀160可以被实现为五通阀(five-way valve)。换言之，五通阀包括与泵130的入口端连接的第一入口161、与散热器150的入口端连接的第二入口162、与燃料电池堆110的出口端连接的第三入口163、与加热器120的出口端连接的第四入口164以及与离子过滤器140的出口端连接的第五入口165。

控制器170通过根据热管理系统100的操作模式控制阀160的打开或关闭和/或开度以控制供应到燃料电池堆110的冷却剂的温度和冷却剂流。控制器170可以基于通过安装在车辆上的传感器和/或电子控制单元(ECU)等收集的数据来确定热管理系统100的操作模式。

在下文中，将参照图6至图8更详细地描述控制器170的操作。

图6至图8是示出根据本公开的另一实施例的根据热管理系统的阀控制的冷却剂流的视图。

首先，以下参照图6着重描述在控制燃料电池堆110的温度时的冷却剂流控制。

当燃料电池堆110的温度(系统温度)超出工作温度范围时，控制器170通过燃料电池管理装置(未示出)感测到温度超出工作温度范围，并控制阀160的第一入口161和第二入口162的开口量(开度)以将燃料电池堆110的温度保持在目标温度。在这种情况下，第一入口161的开口量可以被设置为“x”，第二入口162的开口量可以被设置为“1-x”。

当冷却剂的温度高于目标温度时，控制器170增加第二入口162的开口量(即，减小第一入口161的开口量)以增加供应到散热器150的冷却剂的流量。另一方面，当冷却剂的温度低于目标温度时，控制器170增加第一入口161的开口量(即，减小第二入口162的开口量)以增加从燃料电池堆110旁通并供应到泵130的冷却剂的流量。因此，控制器170可以将冷却剂的温度保持在目标温度。

控制器170控制第五入口165的开度(开口量)，以控制通过离子过滤器140的冷却剂的流量。

控制器170可以选择性地控制第四入口164的开度，以调节由加热器120加热并供应到泵130的冷却剂的流量。控制器170可以控制第三入口163和第四入口164以选择性地控制燃料电池堆110和加热器120的流量。

例如，当需要冷却冷却剂时，控制器170关闭第四入口164以阻断供应由加热器120加热的冷却剂。当需要提高冷却剂的温度时，控制器170向加热器120供应电力以引起冷却剂的温度升高，并控制第三入口163和第四入口164的开度，以向燃料电池堆110和加热器120供应热管理系统100所需的冷却剂的流量。

其次，以下参照图6着重描述在需要消耗燃料电池堆110的内部残留能量和多余能量(过量能量)时的冷却剂流控制。

当控制器170感测到车辆关闭即车辆停车或车辆碰撞时，控制器170可以强制操作加热器120以消耗燃料电池堆110的内部残留能量。

另一方面，当在下坡行驶期间控制器170感测到电池充满电时，控制器170将通过再生制动产生的电能(多余能量)供应到加热器120并消耗电能。控制器170通过控制第一入口161至第四入口164的开度，向燃料电池堆110和加热器120供应所需的冷却剂的流量，以防止加热器120过热。

第三，参照图7描述在热管理系统的冷启动时的冷却剂流控制。

在冷启动时控制器170关闭第二入口162的开度，以阻断供应到散热器150的冷却剂。控制器170通过控制第三入口163和第四入口164的开度来控制供应到燃料电池堆110和加热器120的冷却剂的流量。

另外，控制器170可以通过控制第五入口165的开度来控制在冷启动时供应到离子过滤器140的冷却剂的流量。

第四，以下参照图8着重描述在防止离子过滤器暴露于较高温度时的冷却剂流控制。

当从燃料电池系统产生超过散热器150的散热极限的热能时，冷却剂的温度升高会加速离子过滤器140中的离子交换树脂的耐久性劣化。为了防止离子交换树脂的耐久性劣化，当产生高温热能时，控制器170控制第五入口165的开度以减小流入离子过滤器140的冷却剂的流量或关闭第五入口165的开度以停止供应冷却剂。此时，第四入口164的开度保持关闭，并且第三入口163的开度保持打开。

根据本公开的实施例，由于利用一个多通阀(multi-valve)控制冷却剂的温度和冷却剂流，因此可以节省成本。

上文中，尽管参照示例性实施例和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，而是在不脱离所附权利要求书要求保护的本公开的宗旨和范围的情况下，可以由本公开所属领域的技术人员进行各种修改和改变。因此，提供本公开的示例性实施例以解释本公开的宗旨和范围，但不限制它们，使得本公开的宗旨和范围不受实施例的限制。本公开的范围应基于所附权利要求书来解释，并且在权利要求书的等同范围内的所有技术思想都应包括在本公开的范围内。