KR101039673B1 - 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치 및 이를 이용한 셀 전압 측정방법 - Google Patents

연료전지 스택용 셀 전압 측정장치 및 이를 이용한 셀 전압 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치 및 이를 이용한 셀 전압 측정방법에 관한 것으로서, 분리판의 접속단자와 이에 접속되는 셀 전압 측정단자가 2열로 배치되는 종래의 구조를 탈피하여 이들을 1열 구조로 배치함으로써 분리판의 형상이 간단해지고 셀 전압 측정단자 결합시의 오작업을 줄일 수 있는 셀 전압 측정장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 이를 위해, 분리판에 형성된 접속단자와; 전체 분리판들 중 선택된 분리판들의 접속단자에 접속되는 핀들을 가진 복수의 셀 전압 측정단자와; 상기 각 셀 전압 측정단자의 핀들로부터 센싱된 전압과 각 셀 전압 측정단자의 정보를 기초로 하여 각 셀의 평균전압을 산출하는 제어부;를 포함하여 구성되고, 상기 분리판의 접속단자와 셀 전압 측정단자가 연료전지 스택에서 각각 1열로 배치되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치가 개시된다.
연료전지, 스택, 셀, 셀 전압, 평균전압, 1열 구조, 접속단자, 셀 전압 측정단자

Description

연료전지 스택용 셀 전압 측정장치 및 이를 이용한 셀 전압 측정방법{CELL VOLTAGE MEASURING DEVICE FOR FUEL CELL STACK AND METHOD FOR MEASURING CELL VOLTAGE USING THE SAME}
본 발명은 연료전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 스택의 셀 전압을 측정하기 위한 셀 전압 측정장치에서 분리판의 접속단자와 이에 연결되는 셀 전압 측정단자의 구조에 관한 것이다.
연료전지는 고효율의 청정 에너지원으로서 점차 그 사용영역이 확대되어 가고 있으며, 여러 종류의 연료전지 중에서 특히 고분자 전해질(막) 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)는 다른 형태의 연료전지에 비해 비교적 낮은 온도에서 작동하고 시동시간이 짧으며 부하 변화에 대한 빠른 응답 특성을 가지고 있다. 또한 고분자 전해질 연료전지는 효율이 높고 전류밀도 및 출력밀도가 크다. 또한 반응가스(수소 및 공기 중 산소)의 압력 변화에 덜 민감하며 다양한 범위의 출력을 낼 수 있다. 이런 이유로 무공해 차량의 동력원, 자 가 발전용, 이동용 및 군사용 전원 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.
고분자 전해질막 연료전지는 수소와 산소를 전기화학적으로 반응하여 물을 생성하면서 전기를 발생시키는 장치로서, 공급된 수소가 애노드의 촉매에서 수소이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소이온은 전해질막을 통해 캐소드로 넘어가게 된다.
이때, 캐소드에 공급된 공기 중 산소는 외부 도선을 통해 캐소드로 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기에너지를 발생시킨다.
한편, 실제 차량에서 필요한 전위를 얻기 위해서는 단위 셀을 필요한 전위만큼 적층하여야 하며, 단위 셀을 적층한 것을 스택(= 연료전지 스택)이라 한다. 1개의 단위 셀에서 발생하는 전위는 약 1.3V로서, 차량 구동에 필요한 전력을 생산하기 위해 다수의 셀을 직렬로 적층하고 있다.
각 단위 셀은 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)를 포함하며, 상기 막전극접합체에서 수소이온이 전달되는 고분자 전해질막을 사이에 두고 양측으로 수소가 공급되는 애노드 전극과 공기(산소)가 공급되는 캐소드 전극이 구비된다.
또한 촉매층을 포함하는 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극의 바깥쪽에는 가스확산층이 배치되며, 이러한 막전극접합체와 반응가스 및 냉각수 유로가 형성된 분리판을 순차적으로 적층한 것이 연료전지 스택이다.
한편, 연료전지 차량에서는 연료전지 스택을 구성하는 셀의 전압을 연료전지 스택의 성능 및 고장 여부를 파악하고 반응가스의 유량 제어 등 각종 제어에 사용 하고 있는바, 분리판을 커넥터 및 도선으로 셀 전압 측정장치에 연결하여 각 셀의 전압을 측정하도록 하고 있다.
연료전지 스택의 셀 전압 측정과 관련한 종래의 기술을 살펴보면, 셀들이 적층된 상태를 유지하도록 스택 양단을 고정한 상태에서, 각 분리판의 측면에 전압 측정을 위한 접속단자가 형성되고, 여기에 셀 전압 측정단자가 부착되는 구조로 되어 있다(미국특허 제6,844,093호, 일본공개특허 제2004-79192호).
이때, 분리판에 2열의 접속단자가 형성되어 분리판의 접속단자에 2열로 셀 전압 측정단자가 연결되는데, 일본공개특허 제2004-79192호에 개시된 구조에서는 2열의 셀 전압 측정단자가 지그재그 형태로 배치되어 셀 전압을 측정하게 된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 구조에서는 분리판 단자와 전압 측정단자가 2열의 구조를 가지는 경우 분리판의 형상이 복잡해지고, 1열과 2열의 단자 간격으로 인해 셀 전압 측정단자를 분리판에 1열 결합한 뒤 2열 결합할 때 결합하고자 하는 분리판에서 이탈하여 다른 분리판에 연결하게 되는 오작업의 가능성이 있다. 마찬가지로 지그재그 형태로 결합하는 과정에서 연결하고자 하는 분리판 대신에 다른 분리판에 연결할 가능성이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 종래의 2열 구조를 탈피하여 분리판의 형상이 간단해지고 셀 전압 측정단자 결합시의 오작업을 줄일 수 있는 셀 전압 측정장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 분리판에 형성된 접속단자와; 전체 분리판들 중 선택된 분리판들의 접속단자에 접속되는 핀들을 가진 복수의 셀 전압 측정단자와; 상기 각 셀 전압 측정단자의 핀들로부터 센싱된 전압과 각 셀 전압 측정단자의 정보를 기초로 하여 각 셀의 평균전압을 산출하는 제어부;를 포함하여 구성되고, 상기 분리판의 접속단자와 셀 전압 측정단자가 연료전지 스택에서 각각 1열로 배치되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치를 제공한다.
또한 본 발명은, 청구항 1의 셀 전압 측정장치를 구비하는 단계와; 상기 제어부에 연료전지 스택에 설치된 각 셀 전압 측정단자의 정보를 제공하는 단계와; 상기 제어부가 각 셀 전압 측정단자의 핀들로부터 센싱된 전압과 각 셀 전압 측정단자의 정보를 기초로 하여 각 셀의 평균전압을 산출하는 단계;를 포함하는 연료전지 스택의 셀 전압 측정방법을 제공한다.
여기서, 상기 각 셀 전압 측정단자의 정보는 셀 전압 측정단자들이 분리판의 접속단자에 연결된 상태에서 각 셀 전압 측정단자의 전압이 센싱되는 핀들에 대한 위치정보와, 이웃한 셀 전압 측정단자 간의 간격정보를 포함할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 셀 전압 측정장치 및 방법에 의하면, 종래 2열의 단자 구조를 1열의 단자구조로 변경하게 되면서 더욱 간단한 구조로 구성될 수 있고, 금형 등 제작비용 및 원가를 절감할 수 있게 된다. 또한 분리판 구조가 간단해짐에 따라 제작이 용이해지고, 종래 2열 단자 구조에서 발생하던 작업자의 오작업 문제가 방지될 수 있으며, 보다 안정감 있는 셀 전압 측정 및 모니터링이 가능해진다.
또한 셀 전압 측정단자 내 셀 수를 쉽게 조정할 수 있고, 직접적으로 센싱되는 부분을 임의로 설정할 수 있으며, 셀 전압 측정단자의 전압측정용 핀 수 및 위치 설정, 셀 전압 측정단자의 간격, 전압이 센싱되는 분리판 선정 등에 있어서 다양한 조합이 가능하다. 셀 전압 측정단자의 설치 후 각 단자의 핀 위치정보, 단자 간격정보 등 필요한 정보만 제어부에 입력하게 되면 정확한 각 셀의 평균전압 산출이 가능해진다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 연료전지 스택의 셀 전압을 측정하기 위한 셀 전압 측정장치에서 분리판의 접속단자와 이에 연결되는 셀 전압 측정단자의 구조에 관한 것으로서, 종래의 2열 분리판 접속단자와 2열 셀 전압 측정단자를 가지는 구조에서 탈피하여, 1열 분리판 접속단자에 1열 셀 전압 측정단자가 결합된 구조를 가지는 셀 전압 측정장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 셀 전압 측정장치의 셀 전압 측정단자가 배치된 상태를 나타내는 도면으로서, 도시된 바와 같이, 단위 셀들이 적층되어 구성된 연료전지 스택(10)에서 셀 전압 측정을 위해 연료전지 스택의 각 분리판(11)에는 전체 1열로 배치되도록 접속단자(12)가 형성되어 구비된다.
또한 분리판(11)에 형성된 1열의 접속단자(12)를 따라 복수의 셀 전압 측정단자(21)가 전체적으로 1열로 배치되어 분리판의 접속단자에 접속, 연결되는데, 이때 각 셀 전압 측정단자(21)의 핀(미도시됨)들이 미리 선택된 분리판(11)의 접속단자(12)에 접속되도록 하여 셀 전압 측정단자와 분리판의 접속단자가 접속, 연결된다.
여기서, 분리판(11)의 접속단자(12)에 접속된 셀 전압 측정단자(21)의 핀(도 2a 및 도 2b, 도 3에서 도면부호 22임)들은 셀 전압 측정장치의 제어부(도면부호 20임)에 연결되며, 셀 전압 측정장치의 제어부(20)는 핀(22)들을 통해 센싱되는 전압으로부터 각 셀의 평균전압을 산출하게 된다.
본 발명에서 셀 전압 측정단자를 모두 1열로 배치하는 경우 모든 분리판의 접속단자에 셀 전압 측정단자를 접속하는 것이 불가능하고, 또한 모든 분리판의 접속단자에 셀 전압 측정단자의 핀을 접속시키는 것이 불가능하다. 또한 모든 분리판에서 전압을 센싱하는 것이 불가능하다.
따라서, 본 발명의 셀 전압 측정장치에서는 상기와 같이 분리판의 접속단자에 접속된 각 셀 전압 측정단자의 핀들을 통해 전압을 센싱한 뒤 각 핀에서 센싱된 전압들을 기초로 하여 핀 사이에 있는 모든 셀들의 평균전압을 산출하게 된다.
이와 같이 본 발명의 셀 전압 측정장치는, 각 분리판(11a,11b, 도 1에서는 도면부호 11임)에 형성된 접속단자(도 1에서 도면부호 12임)와, 전체 분리판들 중 선택된 분리판들의 접속단자에 접속되는 핀(22)들을 가진 복수의 셀 전압 측정단자(21a,21b,21c,도 1에서 도면부호 21)와, 상기 각 셀 전압 측정단자의 핀(22)들로부터 센싱된 전압(V1~Vn)과 셀 전압 측정단자의 정보를 기초로 하여 각 셀의 평균전압을 산출하는 제어부(20)를 포함하여 구성된다(도 2a 및 도 2b, 도 3 참조).
여기서, 분리판의 접속단자와 셀 전압 측정단자는 상술한 바와 같이 연료전지 스택에서 전체 1열로 배치되는 구조를 가지며, 특히 복수의 셀 전압 측정단자는 전체 스택 및 분리판에서 도시된 바와 같이 소정 간격을 두고 배치된다.
이렇게 복수의 셀 전압 측정단자(21a~21c)가 소정 간격을 두고 배치됨으로써 1열로 배치되는 것이 가능하며, 또한 일부 분리판('노출부'의 분리판)들은 도시된 바와 같이 셀 전압 측정단자 사이에서 노출되는 구조가 된다.
상기와 같이 셀 전압 측정단자의 핀들이 접속되는 분리판 간의 간격, 분리판 의 접속단자에 접속되는 셀 전압 측정단자의 핀 위치 및 핀 간 간격은 다양하게 조정될 수 있다.
또한 셀 전압 측정단자 사이로 노출되는 분리판(상기 핀에 접속되지 않는 비접속 분리판임)의 수, 그리고 이웃 배치된 두 셀 전압 측정단자 간의 간격 등이 임의로 다양하게 조정될 수 있다.
결국, 연료전지 스택의 전체 분리판 중에는 접속단자가 각 셀 전압 측정단자의 핀들에 접속되는 접속 분리판과, 상기 각 셀 전압 측정단자 내에서 핀들에 접속되지 않는 비접속 분리판과, 이웃한 셀 전압 측정단자 사이에서 노출되는 분리판(이 역시 비접속 분리판임)으로 구분될 수 있다.
한편, 본 발명의 셀 전압 측정장치에서는 제어부가 셀 전압 측정단자의 각 핀들로부터 센싱되는 전압과, 상기 셀 전압 측정단자들이 분리판의 접속단자에 연결된 상태에서 각 셀 전압 측정단자의 전압이 센싱되는 핀들에 대한 위치정보와, 이웃한 셀 전압 측정단자 간의 간격정보를 기초로 하여 각 셀의 평균전압을 산출함으로써 셀 전압 측정이 이루어지게 된다.
도 2a 및 도 2b, 도 3은 본 발명에 따른 셀 전압 측정장치의 구성을 예시한 구성도로서, 이를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2a 및 도 2b는 동일한 셀 전압 측정단자가 규칙적으로 1열 배열된 실시예를 나타낸 것으로서, 도 2a 및 도 2b의 실시예는 각 셀 전압 측정단자(21a~21c)에서 전압이 센싱되는 핀(22)들, 즉 분리판(11a)의 접속단자에 접속되는 핀(22)들의 위치가 모두 동일하고, 각 셀 전압 측정단자 내에서 핀들이 접속되는 분리판 간의 간격이 모두 동일하며, 1열로 배치되는 셀 전압 측정단자 간의 간격이 모두 동일한 것이다.
또한 도 3은 전압이 센싱되는 핀들의 위치가 상이한 여러 형태의 셀 전압 측정단자를 1열 조합하여 사용한 실시예를 나타낸 것으로서, 도 3의 실시예는 각 셀 전압 측정단자(21a~21c)에서 전압이 센싱되는 핀(22)들, 즉 분리판(11a)의 접속단자에 접속되는 핀(22)들의 위치가 일부 또는 전부 상이하고, 각 셀 전압 측정단자 내에서 핀들이 접속되는 분리판 간의 간격이 일부 또는 전부 상이하며, 1열로 배치되는 셀 전압 측정단자 간의 간격이 일부 또는 전부 상이한 것이다.
이러한 본 발명의 셀 전압 측정장치에서 제어부는 이웃한 핀에서 센싱되는 전압과 이웃한 핀 사이의 셀 수를 고려하여 각 셀의 평균전압을 산출하게 되는데, 전압이 센싱되는 전체 핀들에서 볼 때 이웃한 핀 사이의 셀 수를 파악하기 위해 사용되는 것이 핀들에 대한 위치정보와 셀 전압 측정단자 간의 간격정보가 된다.
여기서, 핀(22)들에 대한 위치정보는 셀 전압 측정단자(21a~21c)들을 분리판(11a)의 접속단자에 연결한 상태에서 정해지는 각 셀 전압 측정단자 내 이웃한 핀 간(전압이 센싱되는 이웃한 핀 간)의 간격정보를 포함한다.
여기서, 이웃한 핀(22) 간의 간격은, 각 핀이 하나의 분리판 접속단자에 접속된다고 할 때, '핀 사이의 비접속 분리판(접속단자가 핀에 접속되지 않은 분리판임)의 수에 1을 더한 수', 또는 '접속 분리판(접속단자가 핀에 접속된 분리판임) 사이에 위치되는 셀의 수'가 된다. 이와 같이 두 핀(22) 간의 간격에 있어서 떨어진 두 접속 분리판(11a) 사이의 셀 수는 그 사이의 비접속 분리판(11b) 수에 1을 더한 것이므로 같은 개념이다.
또한 각 셀 전압 측정단자(21a~21c)에서 첫 번째 핀과 마지막 핀의 위치정보를 더 포함하는데, 첫 번째 핀의 경우 '해당 셀 전압 측정단자가 덮고 있는 첫 번째 핀 바로 앞의 비접속 분리판의 수'가 되고, 마지막 핀의 경우 '해당 셀 전압 측정단자가 덮고 있는 마지막 핀 바로 뒤의 비접속 분리판의 수'가 된다.
그리고, 이웃한 셀 전압 측정단자(21a~21c) 간의 간격정보에서 두 단자 간의 간격은 '이웃한 두 셀 전압 측정단자 사이에 노출된 분리판의 수 + 1'이 되는데, 이때 노출된 분리판의 수에 상기 첫 번째 핀 바로 앞의 비접속 분리판 및 상기 마지막 핀 바로 뒤의 비접속 분리판이 중복 계산되지 않도록 해야 한다.
이를 위해, 각 셀 전압 측정단자(21a~21c)가 연료전지 스택(10)에 설치된 상태에서, 두 셀 전압 측정단자 간의 노출된 분리판의 수는 전체가 노출된 분리판의 수로, 상기 비접속 분리판의 수는 일부라도 셀 전압 측정단자에 덮혀 있는 분리판의 수로 하는 것이 가능하며, 물론 그 반대로 할 수도 있다.
결국, 각 셀 전압 측정단자(21a~21c)가 연료전지 스택(10)에 설치된 뒤 상기의 각 정보가 제어부(20)에 제공(입력)되고 나면, 제어부(20)는 각 핀(22)들로부터 센싱 입력되는 전압(V1~Vn)과 상기 각 정보를 기초로 하여, 전압이 센싱되는 이웃한 핀(22)들 사이에 위치된 각 셀의 평균전압을 산출할 수 있게 된다.
도 2a 및 도 2b와 도 3을 참조하여 각 셀의 평균전압이 산출되는 과정을 예를 통해 설명하면, 우선 도 2a의 실시예에서 동일 셀 전압 측정단자(21a) 내에 구 비된 두 핀(22)에 의해 센싱되는 전압 V1과 V2와 두 핀 간의 간격으로부터 두 핀 사이에 위치된 셀들의 전압을 산출할 수 있게 된다.
즉, 첫 번째(1st) 셀과 두 번째(2nd) 셀의 셀 전압은 이웃한 두 핀의 센싱 전압 V1과 V2과 두 핀의 간격으로부터 얻어지는 셀 평균전압이며, '(V2-V1)/(핀 간 간격)'이 된다.
이때, '핀 간 간격'은 '두 핀 사이의 비접속 분리판의 수 + 1 = 두 핀 사이의 셀 수 = 2'가 된다.
또한 센싱 전압 V3와 V2로부터 세 번째(3rd) 셀과 네 번째(4th) 셀의 셀 전압을 산출할 수 있게 되는데, 이때 셀 전압은 '(V3-V2)/(핀 간 간격) = (V3-V2)/2'가 된다.
이와 같이 셀 전압 측정단자의 핀 사이에 위치한 셀들의 전압은 두 핀 사이의 전압과 핀 간 간격으로부터 계산될 수 있다.
또한 이웃한 두 셀 전압 측정단자(21a,21b) 사이에 위치된 셀들의 전압은 다음과 같이 산출될 수 있다.
즉, 도 2a의 실시예에서, 이웃한 두 셀 전압 측정단자(21a,21b) 사이의 마지막 핀과 첫 번째 핀으로부터 센싱되는 전압 V3와 V4로부터 셀 전압 측정단자 사이에 노출된 다섯 번째(5th), 여섯 번째(6th), 일곱 번째(7th) 셀들의 전압이 산출될 수 있는데, 이는 셀 평균전압으로서 '(V4-V3)/(두 셀 전압 측정단자 간 간격 + 두 핀 사이 앞/뒤의 비접속 분리판의 총 수)'로 산출된다.
여기서, '두 셀 전압 측정단자 간 간격 = 노출된 분리판 수 + 1 = 2 + 1 = 3'이고, 앞/뒤의 비접속 분리판의 수는 모두 0이므로, 결국 '(V4-V3)/3이 된다.
다음으로, 동일한 방식을 적용하여, 도 2b의 실시예에서는 1 ~ 4 번째(1st~4th) 각 셀의 평균전압은, 전압 V1과 V2가 센싱되는 두 핀(22) 간의 간격이 '두 핀 사이의 비접속 분리판의 수 + 1 = 두 핀 사이의 셀 수 = 4'이 되므로, '(V2-V1)/4'가 된다.
또한 5 ~ 7 번째 각 셀의 평균전압은 '(V3-V2)/(두 셀 전압 측정단자 간 간격 + 앞/뒤의 비접속 분리판의 수)'가 되며, 여기서 '두 셀 전압 측정단자 간 간격'은 '노출된 분리판 수 + 1'이므로 '2 + 1 = 3'이 되고, 앞/뒤의 비접속 분리판의 수는 모두 0이 된다. 즉, '(V3-V2)/(2 + 1 + 0 + 0) = (V3-V2)/3'이 된다.
다음으로, 동일한 방식을 적용하여, 도 3의 실시예에서는 V2, V1 전압에 의해 첫 번째 셀 전압이 산출되고, V2와 V3 전압에 의해 두 핀(22) 사이에 위치한 각 셀의 전압이 산출된다.
즉, 2 ~ 4 번째(2nd ~ 4th) 셀 전압은 평균전압으로서, '(V3-V2)/(핀 간 간격) = (V3-V2)/3'이 된다.
또한 V3와 V4에 의해 5 ~ 7 번째(5th ~ 7th) 셀 전압이 산출되는데, 각 셀의 평균전압으로서, '(V4-V3)/(두 셀 전압 측정단자 간 간격 + 두 핀 사이에서 앞/뒤의 비접속 분리판의 총 수)'로 산출된다.
여기서, 두 셀 전압 측정단자(21a,21b) 간 간격은 '노출된 분리판 수 1 + 1' = 2이고, 첫 번째 셀 전압 측정단자의 마지막 핀 뒤 비접속 분리판의 수는 0이며, 두 번째 셀 전압 측정단자의 첫 번째 핀 앞 비접속 분리판(점선 도시)의 수는 1이 되는바, 결국 5 ~ 7 번째(5th ~ 7th) 셀 전압(각 셀의 평균전압)은 '(V4-V3)/(2 + 0 + 1)=(V4-V3)/3'이 된다.
이와 같이 하여, 상술한 방법에 의해 연료전지 스택의 전체 셀에 대해 셀 전압(셀의 평균전압)을 산출할 수 있게 되며, 통상 연료전지 스택의 전체 분리판 중맨 처음 분리판과 맨 마지막 분리판의 전압을 센싱하여 전체 셀의 평균전압 '(Vn-V1)/전체 셀 수'을 산출하고 있으므로, 이를 셀 전압 측정단자에 의해 얻어지는 각 셀의 평균전압과 비교하여 셀 및 셀 전압의 이상 유무를 확인할 수 있게 된다.
또한 본 발명의 측정장치 및 측정방법에 의해 얻어지는 각 셀의 평균전압은 연료전지 시스템 및 차량의 각종 제어에 사용될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 측정장치 및 측정방법에 따르면, 종래 2열의 단자 구조를 1열의 단자구조로 변경하게 되면서 더욱 간단한 구조로 구성될 수 있고, 금형 등 제작비용 및 원가를 절감할 수 있게 된다. 또한 분리판 구조가 간단해짐에 따라 제작이 용이해지고, 종래 2열 단자 구조에서 발생하던 작업자의 오작업 문 제가 방지될 수 있으며, 보다 안정감 있는 셀 전압 측정 및 모니터링이 가능해진다.
또한 셀 전압 측정단자 내 셀 수를 쉽게 조정할 수 있고, 직접적으로 센싱되는 부분을 임의로 설정할 수 있으며, 셀 전압 측정단자의 전압측정용 핀 수 및 위치 설정, 셀 전압 측정단자의 간격, 전압이 센싱되는 분리판 선정 등에 있어서 다양한 조합이 가능하다. 셀 전압 측정단자의 설치 후 각 단자의 핀 위치정보, 단자 간격정보 등 필요한 정보만 제어부에 입력하게 되면 정확한 각 셀의 평균전압 산출이 가능해진다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
도 1은 본 발명에 따른 셀 전압 측정장치의 셀 전압 측정단자가 배치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 2a 및 도 2b, 도 3은 본 발명에 따른 셀 전압 측정장치의 구성을 예시한 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 연료전지 스택
11 : 분리판
11a : 접속 분리판
11b : 비접속 분리판
12 : 접속단자
20 : 제어부
21, 21a, 21b, 21c : 셀 전압 측정단자
22 : 핀

Claims (10)

  1. 분리판에 형성된 접속단자와;
    전체 분리판들 중 선택된 분리판들의 접속단자에 접속되는 핀들을 가진 복수의 셀 전압 측정단자와;
    상기 각 셀 전압 측정단자의 핀들로부터 센싱된 전압과 각 셀 전압 측정단자의 정보를 기초로 하여 각 셀의 평균전압을 산출하는 제어부;
    를 포함하여 구성되고,
    상기 분리판의 접속단자와 셀 전압 측정단자가 연료전지 스택에서 각각 1열로 배치되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 셀 전압 측정단자가 연료전지 스택에 간격을 두고 1열로 배치되어 이웃한 두 셀 전압 측정단자 사이에 위치된 분리판이 노출되는 구조인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 셀 전압 측정단자의 정보는 셀 전압 측정단자들이 분리판의 접속단자에 연결된 상태에서 각 셀 전압 측정단자의 전압이 센싱되는 핀들에 대한 위치정보와, 이웃한 셀 전압 측정단자 간의 간격정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치.
  4. 청구항 1의 셀 전압 측정장치를 구비하는 단계와;
    상기 제어부에 연료전지 스택에 설치된 각 셀 전압 측정단자의 정보를 제공하는 단계와;
    상기 제어부가 각 셀 전압 측정단자의 핀들로부터 센싱된 전압과 각 셀 전압 측정단자의 정보를 기초로 하여 각 셀의 평균전압을 산출하는 단계;
    를 포함하는 연료전지 스택의 셀 전압 측정방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 각 셀 전압 측정단자의 정보는 셀 전압 측정단자들이 분리판의 접속단자에 연결된 상태에서 각 셀 전압 측정단자의 전압이 센싱되는 핀들에 대한 위치정보와, 이웃한 셀 전압 측정단자 간의 간격정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 셀 전압 측정방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 이웃한 셀 전압 측정단자 간의 간격은 '이웃한 셀 전압 측정단자 사이에 노출된 분리판의 수 + 1'로 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 셀 전압 측정방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 핀들에 대한 위치정보는 분리판의 접속단자에 접속된 이웃한 핀 간의 간격과, 각 셀 전압 측정단자에서 첫 번째 핀과 마지막 핀의 위치정보인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 셀 전압 측정방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    제어부는 동일 셀 전압 측정단자 내에 구비된 이웃한 핀에 의해 센싱되는 전압(Vn,Vn-1)과 이웃한 핀 간의 간격으로부터 하기 식(1)에 의해 두 핀 사이 각 셀의 평균전압을 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 셀 전압 측정방법.
    식(1): 각 셀의 평균 전압 = (Vn - Vn -1)/(핀 간 간격)
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 이웃한 핀 간의 간격은 '핀 사이의 비접속 분리판(핀과 비접속된 분리판임)의 수에 1을 더한 수', 또는 '접속 분리판(접속단자가 핀에 접속된 분리판임) 사이에 위치되는 셀의 수'이고,
    상기 첫 번째 핀의 위치정보는 '해당 셀 전압 측정단자가 덮고 있는 첫 번째 핀 바로 앞의 비접속 분리판의 수'이며,
    상기 마지막 핀의 위치정보는 '해당 셀 전압 측정단자가 덮고 있는 마지막 핀 바로 뒤의 비접속 분리판의 수'인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 셀 전압 측정방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제어부는 이웃한 셀 전압 측정단자의 두 핀에 의해 센싱되는 전압(Vn -2,Vn -3), 이웃한 셀 전압 측정단자 간의 간격, 각 셀 전압 측정단자에서 첫 번째 핀과 마지막 핀의 위치정보로부터 하기 식(2)에 의해 두 핀 사이 각 셀의 평균전압을 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 셀 전압 측정방법.
    식(2): 각 셀의 평균 전압 = (Vn -2 - Vn -3)/(두 셀 전압 측정단자 간 간격 + 두 핀 사이 상기 앞/뒤의 비접속 분리판의 총 수)
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210056122A (ko) 2019-11-08 2021-05-18 현대오트론 주식회사 차량용 연료전지 센싱 시스템 및 방법
US11664513B2 (en) 2019-11-08 2023-05-30 Hyundai Mobis Co., Ltd. System and method for sensing fuel cell of vehicle

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004079192A (ja) 2002-08-09 2004-03-11 Toyota Motor Corp セル電圧モニターの燃料電池スタックへの取付け構造
KR20090006553A (ko) * 2007-07-12 2009-01-15 현대자동차주식회사 차량용 연료전지 스택의 셀 전압 측정장치
KR20090037644A (ko) * 2007-10-12 2009-04-16 주식회사 효성 연료전지 스택의 셀 전압 측정장치
KR20090114829A (ko) * 2008-04-30 2009-11-04 현대자동차주식회사 연료 전지

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004079192A (ja) 2002-08-09 2004-03-11 Toyota Motor Corp セル電圧モニターの燃料電池スタックへの取付け構造
KR20090006553A (ko) * 2007-07-12 2009-01-15 현대자동차주식회사 차량용 연료전지 스택의 셀 전압 측정장치
KR20090037644A (ko) * 2007-10-12 2009-04-16 주식회사 효성 연료전지 스택의 셀 전압 측정장치
KR20090114829A (ko) * 2008-04-30 2009-11-04 현대자동차주식회사 연료 전지

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210056122A (ko) 2019-11-08 2021-05-18 현대오트론 주식회사 차량용 연료전지 센싱 시스템 및 방법
US11664513B2 (en) 2019-11-08 2023-05-30 Hyundai Mobis Co., Ltd. System and method for sensing fuel cell of vehicle

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