KR101428090B1 - 연료전지 차량의 수소탱크 보호장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수소탱크를 탑재한 차량에 후방 추돌사고가 발생할 경우에 수소탱크를 차량의 전방으로 강제적으로 이동시켜 수소탱크에 후방 추돌 충격이 직접적으로 가해지지 않도록 해서 수소탱크를 보다 확실하게 보호할 수 있어서 차량의 운행 안정성을 향상시키도록 한 연료전지 차량의 수소탱크 보호장치를 제공하기 위해, 수소탱크를 차체의 전방으로 상대 이동시키는 리니어 모터와, 상기 수소탱크의 이동을 가이드하는 LM가이드, 이 LM가이드의 운동을 구속하거나 해방하도록 차체에 설치된 유압스톱퍼, 추돌사고를 감지해서 상기 LM가이드가 해방되도록 상기 유압스톱퍼를 제어하고 상기 리니어 모터에 의해 상기 수소탱크가 차체에 대해 상대 이동되도록 상기 리니어 모터에 작동 전원을 인가하는 전자제어유니트를 구비한다.

수소탱크, 리니어 모터, LM가이드, 유압스톱퍼

Description

연료전지 차량의 수소탱크 보호장치{Protective device for hydrogen tank of fuel cell car}

본 발명은 연료전지 차량에 관한 것으로, 특히 후방 추돌사고 발생시에 수소탱크를 리니어 모터를 이용해서 차체의 전방으로 이동시켜 수소탱크를 보다 안전하게 보호하도록 한 연료전지 차량의 수소탱크 보호장치에 관한 것이다.

일반적으로 내연기관 자동차가 화석연료와 공기 중의 산소를 엔진 내에서 연소시켜 그 폭발력으로 자동차를 구동시키는 것과는 달리 연료전지 자동차(Fuel Cell car)는 고압수소탱크 또는 개질기를 통해 공급되는 수소와 공기압축기를 통해 공급되는 공기 중의 산소를 연료전지스택 내에서 전기 화학 반응시켜 생성된 전기에너지를 이용하여 자동차를 구동하게 되는 것이다

이와 같은 연료전지 차량에서 사용하는 연료인 수소는 보다 안전하면서 콤팩트(Compact)하게 하여 운반(수송)하거나 저장하거나 하는가가 매우 중요한데, 이를 위한 여러 방법 중 기체인 수소를 액체수소로 하는 것이나 흡장 합금에 흡장시키는 방법이 있지만, 이는 자연 증발이나 흡장량 등 현재 기술로는 각각 해결할 수 없는 문제가 있어, 현재는 경량이면서도 고압의 탱크(또는 봄베(bomb)라고 함)를 사용하 는 추세에 있다.

이때, 고압 탱크를 사용하는 경우 고압 탱크의 용적에 따른 승차 공간 확보와 충분한 주행거리 확보에 의한 실용성 측면에서 통상, 탱크 내에 충진되는 수소를 350bar이나 그 이상의 고압으로 압축하여야 한다.

상기와 같이 고압의 수소가 충진된 고압탱크는 통상적으로 차량의 후방에 탑재되어 장착되는 데, 이 때에 차량의 추돌 사고가 발생하여 고압의 수소탱크에 충격이 가해지면 수소탱크가 파손될 위험이 있으므로 후방 추돌사고로부터 수소탱크를 적절히 보호해주어야 한다.

종래 수소탱크를 후방 추돌사고로부터 보호하기 위한 방안으로서 서브 프레임에 수소탱크를 탑재하여 마운팅하거나 밴드로 고정하여 상기 서브 프레임으로 하여금 수소탱크를 보호하도록 하는 방안이 제시되어 있지만, 후방 추돌사고 발생시에 서브 프레임의 변형이 과도하게 발생하여 수소탱크를 적절히 보호하기가 미흡하였고, 또한 충격을 받으면 기구적인 메커니즘의 적절한 변형으로 수소탱크를 보호하는 방안도 제안되어 있지만, 실제 다양한 추돌사고 상황에서 기구적인 메커니즘이 설계안대로 적절히 변형되지 못하여 수소탱크를 확실하게 보호하기가 미흡하였다.

그리고 수소탱크를 보호하기 위해 수소탱크를 밴드로 묶어서 리어 서브 프레임에 고정함과 더불어 지지바아를 후방에 설치하여 수소탱크를 보호하는 방안도 제안되어 있지만, 이는 수소탱크의 지지 강성이 충분치 못하고, 후방 추돌사고 발생시에 수소탱크를 적절히 보호하기가 미흡한 결점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 수소탱크를 탑재한 차량에 후방 추돌사고가 발생할 경우에 수소탱크를 차량의 전방으로 강제적으로 이동시켜 수소탱크에 후방 추돌 충격이 직접적으로 가해지지 않도록 해서 수소탱크를 보다 확실하게 보호할 수 있어서 차량의 운행 안정성을 향상시키도록 한 연료전지 차량의 수소탱크 보호장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수소탱크를 차체의 전방으로 상대 이동시키는 리니어 모터와, 상기 수소탱크의 이동을 가이드하는 LM가이드, 이 LM가이드의 운동을 구속하거나 해방하도록 차체에 설치된 유압스톱퍼, 추돌사고를 감지해서 상기 LM가이드가 해방되도록 상기 유압스톱퍼를 제어하고 상기 리니어 모터에 의해 상기 수소탱크가 차체에 대해 상대 이동되도록 상기 리니어 모터에 작동 전원을 인가하는 전자제어유니트를 구비한다.

본 발명에 따른 연료전지 차량의 수소탱크 보호장치에 의하면, 수소탱크가 차체 프레임에 리니어 모터를 매개로 전후로 이동가능하게 탑재되어 유압스톱퍼를 매개로 고정되어 수소탱크의 차체 탑재 강성을 증대시켜 수소탱크를 차체에 보다 안정되게 장착할 수 있고, 리니어 모터가 차체에 장착됨에 따라 차체의 강성 자체를 증대시키며, 차량의 후방 추돌사고가 발생할 경우에 상기 유압스톱퍼를 해제하 여 수소탱크가 이동가능하게 해방함과 더불어 리니어 모터에 작동 전원을 인가하여 리니어 모터를 매개로 수소탱크를 차량의 전방으로 강제적으로 이동시킴으로써 후방 추돌로 인한 차체의 변형에 따른 수소탱크의 손상이나 파손을 원천적으로 방지해서 수소탱크를 보다 안전하게 보호할 수 있는 등의 효과가 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 수소탱크 보호장치의 1실시예가 도시되어 있는 바, 즉 차체를 형성하는 리어 플로워 패널(1)의 평평한 하면에 리니어 모터의 고정자(2a)가 고정되게 부착되고, 차량의 길이방향으로 전후로 배치된 2개의 수소탱크(3)는 수소탱크 마운팅프레임(4)에 의해 일체로 연결되며, 상기 마운팅프레임(4)의 상기 고정자(2a)와 대향하는 부위에는 리니어 모터의 이동자(2b)가 고정되게 장착된다.

상기 리어 플로워 패널(1)의 좌우 양측에서 차량의 길이방향으로 연장되게 형성된 차체 사이드프레임(5)에는 2개의 LM가이드의 가이드레일(6a)이 차량의 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 배치되어 고정되게 장착되고, 상기 2개의 가이드레일(6a)에 각각 가이드레일(6a)을 따라 이동가능하게 결합되는 LM가이드의 이동블록(6b)은 상기 수소탱크 마운팅프레임(4)에 링크나 바아 등을 매개로 일체로 연결된다.

또한 상기 LM가이드의 가이드레일(6a)에는 상기 이동블록(6b)을 구속하거나 혹은 해방시키는 유압스톱퍼(7)가 이동블록(6b)의 전후에 설치되는 데, 이 유압스톱퍼(7)는 상기 가이드레일(6a)의 내부로 수용되면 상기 이동블록(6b)이 가이드레일(6a)을 따라 이동가능하게 되는 반면에 상기 유압스톱퍼(7)가 가이드레일(6a)로부터 상부로 돌출하게 되면 상기 유압스톱퍼(7)에 이동블록(6b)의 전후 선단부가 걸려져서 이동블록(6b)이 가이드레일 위에서 이동되지 못하게 구속된다.

상기 유압스톱퍼(7)는 기히 공지된 바와 같이 하우징의 내부에 유압이 공급되면 유압에 의해 하우징의 외부로 돌출하는 반면에 하우징 내부의 유압이 드레인되면 리턴스프링의 탄성력에 의해 하우징의 내부로 수용되는 구조를 갖는다.

상기 유압스톱퍼(7)에 유압을 공급하거나 드레인시키기 위해 상기 유압스톱퍼(7)는 솔레노이드 밸브와 같은 제어밸브(8)에 각각 접속되고, 상기 제어밸브(8)는 유압펌프나 혹은 차량의 적절한 유압라인과 연결되어, 상기 유압스톱퍼에 유압을 공급하거나 드레인시키게 된다.

한편 상기 제어밸브(8)의 동작을 제어하기 위해 상기 제어밸브(8)는 전자제어유니트(ECU)의 출력단에 접속되고, 상기 전자제어유니트(ECU)의 입력단에는 차량의 추돌을 감지하는 추돌감지센서(9)와 상기 리니어 모터의 고정자(2a)가 접속되며, 상기 추돌감지센서(9)는 기히 공지된 가속도센서나 스트레인 게이지 등을 이용할 수 있다.

상기와 같이 수소탱크(3)가 차체에 장착된 상태에서 차량에 추돌사고가 발생할 경우에 도 2에 도시한 바와 같이 상기 전자제어유니트(ECU)가 추돌감지센서(9)를 매개로 추돌을 감지하여 상기 제어밸브(8)에 제어신호를 인가하고, 상기 제어밸브(8)는 각 유압스톱퍼에 공급한 유압을 드레인시키는 방향으로 유로를 형성하여 상기 유압스톱퍼에 공급된 유압이 소멸되면서 유압스톱퍼가 그 하우징의 내부로 수용되어 LM가이드의 이동블록의 구속이 해방되게 된다.

이 상태에서 상기 전자제어유니트(ECU)는 상기 리니어 모터의 고정자에 제어전류를 인가하여 자기장을 형성함에 따라 리니어 모터의 이동자가 차량의 전방으로 이동하게 됨과 더불어 상기 이동자가 장착된 수소탱크 마운팅프레임과 수소탱크는 LM가이드의 이동블록에 의해 가이드레일을 따라서 차량의 전방으로 이동하게 되어, 수소탱크가 추돌사고로 인해 차체의 변형에 기인해서 손상되거나 파손될 염려가 전혀 없게 되면서 보다 안전하게 보호된다.

도 3에는 차체가 프레임 형식인 차량의 경우에 본 발명이 적용된 2실시예가 도시되어 있는 바, 프레임 형식의 차체를 구비한 차량의 경우에는 상기 1실시예와 비교할 때에 상기 리니어 모터의 고정자(2a)가 차체 프레임 센터멤버(11)에 설치된 구성에 차이가 있고, 나머지 구성과 작용 및 효과는 상기 1실시예와 동일하다.

도 4에는 차체가 모노코크 형식인 차량의 경우에 본 발명에 적용된 3실시예가 도시되어 있는 바, 모노코크 형식의 차체를 구비한 차량의 경우에는 상기 2실시예와 비교할 때에 수소탱크(3)가 박스형상을 이루는 마운팅프레임 박스(14)에 내장되어 고정되게 장착되고, 상기 리니어 모터의 이동자(2b)는 마운팅프레임 박스(14)의 센터프레임(14a)에 장착되는 반면에 리니어 모터의 고정자(2a)는 차체 프레임의 센터프레임에 설치되며, LM가이드의 이동블록(6b)은 마운팅프레임 박스(14)의 사이드프레임(14b)에 반면에 LM가이드의 가이드레일(6a)은 차체 프레임의 사이드프레임(21)에 고정되게 설치되고, 차량의 추돌사고 발생시에 수소탱크가 차량의 전방으 로 이동하는 구조 및 효과는 동일하다.

도 1은 본 발명의 1실시예에 따라 수소탱크 보호장치가 설치된 상태의 측면도,

도 2는 도 1의 작동 설명도,

도 3은 본 발명의 2실시예에 따라 수소탱크 보호장치가 설치된 상태의 측면도 및 평면도,

도 4는 본 발명의 3실시예에 따라 수소탱크 보호장치가 설치된 상태의 측면도 및 평면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1-리어 플로워 패널 2a,2b-리니어 모터

3-수소탱크 4-수소탱크 마운팅프레임

5-차체 사이드프레임 6a,6b-LM가이드

7-유압스톱퍼 8-제어밸브

Claims (5)

1. 수소탱크를 차체의 전방으로 상대 이동시키는 리니어 모터와, 상기 수소탱크의 이동을 가이드하는 LM가이드, 이 LM가이드의 운동을 구속하거나 해방하도록 차체에 설치된 유압스톱퍼, 추돌사고를 감지해서 상기 LM가이드가 해방되도록 상기 유압스톱퍼를 제어하고 상기 리니어 모터에 의해 상기 수소탱크가 차체에 대해 상대 이동되도록 상기 리니어 모터에 작동 전원을 인가하는 전자제어유니트를 구비하고,

   상기 리니어 모터는 상기 수소탱크를 지지하는 마운팅프레임에 설치된 이동자와 상기 차체를 구성하는 리어 플로워 패널에 설치된 고정자를 구비하고, 상기 LM가이드는 상기 차체를 구성하는 사이드프레임에 설치된 가이드레일과 이 가이드레일을 따라 이동가능하게 상기 가이드레일에 결합되면서 상기 마운팅프레임과 연결된 이동블록을 갖춘 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 수소탱크 보호장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 리니어 모터는 상기 수소탱크를 지지하는 마운팅프레임에 설치된 이동자와 상기 차체를 구성하는 차체 센터프레임에 설치된 고정자를 구비하고, 상기 LM가이드는 상기 차체를 구성하는 사이드프레임에 설치된 가이드레일과 이 가이드레일을 따라 이동가능하게 상기 가이드레일에 결합되면서 상기 마운 팅프레임과 연결된 이동블록을 갖춘 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 수소탱크 보호장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 리니어 모터는 상기 수소탱크를 지지하는 마운팅프레임 박스의 센터프레임에 설치된 이동자와 상기 차체를 구성하는 차체 센터프레임에 설치된 고정자를 구비하고, 상기 LM가이드는 상기 차체를 구성하는 사이드프레임에 설치된 가이드레일과 이 가이드레일을 따라 이동가능하게 상기 가이드레일에 결합되면서 상기 마운팅프레임 박스의 사이드프레임에 연결된 이동블록을 갖춘 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 수소탱크 보호장치.
5. 청구항 1,3,4 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 유압스톱퍼는 상기 전자제어유니트의 제어신호를 인가받아 유로를 형성하여 유압을 공급하거나 드레인시키는 제어밸브에 접속된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 수소탱크 보호장치.

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