KR100837916B1 - Performance and endurance test-device of fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 성능 및 내구시험장치를 나타내는 개략적인 구성도,1 is a schematic configuration diagram showing an apparatus for testing performance and durability of a fuel cell stack according to the present invention;
도 2는 종래의 연료전지 스택을 나타내는 측단면도이다. 2 is a side cross-sectional view showing a conventional fuel cell stack.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10 : 시험장치부 11 : 로드바10: test unit 11: rod bar
12 : 로드셀 20 : 운전장치부12: load cell 20: operating unit
21 : 전원선 22 : 집전판21: power line 22: current collector
30 : 온도조절부 31 : 냉각수 입출구30: temperature control part 31: cooling water inlet and outlet
35,36 : 가스 입출구 40 : 제어부35,36 gas inlet and
41 : 모니터장치41: monitor device
본 발명은 연료전지 스택의 성능 및 내구시험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 스택의 성능 및 내구 특성과 장시간 운전시 체결압의 조절과 확인을 용이토록 하여 정밀 시험이 가능한 연료전지 스택의 성능 및 내구시험장치에 관한 것이다. The present invention relates to a performance and durability test apparatus of a fuel cell stack, and more particularly, to a fuel cell stack capable of precise testing by facilitating adjustment and confirmation of performance and durability characteristics of a fuel cell stack and fastening pressure during long time operation. A performance and durability test apparatus.
일반적으로, 연료전지(Fuel Cell) 스택은 도 2에 도시된 바와 같이, 분리판(110), MEA(Membrane Electrolyte Assembly, 전극막)(120), GDL(Gas Diffusion Layer, 가스 확산층)(130) 및 가스켓(140)으로 구성되어 전력을 생산하는 단위셀(100)과, 상기 단위셀(100)을 체결하는 체결바(150)와, 상기 체결바(150)와 연결되고 그 체결바(150)로부터 부여받은 체결력을 단위셀(100)에 일정하게 부여하도록 하는 기능을 수행하며 상기 단위셀(100)을 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 하는 엔드플레이트(160)로 구성되어 있다.In general, a fuel cell stack includes a
그런데 이러한 구성으로 이루어진 연료전지 스택에서의 단위셀의 성능 및 내구시험에 있어서 다음과 같은 문제점이 있다.However, there are the following problems in the performance and durability test of the unit cell in the fuel cell stack having such a configuration.
첫째, 상기 엔드플레이트로 단위셀을 체결시 볼트 및 너트와 같은 체결수단을 사용하여 일정 토크로 체결하게 되는 바, 이때 균일한 체결압을 유지하기 위하여 많은 개수의 볼트와 너트를 사용하게 되므로 체결시 체결시간이 증가하므로 작업성이 저하되는 문제점이 있다.First, when the unit cell is fastened to the end plate by using a fastening means such as bolts and nuts, the fastening is performed at a predetermined torque. In this case, a large number of bolts and nuts are used to maintain a uniform fastening pressure. Since the fastening time increases, there is a problem that the workability is reduced.
둘째, 상기 단위셀의 운전 온도를 유지하기 위하여 내측에 장착된 히터봉이나 기타 전열기구를 사용하여 온도를 유지하게 되는데, 이는 국부적인 온도구배를 발생시켜 정확한 성능 측정을 어렵게 하는 문제점이 있다.Second, in order to maintain the operating temperature of the unit cell to maintain the temperature using a heater rod or other heating device mounted on the inside, this has a problem that it is difficult to accurately measure the performance by generating a local temperature gradient.
세째, 볼트에 의한 체결방식이므로 볼트가 체결되고 볼트가 위치되는 부분의 공간은 스택의 출력과 별도로 추가로 필요시되는 일종의 데드 존(dead zone)이 되며, 따라서 스택의 출력 밀도를 저하시키는 요소가 된다.Third, because of the fastening method by bolts, the space where the bolt is fastened and the bolt is located becomes a kind of dead zone which is additionally needed separately from the output of the stack. do.
네째, 이러한 성능 및 내구시험 시에 가스 입출구의 핏팅(fitting) 체결 반복 시 체결수단의 마모로 인하여 주기적인 교체가 필요한 문제점이 있다. Fourth, there is a problem that a periodic replacement is required due to the wear of the fastening means when repeated fitting fitting of the gas inlet and outlet during the performance and durability test.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 연료전지의 단위셀에 균등하게 체결압을 부여할 수 있도록 하는 로드바 타입의 체결기구 및 최적화된 체결구조의 적용으로 연료전지 스택의 체결시 데드 존을 최소화하여 스택의 출력 밀도를 향상시켜 신뢰성 있는 데이터 확보가 가능할 뿐만 아니라, 셀 체결의 용이함을 통해 개발 인력 및 시험시간의 단축을 도모할 수 있도록 하여 상품성 및 상업성 가치를 극대화시킬 수 있는 연료전지 스택의 성능 및 내구시험장치를 제공하고자 한다. Accordingly, the present invention is invented to solve the above problems, the fuel cell stack by applying a rod bar type fastening mechanism and an optimized fastening structure to impart a fastening pressure to the unit cells of the fuel cell evenly. Minimize dead zones at the time of fastening, improve the output density of the stack to ensure reliable data, and maximize the commercial and commercial value by shortening development manpower and test time through easy cell fastening. To provide a fuel cell stack performance and durability test device that can be.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료전지 스택의 성능 및 내구시험장치는, 체결바(150)로부터 부여받은 체결력을 단위셀(100)에 일정하게 부여하도록 하는 기능을 수행하며 상기 단위셀(100)을 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 하는 엔드플레이트(160)의 일측면에 접촉시킨 후 회전을 통해 하중을 가하 여 전후 유동가능하게 구비되는 로드바(11) 및 상기 로드바(11)에서 인가되는 하중을 측정하는 압전센서인 로드셀(12)을 포함하는 시험장치부(10)와;In order to achieve the above object, the performance and durability test apparatus of the fuel cell stack according to the present invention performs a function of constantly applying the fastening force applied from the
상기 엔드플레이트(160)에 일체 형성되어 연료전지의 운전을 위한 전원선(21) 및 연료전지의 각 단위셀(100)의 양측면에 밀착되어 단위 모듈간의 전기적 연결이 구현 가능하도록 하는 집전판(22)을 포함하는 운전장치부(20)와; The
냉각수를 단위셀(100) 내로 흐르도록 하여 엔드플레이트(160)를 일정 온도로 유지하기 위한 온도조절부(30)와; A
상기 시험장치부(10)의 로드바(11)를 통해 일정하게 인가되는 체결압을 측정하여 이를 모니터링하는 제어부(40)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the configuration of the present invention with reference to the accompanying drawings in detail.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 성능 및 내구시험장치를 나타내는 개략적인 구성도이다. 1 is a schematic diagram illustrating a performance and durability test apparatus of a fuel cell stack according to the present invention.
본 발명에 따른 연료전지 스택의 성능 시험 및 내구시험장치를 설명하기 전에 먼저, 연료전지 스택의 구성에 대해 살펴보면 연료전지(Fuel Cell) 스택은 분리판(110), MEA(Membrane Electrolyte Assembly, 전극막)(120), GDL(Gas Diffusion Layer, 가스 확산층)(130) 및 가스켓(140)으로 구성되어 전력을 생산하는 단위셀(100)과, 상기 단위셀(100)을 체결하는 체결바(150)와, 상기 체결바(150)와 연결되고 그 체결바(150)로부터 부여받은 체결력을 단위셀(100)에 일정하게 부여하도록 하는 기능을 수행하며 상기 단위셀(100)을 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 하 는 엔드플레이트(160)로 구성되어 있다.Before describing the performance test and endurance test apparatus of the fuel cell stack according to the present invention, the structure of the fuel cell stack will be described. The fuel cell stack includes a
이러한 구성으로 이루어진 연료전지 스택에 대한 성능 및 내구시험을 실시하기 위한 시험장치는 종래의 체결수단으로 인해 발생하는 반복적인 체결작업으로 인한 번거로움을 해결하고, 상기 체결수단의 체결압 불균일로 인한 성능 시험의 신뢰성 저하를 해결할 뿐만 아니라, 연료전지 스택을 일정한 온도로 유지할 수 있도록 하는데 그 주안점이 있다.The test apparatus for performing a performance and durability test for the fuel cell stack having such a configuration solves the inconvenience caused by the repetitive fastening operation caused by the conventional fastening means, and the performance due to the fastening pressure unevenness of the fastening means. In addition to addressing the reliability of the test, the focus is on maintaining the fuel cell stack at a constant temperature.
이를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료전지 스택의 성능 및 내구시험장치는, 상기 체결바(150)로부터 부여받은 체결력을 단위셀(100)에 일정하게 부여하도록 하는 기능을 수행하며 상기 단위셀(100)을 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 하는 엔드플레이트(160)의 일측면에 접촉시킨 후 회전을 통해 하중을 가하여 전후 유동가능하게 구비되는 로드바(11) 및 상기 로드바(11)에서 인가되는 하중을 측정하는 압전센서인 로드셀(12)을 포함하는 시험장치부(10)와, 상기 엔드플레이트(160)에 일체 형성되어 연료전지의 운전을 위한 전원선(21) 및 연료전지의 각 단위셀(100)의 양측면에 밀착되어 단위 모듈간의 전기적 연결이 구현 가능하도록 하는 집전판(22)을 포함하는 운전장치부(20)와, 냉각수를 단위셀(100) 내로 흐르도록 하여 엔드플레이트(160)를 일정 온도로 유지하기 위한 온도조절부(30)와, 상기 시험장치부(10)의 로드바(11)를 통해 일정하게 인가되는 체결압을 측정하여 이를 모니터링하는 제어부(40)를 포함하여 구성되어 있다.In order to achieve this, the performance and durability test apparatus of the fuel cell stack according to the present invention performs a function of constantly giving the fastening force applied from the
상기 로드셀(12)에 의해 검출된 로드바(11)에 의한 연료전지 스택의 체결압 데이터는 소정의 제어부(40)에 의해 분석되고 실시간으로 모니터링 된다. The clamping pressure data of the fuel cell stack by the
즉, 연료전지 스택의 성능 및 내구시험 시에 기존의 볼트 및 너트로 구성된 체결수단의 체결 및 해제 동작의 반복을 통한 체결압의 불균일이 발생하게 되어 정확한 성능 시험이 이루어지지 않는 점을 해결하기 위하여 본 발명은 상기와 같은 동일 기능을 갖는 로드바(11)를 이용하여 일정한 체결압을 단위셀(100)에 부여할 수 있도록 되어 있다.That is, in order to solve the problem that the performance of the fuel cell stack is not accurate performance test due to the nonuniformity of the fastening pressure caused by repeating the fastening and releasing operation of the conventional fastening means composed of bolts and nuts. According to the present invention, a predetermined clamping pressure can be applied to the
이를 통하여 내구 특성에 맞는 체결압을 선택하여 조절할 수 있게 되어 정밀한 셀 체결압을 부여할 수 있게 되어 신뢰성 있는 데이터의 확보가 가능하다.Through this, it is possible to select and adjust the fastening pressure according to the endurance characteristics, thereby providing precise cell fastening pressure, thereby ensuring reliable data.
이러한 체결압의 압력을 모니터장치(41)를 통해 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 상기 제어부(40)는 소정의 모니터장치(41)를 함께 구비하고 있는 컴퓨터일 수 있다.The
또한, 상기 온도조절부(30)는 일정한 온도를 갖는 냉각수를 단위셀(100) 내로 흐르도록 냉각수 입출구(31)를 구비하여 연료전지 스택의 온도를 일정하게 유지하도록 한다.In addition, the
이는 종래의 연료전지 스택 내에 장착되어 설정한 온도보다 더 높은 온도로 가열되며, 단위셀(100)의 온도 구배를 크게 하여 셀 내의 성능 불균일이 커지는 문제를 해소하기 위함이다. This is to solve the problem of increasing the temperature gradient of the
한편, 도면부호 35 및 36은 가스 입출구를 나타내는 것으로서, 상기 가스 입출구(35,36)는 기존의 볼트를 이용하여 이를 개폐하는 체결 동작에 의해 볼트의 마모가 발생하게 되므로 이를 해결하기 위하여 주기적인 볼트의 교체작업이 이루어졌으나, 본 발명에서는 가스 입출구(35,36)를 엔드플레이트(160) 외부로 돌출되도록 하여 체결 동작에 의한 볼트의 마모나 반복적인 체결작업의 번거로움을 해소할 수 있도록 한다.On the other hand,
따라서, 이와 같이 구성된 본 발명은 체결수단을 통한 반복적인 체결작업을 배제하고 대신에 로드바(11)를 통한 체결압의 부여를 통해 상기 체결수단과 동일한 작동을 수행할 수 있도록 하고, 특히 상기 로드바(11)에서 인가되는 하중을 측정하는 압전센서인 로드셀(12)과, 체결압을 측정하여 이를 실시간으로 모니터링 하는 제어부(40)를 포함하며, 연료전지 스택의 온도를 일정하게 유지하도록 하는 냉각수 입출구(31) 및 외부로 돌출 형성되어 연료의 공급 및 배출을 수행하는 가스 입출구(35,36)로 이루어진 공용분배기구로 구성됨으로써, 신뢰성 있는 데이터 확보가 가능할 뿐만 아니라, 셀 체결의 용이함을 통해 개발 인력 및 시험시간의 단축을 도모할 수 있도록 하여 상품성 및 상업성 가치를 극대화시킬 수 있게 된다. Thus, the present invention configured as described above allows to perform the same operation as the fastening means through the provision of the fastening pressure through the
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.Although the above has been shown and described with respect to the preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiment, in the technical field to which the present invention pertains without departing from the spirit of the invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes will fall within the scope of the claims set forth.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 성능 및 내구시험장치에 의하면, 성능 및 내구 시험시 정밀한 셀 체결압의 조절로 인해 신뢰성 있는 데이터 확보가 가능할 뿐만 아니라, 셀 체결의 용이함을 통해 개발 인력 및 시험시간의 단축을 도모할 수 있는 효과가 있다. As described above, according to the performance and durability test apparatus of the fuel cell stack according to the present invention, not only the reliable data can be secured due to the precise control of the cell clamping pressure during the performance and durability test, but also through the ease of cell fastening. It is effective to shorten development manpower and test time.
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