KR102529511B1 - 연료전지차량의 부품 배치구조 - Google Patents

연료전지차량의 부품 배치구조 Download PDF

Info

Publication number
KR102529511B1
KR102529511B1 KR1020180067130A KR20180067130A KR102529511B1 KR 102529511 B1 KR102529511 B1 KR 102529511B1 KR 1020180067130 A KR1020180067130 A KR 1020180067130A KR 20180067130 A KR20180067130 A KR 20180067130A KR 102529511 B1 KR102529511 B1 KR 102529511B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
disposed
cell stack
vehicle
cooling water
Prior art date
Application number
KR1020180067130A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190140559A (ko
Inventor
이희창
이상철
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아 주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020180067130A priority Critical patent/KR102529511B1/ko
Priority to DE102018218775.4A priority patent/DE102018218775A1/de
Priority to US16/179,901 priority patent/US10525811B2/en
Publication of KR20190140559A publication Critical patent/KR20190140559A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102529511B1 publication Critical patent/KR102529511B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32Cooling devices
    • B60H1/3204Cooling devices using compression
    • B60H1/3229Cooling devices using compression characterised by constructional features, e.g. housings, mountings, conversion systems
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/04Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H3/00Other air-treating devices
    • B60H3/02Moistening ; Devices influencing humidity levels, i.e. humidity control
    • B60H3/022Moistening ; Devices influencing humidity levels, i.e. humidity control for only humidifying the air
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K15/00Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
    • B60K15/03Fuel tanks
    • B60K15/063Arrangement of tanks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/22Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or type of main drive shafting, e.g. cardan shaft
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/003Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to auxiliary motors, e.g. for pumps, compressors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • B60L50/71Arrangement of fuel cells within vehicles specially adapted for electric vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/023Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for transmission of signals between vehicle parts or subsystems
    • B60R16/0239Electronic boxes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029Heat exchange using liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126Humidifying
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858Electric variables
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K2001/003Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2306/00Other features of vehicle sub-units
    • B60Y2306/01Reducing damages in case of crash, e.g. by improving battery protection
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2306/00Other features of vehicle sub-units
    • B60Y2306/05Cooling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00Special features of vehicle units
    • B60Y2400/87Auxiliary drives
    • B60Y2400/88Air conditioners, e.g. compressor drives
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Abstract

본 발명은 연료전지차량의 부품 배치구조에 관한 것으로서, 상세하게는 차량에 탑재되는 연료전지시스템과 구동장치 및 일부 전장부품을 효율적으로 배치하여 모듈화함으로써 조립성, 정비성 등의 여러 성능을 향상하기 위한 연료전지차량의 부품 배치구조에 관한 것이다.

Description

연료전지차량의 부품 배치구조 {Parts arrangement structure of fuel cell electric vehicle}
본 발명은 연료전지차량의 부품 배치구조에 관한 것으로서, 상세하게는 차량에 탑재되는 연료전지시스템과 구동장치 및 일부 전장부품을 효율적으로 배치하여 모듈화함으로써 조립성, 정비성 등의 여러 성능을 향상하기 위한 연료전지차량의 부품 배치구조에 관한 것이다.
연료전지차량(FCEV, fuel cell electric vehicle)은 전기자동차의 일종으로 수소와 산소를 연료로 사용하여 전기를 생성하는 연료전지를 동력원으로 탑재하여 구동모터로 주행하는 자동차를 말한다.
이러한 연료전지차량에는 연료전지에 의해 생성되는 전력을 이용하여 구동모터로 차량을 구동케하는 연료전지시스템이 장착되며, 차량 운행을 위한 상기 구동모터와 연료전지시스템이 적절한 위치에 배치된다.
그런데, 상기 연료전지시스템을 구성하는 부품들 및 상기 구동모터를 차량에 탑재 시 이용가능한 차량 공간이 제한되며, 상기 연료전지시스템을 구성하는 다수의 부품들을 모두 최적 위치에 배치하는 데에 한계가 있기 때문에, 상기 부품들의 장착 위치 및 상기 부품들 간에 배치 상태에 따라 부품의 조립성, 정비성, 성능 확보 등에 문제가 발생하게 된다.
공개특허 제10-2008-0055080호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 연료전지시스템의 주요 부품과 구동모터, 감속기, 및 차량 전장부품의 일부를 모듈화하고 효율적으로 배치함으로써, 대량생산 및 타차종 적용에 유리한 조립성을 확보하고, 상대적으로 잦은 정비가 필요한 부품의 정비성을 확보하고, 장착 위치에 따라 성능이 달라지는 부품의 성능을 확보하고, 부품의 최적 배치를 통한 충격흡수공간의 증대를 도모할 수 있는 연료전지차량의 부품 배치구조를 제공하는 것에 목적이 있다.
좀더 구체적으로, 본 발명은 연료전지차량의 주요 부품들이 주로 장착되는 엔진룸에 연료전지 스택, 열관리장치(TMS), 수소공급장치(FPS), 공기가습기, 공기블로워, 구동모터, 감속기, 인버터, 전기정션박스, 공조장치용 에어컨 컴프레셔, 전장부품용 워터펌프 등의 부품을 효율적으로 최적 배치함으로써, 연료전지 스택과 구동장치의 단일 모듈화를 통해 대량생산 및 타차종 적용에 유리한 조립성을 확보하고, 냉각부품의 배치 및 구성을 최적화하여 냉각성능 확보에 유리하도록 하고, 에어컨 컴프레셔의 정비성을 향상하고, 전장부품용 워터펌프를 구동장치에 부착하여 차량의 소음진동(NVH) 성능을 향상하고, 부품의 최적 배치를 통한 충격흡수공간의 증대를 도모하고, 인버터를 구동모터의 상단에 장착하여 충돌성능 확보 및 재료비 절감 등이 가능하도록 하는 데에 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, 엔진룸내에 설치되는 시스템 프레임의 상단에 연료전지 스택과 연료전지 스택용 열관리장치와 연료전지 스택용 수소공급장치 및 전기정션박스를 장착하고, 상기 시스템 프레임의 하단에 구동장치와 연료전지 스택용 공기가습기 및 연료전지 스택용 공기블로워를 장착하여서 일체로 모듈화하고, 상기 구동장치의 전단에 전장부품용 워터펌프를 장착하고, 상기 구동장치의 일측에 에어컨 컴프레셔를 장착하여서 상기 구동장치와 에어컨 컴프레셔가 좌우로 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 부품 배치구조를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 구동장치는 상기 연료전지 스택을 전원으로 사용하는 구동모터와 상기 구동모터에 결합되어 상기 구동모터와 좌우로 배치되는 감속기로 구성될 수 있으며, 상기 구동모터의 외측에 구동모터의 제어를 위한 인버터가 설치될 수 있다. 상기 구동모터는 공기가습기의 후방에 배치되고, 상기 감속기는 구동모터의 일측에 전후방향으로 연장되도록 배치되어 드라이브 샤프트와 연결될 수 있으며, 상기 드라이브 샤프트는 상기 구동모터의 후방에 좌우방향으로 연장되도록 배치되고 상기 감속기를 통해 구동모터의 동력을 전달받도록 상기 감속기와 연결될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 전장부품용 워터펌프는 상기 감속기의 전단에 장착될 수 있고, 상기 감속기의 일측에 에어컨 컴프레셔가 장착될 수 있다. 이때, 상기 에어컨 컴프레셔는 감속기와 결합된 구동모터의 반대편에 배치되는 동시에 상기 공기블로워의 후방에 배치될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 공기가습기는, 상기 구동장치의 전방에 배치되고, 상기 공기블로워와 좌우방향으로 배치될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 시스템 프레임의 전방에 복합형 쿨링모듈이 배치될 수 있다. 상기 복합형 쿨링모듈을 구성하는 전장부품용 라디에이터(즉, 복합형 쿨링모듈에 포함되는 전장부품용 라디에이터)의 냉각수출구가 상기 전장부품용 워터펌프의 냉각수입구와 연결되고, 상기 냉각수출구가 냉각수입구보다 높게 배치될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 전기정션박스는 연료전지 스택의 상단에 배치되고, BPCU가 상기 전기정션박스와 분리되어 엔진룸내의 차체에 장착될 수 있다. 이때 상기 BPCU의 냉각수출구가 상기 전장부품용 라디에이터의 냉각수입구와 연결되고, 상기 냉각수출구가 상기 냉각수입구보다 낮게 배치될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 시스템 프레임의 좌우 양측에 차체에 결합되는 사이드 마운트멤버가 설치되고, 상기 구동장치의 후단에 상기 차체에 결합되는 리어 마운트멤버가 설치될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 연료전지 스택용 열관리장치는 연료전지 스택의 좌측 또는 우측에 배치된 상태로 시스템 프레임의 상단에 장착되고, 상기 연료전지 스택용 수소공급장치는 연료전지 스택용 열관리장치의 반대편에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지차량의 부품 배치구조에 의하면, 연료전지차량에 탑재되는 연료전지시스템의 주요 부품들과 차량 운행을 위한 구동장치 및 차량 전장부품의 일부(전장부품용 워터펌프, 에어컨 컴프레셔 등)를 효율적으로 배치하여 하나의 모듈로 모듈화하여 조립함으로써, 차량제조라인에서의 조립성이 개선되어 대량생산 및 타차종 적용이 유리해지고, 또한 에어컨 컴프레셔 등과 같이 잦은 정비가 필요한 부품의 정비성을 확보할 수 있으며, 아울러 부품들의 최적 배치를 통한 충격흡수공간의 증대를 도모할 수 있는 등의 이점이 있다.
또한, 본 발명은 전장부품용 워터펌프와 에어컨 컴프레셔 등의 냉각용 전장부품(냉각계 부품)을 연료전지시스템과 모듈화함으로써 차량 부품의 냉각을 위한 냉각회로의 길이를 단축할 수 있는 이점도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지차량의 부품 배치구조를 나타낸 정면도
도 2는 본 발명에 따른 연료전지차량의 부품 배치구조를 나타낸 후면도
도 3은 본 발명에 따른 연료전지차량의 부품 배치구조를 나타낸 우측면도
도 4는 본 발명에 따른 연료전지차량의 부품 배치구조를 나타낸 좌측면도
도 5는 본 발명에 따른 연료전지차량의 부품 배치구조를 나타낸 저면도
도 6은 본 발명의 파워트레인 연료전지 모듈이 엔진룸에 배치된 상태를 보여주는 측면도
도 7은 본 발명의 복합형 쿨링모듈이 차체에 장착된 상태를 나타낸 도면
도 8은 본 발명에 따른 BPCU의 냉각수출구와 전장부품용 라디에이터의 냉각수입구 간에 배치 상태를 나타낸 도면
도 9는 본 발명에 따른 전장부품용 라디에이터의 냉각수출구와 전장부품용 워터펌프의 냉각수입구 간에 배치 상태를 나타낸 도면
도 10은 본 발명의 완충 구조물을 나타낸 도면
연료전지차량의 연료전지시스템이라 하면 연료전지 스택을 이용하여 전력을 생성하고 상기 연료전지 스택에 의해 생성되는 전력을 이용하여 구동모터로 차량을 구동가능케 하는 것으로서, 연료전지 스택의 구동을 위해 수소공급장치(FPS), 공기공급장치(APS), 열관리장치(TMS) 등의 다양한 부품을 포함하여 구성된다.
상기 수소공급장치(FPS, Fuel Process System)는 연료전지 스택에 공급되는 수소(연료)의 공급을 관리하는 것이고, 상기 공기공급장치(APS, Air Process System)는 연료전지 스택에 공급되는 공기의 공급을 관리하는 것이고, 상기 열관리장치(TMS, Thermal Management System)는 연료전지 스택의 열 및 물을 관리하는 것이다.
이중 상기 공기공급장치(APS)는 연료전지 스택에 일정 압력으로 공기를 공급하는 공기블로워와, 상기 연료전지 스택에 공급되는 공기를 가습하는 공기가습기, 및 상기 연료전지 스택에 공급되는 공기에서 불순물을 제거하는 에어클리너 등을 포함하고, 상기 열관리장치(TMS)는 연료전지 스택의 냉각을 위한 냉각수를 연료전지 스택에 공급하는 연료전지 스택용 워터펌프 등을 포함한다.
상기와 같은 연료전지시스템의 일부 부품과 전기기계식 구동장치(e-drive, electromechanical drive) 및 차량 전장부품의 일부(냉각용 전장부품)를 차량에 탑재할 때, 종래에는 연료전지시스템을 구성하는 연료전지 스택, TMS(Thermal Management System), APS(Air Process System), 전기정션박스를 모듈 프레임에 장착하여 하나의 모듈로서 차체에 조립(3개소)하고, 상기 전기기계식 구동장치를 다른 하나의 모듈로서 차체에 장착(3개소)하는데, 상기 2개의 모듈을 각각 조립하여 차체에 장착함에 따라 조립공수가 과다해지고 상기 전기기계식 구동장치의 데킹(decking)을 위한 별도 설비가 필요하여 조립성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 열관리장치(TMS)를 연료전지 스택의 측면(구체적으로, 우측)에 배치함에 따라 차량 엔진룸의 좌우 양측에 배치되는 사이드멤버(차체의 일부분임) 사이의 폭이 제한되므로 열관리장치(TMS)를 구성하는 부품 중 연료전지 스택용 워터펌프를 상기 모듈 프레임의 하측에 별도 배치하게 되고, 그에 따라 연료전지 스택용 워터펌프의 정비가 불리한 문제점이 있다.
또한, 종래에는 상기 모듈 프레임에 장착된 에어컨 컴프레셔가 에어컨 컴프레셔의 하측에 배치된 구동모터와 공기가습기에 의해 가려짐에 따라 상기 에어컨 컴프레셔의 정비 시에 상기 공기가습기와 공기가습기의 전방에 배치된 쿨링모듈의 탈거가 필요하게 되어 상기 에어컨 컴프레셔의 정비가 불리해지는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 구동모터를 제어하는 인버터(혹은 '모터제어기'라고 함)가 구동모터와 비모듈화되어 별도 설치(에어클리너의 하단에 배치)되며, 그에 따라 구동모터와 인버터 사이의 거리에 따라 구동모터와 인버터 간에 고전압 케이블과 냉각회로(냉각호스)를 별도 연결해야 하며, 그에 따라 조립공수가 증대되어 조립성이 불리해지는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 공기가습기 후방에 I형 감속기가 적용된 전기기계식 구동장치를 장착하는데, 이때 상기 전기기계식 구동장치의 구동모터의 후방에 위치하는 스티어링 기어박스와 간섭하는 것을 회피하기 위해 상기 감속기가 비교적 전방에 위치하게 되고, 그에 따라 상기 감속기와 연결되어 구동모터의 동력을 전달받는 드라이브 샤프트의 절각이 증가하는 문제점이 있다. 상기 드라이브 샤프트는 차륜에 구동모터의 회전 동력을 전달하는 것으로서 절각이 증가하는 경우 주행 안정성이 저하되는 문제가 발생한다.
또한, 종래에는 전장부품용 워터펌프가 차량 엔진룸의 좌우 양측에 배치되는 차체 부품(구체적으로, 사이드멤버)의 외측에 장착됨에 따라 상기 전장부품용 워터펌프의 진동이 차체를 따라 차량 실내로 유입되어 차량의 소음진동(NVH) 성능이 불리해지고 연료전지 스택을 탑재한 모듈 프레임과 별도 장착됨에 따라 조립공수를 증가시키는 문제점이 있다.
이와 같이 종래에는 연료전지시스템을 구성하는 주요 부품들과 전기기계식 구동장치(e-drive) 및 차량 전장부품 중 일부 부품을 차량의 한정된 공간(예를 들어, 엔진룸)내에 탑재함에 따라 각 부품들의 장착 위치 및 부품들 간에 배치 상태에 따라 부품의 조립성, 정비성, 성능 확보 등이 불리해지는 문제점이 존재한다.
이에 본 발명에서는 연료전지차량에 탑재되는 연료전지시스템의 주요 부품들과 전기기계식 구동장치 및 차량 전장부품의 일부(전장부품용 워터펌프, 에어컨 컴프레셔 등)를 효율적으로 배치하여 하나의 모듈로 모듈화하여 구성함으로써, 대량생산 및 타차종 적용에 유리하도록 차량제조라인에서의 조립성을 확보하고, 상대적으로 잦은 정비가 필요한 부품의 정비성을 확보하고, 장착 위치에 따라 성능이 달라지는 차량 부품의 성능을 확보하고, 아울러 부품의 최적 배치를 통한 충격흡수공간의 증대를 도모할 수 있도록 한다.
구체적으로, 본 발명에서는 차량 운행을 위한 구동장치(e-drive)와 상기 구동장치에 작동을 위한 전원을 제공하는 연료전지시스템을 1 모듈로 모듈화하여 구성함으로써 대량생산이 용이하도록 제조라인에서의 조립성을 확보하고, 전장부품용 워터펌프를 상기 연료전지시스템 및 구동장치와 모듈화하여 조립함으로써 차량의 소음진동(NVH) 성능 및 차량제조라인에서의 조립공수를 절감하고, 에어컨 컴프레셔를 상기 구동장치를 구성하는 감속기의 좌우 일측에 배치하여 상기 에어컨 컴프레셔의 정비성을 확보하고, 열관리장치(TMS)뿐 아니라 상기 열관리장치(TMS)를 구성하는 부품 중 하나인 연료전지 스택용 워터펌프를 연료전지 스택의 좌우 일측(좌측 또는 우측)에 배치하여 연료전지 스택용 워터펌프의 정비성을 확보하고 차량 전방에 배치되는 전장부품용 라디에이터 등과 연결이 용이하도록 하며, 상기 구동장치를 구성하는 구동모터의 상단에 인버터를 장착함으로써 차량제조라인에서의 조립공수를 절감하고 상기 인버터와 전기정션박스 사이에 연결되는 고전압 케이블 및 냉각회로(냉각수호스)를 삭제하여 상기 케이블 및 냉각회로의 조립공수 및 재료비를 절감하고, 상기 감속기와 감속기 후방에 배치되는 부품(스티어링 기어박스) 간에 간섭을 회피할 수 있도록 L형 구조의 감속기를 사용하고 상기 감속기를 드라이브 샤프트의 절각을 개선할 수 있는 위치에 배치할 수 있도록 하며, 전장부품용 라디에이터와 콘덴서를 좌우로 병렬 배치하여 연료전지 스택용 라디에이터의 배치공간을 증대하고 연료전지 스택용 라디에이터의 사이즈를 증대한 병렬 복합식 쿨링모듈을 적용하여 차량 전장부품과 연료전지 스택에 대한 냉각성능을 개선할 수 있도록 한다.
이를 위하여, 본 발명에서는 연료전지시스템의 주요 부품들과 전기기계식 구동장치(e-drive) 및 냉각용 전장부품 중 일부 부품을 차량에 탑재하여 배치할 때, 각 부품들을 효율적으로 배치하여 차량의 한정된 공간(엔진룸)내에 탑재가능한 단일 모듈로서 패키지화하여 구성할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에서는 전장부품용 워터펌프와 에어컨 컴프레셔 등의 냉각용 전장부품을 연료전지시스템과 모듈화하여 일체로 구성함으로써 연료전지 스택 및 전장부품 등의 냉각을 위한 냉각수가 흐르는 차량의 냉각회로를 축소할 수 있는 이점이 있다.
이하, 도 1 내지 10을 참조하여 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 여기서, 전후좌우상하의 방향은 차량의 전후좌우상하 방향을 기준으로 함을 밝혀둔다.
연료전지차량에는 연료전지 스택을 이용하여 전력을 생성하는 연료전지시스템의 주요 부품과 주행 구동력을 발생하는 전기기계식 구동장치(28) 등과 같이 차량 운행을 위한 주요 부품들의 설치를 위한 공간이 마련되며, 상기 공간을 엔진룸(1)이라고 한다(도 6 참조).
상기 엔진룸(1)은 엔진룸(1)의 상단에 배치되는 차체 패널(구체적으로, 후드라고 함)과, 엔진룸(1)의 하단에 배치되는 차체 패널(구체적으로, 언더커버라고 함)과, 엔진룸(1)의 후단에 배치되는 차체 패널(구체적으로, 대쉬보드라고 함)과, 엔진룸(1)의 전단과 좌우 양측에 배치되는 차체 패널로 둘러싸인 한정된 공간이다.
도 1 내지 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 상기 엔진룸(1)에 배치되는 부품들 중 연료전지 스택(22), 연료전지 스택용 수소공급장치(FPS)(23), 연료전지 스택용 열관리장치(TMS)(24), 전기정션박스(27), 연료전지 스택용 공기가습기(25), 연료전지 스택용 공기블로워(26), 전기기계식 구동장치(e-drive)(28), 인버터(283), 전장부품용 워터펌프(30), 공조장치용 에어컨 컴프레셔(31) 등이 시스템 프레임(21)에 장착되어 단일 모듈로 구성되며, 이때 상기 단일 모듈은 연료전지차량의 동력공급장치로서 PFC(Powertrain Fuel Cell) 모듈(2) 혹은 파워트레인 연료전지 모듈(2)이라고 한다.
상기 시스템 프레임(21)은 상기 PFC 모듈(2)을 구성하는 부품들을 탑재한 상태로 엔진룸(1)내의 차체에 고정되며, 이를 위해 상기 시스템 프레임(21)의 좌우 양측에 차체에 결합되는 사이드 마운트멤버(213)가 설치된다. 그리고, 상기 시스템 프레임(21)에 탑재되는 부품 중 상기 구동장치(28)가 차체에 고정되며, 이를 위해 상기 구동장치(28)의 후단에 차체에 결합되는 리어 마운트멤버(214)가 설치된다. 이에 따라 상기 PFC 모듈(2)은 상기 사이드 마운트멤버(213)와 리어 마운트멤버(214)에 의해 차체에 고정되며, PFC 모듈(2)의 3개소가 차체에 고정되도록 지지된다. 이때 상기 사이드 마운트멤버(213)는 차체를 구성하는 사이드멤버에 설치되고, 상기 리어 마운트멤버(214)는 차체를 구성하는 프론트 서브프레임에 설치된다. 상기 프론트 서브프레임은 엔진룸(1)내에서 PFC 모듈(2)의 후방에 배치되어 있다.
상기 시스템 프레임(21)은 차량 좌우방향으로 연장되도록 형성되는 횡프레임(211)과 상기 횡프레임(211)의 좌우 양단에 상방으로 연장되는 종프레임(212)으로 구성될 수 있으며, 상기 종프레임(212)의 상하길이를 최소화하여 시스템 프레임(21) 및 열관리장치(TMS)(24)의 후방에 배치되는 전자식 브레이크 부스터와 일정 간격(예를 들어, 200mm) 이상을 확보하는 것이 차량의 충돌성능 확보에 유리하다. 이때, 상기 전자식 브레이크 부스터와 마주하게 되는 상기 열관리장치(TMS)(24)의 CBV 밸브에 파단 구조를 적용하는 것이 바람직하다.
상기 시스템 프레임(21)의 상단에는 연료전지 스택(22)과 연료전지 스택용 수소공급장치(23) 및 연료전지 스택용 열관리장치(24)와 같은 연료전지시스템의 부품들과 연료전지 스택(22)의 상단에 배치되는 고전압 전기정션박스(27)가 설치된다. 그리고, 상기 시스템 프레임(21)의 하단에는 연료전지 스택용 공기가습기(25) 및 연료전지 스택용 공기블로워(26)와 같은 연료전지시스템의 부품들과, 전장부품용 워터펌프(30) 및 에어컨 컴프레셔(31)와 같은 차량 냉각용 전장부품, 연료전지 스택(22)의 전력을 사용하여 주행 구동력을 발생하는 구동장치(28)가 설치된다.
상기 열관리장치(24)는 연료전지 스택(22)의 열 및 물 관리를 수행하는 장치로서 COD 히터와 CBV 밸브, 냉각수온 컨트롤 밸브, 및 연료전지 스택용 워터펌프(241) 등을 포함하여 구성된다. 상기 연료전지 스택용 워터펌프(241)는 시스템 프레임(21)의 상단에 배치됨으로써 열관리장치(24)의 다른 구성 요소들과 최대한 근접하게 위치되고 그로 인해 냉각수가 흐르는 수두차가 감소하게 됨으로써 유동 저항을 최소화하여 연료전지 스택의 냉각수를 효율적으로 열관리장치(24)에 공급할 수 있게 되며, 또한 종래 대비 연료전지 스택용 워터펌프(241)의 정비가 유리해진다.
상기 구동장치(28)는 연료전지 스택(22)의 발전 전기를 이용하여 주행 동력을 발생하는 구동모터(281)와 이 구동모터(281)의 좌우 일측(예를 들어, 우측)에 결합되는 감속기(282)로 구성되며, 상기 구동모터(281)의 외측에 구동모터(281)의 제어를 위한 인버터(혹은 '모터제어기'라고 함)가 설치된다. 이때 상기 인버터(283)는 구동모터(281)의 상단에 배치되는 것이 바람직하며, 이 경우 시스템 프레임(21)과 구동모터(281) 사이에 위치할 수 있다.
상기 인버터(283)를 구동모터(281)의 외측에 설치하는 경우, 인버터(283)와 구동모터(281) 사이를 연결하는 고전압 케이블을 삭제하고 3상 버스바 등의 단일 부품으로 연결할 수 있으며, 또한 상기 인버터(283)의 냉각을 위한 냉각호스를 삭제하고 구동모터(281)의 냉각회로를 인버터(283)와 공유하여 사용할 수 있다. 아울러, 상기 인버터(283)에 구비되어 전기정션박스(27)와 연결되는 고전압 커넥터의 배치 방향은 차체 멤버(사이드멤버)와의 롤링갭을 확보할 수 있도록 설정하는 것이 바람직하다.
상기 구동모터(281)는 공기가습기(25)의 후방에서 차량 좌우방향으로 연장되도록 시스템 프레임(21)의 하단에 장착되어 배치되고, 상기 감속기(282)는 동력전달가능하게 구동모터(281)와 연결된 상태로 시스템 프레임(21)의 하단에 배치된다. 이때, 상기 감속기(282)는 L형 구조로 형성된 L형 감속기가 적용될 수 있으며, 예를 들어 상기 감속기(282)는 구동모터(281)의 우측에서 차량 전후방향으로 연장되고 상기 구동모터(281)의 후방에서 차량 좌우방향으로 연장되는 L형 구조로 형성될 수 있다.
상기 감속기(282)는 L형 구조로 형성됨으로써 전후방향의 길이(사이즈)가 축소될 수 있으며, 그에 따라 PFC 모듈(2)의 후방에 배치되는 스티어링 기어박스와의 간섭을 고려할 필요없이 가능한 범위내에서 비교적 후방에 배치될 수 있으며, 그에 따라 감속기(282)와 결합되는 드라이브 샤프트(29)의 절각을 감소시켜 개선할 수 있다.
또한, 상기 감속기(282)는 L형 구조로 형성됨으로써 구동모터(281)의 측방에 배치되는 감속기 부분의 좌우 폭이 축소되며, 그에 따라 시스템 프레임(21)의 하단에 에어컨 컴프레셔(31)를 설치할 수 있는 공간이 마련된다.
상기 에어컨 컴프레셔(31)는 차량용 에어쿨링장치(차량용 공조시스템의 에어컨)의 냉매를 압축하는 것으로서, 감속기(282)의 좌우 일측에 설치되어 상기 감속기(282)와 결합된 구동모터(281)의 반대편에 배치되며, 그에 따라 엔진룸(1)의 언더커버를 개방 시 상기 에어컨 컴프레셔(31)가 바로 보이게 됨으로써 에어컨 컴프레셔(31)의 정비가 유리해진다.
상기 드라이브 샤프트(29)는 구동모터(281) 및 에어컨 컴프레셔(31)의 후방에 차량 좌우방향으로 연장되도록 배치된다. 이때 상기 드라이브 샤프트(29)는 등장형 드라이브 샤프트가 적용될 수 있다. 상기 등장형 드라이브 샤프트는 좌측 드라이브 샤프트와 우측 드라이브 샤프트 및 상기 좌측 드라이브 샤프트와 우측 드라이브 샤프트 사이에 동력전달가능하게 연결되는 중간 샤프트 등으로 구성될 수 있다.
상기 감속기(282)는 구동모터(281)의 회전 동력을 드라이브 샤프트(29)에 전달가능하게 드라이브 샤프트(29)와 연결되며, 상기 드라이브 샤프트(29)는 차륜에 동력전달가능하게 연결된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 에어컨 컴프레셔(31)는 감속기(282)와 결합된 구동모터(281)의 반대편에 배치되도록 상기 감속기(282)의 좌우 일측에 배치되는 동시에, 공기블로워(26)의 후방에서 공기블로워(26)와 드라이브 샤프트(29) 사이에 배치된다.
상기 공기블로워(26)는 구동장치(28)의 전방에서 공기가습기(25)와 좌우로 나란하게 배치될 수 있다. 상기 공기가습기(25)는 연료전지 스택(22)으로 공급되는 공기를 가습하는 장치이기 때문에 상기 공기블로워(26)와 근접하게 배치되는 것이 바람직하며, 또한 공기가습기(25)와 공기블로워(26) 간에 공기유동을 위한 공기호스(261)의 배치를 위해 공기가습기(25)와 공기블로워(26)는 일렬로(좌우방향으로) 나란하게 배열되는 것이 바람직하다. 상기 공기호스(261)는 공기가습기(25)와 공기블로워(26) 사이에 설치될 때 좌우방향으로 연장되도록 배치될 수 있다.
그리고, 상기 공기가습기(25)의 좌우 일측에는 전장부품용 워터펌프(30)가 배치되며, 이때 상기 전장부품용 워터펌프(30)는 구동모터(281)와 에어컨 컴프레셔(31) 사이에 배치된 감속기(282)의 전단에 장착된다. 예를 들어, 상기 전장부품용 워터펌프(30)는 공기가습기(25)의 우측에서 감속기(282)의 전방에 배치될 수 있다.
또한, 상기 공기가습기(25)는 차량 좌우방향으로 길게 연장되도록 배치되고, 공기블로워(26)는 차량 전후방향으로 길게 연장되도록 배치되며, 상기 전장부품용 워터펌프(30)는 상대적으로 시스템 프레임(21)의 중앙에서 좌우 일측(예를 들어, 우측)으로 치우치도록 배치된다. 이때 상기 전장부품용 워터펌프(30)는 연료전지 스택용 워터펌프(241)의 위치를 고려하여 배치될 수 있다. 예를 들어 상기 연료전지 스택용 워터펌프(241)가 연료전지 스택(22)의 우측에 배치되는 경우, 상기 전장부품용 워터펌프(30)는 시스템 프레임(21)의 중앙을 기준으로 우측에 배치되는 것이 바람직하다(도 1 참조). 즉, 상기 전장부품용 워터펌프(30)는 시스템 프레임(21)을 사이에 두고 연료전지 스택용 워터펌프(241)의 하방에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 전장부품용 워터펌프(30)는 차량 전장부품의 냉각을 위한 냉각회로에 냉각수를 일정 압력으로 공급하는 것으로서, 파워트레인 연료전지 모듈(2)을 구성하는 감속기(282)의 전단에 설치되어 상기 연료전지 스택(22)과 모듈화됨으로써, 차량제조라인에서 조립공수를 절감할 수 있으며, 또한 전장부품용 워터펌프(30)의 구동에 따른 진동이 차체를 따라 실내로 유입되는 것을 저감할 수 있고, 그에 따라 차량의 소음진동 성능을 향상할 수 있다.
또한, 상기 전장부품용 워터펌프(30) 및 공기가습기(25)와 공기블로워(26)의 전방에 복합형 쿨링모듈(32)이 배치될 수 있다. 즉, 파워트레인 연료전지 모듈(2)의 전방에 복합형 쿨링모듈(32)이 배치될 수 있다. 이때, 상기 복합형 쿨링모듈(32)을 구성하는 전장부품용 라디에이터(321)의 냉각수출구(321b)가 상기 전장부품용 워터펌프(30)의 냉각수입구(301)보다 일정 간격(예를 들어, 약 50mm)을 두고 상방으로 높게 배치되는 것이 바람직하다(도 8 참조). 상기 냉각수출구(321b)와 냉각수입구(301) 사이에는 냉각수출구(321b)에서 냉각수입구(301)측으로 흐르는 냉각수 유동을 위한 호스(302)가 연결되어 있다. 즉, 차량 상하방향을 기준으로, 상기 전장부품용 워터펌프(30)의 냉각수입구(301)가 전장부품용 라디에이터(321)의 냉각수출구(321b)보다 낮게 배치될 수 있다. 그에 따라 상기 전장부품용 라디에이터(321)에서 전장부품용 워터펌프(30)측으로 흐르는 냉각수의 유동 및 순환 성능이 향상되고, 결과적으로 차량 전장부품에 대한 냉각성능이 개선될 수 있다.
상기 복합형 쿨링모듈(32)은, PFC 모듈(2)의 전방에서 좌우방향으로 병렬 배치되거나 또는 상하방향으로 병렬 배치되는 전장부품용 라디에이터(321)와 콘덴서(322)로 이루어진 전장부품용 쿨링모듈과, 상기 전장부품용 쿨링모듈의 후방에 병렬 배치되는 연료전지 스택용 라디에이터(323)를 포함하여 구성될 수 있다(도 6 및 도 7 참조). 즉, 상기 복합형 쿨링모듈(32)은 전장부품용 라디에이터(321)와 콘덴서(322) 및 연료전지 스택용 라디에이터(323)를 일체로 모듈화하여 구성한 것이다. 여기서, 상기 콘덴서(322)는 전장부품용 라디에이터(321)와 연료전지 스택용 라디에이터(323)에 공급되는 냉각수를 압축하는 역할을 할 수 있다.
상기 연료전지 스택용 라디에이터(323)는 상기 전장부품용 쿨링모듈의 후단에 병렬 배치됨으로써 사이즈 증대가 가능하며, 그에 따라 연료전지 스택(22)에 대한 냉각성능을 향상할 수 있게 되고, 그에 따라 차량의 최고 주행 속도를 높일 수 있게 된다.
상기 복합형 쿨링모듈(32)은 엔진룸(1)내에서 차체에 결합되어 고정되며, 상기 연료전지 스택용 라디에이터(323)는 PFC 모듈(2) 및 시스템 프레임(21)의 전방(구체적으로, 연료전지 스택과 공기가습기 및 공기블로워의 전방)에 배치된다. 이때, 상기 PFC 모듈(2)의 연료전지 스택(22)과 복합형 쿨링모듈(32) 사이에 전후방향으로 일정 간격(예를 들어, 29mm)의 갭이 존재하도록 복합형 쿨링모듈(32)이 PFC 모듈(2)의 전방에 배치되며, 그에 따라 차량의 앞범퍼 최전단부터 전륜 중심까지의 수평 거리(F.O.H. : Front Over Hang)를 최적화할 수 있다.
아울러, 상기 복합형 쿨링모듈(32)은 차체를 구성하는 차체 멤버 중 최전방에 배치되는 프론트엔드모듈(FEM)에 장착될 수 있으며(도 7 참조), 사이드 마운팅 방식을 적용하여 상기 프론트엔드모듈(FEM)에 결합됨으로써 상기 프론트엔드모듈(FEM)의 어퍼멤버(FEM1)와 로워멤버(FEM2)의 단면을 최소화하여 상기 어퍼멤버(FEM1)와 차체 후드 사이의 적정 갭을 확보할 수 있다.
그리고, 본 발명에서는 상기 복합형 쿨링모듈(32)을 이용한 대기 개방식의 전장부품 냉각 시스템을 적용하는 동시에, 연료전지 스택용 워터펌프(241) 및 전장부품용 워터펌프(30) 등과 같이 차량의 냉각회로에 흐르는 냉각수의 유동을 제어하는 부품들을 제어할 수 있는 BPCU(Blower Pump Control Unit)(33)를 연료전지 스택(22)의 상단에 배치되는 고전압 전기정션박스(27)에서 분리하여 차체에 별도 설치할 수 있다(도 9 참조). 상기 BPCU(33)는 엔진룸(1)내의 차체상에 설치될 수 있으며, 예를 들어 차체의 좌측(혹은 우측) 부위에 마운팅되는 PFC 모듈(2)의 마운팅 부위(사이드 마운팅멤버) 상단에 별도의 트레이(336)를 배치하고 상기 트레이(336)에 BPCU(33)를 장착할 수 있다.
그리고 도 9에 도시된 바와 같이, 차량 상하방향을 기준으로, 상기 BPCU(33)의 냉각을 위해 BPCU(33)에 흐르는 냉각수의 배출을 위한 냉각수출구(332)가 전장부품용 라디에이터(321)의 냉각수 유입을 위한 냉각수입구(321a)보다 설정된 높이만큼 낮게 배치되는 것이 바람직하다. 차량 전장부품들의 냉각을 위한 냉각수는 전장부품용 워터펌프(30)를 통해 전장부품들 사이의 냉각회로를 강제 순환하게 되며, 이때 냉각이 필요한 전장부품의 냉각수 입구 및 출구의 위치가 전장부품용 라디에이터(321)의 냉각수입구(321a)보다 높게 되면 상기 냉각회로에 공기가 차게 되어 상기 냉각회로의 진공 설정 및 냉각수 주입이 불량하게 된다. 따라서, 상기 BPCU(33)를 전기정션박스(27)에서 분리하여 별도 배치하고 상기 BPCU(33)의 냉각수출구(332)를 전장부품용 라디에이터(321)의 냉각수입구(321a)보다 설정된 높이만큼 낮게 배치함으로써 전장부품들 사이에 형성되는 냉각회로의 진공 설정 및 냉각수 주입이 유리해진다. 이때 BPCU(33)의 냉각수입구(331) 또한 전장부품용 라디에이터(321)의 냉각수입구(321a)보다 설정된 높이만큼 낮게 배치하는 것이 바람직하다.
차량 전장부품의 냉각을 위한 냉각회로에 흐르는 냉각수는 복합형 쿨링모듈(32)에서 대기에 의해 냉각된다. 그리고, 상기 냉각수는 복합형 쿨링모듈(32) -> 전장부품용 워터펌프(30) -> 공기블로워(26) -> 구동모터(281) -> 공기가습기(25) -> BPCU(33) -> 복합형 쿨링모듈(32)의 경로를 따라 순환할 수 있다. 이때 BPCU(33)의 냉각수출구(332)와 전장부품용 라디에이터(321)의 냉각수입구(321a)는 상기 냉각수출구(332)에서 상기 냉각수입구(321a)측으로 냉각수가 흐르도록 호스(334)가 연결될 수 있다.
상기 BPCU(33)가 분리된 전기정션박스(27)는 기존 대비 상하 높이 및 전후의 길이가 축소되며, 그에 따라 상기 전기정션박스(27)는 연료전지 스택(22)의 상단에서 상대적으로 전방에 배치될 수 있다.
다시 말해, 상기 전기정션박스(27)는 연료전지 스택(22)의 상단 전방에 배치되며, 그에 따라 전기정션박스(27)와 차체 후드 간에 기준치 이상의 갭이 확보되고, 상기 전기정션박스(27)의 후단에 구비된 고전압 커넥터와 엔진룸 후단 상측의 차체 패널(구체적으로, 대쉬패널 상측의 카울패널) 간에 간섭 및 충돌을 방지할 수 있는 상하방향의 갭이 증대되며, 그에 따라 전기정션박스(27)의 고전압 전기 안전성을 확보할 수 있게 된다. 상기 전기정션박스(27)는 연료전지 스택(22)에서 생성한 전력을 구동모터(281) 및 차량 전장부품 등에 공급가능하게 분배 및 제공하는 역할을 하는 전기배선장치이다.
한편, 연료전지 스택용 공기블로워(26)의 경우 시스템 프레임(21)의 하단에 설치될 때, 전기 출입을 위한 공기블로워(26)의 커넥터가 PFC 모듈(2)의 외측을 향하도록 배치되며, 이 경우 상기 커넥터의 배선이 용이해진다.
상기와 같은 부품들의 배치를 통해 엔진룸(1)의 전방에 여유 공간이 확보되어 상기 여유 공간에 차량 충돌 시에 충격을 완화할 수 있는 완충 구조물(34)을 설치할 수 있게 된다. 연료전지 스택(22)이 차량 전방의 엔진룸(1)에 탑재되는 경우 연료전지 스택(22)의 보호를 위해 상기 완충 구조물(34)을 설치하는 것이 차량 충돌성능을 확보하는 데에 바람직하다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 완충 구조물(34)은 엔진룸(1)의 전방에 횡방향으로(좌우로) 연장되는 횡멤버(342)와 엔진룸(1)의 좌우 양측에 종방향으로(전후로) 각각 연장되는 종멤버(341)로 구성될 수 있으며, 엔진룸 전방 및 좌우 양측에 배치되는 차체의 멤버에 조립되어 엔진룸(1) 전방 및 측방에 배치될 수 있다.
아울러, 연료전지 스택용 열관리장치(24)는 연료전지 스택(22)의 좌측 또는 우측에 배치된 상태로 시스템 프레임(21)의 상단에 장착되고, 연료전지 스택용 수소공급장치(23)는 상기 열관리장치(24)의 반대편에 배치된다. 구체적으로 나타내지는 않았으나, 상기 수소공급장치(23)는 연료전지 스택(22)에 수소를 공급하기 위한 연료호스 등을 포함하여 구성될 수 있다.
도 1 및 도 2에 보듯이, 상기 수소공급장치(23)는 연료전지 스택(22)을 매개로 시스템 프레임(21)의 상단에 설치된다. 예를 들어, 상기 수소공급장치(23)는 연료전지 스택(22)의 좌측 상단에 배치된 상태로 설치될 수 있다. 이때 상기 연료전지 스택(22)의 좌측 상단에는 수소공급장치(23)의 연결 및 부착을 위한 공간이 마련된다.
앞서 설명한 전기정션박스(27) 또한 연료전지 스택(22)을 매개로 시스템 프레임(21)의 상단에 설치된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 엔진룸 2 : 파워트레인 연료전지 모듈(PFC 모듈)
21 : 시스템 프레임 211 : 횡프레임
212 : 종프레임 213 : 사이드 마운트멤버
214 : 리어 마운트멤버 22 : 연료전지 스택
23 : 수소공급장치 24 : 열관리장치
241 : 연료전지 스택용 워터펌프
25 : 공기가습기 26 : 공기블로워
261 : 공기호스 27 : 전기정션박스
28 : 구동장치 281 : 구동모터
282 : 감속기 283 : 인버터
29 : 드라이브 샤프트 30 : 전장부품용 워터펌프
301 : 전장부품용 워터펌프의 냉각수입구
31 : 에어컨 컴프레셔 32 : 복합형 쿨링모듈
321 : 전장부품용 라디에이터
321a : 전장부품용 라디에이터의 냉각수입구
321b : 전장부품용 라디에이터의 냉각수출구
322 : 콘덴서 323 : 연료전지 스택용 라디에이터
33 : BPCU 331 : BPCU의 냉각수입구
332 : BPCU의 냉각수출구 34 : 완충 구조물
341 : 종멤버 342 : 횡멤버

Claims (11)

  1. 엔진룸내에 설치되는 시스템 프레임의 상단에 연료전지 스택과 연료전지 스택용 열관리장치와 연료전지 스택용 수소공급장치 및 전기정션박스를 장착하고, 상기 시스템 프레임의 하단에 구동장치와 연료전지 스택용 공기가습기 및 연료전지 스택용 공기블로워를 장착하여서 모듈화하고,
    상기 구동장치의 전단에 전장부품용 워터펌프를 장착하고, 상기 구동장치의 일측에 에어컨 컴프레셔를 장착하여서 상기 구동장치와 에어컨 컴프레셔가 좌우로 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 부품 배치구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동장치는 상기 연료전지 스택을 전원으로 사용하는 구동모터와 상기 구동모터에 결합되어 상기 구동모터와 좌우로 배치되는 감속기로 구성되며, 상기 구동모터의 외측에 구동모터의 제어를 위한 인버터가 설치된 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 부품 배치구조.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 구동모터는 공기가습기의 후방에 배치되고, 상기 감속기는 구동모터의 일측에 배치되어 드라이브 샤프트와 연결되며, 상기 드라이브 샤프트는 상기 구동모터의 후방에 좌우방향으로 연장되도록 배치되고 상기 감속기를 통해 구동모터의 동력을 전달받도록 상기 감속기와 연결된 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 부품 배치구조.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 전장부품용 워터펌프는 상기 감속기의 전단에 장착된 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 부품 배치구조.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 감속기의 일측에 에어컨 컴프레셔가 장착되고, 상기 에어컨 컴프레셔는 감속기와 결합된 구동모터의 반대편에 배치되는 동시에 상기 공기블로워의 후방에 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 부품 배치구조.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기가습기는, 상기 구동장치의 전방에 배치되고, 상기 공기블로워와 좌우방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 부품 배치구조.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 시스템 프레임의 전방에 복합형 쿨링모듈이 배치되고, 상기 복합형 쿨링모듈을 구성하는 전장부품용 라디에이터의 냉각수출구가 상기 전장부품용 워터펌프의 냉각수입구와 연결되고, 상기 냉각수출구가 냉각수입구보다 높게 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 부품 배치구조.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 전기정션박스는 연료전지 스택의 상단에 배치되고, BPCU가 상기 전기정션박스와 분리되어 엔진룸내의 차체에 장착되는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 부품 배치구조.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 BPCU의 냉각수출구가 상기 전장부품용 라디에이터의 냉각수입구와 연결되고, 상기 냉각수출구가 상기 냉각수입구보다 낮게 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 부품 배치구조.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 시스템 프레임의 좌우 양측에 차체에 결합되는 사이드 마운트멤버가 설치되고, 상기 구동장치의 후단에 상기 차체에 결합되는 리어 마운트멤버가 설치된 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 부품 배치구조.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료전지 스택용 열관리장치는 연료전지 스택의 좌측 또는 우측에 배치된 상태로 시스템 프레임의 상단에 장착되고, 상기 연료전지 스택용 수소공급장치는 연료전지 스택용 열관리장치의 반대편에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 부품 배치구조.
KR1020180067130A 2018-06-12 2018-06-12 연료전지차량의 부품 배치구조 KR102529511B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180067130A KR102529511B1 (ko) 2018-06-12 2018-06-12 연료전지차량의 부품 배치구조
DE102018218775.4A DE102018218775A1 (de) 2018-06-12 2018-11-02 Teileanordnungsstruktur eines Brennstoffzellenelektrofahrzeugs
US16/179,901 US10525811B2 (en) 2018-06-12 2018-11-03 Parts arrangement structure of fuel cell electric vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180067130A KR102529511B1 (ko) 2018-06-12 2018-06-12 연료전지차량의 부품 배치구조

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190140559A KR20190140559A (ko) 2019-12-20
KR102529511B1 true KR102529511B1 (ko) 2023-05-04

Family

ID=68652135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180067130A KR102529511B1 (ko) 2018-06-12 2018-06-12 연료전지차량의 부품 배치구조

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10525811B2 (ko)
KR (1) KR102529511B1 (ko)
DE (1) DE102018218775A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7056536B2 (ja) * 2018-12-06 2022-04-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両
US10843578B2 (en) * 2019-03-22 2020-11-24 Caterpillar Inc. Configuration for battery powered electric drive load haul dump
US11155148B2 (en) * 2019-04-05 2021-10-26 Ford Global Technologies, Llc Integrated mounting systems for mounting electric drive components within electrified vehicles
JP7259816B2 (ja) * 2020-09-07 2023-04-18 トヨタ自動車株式会社 車両
CN112297887A (zh) * 2020-10-29 2021-02-02 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种适用于氢燃料电池的物流车底盘平台及物流车
JP7269271B2 (ja) 2021-03-11 2023-05-08 本田技研工業株式会社 燃料電池駆動システムのマウント構造
US11884327B2 (en) * 2021-05-11 2024-01-30 Ford Global Technologies, Llc Vibration dampening vehicle subframe

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150027796A1 (en) 2012-02-07 2015-01-29 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell vehicle
US20150244006A1 (en) 2014-02-24 2015-08-27 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell vehicle
US20170101031A1 (en) 2015-10-13 2017-04-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell vehicle
US20170179504A1 (en) 2015-12-21 2017-06-22 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system
US20170244122A1 (en) 2016-02-23 2017-08-24 Honda Motor Co., Ltd. Low-temperature startup method for fuel cell system
JP2017168241A (ja) 2016-03-15 2017-09-21 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両および燃料電池車両に対する動力モジュールの搭載方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004122972A (ja) * 2002-10-03 2004-04-22 Toyota Motor Corp 自動車
JP4517708B2 (ja) * 2004-04-16 2010-08-04 日産自動車株式会社 燃料電池システムの車両搭載構造
US20060280977A1 (en) * 2005-06-09 2006-12-14 Denso Corporation Fuel cell system
KR100857345B1 (ko) 2006-12-14 2008-09-05 현대자동차주식회사 연료전지차량의 부품 배치구조
KR20080056335A (ko) * 2006-12-18 2008-06-23 현대자동차주식회사 연료전지차량의 엔진룸 프레임구조
KR20090050117A (ko) * 2007-11-15 2009-05-20 현대자동차주식회사 연료전지 차량 구조
KR100911568B1 (ko) * 2007-12-13 2009-08-10 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 엔진룸내 구성품 모듈
JP5788851B2 (ja) * 2012-10-19 2015-10-07 本田技研工業株式会社 車両搭載型燃料電池パワープラント
JP6325033B2 (ja) * 2016-07-28 2018-05-16 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの制御方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150027796A1 (en) 2012-02-07 2015-01-29 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell vehicle
US20150244006A1 (en) 2014-02-24 2015-08-27 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell vehicle
US20170101031A1 (en) 2015-10-13 2017-04-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell vehicle
US20170179504A1 (en) 2015-12-21 2017-06-22 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system
US20170244122A1 (en) 2016-02-23 2017-08-24 Honda Motor Co., Ltd. Low-temperature startup method for fuel cell system
JP2017168241A (ja) 2016-03-15 2017-09-21 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両および燃料電池車両に対する動力モジュールの搭載方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10525811B2 (en) 2020-01-07
US20190375282A1 (en) 2019-12-12
DE102018218775A1 (de) 2019-12-12
KR20190140559A (ko) 2019-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102529511B1 (ko) 연료전지차량의 부품 배치구조
US8261861B2 (en) Cooling apparatus for a hybrid vehicle
JP6341221B2 (ja) 燃料電池車両および燃料電池車両に対する動力モジュールの搭載方法
US11001122B2 (en) Vehicle power unit temperature regulation system
EP2494647B1 (en) Cooling system for electric apparatus
US11040612B2 (en) Undermount drive system and cooling arrangement for a vehicle
JP2005306104A (ja) 燃料電池自動車
US11919570B2 (en) Lower structure of electric vehicle
JPH06197417A (ja) 電気自動車
CN206494000U (zh) 一种纯电动压缩式垃圾车的底盘布置结构
US20220363119A1 (en) Installation structure of electrical component module in vehicle
CN110893758A (zh) 车辆
KR102417561B1 (ko) 플러그인 하이브리드 전기차의 냉각수호스를 모듈화한 프론트 엔드 모듈
JP2019147423A (ja) 電気駆動車両構造
CN114728622A (zh) 车辆的驱动单元
US11407285B2 (en) Vehicle cooling mechanism
WO2022224947A1 (ja) 冷却装置
US8857543B2 (en) Motor vehicle
CN110884391A (zh) 电池热管理总成和方法
CN116552643A (zh) 电动载货车底盘和电动载货车
KR20230005526A (ko) 차량용 프런트 엔드 모듈
JP6413856B2 (ja) 電気自動車
JPH071973A (ja) 電気自動車のバッテリ調温装置
KR100820422B1 (ko) 하이브리드 전기 차량의 통합형 배터리 모듈
JP5962163B2 (ja) 車両用バッテリユニットの空調構造

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant