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수소연료전지 자동차의 열관리시스템 성능특성에 관한 연구
Performance Characteristics of the Thermal Management System for Passenger Hydrogen Fuel Cell Vehicle 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.13 no.3, 2012년, pp.986 - 993  

이호성 (자동차 부품 연구원 열제어시스템 연구센터) ,  원종필 (자동차 부품 연구원 열제어시스템 연구센터) ,  조중원 (자동차 부품 연구원 열제어시스템 연구센터) ,  이무연 (자동차 부품 연구원 열제어시스템 연구센터)

초록
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본 연구의 목적은 수소연료전지 자동차의 열관리시스템 성능특성을 알아보기 위하여 다양한 운전조건 변화에 따른 열전달 성능특성을 고찰하는 것이다. 수소연료전지 자동차의 열관리시스템으로 스택 냉각시스템, 전자장비 냉각시스템, 그리고 냉방시스템의 성능특성 및 상호영향도를 파악하기 위하여 자동차 실 도로 운전조건 변화에 따른 냉방성능 및 전자장비 냉각시스템에 미치는 영향을 파악하였다. 결과적으로, 고속도로 조건에서 냉방시스템 작동 시 수소연료전지 자동차의 스택 냉각시스템의 방열성능은 냉방시스템이 꺼진 경우보다 평균 28.8% 감소하였고, 시내주행 조건에서 수소연료전지 자동차의 전자장비 냉각시스템의 냉각부하는 고속주행 조건보다 약 65.6% 상승하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The objective of this study is to investigate performance characteristics of the thermal management system for passenger hydrogen fuel cell vehicle under various operating conditions. The thermal management systems comprised of a stack cooling system, an electric device cooling system and an air con...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 다양한 운전조건에서 수소연료전지 자동차의 열관리시스템에 대한 성능특성을 고찰하고 이를 통하여 얻은 결과를 바탕으로 수소연료전지 자동차의 열관리시스템 성능 및 연비 향상을 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
  • 마지막으로 수소연료전지 자동차의 운행조건에 따른 열관리시스템의 성능특성을 분석하기 위하여 고속주행 조건, 시내주행 조건, 그리고 등판 주행 조건에서 실험을 진행하였다. 본 연구에서 사용한 3가지 조건들은 Lee et al. (2011)에서 제시한 무공해 자동차들을 위한 실 도로 조건에서 냉방성능 특성을 고찰하기 위한 실험방법이다.[8] 표 2는 본 연구에서 사용한 계측장치들의 불확실도를 나타내고 있다.
  • 일반적으로 수소연료전지 자동차의 등판주행 조건은 고속주행 조건과 유사한 출력을 요구하지만 자동차가 저속으로 운전하기 때문에 냉각성능 측면에서는 불리한 조건이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 수소연료전지 자동차의 등판주행 조건에서 스택 냉각 및 전자장비 냉각시스템의 성능특성 변화를 고찰하였다. 이를 위하여 외기온도 20℃ 조건에서 평균 주행속도 45 km/h에서 30분 동안 6% 경사 등판주행 후 20분 동안 idle 조건으로 냉방시스템 작동유무에 따른 열관리시스템의 성능특성 변화를 고찰하였다.
  • 수소연료전지 자동차는 기존의 내연기관 자동차와는 달리 엔진이 없기 때문에 기존의 엔진과 연결된 벨트로 구동되는 압축기를 사용하는 기계식 냉방시스템과 다른 별도전원을 이용하여 압축기를 구동하는 전동식 냉방시스템과 스택 및 전자장비를 위한 냉각시스템이 필요하다. 본 연구에서는 수소연료전지 자동차의 실 도로 운행조건에서의 열관리시스템의 냉각 및 냉방성능 특성을 분석하기 위하여 주행조건별 평가를 수행하였고 그 결과에 대한 분석을 다음과 같이 진행하였다.
  • 본 연구에서는 실 도로 운행조건인 고속, 등판, 그리고, 시내주행 조건에서 수소연료전지 자동차의 열관리시스템의 평가를 수행하였고, 각 주행조건에서 얻어진 열관리시스템 성능특성을 분석하였다. 또한 실 도로 운행조건(고속, 등판, 시내주행)에서 수소연료전지 자동차의 열관리시스템은 자동차 주행성능에 영향이 없으면서 승차공간의 냉방용량을 충분히 만족하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
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참고문헌 (10)

  1. Cho, C. W., Lee, M. Y., Lee, H. S., Lee, D. Y., Oh, S. T. and Won, J. P., "Heating Performance Characteristics of a Coolant Source Heat Pump using Wasted Heat of Electric Devices for an Electric Bus", Int. J. of JMST, In Revie, 2011. 

  2. Lee, M. Y., Cho, C. W., Lee, H. S. and Won, J. P., "Performance Characteristics of the Electrical Air Conditioning System for Zero Emission Passenger Vehicle", Trans. of the KAIS, 2011, In Press. 

  3. Lee, M. Y., Cho, C. W., Lee, H. S., Lee, D. Y., Park, Y. C. and Won, J. P., "Performance Characteristics of a Hybrid Heat Pump for an Electric Bus", Int. J. of Energy, 2011, In Review. 

  4. Lee, M. Y., Won, J. P., Cho, C. W. and Lee, H. S., "Experimental Study on the Mutual Influence of Thermal Management System for Hydrogen Fuel Cell Vehicle", Trans. of the KHNES, In Review, 2011. 

  5. Mattew, H. F., David, L. W., David, A. M. and Andrew, B., "PEM Fuel Cell System Solutions for Transportation", SAE 2000 World Congress, No. 2000-01-0373,2000, 2000. 

  6. Toshihiro, Y., Takayuki, I., Hitoshi, S., Minoru, Y. and Mitsuru, I., "The Development of the Cooling System for FCV", 2004 JAMA annual conference, No. 88-04, 2004. 

  7. Hager, J. and Schickmair, L., "Fuel Cell Vehicle Thermal Management System Simulation in Contrast to Conventional Vehicle Concepts", 2005 SAE International, 2005. 

  8. Lee, M. Y., Won, J. P., Lee, D. Y. and Cho, C. W., "Study on the Performance Characteristics of the Roof Mounted Electrical Air Conditioning System Using Inverter Scroll Compressor", Trans. of the KAIS, Vol. 12, No. 10, pp. 4308-4313, 2011. 

  9. Lee, H. S, Won, J. P., Kim, S. C, Cho, C. W., Park, Y. S. and Kim, S. K., "A Study on Analytic Approach for Stack Cooling Performance Improvement of Fuel Cell Electric Vehicle", KSAE Conference, pp. 3007-3013, 2009. 

  10. Hong, J. P., "HEV traction motor modeling and analysis", KSAE Conference, pp. 44-58, 2007. 

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