KR100911588B1 - Device and method for automatically retaining fastening pressure of fuel-cell stack - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치 및 방법에 관한 것으로, 다수의 단위 전지와 및 이를 체결하기 위한 엔드 플레이트로 구성된 연료전지 스택에 있어서, 상기 연료전지 스택에 설치되어 상기 연료전지 스택의 운전 중 체결토크 또는 체결압 중 적어도 어느 하나를 감지하는 센서부; 상기 센서부의 신호를 수신하고 최적 체결토크 또는 체결압을 연산하여 제어 신호를 송신하는 제어부; 및 상기 제어부에 의해 제어되어 최적 체결토크 또는 체결압으로 상기 연료전지 스택을 체결하는 스택 체결장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a fastening pressure automatic maintenance device and method of a fuel cell stack, comprising a plurality of unit cells and an end plate for fastening the fuel cell stack, which is installed in the fuel cell stack of the fuel cell stack A sensor unit sensing at least one of a tightening torque and a clamping pressure during operation; A control unit which receives a signal of the sensor unit and calculates an optimum tightening torque or a fastening pressure to transmit a control signal; And a stack fastening device controlled by the controller to fasten the fuel cell stack with an optimal fastening torque or fastening pressure.

연료전지 스택, 스택 체결압, 체결토크, 스택 체결장치 Fuel Cell Stack, Stack Fastening Pressure, Fastening Torque, Stack Fastening Device

Description

연료전지 스택의 체결압 자동유지장치 및 방법{Device and method for automatically retaining fastening pressure of fuel-cell stack}Device and method for automatically retaining fastening pressure of fuel-cell stack}

본 발명은 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 스택의 체결토크 또는 체결압을 항상 최적값으로 일정하게 유지할 수 있는 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fastening pressure automatic maintenance device and method of a fuel cell stack, and more particularly, to a fastening pressure automatic maintenance device of a fuel cell stack capable of constantly maintaining a fastening torque or a fastening pressure of a fuel cell stack at an optimum value. And to a method.

일반적으로 연료전지는 음극에 수소를 공급하고 양극에 공기 또는 산소를 공급하여 내부에서 전기화학반응을 일으킴으로써 고효율의 전기 에너지와 반응에 의한 물을 발생시킨다.In general, a fuel cell generates hydrogen by supplying hydrogen to the cathode and supplying air or oxygen to the cathode to cause an electrochemical reaction therein to generate high efficiency electrical energy and water by reaction.

연료전지 스택은 전극막의 양쪽에 가스 확산층이 결합되고, 그 외측으로 가스켓과 분리판이 각각 결합되어 구성되며, 연료전지 스택은 필요 전력에 따라 수십 내지 수백 개의 단위전지가 적층되고 그 양단을 엔드 플레이트가 지지하고 있으며 스택 체결기구에 의해 고정된다.The fuel cell stack has a gas diffusion layer coupled to both sides of the electrode membrane, and a gasket and a separator plate are coupled to the outside thereof, and the fuel cell stack has tens to hundreds of unit cells stacked according to the required power, and both ends of the end plate It is supported and fixed by the stack fastening mechanism.

이러한 스택의 구성 부품 중 산소와 수소의 화학적 반응을 이용하여 전기를 생성하는 전극막은 스택의 운전 중 적정 면압을 유지해야만 접촉저항을 최소화하고 일정 전기 전도도를 유지할 수 있어 최적의 성능을 발휘할 수 있다. 이때 최적 체 결토크가 약 80 ~ 150kgf·m 또는 체결압이 약 150psi가 요구되며, 이를 위해 스택 체결기구를 이용해 전극막에 면압이 고르게 전달되도록 한다.Electrode film that generates electricity by using the chemical reaction of oxygen and hydrogen among the components of the stack can maintain the optimum surface pressure during operation of the stack to minimize the contact resistance and maintain a constant electrical conductivity can exhibit the optimal performance. At this time, the optimum tightening torque of about 80 ~ 150kgf · m or about 150psi is required. For this purpose, the surface pressure is evenly transmitted to the electrode membrane using the stack fastening mechanism.

종래에는 연료전지 스택의 면압을 유지하기 위해 긴 체결봉과 너트를 이용해 연료전지 스택을 체결하거나, 연료전지 스택을 감싸는 형태의 체결밴드 등 다양한 체결기구를 사용하였다.Conventionally, in order to maintain a surface pressure of a fuel cell stack, various fastening mechanisms, such as fastening a fuel cell stack using a long fastening rod and a nut, or a fastening band surrounding a fuel cell stack, are used.

그러나 체결봉과 너트, 체결밴드 등을 이용하는 경우 이용해 단위전지가 수십 내지 수백장 적층되는 구조의 연료전지 스택을 체결하는 경우, 운전 중 급격한 가변부하에 의한 버클링 현상(Buckling : 온도, 습도, 압력 등의 급격한 변화로 인하여 막의 팽윤과 수축이 일어나는 현상), 가스켓의 열화에 의한 탄성 저하, 진동에 의한 체결력의 저하 등으로 인해 구성 부품간의 접촉저항 증가, 각 단위전지 간의 불균일 접촉에 따른 전기 전도도의 감소, 모세관 압력의 저하로 발생되는 플러딩(Flooding) 현상 등이 발생하게 된다. 이에 의해 반응가스가 전극막으로 공급될 때 물질전달 저항 증가에 의해 스택 성능이 급격하게 저하될 수 있다.However, when fastening a fuel cell stack having a structure in which tens or hundreds of unit cells are stacked using fastening rods, nuts, and fastening bands, buckling due to sudden variable loads during operation (Buckling: temperature, humidity, pressure, etc.) Membrane swelling and shrinkage due to rapid change), elasticity due to deterioration of the gasket, tightening force due to vibration, etc., resulting in increased contact resistance between components, decrease in electrical conductivity due to uneven contact between unit cells, Flooding phenomenon caused by a decrease in capillary pressure is generated. As a result, when the reaction gas is supplied to the electrode film, the stack performance may be drastically reduced due to an increase in the material transfer resistance.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 연료전지 스택의 운전 중에도 항상 스택의 면압을 일정하게 유지함으로써 스택의 성능 유지 및 내구 수명을 향상시킬 수 있는 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치 및 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and maintains the surface pressure of the stack constantly even during operation of the fuel cell stack, thereby maintaining the performance of the stack and improving the durability of the fuel cell stack. It is to provide an apparatus and method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다수의 단위 전지 및 이를 체결하기 위한 엔드 플레이트로 구성된 연료전지 스택에 있어서, 상기 연료전지 스택에 설치되어 상기 연료전지 스택의 운전 중 체결토크 또는 체결압 중 적어도 하나를 감지하는 센서부; 상기 센서부의 신호를 수신하여 체결토크 또는 체결압을 연산하여 제어 신호를 송신하는 제어부; 및 상기 제어부에 의해 제어되어 최적 체결토크 또는 체결압으로 상기 연료전지 스택을 체결하는 스택 체결장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치 및 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell stack including a plurality of unit cells and end plates for fastening the same, wherein the fuel cell stack is installed in the fuel cell stack and has a fastening torque or fastening pressure during operation of the fuel cell stack. A sensor unit sensing at least one; A control unit for receiving a signal of the sensor unit and calculating a tightening torque or a fastening pressure to transmit a control signal; And a stack fastening device controlled by the controller to fasten the fuel cell stack with an optimal fastening torque or fastening pressure.

상기 스택 체결장치는 상기 제어부의 제어 명령에 의해 작동되는 클러치부와, 상기 클러치부에 구동력을 전달하는 회전체와, 상기 회전체의 동력을 상기 클러치부에 전달하는 연결부재와, 상기 클러치부로부터 전달된 구동력을 전달하기 위한 기어부와, 상기 기어부로부터 전달된 구동력을 상기 연료전지 스택의 엔드 플레이트로 전달하는 토크렌치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The stack fastening device includes a clutch unit operated by a control command of the control unit, a rotating body for transmitting a driving force to the clutch unit, a connecting member for transmitting power of the rotating body to the clutch unit, and the clutch unit from the clutch unit. And a torque wrench for transmitting the driving force transmitted from the gear unit to the end plate of the fuel cell stack.

상기 클러치부는 상기 제어부의 제어 명령에 의해 구동되는 클러치와, 상기 클러치에 연결되어 상기 연결부재에 의해 상기 회전체의 동력을 인가받으면 이동하여 상기 기어부를 작동시키는 클러치 축을 포함하는 것을 특징으로 한다.The clutch unit may include a clutch driven by a control command of the controller, and a clutch shaft connected to the clutch to move when the power of the rotating body is applied by the connecting member to move the gear unit.

상기 연결부재는 벨트 또는 체인 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.The connecting member is any one selected from a belt or a chain.

상기 기어부는 상기 클러치 축에 연결된 클러치 기어와, 상기 클러치 기어보다 큰 기어비를 가지고 상기 클러치 기어에 치형 결합하여 동작하며 상기 토크렌치부에 결합된 렌치 기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.The gear unit includes a clutch gear connected to the clutch shaft, and a wrench gear coupled to the torque wrench and operating by being coupled to the clutch gear with a gear ratio greater than that of the clutch gear.

상기 클러치 기어와 렌치 기어의 기어비는 1:10 내지 1:100 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.The gear ratio of the clutch gear and the wrench gear is characterized in that any one selected from 1:10 to 1: 100.

상기 토크렌치부는 상기 렌치 기어에 결합되어 작동되는 토크 렌치 축과, 상기 연료전지 스택의 엔드 플레이트에 결합되는 토크 렌치를 포함하는 것을 특징으로 한다.The torque wrench unit may include a torque wrench shaft coupled to the wrench gear and operated, and a torque wrench coupled to the end plate of the fuel cell stack.

상기 센서부는 상기 토크 렌치에 삽입되어 체결 토크를 감지하는 비회전식 토크 센서와, 상기 연료전지 스택에 결합되어 체결압을 감지하는 압력센서 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.The sensor unit may include one or more of a non-rotating torque sensor inserted into the torque wrench to sense a fastening torque, and a pressure sensor coupled to the fuel cell stack to detect a fastening pressure.

또한, 본 발명은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치를 이용한 연료전지 스택의 체결압 자동유지방법에 있어서, 센서부로부터 전달받은 체결 토크 또는 체결압 신호 중 적어도 하나를 수신하는 단계; 상기 센서부로부터 전달받은 체결 토크 또는 체결압 신호 중 적어도 하나를 수신하는 단계에서 수신한 체결 토크 또는 체결압 신호가 최적 체결 토크 또는 체결 압 범위에 있는지 판단하는 단계; 및 상기 체결 토크 또는 체결압 신호가 최적 체결 토크 또는 체결압 범위에 있는지 판단하는 단계에서 체결 토크 또는 체결압이 최적 범위내에 있지 않으면 체결 신호를 발생하고 체결 제어를 시작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결압 자동유지방법을 제공한다.In addition, the present invention is a fastening pressure or fastening received from the sensor in the method for automatically maintaining the fastening pressure of the fuel cell stack using the fastening pressure automatic holding device of the fuel cell stack according to any one of claims 1 to 7. Receiving at least one of the pressure signals; Determining whether the received fastening torque or fastening pressure signal is in an optimum fastening torque or fastening pressure range in the step of receiving at least one of the fastening torque or fastening pressure signal received from the sensor unit; And generating the tightening signal and starting the tightening control when the tightening torque or the tightening pressure is not within the optimum range in the step of determining whether the tightening torque or the tightening pressure signal is in the optimum tightening torque or the tightening pressure range. It provides a method for automatically maintaining the clamping pressure of the fuel cell stack.

상기 최적 체결 토크 범위는 80 ~ 150kgf·m 이고, 최적 체결압 범위는 120~ 160psi 인 것을 특징으로 한다.The optimum tightening torque range is 80 ~ 150kgf · m, the optimum tightening pressure range is characterized in that 120 ~ 160psi.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치 및 방법은 연료전지 스택의 운전 중 발생하는 스택 구성 요소들간의 피로내구에 의한 접촉저항 증가와 열화 진행을 방지함으로써 스택의 내구수명을 향상시키는 효과가 있다.As described above, the automatic clamping pressure maintaining apparatus and method of a fuel cell stack according to an exemplary embodiment of the present invention prevent an increase in contact resistance and degradation due to fatigue durability between stack components generated during operation of the fuel cell stack. This has the effect of improving the stack life.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치 및 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a fastening pressure automatic maintenance device and method of a fuel cell stack according to the present invention.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치를 도시한 모식도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결압 자동유지방법을 도시한 제어 순서도이다.1 is a schematic diagram illustrating an automatic clamping pressure maintaining apparatus for a fuel cell stack according to the present invention, and FIG. 2 is a control flowchart illustrating a method for automatically maintaining clamping pressure of a fuel cell stack according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치는 다수의 단위 전지와 이를 체결하기 위한 엔드 플레이트(12)로 구성된 연료전지 스택(10)과, 연료전지 스택(10)의 체결 토크 또는 체결압을 측정하는 센서 부(20, 30)와, 센서부(20, 30)의 신호를 수신하여 최적 체결토크 또는 체결압을 연산해 제어 신호를 송신하는 제어부(40)와, 제어부(40)의 제어 명령에 따라 연료전지 스택(10)을 체결하는 스택 체결장치로 구성된다.As shown in FIG. 1, an automatic clamping pressure maintaining apparatus for a fuel cell stack according to the present invention includes a fuel cell stack 10 including a plurality of unit cells and an end plate 12 for fastening the fuel cell stack 10, and a fuel cell stack ( Sensor unit 20, 30 for measuring the tightening torque or tightening pressure of the 10), and the control unit 40 for receiving the signals of the sensor unit (20, 30) to calculate the optimum tightening torque or tightening pressure to transmit a control signal And a stack fastening device for fastening the fuel cell stack 10 according to a control command of the controller 40.

스택 체결장치는 제어부(40)의 제어 명령에 의해 작동되는 클러치부(50, 60)와, 클러치부(50, 60)에 구동력을 전달하는 회전체(120)와, 클러치부(50, 60)로부터 전달된 구동력을 연료전지 스택(10)에 전달하기 위한 기어부(70, 80)와, 기어부(70, 80)로부터 전달된 구동력을 연료전지 스택(10)의 엔드 플레이트(12)로 직접 전달하는 토크 렌치부(90, 100)로 구성된다.The stack fastening device includes clutch parts 50 and 60 operated by a control command of the controller 40, a rotating body 120 which transmits a driving force to the clutch parts 50 and 60, and the clutch parts 50 and 60. Gear parts 70 and 80 for transmitting the driving force transmitted from the fuel cell stack 10 and the driving force transmitted from the gear parts 70 and 80 directly to the end plate 12 of the fuel cell stack 10. It consists of a torque wrench portion (90, 100) to transmit.

클러치부(50, 60)는 제어부(40)의 제어 명령에 따라 구동되는 클러치(50)와, 클러치(50)에 연결되어 회동하는 클러치 축(60)으로 구성된다. The clutch units 50 and 60 include a clutch 50 driven according to a control command of the controller 40 and a clutch shaft 60 connected to the clutch 50 to rotate.

클러치 축(60)에는 연결부재(110)에 의해 회전체(120)가 연결되며, 제어부(40)의 작동 명령에 의해 클러치(50)가 구동되면서 연결부재(110)로부터 회전체(120)의 구동력을 인가받아 상승함으로써 후술할 기어부(70, 80)를 구성하는 클러치 기어(70)와 렌치 기어(80)를 연결시킨다.The rotating body 120 is connected to the clutch shaft 60 by the connecting member 110, and the clutch 50 is driven by the operation command of the control unit 40. By applying the driving force and rising, the clutch gear 70 and the wrench gear 80 constituting the gear units 70 and 80 to be described later are connected.

연결부재(110)는 벨트 또는 체인으로 구성되며, 회전체(120)의 구동력을 클러치 축(60)에 전달해 클러치 축(60)을 이동시켜 기어부를 작동한다.The connecting member 110 is composed of a belt or a chain, and transmits the driving force of the rotating body 120 to the clutch shaft 60 to move the clutch shaft 60 to operate the gear unit.

회전체(120)는 프런트 서스펜션의 구동축이나 리어 서스펜션의 구동축, 또는 전기 모터나 에어 블로워, 터보 차저나 수퍼 차저 등과 같이 차량 내에서 회전하는 모든 회전체에 적용될 수 있다.The rotating body 120 may be applied to the driving shaft of the front suspension or the driving shaft of the rear suspension, or any rotating body rotating in the vehicle, such as an electric motor or an air blower, a turbocharger or a supercharger.

기어부는 클러치 축(60)의 단부에 연결된 클러치 기어(70)와, 후술할 토크 렌치 축(90)에 결합된 렌치 기어(80)로 구성되며, 클러치 기어(70)와 렌치 기어(80)의 기어비는 1:10 내지 1: 100 중에서 선택된 값을 갖는 것이 바람직하다. 클러치 기어(70)와 렌치 기어(80)의 기어비를 조절함으로써 토크 값이 고정된 토크 렌치(100)를 작동하여 연료전지 스택(10)의 체결압을 조절할 수 있게 된다.The gear part is composed of a clutch gear 70 connected to an end of the clutch shaft 60 and a wrench gear 80 coupled to a torque wrench shaft 90 to be described later, and the clutch gear 70 and the wrench gear 80 of the The gear ratio preferably has a value selected from 1:10 to 1: 100. By adjusting the gear ratio of the clutch gear 70 and the wrench gear 80, it is possible to operate the torque wrench 100 having a fixed torque value to adjust the fastening pressure of the fuel cell stack 10.

토크 렌치부는 렌치 기어(80)에 결합되어 작동되는 토크 렌치 축(90)과, 엔드 플레이트(12) 상에 결합되는 토크 렌치(100)로 구성된다. 토크 렌치(100)의 작동에 의해 연료전지 스택(10)의 체결 토크 또는 체결압이 일정하게 유지된다.The torque wrench portion is composed of a torque wrench shaft 90 coupled to the wrench gear 80 to be operated, and a torque wrench 100 coupled onto the end plate 12. By operating the torque wrench 100, the fastening torque or the fastening pressure of the fuel cell stack 10 is kept constant.

한편, 센서부는 토크 렌치(100)에 삽입되어 체결 토크를 감지하는 비회전식 토크 센서(20)와, 연료전지 스택(10)에 결합되어 체결압을 감지하는 압력 센서(30)로 구성된다.On the other hand, the sensor unit is composed of a non-rotating torque sensor 20 is inserted into the torque wrench 100 to detect the fastening torque, and the pressure sensor 30 is coupled to the fuel cell stack 10 to detect the fastening pressure.

토크 센서(20) 및 압력 센서(30)에서 감지된 체결 토크 및 체결압 신호는 제어부(40)로 전달되어 연료전지 스택(10)의 체결 토크 또는 체결압이 항상 최적값을 유지할 수 있도록 제어하는데 이용된다.The fastening torque and the fastening pressure signal detected by the torque sensor 20 and the pressure sensor 30 are transmitted to the control unit 40 to control the fastening torque or the fastening pressure of the fuel cell stack 10 to always maintain an optimum value. Is used.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치에 있어서, 자동으로 체결 토크 또는 체결압이 유지되는 과정을 설명하면 다음과 같다.In the automatic fastening pressure maintenance device for a fuel cell stack according to the present invention having such a configuration, a process of automatically maintaining a fastening torque or a fastening pressure will be described below.

도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 제어부(40)에서는 센서부(20, 30)로부터 전달받은 체결 토크 또는 체결압 신호를 수신한다(체결 토크 및 체결압 신호는 어느 하나만 사용될 수도 있고 모두 사용될 수도 있다)(S110).As shown in FIG. 2, first, the control unit 40 receives a fastening torque or a fastening pressure signal transmitted from the sensor units 20 and 30 (only fastening torque and fastening pressure signal may be used or both may be used. (S110).

제어부(40)에서는 상기 단계(S110)에서 수신한 체결 토크 또는 체결압 신호 가 최적 체결 토크 또는 체결압 범위에 있는지를 판단하고(S120), 체결 토크 또는 체결압이 최적 범위 내에 있지 않으면 체결 신호를 발생하고 체결 제어를 시작한다(S130).The controller 40 determines whether the fastening torque or the fastening pressure signal received in the step S110 is in the optimum fastening torque or fastening pressure range (S120), and if the fastening torque or fastening pressure is not within the optimum range, the fastening signal is determined. Occurs and starts the fastening control (S130).

체결 신호의 발생으로 클러치(50)가 작동하여 연결부재(110)를 통해 회전체(120)의 구동력이 클러치 축(60)에 인가되고, 클러치 축(60)이 이동하여 클러치 기어(70)와 렌치 기어(80)를 연결시킨다. 연결된 클러치 기어(70)와 렌치 기어(80)가 작동하여 제어부(40)에서 연산한 결과대로 토크 렌치(100)를 구동시키고 연료전지 스택(10)이 최적 체결 토크 또는 체결압 범위 내에서 결합되도록 엔드 플레이트(12)에 힘이 가해진다.The clutch 50 is operated by the generation of the fastening signal, and the driving force of the rotating body 120 is applied to the clutch shaft 60 through the connecting member 110, and the clutch shaft 60 moves to the clutch gear 70. Connect the wrench gear (80). The connected clutch gear 70 and the wrench gear 80 operate to drive the torque wrench 100 as calculated by the control unit 40, and the fuel cell stack 10 is coupled within the optimum tightening torque or tightening pressure range. Force is applied to the end plate 12.

최적 체결 토크 범위는 80 ~ 150kgf·m 이고, 최적 체결압 범위는 120 ~ 160psi인 것이 바람직하며, 본 발명의 일 실시 예에서는 최적 체결압을 150psi로 선택하였다.The optimum tightening torque range is 80 to 150kgf · m, the optimum tightening pressure range is preferably 120 to 160psi, and in one embodiment of the present invention, the optimal tightening pressure is selected as 150psi.

만약 센서부(20, 30)로부터 수신한 체결 토크 또는 체결압이 최적 범위 내에 있으면 제어부(40)는 메인 루트(S110)로 돌아가 제어를 수행한다.If the fastening torque or the fastening pressure received from the sensor units 20 and 30 is within the optimum range, the control unit 40 returns to the main route S110 to perform control.

메인 루트(S100)는 체결 신호를 발생하지 않은 상태에서의 제어 루트로, 토크 센서(20) 및 압력 센서(30)로부터 체결 토크 및 체결압 신호를 수신받아 제어부(40)에서 체결 토크 및 체결압을 연산하고 실시간으로 제어하게 된다. 메인 루트(S100)에서 제어되는 중 체결 토크 또는 체결압이 적정 범위를 벗어나면 제어부(40)는 다시 상기 S110 단계로 진입하여 체결압을 조절하게 된다.The main route S100 is a control route in which no tightening signal is generated, and receives the tightening torque and the clamping pressure signals from the torque sensor 20 and the pressure sensor 30, and then tightens the tightening torque and the clamping pressure in the controller 40. Will be calculated and controlled in real time. If the tightening torque or the clamping pressure of the main route (S100) is out of an appropriate range, the control unit 40 enters the step S110 again to adjust the clamping pressure.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시 예들에 따른 연료전지 스택의 체결 압 자동유지장치에 대해 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다(단, 전술한 구성 요소에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다).An automatic clamping pressure holding device for a fuel cell stack according to embodiments of the present invention having the above-described configuration will be described below with reference to the accompanying drawings. However, detailed descriptions of the above-described components will be omitted. ).

첨부된 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치를 도시한 모식도이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치를 도시한 모식도이다. 도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치를 도시한 모식도이며, 도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치를 도시한 모식도이다.FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an automatic fastening pressure holding device for a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an automatic fastening pressure holding device for a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention. It is a schematic diagram showing. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an automatic clamping pressure maintaining apparatus for a fuel cell stack according to a third exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 6 illustrates an automatic clamping pressure maintaining apparatus for a fuel cell stack according to a fourth exemplary embodiment of the present invention. It is a schematic diagram.

도 3에 도시된 바와 같이, 클러치 축(60)을 구동하는 연결부재(110)는 전기 모터의 구동축 또는 프런트 서스펜션(120)에 연결될 수 있으며 이때 회전체(120)는 전기 모터가 된다.As shown in FIG. 3, the connecting member 110 for driving the clutch shaft 60 may be connected to the drive shaft or the front suspension 120 of the electric motor, and the rotating body 120 may be an electric motor.

도 4에 도시된 바와 같이, 클러치 축(60)을 구동하는 연결부재(110)는 휠 내부 모터의 구동축에 연결될 수 있으며 이때 회전체(120)는 휠 내부 모터의 구동축이 된다.As shown in FIG. 4, the connecting member 110 for driving the clutch shaft 60 may be connected to the drive shaft of the motor in the wheel, and the rotor 120 may be the drive shaft of the motor in the wheel.

도 5에 도시된 바와 같이, 클러치 축(60)을 구동하는 연결부재(110)는 리어 서스펜션의 구동축에 연결될 수 있으며 이때 회전체(120)는 리어 서스펜션의 구동축이 된다.As shown in FIG. 5, the connecting member 110 for driving the clutch shaft 60 may be connected to the driving shaft of the rear suspension, and the rotating body 120 may be the driving shaft of the rear suspension.

도 6에 도시된 바와 같이, 클러치 축(60)을 구동하는 연결부재(110)는 에어 블로워나 터보 차저 또는 수퍼 차저 등에 연결될 수 있으며 이때 회전체는 에어 블로워나 터보 차저 또는 수퍼 차저 등의 구동축이 된다.As shown in FIG. 6, the connecting member 110 for driving the clutch shaft 60 may be connected to an air blower, a turbocharger, a supercharger, or the like, and the rotating body may include a drive shaft such as an air blower, a turbocharger, or a supercharger. do.

이와 같이, 클러치 축을 구동하는 구동원은 차량 내의 모든 회전체에 적용될 수 있으며, 그에 따른 체결 토크 또는 체결압의 유지 원리는 동일하게 적용된다.In this way, the driving source for driving the clutch shaft can be applied to all the rotating bodies in the vehicle, and thus the principle of maintaining the fastening torque or the fastening pressure is equally applied.

한편 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변형 실시할 수 있는 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.Meanwhile, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and any person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains may make various modifications without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims set forth.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치를 도시한 모식도.1 is a schematic diagram showing a fastening pressure automatic maintenance device of a fuel cell stack according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결압 자동유지방법을 도시한 제어 순서도.2 is a control flowchart illustrating a method for automatically maintaining a fastening pressure of a fuel cell stack according to the present invention.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치를 도시한 모식도.3 is a schematic diagram showing a fastening pressure automatic maintenance device of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치를 도시한 모식도.Figure 4 is a schematic diagram showing a fastening pressure automatic maintenance device of a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치를 도시한 모식도.5 is a schematic diagram showing an automatic clamping pressure maintenance device of a fuel cell stack according to a third exemplary embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치를 도시한 모식도.6 is a schematic diagram showing an automatic clamping pressure maintenance device of a fuel cell stack according to a fourth embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10 : 연료전지 스택 20 : 토크 센서10 fuel cell stack 20 torque sensor

30 : 압력 센서 40 : 제어부30: pressure sensor 40: control unit

50 : 클러치 60 : 클러치 축50: clutch 60: clutch shaft

70 : 클러치 기어 80 : 렌치 기어70: clutch gear 80: wrench gear

90 : 토크렌치 축 100 : 토크렌치90: torque wrench shaft 100: torque wrench

110 : 연결부재 120 : 회전체110: connecting member 120: rotating body

Claims (10)

다수의 단위 전지 및 이를 체결하기 위한 엔드 플레이트(12)로 구성된 연료전지 스택(10)에 있어서,In the fuel cell stack 10 composed of a plurality of unit cells and the end plate 12 for fastening the same, 상기 연료전지 스택(10)에 설치되어 상기 연료전지 스택(10)의 운전 중 체결토크 또는 체결압 중 적어도 하나를 감지하는 센서부(20, 30);Sensor units 20 and 30 installed on the fuel cell stack 10 to sense at least one of a fastening torque and a fastening pressure during operation of the fuel cell stack 10; 상기 센서부(20, 30)의 신호를 수신하여 체결토크 또는 체결압을 연산하여 제어 신호를 송신하는 제어부(40); 및A control unit 40 for receiving a signal from the sensor unit 20 and 30 to calculate a tightening torque or a fastening pressure to transmit a control signal; And 상기 제어부(40)에 의해 제어되어 최적 체결토크 또는 체결압으로 상기 연료전지 스택(10)을 체결하는 스택 체결장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치.And a stack fastening device controlled by the control unit 40 to fasten the fuel cell stack 10 at an optimal fastening torque or fastening pressure. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스택 체결장치는 상기 제어부(40)의 제어 명령에 의해 작동되는 클러치부(50, 60)와, 상기 클러치부(50, 60)에 구동력을 전달하는 회전체(120)와, 상기 회전체(120)의 동력을 상기 클러치부(50, 60)에 전달하는 연결부재(110)와, 상기 클러치부(50, 60)로부터 전달된 구동력을 전달하기 위한 기어부(70, 80)와, 상기 기어부(70, 80)로부터 전달된 구동력을 상기 연료전지 스택(10)의 엔드 플레이트(12)로 전달하는 토크 렌치부(90, 100)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치.The stack fastening device includes a clutch unit 50 and 60 operated by a control command of the control unit 40, a rotating body 120 transmitting a driving force to the clutch units 50 and 60, and the rotating body ( Connection member 110 for transmitting the power of the 120 to the clutch unit (50, 60), Gear unit (70, 80) for transmitting the driving force transmitted from the clutch unit (50, 60), and the gear Automatically maintaining the clamping pressure of the fuel cell stack, characterized in that it comprises a torque wrench (90, 100) for transmitting the driving force transmitted from the unit 70, 80 to the end plate 12 of the fuel cell stack 10 Device. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 클러치부(50, 60)는 상기 제어부(40)의 제어 명령에 의해 구동되는 클러치(50)와, 상기 클러치(50)에 연결되어 상기 연결부재(110)에 의해 상기 회전체(120)의 동력을 인가받으면 이동하여 상기 기어부(70, 80)를 작동시키는 클러치 축(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치.The clutch parts 50 and 60 are connected to the clutch 50 driven by a control command of the control part 40 and the clutch 50 to the clutch body 50 of the rotating body 120 by the connecting member 110. And a clutch shaft (60) for moving the gear unit (70, 80) when the power is applied. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 연결부재(110)는 벨트 또는 체인 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치.The connecting member 110 is a fastening pressure automatic maintenance device of the fuel cell stack, characterized in that any one selected from the belt or chain. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 기어부(70, 80)는 상기 클러치 축(60)에 연결된 클러치 기어(70)와, 상기 클러치 기어(70)보다 큰 기어비를 가지고 상기 클러치 기어(70)에 치형 결합하여 동작하며 상기 토크 렌치부(90, 100)에 결합된 렌치 기어(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치.The gear units 70 and 80 have a clutch gear 70 connected to the clutch shaft 60 and a gear ratio larger than the clutch gear 70 to be toothedly coupled to the clutch gear 70 to operate the torque wrench. Fastening pressure automatic maintenance device of the fuel cell stack, characterized in that it comprises a wrench gear (80) coupled to the portion (90, 100). 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 클러치 기어(70)와 렌치 기어(80)의 기어비는 1:10 내지 1:100 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치.Gear ratio of the clutch gear 70 and the wrench gear 80 is any one selected from 1:10 to 1: 100 fastening pressure automatic maintenance device of the fuel cell stack, characterized in that. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 토크 렌치부(90, 100)는 상기 렌치 기어(80)에 결합되어 작동되는 토크 렌치 축(90)과, 상기 연료전지 스택(10)의 엔드 플레이트(12)에 결합되는 토크 렌치(100)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치.The torque wrench units 90 and 100 are coupled to the wrench gear 80 and are operated by a torque wrench shaft 90 and a torque wrench 100 coupled to the end plate 12 of the fuel cell stack 10. Fastening pressure automatic maintenance device of a fuel cell stack comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 센서부(20, 30)는 상기 토크 렌치(100)에 삽입되어 체결 토크를 감지하는 비회전식 토크 센서(20)와, 상기 연료전지 스택(10)에 결합되어 체결압을 감지하는 압력 센서(30) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치.The sensor units 20 and 30 are non-rotating torque sensors 20 inserted into the torque wrench 100 to detect the fastening torque, and pressure sensors coupled to the fuel cell stack 10 to detect the fastening pressure ( 30) Automatic fastening pressure of the fuel cell stack, characterized in that it comprises one or more of. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 연료전지 스택의 체결압 자동유지장치를 이용한 연료전지 스택의 체결압 자동유지방법에 있어서,A method for automatically maintaining a fastening pressure of a fuel cell stack using an automatic fastening pressure holding device for a fuel cell stack according to any one of claims 1 to 8, 센서부(20, 30)로부터 전달받은 체결 토크 또는 체결압 신호 중 적어도 하나를 수신하는 단계(S110);Receiving at least one of a fastening torque or a fastening pressure signal transmitted from the sensor units 20 and 30 (S110); 상기 센서부(20, 30)로부터 전달받은 체결 토크 또는 체결압 신호 중 적어도 하나를 수신하는 단계(S110)에서 수신한 체결 토크 또는 체결압 신호가 최적 체결 토크 또는 체결압 범위에 있는지 판단하는 단계(S120); 및Determining whether the fastening torque or the fastening pressure signal received in the step S110 of receiving at least one of the fastening torque or the fastening pressure signal transmitted from the sensor units 20 and 30 is in the optimum fastening torque or fastening pressure range ( S120); And 상기 체결 토크 또는 체결압 신호가 최적 체결 토크 또는 체결압 범위에 있 는지 판단하는 단계(S120)에서 체결 토크 또는 체결압이 최적 범위내에 있지 않으면 체결 신호를 발생하고 체결 제어를 시작하는 단계(S130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결압 자동유지방법.In the determining whether the tightening torque or the clamping pressure signal is in the optimal tightening torque or the clamping pressure range (S120), if the tightening torque or the fastening pressure is not within the optimal range, generating a tightening signal and starting the tightening control (S130). Fastening pressure automatic maintenance method of the fuel cell stack comprising a. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 최적 체결 토크 범위는 80 ~ 150kgf·m 이고, 최적 체결압 범위는 120 ~ 160psi 인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결압 자동유지방법.The optimum tightening torque range is 80 ~ 150kgf · m, the optimum clamping pressure range is 120 ~ 160psi characterized in that the automatic fastening pressure of the fuel cell stack.
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