KR20240082834A - 연료 전지 차량 - Google Patents

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연승준
이주협
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현대자동차주식회사
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Abstract

실시 예의 연료 전지 차량은 캡 바닥부 아래에 배치되고, 복수의 단위 셀이 적층된 셀 스택을 포함하는 연료 전지와, 캡 바닥부와 연료 전지 사이에 적어도 일부가 배치된 전력 변환부 및 캡 바닥부와 연료 전지 사이에서 차량주행방향으로 전력 변환부와 일렬로 배치된 전력 분배부를 포함한다.

Description

연료 전지 차량{Fuel cell vehicle}
실시 예는 연료 전지를 포함하는 차량에 관한 것이다.
일반적으로 연료 전지를 포함하는 차량(이하, ‘연료 전지 차량’이라 한다)은 연료 전지, 전력 변환부 및 전력 분배부를 포함한다. 연료 전지는 전력을 생성하는 역할을 하고, 전력 변환부는 연료 전지에서 생성된 전력을 차량에서 요구하는 다양한 레벨의 전력으로 레벨 변환하는 역할을 하고, 전력 분배부는 연료 전지에서 생성된 전력과 전력 변환부에서 변환된 레벨을 갖는 전력을 차량의 각 부로 전달하는 역할을 한다
이때, 연료 전지를 이용하는 트럭과 같은 상용 차량의 경우, 운전자와 동승자가 탑승하는 캡(CAB:cabinroom)의 바닥면 아래에 연료 전지, 전력 변환부 및 전력 분배부가 배치될 수 있다. 이 경우, 캡의 내부 공간은 이들의 배치에 영향을 받으므로, 이에 대한 연구가 진행되고 있다.
실시 예는 개선된 구성을 갖는 연료 전지 차량을 제공한다.
실시 예에 의한 연료 전지 차량은, 캡 바닥부 아래에 배치되고, 복수의 단위 셀이 적층된 셀 스택을 포함하는 연료 전지; 상기 캡 바닥부와 상기 연료 전지 사이에 적어도 일부가 배치된 전력 변환부; 및 상기 캡 바닥부와 상기 연료 전지 사이에서 차량주행방향으로 상기 전력 변환부와 일렬로 배치된 전력 분배부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 차량주행방향을 기준으로 상기 전력 분배부는 상기 전력 변환부의 뒤에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 변환부의 전면은 상기 전력 분배부의 전면보다 차량의 앞쪽에 더 가깝게 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 분배부의 후면은 상기 전력 변환부의 후면보다 차량의 뒤쪽에 더 가깝게 위치할 수 있다.
예를 들어, 상기 차량주행방향을 기준으로 상기 전력 변환부는 상기 전력 분배부의 뒤에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 분배부의 전면은 상기 전력 변환부의 전면보다 차량의 앞쪽에 더 가깝게 위치할 수 있다.
예를 들어, 상기 전력 변환부와 상기 전력 분배부는 상기 차량주행방향으로 중첩되고, 상기 차량주행방향과 교차하는 차폭방향으로 중첩되지 않게 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 캡 바닥부는 운전석에 위치한 제1 바닥부; 차폭방향으로 상기 운적석 옆의 동반석에 위치한 제2 바닥부; 및 상기 제1 바닥부와 상기 제2 바닥부 사이에 위치하며, 상측으로 돌출되어 수용공을 형성하는 하면을 갖는 제3 바닥부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 전력 변환부 및 상기 전력 분배부 각각의 상기 차폭방향으로의 폭은 상기 제3 바닥부의 상기 차폭방향으로의 폭보다 더 작을 수 있다.
예를 들어, 상기 전력 변환부 또는 상기 전력 분배부 중 적어도 하나는 상기 수용공에 수용될 수 있다.
예를 들어, 상기 전력 변환부 또는 상기 전력 분배부 중 적어도 하나는 상기 수용공 내에서 상기 차폭방향으로 상기 제3 바닥부의 상기 하면으로부터 이격되어 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 연료 전지의 탑면은 상기 수용공 아래에 위치할 수 있다.
예를 들어, 상기 연료 전지의 상기 차폭방향으로의 폭은 상기 수용공의 상기 차폭방향으로의 폭보다 클 수 있다.
예를 들어, 상기 전력 분배부는 상기 차량주행방향 또는 차폭방향 중 적어도 한 방향으로 돌출되어 고전압 케이블과 연결된 고전압 커넥터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 차폭방향으로 돌출된 상기 고전압 커넥터의 상기 차폭방향으로의 폭과 상기 전력 분배부의 상기 차폭방향으로의 폭의 합은 상기 전력 변환부의 상기 차폭방향으로의 폭보다 작을 수 있다.
예를 들어, 상기 전력 변환부 및 상기 전력 분배부 중 하나인 제1 부재는 상기 연료 전지의 상부와 전기적 및 물리적으로 결합되고, 상기 전력 변환부 및 상기 전력 분배부 중 다른 하나인 제2 부재는 상기 연료 전지의 상기 상부 또는 상기 제1 부재 중 적어도 하나와 물리적으로 연결되고, 상기 제1 부재와 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 연료 전지 차량은 차폭방향으로 서로 대향하여 상기 차량주행방향으로 연장된 차체 프레임; 및 상기 연료 전지를 상기 차체 프레임에 고정하는 연결부를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 연결부는 상기 연료 전지와 상기 차체 프레임 사이에 연결된 서포트 브라켓을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 연결부는 상기 서포트 브라켓과 상기 차체 프레임 사이에 연결된 마운팅 브라켓을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 연결부는 상기 서포트 브라켓과 상기 마운팅 브라켓 사이에 연결된 인슐레이터를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 연료 전지 차량은, 상기 연료 전지의 아래에 배치된 공기 처리부; 상기 차량주행방향을 기준으로 상기 연료 전지의 앞 및 뒤 중 한 쪽에 배치된 열관리부; 및 상기 차량주행방향을 기준으로 상기 연료 전지의 앞 및 뒤 중 다른 쪽에 배치된 수소 처리부를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 연료 전지 차량은 투자비 및 재료비의 상승을 방지하고, 탑승자의 실내 거주성 즉, 탑승성의 악화를 방지할 수 있고, 엔진룸에서 연료 전지와 전력 변환부와 전력 분배부가 차지하는 두께가 감소할 수 있고, 차량 충돌시 전력 변환부와 전력 분배부의 변형이 방지되고, 캡의 변형이 감소되어 승객을 보호할 수 있고, 측면 충돌 시 전력 변환부의 강체 하우징이 제3 바닥부의 측면과 가장 먼저 접촉하도록 하여, 플라스틱 소재로 제작된 고전압 커넥터 및 고전압 케이블이 파손될 가능성을 줄여, 전기적인 안전 문제가 대두되지 않고, 차량 내 각종 부하에 최적의 경로로 전력을 전송할 수 있고, 연료 전지의 가용 출력(즉, 전류)을 높일 수 있고, 레이아웃 구성의 효용성 등을 개선시킬 수 있다.
도 1a은 일 실시 예에 의한 연료 전지 차량의 블록도를 나타낸다.
도 1b는 다른 실시 예에 의한 연료 전지 차량의 블록도를 나타낸다.
도 2는 일 실시 예에 의한 연료 전지 차량의 외관 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 연료 전지 차량을 A-A’선을 따라 절개한 국부적인 사시도를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 연료 전지 차량의 정면도를 나타낸다.
도 5는 도 3에 도시된 연료 전지 차량에서 캡 바닥부를 제거한 사시도를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 연료 전지 차량의 좌측면도를 나타낸다.
도 7은 도 5에 도시된 연료 전지 차량의 국부적인 분해 사시도를 나타낸다.
도 8은 다른 실시 예에 의한 연료 전지 차량의 사시도를 나타낸다.
도 9는 도 8에 도시된 연료 전지 차량의 정면도를 나타낸다.
도 10은 또 다른 실시 예에 의한 연료 전지 차량의 저면도를 나타낸다.
도 11은 도 10에 도시된 연료 전지 차량의 국부적인 배면 사시도를 나타낸다.
도 12는 도 10에 도시된 연료 전치 차량의 배면도를 나타낸다.
도 13은 또 다른 실시 예에 의한 연료 전지 차량의 저면도를 나타낸다.
도 14는 비교예에 의한 연료 전지 차량의 국부적인 사시도를 나타낸다.
도 15는 도 14에 도시된 비교예에 의한 연료 전지 차량의 정면도를 나타낸다.
도 16은 도 14에 도시된 비교예에 의한 연료 전지 차량에서 캡 바닥부를 제거한 사시도를 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성요소(element)의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소(element)가 상기 두 구성요소(element) 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 구성요소(element)를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.
이하, 실시 예에 의한 연료 전지 차량을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 편의상, 데카르트 좌표계(x축, y축, z축)를 이용하여 연료 전지 차량을 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 이를 설명할 수 있음은 물론이다. 또한, 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, x축, y축 및 z축은 서로 교차할 수도 있다. 아래의 설명에서, 제1 방향은 +x축 또는 -x축 방향 중 적어도 한 방향을 의미하고, 제2 방향은 +y축 또는 -y축 방향 중 적어도 한 방향을 의미하고, 제3 방향은 +z축 방향 또는 -z축 방향 중 적어도 한 방향을 의미하는 것으로 설명한다. 또한, ‘차량주행방향’이란 차량이 주행하는 방향을 의미하며 제1 방향 예를 들어, +x축 방향에 해당하고, ‘차폭방향’이란 차량주행방향과 교차하는 방향으로서, 제2 방향에 해당한다.
이하, 실시 예에 의한 연료 전지 차량(이하, ‘차량’이라 한다)을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1a은 일 실시 예에 의한 연료 전지 차량(100A)의 블록도를 나타내고, 도 1b는 다른 실시 예에 의한 연료 전지 차량(100B)의 블록도를 나타낸다.
실시 예에 의한 연료 전지 차량(100A, 100B)은 적어도 하나의 연료 전지(110), 전력 변환부(120), 전력 분배부(PDU: Power Distribution Unit)(정션 박스 또는, 고전압 정션 박스)(130), 전력 전자 부품(PE)(140), 주변 보조 기기(BOP:Balance Of Plant)(150) 및 배터리(Battery) 160)를 포함할 수 있다.
실시 예에 의한 연료 전지 차량(100A, 100B)에 포함되는 연료 전지(110)는 수직 방향(예를 들어, z축 방향)과 수평 방향(예를 들어, x축 방향과 y축 방향)으로 적층되지 않은 단위 연료 전지를 포함할 수도 있다.
또는, 다른 실시 예에 의한 연료 전지 차량(100A, 100B)에 포함되는 연료 전지(110)는 수직 방향 또는 수평 방향 중 적어도 하나의 방향으로 적층된 복수 개의 단위 연료 전지를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 연료 전지(110)는 x축 방향, y축 방향 또는 z축 방향 중 적어도 하나의 방향으로 적층된 복수 개의 단위 연료 전지를 포함할 수도 있다.
이하, 실시 예에 의한 연료 전지 차량(100A, 100B)은 하나의 단위 연료 전지를 포함하는 것으로 설명하지만, 하기의 설명은 실시 예에 의한 연료 전지 차량(100A, 100B)이 복수의 단위 연료 전지를 포함하는 경우에도 적용될 수 있다.
단위 연료 전지는 차량 구동을 위한 전력 공급원으로 가장 많이 연구되고 있는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)일 수 있으나, 실시 예는 단위 연료 전지의 특정한 구성이나 외관 등 형태에 국한되지 않는다.
연료 전지(110)에 포함된 단위 연료 전지는 엔드 플레이트(end plate)(또는, 가압 플레이트 또는 압축판)(미도시), 집전판(미도시) 및 셀 스택(cell stack)(미도시)을 포함할 수 있다.
셀 스택은 차량주행방향 또는 차폭방향으로 적층된 복수의 단위 셀을 포함할 수 있다. 수십 내지 수백 개 예를 들어, 100 내지 400개의 단위 셀이 적층되어 셀 스택을 구현할 수 있다.
각 단위 셀은 0.6 볼트 내지 1.0 볼트, 평균적으로 0.7볼트의 전기를 생성할 수 있다. 따라서, 연료 전지(110)로부터 부하로 공급하고자 하는 전력의 세기에 따라, 연료 전지(110)에 포함되는 단위 연료 전지의 개수 및 단위 연료 전지의 셀 스택에 포함되는 복수의 단위 셀의 개수가 결정될 수 있다. 여기서, 부하란, 연료 전지 차량(100A, 100B)에서 전력을 요구하는 부분을 의미할 수 있다.
엔드 플레이트는 셀 스택의 양측 단부 각각에 배치되어, 복수의 단위 셀을 지지하며 고정시킬 수 있다. 즉, 제1 엔드 플레이트는 셀 스택의 양측 단부 중 일 단부에 배치되고, 제2 엔드 플레이트는 셀 스택의 양측 단부 중 타 단부에 배치될 수 있다.
또한, 연료 전지(110)는 체결 부재를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 단위 연료 전지에서 체결 부재는 엔드 플레이트와 함께 복수의 단위 셀을 복수의 단위 셀이 적층된 방향으로 체결하는 역할을 한다.
한편, 전력 변환부(120)는 연료 전지(110)의 출력 전압을 승압하는 역할을 한다. 예를 들어, 전력 변환부(120)는 고전압 승압형 직류-직류 변환 장치(FDC:Fuel cell DC-DC Converter)를 포함할 수 있다.
연료 전지 차량(100A, 100B)에서, 연료 전지(110)의 단위 셀 전압과 적층되어 직렬로 연결된 복수의 단위 셀의 개수에 따라 가용 가능한 전압의 레벨이 결정된다. 이와 같이 연료 전지 차량은 연료 전지(110)의 출력 전압을 원하는 레벨의 전압으로 변환하기 위해 전력 변환부(120)를 필수적으로 요구한다. 전력 변환부(120)는 비교적 안정된 전압 대역에서 다양한 레벨을 갖는 출력을 제공할 수 있다. 특히, 연료 전지(110)의 시동 과정 및 연료 전지(110)의 출력 에너지를 구동부가 아닌 곳에 사용할 경우, 배터리(160)와의 전압 매칭을 위해서 전력 변환부(120)의 역할이 중요하다.
현재 차량 산업에서 전동화 부문은 정격전압이 대략 400볼트나 800볼트이며, 이에 대응하기 위해 전력 변환부(120)는 연료 전지 차량(100A, 100B)을 구성하는데 있어 더욱 중요한 구성 요소가 되고 있다.
도 1a의 경우, 연료 전지(110)의 셀 스택에서 발전된 전력을 전력 변환부(120)가 직접 받는 반면에, 도 1b의 경우 연료 전지(110)의 셀 스택에서 발전된 전력을 전력 분배부(130)를 통해 전력 변환부(120)가 간접적으로 받는다. 이를 제외하면, 도 1b는 도 1a에 동일하다.
전력 변환부(120)는 연료 전지(110)의 셀 스택에서 발전된 전력의 레벨을 변경하고, 변경된 레벨을 갖는 전력을 전력 분배부(130)로 제공한다.
전력 분배부(130)는 연료 전지(110)의 셀 스택에서 발전된 전력과 전력 변환부(120)에서 레벨이 변환된 전력을 각 부(140, 150, 160)로 전달할 수 있다.
예를 들어, 전력 분배부(130)는 주변 보조 기기(150) 및 구동 모터를 포함한 차량의 각종 부하로 전력을 분배 및 송전하는 역할을 하며, 각종 부품들을 제어하기 위한 퓨즈(미도시)와 릴레이류(미도시)를 포함할 수 있다.
전력 전자 부품(PE)(140)이란, 차량(100A, 100B)의 일반적인 전자 부품 또는 모터 등의 전자 기구 중 적어도 하나를 의미할 수 있다. 예를 들어, 전력 전자 부품(140)은 전기 모터(미도시) 또는 인버터(미도시)일 수 있으나, 실시 예는 전력 전자 부품(140)의 특정한 구성에 국한되지 않는다.
주변 보조 기기(150)는 연료 전지(110)의 셀 스택을 구동하기 위한 운전을 돕는 장치이다.
배터리(160)는 전력을 저장하는 역할을 하며, 이러한 저장된 전력은 차량의 초기 시동 시에 필요할 수도 있다.
도 2는 일 실시 예에 의한 연료 전지 차량(200)의 외관 사시도를 나타내고, 도 3은 도 2에 도시된 연료 전지 차량(200)을 A-A’선을 따라 절개한 국부적인 사시도를 나타내고, 도 4는 도 3에 도시된 연료 전지 차량(200)의 정면도를 나타내고, 도 5는 도 3에 도시된 연료 전지 차량(200)에서 캡 바닥부(204)를 제거한 사시도를 나타내고, 도 6은 도 5에 도시된 연료 전지 차량(200)의 좌측면도를 나타내고, 도 7은 도 5에 도시된 연료 전지 차량(200)의 국부적인 분해 사시도를 나타내고, 도 8은 다른 실시 예에 의한 연료 전지 차량(200)의 사시도를 나타내고, 도 9는 도 8에 도시된 연료 전지 차량(200)의 정면도를 나타낸다.
먼저, 연료 전지 차량(200)은 차체부(290)를 포함할 수 있다. 차체부(290)는 제1 및 제2 차체 프레임(292, 296)을 포함할 수 있다. 또는, 차체부(290)는 적어도 하나의 크로스 멤버(cross member)(294)를 더 포함할 수 있다.
제1 및 제2 차체 프레임(292, 296) 각각은 차량(200)의 차량주행방향(AR1)인 제1 방향으로 연장하고, 제1 방향과 교차하는 차폭방향인 제2 방향으로 서로 대향할 수 있다. 이때, 적어도 하나의 크로스 멤버(294)는 차체부(290)에서 제1 차체 프레임(292)과 제2 차체 프레임(296) 사이에 배치되는(또는, 위치하는) 부분으로써, 제1 및 제2 차체 프레임(292, 296) 중 적어도 하나와 일체일 수 있으나, 실시 예에 의한 차량(200)은 크로스 멤버(294)의 유무 및 특정한 위치에 국한되지 않는다.
또한, 실시 예에 의한 차량(200)은 캡(CAB:cabinroom)(202)을 더 포함할 수 있다.
캡(202)은 제1 및 제2 차체 프레임(292, 296)에 의해 지지될 수 있다. 이때, 크로스 멤버(294)는 캡(202)을 지지하는데 기여할 수도 있다. 또는, 크로스 멤버(294)는 캡(202)을 지지하지 않으며 생략될 수도 있다.
캡(202)은 운전석과 동반석이 위치하는 부분으로서, 캡 바닥부(204)를 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 캡 바닥부(204)는 캡(202)의 바닥으로서, 제1 바닥부(C1), 제2 바닥부(C2) 및 제3 바닥부(C3)를 포함할 수 있다.
제1 바닥부(C1)는 운전석에 위치한 캡(202)의 바닥에 해당하고, 제2 바닥부(C2)는 차폭방향으로 운적석 옆의 동반석에 위치한 캡(202)의 바닥에 해당한다. 제3 바닥부(C3)는 제1 바닥부(C1)와 제2 바닥부(C2) 사이에 위치하며, 상측으로(즉, +z축 방향) 돌출되어 수용공(C3S)을 형성하는 하면(C3I)을 갖는 캡(202)의 바닥에 해당한다. 여기서, 하면(C3I)은 측면(C3IS1)을 갖는다. 이와 같이, 제3 바닥부(C3)는 엔진 등 파워트레인을 탑재하기 위해 캡 바닥부(204)의 중앙에서 제1 및 제2 바닥부(C1, C2)보다 위로 볼록하게 돌출된 형태를 띄고 있다.
실시 예에 의한 연료 전지 차량(200)은 연료 전지(210), 제1 부재(220) 및 제2 부재(230)를 더 포함할 수 있다.
연료 전지(210)는 캡 바닥부(204) 아래에 배치되고, 복수의 단위 셀이 적층된 셀 스택을 포함할 수 있다. 연료 전지(210)는 도 1a 또는 도 1b에 도시된 연료 전지(110)에 해당하므로, 중복되는 설명을 생략한다.
제1 부재(220)는 도 1a 또는 도 1b에 도시된 전력 변환부(120) 및 전력 분배부(130) 중 하나이고, 제2 부재(230)는 도 1a 또는 도 1b에 도시된 전력 변환부(120) 및 전력 분배부(130) 중 다른 하나에 해당할 수 있다.
차량(200)에서 전력 변환부(220)(또는, 230)는 캡 바닥부(204)와 연료 전지(210) 사이에 적어도 일부가 배치된다. 전력 분배부(230)(또는, 220)는 캡 바닥부(204)와 연료 전지(210) 사이에서 차량주행방향으로 전력 변환부(220)(또는, 230)와 일렬로 배치될 수 있다.
전력 변환부(220)(또는, 230) 및 전력 분배부(230)(또는, 220)는 도 1a 또는 도 1b에 도시된 전력 분배부(120) 및 전력 변환부(130)에 각각 해당하며, 중복되는 설명을 생략할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 차량(200)은 도 1a에 도시된 차량(100A)에 해당할 수 있다. 이 경우, 차량주행방향을 기준으로 전력 분배부(230)는 전력 변환부(220)의 뒤에 배치될 수 있다. 즉, 제1 부재(220)가 전력 변환부(120)에 해당하고, 제2 부재(230)가 전력 분배부(130)에 해당할 수 있다. 이 경우, 도 6을 참조하면, 전력 변환부(220)의 전면(220F)은 전력 분배부(230)의 전면(230F)보다 차량(200)의 앞쪽에 더 가깝게 위치할 수 있다. 예를 들어, 차량주행방향으로, 차량(200)의 프론트면(200FS)으로부터 전력 변환부(220)의 전면(220F)까지의 제1 거리(X1)는 차량(200)의 프론트면(200FS)으로부터 전력 분배부(230)의 전면(230F)까지의 제2 거리(X2)보다 작을 수 있다. 이때, 편의상, 차량(200)의 프론트면(200FS)은 캡(202)의 가장 앞면에 해당할 수 있다. 또한, 전력 분배부(230)의 후면(230B)은 전력 변환부(220)의 후면(220B)보다 차량의 뒤쪽에 더 가깝게 위치할 수 있다. 예를 들어, 차량주행방향으로, 차량(200)의 후면(200BS)으로부터 전력 분배부(230)의 후면(230B)까지의 제3 거리(X3)는 차량(200)의 후면(200BS)으로부터 전력 변환부(220)의 후면(220B)까지의 제4 거리(X4)보다 작을 수 있다. 이때, 편의상, 차량(200)의 후면(200BS)은 차체부(290)의 가장 뒷면에 해당할 수 있다.
다른 실시 예에 의하면, 차량(200)은 도 1b에 도시된 차량(100B)에 해당할 수 있다. 이 경우, 차량주행방향을 기준으로 전력 변환부(230)는 전력 분배부(220)의 뒤에 배치될 수 있다. 즉, 제1 부재(220)가 전력 분배부(130)에 해당하고, 제2 부재(230)가 전력 변환부(120)에 해당할 수 있다. 이 경우, 도 6을 참조하면, 전력 분배부(220)의 전면(220F)은 전력 변환부(230)의 전면(230F)보다 차량(200)의 앞쪽에 더 가깝게 위치할 수 있다. 예를 들어, 차량주행방향으로, 차량(200)의 프론트면(200FS)으로부터 전력 분배부(220)의 전면(220F)까지의 제1 거리(X1)는 차량(200)의 프론트면(200FS)으로부터 전력 변환부(230)의 전면(230F)까지의 제2 거리(X2)보다 작을 수 있다. 또한, 전력 변환부(230)의 후면(230B)은 전력 분배부(220)의 후면(220B)보다 차량의 뒤쪽에 더 가깝게 위치할 수 있다. 예를 들어, 차량주행방향으로, 차량(200)의 후면(200BS)으로부터 전력 변환부(230)의 후면(230B)까지의 제3 거리(X3)는 차량(200)의 후면(200BS)으로부터 전력 분배부(220)의 후면(220B)까지의 제4 거리(X4)보다 작을 수 있다.
전술한 전력 변환부(220)(또는, 230)와 전력 분배부(230)(또는, 220)는 차량주행방향으로 중첩되고, 차량주행방향과 교차하는 차폭방향으로 중첩되지 않게 배치될 수 있다.
이하, 제1 부재(220)가 전력 변환부(120)에 해당하고, 제2 부재(230)가 전력 분배부(130)에 해당하는 것으로 설명하지만, 도 3 내지 도 9에 대한 하기의 설명은 제1 부재(220)가 전력 분배부(130)에 해당하고, 제2 부재(230)가 전력 변환부(120)에 해당하는 경우에도 적용될 수 있다.
실시 예에 의하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 제3 바닥부(C3)는 차폭방향으로 제1 폭(Y1)을 갖고, 전력 변환부(220)는 차폭방향으로 제2 폭(Y2)을 갖고, 전력 분배부(230)는 차폭방향으로 제3 폭(Y3)을 갖는다. 이때, 제1 폭(Y1)은 차폭방향으로 제3 바닥부(C3)의 최대폭일 수도 있고, 최소폭일 수도 있다.
다음 수학식 1 및 수학식 2와 같이 제2 및 제3 폭(Y2, Y3) 각각은 제1 폭(Y1)보다 더 작을 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
예를 들어, 폭(Y2, Y3) 각각이 폭(Y1)보다 작은 정도 즉, 후술되는 이격 거리(D1과 D2)의 합 또는 이격 거리(D2와 D3)의 합은 50㎜ 내지 160㎜ 일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 수용공(C3I) 내에서 이격 거리(D1, D2, D3)만큼의 공간에는 내진제 등이 추가될 수 있다.
또한, 전력 변환부(220) 또는 전력 분배부(230) 중 적어도 하나는 제3 바닥부(C3)에 의해 형성된 수용공(C3S) 내에 수용될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 전력 변환부(220) 및 전력 분배부(230)는 제3 바닥부(C3)에 의해 형성된 수용공(C3S) 내부에 수용될 수 있다.
또한, 전력 변환부(220) 또는 전력 분배부(230) 중 적어도 하나는 수용공(C3S) 내에서 차폭방향으로 제3 바닥부(C3)의 하면(C3I)(즉, 측면(S3IS))으로부터 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 전력 변환부(220)는 수용공(C3S) 내에서 차폭방향으로 제3 바닥부(C3)의 좌측 하면(C3IS)으로부터 최대 제1 이격 거리(D1)만큼 이격되어 배치되고, 제3 바닥부(C3)의 우측 하면(C3IS)으로부터 최대 제2 이격 거리(D2)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 전력 분배부(230)는 수용공(C3S) 내에서 차폭방향으로 제3 바닥부(C3)의 좌측 하면(C3IS)으로부터 최대 제3 이격 거리(D3)만큼 이격되어 배치되고, 제3 바닥부(C3)의 우측 하면(C3IS)으로부터 최대 제4 이격 거리(D4)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이 제4 이격 거리(D4)와 제2 이격 거리(D2)는 동일할 수도 있고, 도시된 바와 달리 다를 수도 있다.
또한, 연료 전지(210)의 탑면(210T)은 수용공(C3S) 아래에 위치할 수 있다. 즉, 연료 전지(210)의 탑면(210T)은 지면(G)으로부터 제1 높이(Z1)를 갖고, 수용공(C3S)의 가장 아래 즉, 제1 또는 제2 바닥부(C1, C2)의 내면(C1I, C2I)은 지면(G)으로부터 제2 높이(Z2)를 갖는다고 할 때, 다음 수학식 3과 같이 제1 높이(Z1)는 제2 높이(Z2) 이하일 수 있다.
Figure pat00003
또한, 다음 수학식 4와 같이, 연료 전지(210)의 차폭방향으로의 제4 폭(Y4)은 수용공(C3S)의 차폭방향으로 최대 제1 폭(Y1)보다 클 수 있다.
Figure pat00004
한편, 일 실시 예에 의하면, 전력 변환부(220)는 연료 전지(210)의 상부와 전기적 및 물리적으로 결합되고, 전력 분배부(230)는 연료 전지(210)의 상부 또는 전력 변환부(220) 중 적어도 하나와 물리적으로 연결되고, 전력 변환부(220)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이 경우, 도 7을 참조하면, 전력 변환부(220)는 연료 전지(210)의 상부와 4곳(P1, P2, P3, P4)에서 물리적으로 결합되어 연료 전지(210)에 고정될 수 있고, 전력 분배부(230)는 전력 변환부(220)와 4곳에서 물리적으로 결합되어 고정될 수 있다. 추가로, 전력 분배부(230)는 연료 전지(210)의 상부의 2곳(P5, P6)에서 물리적으로 결합되어 연료 전지(210)에 더 고정될 수 있다. 또는, 전력 분배부(230)는 전력 변환부(220)와 물리적으로 결합하지 않고 연료 전지(210)의 상부의 2곳(P5, P6)에서만 물리적으로 결합되어 연료 전지(210)에 고정될 수 있다.
이때, 전력 변환부(220)는 연료 전지(210)의 터미널 블럭(TB)과 전기적으로 연결(CC1)되어, 연료 전지(210)에서 생성된 전력을 제공받을 수 있고, 전력 분배부(230)는 전력 변환부(220)와 전기적으로 연결(CC2)될 수 있다.
다른 실시 예에 의하면, 전력 분배부(220)는 연료 전지(210)의 상부와 전기적 및 물리적으로 결합되고, 전력 변환부(230)는 연료 전지(210)의 상부 또는 전력 분배부(220) 중 적어도 하나와 물리적으로 연결되고, 전력 분배부(220)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이 경우, 도 7을 참조하면, 전력 분배부(220)는 연료 전지(210)의 상부와 4곳(P1, P2, P3, P4)에서 물리적으로 결합되어 연료 전지(210)에 고정될 수 있고, 전력 변환부(230)는 전력 분배부(220)와 4곳에서 물리적으로 결합되어 고정될 수 있다. 추가로, 전력 변환부(230)는 연료 전지(210)의 상부의 2곳(P5, P6)에서 물리적으로 결합되어 연료 전지(210)에 더 고정될 수 있다. 또는, 전력 변환부(230)는 전력 분배부(220)와 물리적으로 결합하지 않고 연료 전지(210)의 상부의 2곳(P5, P6)에서만 물리적으로 결합되어 연료 전지(210)에 고정될 수 있다.
이때, 전력 분배부(220)는 연료 전지(210)의 터미널 블럭(TB)과 전기적으로 연결(CC1)되어, 연료 전지(210)에서 생성된 전력을 제공받을 수 있고, 전력 변환부(230)는 전력 분배부(220)와 전기적으로 연결(CC2)될 수 있다. 따라서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 전력 분배부(220)는 연료 전지(210)에서 생성된 전력을 터미널 블럭(TB)을 통해 제공받아 전력 변환부(230)로 제공할 수 있다. 또한, 전력 분배부(220)는 전력 변환부(230)에서 레벨 변환된 전력을 제공받을 수도 있다.
실시 예에 의하면, 제1 부재(220)와 연료 전지(210)는 버스바(미도시)를 통해 직결될 수 있고, 제2 부재(230)는 제1 부재(220)와 버스바(미도시)를 통해 직결될 수 있다.
이때, 연료 전지(210)와 제1 부재(220)와 제2 부재(230)의 서로 간의 물리적 결합은 나사 결합일 수도 있지만, 실시 예는 이들(210, 220, 230)의 특정한 결합 형태에 국한되지 않는다.
한편, 실시 예에 의한 차량(200)은 시스템 프레임(270)을 더 포함할 수 있다. 시스템 프레임(270)은 차체 프레임(292, 296) 중 적어도 한 곳에 장착(또는, 지지 또는 연결)되며, 연료 전지(210)의 적어도 일부를 지지하는 역할을 한다. 연료 전지(210)는 시스템 프레임(270)에 배치될 수 있다.
시스템 프레임(270)은 차체부(290)에 배치될 수 있다. 이 경우, 시스템 프레임(270)은 차체부(290)에 직접 장착될 수도 있고 중간 부재(미도시)를 경유하여 차체부(290)에 간접적으로 장착될 수도 있다.
경우에 따라서, 시스템 프레임(270)이 차체부(290)에 장착될 수 없거나 생략될 수도 있다. 이런 상황에서, 차량(200)은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 연결부(280)를 더 포함할 수 있다. 연결부(280)는 연료 전지(210)를 차체부(290)에 고정하는 역할을 한다.
일 실시 예에 의하면, 연결부(280)는 연료 전지(210)와 차체 프레임(292, 296) 사이에 연결된 서포트 브라켓(support braket)(282)을 포함할 수 있다. 이때, 서포트 브라켓(282)은 연료 전지(210)를 차체 프레임(292. 296)에 고정시키는 역할을 하며, 연료 전지(210)에 연결된 일단과 차체 프레임(292. 296)에 연결된 타단을 갖는다.
다른 실시 예에 의하면, 연결부(280)는 서포트 브라켓(282)뿐만 아니라 마운팅 브라켓(mounting braket)(284)을 더 포함할 수 있다. 마운팅 브라켓(284)은 서포트 브라켓(282)과 차체 프레임(292. 296) 사이에 연결될 수 있다. 이때, 마운팅 브라켓(284)은 서포트 브라켓(282)을 차체 프레임(292. 296)에 고정시키는 역할을 하며, 서포트 브라켓(282)에 연결된 일단과 차체 프레임(292. 296)에 연결된 타단을 포함할 수 있다. 그리고, 서포트 브라켓(282)는 연료 전지(210)에 연결된 일단과 마운팅 브라켓(284)의 일단과 연결되는 타단을 가질 수 있다.
또 다른 실시 예에 의하면, 도 9에 도시된 바와 같이, 연결부(280)는 서포트 브라켓(282)과 마운팅 브라켓(284) 뿐만 아니라 인슐레이터(insulator)(또는, 부쉬(bush)(286)를 더 포함할 수 있다. 인슐레이터(286)는 서포트 브라켓(282)과 마운팅 브라켓(284) 사이에 연결될 수 있다. 즉, 인슐레이터(286)는 서포트 브라켓(282)과 연결된 일단과 마운팅 브라켓(284)과 연결된 타단을 가질 수 있다.
인슐레이터(286)가 배치됨으로써, 서포트 브라켓(282)의 진동이 마운팅 브라켓(284)으로 전달되지 않거나 전달됨이 최소화될 수 있고, 마운팅 브라켓(284)의 진동이 서포트 브라켓(282)으로 전달되지 않거나 전달됨이 최소화될 수 있다. 그리고, 서포트 브라켓(282)은 연료 전지(210)에 연결된 일단과 인슐레이터(286)의 일단과 연결되는 타단을 가질 수 있다. 또한, 마운팅 브라켓(284)은 인슐레이터(286)의 타단과 연결된 일단과 차체 프레임(292. 296)과 연결되는 타단을 가질 수 있다.
전술한 서포트 브라켓(282)은 차량의 좌측과 우측에 각각 2개가 배치될 수 있다.
한편, 실시 예에 의한 차량(200)은 공기 처리부(또는, 공기 공급부)(APS: Air Processing System)(240), 열 관리부(또는, 냉각 매체 처리부)(TMS: Thermal Management System) 및 수소 처리부(또는, 수소 공급부)(FPS: Fuel Processing System)를 더 포함할 수 있다.
공기 처리부(240)는 연료 전지(210)의 아래에 배치될 수 있다. 공기 처리부(240)는 외부와 연료 전지(210) 간의 산소를 포함하는 공기의 유출입을 관리한다. 즉, 공기 관리부(240)는 외부로부터 연료 전지(210)로 산소를 포함하는 공기를 유입시키고, 연료 전지(210)로부터 유출된 반응 가스인 산소와 응축수를 외부로 배출하는 역할을 한다. 이를 위해, 공기 처리부(240)는 공기 필터, 공기 압축기, 에어 쿨러 또는 가습기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
열 관리부는 차량주행방향을 기준으로 연료 전지(210)의 앞 및 뒤 중 한 쪽에 배치되고, 수소 처리부는 차량주행방향을 기준으로 연료 전지(210)의 앞 및 뒤 중 다른 쪽에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 열 관리부(250)는 차량주행방향을 기준으로 연료 전지(210)의 앞쪽에 배치되고, 수소 처리부(260)는 차량주행방향을 기준으로 연료 전지(210)의 뒤쪽에 배치될 수 있다.
다른 실시 예에 의하면, 수소 처리부(250)는 차량주행방향을 기준으로 연료 전지(210)의 앞쪽에 배치되고, 열 관리부(260)는 차량주행방향을 기준으로 연료 전지(210)의 뒤쪽에 배치될 수 있다.
열 관리부(250)(또는, 260)는 연료 전지(210)로의 냉각 매체의 유출입을 관리한다. 즉, 열 관리부(250)(또는, 260)는 연료 전지(210)로 냉각 매체를 유입시키고, 연료 전지(210)로부터 유출된 냉각 매체를 외부로 배출하는 역할을 한다.
수소 처리부(260(또는, 250)는 연료 전지(210)로의 수소의 유출입을 관리한다. 즉, 수소 처리부(260(또는, 250)는 외부로부터 연료 전지(210)로 수소를 유입시키고, 연료 전지(210)로부터 유출된 반응 가스인 수소와 응축수를 외부로 배출하는 역할을 한다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 주변 보조 기기(150)란, 예를 들어, 공기 처리부(240), 수소 처리부(260(또는, 250) 또는 열관리부(250)(또는, 260) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 10은 또 다른 실시 예에 의한 연료 전지 차량(200A)의 저면도를 나타내고, 도 11은 도 10에 도시된 연료 전지 차량(200A)의 국부적인 배면 사시도를 나타내고, 도 12는 도 10에 도시된 연료 전치 차량(200A)의 배면도를 나타내고, 도 13은 또 다른 실시 예에 의한 연료 전지 차량(200B)의 저면도를 나타낸다. 도 10과 도 13에서 XL은 캡 바닥면(104)의 차량주행방향으로의 길이를 나타낸다. 도 12에서 420은 앞 바퀴를 나타낸다.
이해를 돕기 위해, 도 10 및 도 13에서 공기 처리부(240) 및 연료 전지(210)의 도시는 생략된다.
도 10 내지 도 12에 도시된 연료 전지 차량(200A)은 도 1a에 도시된 연료 전지 차량(100A)에 적용될 수 있다. 즉, 연료 전지 차량(200A)은 도 3 내지 도 9에 도시된 제1 부재(220)가 전력 변환부(120)에 해당하고, 제2 부재(230)가 전력 분배부(130)에 해당하는 경우에 적용될 수 있다.
도 13에 도시된 연료 전지 차량(200B)은 도 1b에 도시된 연료 전지 차량(100B)에 적용될 수 있다. 즉, 연료 전지 차량(200B)은 도 3 내지 도 9에 도시된 제1 부재(220)가 전력 분배부(130)에 해당하고, 제2 부재(230)가 전력 변환부(120)에 해당하는 경우에 적용될 수 있다.
전력 분배부는 차량주행방향 또는 차폭방향 중 적어도 한 방향으로 돌출되어 고전압 케이블(CB)과 연결된 고전압 커넥터(HCC)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 도 10 내지 도 12에 예시된 바와 같이, 전력 분배부(230)는 차폭방향으로 돌출되어 제1 고전압 케이블(CB1)과 연결된 제1 고전압 커넥터(232)와, 차량주행방향으로 돌출되어 제2 및 제3 고전압 케이블(CB2, CB3)과 각각 연결되는 제2 및 제3 고전압 커넥터(234, 236)를 포함할 수 있다. 이때, 차폭방향으로 하나의 고전압 커넥터(232)가 배치되고, 차량주행방향으로 2개의 고전압 커넥터(234, 236)가 배치된 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 고전압 커넥터가 돌출된 특정한 방향과 돌출된 특정한 개수에 국한되지 않는다.
다른 실시 예에 의하면, 도 13에 예시된 바와 같이, 전력 분배부(220)는 차폭방향으로 돌출되어 제4, 제5 및 제6 고전압 케이블(CB4, CB5, CB6)과 각각 연결된 제4, 제5 및 제6 고전압 커넥터(222, 224, 226)를 포함할 수 있다. 이때, 차폭방향으로 3개의 고전압 커넥터(222, 224, 226)가 배치된 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 고전압 커넥터의 특정한 개수에 국한되지 않는다.
또한, 차폭방향으로 돌출된 고전압 커넥터(HCC)의 차폭방향으로의 폭과 전력 분배부의 차폭방향으로의 폭의 합은 전력 변환부의 차폭방향으로의 폭보다 작을 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 도 10에 예시된 바와 같이, 차폭방향으로 돌출된 제1 고전압 커넥터(232)의 차폭방향으로의 제5 폭(Y51)과 전력 분배부(230)의 차폭방향으로의 제3 폭(Y3)의 합은 다음 수학식 5와 같이 전력 변환부(220)의 차폭방향으로의 제2 폭(Y2) 이하일 수 있다.
Figure pat00005
다른 실시 예에 의하면, 도 13에 예시된 바와 같이, 차폭방향으로 돌출된 제4, 5 및 6 고전압 커넥터(222, 224, 226) 각각의 차폭방향으로의 제5 폭(Y52)과 전력 분배부(220)의 차폭방향으로의 제2 폭(Y2)의 합은 다음 수학식 6과 같이 전력 변환부(230)의 차폭방향으로의 제3 폭(Y3) 이하일 수 있다.
Figure pat00006
이하, 비교예 및 실시 예의 연료 전지 차량을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 14는 비교예에 의한 연료 전지 차량의 국부적인 사시도를 나타내고, 도 15는 도 14에 도시된 비교예에 의한 연료 전지 차량의 정면도를 나타내고, 도 16은 도 14에 도시된 비교예에 의한 연료 전지 차량에서 캡 바닥부(52)를 제거한 사시도를 나타낸다.
만일, 비교예에 의한 연료 전지 차량의 외관이 도 2에 도시된 바와 같다면, 도 15는 도 2에 도시된 A-A’선을 따라 절개한 절단면도에 해당할 수 있다.
비교예에 의한 연료 전지 차량은 연료 전지(10), 전력 분배부(20), 전력 변환부(30), 공기 처리부(40), 수소 처리부(60) 및 열관리부(70)를 포함할 수 있다. 또한, 비교예에 의한 연료 전지 차량은 캡 바닥부(52)를 포함하는 캡(50)을 더 포함할 수 있다.
비교예에 의한 연료 전지 차량의 연료 전지(10), 전력 분배부(20), 전력 변환부(30), 공기 처리부(40), 캡(50), 캡 바닥부(52), 수소 처리부(60) 및 열관리부(70)는 실시 예에 의한 연료 전지 차량(200, 200A, 200B)의 연료 전지(210), 전력 분배부(230)(또는, 220), 전력 변환부(220)(또는, 230), 공기 처리부(240), 캡(202), 캡 바닥부(204), 수소 처리부(250)(또는, 260) 및 열관리부(260)(또는, 250) 각각과 동일한 역할을 수행하므로, 중복되는 설명을 생략한다.
비교예에 의하면, 전력 분배부(20)와 전력 변환부(30)가 차폭방향으로 연료 전지(10) 위에 탑재된다. 이때, 캡 바닥부(52)에서 실시 예의 제3 바닥부(C3)에 상응하는 부분은 차폭방향으로 폭(y1)을 갖고, 전력 분배부(20)는 차폭방향으로 폭(y2)을 갖고 전력 변환부(30)는 차폭방향으로 폭(y3)을 갖는다. 이때, 이들 폭(y1, y2, y3)은 다음 수학식 7과 같은 관계를 갖는다.
Figure pat00007
수학식 7에서와 같이 폭(y2, y3)의 합이 폭(y1)보다 클 경우, 도 14에 도시된 바와 같이 전력 분배부(20)와 캡 바닥부(52)가 차폭 방향으로 서로 간섭(80)할 수 있다. 이런 사유로, 기존의 내연 기관을 탑재하는 차량에 연료 전지(10)와 전력 분배부(20)와 전력 변환부(30)를 탑재하기 위해서, 캡(50)의 차체 즉, 캡 바닥부(52)에서 제3 바닥부(C3)의 차폭방향으로의 폭(y1)을 증가시키야 한다. 이와 같이, 도 15에서 화살표(AR2)로 표시한 방향으로 제3 바닥부(C3)의 폭(y1)을 증가시킬 경우, 기존의 내연 기관을 탑재하는 차량의 차체를 연료 전지(10)와 전력 분배부(20)와 전력 변환부(30)를 장착하기 위해 그대로 사용할 수 없다. 이로 인해, 연료 전지 차량만을 위한 별도의 차체 개발을 요구하여, 연료 전지 차량의 투자비 및 재료비의 상승을 야기하고, 차폭방향으로 동반석을 위한 제2 바닥부(C2)의 크기와 운전석을 위한 제1 바닥부(C1)의 크기가 줄어들어 탑승자의 실내 거주성 즉, 탑승성이 악화될 수 있다.
그러나, 실시 예의 경우, 전력 변환부(220((또는, 230)와 전력 분배부(230)(또는, 220)가 차량주행방향으로 일렬로 연료 전지(210)의 위에 배치되고, 전력 변환부(220((또는, 230)와 전력 분배부(230)(또는, 220) 각각의 폭(Y2, Y3)이 제3 바닥부(C3)의 폭(Y1)보다 작으므로, 도 14에 도시된 간섭(80)이 발생하지 않는다. 따라서, 실시 예에 의한 연료 전지 차량을 제조하기 위해, 기존의 내연 기관을 탑재하는 차량에서 캡(202)의 차체 즉, 캡 바닥부(204)의 차폭방향으로의 폭(Y1)을 변경할 필요가 없어, 연료 전지 차량의 투자비 및 재료비의 상승을 방지하고, 차폭방향으로 동반석을 위한 제2 바닥부(C2)의 크기와 운전석을 위한 제1 바닥부(C1)의 크기가 줄어들지 않아 탑승자의 실내 거주성 즉, 탑승성의 악화를 방지할 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 제2 및 제3 폭(Y2, Y3) 각각이 제1 폭(Y1)보다 더 작으므로, 전력 변환부(220((또는, 230)와 전력 분배부(230)(또는, 220)를 수용공(C3S)에 수용할 수 있어, 연료 전지 차량(200, 200A, 200B)의 엔진룸에서 연료 전지(210)와 제1 및 제2 부재(220, 230)가 차지하는 두께가 감소할 수 있다.
또한, 전력 변환부(220((또는, 230)와 전력 분배부(230)(또는, 220) 각각이 수용공(C3S) 내에서 차폭방향으로 제3 바닥부(C3)의 측면(C3IS)으로부터 이격 거리(D1, D2, D3)만큼 이격되어 배치되므로, 차량이 주행할 때, 전력 변환부(220((또는, 230)와 전력 분배부(230)(또는, 220) 각각과 캡 바닥부(204) 간에 상대적인 운동 시 물리적인 간섭이 회피될 수 있다. 또한, 차량이 측면으로 충돌하거나 원인 불상의 충격을 받을 때 캡 바닥부(204)가 차폭방향으로 이동하거나 변형될 때, 이격 거리(D1, D2, D3)만큼의 여유 공간으로 인해 충격이 흡수되어 전력 변환부(220((또는, 230)와 전력 분배부(230)(또는, 220)의 변형이 방지되고, 캡(202)의 변형이 감소되어 승객을 보호할 수 있다.
또한, 연료 전지(210)에서 복수의 단위 셀이 제1 방향으로 적층된다고 할 때, 연료 전지(210)의 차폭방향인 제2 방향으로 제4 폭(Y4)은 복수의 단위 셀 각각의 사이즈에 영향을 준다. 만일, 제1 높이(Z1)가 제2 높이(Z2)보다 클 경우, 연료 전지(210)의 일부가 수용공(C3I) 내에 배치될 수 있다. 이 경우, 제4 폭(Y4)은 수용공(C3I)의 폭(Y1)을 초과하지 못하므로, 복수의 단위 셀 각각의 사이즈는 폭(Y1)을 초과할 수 없다.
반면에, 실시 예에 의하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 높이(Z1)가 제2 높이(Z2) 이하이므로, 제4 폭(Y4)을 폭(Y1)보다 크게 할 수 있고, 이로 인해 단위 셀의 차폭방향으로의 폭을 최대화할 수 있어, 연료 전지(210)의 가용 출력(즉, 전류)을 높일 수 있다.
실시 예의 경우, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 전력 분배부(230)에서 인출된 고전압 케이블(CB2, CB3)이 차량의 후방으로(즉, -x축 방향)으로 인출되므로, 차량(200A) 내에서 캡(202)보다 후방에 위치되어 있는 여러 부하 예를 들어, 구동 모터 및 고전압배터리 등으로 연결이 용이하다. 게다가, 전력 분배부(230)의 후방의 캡(202)의 후면이 오픈(OP)되어 있어 차량의 정면 충돌 시, 고전압 케이블(CB2, CB3) 및 고전압 커넥터(234, 236)의 파손을 방지할 수 있어, 전기 절연 실패로 인한, 고전압 안전 문제가 대두되지 않고, 차량 내 각종 부하에 최적의 경로로 전력을 전송할 수 있다.
또한, 도 10 및 도 13에서와 같이 폭(Y3, Y51)(또는, Y2와 Y52)의 합이 폭(Y2)(또는, Y3)보다 작으므로, 차량주행방향으로 제3 바닥부(C3)의 앞의 폭(Y1F)과 뒤의 폭(Y1B)이 동일한 경우, 고전압 커넥터(232)(또는, 222, 224, 226) 및 이 커넥터(232)(또는, 222, 224, 226)와 연결된 고전압 케이블(CB1)(또는, CB4, CB5, CB6)이 제3 바닥부(C3)의 하면(C3I)의 측면(C3IS)과 적정 간극을 확보할 수 있고, 측면 충돌 시 전력 변환부(220)(또는, 230)의 강체 하우징이 제3 바닥부(C3)의 측면(C3IS)과 가장 먼저 접촉하도록 하여, 플라스틱 소재로 제작된 고전압 커넥터(232)(또는, 222, 224, 226) 및 고전압 케이블(CB1)(또는, CB4, CB5, CB6)이 파손될 가능성을 줄일 수 있다.
또한, 열관리부(250)가 차량의 앞쪽에 배치될 경우, 차량 열교환기(예를 들어 라디에이터)(도 10 및 도 13의 500)를 포함한 냉각 시스템이 차량의 앞쪽에 배치되어 있으므로, 레이아웃 구성의 효용성 등을 개선시킬 수 있다.
전술한 다양한 실시 예들은 본 발명의 목적을 벗어나지 않고, 서로 상반되지 않은 한 서로 조합될 수도 있다. 또한, 전술한 다양한 실시 예들 중에서 어느 실시 예의 구성 요소가 상세히 설명되지 않은 경우 다른 실시 예의 동일한 참조부호를 갖는 구성 요소에 대한 설명이 준용될 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 캡 바닥부 아래에 배치되고, 복수의 단위 셀이 적층된 셀 스택을 포함하는 연료 전지;
    상기 캡 바닥부와 상기 연료 전지 사이에 적어도 일부가 배치된 전력 변환부; 및
    상기 캡 바닥부와 상기 연료 전지 사이에서 차량주행방향으로 상기 전력 변환부와 일렬로 배치된 전력 분배부를 포함하는 연료 전지 차량.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 차량주행방향을 기준으로 상기 전력 분배부는 상기 전력 변환부의 뒤에 배치된 연료 전지 차량.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 전력 변환부의 전면은 상기 전력 분배부의 전면보다 차량의 앞쪽에 더 가깝게 위치한 연료 전지 차량.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 전력 분배부의 후면은 상기 전력 변환부의 후면보다 차량의 뒤쪽에 더 가깝게 위치한 연료 전지 차량.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 차량주행방향을 기준으로 상기 전력 변환부는 상기 전력 분배부의 뒤에 배치된 연료 전지 차량.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 전력 분배부의 전면은 상기 전력 변환부의 전면보다 차량의 앞쪽에 더 가깝게 위치한 연료 전지 차량.
  7. 제2 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 변환부와 상기 전력 분배부는 상기 차량주행방향으로 중첩되고, 상기 차량주행방향과 교차하는 차폭방향으로 중첩되지 않게 배치된 연료 전지 차량.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 캡 바닥부는
    운전석에 위치한 제1 바닥부;
    차폭방향으로 상기 운적석 옆의 동반석에 위치한 제2 바닥부; 및
    상기 제1 바닥부와 상기 제2 바닥부 사이에 위치하며, 상측으로 돌출되어 수용공을 형성하는 하면을 갖는 제3 바닥부를 포함하는 연료 전지 차량.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 전력 변환부 및 상기 전력 분배부 각각의 상기 차폭방향으로의 폭은 상기 제3 바닥부의 상기 차폭방향으로의 폭보다 더 작은 연료 전지 차량.
  10. 제8 항에 있어서, 상기 전력 변환부 또는 상기 전력 분배부 중 적어도 하나는 상기 수용공에 수용되는 연료 전지 차량.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 전력 변환부 또는 상기 전력 분배부 중 적어도 하나는 상기 수용공 내에서 상기 차폭방향으로 상기 제3 바닥부의 상기 하면으로부터 이격되어 배치된 연료 전지 차량.
  12. 제10 항에 있어서, 상기 연료 전지의 탑면은 상기 수용공 아래에 위치한 연료 전지 차량.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 연료 전지의 상기 차폭방향으로의 폭은 상기 수용공의 상기 차폭방향으로의 폭보다 큰 연료 전지 차량.
  14. 제2 항 또는 제5 항에 있어서, 상기 전력 분배부는
    상기 차량주행방향 또는 차폭방향 중 적어도 한 방향으로 돌출되어 고전압 케이블과 연결된 고전압 커넥터를 포함하는 연료 전지 차량.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 차폭방향으로 돌출된 상기 고전압 커넥터의 상기 차폭방향으로의 폭과 상기 전력 분배부의 상기 차폭방향으로의 폭의 합은 상기 전력 변환부의 상기 차폭방향으로의 폭보다 작은 연료 전지 차량.
  16. 제1 항에 있어서, 상기 전력 변환부 및 상기 전력 분배부 중 하나인 제1 부재는 상기 연료 전지의 상부와 전기적 및 물리적으로 결합되고,
    상기 전력 변환부 및 상기 전력 분배부 중 다른 하나인 제2 부재는 상기 연료 전지의 상기 상부 또는 상기 제1 부재 중 적어도 하나와 물리적으로 연결되고, 상기 제1 부재와 전기적으로 연결되는 연료 전지 차량.
  17. 제1 항에 있어서,
    차폭방향으로 서로 대향하여 상기 차량주행방향으로 연장된 차체 프레임; 및
    상기 연료 전지를 상기 차체 프레임에 고정하는 연결부를 더 포함하는 연료 전지 차량.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 연료 전지의 아래에 배치된 공기 처리부;
    상기 차량주행방향을 기준으로 상기 연료 전지의 앞 및 뒤 중 한 쪽에 배치된 열관리부; 및
    상기 차량주행방향을 기준으로 상기 연료 전지의 앞 및 뒤 중 다른 쪽에 배치된 수소 처리부를 더 포함하는 연료 전지 차량.
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