KR101470035B1 - Manufacturing method of end plate for fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 스택용 엔드플레이트의 제조 방법에 관한 것으로서, 기계 가공의 공수 및 고가 부품의 사용을 줄이면서 부품수를 축소하여 비용 및 원가 절감, 생산성 향상 및 양산성 확보가 가능해지는 고분자 사출형 엔드플레이트의 제조 방법에 관한 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 엔드플레이트에 삽입되는 강성 유지용 지지플레이트와 단자가 형성된 집전판을 제조하는 단계와; 고분자 수지를 사출 성형하여 상기 집전판의 단자가 삽입되도록 형성된 단자삽입부를 가지는 절연플레이트를 제조하는 단계와; 상기 지지플레이트와 집전판이 분리 절연되도록 지지플레이트와 집전판 사이에 상기 절연플레이트를 개재하여 지지플레이트, 절연플레이트, 집전판의 순으로 적층된 플레이트-집전판 조립체를 조립하는 단계와; 상기 플레이트-집전판 조립체를 사출성형기의 금형 내부에 삽입하는 단계와; 상기 집전판의 단자와 셀 접속면을 노출시킨 상태로 하여 상기 플레이트-집전판 조립체 외표면 전체를 둘러싸도록 고분자 수지를 사출 성형하여 몰딩하는 단계를 포함하는 연료전지 스택용 엔드플레이트의 제조 방법이 개시된다.The present invention relates to a method of manufacturing an end plate for a fuel cell stack, and more particularly, to a method of manufacturing an end plate for a fuel cell stack, which is capable of reducing the number of components and reducing the number of components, And a manufacturing method of the end plate. In order to achieve the above object, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: fabricating a current collecting plate having a rigid holding plate and a terminal inserted into the end plate; Forming an insulating plate having a terminal insertion portion formed by injection molding a polymer resin to insert the terminal of the current collecting plate; Assembling the plate-current collecting plate assembly stacked in this order between the support plate, the insulating plate and the current collector plate through the insulating plate between the support plate and the current collector plate so that the support plate and the current collector plate are separated and insulated; Inserting the plate-current collecting plate assembly into a mold of an injection molding machine; Molding the polymer resin by injection molding so as to surround the entire outer surface of the plate-collecting plate assembly while exposing the terminal and the cell connecting surface of the current collector plate. do.

연료전지, 스택, 엔드플레이트, 고분자 수지, 사출 성형, 집전판 Fuel cell, stack, end plate, polymer resin, injection molding, collector plate

Description

연료전지 스택용 엔드플레이트의 제조 방법{Manufacturing method of end plate for fuel cell stack}[0001] The present invention relates to a manufacturing method of an end plate for a fuel cell stack,

본 발명은 연료전지 스택에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지 스택의 셀들을 스택 양단에서 고정하여 가압력을 제공하는 엔드플레이트의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel cell stack, and more particularly, to a method of manufacturing an end plate that fixes cells of a fuel cell stack at both ends of a stack to provide a pressing force.

고분자 전해질막 연료전지(PEMFC: Polyer Electrolyte Membrane Fuel Cells) 혹은 양자교환막 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)는 수소와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 물을 생성하면서 전기를 발생시키는 장치로서, 다른 형태의 연료전지에 비해 효율이 높고 전류밀도 및 출력밀도가 크며 시동시간이 짧고 부하 변화에 빠른 응답 특성을 가지는 장점이 있다.Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) or Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) is a device that generates electricity by generating water by electrochemically reacting hydrogen and oxygen. It has the advantages of high efficiency compared to fuel cell, large current density and power density, short startup time and fast response to load change.

연료전지 스택의 구성은 다음과 같다. 가장 안쪽에 주요 구성부품인 전극막(MEA: Membrane-Electrode Assembly)이 위치하고, 이 전극막은 수소 양자(Proton)를 이동시켜 줄 수 있는 고체 고분자 전해질막과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매가 도포된 전극층, 즉 캐소드(Cathode) 및 애노드(Anode)로 구성되어 있다.The configuration of the fuel cell stack is as follows. (MEA: Membrane-Electrode Assembly), which is a main component in the innermost part. The electrode membrane is composed of a solid polymer electrolyte membrane capable of moving hydrogen protons and hydrogen and oxygen reacting on both sides of the electrolyte membrane. (Cathode) and anode (anode) to which a catalyst is applied.

또한 상기 전극막의 바깥부분, 즉 캐소드 및 애노드가 위치한 바깥부분에 가스확산층(GDL: Gas Diffusion Layer), 가스켓 등이 적층되고, 상기 가스확산층의 바깥쪽에는 반응가스(연료인 수소와 산화제인 산소를 포함하는 공기)를 공급하고 냉각수가 통과하는 유로(Flow Field)가 형성된 분리판(Separator)이 위치되며, 가장 바깥쪽에는 상기한 각 구성들을 지지하기 위한 엔드플레이트가 결합된다.A gas diffusion layer (GDL), a gasket, and the like are stacked on the outer portion of the electrode film, that is, the cathode and the outer portion where the anode is located. A reactive gas (oxygen as fuel and oxidant, And an end plate for supporting the above-mentioned components is coupled to the outermost part of the separator.

상기한 구성의 연료전지 스택에서 연료인 수소와 산화제인 산소(공기)가 분리판의 유로를 통해 전극막의 애노드와 캐소드로 공급되는데, 수소는 애노드로 공급되고, 산소는 캐소드로 공급된다. In the fuel cell stack having the above configuration, hydrogen as a fuel and oxygen (air) as an oxidant are supplied to an anode and a cathode of an electrode film through a flow path of a separator plate, in which hydrogen is supplied to the anode and oxygen is supplied to the cathode.

애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소이온과 전자로 분해되며, 이 중 수소이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다. The hydrogen supplied to the anode is decomposed into hydrogen ions and electrons by the catalyst of the electrode layer formed on both sides of the electrolyte membrane. Only hydrogen ions are selectively passed through the electrolyte membrane, which is a cation exchange membrane, to the cathode, And is transferred to the cathode through the diffusion layer and the separator plate.

상기 캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다. In the cathode, hydrogen ions supplied through the electrolyte membrane and electrons transferred through the separator meet oxygen in the air supplied to the cathode to generate water. At this time, the flow of electrons through the external conductor occurs due to the movement of hydrogen ions, and a current is generated by the flow of electrons.

한편, 엔드플레이트는 연료전지 스택 내에서 고른 면압이 유지되도록 각 구성들을 지지하는 기능을 하는 바, 고른 면압을 유지하는 것은 스택 내의 유체의 누 설 방지, 셀(Cell) 간 전기 접촉저항의 증가 방지와 관련하여 스택 성능을 좌우하는 중요한 인자이다.On the other hand, the end plate functions to support the respective configurations so that the uniform surface pressure is maintained in the fuel cell stack. Maintaining the uniform surface pressure prevents the leakage of the fluid in the stack, increases the electrical contact resistance between the cells Is an important factor that influences stack performance.

엔드플레이트는 관통형과 비관통형의 두 종류가 사용되는데, 관통형 엔드플레이트는 비관통형 엔드플레이트에 수소, 공기 및 냉각수용 매니폴드가 형성된 구조로서, 상기 매니폴드를 통해 반응가스와 냉각수를 효율적으로 공급하는 역할을 하게 된다. In the end plate, two kinds of end plates are used, namely, a through type and a non-through type. The through type end plate has a structure in which a hydrogen, air and cooling water receiving manifold are formed on a non-through type end plate. And to supply them efficiently.

도 1은 종래의 비관통형 엔드플레이트를 도시한 사시도로서, 집전판 단자(12a)가 1개 구성된 엔드플레이트(10)를 예시한 도면이고, 도 2는 종래의 엔드플레이트를 분해하여 도시한 단면도로서, 집전판 단자(12)가 2개 구성된 엔드플레이트(10)를 예시한 도면이다. 도 1과 도 2는 단위 셀들이 적층된 스택을 양단에서 고정한 후 일정한 가압력을 줄 수 있는 엔드플레이트의 형상을 나타내고 있다. Fig. 1 is a perspective view showing a conventional non-through type end plate, which is an example of an end plate 10 having one current collecting plate terminal 12a. Fig. 2 is a cross- , Which is an example of an end plate (10) having two collector plate terminals (12). FIGS. 1 and 2 show the shape of an end plate capable of providing a constant pressing force after fixing the stack of unit cells stacked at both ends.

기본적으로 엔드플레이트는 스택의 균일한 체결 및 셀 간의 일정한 체결압력을 유지시킬 수 있어야 하는데, 이를 위해서는 우수한 기계적 강도, 기밀성, 내화학성, 내가수분해성 등의 특성을 가지고 있어야 한다.Basically, the end plate should be able to maintain a uniform tightening of the stack and a constant clamping pressure between the cells, which must have excellent mechanical strength, airtightness, chemical resistance and hydrolysis resistance.

또한 연료전지 작동시 발생하는 고전압의 전력이 외부로 누전되지 않도록 절연성이 우수해야 하고, 적층된 스택을 가압한 후 가압에 의한 휨이나 변형 등이 발생되어서는 안 되며, 스택을 가압한 후 연료전지 작동시 스택으로부터 수소, 공기, 물의 누출이 발생되어서는 안 된다.In addition, the high-voltage power generated during the operation of the fuel cell should be excellent in insulation so as not to leak to the outside, and the fuel cell stack should not be bent or deformed by pressurization after the stacked stack is pressurized. No hydrogen, air, or water leaks from the stack during operation.

구성을 살펴보면, 종래의 엔드플레이트(10)는 테플론으로 코팅된 금속재 플레이트(11), 단자(12a)가 형성되고 셀에서 발생되는 전기를 모아서 상기 단자를 통 해 외부로 보내는 집전판(12), 상기 집전판(12)의 단(12a)자에 씌워지는 단자 커버(13), 상기 집전판(12)의 절연 및 누전 방지를 위한 절연판(14), 및 상기 플레이트(11)와 절연판(14) 사이에 개재되는 가스켓(15)을 포함하여 구성된다.The conventional end plate 10 includes a metal plate 11 coated with Teflon, a current collecting plate 12 having terminal 12a formed therein and collecting electricity generated from the cell and sending the collected electricity to the outside through the terminal, A terminal cover 13 covering the end 12a of the current collector plate 12; an insulation plate 14 for preventing insulation and leakage of the current collector plate 12; And a gasket 15 interposed therebetween.

여기서, 체결력 지지 및 강성 유지를 위한 상기 플레이트(11)는 SUS 재질로 제조되고, 절연판(14) 및 단자 커버(13)는 유리섬유 등을 사용하여 제조되며, 가스켓(15)은 실리콘 소재로 제조되는 것이 일반적이다.Here, the plate 11 for holding the clamping force and maintaining rigidity is made of SUS material, the insulating plate 14 and the terminal cover 13 are made of glass fiber or the like, and the gasket 15 is made of silicon .

그러나, 상기와 같은 종래의 엔드플레이트에서는 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the conventional end plate has the following problems.

엔드플레이트를 제조함에 있어서, 플레이트 등 각 부품을 기계 가공하여 제조하고 있기 때문에 제조시간이 오래 걸리고, 이는 생산성을 저하하는 요인이 되고 있다.In manufacturing an end plate, manufacturing time is prolonged because each part such as a plate is manufactured by machining, which causes a decrease in productivity.

또한 각 부품을 접착제 등을 사용하여 수작업으로 고정하여 조립하므로 제조시간이 오래 걸리고, 안정된 품질 확보에 어려움이 있다.Further, since each component is fixed by hand using an adhesive or the like, it takes a long time to manufacture and it is difficult to secure a stable quality.

이와 함께 플레이트에 코팅되는 테플론 및 접착제의 두께가 균일하지 않기 때문에 치수 공차 확보에 어려움이 있으며, SUS 재(플레이트), 유리섬유(절연판 및 단자 커버), 테플론 등과 같은 고가의 재료를 사용하므로 재료비 증대 및 원가 상승의 문제점이 있다.In addition, since the thickness of Teflon and adhesive coated on the plate is not uniform, it is difficult to secure the dimensional tolerance, and expensive materials such as SUS (plate), glass fiber (insulating plate and terminal cover) and Teflon are used. And cost increase.

특히, 절연성 및 기밀성 저항의 문제점이 있는데, 플레이트의 절연을 위해 형성하는 테플론 코팅층은 강성이 약해 충격에 쉽게 벗겨지고(절연성 확보가 어려움), 플레이트와 절연판 간의 접착제 박리 및 갭으로 인해 누수와 누기가 발생할 수 있는 문제점을 가지고 있다. Particularly, there is a problem of insulation and airtightness resistance. The Teflon coating layer formed for the insulation of the plate is weak in stiffness and easily peeled off from the impact (difficulty in securing the insulation), and the leakage and leakage There is a problem that can occur.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 기계 가공의 공수 및 고가 부품의 사용을 줄이고 부품수를 축소하여 비용 및 원가 절감, 생산성 향상 및 양산성 확보가 가능해지는 고분자 사출형 엔드플레이트를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems and it is an object of the present invention to provide a polymer injection molding machine capable of reducing the number of parts used for machining and high- And an end plate.

또한 본 발명은 균일한 품질을 제공할 수 있고, 제품 치수 공차, 절연성, 누기/누수 등에 대해 안정된 품질을 확보할 수 있도록 한 엔드플레이트를 제공하는데 그 목적이 있다. Another object of the present invention is to provide an end plate which can provide a uniform quality and can ensure a stable quality for product dimensional tolerance, insulation, leakage / leakage, and the like.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 강성 유지를 위한 지지플레이트와; 단자가 형성된 집전판과; 상기 지지플레이트와 집전판 사이에 개재되어 지지플레이트와 집전판 사이를 분리하여 절연하는 절연플레이트와; 상기 집전판의 단자 및 셀 접속면을 노출시킨 상태로 하여 상기 지지플레이트, 절연플레이트, 집전판의 조립체 외표면 전체를 둘러싸도록 고분자 수지를 사출 성형하여 형성되는 수지몰딩부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드플레이트를 제공한다.In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a stiffness adjusting device comprising: a support plate for holding rigidity; A collector plate on which terminals are formed; An insulating plate interposed between the support plate and the collecting plate to separate and insulate the support plate from the collecting plate; And a resin molding part formed by injection-molding a polymer resin so as to surround the entire outer surface of the assembly of the support plate, the insulating plate, and the current collector plate with the terminals of the current collector plate and the cell connection surface exposed And an end plate for a fuel cell stack.

바람직한 실시예에서, 상기 절연플레이트는 상기 집전판의 단자가 삽입되도록 형성된 단자삽입부를 가지며, 상기 단자삽입부에 삽입된 집전판의 단자가 상기 수지몰딩부의 외표면에서 노출되도록 한 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the insulating plate has a terminal inserting portion for inserting terminals of the current collecting plate, and terminals of the current collecting plate inserted in the terminal inserting portion are exposed from the outer surface of the resin molding portion.

또한 상기 절연플레이트의 단자삽입부는 지지플레이트의 단자홀에 삽입된 상태에서 상기 지지플레이트의 단자홀과 집전판의 단자 사이에 개재되어, 집전판의 단자와 지지플레이트 사이를 절연하는 것을 특징으로 한다.Further, the terminal inserting portion of the insulating plate is interposed between the terminal hole of the support plate and the terminal of the current collecting plate in a state of being inserted into the terminal hole of the support plate, thereby insulating the terminal of the current collecting plate and the support plate.

또한 상기 집전판의 가장자리 끝면은 단자가 형상된 집전판의 전면에 대하여 예각을 형성하도록 경사면으로 가공되어, 상기 가장자리 끝면에 몰딩된 수지가 집전판의 분리를 방지하는 걸림턱 역할을 하도록 된 것을 특징으로 한다.The edge of the current collector plate is processed to be inclined so as to form an acute angle with respect to the front surface of the current collector plate having terminals. The resin molded on the edge surface serves as a latching jaw for preventing the current collector plate from separating. .

이에 따라, 본 발명에 따른 엔드플레이트의 제조 방법에 의하면, 사출 성형을 통해 제조하므로 기존의 기계 가공 및 수작업으로 제조하던 방식에 비해 제품의 양산성 확보가 가능해지고, 생산성이 향상되는 장점이 있게 된다. 또한 기존의 엔드플레이트에 비해 저가의 소재를 사용할 수 있으므로 소재비 및 제품 원가의 절감이 가능해지고, 공정수 및 부품수 감소를 통한 비용 절감이 가능해진다. Accordingly, according to the manufacturing method of the end plate according to the present invention, since it is manufactured through injection molding, it is possible to secure the mass productivity of the product and to improve the productivity as compared with the conventional manufacturing method by the mechanical machining and the manual manufacturing . In addition, since it is possible to use low-cost materials compared with existing end plates, material cost and product cost can be reduced, and costs can be reduced by reducing the number of processes and parts.

아울러, 금형을 이용하여 생산하므로 균일한 품질의 제품을 제공할 수 있고, 제품 치수 공차, 절연성, 누기/누수 등에 대해 제품의 안정된 품질을 확보할 수 있게 된다. 특히, 절연, 부식 방지, 조립을 위한 테플론 코팅, 유리섬유, 접착제를 고분자 수지의 사출로 대체하는 동시에 기계적 강성이 강한 고분자 수지로 두꺼운 절연층을 형성하므로 충격 등에 강한 제품을 제공할 수 있고, 충격 등으로 인한 절연층 파괴의 문제가 해소될 수 있게 된다. 또한 여러 부품을 접착제로 조립하 던 방식을 배제하고 고분자 수지로 일체화함으로써 종래의 누수, 누기 문제를 방지할 수 있게 된다. In addition, since it is produced using a mold, a uniform quality product can be provided, and stable quality of the product can be ensured for dimensional tolerance, insulation, leakage / leakage, and the like. Particularly, it is possible to provide a product which is resistant to impact or the like because a thick insulating layer is formed by replacing insulation, corrosion prevention, Teflon coating for assembly, glass fiber and adhesive with injection of a polymer resin, It is possible to solve the problem of the breakdown of the insulating layer. In addition, it is possible to prevent the leakage and leaking problems in the related art by eliminating the method of assembling the various parts with the adhesive and integrating them with the polymer resin.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be easily understood by those skilled in the art.

본 발명은 고분자 사출형 엔드플레이트의 제조 방법에 관한 것으로서, 체결력 지지 및 강성 유지를 위한 금속 플레이트의 표면을 둘러싸도록 금속 플레이트에 고분자 수지를 사출 성형하여 제조하는 것에 특징이 있는 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a polymer injection-type end plate, which is characterized in that a polymer resin is injected and formed on a metal plate so as to surround the surface of the metal plate for supporting the clamping force and maintaining rigidity.

특히, 본 발명에 따른 엔드플레이트는 고분자 수지에 의해 집전판이 일체화된 구조를 가지는데, 금속 플레이트와 집전판이 중간 절연물(1차 사출물인 절연플레이트임)을 개재한 상태에서 고분자 수지로 몰딩된 집전판 일체형 엔드플레이트가 된다.In particular, the end plate according to the present invention has a structure in which a current collector plate is integrated with a polymer resin. In this case, a metal plate and a current collector plate are interposed between an intermediate plate (an insulating plate as a primary injection) And becomes an integral end plate.

이러한 본 발명의 엔드플레이트는 관통형과 비관통형에 모두 적용될 수 있는 것으로, 기계적 강도가 우수한 금속 플레이트와, 절연성 및 내화학성, 경량성이 우수한 고분자 재료의 장점을 모두 가질 수 있는 복합구조의 엔드플레이트로서 제공될 수 있다. The end plate of the present invention can be applied to both of a through type and a non-through type, and can be applied to a metal plate having excellent mechanical strength and an end of a composite structure having both advantages of a polymer material excellent in insulation, chemical resistance and light weight Plate.

본 발명에서 사출 성형은 1차 사출물(누전방지용 절연플레이트임)을 제조하기 위한 1차 사출 성형 공정과, 상기 1차 사출물과 집전판, 지지플레이트를 조립한 상태에서 집전판의 단자와 셀 접속면을 제외한 조립체 외표면 전체를 둘러싸도록 고분자 수지를 사출 성형하는 2차 사출 성형 공정으로 구분하여 진행된다.In the present invention, the injection molding includes a primary injection molding process for producing a primary molded product (i.e., an insulating plate for preventing electric leakage), and a step of molding the primary molded product, the current collecting plate and the supporting plate, And a secondary injection molding process in which a polymer resin is injected and molded so as to surround the entire outer surface of the assembly except for the secondary injection molding process.

이때, 2차 사출 성형 공정은 1차 사출물과 집전판, 지지플레이트의 조립체를 인서트 사출하는 성형 공정으로서, 상기 조립체를 사출성형기의 성형공간에 삽입하여 고분자 사출 성형을 진행함으로써 조립체가 고분자 수지 내부에 인서트 되어 몰딩된 구조의 엔드플레이트를 제조하게 된다.In this case, the secondary injection molding process is a molding process in which the primary injection molding, the current collecting plate, and the support plate assembly are injection-molded, and the assembly is inserted into the molding space of the injection molding machine to perform polymer injection molding, An end plate of an insert molded structure is manufactured.

도 3은 본 발명에 따른 비관통형 엔드플레이트의 구성을 도시한 절개사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 관통형 및 비관통형 엔드플레이트를 도시한 정면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 엔드플레이트에서 고분자 수지(수지몰딩부) 내부에 인서트되는 플레이트-집전판 조립체를 도시한 분리사시도이다. 4 is a front view showing a through-type and a non-through type end plate according to the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the end plate according to the present invention. And a plate-current collecting plate assembly inserted into the polymer resin (resin molding portion) on the plate.

또한 도 6은 본 발명에 따른 엔드플레이트의 제조 과정을 나타내는 공정도이다. 6 is a process diagram showing the manufacturing process of the end plate according to the present invention.

우선, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엔드플레이트(100)는, 강성 유지를 위한 금속재 지지플레이트(110), 단자(121)가 형성되고 셀에서 발생되는 전기를 모아 상기 단자(121)를 통해 외부로 보내는 집전판(121), 상기 지지플레이트(110)와 집전판(121) 사이에 개재되어 지지플레이트(110)와 집전판(121) 사이를 절연하는 절연플레이트(130), 상기 지지플레이트(110), 절연플레이트(130), 집전판(121)의 조립체(101)(이하, 플레이트-집전판 조립체라 함)를 둘러싸도록 고분자 수지로 몰딩하여 형성되는 몰딩수지부(140)를 포함하여 구성된다. 3, the end plate 100 according to the present invention includes a metallic support plate 110 and a terminal 121 for maintaining rigidity, and collects electricity generated in the cell, An insulation plate 130 interposed between the support plate 110 and the current collector plate 121 to isolate the support plate 110 from the current collector plate 121; A molding resin part 140 formed by molding with a polymer resin so as to surround the supporting plate 110, the insulating plate 130 and the assembly 101 of the current collecting plate 121 (hereinafter referred to as a plate-collecting plate assembly) .

이러한 구조에서, 지지플레이트(110)와 몰딩수지부(140)는 고분자 수지를 사출하여 성형하는 구성부로서, 본 발명에서 사출 성형 공정은 지지플레이트(110)(1차 사출물임)를 성형하기 위한 1차 사출 성형 공정과, 플레이트-집전판 조립체(101)를 몰딩하기 위한 2차 사출 성형 공정으로 진행된다.In this structure, the support plate 110 and the molding resin part 140 are components for molding and injection of the polymer resin. In the present invention, the injection molding process is a process for molding the support plate 110 (which is the primary injection molding) A primary injection molding process and a secondary injection molding process for molding the plate-current collecting plate assembly 101 are carried out.

상기 지지플레이트(110)의 소재로는 고가인 기존의 스테인리스강(SUS) 대신 가격이 저렴하면서 기계 가공이 용이한 일반 강재(鋼材)를 사용할 수 있으며, 이와 같이 일반 강재를 사용하는 경우 가공시간 단축 및 비용 절감이 가능해진다.As a material of the support plate 110, it is possible to use a general steel material which is inexpensive and easily machined instead of expensive stainless steel (SUS). In the case of using such a general steel material, And costs can be reduced.

상기 지지플레이트(110)가 관통형 엔드플레이트(100)에 사용되는 것이라면, 반응가스 및 냉각수의 공급통로인 매니폴드(102)를 형성하기 위한 매니폴드용 홀(111)이 지지플레이트(110)에 형성되어야 한다. If the support plate 110 is used for the through-type end plate 100, the manifold hole 111 for forming the manifold 102, which is the supply passage for the reaction gas and the cooling water, Should be formed.

다만, 단순히 단위 셀을 지지하는 비관통형 엔드플레이트(100)에 사용되는 것이라면, 상기의 매니폴드용 홀(111)은 삭제되고 후술하는 바와 같이 절연플레이트(130)의 단자삽입부(131)가 삽입되고 집전판(121)의 단자(121)를 노출시키기 위한 단자홀(112)만이 형성되면 된다. However, if it is used in the non-through type end plate 100 that simply supports the unit cells, the above-described manifold hole 111 is eliminated and the terminal inserting portion 131 of the insulating plate 130 Only the terminal holes 112 for inserting the terminals 121 of the current collecting plate 121 may be formed.

또한 집전판(121)은 통상의 제조 과정을 통해 제조된 것, 즉 동(銅) 계열의 소재로 제조한 뒤 표면을 도금 처리한 집전판(121)이 그대로 사용될 수 있으며, 단수 또는 복수의 단자(121)가 돌출 형성되도록 제조된다. 이때, 각 단자(121)는 종래와 같이 원형으로 형성될 수 있다. In addition, the current collecting plate 121 may be manufactured through a conventional manufacturing process, that is, a current collecting plate 121 made of a copper-based material and then plated on its surface may be used as it is. (121) are formed to protrude. At this time, each of the terminals 121 may be formed in a circular shape as in the conventional case.

1차 사출물인 절연플레이트(130)는 집전판(121)과 지지플레이트(110) 사이를 이격시킴과 동시에 두 부품 사이에 개재되어서 집전판(121)에서 생성된 전기가 금 속재인 지지플레이트(110)로 흐르지 않도록 집전판(121)과 지지플레이트(110)를 절연시키는 누전 방지용 구성품이며, 또한 엔드플레이트(100)의 제조시, 특히 2차 사출 성형 공정시에는 지지플레이트(110)와 집전판(121)의 위치를 고정시키는 역할을 하게 된다.The insulating plate 130 as the primary injection product separates the current collecting plate 121 and the supporting plate 110 and is interposed between the two parts so that electricity generated in the current collecting plate 121 is transferred to the supporting plate 110 In addition, during manufacture of the end plate 100, particularly in the secondary injection molding process, the support plate 110 and the current collector plate (not shown) are used to insulate the current collector plate 121 and the support plate 110 from each other, 121 in the direction of the arrow.

상기 절연플레이트(130)에는 집전판(121)에 형성된 단자(121)의 대응위치에 집전판(121)의 각 단자(121)가 삽입되도록 형성된 단자삽입부(131)가 성형된다. A terminal inserting portion 131 is formed in the insulating plate 130 so that the terminals 121 of the current collecting plate 121 are inserted into corresponding positions of the terminals 121 formed on the current collecting plate 121.

상기 단자삽입부(131)는 내측으로 삽입된 집전판(121)의 단자 측면부를 둘러싸도록 원통형으로 돌출 형성되는 바, 내측으로 집전판(121)의 단자(121)가 삽입 결합됨으로써 단자 측면부를 절연시키게 되고, 또한 단자(121)의 삽입으로 집전판(121)과 지지플레이트(110)가 결합될 수 있게 된다.The terminal insertion portion 131 is formed in a cylindrical shape so as to surround the terminal side surface portion of the current collecting plate 121 inserted inwardly. The terminals 121 of the current collecting plate 121 are inserted into the terminal insertion portion 131, And the current collecting plate 121 and the supporting plate 110 can be coupled with each other by inserting the terminal 121. [

상기 절연플레이트(130)의 단자삽입부(131)는 지지플레이트(110)에 형성된 단자홀(112)에 삽입되도록 되어 있는데, 절연플레이트(130)의 단자삽입부(131)에 집전판(121)의 단자(121)가 삽입되고 지지플레이트(110)의 단자홀(112)에 단자삽입부(131)가 삽입되면, 지지플레이트(110), 절연플레이트(130), 집전판(121)이 결합되어 하나의 조립체(101)가 된다.The terminal insertion portion 131 of the insulation plate 130 is inserted into the terminal hole 112 formed in the support plate 110. The terminal insertion portion 131 of the insulation plate 130 is connected to the current collector 121, The insulating plate 130 and the current collecting plate 121 are coupled with each other when the terminal 121 of the supporting plate 110 is inserted and the terminal inserting portion 131 is inserted into the terminal hole 112 of the supporting plate 110 Thereby forming one assembly 101.

이렇게 조립된 플레이트-집전판 조립체(101)에서는 집전판(121)의 단자(121)가 절연부인 단자삽입부(131)를 개재한 상태로 지지플레이트(110)의 단자홀(112)에 삽입되어 지지플레이트 전면에서 노출된다.In the assembled plate-current collecting assembly 101, the terminal 121 of the current collecting plate 121 is inserted into the terminal hole 112 of the supporting plate 110 with the terminal inserting portion 131 being the insulating portion interposed therebetween Exposed at the front of the support plate.

결국, 지지플레이트(110) 전면에 노출된 집전판의 단자(121)와, 반대쪽으로 노출된 집전판(121)의 셀 접속면을 제외한 플레이트-집전판 조립체(101)의 외표면 전체를 감싸도록 고분자 수지로 몰딩하게 되면, 부속품 전체가 일체화된 하나의 엔드플레이트(100)가 제조될 수 있게 된다.As a result, the entire surface of the plate-collecting plate assembly 101 except for the terminal 121 of the collecting plate exposed on the front surface of the supporting plate 110 and the cell connecting surface of the collecting plate 121 exposed on the opposite side Molding with the polymer resin enables one end plate 100 to be manufactured in which the entire accessories are integrated.

상기 몰딩수지부(140)는 집전판(121)의 단자(121) 및 셀 접속면을 노출시킨 상태로 플레이트-집전판 조립체(101)의 외표면 전체를 감싸줌으로써 내부의 집전판(121)을 절연시키고 지지플레이트(110)의 부식을 방지하는 역할을 하게 된다. The molding resin part 140 covers the entire outer surface of the plate-current collecting plate assembly 101 with the terminal 121 of the current collecting plate 121 and the cell connecting surface exposed, Thereby preventing the support plate 110 from being corroded.

물론, 관통형 엔드플레이트(100)인 경우 고분자 수지가 몰딩되어 몰딩수지부(140)가 형성되고 나면 지지플레이트(110)의 매니폴드용 홀(111)에 의해 매니폴드(102)가 형성된 구조가 된다.In the case of the through-type end plate 100, the structure in which the manifold 102 is formed by the manifold hole 111 of the support plate 110 after the molding resin part 140 is formed by molding the polymer resin do.

또한 바람직한 실시예에서, 전체적인 형상이 사각형의 판재로 제작되는 집전판(121)에서 판의 가장자리 끝면(120a)을 단자(121)가 형성된 전면에 대해 90°가 아닌 경사지게 형성하는 것이 가능하다. In a preferred embodiment, the edge surface 120a of the current collector plate 121, which is made of a rectangular plate, may be inclined at an angle of not 90 with respect to the entire surface of the terminal 121.

이때, 집전판(121)의 네 변 가장자리 끝면(120a)을 전 둘레에 걸쳐서 전면과의 각도가 90°각도가 아닌 예각이 되도록 경사지게 가공하게 된다(끝면을 경사면으로 가공)(도 3 참조). At this time, the four side edge surfaces 120a of the current collector plate 121 are inclined so as to have an acute angle with respect to the front surface rather than an angle of 90 degrees (the end surface is processed into an inclined surface) (see FIG.

이렇게 집전판(121)의 네 변 가장자리 끝면(120a)을 전면에 대해 경사지게 가공하게 되면, 2차 사출 공정에서 성형되는 고분자 수지가 집전판(121)의 가장자리 끝면(120a)을 몰딩하게 되면서, 가장자리 끝면(120a)의 몰딩된 수지부분(140a)이 일종의 걸림턱 역할을 하게 되는 바, 집전판(121)이 고분자 수지로부터 분리되는 것을 방지할 수 있게 된다.When the edge surfaces 120a of the collector plates 121 are inclined with respect to the entire surface, the polymer resin molded in the secondary injection process is molded into the edge surface 120a of the collector plate 121, The molded resin part 140a of the end surface 120a serves as a kind of latching jaw to prevent the current collecting plate 121 from being separated from the polymer resin.

이하, 상기와 같은 구성의 엔드플레이트를 제조하는 과정에 대해 도 6을 참 조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a process of manufacturing the end plate having the above-described structure will be described with reference to FIG.

우선, 일반 강재를 기계 가공하여 지지플레이트(110)를 제조하고, 동 계열의 소재를 사용하여 도금 처리된 집전판(121)을 제조하며, 고분자 수지를 사출 성형하여 절연플레이트(130)를 제조한다.First, a general steel material is machined to manufacture a support plate 110, a current collecting plate 121 which is plated using a copper-based material is manufactured, and an insulation plate 130 is manufactured by injection molding a polymer resin .

이때, 지지플레이트(110)에는 매니폴드 홀(111), 단자홀(112) 등을 형성하며, 절연플레이트(130)의 경우 단자삽입부(131)를 일체로 성형하여 제조한다. 또한 집전판(121)의 경우 단자(121)를 형성하여 제조하며, 네 변 가장자리 끝면(120a)은 경사면으로 가공한다. At this time, the manifold hole 111, the terminal hole 112 and the like are formed in the support plate 110, and in the case of the insulation plate 130, the terminal insertion portion 131 is integrally formed. Also, in the case of the current collecting plate 121, the terminal 121 is formed, and the four side edge surfaces 120a are processed to be inclined surfaces.

이어 지지플레이트(110), 절연플레이트(130), 집전판(121)의 적층 순서로 조립하는데, 이때 지지플레이트(110)와 집전판(121) 사이에 절연플레이트(130)를 개재하여 지지플레이트(110)와 집전판(121)이 서로 분리 및 이격되도록 한다.The insulating plate 130 and the current collecting plate 121 are stacked in this order on the supporting plate 110. The insulating plate 130 is interposed between the supporting plate 110 and the current collecting plate 121, 110 and the current collecting plate 121 are separated from each other and separated from each other.

또한 집전판(121)의 단자(121)를 절연플레이트(130)의 단자삽입부(131)에 우선 끼운 뒤, 단자삽입부(131)를 지지플레이트(110)의 단자홀(112)에 삽입하여, 집전판(121)의 단자(121)와 지지플레이트(110)의 단자홀(112)이 단자삽입부(131)에 의해 절연되도록 하고, 이때 집전판(121)의 단자(121)가 지지플레이트(110)의 전면에서 노출되도록 한다. The terminal 121 of the current collecting plate 121 is first inserted into the terminal inserting portion 131 of the insulating plate 130 and then the terminal inserting portion 131 is inserted into the terminal hole 112 of the supporting plate 110 The terminal 121 of the current collecting plate 121 and the terminal hole 112 of the supporting plate 110 are insulated by the terminal inserting portion 131. At this time, (Not shown).

이후 상기와 같이 조립된 플레이트-집전판 조립체(101)를 사출성형기의 금형 내부에 삽입한 뒤, 집전판(121)의 단자(121)와 셀 접속면을 제외한 플레이트-집전판 조립체(101)의 외표면 전체를 감싸도록 고분자 수지를 사출 성형함으로써 몰딩수지부(140)를 형성하게 된다.The plate-collecting plate assembly 101 thus assembled is inserted into the mold of the injection molding machine and then the plate-collecting plate assembly 101 excluding the terminal 121 of the collecting plate 121 and the cell connecting surface The molding resin part 140 is formed by injection molding a polymer resin so as to surround the entire outer surface.

이때, 집전판(121)의 단자(121) 및 셀 접속면(단자가 형성된 면의 반대쪽 노출면임)은 몰딩수지부(140)의 외부로 노출되며, 관통형 엔드플레이트(100)인 경우 고분자 수지를 사출 성형하고 나면 지지플레이트(110)의 매니폴드용 홀(111)에 의해 매니폴드(102)가 형성되게 된다.At this time, the terminal 121 of the current collector plate 121 and the cell connection face (exposed face opposite to the face on which the terminal is formed) are exposed to the outside of the molding resin part 140. In the case of the through-type end plate 100, The manifold 102 is formed by the manifold hole 111 of the support plate 110. [

이렇게 고분자 수지를 사출하여 외부 형상을 성형하고 나면, 금속재인 지지플레이트(110), 셀에서 생성된 전기를 모으는 집전판(121), 지지플레이트(110)와 집전판(121) 사이에 개재되는 절연플레이트(130), 그리고 이들을 몰딩하고 있는 몰딩수지부(140)가 일체화된 구성의 엔드플레이트(100)가 완성된다. When the polymer resin is injected to form the outer shape, the support plate 110, which is a metallic member, the current collecting plate 121 which collects the electricity generated in the cell, the insulation between the support plate 110 and the current collector plate 121, The plate 130, and the molding resin part 140 that molds the end plate 100 are completed.

이와 같이 하여, 본 발명의 엔드플레이트에 따르면, 사출 성형을 통해 제조하므로 기존의 기계 가공 및 수작업으로 제조하던 방식에 비해 제품의 양산성 확보가 가능해지고, 생산성이 향상되는 장점이 있게 된다. 또한 기존의 엔드플레이트에 비해 저가의 소재를 사용할 수 있으므로 소재비 및 제품 원가의 절감이 가능해지고, 공정수 및 부품수 감소를 통한 비용 절감이 가능해진다. As described above, according to the end plate of the present invention, since it is manufactured through injection molding, it is possible to secure the mass productivity of the product and to improve the productivity as compared with the conventional manufacturing method by the mechanical machining and the manual manufacturing. In addition, since it is possible to use low-cost materials compared with existing end plates, material cost and product cost can be reduced, and costs can be reduced by reducing the number of processes and parts.

아울러, 금형을 이용하여 생산하므로 균일한 품질의 제품을 제공할 수 있고, 제품 치수 공차, 절연성, 누기/누수 등에 대해 제품의 안정된 품질을 확보할 수 있게 된다. 특히, 절연, 부식 방지, 조립을 위한 테플론 코팅, 유리섬유, 접착제를 고분자 수지의 사출로 대체하는 동시에 기계적 강성이 강한 고분자 수지로 두꺼운 절연층을 형성하므로 충격 등에 강한 제품을 제공할 수 있고, 충격 등으로 인한 절연층 파괴의 문제가 해소될 수 있게 된다. 또한 여러 부품을 접착제로 조립하던 방식을 배제하고 고분자 수지로 일체화함으로써 종래의 누수, 누기 문제를 방지 할 수 있게 된다. In addition, since it is produced using a mold, a uniform quality product can be provided, and stable quality of the product can be ensured for dimensional tolerance, insulation, leakage / leakage, and the like. Particularly, it is possible to provide a product which is resistant to impact or the like because a thick insulating layer is formed by replacing insulation, corrosion prevention, Teflon coating for assembly, glass fiber and adhesive with injection of a polymer resin, It is possible to solve the problem of the breakdown of the insulating layer. In addition, it is possible to prevent the conventional leakage and leakage problems by eliminating the method of assembling the various parts with the adhesive and integrating them with the polymer resin.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는 바, 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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Modified forms are also included within the scope of the present invention.

도 1은 종래의 비관통형 엔드플레이트를 도시한 사시도이다. 1 is a perspective view showing a conventional non-through type end plate.

도 2는 종래의 엔드플레이트를 분해하여 도시한 단면도이다. Fig. 2 is a cross-sectional view of a conventional end plate.

도 3은 본 발명에 따른 비관통형 엔드플레이트의 구성을 도시한 절개사시도이다.3 is an exploded perspective view showing a configuration of a non-through type end plate according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 관통형 및 비관통형 엔드플레이트를 도시한 정면도이다.4 is a front view showing the through-type and non-through type end plates according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 엔드플레이트에서 고분자 수지(수지몰딩부) 내부에 인서트되는 플레이트-집전판 조립체를 도시한 분리사시도이다.5 is an exploded perspective view showing a plate-current collecting plate assembly inserted into a polymer resin (resin molding portion) in an end plate according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 엔드플레이트의 제조 과정을 설명하는 도면이다.6 is a view for explaining the manufacturing process of the end plate according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>Description of the Related Art

100 : 엔드플레이트 101 : 플레이트-집전판 조립체100: end plate 101: plate-current plate assembly

102 : 매니폴드 110 : 지지플레이트102: manifold 110: support plate

111 : 매니폴드용 홀 112 : 단자홀 111: Hole for manifold 112: Terminal hole

120 : 집전판 121 : 단자120: collector plate 121: terminal

130 : 절연플레이트 131 : 단자삽입부130: insulating plate 131: terminal inserting portion

140 : 몰딩수지부140: Molding resin part

Claims (3)

엔드플레이트에 삽입되는 강성 유지용 지지플레이트와 단자가 형성된 집전판을 제조하는 단계와; The method comprising the steps of: fabricating a rigid holding plate and a current collector plate to be inserted into the end plate; 고분자 수지를 사출 성형하여 상기 집전판의 단자가 삽입되는 단자삽입부가 형성된 절연플레이트를 제조하는 단계와;Forming an insulation plate on which a terminal insert is inserted by inserting a polymer resin into the terminal of the current collector; 상기 지지플레이트와 집전판이 분리 절연되도록 지지플레이트와 집전판 사이에 상기 절연플레이트를 개재하여 플레이트-집전판 조립체를 조립하는 단계와;Assembling the plate-current collecting plate assembly through the insulating plate between the supporting plate and the current collecting plate so that the supporting plate and the current collecting plate are separated and insulated; 상기 플레이트-집전판 조립체를 사출성형기의 금형 내부에 삽입하는 단계와;Inserting the plate-current collecting plate assembly into a mold of an injection molding machine; 상기 집전판의 단자와 셀 접속면을 노출시킨 상태로 하여 상기 플레이트-집전판 조립체의 외표면 전체를 둘러싸도록 고분자 수지를 사출 성형하는 단계;Molding the polymer resin so as to surround the entire outer surface of the plate-current collecting plate assembly while exposing the terminal and the cell connecting surface of the current collector plate; 를 포함하는 연료전지 스택용 엔드플레이트의 제조 방법.And an end plate for a fuel cell stack. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 플레이트-집전판 조립체를 조립하는 단계에서, 상기 집전판의 단자를 절연플레이트의 단자삽입부에 삽입하고, 상기 단자가 삽입된 집전판의 단자삽입부를 지지플레이트에 형성한 단자홀에 삽입하여, 상기 단자삽입부가 절연을 위해 지지플레이트의 단자홀과 집전판의 단자 사이에 개재되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드플레이트의 제조 방법.The terminal of the current collecting plate is inserted into the terminal inserting portion of the insulating plate and the terminal inserting portion of the current collecting plate into which the terminal is inserted is inserted into the terminal hole formed in the supporting plate, And the terminal inserting portion is interposed between the terminal hole of the support plate and the terminal of the current collecting plate for insulation. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 집전판을 제조하는 단계에서 집전판의 가장자리 끝면은 단자가 형성된 집전판의 전면에 대하여 예각을 형성하도록 경사면으로 가공하여, In the step of fabricating the current collector plate, the edge surface of the current collector plate is processed to be inclined so as to form an acute angle with respect to the entire surface of the current collector plate on which the terminals are formed, 상기 고분자 수지를 사출 성형하는 단계에서 상기 집전판의 가장자리 끝면에 몰딩되는 고분자 수지가 집전판의 분리를 방지하는 걸림턱 역할을 하도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드플레이트의 제조 방법.Wherein the polymer resin molded on the edge surface of the current collector plate in the step of injection molding the polymer resin serves as a latching protrusion for preventing separation of the current collector plate.
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