KR100911568B1 - 연료전지 차량의 엔진룸내 구성품 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 차량의 엔진룸내 구성품 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터는 서브프레임에 마운팅되고, 공기블로어, 에어컨 컴프레서, TMS 모듈, 고전압 제어기는 모터에 마운팅되어, 엔진룸에 배치되는 각 구성들이 하나의 일체형 모듈을 이루도록 함으로써, 시스템 효율성을 향상시킬 수 있고, 서브 프레임 모듈로 데킹이 가능하여 조립 작업성을 향상시킬 수 있도록 한 연료전지 차량의 엔진룸내 구성품 모듈에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 서브프레임에 모터 및 그 케이싱이 장착된 상태에서, 상기 모터 케이싱의 후면에 공기블로워를 일체로 장착하고, 상기 모터 케이싱의 전면쪽에 에어컨 컴프레서를 일체로 장착하며, 상기 모터 케이싱의 상부면에 TMS 모듈 및 고전압 제어기를 좌우로 나란하게 장착하여서 모듈화시킨 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 엔진룸내 구성품 모듈을 제공한다.
연료전지, 엔진룸, 구성품, 모듈, 모터, 서브프레임, 공기블로워, 컴프레서, 일체

Description

연료전지 차량의 엔진룸내 구성품 모듈{Engine room module of fuel cell vehicle}
본 발명은 연료전지 차량의 엔진룸내 구성품 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터는 서브프레임에 마운팅되고, 공기블로어, 에어컨 컴프레서, TMS 모듈, 고전압 제어기는 모터에 마운팅되어, 엔진룸에 배치되는 각 구성들이 하나의 일체형 모듈을 이루도록 함으로써, 시스템 효율성을 향상시킬 수 있고, 서브 프레임 모듈로 데킹이 가능하여 조립 작업성을 향상시킬 수 있도록 한 연료전지 차량의 엔진룸내 구성품 모듈에 관한 것이다.
연료전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전시스템이다.
이러한 연료전지 시스템은 첨부한 도 5의 개략도에 나타낸 바와 같이, 크게 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급시스템(수소탱크, 수소 재순환기 등), 연료전지 스택에 전기화학반응에 필 요한 산화제인 공기중의 산소를 공급하는 공기공급 시스템(공기 공급기, 막가습기, 공기블로워(12) 등), 연료전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 냉각 시스템(물 펌프, 라디에이터(14) 등)으로 구성된다.
일반적으로 연료전지 자동차는 종래 내연기관을 사용하지 않고 단순히 모터만으로 구동되는 시스템으로서, 이러한 연료전지 자동차의 모터에서 발생된 토크는 감속기 또는 트랜스미션을 통해 증폭되어 자동차를 구동하게 된다.
이러한 연료전지 시스템 구성중 연료전지 스택에 수소를 공급하는 연료 공급 시스템은 차체 길이방향에서 후방쪽(트렁크쪽)에 설치되고, 상기 연료전지스택은 차체 중앙부에 설치되며, 차체 전방쪽(엔진룸)에는 산소 공급을 위한 공기공급 시스템(공기블로워 등)과 냉각 시스템(라디에이터, 컨덴서, 에어컨 컴프레서 등), 차량 구동을 위한 구동장치(모터, 고전압 제어기, TMS 모듈) 등이 설치된다.
이때, 연료전지 차량의 엔진룸에 설치되는 각 구성품들은 집적화 및 공간 효율성 그리고 작업성 등을 고려하여 대부분 모듈화시켜 장착하고 있다.
기존의 연료전지 차량의 엔진룸에 설치되는 구성품을 모듈화시킨 구조로서, 미국특허 6,968,915(2005.11.29)에 그 일례가 개시되어 있다.
위의 미국특허에 개시된 내용을 도 6을 참조로 간략히 살펴보면, 진동 저감을 위한 연료전지 차량으로서, 메인모터(21)와, 액슬(G)을 갖는 트랜스미션(22)을 포함하는 드라이브 모듈과; 압축기용 모터(32)와, 압축기(31)를 포함하는 압축기 모듈과; 연료전지 스택의 셀과 파이프로 연결된 인터쿨러(4)를 포함하는 쿨링 모 듈; 로 구성되어 있다.
특히, 진동 저감을 위하여, 상기 메인모터(21)와 압축기용 모터(32)는 고무마운트(R1,R2)로 연결되고, 상기 인터쿨러(4)와 압축기용 모터(32)는 고무마운트(R6,R7)로 연결되며, 상기 압축기용 모터(32)와 트랜스미션(22)은 고무마운트(R4)로 지지되어 있다.
그러나, 기존 연료전지 차량용 엔진룸 모듈화 구조는 진동 저감을 위한 배치 구조면에는 효율적이지만, 각 구성품간의 배관 연결 작업이 어려운 단점이 있다.
즉, 공기블로워는 차체 후방쪽에 있는 연료전지 스택쪽으로 파이핑되어야 하고, 에어컨 컴프레서는 차체 전방쪽에 있는 라디에이터쪽으로 파이핑이 되어야 하는데, 기존 엔진룸 모듈화 구성품들은 진동 저감에만 치중한 나머지 각 구성품간의 파이프 연결을 위한 배관 작업성을 고려하지 않음에 따라, 배관 파이프의 길이가 길어지는 동시에 각 구성품을 피해서 절곡되는 부분이 많아 작업성이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 연료전지 차량의 엔진룸에 설치되는 각 구성품을 최적 배치함과 함께 일체로 조립하여 모듈화시키되, 에어컨 컴프레서를 모터 전방에 장착하여 에어컨 파이프 배관 작업이 용이하게 실시될 수 있고, 또한 공기 블로워를 모터 후방에 장착하여 공기 공급을 위한 배관 작업이 용이하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 서브 프레임 모듈로 데킹이 가능하여 조립 작업성을 향상시킬 수 있고, 배관 길이의 축소로 연료전지 시스템 효율성을 향상시킬 수 있는 연료전지 차량의 엔진룸내 구성품 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 엔진룸 바닥프레임인 서브프레임에 모터 및 그 케이싱이 장착된 상태에서, 상기 모터 케이싱의 후면에 공기블로워를 일체로 장착하고, 상기 모터 케이싱의 전면쪽에 에어컨 컴프레서를 일체로 장착하며, 상기 모터 케이싱의 상부면에 TMS 모듈 및 고전압 제어기를 좌우로 나란하게 장착하여서 모듈화시킨 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 엔진룸내 구성품 모듈을 제공한다.
바람직한 일 구현예로서, 상기 에어컨 컴프레서와, 상기 라디에이터에 조합되어 있는 컨덴서간의 거리가 단축되어, 에어컨 컴프레서와 컨덴서간을 연결하는 에어컨 파이프의 길이를 단축시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
바람직한 다른 구현예로서, 상기 공기블로워와 가습기 사이, 및 공기블로워와 공기청정기 사이의 거리가 단축되어, 상기 공기블로워와 가습기간을 연결하는 제1공기배관 파이프와, 상기 공기블로워와 공기청정기간을 연결하는 제2공기배관 파이프의 길이를 단축시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 모터 케이싱은 상기 서브프레임의 전방 및 후방, 좌측 및 우측면에 4점 마운팅되도록 한 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.
1) 연료전지 차량의 엔진룸에 설치되는 각 구성품중 모터를 서브프레임이 고정 장착하고, 에어컨 컴프레서를 모터 전방에 장착하며, 공기 블로워를 모터 후방에 장착하여 일체형으로 모듈화시킴으로써, 에어컨 파이프 배관 작업 및 공기 공급을 위한 배관 작업이 용이하게 이루어질 수 있는 장점이 있다.
2) 서브 프레임 모듈로 데킹이 가능하여 조립 작업성을 향상시킬 수 있다.
3) 에어컨 컴프레서 및 공기블로워로부터 연장되는 파이프 배관 길이를 축소함에 따라 각 배관내의 유체 흐름 길이가 단축되어 연료전지 시스템 효율성을 향상시킬 수 있고, 비용절감을 도모할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
연료전지 차량의 시스템 구성은 연료전지, 수소탱크, 구동 모터, 2차전지(배터리/슈퍼캐패시터)의 기본 구성품과, 연료전지 구동을 위한 수소 공급장치, 공기(산소) 공급장치, 스택 열/물 관리 시스템의 주변장치로 구성되어 있다.
좀 더 상세하게는, 첨부한 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 차체 후방(트렁크쪽)에 설치되어 연료전지 스택에 수소를 공급하도록 수소탱크와 수소 재순환기 등을 포함하는 수소 공급 장치와; 차체 중앙부에 설치되는 연료전지 스택(106)과; 차체 전방쪽(엔진룸)에 설치되어 연료전지 스택(106)에 산소를 공급하도록 공기블로워(102)를 포함하는 공기공급 시스템으로 구성되어 있고, 또한 차체 전방쪽(엔진룸)에는 라디에이터(104), 컨덴서(112), 에어컨 컴프레서(108) 등으로 이루어진 냉각 시스템 및, 차량 구동을 위하여 모터(100), 고전압 제어기(114), TMS 모듈(116) 등으로 이루어진 구동장치가 설치된다.
본 발명은 엔진룸에 설치되는 각 구성품의 배치를 최적화시킴과 함께 일체로 모듈화시킴으로써, 에어컨 컴프레서 파이프 및 공기 공급을 위한 파이프 배관 작업성을 향상시키고, 각 파이프 배관 길이를 축소함에 따라 파이프내의 유체 흐름 길이를 단축시켜 연료전지 시스템 효율성을 향상시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
이에, 첨부한 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 엔진룸 바닥프레임인 서브프레임(110)에 모터(100) 및 그 케이싱이 일체로 장착된 상태에서, 상기 모터(100) 케이싱의 후면에 공기블로워(102)를 일체로 장착하고, 상기 모터(100) 케이싱의 전면쪽에 에어컨 컴프레서(108)를 일체로 장착한다.
또한, 상기 모터(100) 케이싱의 상부면에 TMS 모듈(116) 및 고전압 제어기(114)를 좌우로 나란하게 장착시킨다.
이와 같이, 모터(100) 케이싱을 중심으로 그 전방에 에어컨 컴프레서(108) 가, 후방에 공기블로워(102)가, 상부에 TMS(자동 변속 제어 시스템) 모듈(116) 및 고전압 제어기(114)가 일체로 장착되어, 하나의 모듈화된 구조를 이루게 된다.
이때, 상기 TMS 모듈(116) 및 고전압 제어기(114)는 차량 거동을 위한 제어수단으로서, 열에 민감하므로 모터(100) 케이싱 상부에 장착하여 공기블로워(102) 및 에어컨 컴프레서(108)로부터 발생하는 열의 영향을 받지 않도록 하고, 가장 위쪽에 위치하여 외기와 접하면서 열방출이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.
이러한 본 발명의 엔진룸내 구성품 모듈화에 따라, 상기 모터(100) 케이싱 전방에 장착된 에어컨 컴프레서(108)와, 엔진룸의 가장 앞쪽에 위치한 라디에이터(104)간의 거리가 단축되고, 이에 에어컨 컴프레서(108)와 라디에이터(104)에 조합되어 있는 컨덴서(112)간의 거리가 단축되어, 에어컨 컴프레서(108)와 컨덴서(112)간을 연결하는 에어컨 파이프(118)의 길이가 단축될 수 있다.
따라서, 에어컨 파이프(118)를 흐르는 냉매 유체의 흐름 길이를 단축시켜 냉각 시스텐 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 엔진룸내 구성품 모듈화에 따라, 상기 모터(100) 케이싱의 후방에 장착된 공기블로워(102)와 그 뒤쪽의 가습기(124) 사이 거리, 그리고 공기블로워(102)와 그 뒤쪽의 공기청정기(126) 사이의 거리가 단축되어, 결국 상기 공기블로워(102)와 가습기(124)간을 연결하는 제1공기배관 파이프(120)와, 상기 공기블로워(102)와 공기청정기(126)간을 연결하는 제2공기배관 파이프(122)의 길이를 단축시킬 수 있게 된다.
이에, 상기 제1 및 제2공기배관 파이프(120,122)를 흐르는 공기 유체의 흐름 길이를 단축시켜 공기 공급 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 모터(100) 케이싱은 상기 서브프레임(110)의 전방 및 후방, 좌측 및 우측면에 4점 마운팅되도록 하며, 그 이유는 모터(100) 케이싱에 공기블로워(102), 에어컨 컴프레서(108), TMS 모듈(116) 및 고전압 제어기(114) 등이 일체로 장착되므로, 모터(100) 케이싱의 고정 상태를 견고하게 하기 위함에 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지 차량의 엔진룸내 구성품 모듈 구조를 나타내는 측면도,
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 엔진룸내 구성품 모듈 구조를 나타내는 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 차량의 엔진룸내 구성품 모듈에 의거 배관 파이프 길이가 단축되는 것을 설명하는 측면도,
도 4는 연료전지 차량의 엔진룸내 구성품 배치를 설명하기 위한 측면도,
도 5는 연료전지 차량의 시스템 구성을 설명하기 위한 개략도,
도 6은 기존 연료전지 차량용 엔진룸 구성품 모듈화 예를 설명하는 측면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 모터 102 : 공기블로워
104 : 라디에이터 106 : 연료전지스택
108 : 에어컨 컴프레서 110 : 서브프레임
112 : 컨덴서 114 : 고전압제어기
116 : TMS 모듈 118 : 에어컨 파이프
120 : 제1공기공급 파이프 122 : 제2공기공급 파이프
124 : 가습기 126 : 공기청정기

Claims (4)

  1. 엔진룸 바닥프레임인 서브프레임에 모터 및 그 케이싱이 장착된 상태에서, 상기 모터의 케이싱 후면에 공기블로워를 일체로 장착하고, 상기 모터의 케이싱 전면쪽에 에어컨 컴프레서를 일체로 장착하며, 상기 모터의 케이싱 상부면에 TMS 모듈 및 고전압 제어기를 좌우로 나란하게 장착하여서 모듈화시킨 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 엔진룸내 구성품 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 모터의 케이싱은 상기 서브프레임의 전방 및 후방, 좌측 및 우측면에 4점 마운팅되도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 엔진룸내 구성품 모듈.
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