KR20050100200A - Fuel cell electronic vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료 전지 자동차에 관한 것으로, 연료가스를 공급하는 연료탱크; 물을 공급하는 물탱크; 산소를 공급하는 공기압축기; 상기 연료탱크로부터 연료가스, 상기 물탱크로터 물 및 상기 공기압축기로부터 산소를 공급받아 전기화학반응을 거쳐 수소가스를 발생시키는 개질기; 전후방 차륜의 소정 위치에 다수개로 형성되어 있고, 상기 개질기로부터 수소가스를 공급받아 상기 수소가스를 이용하여 소정 전압을 생성하는 연료전지스택; 상기 연료전지스택으로부터 공급되는 전압을 변환하는 인버터; 및 전후방 차륜의 구동축 각각에 설치되고, 상기 인버터에서 변환되어 출력되는 전압에 의해 전후방 차륜의 구동축 각각을 구동시키는 모터를 포함하여 구성된다. 따라서, 4개의 차륜에 각각 구동과 제동을 제어할 수 있는 4개의 소용량 모터와 4개의 연료전지스택을 적용하여 연료 전지 자동차의 레이아웃을 개선하고, 연료 전지 장치의 모듈화를 이루도록 하는 연료 전지 자동차에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell vehicle, comprising: a fuel tank for supplying fuel gas; A water tank for supplying water; An air compressor for supplying oxygen; A reformer configured to generate hydrogen gas through an electrochemical reaction by receiving oxygen from the fuel tank, the fuel gas, the water tank rotor water, and the air compressor; A plurality of fuel cell stacks formed at a predetermined position on the front and rear wheels and receiving hydrogen gas from the reformer to generate a predetermined voltage using the hydrogen gas; An inverter for converting a voltage supplied from the fuel cell stack; And a motor installed on each of the drive shafts of the front and rear wheels, and driving each of the drive shafts of the front and rear wheels by a voltage converted and output from the inverter. Accordingly, a fuel cell vehicle that improves the layout of a fuel cell vehicle by applying four small capacity motors and four fuel cell stacks capable of controlling driving and braking to four wheels, respectively, and achieves modularization of the fuel cell device. will be.
Description
본 발명은 연료 전지 자동차에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 4개의 차륜에 각각 구동과 제동을 제어할 수 있는 4개의 소용량 모터와 4개의 연료전지스택을 적용한 연료 전지 자동차에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell vehicle, and more particularly, to a fuel cell vehicle employing four small capacity motors and four fuel cell stacks capable of controlling driving and braking on four wheels, respectively.
일반적으로, 연료전지 자동차(FCEV : Fuel Cell Electronic Vehicle)는 수소를 연료전지스택으로 보내고 공기중의 산소와 화학반응시켜 발전해서 동력원으로 하는 것이다. 구조는 백금촉매를 도포한 고분자 전해질을 끼워서 (+)극으로 산소를, (-)극으로 수소를 공급하고, 촉매작용에 의해 수소를 이온화한다. 이때에 수소에서 분리된 전자가 배선을 통해 산소쪽으로 흘러감으로써 전기를 발생시킨다. 열의 발생을 동반하는 전기화학방을 때문에 에너지변환효율은 60%로 높고 생성물도 수증기 뿐이다.In general, a fuel cell electronic vehicle (FCEV) sends hydrogen to a fuel cell stack and chemically reacts with oxygen in the air to generate power. The structure sandwiches a polymer electrolyte coated with a platinum catalyst to supply oxygen to the positive electrode and hydrogen to the negative electrode and ionize the hydrogen by catalysis. At this time, electrons separated from hydrogen flow to the oxygen through the wiring to generate electricity. Due to the electrochemical room with heat generation, the energy conversion efficiency is high as 60% and the product is only water vapor.
도 1은 종래의 연료 전지 자동차의 구성도이다.1 is a block diagram of a conventional fuel cell vehicle.
도 1을 살펴보면, 개질기(20)는 연료탱크(12)로부터 연료, 공기압축기(14)로부터 산소 및 물탱크(16)로부터 물을 공급받는다. 개질기(20)는 전기화학반응을 거텨 수소가스를 연료전지스택(30)에 공급한다. 연료전지스택(30)은 개질기(20)로부터 수고가스, 공기압축기(14)로부터 산소가스를 공급받아 전기화학반응에 의하여 발생된 직류전압을 인버터(40)에 제공한다. 인버터(40)는 연료전지스택(30)이나 배터리(35)에서 인가된 직류전압을 교류전압으로 변환하여 모터(50)로 공급한다. 모터(50)는 구동축(52)에 토크를 발생시켜, 기어(62)를 통해 차축(60)으로 전달되어 차륜(64)에 회전구동력을 부여한다.Referring to FIG. 1, the reformer 20 receives fuel from the fuel tank 12, oxygen from the air compressor 14, and water from the water tank 16. The reformer 20 supplies the hydrogen gas through the electrochemical reaction to the fuel cell stack 30. The fuel cell stack 30 receives the trouble gas from the reformer 20 and oxygen gas from the air compressor 14 to provide the inverter 40 with a DC voltage generated by the electrochemical reaction. The inverter 40 converts a DC voltage applied from the fuel cell stack 30 or the battery 35 into an AC voltage and supplies it to the motor 50. The motor 50 generates torque to the drive shaft 52 and is transmitted to the axle 60 through the gear 62 to impart rotational driving force to the wheel 64.
그러나, 종래의 연료 전지 자동차는 하나의 큰 용량이 모터를 이용하여 운전하는데, 이와 같이 하는 경우 큰 용량의 모터를 구동하기 위한 큰 연료전지스택이 필요하고, 모터를 구동하기 위한 각 부품위치가 차량내 비어있는 공간에 산발적으로 설치할 수 밖에 없어 연료 전지 장치의 모듈화가 어려운 점이 있다.However, a conventional fuel cell vehicle is driven by one large capacity motor. In this case, a large fuel cell stack for driving a large capacity motor is required, and each component position for driving the motor is a vehicle. It is difficult to modularize the fuel cell device because it can only be sporadically installed in the empty space.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 4개의 차륜에 각각 구동과 제동을 제어할 수 있는 4개의 소용량 모터와 4개의 연료전지스택을 적용한 연료 전지 자동차를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object thereof is to provide a fuel cell vehicle employing four small capacity motors and four fuel cell stacks capable of controlling driving and braking on four wheels, respectively.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 연료가스를 공급하는 연료탱크; 물을 공급하는 물탱크; 산소를 공급하는 공기압축기; 상기 연료탱크로부터 연료가스, 상기 물탱크로터 물 및 상기 공기압축기로부터 산소를 공급받아 전기화학반응을 거쳐 수소가스를 발생시키는 개질기; 전후방 차륜의 소정 위치에 다수개로 형성되어 있고, 상기 개질기로부터 수소가스를 공급받아 상기 수소가스를 이용하여 소정 전압을 생성하는 연료전지스택; 상기 연료전지스택으로부터 공급되는 전압을 변환하는 인버터; 및 전후방 차륜의 구동축 각각에 설치되고, 상기 인버터에서 변환되어 출력되는 전압에 의해 전후방 차륜의 구동축 각각을 구동시키는 모터를 포함하는 연료 전지 자동차를 포함한다.An apparatus of the present invention for achieving the above object, the fuel tank for supplying a fuel gas; A water tank for supplying water; An air compressor for supplying oxygen; A reformer configured to generate hydrogen gas through an electrochemical reaction by receiving oxygen from the fuel tank, the fuel gas, the water tank rotor water, and the air compressor; A plurality of fuel cell stacks formed at a predetermined position on the front and rear wheels and receiving hydrogen gas from the reformer to generate a predetermined voltage using the hydrogen gas; An inverter for converting a voltage supplied from the fuel cell stack; And a fuel cell vehicle installed on each of the drive shafts of the front and rear wheels and including a motor for driving each of the drive shafts of the front and rear wheels by the voltage converted and output from the inverter.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일실예로서 연료 전지 자동차의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a fuel cell vehicle as an example of the present invention.
도 2를 살펴보면, 연료탱크(100)는 연료가스를 연료전지 모듈(200)의 개질기(220)에 공급한다. 여기에서의 연료가스는 예를 들면, LNG, LPG와 같은 연료가 사용될 수 있다. 연료전지모듈(200)은 개질기(220), 공기압축기(240), 물탱크(260) 및 인버터(280)로 구성된다. 이와 같은 연료전지모듈(200)은 차량내 비어있는 공간에 산발적으로 설치되어 있는 개질기(220), 공기압축기(240), 물탱크(260) 및 인버터(280)를 차량의 소정 위치에 설치함으로써 모듈화가 가능하도록 구성할 수 있게 된다. 연료전지모듈(200)의 물탱크(260)에서는 저장된 물을 소정 공급로를 통하여 개질기(220)로 공급한다. 연료전지모듈(200)의 공기압축기(240)에서는 저장된 산소를 소정 공급로를 통하여 개질기(220)로 공급한다. 개질기(220)는 공급받은 연료가스, 물 및 산소를 통하여 화학반응을 거쳐 수소를 함유하는 수소가스(개질가스)를 생성한다. 연료전지스택(Fuel Cell Stack)은 차량의 전방좌측에 형성된 연료전지스택(400a), 차량의 전방우측에 형성된 연료전지스택(400b), 차량의 후방좌측에 형성된 연료전지스택(400c) 및 차량의 후방우측에 형성된 연료전지스택(400d)의 4개로 구성되어 있다. 이하에서는 차량의 전방좌측에 형성된 연료전지스택(400a)를 중심으로 설명하겠다. 연료전지스택(400a)은 연료전지모듈(200)의 개질기(220)로부터 공급되는 수소가스를 연료가스로서 도입하고, 동시에 연료전지모듈(200)의 공기압축기(240)로부터 산소가스를 도입하여 아래와 같은 전기화학반응을 거쳐 전력을 발생하게 된다.Referring to FIG. 2, the fuel tank 100 supplies fuel gas to the reformer 220 of the fuel cell module 200. As the fuel gas here, fuels such as LNG and LPG may be used. The fuel cell module 200 includes a reformer 220, an air compressor 240, a water tank 260, and an inverter 280. The fuel cell module 200 is modularized by installing a reformer 220, an air compressor 240, a water tank 260, and an inverter 280, which are sporadically installed in an empty space in a vehicle, at a predetermined position of the vehicle. Can be configured to be possible. The water tank 260 of the fuel cell module 200 supplies the stored water to the reformer 220 through a predetermined supply path. The air compressor 240 of the fuel cell module 200 supplies the stored oxygen to the reformer 220 through a predetermined supply path. The reformer 220 generates hydrogen gas (reformed gas) containing hydrogen through a chemical reaction through the supplied fuel gas, water, and oxygen. The fuel cell stack includes a fuel cell stack 400a formed at the front left side of the vehicle, a fuel cell stack 400b formed at the front right side of the vehicle, a fuel cell stack 400c formed at the rear left side of the vehicle, and a fuel cell stack 400c formed at the rear left side of the vehicle. It consists of four of the fuel cell stack 400d formed in the rear right side. Hereinafter, the fuel cell stack 400a formed on the front left side of the vehicle will be described. The fuel cell stack 400a introduces hydrogen gas supplied from the reformer 220 of the fuel cell module 200 as fuel gas and simultaneously introduces oxygen gas from the air compressor 240 of the fuel cell module 200. Power is generated through the same electrochemical reaction.
H₂--> 2(H+) + 2(e-) ... 식(1)H₂-> 2 (H +) + 2 (e-) ... equation (1)
2(H+) + 2(e-) + (1/2)O₂ --> H₂O ... 식(2)2 (H +) + 2 (e-) + (1/2) O₂-> H₂O ... equation (2)
H₂+ (1/2)O₂ --> H₂O ... 식(3)H₂ + (1/2) O₂-> H₂O ... equation (3)
이와같이 연료전지스택(400a)은 고체 고분자형 연료전지로 구성되어, 전해질막, 애노드, 세퍼레이터 등으로 이루어지는 단위 셀을 복수적층한 스택구조로 되어 있다. 도입된 수소가스는 각 단위 셀의 애노드로 공급되어 식(1)에 나타나는 반응을 제공하며, 산소가스는 각 단위 셀의 캐소드로 공급되어 식(2)에 나타나는 반응을 제공한다. 식(3)은 연료전지스택(400a)의 전체에서 일어나는 반응이다. 연료전지스택(400a)은 이와 같은 전기화학반응에 의하여 발생된 직류전압을 연료전지모듈(200)의 인버터(280)에 제공한다. 배터리(300)는 연료전지스택(400a)과 병렬로 연결되어 있고, 연료전지스택(400a)과 함께 인버터(280)에 직류전압을 제공한다. 여기에서, 연료전지스택(400a)은 주동력원으로 제공되고, 배터리(300)는 주동력원을 지원하는 보조동력원으로 사용되어 진다. 인버터(280)는 연료전지스택(400a)이나 배터리(300)에서 인가된 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하여 모터(500)로 공급한다. 모터(Motor)는 차량의 전방좌측에 형성된 모터(500a), 차량의 전방우측에 형성된 모터(500b), 차량의 후방좌측에 형성된 모터(500c) 및 차량의 후방우측에 형성된 모터(500d)의 4개로 구성되어 있다. 모터(500)는 각각의 해당하는 차륜(600)을 구동 또는 제동을 하는방 비교적 소용량의 모터를 장착가능하다. 이하에서는 차량의 전방좌측에 형성된 모터(500a)를 중심으로 설명하겠다. 모터(500a)는 예를 들어, 3상 동기모터로 구성되어, 인버터(280)를 통해 공급된 3상 교류전압에 의해 구동되어 구동축(520a)에 토크를 발생시키고, 발생된 토크는 차륜(600a)에 회전구동력을 부여하게 된다. 구동축은 차량의 전방좌측에 형성된 구동축(520a), 차량의 전방우측에 형성된 구동축(520b), 차량의 후방좌측에 형성된 구동축(520c) 및 차량의 후방우측에 형성된 구동축(520d)의 4개로 구성되어 있다. 또한, 차륜은 차량의 전방좌측에 형성된 차륜(600a), 차량의 전방우측에 형성된 차륜(600b), 차량의 후방좌측에 형성된 차륜(600c) 및 차량의 후방우측에 형성된 차륜(600d)의 4개로 구성된다. 이상에서는 차량의 전방좌측에 형성된 연료전지스택(400a)과 차량의 전방좌측에 형성된 모터(500a)를 중심으로 설명하였으나 나머지 연료전지스택과 모터에 대하여도 적용가능할 것이다.Thus, the fuel cell stack 400a is composed of a solid polymer fuel cell, and has a stack structure in which a plurality of unit cells made of an electrolyte membrane, an anode, a separator, and the like are stacked. The introduced hydrogen gas is supplied to the anode of each unit cell to provide the reaction shown in formula (1), and the oxygen gas is supplied to the cathode of each unit cell to provide the reaction shown in formula (2). Equation (3) is the reaction that takes place throughout the fuel cell stack 400a. The fuel cell stack 400a provides the DC voltage generated by the electrochemical reaction to the inverter 280 of the fuel cell module 200. The battery 300 is connected in parallel with the fuel cell stack 400a and provides a DC voltage to the inverter 280 together with the fuel cell stack 400a. Here, the fuel cell stack 400a is provided as a main power source, and the battery 300 is used as an auxiliary power source for supporting the main power source. The inverter 280 converts the DC voltage applied from the fuel cell stack 400a or the battery 300 into a three-phase AC voltage and supplies the same to the motor 500. The motor includes four of the motor 500a formed at the front left side of the vehicle, the motor 500b formed at the front right side of the vehicle, the motor 500c formed at the rear left side of the vehicle, and the motor 500d formed at the rear right side of the vehicle. It consists of dogs. The motor 500 may be equipped with a relatively small capacity motor for driving or braking each corresponding wheel 600. Hereinafter, the motor 500a formed at the front left side of the vehicle will be described. The motor 500a is configured of, for example, a three-phase synchronous motor, and is driven by the three-phase AC voltage supplied through the inverter 280 to generate torque in the drive shaft 520a, and the generated torque is the wheel 600a. ) To give rotation driving force. The drive shaft is composed of four of the drive shaft 520a formed on the front left side of the vehicle, the drive shaft 520b formed on the front right side of the vehicle, the drive shaft 520c formed on the rear left side of the vehicle, and the drive shaft 520d formed on the rear right side of the vehicle. have. In addition, the wheel includes four wheels 600a formed on the front left side of the vehicle, wheels 600b formed on the front right side of the vehicle, wheels 600c formed on the rear left side of the vehicle, and wheels 600d formed on the rear right side of the vehicle. It is composed. In the above description, the fuel cell stack 400a formed on the front left side of the vehicle and the motor 500a formed on the front left side of the vehicle have been described, but may be applicable to the remaining fuel cell stack and the motor.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common knowledge in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those who have
상기와 같은 본 발명은 연료 전지 자동차에 관한 것으로, 차량 4개의 차륜에 각각 구동과 제동을 제어할 수 있는 4개의 소 용량 모터와 4개의 소 용량 연료전지스택를 장착하여 차량의 레이아웃(layout)을 개선할 수 있고, 연료 전지 장치를 모듈화할 수 있는 연료 전지 자동차를 제공할 수 있게 된다.As described above, the present invention relates to a fuel cell vehicle, and includes four small capacity motors and four small capacity fuel cell stacks capable of controlling driving and braking on four wheels, respectively, to improve the layout of the vehicle. It is possible to provide a fuel cell vehicle capable of modularizing a fuel cell device.
도 1은 종래의 연료 전지 자동차의 구성도,1 is a block diagram of a conventional fuel cell vehicle,
도 2는 본 발명의 일실예로서 연료 전지 자동차의 구성도이다. 2 is a configuration diagram of a fuel cell vehicle as an example of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100: 연료탱크, 200: 연료전지모듈,100: fuel tank, 200: fuel cell module,
220: 개질기, 240: 물탱크,220: reformer, 240: water tank,
260: 공기압축기, 280: 인버터,260: air compressor, 280: inverter,
300: 배터리, 400: 연료전지스택,300: battery, 400: fuel cell stack,
500a, 500b, 500c, 500d: 모터, 520a, 520b, 520c, 520d: 구동축,500a, 500b, 500c, 500d: motor, 520a, 520b, 520c, 520d: drive shaft,
600a, 600b, 600c, 600d: 차륜.600a, 600b, 600c, 600d: Wheels.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040025402A KR20050100200A (en) | 2004-04-13 | 2004-04-13 | Fuel cell electronic vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040025402A KR20050100200A (en) | 2004-04-13 | 2004-04-13 | Fuel cell electronic vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20050100200A true KR20050100200A (en) | 2005-10-18 |
Family
ID=37279095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020040025402A KR20050100200A (en) | 2004-04-13 | 2004-04-13 | Fuel cell electronic vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20050100200A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111845385A (en) * | 2019-04-29 | 2020-10-30 | 现代自动车株式会社 | Fuel cell system and method for replacing stack module of fuel cell system |
| KR102336152B1 (en) | 2021-09-24 | 2021-12-08 | 충남대학교산학협력단 | Combine platform with hydrogen fuel cells as power sources |
-
2004
- 2004-04-13 KR KR1020040025402A patent/KR20050100200A/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111845385A (en) * | 2019-04-29 | 2020-10-30 | 现代自动车株式会社 | Fuel cell system and method for replacing stack module of fuel cell system |
| KR102336152B1 (en) | 2021-09-24 | 2021-12-08 | 충남대학교산학협력단 | Combine platform with hydrogen fuel cells as power sources |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| SUBM | Surrender of laid-open application requested |