KR101705163B1 - 연료전지 차량용 서브프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 감속기가 결합된 모터의 상측으로 연료전지모듈이 탑재되되 상기 연료전지모듈 하부에 에어블로워와 가습기가 장착되는 연료전지 차량용 서브프레임에 있어서, 차체의 전후방향을 따라 배치된 제1사이드멤버;와 차체의 전후방향을 따라 배치되고 상기 제1사이드멤버와 좌우방향으로 평행하게 위치하는 제2사이드멤버;와 일측 끝단은 제1사이드멤버와 연결되고 타측 끝단은 제2사이드멤버와 연결된 제1연결멤버; 및 일측 끝단은 제1사이드멤버와 연결되고 타측 끝단은 제2사이드멤버와 연결되되 상기 제1연결멤버의 후방에 위치하는 제2연결멤버;를 포함하고, 상기 제1연결멤버와 제2연결멤버 사이에 모터와 감속기가 장착되는 안착부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 모터 및 감속기가 서브프레임의 안착부에 탑재된 상태로 결합되므로 조립성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

연료전지 차량용 서브프레임{Sub-frame for fuel cell vehicle}

본 발명은 연료전지 차량용 서브프레임에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 내부 레이아웃 배치를 개선하여 양산 조립성 개선을 위해 개발된 서브프레임에 관한 것이다.

연료전지 차량은 수소(또는 수소로 전환될 수 있는 메탄올이나 천연 가스 등)를 기본 원료로 사용하며 공기 중 산소와 이온화 과정을 통해 전기를 생산해 내어 이 전기를 이용해 모터를 구동시키는 차량이다.

연료전지 차량은 종래의 화석연료 차량과 대비하여 환경 오염 물질의 배출이 적고 소음 및 진동 유발이 작으므로 차세대 차량으로서 개발이 이뤄지고 있다.

상기 연료전지 차량은 모터, 수소 저장과 공급 및 재순환을 위한 장치, 수소를 이온화하여 전력을 생산하는 스택, 전류 변환 및 제어 장치 등뿐만 아니라 연료전지 스택에 공기 공급을 위한 에어블로워, 스택 전해질의 전도성을 확보하기 위한 습도 유지용 가습기 및 스택을 적정온도로 냉각시키기 위한 워터펌프가 장착된다.

참고적으로, 연료전지 차량에 탑재되는 연료전지는 고분자막을 사용하는 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell,또는 Proton Exchange Membrane Fuel Cell PEMFC)로서 고분자 막을 통하여 수소이온(프로톤)이 전달되는 구조이다. 상기 프로톤이 고분자 막을 통과하기 위해서는 프로톤 단독으로 통과하지 못하고 하나의 프로톤이 몇 개의의 물 분자와 함께 이동하게 된다. 따라서, 프로톤을 원할하게 통과시키기 위해 연료전지의 고분자막을 습한 상태로 유지하는 것이 필요하며 이를 위해 가습기가 설치된다.

따라서, 화석연료를 사용하는 차량에 탑재되는 엔진, 트랜스미션 등을 대신하여 연료전지 차량의 전방에는 스택, 모터, 변속장치 및 위에서 언급한 에어블로워, 워터펌프와 가습기 등이 탑재된다.

도 1a 를 참조하면, 초기 연료전지 차량에는 데킹 캐리어의 상측으로 차체와 전륜을 연결하는 프런트 서스펜션모듈, 모터와 감속기가 결합된 모터 및 감속기 모듈, 스택의 하부로 에어블로워와 가습기 및 워터펌프가 결합된 연료전지모듈이 결합되어 장착되었다. 그러나, 이와 같은 구조의 경우 데킹 캐리어와의 결합과정이 복잡하여 조립공정이 증가하고 각 부품간 연결 시 누적공차가 증가하여 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제를 극복하고자 데킹 캐리어를 대신해서 연료전지 차량에 종래의 가솔린 또는 경유 차량에서 사용되던 방식인 "H"(또는 "I") 모양의 서브프레임이 장착되었었다.

도 1b 에 도시된 바와 같이, 모터 및 감속기 하부에 서브프레임이 장착되되 상기 서브프레임에는 모터의 후방을 지지해지는 롤마운트가 장착되어 모터를 지지하고 상기 모터 및 감속기 양측은 차체에 고정된 감속기마운트 및 모터마운트를 통해 고정되었었다.

그러나, 이와 같은 서브프레임 장착 방식에서도 연료전지모듈에 모터 및 감속기를 차체에 결합시킨 후 서브프레임이 추가로 장착되는 방식이므로 조립성에 있어서 개선할 필요성이 있었다.

따라서, 본 발명은 조립성 향상 및 마운팅 강성 향상을 위해 모터 및 감속기가 (차체에 직접 마운팅되지 않고) 서브프레임에 안착된 상태로 차체에 탑재되어 소음 진동 절연성능 및 튜닝자유도가 향상된 연료전지 차량용 서브프레임를 제공하는 것에 주목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 감속기가 결합된 모터의 상측으로 연료전지모듈이 탑재되되 상기 연료전지모듈 하부에는 에어블로워와 가습기가 상기 모터와 감속기의 전방에 배치되도록 장착되는 연료전지 차량용 서브프레임에 있어서, 차체의 전후방향을 따라 배치된 제1사이드멤버;와 차체의 전후방향을 따라 배치되고 상기 제1사이드멤버와 좌우방향으로 평행하게 위치하는 제2사이드멤버;와 일측 끝단은 제1사이드멤버와 연결되고 타측 끝단은 제2사이드멤버와 연결된 제1연결멤버; 및 일측 끝단은 제1사이드멤버와 연결되고 타측 끝단은 제2사이드멤버와 연결되되 상기 제1연결멤버의 후방에 위치하는 제2연결멤버;를 포함하고, 상기 제1연결멤버와 제2연결멤버 사이에 모터와 감속기가 장착되는 안착부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1연결멤버의 전방으로 제1사이드멤버와 제2사이드멤버에는 돌출부가 각각 형성되어 상기 돌출부들 사이로 에어블로워와 가습기가 위치하게 된다.

상기 모터와 감속기는 좌우방향을 따라 결합되어 안착부에 탑재되되, 상기 안착부의 양측으로 제1사이드멤버와 제2사이드멤버에는 모터와 감속기 중 어느 한 곳이 거치되는 마운팅브라켓이 각각 부설된다. 그리고 상기 제2연결멤버에는 모터의 후방을 지지하는 롤마운트브라켓이 부설된다.

그리고, 상기 에어블로워와 가습기는 좌우방향을 따라 결합되어 모터와 감속기 전방에 위치하여 상기 제1연결멤버가 가습기와 모터 사이에 배치되고, 상기 돌출부들의 양 끝단은 외측으로 벌어진 형상으로 형성된다.

상기와 같은 구성의 본 발명은 모터 및 감속기가 서브프레임의 안착부에 탑재된 상태로 결합되므로 조립성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상기 서브프레임의 양측으로 돌출부들이 형성되고 상기 돌출부들은 차체에 마운팅될 수 있으므로 연료전지모듈에 장착된 에어블로워 및 가습기를 지지할 수 있으며 차체에 고정되기 더 용이하다.

그리고, 상기 서브프레임의 양측으로 모터 및 감속기를 고정하는 마운팅브라켓이 부설되어 상기 모터 및 감속기를 더 견고히 고정시킬 수 있다.

아울러, 상기 돌출부들은 양 끝단이 외측으로 벌어진 형상으로 형성되어 상기 돌출부들 사이의 공간이 확장됨으로써 가습기의 측방향에 결합된 워터펌프까지 지지될 수 있다.

도 1a 는 종래의 연료전지 차량에 적용되었던 데킹 캐리어를 이용해 모터 및 감속기 모듈과 연료전지모듈이 탑재되는 모습을 도시한 도면,
도 1b 는 종래의 서브프레임을 이용해 연료전지모듈이 탑재되는 모습과 상기 서브프레임에 모터 및 감속기가 연결된 모습을 도시한 도면,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 차량용 서브프레임의 모습을 도시한 도면,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 차량용 서브프레임의 안착부에 모터 및 감속기가 탑재되고 상기 모터 및 감속기 전방으로 가습기, 에어블로워 및 워터펌프가 위치하는 모습을 도시한 도면.

본 발명의 서브프레임은 감속기가 결합된 모터의 상측으로 연료전지모듈이 탑재되되 상기 연료전지모듈 하부에 에어블로워와 가습기가 장착되는 연료전지 차량에 장착되며, 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명한다.

도 2 를 참조하면, 본 발명의 서브프레임은 "井" 모양을 이루도록 제1사이드멤버(30)와 제2사이드멤버(40)가 차체의 전후방향(도 3 의 방향 표시 참조)을 따라 배치되며 서로 좌우방향으로 평행하게(대칭으로) 위치한다.

그리고, 상기 제1사이드멤버(30)와 제2사이드멤버(40)는 제1연결멤버(10)와 제2연결멤버(20)를 통해 연결되되 상기 제1연결멤버(10)의 후방으로 제2연결멤버(20)가 소정의 거리를 두고 배치됨으로써 그 사이로 안착부가 형성된다.

상기 안착부는 모터 및 감속기 조립체가 안착될 수 있는 크기로 형성되며, 제2연결멤버(20)에는 모터의 후방 측을 지지할 수 있는 롤마운트브라켓(21)이 부설된다.

그리고, 제1사이드멤버(30)와 제2사이드멤버(40) 양측 각각에는 모터와 감속기 각각이 거치되어 고정되도록 마운팅브라켓들(32, 42)이 부설된다.

한편, 상기 제1연결멤버(10)의 전방측으로 제1사이드멤버(30)와 제2사이드멤버(40)에는 돌출부들(31, 41)이 각각 형성된다. 상기 돌출부들(31, 41) 사이에 에어블로워와 가습기가 위치하게 되되, 상기 돌출부들은(31, 41) 차량 내부의 레이아웃 및 워터펌프의 배치에 따라 외측으로 벌어진 형상으로 형성될 수 있다.

상기와 같이 구성된 서브프레임에는 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 모터와 감속기가 좌우방향을 따라 결합되어 안착부에 탑재된다. 탑재된 모터와 감속기는 양측의 마운팅브라켓들(32, 42)과 롤마운트브라켓(21)을 통해 고정된다.

그리고, 상기 에어블로워와 가습기 및 워터펌프는 좌우방향을 따라 결합되어 모터와 감속기 전방에 위치한다. 이때, 돌출부들(31, 41)는 전술한 바와 같이 양측으로 벌어진 형상으로 형성되어 간섭을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 서브프레임은 종래의 "H" 서브프레임과 대비하여 모터 및 감속기가 (차체에 마운트 하지 않고) 서브프레임 내의 안착부에 거치되어 장착되므로 관성지지방식(* 관성주축의 양측으로 마운트가 각각 부설하여 정적하중을 지지하고 상기 관성주축과 직각을 이루는 곳에 롤 마운팅을 부설하여 롤을 제어하는 방식)에서 무게중심지지방식(* 마운트된 지점들이 하중을 분담하여 지지하는 방식)으로 지지된다.

따라서, (모터와 감속기가 미리 서브프레임에 안착된 상태로 장착되므로) 마운팅 공정이 더 단순화되고 효율적으로 하중을 분담할 수 있는 효과가 있다, 아울러, 상기 제1연결멤버(10)는 모터와 가습기 사이에 배치됨으로서 제1연결멤버(10) 및/또는 제2연결멤버(20)의 두께, 형상 변형 등을 통해 서브프레임의 강성이나 절연성을 튜닝할 수 있으므로 설계자유도가 향상되어 이에 따라 차체 강성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라 모터에서 발생하는 진동 및 소음을 더욱 효율적으로 절연시켜 NVH(Noise, vibration, and harshness) 특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.

이상과 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 제1연결멤버
20 : 제2연결멤버
21 : 롤마운트브라켓
30 : 제1사이드멤버
40 : 제2사이드멤버

Claims (4)

1. 감속기가 결합된 모터의 상측으로 연료전지모듈이 탑재되되 상기 연료전지모듈 하부에 에어블로워와 가습기가 장착되는 연료전지 차량용 서브프레임에 있어서,
   차체의 전후방향을 따라 배치된 제1사이드멤버;와
   차체의 전후방향을 따라 배치되고 상기 제1사이드멤버와 좌우방향으로 평행하게 위치하는 제2사이드멤버;와
   일측 끝단은 제1사이드멤버와 연결되고 타측 끝단은 제2사이드멤버와 연결된 제1연결멤버; 및
   일측 끝단은 제1사이드멤버와 연결되고 타측 끝단은 제2사이드멤버와 연결되되 상기 제1연결멤버의 후방에 위치하는 제2연결멤버;를 포함하고,
   상기 제1연결멤버와 제2연결멤버 사이에 모터와 감속기가 장착되는 안착부가 형성되며,
   상기 에어블로워와 가습기는 좌우방향을 따라 결합되어 모터와 감속기 전방에 위치하여 상기 제1연결멤버가 가습기와 모터 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 서브프레임.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1연결멤버의 전방으로 제1사이드멤버와 제2사이드멤버에는 돌출부가 각각 형성되어 상기 돌출부들 사이로 에어블로워와 가습기가 위치하게 되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 서브프레임.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 모터와 감속기는 좌우방향을 따라 결합되어 안착부에 탑재되되,
   상기 안착부의 양측으로 제1사이드멤버와 제2사이드멤버에는 모터와 감속기 중 어느 한 곳이 거치되는 마운팅브라켓이 각각 부설된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 서브프레임.
   
4. 제 2 항에 있어서, 상기 돌출부들의 양 끝단은 외측으로 벌어진 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 서브프레임.

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