WO2023022467A1 - 수소연료전지 트랙터 - Google Patents

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WO2023022467A1
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    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a tractor using a hydrogen fuel cell as a power source, and organically combines a hydrogen fuel cell system, a hydrogen tank, a battery, a motor controller, an integrated controller, a drive unit motor, a PTO motor, and a work machine motor to operate the system stably as a whole. It is about a hydrogen fuel cell tractor that makes this possible.
  • Patent Publication No. 10-2011-0003940 (published on January 13, 2011) converts the chemical energy of hydrogen into electric power through an electrochemical reaction.
  • fuel cell a fuel supply device for storing and supplying hydrogen fuel necessary for the fuel cell to generate electricity;
  • a power control device that converts the direct current generated by the fuel cell into the power required by the fuel cell excavator and controls it;
  • a storage battery as a power storage device for storing part of the power generated by the fuel cell to supply power necessary for the operation of all devices constituting the fuel cell excavator and to cope with rapid load changes of various electric motors of the fuel cell excavator;
  • An electric driving motor that drives the lower traveling body of the fuel cell excavator;
  • An electric swing motor for turning the upper swing body of the fuel cell excavator;
  • a hydraulic pump driving electric motor that drives a hydraulic pump 270 that generates hydraulic pressure that operates the front work device of the excavator;
  • a fuel cell excavator including a system controller
  • Patent Publication No. 10-2010-0129878 published on December 10, 2010
  • a fuel cell that converts the chemical energy of hydrogen into electric power by an electrochemical reaction
  • a fuel supply device for storing and supplying hydrogen fuel necessary for the fuel cell to generate electricity
  • a power control device that converts and controls the direct current generated by the fuel cell into the power required by the fuel cell vehicle
  • a drive motor that drives a fuel cell vehicle
  • a supercapacitor as a power storage device for storing part of the power generated by the fuel cell to supply power necessary for the operation of all devices constituting the fuel cell vehicle and to cope with sudden load changes of the driving motor of the fuel cell vehicle
  • a fuel cell vehicle including a system controller that collectively controls all devices constituting the fuel cell vehicle to operate in an optimal state
  • a fuel cell characterized in that a hydrogen storage alloy container is provided as the fuel supply device.
  • a fuel cell that converts the chemical energy of hydrogen into electric power by an electrochemical reaction; a fuel supply device for storing and supplying hydrogen fuel necessary for the fuel cell to generate electricity; A power control device that converts the direct current generated by the fuel cell into power required by the fuel cell forklift and controls it; A supercapacitor as a power storage device for storing part of the power generated by the fuel cell to supply power necessary for the operation of all devices constituting the fuel cell forklift and to respond to sudden load changes of various electric motors; An electric driving motor that drives the fuel cell forklift; A hydraulic pump driving electric motor that drives a hydraulic pump that generates hydraulic pressure to operate the work device of the fuel cell forklift; And in a fuel cell forklift including a system controller that collectively controls all devices constituting the fuel cell forklift so that it can operate in an optimal state, a hydrogen storage alloy container is provided as the fuel supply device Fuel cell, characterized in that A
  • an upper bracket of a basket for accommodating a battery is fixed between an engine frame front projection and a weight support mounted on the engine frame front projection.
  • the rear of the basket is located at the bottom of the engine frame, and a technology related to a hybrid tractor is disclosed, characterized in that a battery is mounted in the basket.
  • Patent Document 1 Patent Publication No. 10-2011-0003940 (published on January 13, 2011)
  • Patent Document 2 Patent Publication No. 10-2010-0129878 (published on December 10, 2010)
  • Patent Document 3 Patent Publication No. 10-2011-0005754 (published on January 19, 2011)
  • Patent Document 4 Patent Publication No. 10-2016-0063809 (published on June 7, 2016)
  • An object of the present invention is to generate electric energy by chemically reacting hydrogen ions supplied from a hydrogen tank with oxygen in the air, and to generate power necessary for driving and working using an electric motor.
  • the present invention aims to drive a tractor by organically combining a hydrogen fuel cell system, a hydrogen tank, a battery, a controller, a drive motor, a PTO motor, a work machine motor, and the like. .
  • an object of the present invention is to use a hydrogen fuel cell as a power source while maintaining the appearance of a conventional internal combustion engine tractor.
  • an object of the present invention is to secure safety and convenience when charging hydrogen in a hydrogen tank.
  • an object of the present invention is to stably install a drive unit module by enabling separate installation of a drive unit motor, a PTO motor, and a working machine motor by installing a drive unit motor cover.
  • an object of the present invention is to stably protect the hydrogen tank module 200 and the drive unit module 300 by inserting them into a tractor body frame by installing the upper cover of this machine.
  • an object of the present invention is to divide the inside of the bonnet hood into upper and lower parts by installing a protective cover, and to separately install a fuel cell module and a battery pack module, a motor controller and an integrated controller.
  • the present invention enables the tractor drive unit motor and the PTO motor to be driven separately, thereby preventing power (energy) loss of an existing engine type tractor that must be driven at all times regardless of whether the drive unit and the PTO are operating. is intended to do.
  • a hydrogen fuel cell module 100 consisting of a hydrogen supply system 110, an air supply system 120, a cooling system 130 and a fuel cell stack 140 ) is installed on the front lower side of the tractor body frame 1, the hydrogen tank module 200 is inserted and installed in the central part of the tractor body frame 1, and the drive unit module is installed in the rear part of the tractor body frame 1 300 is inserted and installed, and the hydrogen tank module 200 and the drive unit module 300 are covered and protected by the upper cover 400 of the machine in a state of being inserted and installed in the tractor body frame 1, and the fuel cell
  • a battery pack module 500 is installed on the upper side of the upper cover 400 of the machine at the rear of the module 100, and a protective cover 600 is installed on the upper side of the fuel cell module 100 and the battery pack module 500.
  • the motor controller 700 and the integrated controller 800 are installed on the upper side of the protective cover 600, and the hydrogen fuel cell module (100), a battery pack module (500), a protective cover (600), a motor controller (700), and an integrated controller (800) are installed in a bonnet hood (2), and relate to a hydrogen fuel cell tractor.
  • the hydrogen supply to the hydrogen tank module 200 is supplied to the hydrogen charging port 12 installed on the side wall frame 11 of the tractor body frame 1 It relates to a hydrogen fuel cell tractor, characterized in that made by.
  • the driving unit module 300 is rear-wheel driven by the tractor driving unit motor 310 and the transmission 320 connected to the tractor driving unit motor 310 It consists of a PTO motor 360, a PTO transmission 370 connected to the PTO motor 360, and a PTO shaft 380 connected to the PTO transmission 370 to drive a work machine, and to drive a rear work machine. It consists of a working machine motor 390 for controlling the ascending and descending of the tractor driving part motor 310, the PTO motor 360, and the working machine motor 390 are lowered by the driving part motor cover 350. It relates to a hydrogen fuel cell tractor, characterized in that a tractor drive motor 310, a PTO motor 360, and a working machine motor 390 are respectively installed on the upper side.
  • the present invention [4] in the above [1], the hydrogen fuel cell module 100, the air supply system 120 and the cooling system 130 are installed on the front side of the tractor, the air supply system 120 ) and the hydrogen supply system 110 is installed on the upper side of the cooling system 130 to receive hydrogen from the hydrogen tank module 200, and the fuel cell stack 140 is installed on the upper side of the hydrogen supply system 110. It relates to a hydrogen fuel cell tractor, characterized by doing.
  • the integrated controller 800 relates to a hydrogen fuel cell tractor, characterized in that it controls the hydrogen fuel cell module 100 and the motor controller 700 integrally.
  • the present invention is configured as described above, hydrogen ions supplied from the hydrogen tank and oxygen in the air chemically react to generate electric energy, and power necessary for driving and working can be generated using an electric motor.
  • the present invention can drive a tractor by organically combining a hydrogen fuel cell system, a hydrogen tank, a battery, a controller, a drive unit motor, a PTO motor, a work machine motor, and the like.
  • the present invention can use a hydrogen fuel cell as a power source while maintaining the appearance of a conventional internal combustion engine tractor.
  • the present invention can secure stability and convenience when charging hydrogen in a hydrogen tank.
  • the drive unit module can be stably installed by installing the drive unit motor cover so that the drive unit motor, the PTO motor, and the working machine motor can be separately installed.
  • the present invention can stably protect the hydrogen tank module 200 and the drive unit module 300 by inserting them into the tractor body frame by installing the upper cover of the machine.
  • the inside of the bonnet hood is divided into upper and lower parts by installing a protective cover, and the fuel cell module and battery pack module, motor controller and integrated controller can be separately installed.
  • the present invention enables the tractor driving unit motor and the PTO motor to be driven separately, so that the power (energy) loss of an existing engine type tractor that must be driven at all times regardless of whether the driving unit and the PTO are operating can be prevented.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing an assembled state of the integrated controller and motor controller of the present invention
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing an assembled state of a hydrogen fuel cell module and a battery pack module of the present invention
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a hydrogen tank module and a hydrogen charging port according to the present invention.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing an assembled state of the tractor drive motor 310 and the transmission of the present invention
  • the hydrogen fuel cell module 100 composed of a hydrogen supply system 110, an air supply system 120, a cooling system 130 and a fuel cell stack 140 is a tractor body frame 1 ), the hydrogen tank module 200 is inserted and installed in the central part of the tractor body frame 1, and the drive unit module 300 is inserted and installed in the rear part of the tractor body frame 1, ,
  • the hydrogen tank module 200 and the drive unit module 300 are covered and protected by the upper cover 400 of the present machine in a state of being inserted into the tractor body frame 1 and installed to the rear of the fuel cell module 100.
  • a battery pack module 500 is installed on the upper side of the upper cover 400 of the present machine, and a protective cover 600 is installed on the upper side of the fuel cell module 100 and the battery pack module 500, so that the fuel cell module 100 and the battery pack module 500 are covered, and a motor controller 700 and an integrated controller 800 are installed on the upper side of the protective cover 600, and the hydrogen fuel cell module 100 and the battery pack module 500, protective cover 600, drive unit controller 700, and integrated controller 800 are installed in the bonnet hood 2, and each of the components will be described in detail below while looking at the drawings.
  • the hydrogen fuel cell module 100 in the present invention is not different from the currently generally used hydrogen fuel cell module. In other words, by injecting electric energy to decompose water into hydrogen and oxygen, electrolysis is reversed to generate electric energy when hydrogen and oxygen are combined.
  • the hydrogen fuel cell module 100 is intended to be applied to a tractor, it is characterized in that it is installed on the front lower side of the body frame 1 of the tractor, as shown in FIGS. 1 and 7 .
  • the hydrogen fuel cell module 100 includes a hydrogen supply system 110, an air supply system 120, a cooling system 130, and a fuel cell stack 140.
  • the hydrogen supply system 110 receives hydrogen from the hydrogen tank module 200 described below.
  • the air supply system 120 for supplying oxygen to the hydrogen fuel cell is installed in the front part of the driving direction of the tractor.
  • the cooling system 130 is installed at the same height as the air supply system 120. The cooling system 130 is to improve the operating efficiency of the hydrogen fuel cell module 100 by raising the temperature of hydrogen supplied to the fuel cell stack 140 and cooling the air.
  • the fuel cell stack 140 is installed at the top of the hydrogen fuel cell module 100 .
  • the hydrogen fuel cell module 100, the battery pack module 500, the driver controller 700, and the integrated controller 800 described below are installed in the hood of the bonnet where the conventional engine was accommodated. , it has an advantageous effect in that it can be applied while maintaining the appearance of an existing internal combustion engine tractor.
  • the hydrogen tank module 200 of the present invention is inserted and installed in the central part of the tractor body frame 1 .
  • hydrogen is supplied to the hydrogen tank module 200 by a hydrogen charging port 12 installed on the side wall frame 11 of the tractor body frame 1.
  • hydrogen stored in the hydrogen tank module 200 is supplied to the fuel cell stack 140 to generate electricity.
  • Inserting and installing the hydrogen tank module 200 into the central part of the tractor body frame 1 is intended to lower the center of gravity by mounting the hydrogen tank module 200 at the lower part of the frame where the conventional transmission is located.
  • the center of gravity is lowered, and the risk of overturning of the tractor can be reduced even when working in a field with a high slope.
  • the hydrogen charging port 12 of a tractor using a conventional hydrogen fuel cell is usually located above the cabin, but when installed above the cabin, there is a problem that it is inconvenient during charging.
  • the hydrogen tank module 200 Adjacent to, by installing at a position similar to the position of the conventional engine fuel inlet, to secure the stability and convenience of charging.
  • the drive unit module 300 of the present invention is configured to drive a tractor, drive a PTO shaft of a work machine, and drive up and down a work machine.
  • tractor driving is performed by performing rear wheel driving by a tractor driving unit motor 310 and a transmission 320 connected to the tractor driving motor 310 .
  • the tractor driving motor 310 and the transmission 320 are installed so as to be accommodated on the lower side of the driving part motor cover 350 .
  • a PTO motor 360 Regarding the driving of the working machine, there is a PTO motor 360, a PTO transmission 370 connected to the PTO motor, and a PTO shaft 380 connected to the PTO transmission 370, and driving the working machine up and down. It consists of a work machine driving motor 390 for doing.
  • the PTO motor 360, the PTO transmission 370, the PTO shaft 380, and the working machine motor 390 are installed so as to be accommodated on the upper side of the driving part motor cover 350. .
  • the PTO motor 360, the PTO transmission 370, the PTO shaft 380, and the working machine motor 390 are installed so as to be accommodated on the upper side of the driving part motor cover 350.
  • the tractor driving motor 310, the PTO motor 360, and the working machine motor 390 of the driving unit module 300 are disposed at the same position as those disposed at the rear of the vehicle in order to implement agricultural work in a conventional internal combustion engine tractor. will be.
  • the tractor driving motor 310 transmits power to the transmission 320 located between the rear wheels in order to transmit high torque to the wheels.
  • the PTO motor 360 must be able to transmit power to the rear work machine of the tractor and must have a structure in which power is transmitted through the PTO transmission 370 since shifting is required according to working conditions. Therefore, the PTO motor 360 is preferably installed on the upper side of the motor cover 350 of the drive unit.
  • Tractors generally have larger rear wheels, generate high traction mainly on the rear wheels, transmit power to implements attached to the rear, or perform tasks such as raising and lowering implements. (300) is preferably installed at the rear of the tractor.
  • the upper cover 400 of the present invention includes the hydrogen tank module 200 and the drive unit module 300 connected to the tractor body frame 1 ) to cover and protect it while it is inserted and installed.
  • the upper cover 400 of the present machine is intended to facilitate installation of an operator's boarding seat or the like on the upper side.
  • the battery pack module 500 of the present invention is installed on the rear side of the hydrogen fuel cell module 100. Installation on the rear side of the hydrogen fuel cell module 100 as described above is for storing electricity generated by the fuel cell module.
  • the protective cover 600 of the present invention is installed on the upper side of the hydrogen fuel cell module 100 and the battery pack module 500 installed behind it, and the motor described below In installing the controller 700 and the integrated controller 800 on the upper side, it is intended to separate the components from each other.
  • the motor controller 700 and the integrated controller 800 of the present invention are installed on the upper side of the protective cover 600 and are installed in the bonnet hood.
  • the driving and control of the tractor driving unit motor and the PTO motor can be performed separately. Therefore, compared to the conventional engine-type tractor, which must be driven at all times regardless of whether the driving unit and the PTO are operating, the power (energy ) loss can be avoided.
  • only the drive motor is operated when the work machine (plow, trailer, loader, etc.) is turned off and only driven, and when power is supplied only to the work machine without driving, the drive motor is not operated and the PTO When only the motor is operated and the work machine is driven while driving, it can be controlled to operate both the drive unit motor and the PTO motor.
  • the driving process of a hydrogen fuel cell tractor is not substantially different from that of a conventional hydrogen fuel cell tractor.
  • the hydrogen charged by the hydrogen charging port 12 is stored in the hydrogen tank module 200, and the hydrogen stored in the hydrogen tank module 200 is stored in the front of the tractor. Electricity is generated in the hydrogen fuel cell module 100 using oxygen supplied from the hydrogen fuel cell module, and the battery pack module 500 is charged with electricity.
  • Electricity charged in the battery pack module 500 is supplied to the drive module 300 to drive the tractor, the PTO, and the work machine.
  • driver module 300 controls the hydrogen fuel cell module 100 and the motor controller 700 integrally.

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Abstract

본 발명은, 수소연료전지를 동력원으로 하는 트랙터에 관한 것으로, 수소연료전지시스템, 수소탱크, 배터리, 모터 제어기, 통합 제어기, 구동부 모터, PTO 모터 및 작업기 모터를 유기적으로 결합하여, 전체적으로 안정적인 시스템 운용이 가능하도록 하는 수소연료전지 트랙터에 관한 것이다.

Description

수소연료전지 트랙터
본 발명은, 수소연료전지를 동력원으로 하는 트랙터에 관한 것으로, 수소연료전지시스템, 수소탱크, 배터리, 모터 제어기, 통합 제어기, 구동부 모터, PTO 모터 및 작업기 모터를 유기적으로 결합하여, 전체적으로 안정적인 시스템 운용이 가능하도록 하는 수소연료전지 트랙터에 관한 것이다.
수소 연료전지를 이용한 농업기계 등 차량에 관한 선행기술로, 공개특허공보 제10-2011-0003940호(2011. 01. 13. 공개)에는, 수소의 화학에너지를 전기화학적 반응에 의해 전력으로 변환시키는 연료전지; 연료전지가 전기를 발전하는데 필요한 수소연료를 저장하고 공급하는 연료공급장치; 연료전지가 발전한 직류전기를 연료전지 굴삭기가 필요로 하는 전력으로 변환하고 제어해 주는 전력제어장치; 연료전지가 발전한 전력의 일부를 저장하여 연료전지 굴삭기를 구성하는 모든 장치들이 작동하는데 필요한 전력을 공급하고, 연료전지 굴삭기의 각종 전동모터의 급격한 부하변동에 대응하기 위한 전력저장장치로서 축전지; 연료전지 굴삭기의 하부 주행체를 구동하는 전동주행모터; 연료전지 굴삭기의 상부선회체를 선회시키는 전동스윙모터; 굴삭기의 전방작업장치를 작동시키는 유압을 발생시키는 유압펌프(270)를 구동하는 유압펌프구동전동모터; 그리고 연료전지 굴삭기를 구성하는 모든 장치들이 최적의 상태로 작동할 수 있게 총체적으로 제어하는 시스템 제어기를 포함하는 연료전지 굴삭기에서, 상기 연료공급장치로 수소저장합금용기를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 굴삭기에 관한 것이다.
또한, 공개특허공보 제10-2010-0129878호(2010. 12. 10. 공개)에는, 수소의 화학에너지를 전기화학적 반응에 의해 전력으로 변환시키는 연료전지; 연료전지가 전기를 발전하는데 필요한 수소연료를 저장하고 공급하는 연료공급장치; 연료전지가 발전한 직류전기를 연료전지 자동차가 필요로 하는 전력으로 변환하고 제어해 주는 전력제어장치; 연료전지 자동차를 구동하는 구동모터; 연료전지가 발전한 전력의 일부를 저장하여 연료전지 자동차를 구성하는 모든 장치들이 작동하는데 필요한 전력을 공급하고, 연료전지 자동차의 구동모터의 급격한 부하변동에 대응하기 위한 전력저장장치로서 수퍼캐패시터; 그리고 연료전지 자동차를 구성하는 모든 장치들이 최적의 상태로 작동할 수 있게 총체적으로 제어하는 시스템제어기를 포함하는 연료전지 자동차에서, 상기 연료공급장치로 수소저장합금용기를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차에 관한 기술이 개시되어 있다.
또한, 공개특허공보 제10-2011-0005754호(2011. 01. 19. 공개)에는, 수소의 화학에너지를 전기화학적 반응에 의해 전력으로 변환시키는 연료전지; 연료전지가 전기를 발전하는데 필요한 수소연료를 저장하고 공급하는 연료공급장치; 연료전지가 발전한 직류전기를 연료전지 지게차가 필요로 하는 전력으로 변환하고 제어해 주는 전력제어장치; 연료전지가 발전한 전력의 일부를 저장하여 연료전지 지게차를 구성하는 모든 장치들이 작동하는데 필요한 전력을 공급하고, 각종 전동모터의 급격한 부하변동에 대응하기 위한 전력저장장치로서 수퍼캐패시터; 연료전지 지게차를 주행시키는 전동주행모터; 연료전지 지게차의 작업장치를 작동시키는 유압을 발생하는 유압펌프를 구동하는 유압펌프구동전동모터; 그리고 연료전지 지게차를 구성하는 모든 장치들이 최적의 상태로 작동할 수 있게 총체적으로 제어하는 시스템제어기를 포함하는 연료전지 지게차에서, 상기 연료공급장치로 수소저장합금용기를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 지게차에 관한 기술이 개시되어 있다.
또한, 공개특허공보 제10-2016-0063809호(2016. 06. 07. 공개)에는, 엔진 프레임 전면 돌출부와 상기 엔진 프레임 전면 돌출부에 장착되는 웨이트 지지대 사이에 배터리를 수용하는 바스켓의 상단 브라켓이 고정되고, 엔진 프레임 하단에 상기 바스켓의 후방이 위치하며, 상기 바스켓에는 배터리가 장착되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 트랙터에 관한 기술이 개시되어 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌)
특허문헌 1 : 공개특허공보 제10-2011-0003940호(2011. 01. 13. 공개)
특허문헌 2 : 공개특허공보 제10-2010-0129878호(2010. 12. 10. 공개)
특허문헌 3 : 공개특허공보 제10-2011-0005754호(2011. 01. 19. 공개)
특허문헌 4 : 공개특허공보 제10-2016-0063809호(2016. 06. 07. 공개)
본 발명은, 수소탱크에서 공급된 수소 이온과 공기 중의 산소가 화학 반응하여 전기에너지를 생성하고, 전기모터를 이용하여 구동 및 작업에 필요한 동력을 발생시키고자 하는 것을 목적으로 하는 것이다.
또한, 본 발명은 종래 내연기관과 달리, 수소연료전지 시스템, 수소탱크, 배터리, 제어기, 구동부 모터, PTO 모터, 작업기 모터 등을 유기적으로 결합하는 것에 의하여, 트랙터를 구동하고자 하는 것을 목적으로 하는 것이다.
또한, 본 발명은 기존의 내연기관 트랙터의 외관을 그대로 유지하면서, 수소연료전지를 동력원으로 이용하고자 하는 것을 목적으로 하는 것이다.
또한, 본 발명은 수소탱크에 수소를 충전하는 경우에 안정성 및 편리성을 확보하고자 하는 것을 목적으로 하는 것이다.
또한, 본 발명은 구동부 모터 커버를 설치하는 것에 의하여, 구동부 모터와, PTO 모터 및 작업기용 모터를 구분 설치할 수 있게 하는 것에 의하여 구동부 모듈을 안정적으로 설치하고자 하는 것을 목적으로 하는 것이다.
또한, 본 발명은 본기 상부 커버를 설치하는 것에 의하여, 수소탱크 모듈(200)과 구동부 모듈(300)을 트랙터 차체 프레임에 삽입 설치하여 안정적으로 보호하고자 하는 것을 목적으로 하는 것이다.
또한, 본 발명은, 보호 커버를 설치하는 것에 의하여 본넷 후드의 내부를 상, 하로 구분하고, 연료전지 모듈 및 배터리팩 모듈과, 모터 제어기 및 통합 제어기를 구분 설치하고자 하는 것을 목적으로 하는 것이다.
또한, 본 발명은 트랙터 구동부 모터와 PTO 모터를 각각 별개로 구동할 수 있게 하여서, 구동부와 PTO의 작동 여부에 관계없이 상시 구동하여야 하는 기존의 엔진형 트랙터의 동력(에너지) 손실을 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하고자 하는 것으로, [1] 수소공급시스템(110), 공기공급시스템(120), 냉각시스템(130) 및 연료전지스택(140)으로 이루어지는 수소연료전지 모듈(100)이 트랙터 차체 프레임(1)의 전방 하측에 설치되며, 상기 트랙터 차체 프레임(1)의 중앙 부분에 수소탱크 모듈(200)이 삽입 설치되며, 상기 트랙터 차체 프레임(1)의 후방 부분에 구동부 모듈(300)이 삽입 설치되며, 상기 수소탱크 모듈(200)과 상기 구동부 모듈(300)은 상기 트랙터 차체 프레임(1)에 삽입 설치된 상태에서 본기 상부 커버(400)에 의해 덮여 보호되며, 상기 연료전지 모듈(100)의 후방으로 상기 본기 상부 커버(400)의 상측에는 배터리팩 모듈(500)이 설치되고, 상기 연료전지 모듈(100)과 상기 배터리팩 모듈(500)의 상측에는 보호 커버(600)를 설치하여, 연료전지 모듈(100)과 배터리팩 모듈(500)을 덮어 주며, 상기 보호 커버(600)의 상측에는 모터 제어기(700)와 통합 제어기(800)를 설치하며, 상기 수소연료전지 모듈(100), 배터리팩 모듈(500), 보호 커버(600), 모터 제어기(700) 및 통합 제어기(800)는 본넷 후드(2) 내에 설치되는 것을 특징으로 하는, 수소연료전지 트랙터에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 [2] 상기 [1]에 있어서, 상기 수소탱크 모듈(200)로의 수소 공급은, 상기 트랙터 차체 프레임(1)의 측벽 프레임(11)에 설치되는 수소 충전구(12)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는, 수소연료전지 트랙터에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 [3] 상기 [1]에 있어서, 상기 구동부 모듈(300)은, 트랙터 구동부 모터(310)와, 상기 트랙터 구동부 모터(310)에 연결되는 변속기(320)에 의하여 후륜 구동이 이루어지며, PTO 모터(360)와, 상기 PTO 모터(360)에 연결되는 PTO 변속기(370)와, 상기 PTO 변속기(370)에 연결되는 PTO 축(380)으로 이루어져, 작업기를 구동하며, 후방 작업기의 승, 하강을 제어하기 위한 작업기용 모터(390)로 이루어지며, 상기 트랙터 구동부 모터(310)와 상기 PTO 모터(360) 및 작업기용 모터(390)는, 구동부 모터 커버(350)에 의해 하측에 트랙터 구동부 모터(310), 상측에 PTO 모터(360) 및 작업기용 모터(390)가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는, 수소연료전지 트랙터에 관한 것이다.
또한 본 발명은 [4] 상기 [1]에 있어서, 상기 수소연료전지 모듈(100)은, 트랙터 전방측에 공기공급시스템(120)과 냉각시스템(130)이 설치되며, 상기 공기공급시스템(120)과 냉각시스템(130)의 상측에 수소공급시스템(110)이 설치되어 상기 수소탱크 모듈(200)로부터 수소를 공급받으며, 상기 수소공급시스템(110)의 상측에 연료전지스택(140)을 설치하는 것을 특징으로 하는, 수소연료전지 트랙터에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 [5] 상기 [1]에 있어서, 상기 모터 제어기(700)는, 상기 트랙터 구동부 모터(310)와, PTO 모터(360)와, 작업기용 모터(390)를 제어하며, 상기 통합 제어기(800)는, 상기 수소연료전지 모듈(100) 및 모터 제어기(700)를 통합적으로 제어하는 것을 특징으로 하는, 수소연료전지 트랙터에 관한 것이다.
본 발명은, 상기와 같은 구성으로 이루어지는 것이므로, 수소탱크에서 공급된 수소 이온과 공기 중의 산소가 화학 반응하여 전기에너지를 생성하고, 전기모터를 이용하여 구동 및 작업에 필요한 동력을 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 종래 내연기관과 달리, 수소연료전지 시스템, 수소탱크, 배터리, 제어기, 구동부 모터, PTO 모터, 작업기 모터 등을 유기적으로 결합하는 것에 의하여, 트랙터를 구동할 수 있다.
또한, 본 발명은 기존의 내연기관 트랙터의 외관을 그대로 유지하면서, 수소연료전지를 동력원으로 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은 수소탱크에 수소를 충전하는 경우에 안정성 및 편리성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은 구동부 모터 커버를 설치하는 것에 의하여, 구동부 모터와, PTO 모터 및 작업기용 모터를 구분 설치할 수 있게 하는 것에 의하여 구동부 모듈을 안정적으로 설치할 수 있다.
또한, 본 발명은 본기 상부 커버를 설치하는 것에 의하여, 수소탱크 모듈(200)과 구동부 모듈(300)을 트랙터 차체 프레임에 삽입 설치하여 안정적으로 보호할 수 있다.
또한, 본 발명은, 보호 커버를 설치하는 것에 의하여 본넷 후드의 내부를 상, 하로 구분하고, 연료전지 모듈 및 배터리팩 모듈과, 모터 제어기 및 통합 제어기를 구분 설치할 수 있다.
또한, 본 발명은 트랙터 구동부 모터와 PTO 모터를 각각 별개로 구동할 수 있게 하여서, 구동부와 PTO의 작동 여부에 관계없이 상시 구동하여야 하는 기존의 엔진형 트랙터의 동력(에너지) 손실을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 전체적인 개념도
도 2는 본 발명의 통합 제어기 및 모터 제어기의 조립 상태를 나타내는 개념도
도 3은 본 발명의 수소연료전지 모듈과 배터리팩 모듈의 조립 상태를 나타내는 개념도
도 4는 본 발명의 수소탱크 모듈과 수소 충전구를 나타내는 개념도
도 5는 본 발명의 구동부 모듈의 조립 상태를 나타내는 개념도
도 6은 본 발명의 트랙터 구동부 모터(310)와 변속기의 조립 상태를 나타내는 개념도
도 7은 본 발명의 수소연료전지 모듈의 조립 개념도
본 발명을 설명함에 있어 종래기술과 동일한 기술 구성에 대하여는 동일한 명칭을 그대로 부여하여 설명한다.
본 발명의 수소연료전지 트랙터는, 수소공급시스템(110), 공기공급시스템(120), 냉각시스템(130) 및 연료전지스택(140)으로 이루어지는 수소연료전지 모듈(100)이 트랙터 차체 프레임(1)의 전방 하측에 설치되며, 상기 트랙터 차체 프레임(1)의 중앙 부분에 수소탱크 모듈(200)이 삽입 설치되며, 상기 트랙터 차체 프레임(1)의 후방 부분에 구동부 모듈(300)이 삽입 설치되며, 상기 수소탱크 모듈(200)과 상기 구동부 모듈(300)은 상기 트랙터 차체 프레임(1)에 삽입 설치된 상태에서 본기 상부 커버(400)에 의해 덮여 보호되며, 상기 연료전지 모듈(100)의 후방으로 상기 본기 상부 커버(400)의 상측에는 배터리 팩 모듈(500)이 설치되고, 상기 연료전지 모듈(100)과 상기 배터리팩 모듈(500)의 상측에는 보호 커버(600)를 설치하여, 연료전지 모듈(100)과 배터리팩 모듈(500)을 덮어 주며, 상기 보호 커버(600)의 상측에는 모터 제어기(700)와 통합 제어기(800)를 설치하며, 상기 수소연료전지 모듈(100), 배터리팩 모듈(500), 보호 커버(600), 구동부 제어기(700) 및 통합 제어기(800)는 본넷 후드(2) 내에 설치되는 것으로 아래에서는 상기 각각의 구성들에 대해서 도면을 살펴보면서, 구체적으로 설명한다.
[수소연료전지 모듈(100)]
본 발명에서의 수소연료전지 모듈(100)은, 현재 일반적으로 사용되고 있는 수소연료전지 모듈과 다르지 않다. 즉, 전기 에너지를 주입해 물을 수소와 산소로 분해하는 전기분해를 역으로 이용해 수소와 산소가 결합할 때 전기에너지를 발생시키는 것이다.
다만, 본 발명에서는 상기 수소연료전지 모듈(100)을 트랙터에 적용하고자 하는 것이므로, 도 1 및 도 7에 나타나 있는 것과 같이, 트랙터의 차체 프레임(1)의 전방 하측에 설치한다는 점에서 특징이 있다.
또한, 상기 수소연료전지 모듈(100)은, 수소공급시스템(110), 공기공급시스템(120), 냉각시스템(130) 및 연료전지스택(140)으로 이루어진다.
상기 수소공급시스템(110)은, 아래에서 설명하는 수소탱크 모듈(200)에서 수소를 공급받는다. 또한 수소연료전지에의 산소 공급을 위한 공기공급시스템(120)은 트랙터의 주행 방향 전방부에 설치한다. 또한, 상기 공기공급시스템(120)과 동일한 높이로 냉각시스템(130)을 설치한다. 상기 냉각시스템(130)은 연료전지스택(140)으로 공급되는 수소의 승온 및 공기의 냉각을 통해 수소연료전지 모듈(100)의 운전 효율을 향상시키기 위한 것이다.
또한, 상기 상기 연료전지스택(140)은 상기 수소연료전지 모듈(100)의 가장 위쪽에 설치한다.
본 발명은, 상기 수소연료전지 모듈(100)과 아래에서는 설명하는 배터리팩 모듈(500), 구동부 제어기(700) 및 통합 제어기(800)를 종래 엔진이 수용되었던 본넷의 후드부에 설치하는 것에 의하여, 기존 내연기관 트랙터의 외관을 그대로 유지한 상태로 적용할 수 있다는 점에서, 유리한 효과를 갖는 것이다.
[수소탱크 모듈(200)]
본 발명의 수소탱크 모듈(200)은 도 4에 나타나 있는 것과 같이, 상기 트랙터 차체 프레임(1)의 중앙 부분에 삽입 설치된다. 또한, 상기 수소탱크 모듈(200)에의 수소 공급은, 상기 트랙터 차체 프레임(1)의 측벽 프레임(11)에 설치되어 있는 수소 충전구(12)에 의해 이루어진다.
또한, 상기 수소탱크 모듈(200)에 저장되어 있는 수소는 연료전지 스택(140)으로 공급되어 전기를 생산하게 된다.
상기 수소탱크 모듈(200)을 상기 트랙터 차체 프레임(1)의 중앙 부분에 삽입 설치하는 것은, 수소탱크 모듈(200)을 종래 변속기가 위치한 프레임 하단 부분에 장착하는 것에 의하여 무게 중심을 낮추고자 하는 것으로, 상기와 같은 수소탱크 모듈(200)의 위치를 한정하는 것에 의하여, 무게 중심을 낮추게 되어 경사도가 높은 밭 등에서의 작업시에도 트랙터의 전복을 위험을 줄일 수 있다.
또한, 종래의 수소연료전지를 이용한 트랙터의 수소 충전구(12)는 통상 캐빈 위쪽에 위치하고 있으나, 캐빈 위쪽에 설치하게 되면, 충전시 불편하다는 문제점이 있는 것으로, 본 발명에서는 수소탱크 모듈(200)과 인접하면서, 종래 엔진 연료 주입구의 위치와 유사한 위치에 설치하는 것으로, 충전의 안정성과 편리성을 확보하고자 하는 것이다.
[구동부 모듈(300)]
본 발명의 구동부 모듈(300)은, 도 5 및 도 6에 나타나 있는 것과 같이, 트랙터 구동, 작업기 PTO축 구동, 작업기 상, 하 구동을 위한 구성이다.
먼저, 트랙터 구동과 관련해서 살펴보면, 트랙터 구동부 모터(310)와, 상기 트랙터 구동 모터(310)에 연결되는 변속기(320)에 의하여 후륜 구동이 이루어지는 것에 의하여 트랙터 구동이 이루어진다.
또한 도 6에 나타나 있는 것과 같이, 상기 트랙터 구동 모터(310)와 변속기(320)는 구동부 모터 커버(350)의 하측에 수용될 수 있도록 설치한다. 이와 같이 설치하는 것에 의하여 작업기의 구동과 관련된 구성과 트랙터의 구동과 관련된 구성을 분리할 수 있으며, 이와 같이 구성하는 것에 의하여 수소연료전지 모듈을 갖는 트랙터의 조립 및 수리가 용이하게 된다.
작업기의 구동과 관련해서 살펴보면, PTO 모터(360)와, 상기 PTO 모터에 연결되는 PTO 변속기(370), 상기 PTO 변속기(370)에 연결되는 PTO축(380)이 있으며, 작업기의 승, 하강 구동을 하기 위한 작업기 구동 모터(390)으로 이루어진다.
또한 도 5에 나타나 있는 것과 같이, 상기 PTO 모터(360), PTO 변속기(370), PTO축(380) 및 작업기용 모터(390)는 구동부 모터 커버(350)의 상측에 수용될 수 있도록 설치된다. 이와 같이 설치하는 것에 의하여 작업기의 구동과 관련된 구성과 트랙터의 구동과 관련된 구성을 분리할 수 있으며, 이와 같이 구성하는 것에 의하여 수소연료전지 모듈을 갖는 트랙터의 조립 및 수리가 용이하게 된다.
상기 구동부 모듈(300)의 트랙터 구동 모터(310), PTO 모터(360), 작업기용 모터(390)는 종래 내연기관 트랙터에서 농작업을 구현하기 위하여 차량의 뒤쪽에 배치하였던 것과 같은 위치에 배치한 것이다.
상기 트랙터 구동 모터(310)는, 차륜에 고토크를 전달하기 위하여 후륜 사이에 위치한 변속기(320)에 동력을 전달한다. 또한, PTO 모터(360)는, 트랙터 후방 작업기에 동력을 전달할 수 있어야 하며, 작업 조건에 따라 변속이 필요하므로, PTO 변속기(370)를 통해 동력을 전달하는 구조를 가져야한다. 따라서, 상기 PTO 모터(360)는 상기 구동부 모터 커버(350)의 상측에 설치하는 것이 바람직하다.
상기 작업기용 모터(390)는, 후방 작업기의 승, 하강을 제어하여야 하므로, 트랙터의 뒷쪽에 위치시키는 것이 바람직하다. 트랙터는 일반적으로 후륜 차륜이 더 크고, 주로 후륜에서 높은 견인력을 발생시키며, 후방에 부착되는 작업기에 동력을 전달하거나 작업기의 승강 및 하강 등의 작업을 수행하므로, 트랙터 및 작업기의 구동을 위한 구동부 모듈(300)은 트랙터의 후방에 설치하는 것이 바람직하다.
[본기 상부 커버(400)]
본 발명의 본기 상부 커버(400)는 도 2 및 도 3에 나타나 있는 것과 같이, 본기 상부 커버(400)은, 상기 수소탱크 모듈(200)과 상기 구동부 모듈(300)을 상기 트랙터 차체 프레임(1)에 삽입 설치된 상태에서 덮어 보호하는 것이다.
상기 본기 상부 커버(400)는, 도 1에 나타나 있는 것과 같이, 상측에 작업자 탑승 시트 등을 설치하기 쉽게 하기 위한 것이다.
[배터리팩 모듈(500)]
본 발명의 배터리팩 모듈(500)은 수소연료전지 모듈(100)의 후측에 설치된다. 상기와 같이 수소연료전지 모듈(100)의 후측에 설치하는 것은, 연료전지 모듈에 의해 생성된 전기를 저장하기 위한 것이다.
[보호 커버(600)]
본 발명의 상기 보호 커버(600)는, 도 2에 나타내고 있는 것과 같이, 상기 수소연료전지 모듈(100)과 그 후방에 설치되는 배터리팩 모듈(500)의 상측에 설치되며, 아래에서 설명하는 모터 제어기(700)와 통합 제어기(800)를 상측에 설치하는데 있어서, 상기 구성들을 서로 분리하고자 하는 것이다.
[모터 제어기(700)와 통합 제어기(800)]
본 발명의 상기 모터 제어기(700)와 통합 제어기(800)는, 도 2에 나타내고 있는 것과 같이, 상기 보호 커버(600)의 상측에 설치되며, 상기 본넷 후드 내에 설치하는 것이다.
이와 같이 상기 모터 제어기(700)와 통합 제어기(800)를 본넥 후드 내에 설치하는 것에 의하여 종래 트랙터의 엔진설치 부분을 그대로 이용할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는, 트랙터 구동부 모터와 PTO 모터를 각각 별개로 구동 제어할 수 있다.따라서, 종래 엔진형 트랙터가 구동부와 PTO의 작동 여부에 관계없이 상시 구동하여야 한다는 것과 비교해 볼 때, 동력(에너지) 손실을 방지할 수 있다.
예를 들어, 주행부가 Off된 상태에서, PTO만을 On시키는 경우가 있다. 즉 주행부는 구동하지 않고, 작업기만을 구동하는 경우가 있다. 구체적으로는 양수기 등 제자리에서 작업기에만 동력을 공급하는 작업이 있을 수 있다. 이러한 경우에 본 발명에서는 트랙터 구동 모터와 PTO 모터 및 작업기 모터를 각각 별도로 구동 가능하게 설치하였으므로, 불필요한 동력의 손실을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 작업기(쟁기, 트레일러, 로더 등)를 Off시킨 상태에서 주행만 하는 경우에는 구동부 모터만을 가동시키며, 주행은 하지 않고 작업기에만 동력을 제공하는 경우에는 구동부 모터는 가동시키지 않고, PTO 모터만 가동시키며, 주행하면서 작업기를 구동하는 경우에는 구동부 모터와 PTO 모터를 모두 가동시킬 수 있도록 제어할 수 있다.
아래에서는 상기 각각의 구성들로 이루어진 수소연료전지 트랙터의 운전 과정에 대해서 설명한다.
수소연료전지 트랙터의 운전 과정은 종래 수소연료전지 트랙터의 운전 과정과 비교해 볼 때, 실질적으로 다르지 않다.
본 발명은 수소연료전지 트랙터를 구성하는 각각의 모듈의 배치에 특징이 있는 것이기 때문이다.
즉, 본 발명의 수소연료전지 트랙터의 운전 과정은, 수소 충전구(12)에 의해 충전되는 수소를 수소탱크 모듈(200)에 저장하고, 상기 수소탱크 모듈(200)에 저장된 수소와 트랙터의 전방으로부터 공급되는 산소를 이용하여 수소연료전지 모듈(100)에서 전기를 생성하고, 이를 배터리팩 모듈(500)에 충전한다.
상기 배터리팩 모듈(500)에 충전된 전기를 구동부 모듈(300)로 공급되어 , 트랙터 구동, PTO 구동 및 작업기 구동을 하게 된다.
또한 상기 구동부 모듈(300)은, 수소연료전지 모듈(100) 및 모터 제어기(700)를 통합적으로 제어게 된다.
(부호의 설명)
1 : 트랙터 차체 프레임
11 : 측벽 프레임
12 : 수소 충전구
2 : 본넷 후드
100 : 수소연료전지 모듈
110 : 수소공급시스템
120 : 공기공급시스템
130 : 냉각시스템
140 : 연료전지스택
200 : 수소탱크 모듈
300 : 구동부 모듈
310 : 트랙터 구동부 모터
320 : 변속기
350 : 구동부 모터 커버
360 : PTO 모터
370 : PTO 변속기
380 : PTO 축
390 : 작업기용 모터
400 : 본기 상부 커버
500 : 배터리팩 모듈
600 : 보호 커버
700 : 모터 제어기
800 : 통합 제어기

Claims (5)

  1. 수소공급시스템(110), 공기공급시스템(120), 냉각시스템(130) 및 연료전지스택(140)으로 이루어지는 수소연료전지 모듈(100)이 트랙터 차체 프레임(1)의 전방 하측에 설치되며,
    상기 트랙터 차체 프레임(1)의 중앙 부분에 수소탱크 모듈(200)이 삽입 설치되며,
    상기 트랙터 차체 프레임(1)의 후방 부분에 구동부 모듈(300)이 삽입 설치되며,
    상기 수소탱크 모듈(200)과 상기 구동부 모듈(300)은 상기 트랙터 차체 프레임(1)에 삽입 설치된 상태에서 본기 상부 커버(400)에 의해 덮여 보호되며,
    상기 연료전지 모듈(100)의 후방으로 상기 본기 상부 커버(400)의 상측에는 배터리 팩 모듈(500)이 설치되고,
    상기 연료전지 모듈(100)과 상기 배터리팩 모듈(500)의 상측에는 보호 커버(600)를 설치하여, 연료전지 모듈(100)과 배터리팩 모듈(500)을 덮어 주며,
    상기 보호 커버(600)의 상측에는 모터 제어기(700)와 통합 제어기(800)를 설치하며,
    상기 수소연료전지 모듈(100), 배터리팩 모듈(500), 보호 커버(600), 모터 제어기(700) 및 통합 제어기(800)는 본넷 후드(2) 내에 설치되는 것을 특징으로 하는, 수소연료전지 트랙터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수소탱크 모듈(200)로의 수소 공급은, 상기 트랙터 차체 프레임(1)의 측벽 프레임(11)에 설치되는 수소 충전구(12)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는, 수소연료전지 트랙터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동부 모듈(300)은,
    트랙터 구동부 모터(310)와, 상기 트랙터 구동부 모터(310)에 연결되는 변속기(320)에 의하여 후륜 구동이 이루어지며,
    PTO 모터(360)와, 상기 PTO 모터(360)에 연결되는 PTO 변속기(370)와, 상기 PTO 변속기(370)에 연결되는 PTO 축(380)으로 이루어져, 작업기를 구동하며,
    후방 작업기의 승, 하강을 제어하기 위한 작업기용 모터(390)로 이루어지며,
    상기 트랙터 구동부 모터(310)와 상기 PTO 모터(360) 및 작업기용 모터(390)는, 구동부 모터 커버(350)에 의해 하측에 트랙터 구동부 모터(310), 상측에 PTO 모터(360) 및 작업기용 모터(390)가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는, 수소연료전지 트랙터
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수소연료전지 모듈(100)은, 트랙터 전방측에 공기공급시스템(120)과 냉각시스템(130)이 설치되며,
    상기 공기공급시스템(120)과 냉각시스템(130)의 상측에 수소공급시스템(110)이 설치되어 상기 수소탱크 모듈(200)로부터 수소를 공급받으며,
    상기 수소공급시스템(110)의 상측에 연료전지스택(140)을 설치하는 것을 특징으로 하는, 수소연료전지 트랙터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모터 제어기(700)는,
    상기 트랙터 구동부 모터(310)와, PTO 모터(360)와, 작업기용 모터(390)를 제어하며,
    상기 통합 제어기(800)는,
    상기 수소연료전지 모듈(100) 및 모터 제어기(700)를 통합적으로 제어하는 것을 특징으로 하는, 수소연료전지 트랙터.
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