KR20030051172A - 전기식 자동차 - Google Patents

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KR20030051172A
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이시까와데쯔히로
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

연료전지를 탑재한 전기식 자동차에 있어서, 만일 전기식 자동차가 사고를 일으킨 경우에 있어서의, 연료전지에 축적된 전기에너지에 의한 감전 등을 방지하는 기술이 필요하며, 이 기술을 얻는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 연료전지 (40) 는, 저항체로 구성된 전지수용케이스 (30) 에 수용되며, 연료전지 (40) 의 엔드플레이트 (50, 52:정(正)극 또는 부(負)극) 각각의 단부 (50a, 52a) 와, 대향하는 형태로, 접촉부 (36, 38) 가 전지수용케이스 (30) 에 형성되어 있다. 사고시에 이상한 외력이 자동차에 가해지면, 연료전지 (40) 또는 전지수용케이스 (30) 의 어느 것이 이동하여, 단부 (50a) 와 접촉부 (36), 및 단부 (52a) 와 접촉부 (38) 가 접촉하는 것에 의해, 연료전지 (40) 의 정극과 부극이 단락되어, 연료전지 (40) 에 축적된 전기에너지가 소비된다.

Description

전기식 자동차{ELECTRIC TYPE AUTOMOBILE}
본 발명은, 전지에 축적된 전기에너지를 동력원으로 하는 전기식 자동차에 관한 것이다. 특히 본 발명은, 해당 자동차의 안전면의 향상을 도모하는 기술에 관한 것이다.
연료전지 등의 전지를 구동원으로 하는 전기식 자동차에 있어서, 뜻하지 않는 사고에 대한 안전대책으로서는, 예컨대 일본 공개특허공보2001-119815호에 있어서, 만일의 사고시에, 연료전지로의 수소의 공급을 차단하는 시스템이 기재되어 있다. 또한, 일본 공개특허공보 평8-192639호에 있어서, 사고시의 충돌에너지를 흡수하는 흡수부재나, 전지케이스의 구조가 기재되어 있다.
연료전지를 탑재한 전기식 자동차에서는, 만일 전기식 자동차가 사고를 일으킨 경우에 있어서의, 연료전지에 축적된 전기에너지에 의한 감전 등을 방지하는 기술이 필요하다. 그러나, 종래의 전기식 자동차의 안전대책은, 사고시의 전지내부에 축적된 에너지의 확실·안전한 소비를 간단하게 달성하지 못하였다.
그래서 본 발명은, 상기의 과제를 해결할 수 있는 전기식 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1 은 실시형태에 관련되는 전기식 자동차 (10) 의 프론트부 (12) 의 구성을 나타내는 도이다.
도 2 는 전지수용케이스 (30) 및 전지수용케이스 (30) 에 수용된 연료전지 (40) 의 사시도이다.
도 3 은 도 2 의 A-A 선을 지나는 수평면의 단면도이다.
도 4 는 전기식 자동차 (10) 의 측면에 단자 (50b, 52b) 를 형성한 예를 도시하는 도이다.
도 5 는 전지수용케이스 (30) 의 변형예를 도시하는 도이다.
도 6 은 별도의 실시형태에 있어서의 전기식 자동차 (10) 의 프론트부 (12) 의 구성을 나타내는 도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 전기식 자동차 30 전지수용케이스
40 연료전지 50,52 엔드플레이트
즉, 본 발명은, 차량에 탑재된 차량용 전원을 동력원으로 하는 전기식 자동차이고, 차량충돌시에 차량용 전원의 전력을 강제 소비시키는 수단을 구비한다.
이에 의하면, 차량충돌시에 있어서 차량용 전원의 전력이 강제적으로 소비되기 때문에, 충돌 후의 감전방지를 도모할 수 있다. 또한, 전력 강제소비수단은, 차량용 전원 1개당 1개이면 되기 때문에, 간단한 구성으로 할 수 있다.
또, 「전기식 자동차」는, 전지로부터 출력되는 전기에너지만을 동력원으로 하는 자동차에 한정되지 않고, 전기에너지로 구동하는 모터와 가솔린엔진을 동력원으로서 더불어 갖는, 소위 하이브리드자동차도 포함한다.
본 발명의 상기 차량용 전원은, 복수의 단(單)전지를 접속하여 구성된 조(組)전지이어도 된다.
본 발명의 상기 강제소비수단은, 차량내부에서 실내 또는 차 밖으로부터 직접 손에 닿지 않는 위치에 형성되어 있어도 된다.
본 발명의 상기 차량용 전원은, 연료전지이며, 상기 강제소비수단은, 상기 연료전지를 수용하여, 저항체로 구성된 스택케이스이고, 차량충돌시에, 상기 연료전지와 상기 스택케이스가 접촉하는 것에 의해, 상기 스택케이스의 저항에 의해서 상기 연료전지의 전력이 소비되어도 된다.
본 발명의 상기 차량용 전원은, 2차전지이고, 상기 강제소비수단은, 전기저항이며, 차량충돌시에 상기 2차전지와 상기 전기저항이 접촉하는 것에 의해, 상기 2차전지의 전력이 소비되어도 된다.
본 발명의 상기 연료전지와 상기 스택케이스와의 접촉부는, 차량충돌시에 상기 연료전지와 상기 연료전지에 접속된 부하와의 사이를 차단하는 개폐기에 의해 연료전지측에 위치하고 있어도 된다.
본 발명의 상기 2차전지와 상기 전기저항과의 접속부는, 차량충돌시에 상기 2차전지와 상기 2차전지에 접속된 부하와의 사이를 차단하는 개폐기에 의해 2차전지측에 위치하고 있어도 된다.
또한, 본 발명은, 차량에 탑재된 전지로부터 출력되는 전기에너지를 동력원으로 하는 전기식 자동차로서, 상기 전지의 정극 및 부극에 접속된 정극부 및 부극부와, 저항재료로 형성된 저항체와, 상기 저항체로 접속되고, 상기 정극부 및 부극부와, 각각 대향하여 형성된 제 1 및 제 2 접촉부를 구비하며, 통상시에 있어서는, 상기 저항체는 상기 전지와 절연상태에 있도록 지지고정되고, 이상 외력발생시에 있어서는, 상기 정극부 또는 상기 제 1 접촉부의 어느 것, 및 상기 부극부 또는 상기 제 2 접촉부의 어느 것이, 상기 이상 외력에 의해서 이동하는 것에 의해, 상기 정극부와 상기 제 1 접촉부와, 및 상기 부극부와 상기 제 2 접촉부가 접촉하여, 상기 정극과 상기 부극이 단락하는 바와 같은 외력변형구조를 갖는다.
본 발명은, 상기 전지를 수용하는 전지수용 케이스를 추가로 구비하며, 상기 전지수용 케이스자체가, 상기 저항체로 형성되어 있어도 된다.
본 발명은, 상기 정극부, 부극부 및 상기 제 1, 제 2 접촉부가 상기 전지수용 케이스내이고, 상기 전지에 대하여, 상기 차량의 진행방향, 가로방향, 또는 후퇴방향의 어느 것에 형성되어 있어도 된다.
본 발명의 상기 정극부, 부극부 및 상기 제 1, 제 2 접촉부는 상기 차량의 앞 부분에 형성되어 있어도 된다.
본 발명의 상기 전지는, 애노드전극과, 캐소드전극과, 상기 애노드전극과 상기 캐소드전극과의 사이에 유지되는 전해질을 갖는 단위전지가 복수 적층되며, 상기 복수의 단위전지의 적층방향의 양 단측에 각각 설치된 한 쌍의 도전성의 엔드플레이트에 의해, 상기 복수의 단위전지가 끼움지지된 구조를 갖는 연료전지이고, 상기 정극부 및 부극부는, 각각 상기 정극 및 부극측의 엔드플레이트에 접속되어 있어도 된다.
발명의 실시형태
이하, 발명의 실시형태를 통하여 본 발명을 설명한다.
도 1 은, 실시형태에 관련된 전기식 자동차 (10) 의 프론트부 (12) 의 구성을 나타내는 도이다. 프론트부 (12) 는, 섀시프레임 (20) 을 포함한다. 섀시프레임 (20) 상에는, 케이스 마운트 (mount:32, 34 및 도시하지 않은 별도의 2개의 케이스 마운트의 합계 4개의 마운트) 를 통하여 저항재료에 의해서 형성된 전지수용케이스 (30) 가 설치되어 있다. 전지수용케이스 (30) 내부에는, 전지수용케이스 (30) 의 저면에 고정된 전지 마운트 (42, 44: 및 도시하지 않은 별도의 2개의 전지 마운트의 합계 4개의 전지 마운트) 를 통하여, 연료전지 (이하에서는, 연료전지를 전지의 일례로서 설명을 진행시킨다:40) 가 수용되어 있다. 전지 마운트 (42, 44) 는, 통상시 (안전주행시) 에는, 연료전지 (40) 를 지탱하는 데 충분한 강도를 갖는다. 연료전지 (40) 로부터는, 정극선 (60) 및 부극선 (62) 이 취출되어 있다. 정극선 (60) 및 부극선 (62) 은, 시스템 메인릴레이 (main relay:64) 를 통하여, 전기식 자동차 (10) 에 모터 등 (도시하지 않음) 의 부하에 접속되어, 연료전지 (40) 에서 발생한 전력이, 모터 등에서 이용 가능하게 되어 있다. 시스템 메인릴레이 (64) 는, 전기식 자동차 (10) 에 설치된 충격센서 (도시하지 않음) 에 의해서, 전기식 자동차 (10) 에 소정치 이상의 충격이 가해진 것이 감지된 경우에 오프로 되어, 정극선 (60) 및 부극선 (62) 과 모터 등과의 접속을 차단한다. 또, 점선 (13) 의 원은, 전륜을 나타낸다.
도 2 는, 전지수용케이스 (30) 및 전지수용케이스 (30) 에 수용된 연료전지 (40) 의 사시도이다. 연료전지 (40) 는, 고분자 전해질막 (예컨대, 불소계수지에 의해 형성된 두께 100㎛ - 200㎛ 의 이온교환막) 과 이 고분자 전해질막을 끼움지지하는 2개의 전극 (애노드전극 및 캐소드전극) 으로 형성되는 단위전지 (46) 를, 세퍼레이터 (48) 를 통하여 복수 적층하고, 또한 적층된 단위전지 (40) 의 양측으로부터, 도전성의 재료로 구성되는 엔드플레이트 (50, 52) 에 의해 끼움지지되어 있다. 이 엔드플레이트 (50, 52) 로부터, 각각 정극선 (60), 부극선 (62) 이 취출되어 있다. 또, 통상시에 있어서는, 이 연료전지 (40) 는 전지수용케이스 (30) 와는, 전기적으로 절연되어 있다. 충격센서에 의해서, 전기식 자동차 (10) 에 소정치 이상의 충격이 가해진 것이 감지된 경우에는, 연료전지 (40) 에 공급되는 수소 등의 연료공급라인에 형성된 개폐밸브 (도시하지 않음) 가 닫혀져, 연료전지 (40) 로의 연료의 공급이 차단된다.
또, 접촉부 (36, 38) 및 엔드플레이트단부 (50a, 52a) 는, 도 3 에서 설명한다.
도 3 은, 도 2 의 A-A 선을 지나는 수평면의 단면도이다. 전지수용케이스 (30) 에는, 엔드플레이트 (50,52) 의 진행방향의 엔드플레이트단부 (50a, 52a) 에 대응하여, 접촉부 (36, 38) 가 형성되어 있다. 접촉부 (36, 38) 는, 통상시는, 엔드플레이트단부 (50a, 52a) 와는, 각각 공간을 두고 위치하고 있다. 단지, 전기식자동차 (10) 가 충돌 등에 의한 충격 (외력) 을 받으면, 전지수용케이스 (30) 의 변형 (구체적으로는, 전지수용케이스 (30) 의 전방의 면이 움푹 패이는 것), 또는 전지 마운트 (42, 44) 의 변형 또는 파괴에 의한 연료전지 (40) 의 위치의 변화 (구체적으로는, 연료전지 (40) 가 전지수용케이스 (30) 내에서 진행방향에 어긋나는 것) 에 의해서, 접촉부 (36, 38) 는, 각각 엔드플레이트단부 (50a, 52a) 와 접촉한다.
이에 의해, 전기식 자동차 (10) 가 충돌에 의한 충격을 받는다는 이상시에 있어서는, 연료전지 (40) 와 저항체인 전지수용케이스 (30) 가 전기적으로 접속되어, 전지수용케이스 (30) 에 전류가 흐르는 것에 의해 전지수용케이스 (30) 가 발열한다. 즉, 연료전지 (40) 로 발생한 전기에너지가 열에너지로서 소비되어, 연료전지 (40) 의 전압이 강하한다. 연료전지 (40) 의 전압의 강하에 의해, 누전시의 위험성을 저감할 수 있다. 이 때, 연료전지 (40) 로의 연료공급은 개폐밸브에 의해 단절되므로, 소비해야 할 전기에너지는, 이상발생 전에 개폐밸브보다도 하류측 (연료전지 (40)) 에 존재한 연료에 의해서 발생된 전기에너지만으로 된다.
또한, 접촉부 (36, 38) 는, 진행방향과 반대측에 형성하여도 된다. 이에 의하면, 이상시에 있어서 전지수용케이스 (30) 의 후방의 면이 변형한 경우 등에도, 연료전지 (40) 의 전압을 강하시켜, 안전을 확보할 수가 있다.
또한, 도 4 에 나타내듯이, 접촉부 (36, 38) 를 측면에 형성하여, 엔드플레이트 (50, 52) 와 각각 접속된 단자 (50b, 52b) 를, 접촉부 (36, 38) 에 대응하여 형성하여도 된다. 이에 의하면, 전기식 자동차 (10) 의 측면이 외력에 의해서 변형한 경우 등에도, 연료전지 (40) 의 전압을 강하시켜, 안전을 확보할 수가 있다.
또한, 상기의 예에 있어서는, 엔드플레이트 (50, 52) 의 단부 (50a, 52a) 또는, 엔드플레이트 (50, 52) 에 접속된 단자 (50b, 52b) 를 이용하여, 이상시에 있어서의 연료전지 (40) 와 전지수용케이스 (30) 와의 도통이 도모되고 있지만, 같은 단자를 단위전지 (46) 마다 형성하여, 단위전지 (46) 마다 전압이 강하하도록 하여도 된다.
도 6 은, 별도의 실시형태에 있어서의 전기식 자동차 (10) 의 프론트부 (12) 의 구성을 나타내는 도이다. 또, 기본적인 구성은, 도 1 및 도 2 와 동일하기 때문에 적시설명을 생략한다. 이 경우에는, 자동차 전방 (예컨대, 자동차프론트의 범퍼내) 에 전지수용케이스 (30:저항체) 와 접속된 단자 (70), 및 연료전지 (40) 의 정극과 접속된 단자 (72) 가 소정의 거리를 두고 설치되어 있다. 연료전지 (40) 의 부극은, 전지수용케이스 (30) 와 접속되어 있다. 전기식 자동차 (10) 가 충돌하면, 그 때의 외력에 의해, 단자 (70) 와 단자 (72) 가 접촉하여, 연료전지 (40) 에서 발생한 전기에너지는, 전지수용케이스 (30) 의 발열에 의해 열에너지로서 소비된다.
이에 의하면, 전지수용케이스 (30) 또는 연료전지 (40) 자체에 데미지가 없는 경우에 있어서도, 연료전지 (40) 의 전압을 강하시켜, 안전을 확보할 수가 있다.
또, 이상의 설명에서는, 전지수용케이스 (30) 자체가 저항체로 형성되어 있지만, 도 5 에 나타내듯이, 전지수용케이스 (30) 는 절연부재로 형성하여, 별도 접촉부 (36, 38) 와 접속된 저항체 (74) 를 전지수용케이스 (30) 내에 형성하여도 된다. 또한, 저항체는, 소정의 안전대책을 실시함으로써, 전지수용케이스 (30) 의 외에 형성하여도 된다.
또한, 이상의 설명에서는, 전지로서 연료전지를 예로 하였지만, 연료전지의 그 외에도 2차전지, 구동용 전원회로에 있어서의 평활콘덴서, 울트라커패시터 등 전압이 남는 것에 관해서도 적용 가능하다.
상기 설명으로부터 명확하듯이, 본 발명에 의하면, 만일 사고가 일어난 경우에, 자동차에 탑재된 전원의 전압을 강하시킴으로써, 안전성을 향상시킬 수 있다.

Claims (13)

  1. 차량에 탑재된 차량용 전원을 동력원으로 하는 전기식 자동차로서,
    차량충돌시에 차량용 전원의 전력을 강제 소비시키는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기식 자동차.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 차량용 전원은, 복수의 단전지를 접속하여 구성된 조 (組) 전지인 것을 특징으로 하는 전기식 자동차.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 강제소비수단은, 차량내부에서 실내 또는 차 밖으로부터 직접 손에 닿지 않는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기식 자동차.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 차량용전원은, 연료전지이고,
    상기 강제소비수단은, 상기 연료전지를 수용하여, 저항체로 구성된 스택케이스이며,
    차량충돌시에, 상기 연료전지와 상기 스택케이스가 접촉하는 것에 의해, 상기 스택케이스의 저항에 의해서 상기 연료전지의 전력이 소비되는 것을 특징으로 하는 전기식 자동차.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 차량용전원은 2차전지이고,
    상기 강제소비수단은 전기저항이며,
    차량충돌시에 상기 2차전지와 상기 전기저항이 접촉하는 것에 의해, 상기 2차전지의 전력이 소비되는 것을 특징으로 하는 전기식 자동차.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 연료전지와 상기 스택케이스와의 접촉부는, 차량충돌시에 상기 연료전지와 상기 연료전지에 접속된 부하와의 사이를 차단하는 개폐기에 의해 연료전지측에 위치하는 것을 특징으로 하는 전기식 자동차.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 2차전지와 상기 전기저항과의 접속부는, 차량충돌시에 상기 2차전지와 상기 2차전지에 접속된 부하와의 사이를 차단하는 개폐기보다 2차전지측에 위치하는 것을 특징으로 하는 전기식 자동차.
  8. 차량에 탑재된 전지로부터 출력되는 전기에너지를 동력원으로 하는 전기식 자동차로서,
    상기 전지의 정극 및 부극에 각각 접속된 정극부 및 부극부와, 저항재료로 형성된 저항체와,
    상기 저항체에서 접속되어, 상기 정극부 및 부극부와, 각각 대향하여 형성된 제 1 및 제 2 접촉부를 구비하고,
    통상시에 있어서는, 상기 저항체는 상기 전지와 절연상태에 있도록 지지고정되며,
    이상 외력발생시에 있어서는, 상기 정극부 또는 상기 제 1 접촉부의 어느 것, 및, 상기 부극부 또는 상기 제 2 접촉부의 어느 것이, 상기 이상 외력에 의해서 이동하는 것에 의해, 상기 정극부와 상기 제 1 접촉부와, 및 상기 부극부와 상기 제 2 접촉부가 접촉하여, 상기 정극과 상기 부극이 단락하는 바와 같은 외력변형구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전기식 자동차.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 전지를 수용하는 전지수용케이스를 추가로 구비하고,
    상기 전지수용케이스 자체가, 상기 저항체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기식 자동차.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 정극부, 부극부 및 상기 제 1, 제 2 접촉부가 상기 전지수용케이스 내이고, 상기 전지에 대하여, 상기 차량의 진행방향, 가로방향, 또는 후퇴방향의 어느 것인가에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기식 자동차.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 정극부, 부극부 및 상기 제 1, 제 2 접촉부는 상기 차량의 앞 부분에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기식 자동차.
  12. 제 8 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 전지는, 애노드전극과, 캐소드전극과, 상기 애노드전극과 상기 캐소드전극과의 사이에 유지되는 전해질을 갖는 단위전지가 복수 적층되며, 상기 복수의 단위전지의 적층방향의 양 단측에 각각 설치된 한 쌍의 도전성의 엔드플레이트에 의해, 상기 복수의 단위전지가 끼움지지된 구조를 갖는 연료전지이고,
    상기 정극부 및 부극부는, 각각 상기 정극 및 부극측의 엔드플레이트에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전기식 자동차.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 전지는, 애노드전극과, 캐소드전극과, 상기 애노드전극과 상기 캐소드전극과의 사이에 유지되는 전해질을 갖는 단위전지가 복수 적층되며, 상기 복수의 단위전지의 적층방향의 양 단측에 각각 설치된 한 쌍의 도전성의 엔드플레이트에 의해, 상기 복수의 단위전지가 끼움지지된 구조를 갖는 연료전지이고,
    상기 정극부 및 부극부는, 각각 상기 정극 및 부극측의 엔드플레이트에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전기식 자동차.
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