KR101567093B1

KR101567093B1 - 연료전지스택의 셀 전압측정 구조

Info

Publication number: KR101567093B1
Application number: KR1020090119045A
Authority: KR
Inventors: 유정한; 금영범; 김세훈; 서정도; 정귀성; 김덕환
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2015-11-13
Also published as: KR20110062347A

Abstract

본 발명은 연료전지스택에 하나의 열만을 형성하도록, 각 분리판의 전압측정을 위한 부분이 1곳에만 구비되어, 보다 간단한 분리판 구조를 가지면서도, 전압 측정에 사용되는 커넥터의 조립이 용이하고 견고하게 이루어질 수 있으며, 오조립의 가능성을 대폭적으로 저감시킬 수 있도록 하며, 보다 안정된 전압 모니터링 상태를 구현할 수 있도록 한다.

분리판, 스택, 전압, 커넥터

Description

연료전지스택의 셀 전압측정 구조{Cell Voltage Monitoring Structure of Fuel Cell Stack}

본 발명은 연료전지스택의 셀 전압측정 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지스택을 이루는 각 셀의 분리판들을 통해 각 셀의 전압을 측정할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

연료전지스택은 막전극어셈블리(MEA: Membrane Electrode Assembly)와 분리판으로 이루어직 각 셀들이 직렬로 적층되어 이루어지며, 각 분리판에서의 전위차를 측정 및 모니터링 함으로써, 연료전지스택의 상태를 파악할 수 있다.

종래 상기 연료전지스택의 셀 전압을 측정하기 위한 구조로는, 각 분리판에 적어도 2개 이상의 전압측정부를 구비하여, 연료전지스택에서 상기 전압측정부들이 이루는 2개 이상의 열에 차례로 교번하여 측정커넥터를 연결하는 구조가 사용되고 있다.

상기와 같이 적어도 2개 이상의 전압측정부를 구비하고, 이것들이 이루는 열에 차례로 교번하여 측정커넥터를 연결하도록 하는 이유는, 각 분리판 사이의 간격이 좁기 때문에, 하나의 전압측정부가 이루는 하나의 열에 모든 측정커넥터를 연결하는 것이 용이하지 않기 때문이다.

그러나, 상기한 바와 같이 2개 이상의 전압측정부가 이루는 열에 교번하여 측정커넥터를 연결하는 방식은, 작업자가 상기 측정커넥터를 정확한 위치에 꽂는 데에 세심한 주의가 필요하여, 오조립의 가능성이 많고, 상기 분리판 구조의 복잡화를 초래하는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연료전지스택에 하나의 열만을 형성하도록, 각 분리판의 전압측정을 위한 부분이 1곳에만 구비되어, 보다 간단한 분리판 구조를 가지면서도, 전압 측정에 사용되는 커넥터의 조립이 용이하고 견고하게 이루어질 수 있으며, 오조립의 가능성을 대폭적으로 저감시킬 수 있도록 한 연료전지스택의 셀 전압측정 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 연료전지스택의 셀 전압측정 구조는

분리판의 외곽 일부가 돌출되어 형성된 측정돌출부와;

상기 측정돌출부를 감싸도록 상기 측정돌출부들이 적층된 방향에 수직한 방향의 상대 변위에 의해 서로 결합되며, 상기 측정돌출부와 전기적으로 연결되는 단자를 적어도 1개 이상씩 각각 구비한 제1커넥터 및 제2커넥터;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 제1실시예를 설명하고, 도 6 내지 도 10은 본 발명의 제2실시예를 설명한 것으로서, 상기 제1실시예와 제2실시예는 공통적으로, 분리판(1)의 외곽 일부가 돌출되어 형성된 측정돌출부(3)와, 상기 측정돌출부(3)를 감싸도록 상기 측정돌출부(3)들이 적층된 방향에 수직한 방향의 상대 변위에 의해 서로 결합되며, 상기 측정돌출부(3)와 전기적으로 연결되는 단자를 적어도 1개 이상씩 각각 구비한 제1커넥터(5) 및 제2커넥터(7)를 포함하여 구성된다.

상기 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)는 상기 측정돌출부(3)들이 적층된 방향을 따라 각각 복수개가 배치되며, 상기 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)는 서로 교번하여 연쇄적으로 연결된 구조이다.

즉, 도시된 바와 같이 제1커넥터(5)는 제2커넥터(7)에 연결되고, 상기 제2커넥터(7)는 상기 제1커넥터(5)에 인접한 다른 제1커넥터(5)에 연결되는 방식으로 계속해서 연결되는 것이다.

상기 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)에는 상기 측정돌출부(3)가 삽입되는 적어도 1개 이상씩의 삽입홈(9)이 구비되고, 상기 일련의 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)는 상기 삽입홈(9)들이 서로 균일한 간격으로 연속적으로 배치되도록 연결되어 있다.

따라서, 측정 대상 연료전지스택의 분리판(1)에 구비된 상기 측정돌출부(3)들은 하나의 삽입홈(9)에 하나의 측정돌출부(3)가 삽입되는 방식으로 상기 일련의 제1커넥터(5) 및 제2커넥터(7)에 결합되게 된다.

본 실시예들에서는 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)에 각각 에 5개의 삽입홈(9)이 구비되어, 예컨대 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)가 각각 2개씩 총 4개가 일련의 연쇄적인 연결을 이루고 있는 경우에, 총 20개의 일련의 측정돌출부(3)가 상기 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)들에 결합되도록 되어 있다.

상기 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)에는 물론, 상기와 같이 삽입홈(9)에 삽입된 측정돌출부(3)와 각각 전기적이 접촉이 이루어지도록 다수의 단자가 구비되는 바, 상기 단자는 공지된 기술과 같이 예컨대 절곡된 구리판 등으로 구성할 수 있을 것이며, 상기 각 단자는 물론, 도면에 예시된 바와 같은 케이블(19)을 통해 측정기기로 연결되게 된다.

참고로, 상기 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)에 형성된 구멍은 상기 단자를 설치하기 위해 형성된 것이다.

이상의 구성은 상기 제1실시예와 상기 제2실시예가 모두 공통이며, 이외에 상기 제1실시예는 상기 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)가 상기 측정돌출부(3)의 양측면으로부터 중앙을 향하는 상대변위에 의해 서로 결합되도록, 상기 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)에 서로 스냅핏(snap fit) 결합되기 위한 스냅핏돌기(11)와 스냅핏걸림부(13)가 상대적으로 형성된 구조를 가진다.

상기 제1커넥터(5)에는 상기 스냅핏걸림부(13)가 상기 측정돌출부(3)의 적층방향을 따라 2개 이상 배치되고, 상기 제2커넥터(7)에는 상기 스냅핏돌기(11)가 상기 측정돌출부(3)의 적층방향을 따라 2개 이상 배치된 구조이다.

따라서, 상기 제1커넥터(5)들을 도 1에 도시된 바와 같이 측정돌출부(3)들의 상측에 배치시킨 상태에서 하측으로부터 제2커넥터(7)들을 끼워 넣음으로써, 일련의 측정돌출부(3)들에 각 커넥터들에 구비된 각 단자와 일대일 접촉이 이루어지도록 하면서 결합이 이루어지게 되며, 상기와 같은 결합 작업에 있어서, 상기 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)가 서로 정위치로 결합되지 않으면 결합 자체가 이루어지지 않고, 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)가 서로 인접하여 연쇄적으로 연결되므로 조립이 용이하고, 오조립의 가능성이 완전히 배제되게 된다.

참고로, 도 1 및 도 6에서 상기 측정돌출부(3)가 돌출된 방향은 X방향이 되고, 상기 측정돌출부(3)의 적층방향은 Y방향이며, 상기 제1실시예에서 상기 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)가 결합되도록 하는 상대변위는 Z방향으로 이루어지며, 후술하는 바와 같이 상기 제2실시예에서 상기 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)가 결합되도록 하는 상대변위는 -X방향으로 이루어진다.

상기 제1실시예와 다소 다른 제2실시예를 도 6 내지 도 10을 참조로 살펴보면, 상기 제1실시예와 공통적인 특징 이외에, 제2실시예는 상기 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)가 상기 측정돌출부(3)의 돌출방향의 반대방향을 향하는 상대변위에 의해 서로 결합되도록, 상기 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)에 서로 스냅핏 결합되기 위한 스냅핏돌기(11)와 스냅핏걸림부(13)가 상대적으로 형성된 구조이다.

즉, 제2실시예는 상기 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)가 서로 결합되는 방향이 상기 제1실시예와 다르며, 그에 따라 스냅핏돌기(11)와 스냅핏걸림부(13)의 형상 및 구조에 변화가 있는 것이다.

본 실시예에서, 상기 제1커넥터(5)에는 상기 스냅핏걸림부(13)가 구비되고, 상기 제2커넥터(7)에는 인접한 두 제1커넥터(5)의 스냅핏걸림부(13)에 함께 걸리는 스냅핏돌기(11)가 구비된 구조이다.

즉, 상기 제2커넥터(7)의 스냅핏돌기(11)는 하나가 두 개의 제1커넥터(5)와 결합될 수 있도록 형성된 것이다.

한편, 상기 제1실시예와 제2실시예의 구조적 전제가 되는 상기 분리판(1)의 측정돌출부(3) 형상은, 상기 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 측정돌출부(3)의 양측면 중 어느 일측에 상기 제1커넥터(5) 또는 제2커넥터(7)가 걸리도록 걸림홈(15)이 구비된 구조로 할 수 있다.

따라서, 상기 제1커넥터(5) 또는 제2커넥터(7)에는 상기 걸림홈(15)에 걸려서 도면상 X방향으로의 이탈에 제한을 줄 수 있도록 하는 돌기가 구비되도록 하여, 상기 측정돌출부(3)와의 결합을 보다 견고히 함으로써, 보다 안정된 셀 전압 모니터링 상태를 확보하도록 할 수 있다. 참고로 본 실시예들에서는 상기 돌기를 구비하지 않고 있다.

물론, 도 11에 별도로 예시한 바와 같이 상기 측정돌출부(3)의 양측면에는 상기 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)가 각각 걸리는 걸림홈(15)이 구비되도록 하여,

보다 견고하고 안정되게 제1커넥터(5)와 제2커넥터(7)를 상기 측정돌출부(3)에 결합시키도록 할 수도 있을 것이다.

참고로, 도 12에는 상기 측정돌출부(3)에 걸림홈(15)이 형성되지 않은 예를 개시하고 있는바, 본 발명은 이와 같이 걸림홈(15)이 구비되지 않은 구조의 측정돌출부(3)에도 사용될 수 있음은 물론이다.

상기 측정돌출부(3)는 상기 분리판(1)과 동일한 평면상으로 돌출되어 형성되고, 상기 측정돌출부(3)는 하나의 분리판(1)에 하나만 돌출되어 형성된다.

또한, 도면에 예시한 바와 같이 상기 측정돌출부(3)에는 각종 정보를 표현하는 인덱스(17)가 표시되도록 하여 연료전지스택의 관리 등에 필요한 각종 정보 등을 기입하여 유용하게 활용하도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제1실시예를 설명한 도면,

도 2는 도 1의 요부 상세도,

도 3은 도 2의 제1커넥터와 제2커넥터들의 배면도,

도 4는 도 1의 제1커넥터의 구조를 설명한 도면,

도 5는 도 1의 제2커넥터의 구조를 설명한 도면,

도 6은 본 발명에 따른 제2실시예를 설명한 도면,

도 7는 도 6의 요부 상세도,

도 8은 도 7의 제1커넥터와 제2커넥터들의 배면도,

도 9는 도 6의 제1커넥터의 구조를 설명한 도면,

도 10는 도 6의 제2커넥터의 구조를 설명한 도면,

도 11과 도 12는 측정돌출부의 다른 실시예를 각각 설명한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 분리판 3; 측정돌출부

5; 제1커넥터 7; 제2커넥터

9; 삽입홈 11; 스냅핏돌기

13; 스냅핏걸림부 15; 걸림홈

17; 인덱스 19; 케이블

Claims

분리판의 외곽 일부가 돌출되어 형성된 측정돌출부와;

상기 측정돌출부를 감싸도록 상기 측정돌출부들이 적층된 방향에 수직한 방향의 상대 변위에 의해 서로 결합되며, 상기 측정돌출부와 전기적으로 연결되는 단자를 적어도 1개 이상씩 각각 구비한 제1커넥터 및 제2커넥터를 포함하며,

상기 제1커넥터와 제2커넥터는 상기 측정돌출부들이 적층된 방향을 따라 각각 복수개가 배치되며;

상기 제1커넥터와 제2커넥터는 서로 교번하여 연쇄적으로 연결되며,

상기 제1커넥터와 제2커넥터에는 상기 측정돌출부가 삽입되는 적어도 1개 이상씩의 삽입홈이 구비되고;

상기 일련의 제1커넥터와 제2커넥터는 상기 삽입홈들이 서로 균일한 간격으로 연속적으로 배치되도록 연결된 것

을 특징으로 하는 연료전지스택의 셀 전압측정 구조.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,

상기 제1커넥터와 제2커넥터가 상기 측정돌출부의 양측면으로부터 중앙을 향하는 상대변위에 의해 서로 결합되도록, 상기 제1커넥터와 제2커넥터에 서로 스냅핏 결합되기 위한 스냅핏돌기와 스냅핏걸림부가 상대적으로 형성된 것

을 특징으로 하는 연료전지스택의 셀 전압측정 구조.
청구항 4에 있어서,

상기 제1커넥터에는 상기 스냅핏걸림부가 상기 측정돌출부의 적층방향을 따라 2개 이상 배치되고;

상기 제2커넥터에는 상기 스냅핏돌기가 상기 측정돌출부의 적층방향을 따라 2개 이상 배치된 것

을 특징으로 하는 연료전지스택의 셀 전압측정 구조.
청구항 1에 있어서,

상기 제1커넥터와 제2커넥터가 상기 측정돌출부의 돌출방향의 반대방향을 향하는 상대변위에 의해 서로 결합되도록, 상기 제1커넥터와 제2커넥터에 서로 스냅핏 결합되기 위한 스냅핏돌기와 스냅핏걸림부가 상대적으로 형성된 것

을 특징으로 하는 연료전지스택의 셀 전압측정 구조.
청구항 6에 있어서,

상기 제1커넥터에는 상기 스냅핏걸림부가 구비되고;

상기 제2커넥터에는 인접한 두 제1커넥터의 스냅핏걸림부에 함께 걸리는 스냅핏돌기가 구비된 것

을 특징으로 하는 연료전지스택의 셀 전압측정 구조.
청구항 1, 4 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 측정돌출부의 양측면 중 어느 일측에는 상기 제1커넥터 또는 제2커넥터가 걸리도록 걸림홈이 구비된 것

을 특징으로 하는 연료전지스택의 셀 전압측정 구조.
청구항 1, 4 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 측정돌출부의 양측면에는 상기 제1커넥터와 제2커넥터가 각각 걸리는 걸림홈이 구비된 것

을 특징으로 하는 연료전지스택의 셀 전압측정 구조.
청구항 1, 4 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 측정돌출부는 상기 분리판과 동일한 평면상으로 돌출되어 형성되고;

상기 측정돌출부는 하나의 분리판에 하나만 돌출되어 형성되는 것

을 특징으로 하는 연료전지스택의 셀 전압측정 구조.
청구항 1, 4 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 측정돌출부에는 각종 정보를 표현하는 인덱스가 표시되는 것

을 특징으로 하는 연료전지스택의 셀 전압측정 구조.