燃料电池车辆的制作方法

1.实施例涉及一种燃料电池车辆。


背景技术：

2.通常，配备有燃料电池的车辆通过向燃料电池的电池堆供应反应气体，即包含用作燃料的氢气和用作氧化剂的氧气的空气来产生电力。通过利用由电池堆产生的电力驱动驱动马达来驱动车辆。在此，由电池堆产生的电力被适当地传递到包括驱动马达和减速器的燃料电池动力系统以驱动车辆。
3.与利用单独的框架时相比，当燃料电池和动力系统直接安装到车辆的底盘而不使用单独的框架时，包括燃料电池和动力系统的燃料电池系统的总厚度(或高度)可以减小。然而，在这种情况下，紧固电池堆的力可能受到车辆行驶时发生的振动的影响，并且电池堆的气密性可能劣化。另外，由于难以将所有组件安装在电池堆中，因此可能难以形成集成的燃料电池系统。这是因为需要将空气压缩机等与电池堆分开安装。
4.因此，可以利用单独的框架来实现燃料电池系统。然而，在这种情况下，燃料电池系统的总厚度可能由于单独的框架的厚度而增加。特别地，为了能够将燃料电池系统安装在具有相对狭小的发动机舱的车辆中或需要避免与现有的电车线路干扰的火车中，迫切需要减小燃料电池系统的厚度。


技术实现要素：

5.因此，实施例涉及一种燃料电池车辆，该燃料电池车辆基本上消除由于现有技术的限制和缺点而导致的一个或多个问题。
6.实施例提供一种包括厚度薄的燃料电池系统的燃料电池车辆。
7.在一个实施例中，一种燃料电池车辆可以包括：燃料电池框架，包括外框架和设置在外框架内侧的内框架；上部结构，设置在燃料电池框架上；以及下部结构，设置在燃料电池框架下。内框架可以形成为隔板的形状，该隔板将由外框架围绕的内部空间划分为多个中空部。
8.例如，外框架可以具有围绕电池堆的竖直投影面的平面环形形状。
9.例如，外框架的内部空间的第一平面区域可以大于电池堆的竖直投影面的第二平面区域。
10.例如，外框架的第一刚度可以大于内框架的第二刚度。
11.例如，在竖直方向上，外框架的第一厚度可以大于内框架的第二厚度。
12.例如，外框架和内框架可以彼此一体地形成，或者可以彼此分开形成。
13.例如，外框架的材料和内框架的材料可以彼此相同。
14.例如，外框架和内框架中的至少一个的材料可以包括金属。
15.例如，外框架的材料和内框架的材料可以彼此不同。
16.例如，内框架可以焊接到外框架。
17.例如，外框架和内框架中的至少一个的截面可以具有中空形状、桁架形状或蜂窝形状。
18.例如，外框架和内框架中的至少一个可以包括被构造为结合到上部结构和下部结构中的至少一个的第一结合部件。
19.例如，第一结合部件可以嵌入到外框架和内框架中的至少一个中。
20.例如，上部结构和下部结构中的至少一个可以包括被构造为结合到第一结合部件的第二结合部件。
21.例如，上部结构和下部结构中的至少一个可以进一步包括第三结合部件，上部结构和下部结构可以通过第三结合部件彼此结合。
22.例如，第二结合部件和第三结合部件中的至少一个可以嵌入在上部结构和下部结构中的至少一个中。
23.例如，第一结合部件、第二结合部件和第三结合部件中的任意一个结合部件可以包括螺柱螺母(stud nut)、压铆螺母(clinching nut)和拉铆螺母(blind rivet nut)中的至少一个，并且第一结合部件、第二结合部件和第三结合部件中的另一结合部件可以包括螺柱螺栓、压铆螺栓和拉铆螺栓中的至少一个。
24.例如，第二结合部件可以包括安装凸台部，该安装凸台部从上部结构的外侧表面突出，使得安装凸台部的至少一部分在竖直方向上与外框架的顶表面重叠。
25.例如，基于地面，与外框架的顶表面接触的安装凸台部的底表面的高度可以大于上部结构的底表面的高度。
26.例如，上部结构可以包括保护电池堆的外壳，并且安装凸台部可以从外壳的外侧表面突出。
27.例如，基于地面，外框架的顶表面的高度可以大于上部结构的底表面的高度。
28.例如，内框架可以包括形成在内框架上的台阶。
29.例如，内框架可以包括：第一部分，上部结构安装在第一部分上；以及第二部分，下部结构安装在第二部分下。基于地面，第二部分的高度可以大于第一部分的高度，并且台阶可以形成在第一部分与第二部分之间。
30.例如，基于地面，安装在第一部分上的上部结构的底表面可以位于与安装在第二部分下的下部结构的顶表面相同的水平面中。
31.例如，基于地面，安装在第一部分上的上部结构的底表面可以低于安装在第二部分下的下部结构的顶表面。
32.例如，安装在第一部分上的上部结构的至少一部分和安装在第二部分下的下部结构的至少一部分可以在水平方向上彼此重叠。
33.例如，多个中空部中的至少一个中空部的尺寸可以使得上部结构或下部结构的端部的一部分插入到所述至少一个中空部中。
34.例如，上部结构可以包括电池堆、高压接线盒和冷却泵中的至少一个，并且下部结构可以包括加湿器、空气压缩机和驱动马达中的至少一个。
附图说明
35.可以参照以下附图来详细描述布置和实施例，在附图中，相同的附图标记指代相
同的元件，并且其中：
36.图1a至图1c示出根据实施例的燃料电池车辆；
37.图2a至图2d示出根据实施例的燃料电池框架；
38.图3a至图3d示出外框架和内框架中的每一个的各种示例的截面；
39.图4是图1a至图1c所示的燃料电池系统的示例的局部截面图；
40.图5是用于说明燃料电池框架、上部结构和下部结构之间的结合关系的实施例的示例性截面图；
41.图6a和图6b分别是燃料电池系统的另一示例的平面图和截面图；
42.图7是用于说明包括作为上部结构的电池堆的燃料电池与外框架之间的结合关系的实施例的截面图；
43.图8是图7中的部分b的放大截面图；
44.图9是根据实施例的外框架的立体图；
45.图10a和图10b是示出根据实施例的燃料电池框架的制造方法的工艺的立体图；
46.图11是图10b中的部分c的放大立体图；
47.图12是根据比较例的燃料电池系统的主视图；以及
48.图13是用于说明根据实施例的燃料电池系统的刚度的外框架的平面图。
具体实施方式
49.现在将在下文中参照示出了各种实施例的附图来更全面地描述本公开。然而，示例可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限于在此阐述的实施例。相反，这些实施例被提供是为了使本公开更加透彻和完整，并且将向本领域技术人员更充分地传达本公开的范围。
50.将理解的是，当元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件可以直接在另一元件上/下，或者也可以存在一个或多个中间元件。
51.当提到在元件“上”或“下”时，基于该元件可以包括“在元件下”以及“在元件上”。
52.另外，诸如“第一”、“第二”、“上/上部/上方”和“下/下部/下方”等关系术语仅用于区分一个主体或元件与另一主体或元件，而不必要求或涉及主体或元件之间的任何物理或逻辑关系或顺序。
53.在下文中，将参照附图描述根据实施例的燃料电池车辆。为了便于描述，将利用笛卡尔坐标系(x轴、y轴、z轴)来描述燃料电池车辆。但是，可以利用其它不同的坐标系。在附图中，笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴彼此垂直。然而，本公开不限于此。即，x轴、y轴和z轴可以彼此相交。在下文中，竖直方向可以指z轴方向，水平方向可以指x轴方向和y轴方向中的至少一个。另外，y轴方向可以表示根据一个实施例的燃料电池车辆行进的方向。然而，根据另一实施例，燃料电池车辆可以在x轴方向上行进。
54.图1a至图1c示出根据实施例的燃料电池车辆。图1a是根据实施例的燃料电池车辆中包括的燃料电池系统1000的分解立体图，图1b是根据实施例的燃料电池系统1000的结合立体图，图1c是根据实施例的燃料电池系统1000的主视图。
55.燃料电池车辆可以包括燃料电池系统1000。燃料电池车辆中的燃料电池系统1000可以包括燃料电池框架(或横梁)100、上部结构200和下部结构(或燃料电池动力系统)300。
可选地，燃料电池车辆中的燃料电池系统1000可以指上部结构200和下部结构300结合并固定到燃料电池框架100的组件。
56.上部结构200可以设置在燃料电池框架100上，下部结构300可以设置在燃料电池框架100下。
57.上部结构200可以表示燃料电池车辆中包括的各种组件中设置在燃料电池框架100上并结合到燃料电池框架100的至少一个组件。例如，上部结构200可以包括燃料电池(或电池堆210)、高压接线盒(或接线盒)220和冷却泵230中的至少一个。
58.另外，下部结构300可以表示燃料电池车辆中包括的各种组件中设置在燃料电池框架100下并且结合到燃料电池框架100的至少一个组件。例如，下部结构300可以包括加湿器310和空气压缩机320中的至少一个。根据另一实施例，下部结构300可以包括加湿器310、空气压缩机320和驱动马达330中的至少一个。
59.另外，图1a至图1c所示的电池堆210、高压接线盒220和冷却泵230相对于彼此设置的位置以及电池堆210、高压接线盒220和冷却泵230相对于彼此的尺寸仅是示例性的，并且关于这些组件210、220和230相对于彼此的具体位置或具体尺寸，本公开不受限制。类似地，图1a至图1c所示的加湿器310、空气压缩机320和驱动马达330相对于彼此设置的位置或加湿器310、空气压缩机320和驱动马达330相对于彼此的尺寸仅是示例性的，并且关于这些部件310、320和330相对于彼此的具体位置或具体尺寸，本公开不受限制。
60.在下文中，如图1a至图1c所示，根据实施例的燃料电池系统1000将被描述为上部结构200包括电池堆210、高压接线盒220和冷却泵230并且下部结构300包括加湿器310、空气压缩机320和驱动马达330。然而，不管上部结构200和下部结构300中分别包括的组件的类型和数量如何，都可以适用燃料电池系统1000的以下描述。
61.下面将简要描述上部结构200和下部结构300中分别包括的组件。
62.电池堆210可以包括在水平方向(例如，x轴方向或y轴方向)上堆叠的多个单元电池。电池堆210可以通过堆叠数十至数百个单元电池，例如100至400个单元电池来形成。
63.高压接线盒220用于分配由燃料电池的电池堆210产生的电力。例如，高压接线盒220可以包括熔断器(未示出)和继电器(未示出)，以控制辅助燃料电池的操作的外围辅助组件(辅助设施(bop))。
64.冷却泵230用于从电池堆210排出冷却水。
65.空气压缩机320用于抽吸并压缩外部空气，加湿器310用于对从空气压缩机320排出的空气进行加湿以使空气具有适当的湿度，并将空气供应到燃料电池的空气电极。驱动马达330用于利用驱动电流(例如，三相电流)产生驱动力，并且通过旋转轴将驱动力传递到燃料电池车辆的驱动轮。
66.燃料电池框架100可以设置在上部结构200与下部结构300之间，并且可以结合到上部结构200和下部结构300。以下描述的燃料电池框架100可以应用于燃料电池系统1000，而关于上部结构200和下部结构300中包括的组件的类型、数量和形状不受限制。
67.图2a至图2d示出根据实施例的燃料电池框架100。图2a是燃料电池框架100的外框架110的平面图，图2b是燃料电池框架100的内框架120的平面图，图2c是燃料电池框架100的平面图，图2d是燃料电池框架100的立体图。
68.在描述根据实施例的外框架110和内框架120之前，下面将参照图1a、图2a、图2c和
图2d来描述用于将燃料电池系统1000连接到燃料电池车辆的其它部件的第一车辆连接部600和第二车辆连接部610。为了便于描述，从图1b和图1c中省略了第一车辆连接部600和第二车辆连接部610的图示。
69.第一车辆连接部600和第二车辆连接部610可以设置在外框架110的外侧表面100s上并彼此间隔开，并且可以用于将燃料电池系统1000的燃料电池框架100连接到车辆的侧构件(未示出)并吸收冲击。在此，侧构件可以对应于车辆的车身(或底盘)。
70.第一车辆连接部600可以包括第一安装支架602和第一衬套(bush)(或第一安装绝缘体)604。第一安装支架602可以结合到外框架110的外侧表面100s以支撑第一衬套604。第一衬套604可以设置在第一安装支架602与车辆的侧构件之间，并且可以具有隔振特性。因此，第一衬套604可以防止或最小化从外框架110到车辆的侧构件的振动的传递，并且可以防止或最小化从车辆的侧构件到外框架110的振动的传递。
71.类似于第一车辆连接部600，第二车辆连接部610可以包括第二安装支架612和第二衬套(或第二安装绝缘体)614。第二安装支架612可以结合到外框架110的外侧表面100s并与第一安装支架602间隔开，并且可以支撑第二衬套614。第二衬套614可以设置在第二安装支架612与车辆的侧构件之间，并且可以具有隔振特性。因此，第二衬套614可以防止或最小化从外框架110到车辆的侧构件的振动的传递，并且可以防止或最小化从车辆的侧构件到外框架110的振动的传递。
72.另外，外框架110可以进一步包括连接凹口ch。如图2a所示，第一车辆连接部600的第一安装支架602可以安装在连接凹口ch中，该连接凹口ch形成在外框架110的外侧表面100s中，例如形成在外框架110的拐角部中。第二车辆连接部610的第二安装支架612可以直接结合到外框架110的外侧表面100s。
73.与将第一安装支架602插入到图2a所示的连接凹口ch中的构造不同，第二安装支架612可以直接结合到外框架110的外侧表面100s。然而，根据另一实施例，类似于图1a和图2a所示的第一车辆连接部600的第一安装支架602设置在连接凹口ch中的构造，用于安装第二车辆连接部610的第二安装支架612的单独的连接凹口(未示出)可以形成在外框架110的侧面中，并且第二安装支架612可以插入到单独的连接凹口中。
74.可选地，类似于图1a和图2a所示的第二安装支架612结合到外框架110的外侧表面100s的构造，第一安装支架602可以不设置在单独的连接凹口ch中，而是可以设置在外框架110的外侧表面100s上。
75.尽管在图1a中示出了三个车辆连接部600和610，但是关于车辆连接部600和610的数量或车辆连接部600和610结合到燃料电池框架100的具体形式，本公开不受限制。即，根据另一实施例，车辆连接部的数量可以是两个以下或四个以上。
76.再次参照图1a至图2d，外框架110可以具有围绕电池堆210的竖直投影面hps的平面环形形状。在此，竖直投影面hps可以表示当电池堆210在z轴方向上投影时在地面上投影的面。即，外框架110的内部空间ho的平面区域(以下称为“第一平面区域”)可以大于电池堆210的竖直投影面hps的平面区域(以下称为“第二平面区域”)。
77.内框架120可以设置在外框架110内侧。内框架120可以形成为将由外框架110围绕的内部空间ho划分为多个中空部的隔板的形状。例如，如图2c所示，内部空间ho可以被隔板形状的内框架120划分为多个(例如，七个)中空部h1至h7。然而，关于中空部的具体数量、具
体形状或具体位置，本公开不受限制。
78.另外，多个中空部(例如，h1至h7)中的至少一个中空部的尺寸可以使得上部结构200或下部结构300的端部的一部分能够插入到该至少一个中空部中。
79.另外，图1a和图1b中示出上部结构200中包括的组件210、220和230中的每一个以及下部结构300中包括的组件310、320和330中的每一个形成为六面体形状。然而，这些组件210、220、230、310、320和330中的每一个可以具有固有的形状，并且燃料电池框架100，特别是外框架110可以具有围绕组件210、220、230、310、320和330的竖直投影面的平面环形形状。可选地，外框架110可以具有防止组件210、220、230、310、320和330的竖直投影面从外框架110突出的平面环形形状。
80.燃料电池系统1000的上部结构200可以安装(设置、结合、组装、安置、附接或固定)在内框架120上，下部结构300可以安装(设置、结合、组装、安置、附接或固定)在内框架120下。
81.外框架110用于确保燃料电池框架100的刚度，内框架120用于划分上部结构200和下部结构300固定并结合到燃料电池框架100的区域。为此，外框架110的第一刚度可以大于内框架120的第二刚度。
82.另外，为了减小燃料电池系统1000的总高度mh1，可以将上部结构200和下部结构300中的至少一个的端部的一部分插入到外框架110的内部空间ho中。为此，外框架110在竖直方向上的厚度(以下称为“第一厚度t1”)可以大于内框架120在竖直方向上的厚度(以下称为“第二厚度t2”)。当第二厚度t2小于第一厚度t1时，总高度mh1可以减小，并且其原因将在后面参照图1c和图12进行详细描述。
83.另外，外框架110和内框架120可以彼此一体地形成，或者可以彼此分开形成。
84.外框架110的材料和内框架120的材料可以彼此相同或不同。特别地，当外框架110和内框架120彼此分开形成时，外框架110的材料和内框架120的材料可以彼此不同。例如，外框架110和内框架120中的至少一个的材料可以包括金属，例如铝。
85.当外框架110和内框架120彼此分开形成时，内框架120可以焊接到外框架110。然而，关于内框架120结合到外框架110的具体形式，本公开不受限制。
86.图3a至图3d示出外框架110和内框架120中的每一个的各种示例的截面。
87.当减小外框架110的第一厚度t1和内框架120的第二厚度t2以减小燃料电池系统1000的总厚度(或高度mh1)时，燃料电池框架100的刚度可能降低。为了加强燃料电池框架100，如果向外框架110的内部和内框架120的内部(特别是外框架110的内部)填充高刚度的材料，则燃料电池系统1000的总重量可能增加。因此，为了在减小燃料电池系统1000的总高度mh1的同时避免燃料电池系统1000的重量增加，燃料电池框架100的外框架110和内框架120中的每一个的内部(特别是外框架110的内部)可以以如图3a至图3d所示的各种形状中的任意一种来实现。
88.根据一个实施例，如图3a所示，外框架110和内框架120中的每一个的截面可以具有蜂窝形状。
89.根据另一实施例，如图3b所示，外框架110和内框架120中的每一个的截面可以具有中空形状。
90.根据又一实施例，如图3c和图3d所示，外框架110和内框架120中的每一个的截面
可以具有桁架形状。
91.图3a至图3d所示的外框架110和内框架120中的每一个的截面的形状仅是示例性的。只要在不增加燃料电池框架100的重量的情况下增加燃料电池框架100的刚度，外框架110和内框架120中的每一个的截面可以具有除了图3a至图3d所示的形状以外的各种形状中的任意一种。
92.图4是根据实施例的图1a至图1c所示的燃料电池系统1000的示例的局部截面图。
93.在下文中，将参照图4描述燃料电池系统1000，其中安装在燃料电池框架100上的上部结构200是电池堆210，安装在燃料电池框架100下的下部结构300是空气压缩机320。以下描述也可以应用于安装在燃料电池框架100上的上部结构200是高压接线盒220或冷却泵230并且安装在燃料电池框架100下的下部结构300是加湿器310或驱动马达330的构造。
94.根据实施例，外框架110的顶表面110t基于地面g的高度(以下称为“第一高度h1”)可以大于安装在燃料电池框架100上的电池堆210的底表面210b基于地面g的高度(以下称为“第二高度h2”)。
95.另外，内框架120可以具有台阶。这将在下面进行详细描述。
96.内框架120可以包括第一部分p1和第二部分p2。
97.第一部分p1被定义为上部结构200(例如，210)安装的部分，第二部分p2被定义为下部结构300(例如，320)安装的部分。第一部分p1的高度可以与第二高度h2相同。第二部分p2基于地面g的高度(以下称为“第三高度h3”)可以大于第一部分p1基于地面g的第二高度h2。即，内框架120的第一部分p1和第二部分p2之间可以形成台阶。在此，台阶可以指内框架120中的第一部分p1的顶表面120t1和第二部分p2的顶表面120t2之间的高度差δh。
98.另外，基于地面g，安装在内框架120的第一部分p1上的电池堆210的底表面210b可以位于与安装在内框架120的第二部分p2下的空气压缩机320的顶表面320t相同的水平面中。即，当安装在内框架120的第二部分p2下的空气压缩机320的顶表面320t基于地面g具有预定高度(以下称为“第四高度h4”)时，第二高度h2和第四高度h4可以彼此相同。
99.可选地，基于地面g，安装在内框架120的第一部分p1上的电池堆210的底表面210b的第二高度h2可以小于安装在内框架120的第二部分p2下的空气压缩机320的顶表面320t的第四高度h4。即，安装在内框架120的第一部分p1上的电池堆210的端部的至少一部分和安装在内框架120的第二部分p2下的空气压缩机320的端部的至少一部分可以在水平方向上彼此重叠(参照图4中的op1)。
100.如上所述，当内框架120具有台阶时并且当上部结构200和下部结构300分别设置在具有台阶的内框架120上和下时，上部结构200与下部结构300之间的距离，即，重叠部分op1在竖直方向上的间隔距离可以最小化。当第二高度h2和第四高度h4彼此相同时，重叠部分op1在竖直方向上的间隔距离变为零。
101.当第二高度h2小于第四高度h4时，重叠部分op1在竖直方向上的间隔距离可以具有负(-)值。在这种情况下，燃料电池框架100所占据的厚度(即，第一厚度t1)对燃料电池系统1000的总厚度mh1没有影响。换言之，第一厚度t1从总厚度mh1中排除。因此，总厚度mh1可以减小第一厚度t1。
102.上部结构200和下部结构300中的每一个可以以各种形式中的任意一种结合并固定到外框架110和内框架120中的至少一个。为此，外框架110和内框架120中的至少一个可
以包括结合到上部结构200和下部结构300中的至少一个的第一结合部件。上部结构200和下部结构300中的至少一个可以包括第二结合部件。第二结合部件可以与第一结合部件相对设置，并且可以结合并固定到外框架110或内框架120。
103.例如，第一结合部件可以设置在图1a所示的结合部si1、si2、si3和si4中的每一个处，并且可以结合到作为上部结构200的电池堆210的第二结合部件，从而将电池堆210固定到内框架120。类似地，第一结合部件可以设置在图1a所示的结合部sj1和sj2中的每一个处，并且可以结合到作为上部结构200的冷却泵230的第二结合部件，从而将冷却泵230固定到内框架120。
104.另外，上部结构200和下部结构300可以在被固定到外框架110和内框架120中的至少一个的状态下以各种形式中的任意一种彼此结合。为此，上部结构200和下部结构300中的至少一个可以进一步包括第三结合部件，并且对应的上部结构200和对应的下部结构300可以通过第三结合部件彼此结合。
105.图5是用于说明燃料电池框架100、上部结构200和下部结构300之间的结合关系的实施例的示例性截面图。
106.根据实施例，第一结合部件可以嵌入到外框架110和内框架120中的至少一个中。另外，类似地，第二结合部件和第三结合部件中的至少一个可以嵌入到上部结构200和下部结构300中的至少一个中。
107.参照图5，第一构件510和第二构件520可以通过两个结合部件530和540彼此结合。第一构件510和第二构件520中的每一个可以具有中空部分。两个结合部件530和540中的一个结合部件530可以嵌入到第一构件510中，并且两个结合部件530和540中的另一结合部件540可以在箭头ar所示的方向上穿过形成在第二构件520中的螺丝孔sch，并且可以结合到结合部件530。
108.图5所示的第一构件510和第二构件520中的一个构件510可以对应于外框架110或内框架120，并且第一构件510和第二构件520中的另一构件520可以是上部结构200或下部结构300。在这种情况下，嵌入到图5所示的第一构件510中的结合部件530可以对应于例如可以设置在图1a所示的结合部si1、si2、si3和si4中的每一个处的上述第一结合部件，在图5所示的第二构件520处在箭头ar所示的方向上结合到结合部件530的另一结合部件540可以对应于设置在上部结构200或下部结构300中的上述第二结合部件。
109.可选地，图5所示的第一构件510和第二构件520中的一个构件510可以对应于外框架110(或内框架120)，并且第一构件510和第二构件520中的另一构件520可以对应于内框架120(或外框架110)。在这种情况下，嵌入到图5所示的第一构件510中的结合部件530和在箭头ar所示的方向上被引入到第二构件520中并结合到结合部件530的另一结合部件540中的每一个可以对应于设置在上部结构200或下部结构300处的上述第三结合部件。
110.根据实施例，第一至第三结合部件中的至少一个结合部件可以包括螺柱螺母、压铆螺母或拉铆螺母中的至少一个，并且第一至第三结合部件中的另一结合部件可以包括螺柱螺栓(或螺钉)、压铆螺栓(或螺钉)或拉铆螺栓(或螺钉)中的至少一个。在此，螺柱螺母是指与螺柱螺栓结合的螺母，压铆螺栓是指与压铆螺母结合的螺栓，拉铆螺栓是指与拉铆螺母结合的螺栓。
111.例如，当第一至第三结合部件中的任意一个结合部件是压铆螺母时，结合到压铆
螺母的第一至第三结合部件中的另一结合部件可以是螺钉，该螺钉可以穿过在对应的构件中形成的螺钉孔并且可以与压铆螺母结合。
112.例如，当第一至第三结合部件中的任意一个结合部件是拉铆螺母时，结合到拉铆螺母的第一至第三结合部件中的另一结合部件可以是螺钉，该螺钉可以在箭头所示的方向上穿过螺钉孔sch(参照图5)并且可以与拉铆螺母结合。即使当构件510和520中的任意一个具有中空形状并且具有小的厚度时，拉铆螺母也可以实现内螺纹攻丝(female screw tap)，因此对于具有中空形状的构件510或520可能是有用的。
113.在下文中，将参照附图描述根据实施例的第二结合部件。
114.图6a和图6b分别是燃料电池系统1000的另一示例的平面图和截面图。
115.图4是图6a所示的燃料电池系统1000沿线i-i'截取的截面图，图6b是图6a所示的燃料电池系统1000沿线ii-ii'截取的截面图。
116.参照图6a和图6b，示出了第二结合部件包括在作为上部结构200的电池堆210中。然而，以下描述也可以应用于安装在燃料电池框架100上的上部结构200是高压接线盒220或冷却泵230的构造。
117.第二结合部件可以包括安装凸台部212、214、216和218，安装凸台部212、214、216和218中的每一个从上部结构210的外侧表面突出，并且安装凸台部212、214、216和218的至少一部分在竖直方向上与外框架110的顶表面110t重叠。参照图6a，示出了第二结合部件包括四个安装凸台部212、214、216和218。然而，关于第二结合部件中包括的安装凸台部212、214、216和218的数量或安装凸台部212、214、216和218在平面中突出的位置，本公开不受限制。
118.参照图6a和图6b，基于地面，与外框架110的顶表面110t接触的安装凸台部(例如，212)的底表面212b的高度可以大于电池堆210的底表面210b的高度。
119.在下文中，将参照附图描述根据燃料电池的具体实施例的第二结合部件的示例。
120.图7是用于说明包括作为上部结构200的电池堆210的燃料电池与外框架110(110a)之间的结合关系的实施例的截面图，图8是图7中的部分b的放大截面图，图9是外框架110的立体图。
121.参照图7，燃料电池500可以包括电池堆210、外壳515和绝缘体525。
122.外壳515可以设置为围绕电池堆210的侧面以保护电池堆210。外壳515可以是暴露电池堆210的两个相对端的四面外壳，或者是围绕电池堆210的两个相对端中的任意一个和电池堆210的侧面的五面外壳。另外，外壳515可以形成为使得至少两个主体512和514彼此结合。即，如图7所示，外壳515的两个主体中的一个主体512可以具有“l”形，并且两个主体中的另一主体514可以具有
“┓”
形以结合到“l”形的主体。可选地，与图7所示的构造不同，外壳515的两个主体中的一个主体可以具有形，并且两个主体中的另一主体可以具有“－”形以结合到形的主体。可选地，与图7所示的构造不同，外壳515可以形成为一体。
123.绝缘体525可以使电池堆210和外壳515彼此间隔开预定距离，从而彼此电绝缘。
124.在图7和图8所示的燃料电池的情况下，对应于第二结合部件的安装凸台部212a可以具有从外壳515的外侧表面突出的形状。安装凸台部212a的一部分op2在竖直方向上与外框架110重叠。即，如图9所示，安装凸台部212a与外框架110之间的匹配表面ms1、ms2、ms3和ms4中的每一个可以位于外框架110的顶表面110t中，并且安装凸台部212a可以位于燃料电
池500的侧表面上而不是燃料电池500的底表面500b上。在这种情况下，燃料电池500的底表面500b在竖直方向上比匹配表面ms1、ms2、ms3和ms4进一步向下。即，在外框架110的总第一厚度t1中，顶表面110t(即，匹配表面)与燃料电池500的底表面500b之间的距离t11被从燃料电池系统1000的总厚度mh1中排除。即，总厚度mh1可以减小外框架110的厚度t11。
125.在下文中，将参照附图描述根据实施例的上述燃料电池框架100的制造方法。
126.图10a和图10b是示出根据实施例的燃料电池框架100的制造方法的工艺的立体图，图11是图10b中的部分c的放大立体图。
127.图10a和图10b是用于说明外框架110和内框架120彼此一体形成的燃料电池框架100的制造方法的视图。
128.首先，如图10a所示，制备用于制造燃料电池框架100的材料700，并且执行挤压工艺以形成外框架710和内框架720，其中外框架710与内框架720之间具有台阶。在这种情况下，用于制造燃料电池框架100的材料的截面可以具有图11和图3a所示的蜂窝状结构。
129.此后，如图10b所示，可以切割图10a所示的产品以在内框架720中形成中空部h，从而完成了燃料电池框架100的形成。即，图10b所示的外框架710对应于上述外框架110，图10b所示的内框架720对应于上述内框架120。
130.另外，燃料电池框架100的外框架110或内框架120可以通过高真空压铸工艺或宽挤压工艺来制造。
131.在下文中，将参照附图描述根据比较例的燃料电池系统1和根据实施例的燃料电池系统1000。
132.图12是根据比较例的燃料电池系统1的主视图。
133.图12所示的根据比较例的燃料电池系统1包括燃料电池框架10、上部结构20和下部结构30。在此，燃料电池框架10、上部结构20和下部结构30分别执行与如图1c所示的燃料电池框架100、上部结构200和下部结构300相同的功能，因此将省略对这些组件10、20和30的重复描述。另外，根据比较例的上部结构20可以包括电池堆21、高压接线盒23和冷却泵25。根据比较例的下部结构30可以包括加湿器31、空气压缩机33和驱动马达35。电池堆21、高压接线盒23、冷却泵25、加湿器31、空气压缩机33和驱动马达35分别执行与图1c所示的电池堆210、高压接线盒220、冷却泵230、加湿器310、空气压缩机320和驱动马达330相同的功能，因此将省略对这些组件21、23、25、31、33和35的重复描述。
134.在根据比较例的燃料电池系统1的情况下，与根据实施例的外框架110类似，假定燃料电池框架10具有第一厚度t1。电池堆21和高压接线盒23顺序地安装在燃料电池框架10上，并且加湿器31安装在燃料电池框架10下。在安装在燃料电池框架10上的上部结构20中，电池堆21的厚度th4和高压接线盒23的厚度th2大于冷却泵25的厚度。另外，在安装在燃料电池框架10下的下部结构30中，加湿器31的厚度th5大于空气压缩机33或驱动马达35的厚度。因此，如利用下面的等式1所示，根据比较例的燃料电池系统1的总厚度mh2等于燃料电池框架10的第一厚度t1、电池堆21的厚度th4、高压接线盒23的厚度th2和加湿器31的厚度th5之和。
135.[等式1]
[0136]
mh2＝t1+th2+th4+th5
[0137]
另一方面，如利用下面的等式2所示，图1c所示的根据实施例的燃料电池系统的总
厚度mh1等于燃料电池框架100的外框架110的第一厚度t1、在外框架110上突出的电池堆210的厚度th1、高压接线盒220的厚度th2和在外框架110下突出的加湿器310的厚度th3之和。
[0138]
[等式2]
[0139]
mh1＝t1+th2+th1+th3
[0140]
在以上等式1和等式2中，th1小于th4，th3小于th5。具体地，在比较例的情况下，燃料电池框架10的第一厚度t1完全包括在燃料电池系统1的总厚度mh2中而没有减小。但是，在实施例的情况下，如图4所示，电池堆210的下端的至少一部分和加湿器310的上端的至少一部分可以被容纳在外框架110的内部空间ho中。
[0141]
例如，如图6a和图6b所示，当将安装凸台部212至218设置为第二结合部件时，燃料电池框架100的第一厚度t1在利用以上等式2表示的燃料电池系统1000的总厚度mh1中所占的比例可以减小。特别地，如图6b所示，当电池堆210的底表面210b位于与外框架110的底表面110b相同的平面中或者比外框架110的底表面110b更靠近地面时，燃料电池框架100的第一厚度t1在利用以上等式2表示的燃料电池系统1000的总厚度mh1中所占的比例可以是零。
[0142]
因此，可以看出，根据实施例的燃料电池系统1000的总厚度mh1小于根据比较例的燃料电池系统1的总厚度mh2。当根据实施例的燃料电池车辆是诸如电车或火车的商用车辆时，在将燃料电池系统1000应用于燃料电池车辆时，燃料电池系统1000的总高度是非常重要的约束。在这方面，根据实施例的燃料电池系统1000可以比根据比较例的燃料电池系统1对商用车辆更有用。
[0143]
在根据比较例的燃料电池系统1的情况下，如果减小燃料电池框架10的厚度，则可能降低燃料电池框架10所需的刚度。为了在减小燃料电池框架10的厚度的同时确保燃料电池框架10所需的刚度，如果向燃料电池框架10的内部填充诸如钢的高刚度的材料，或者如果燃料电池框架10的内部厚度增加，则燃料电池系统1的重量可能增加。
[0144]
另一方面，在根据实施例的燃料电池系统1000的情况下，通过具有平面环形形状的外框架110来确保燃料电池框架100的刚度，并且内框架120的第二厚度t2被设置为小于第一厚度t1，使得上部结构200的端部的一部分和下部结构300的端部的一部分插入到外框架110的内部空间ho中。然而，在根据实施例的燃料电池系统1000中，也可以通过外框架110的刚度来确保燃料电池框架100的刚度，从而与根据比较例的燃料电池框架10的刚度一样高。
[0145]
图13是用于说明根据实施例的燃料电池系统1000的刚度的外框架110的平面图。在图13中，t表示围绕中空部的外框架110的一部分的厚度。
[0146]
如图13所示，当外框架110的截面具有中空形状时，可以利用下面的等式3来表示外框架110的截面二次矩(2
nd moment of area)i。
[0147]
[等式3]
[0148][0149]
其中，da表示微分面积(dxdz)，h表示在高度方向上的轮廓尺寸。
[0150]
等式3中的截面二次矩是通过对从中心线cl到微分面积da的距离z的平方z2进行积分而获得的值。即使假设仅通过外框架110来确保根据实施例的燃料电池框架100的刚
度，但是如果如图13和图3b所示外框架110的截面具有中空部hh，则也可以使利用以上等式3表示的截面二次矩最大化。因此，即使减小外框架110的截面厚度t，也可以在减轻外框架110的重量的同时确保外框架110的刚度。即使外框架110的截面具有图3a所示的蜂窝状结构或者图3c或图3d所示的桁架结构，也可以使截面二次矩最大化，因此可以确保外框架110的刚度。
[0151]
与根据比较例的燃料电池框架10由钢制成时相比，当根据实施例的外框架110由铝制成时，燃料电池框架100的重量可以减小约20％。
[0152]
因此，在根据实施例的燃料电池系统1000的情况下，可以在减小或消除燃料电池框架100的厚度在燃料电池系统1000的总厚度mh1中所占的比例并且减小燃料电池框架100的重量的同时确保燃料电池框架100的刚度。
[0153]
另外，如图10a和图10b所示，当利用挤压工艺制造燃料电池框架100的外框架110和内框架120时，可以降低制造成本，并且可以减小燃料电池框架100的重量。
[0154]
另外，当燃料电池框架100的外框架110通过铝中空铸造工艺而形成为具有如图3b所示的中空结构时，可以进一步减小燃料电池框架100的重量。
[0155]
另外，当通过高真空压铸工艺制造燃料电池框架100的外框架110或内框架120时，可以使成型自由度最大化。
[0156]
另外，当通过宽挤压工艺制造燃料电池框架100的外框架110或内框架120使得外框架110或内框架120的截面具有图3c或图3d所示的桁架结构或者图3a所示的蜂窝状结构时，可以进一步减小燃料电池框架100的重量，并且可以进一步降低制造成本。
[0157]
从以上描述显而易见的是，根据实施例的燃料电池车辆包括厚度薄、刚度高和重量低的燃料电池系统。根据实施例的燃料电池系统对于燃料电池系统的总高度是非常重要的约束的商用车辆是有用的。另外，可以降低燃料电池系统的制造成本，并且可以使燃料电池系统的成型自由度最大化。
[0158]
在不脱离本公开的目的的情况下，除非彼此相反，否则上述各个实施例可以彼此组合。另外，对于各个实施例中的任意一个中未详细描述的任何元件，可以参照另一实施例中具有相同附图标记的元件的描述。
[0159]
尽管参照本公开的示例性实施例具体示出并描述了本公开，但是这些实施例仅是出于说明目的而提出的，并不限制本公开，并且对于本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本文阐述的实施例的基本特征的情况下，可以进行各种形式和细节上的改变。例如，可以修改和应用在实施例中阐述的各个构造。此外，这样的修改和应用中的差异应被解释为落入由所附权利要求书限定的本公开的范围内。