KR101765588B1

KR101765588B1 - 연료전지 스택 조립 장치 및 그의 제어방법

Info

Publication number: KR101765588B1
Application number: KR1020150137067A
Authority: KR
Inventors: 이남구; 손경식; 조상현
Original assignee: 현대자동차 주식회사; 기아자동차 주식회사
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2017-08-07
Also published as: CN106560945A; CN106560945B; US9991546B2; DE102016213266A1; US20170092977A1; KR20170037437A

Abstract

연료전지 스택 조립 장치가 개시된다. 개시된 연료전지 스택 조립 장치는 ⅰ)복수 개의 가이드 바를 통해 연료전지들을 정렬하며 적층하는 적층 가이드 기구와, ⅱ)적층 가이드 기구에 대응하여 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되며, 적층 가이드 기구에 적층된 연료전지들을 가압하는 프레스유닛과, ⅲ)가이드 바에 구름 접촉하는 롤러를 포함하며, 프레스유닛에 설치되는 롤러 구조체와, ⅳ)가이드 바에 의해 롤러에 작용하는 하중을 감지하는 하중 감지부와, ⅴ)하중 감지부의 감지 신호를 근거로 가이드 바의 정위치 여부를 판단하며, 프레스유닛의 작동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

연료전지 스택 조립 장치 및 그의 제어방법 {FUEL CELL STACK ASSEMBLY DEVICE AND CONTROL METHOD}

본 발명의 실시예는 연료전지 스택 조립 장치 및 그의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적층된 연료전지 부품들을 가압하며, 연료전지 조립체로서의 스택을 조립하는 연료전지 스택 조립 장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, 연료전지 스택은 연료전지들에 의한 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 일종의 발전 장치로서, 일 예로 연료전지 차량에 적용되고 있다.

연료전지 스택은 수 백 단위의 연료전지들이 연속적으로 배열된 연료전지 조립체이다. 연료전지는 막-전극 어셈블리(MEA)를 사이에 두고 이의 양측에 분리판이 배치된 단위 셀이다. 연료전지들은 가압된 상태에서 엔드 플레이트 및 체결수단을 통해 체결될 수 있다.

이와 같은 연료전지 스택은, 연료전지들을 소정의 적층 가이드 기구(당 업계에서는 통상적으로 "카트리지" 라고도 한다)에 적층하며 정렬하고 그 적층된 연료전지들을 상하 측의 엔드 플레이트 사이에 두고 프레스로 가압하며, 체결수단을 통해 엔드 플레이트를 체결하는 공정을 거치며 조립될 수 있다.

종래 기술에서 적층 가이드 기구는 연료전지들의 정렬 오차가 발생하지 않게 그 연료전지들을 정렬하며 적층하기 위한 것으로서, 연료전지들을 가이드하며 정렬하는 가이드 바를 구비하고 있다. 예를 들면 적층 가이드 기구는 가이드 바의 상단이 자유 단으로 구비되고, 가이드 바의 하단이 바닥 측에 결합된 구조로 되어 있다.

그런데, 종래 기술에서는 적층 가이드 기구에 연료전지들을 적층하며 정렬할 때, 연료전지들이 정확한 위치에 적층되지 않고 설정된 정렬 오차 범위를 초과한 정렬도의 편차를 가지며 적층될 수 있다. 이러한 상태에서 연료전지들을 가압하는 경우에는 연료전지들의 정렬 오차로 인해 적층 가이드 기구의 가이드 바가 변형될 수 있다.

즉, 가이드 바는 하단이 적층 가이드 기구의 바닥 측에 결합되고, 상단이 별도로 지지되지 않은 구조이기 때문에, 연료전지들의 가압 시 그 연료전지들의 정렬 오차로 인해 좌굴 현상이 발생하며 외측 방향으로 변형될 수 있다.

따라서, 종래 기술에서는 적층 가이드 기구에 있어 연료전지들을 정렬하는 가이드 바의 역할을 제대로 수행하지 못하기 때문에, 연료전지들의 적층 불량에 의한 오조립이 발생할 수 있고, 연료전지들의 정렬 오차로 인해 연료전지 스택의 조립 불량이 증가할 수 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 간단한 구성으로 가이드 바의 정위치를 판단하며 연료전지들의 정렬 오차를 최소화 할 수 있도록 한 연료전지 스택 조립 장치 및 그의 제어방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치는, ⅰ)복수 개의 가이드 바를 통해 연료전지들을 정렬하며 적층하는 적층 가이드 기구와, ⅱ)상기 적층 가이드 기구에 대응하여 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되며, 상기 적층 가이드 기구에 적층된 연료전지들을 가압하는 프레스유닛과, ⅲ)상기 가이드 바에 구름 접촉하는 롤러를 포함하며, 상기 프레스유닛에 설치되는 롤러 구조체와, ⅳ)상기 가이드 바에 의해 롤러에 작용하는 하중을 감지하는 하중 감지부와, ⅴ)상기 하중 감지부의 감지 신호를 근거로 상기 가이드 바의 정위치 여부를 판단하며, 상기 프레스유닛의 작동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치에 있어서, 상기 프레스유닛은 프레스 프레임과, 상기 프레스 프레임에 설치되는 프레스 실린더와, 상기 프레스 실린더와 연결되는 프레스 바디를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치에 있어서, 상기 가이드 바는 내측 면을 통해 상기 연료전지들을 정렬할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치에 있어서, 상기 롤러는 상기 가이드 바의 외측 면에 구름 접촉할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치에 있어서, 상기 롤러 구조체는 상기 프레스유닛에 연결된 지지대에 모터를 통하여 편심 회전 가능하게 설치되는 회전판을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치에 있어서, 상기 롤러 구조체는 상기 회전판의 중심 측에 상기 롤러가 아이들 회전 가능하게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치에 있어서, 상기 모터는 구동축을 통하여 상기 회전판에 편심되게 결합될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치에 있어서, 상기 하중 감지부는 상기 모터의 전류값을 측정하며, 상기 롤러에 작용하는 하중에 의해 변하게 되는 이상 모터 전류값을 감지할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치은, ⅰ)복수 개의 가이드 바를 통해 연료전지들을 정렬하며 적층하는 적층 가이드 기구와, ⅱ)상기 적층 가이드 기구에 대응하여 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되며, 상기 적층 가이드 기구에 적층된 연료전지들을 가압하는 프레스유닛과, ⅲ)상기 가이드 바에 구름 접촉하는 롤러를 포함하며, 상기 프레스유닛에 설치되는 롤러 구조체와, ⅳ)상기 가이드 바에 의해 롤러에 작용하는 하중을 감지하는 하중 감지부와, ⅴ)상기 프레스유닛에 설치되며, 상기 가이드 바의 위치를 감지하는 위치 감지부와, ⅵ)상기 하중 감지부 및 위치 감지부의 감지 신호를 근거로 연료전지들의 정렬 오차값을 산출하고, 상기 정렬 오차값과 기준 오차 범위를 비교하여 상기 가이드 바의 정위치 여부를 판단하며, 상기 프레스유닛의 작동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치에 있어서, 상기 롤러는 상기 회전판의 중심 측에 아이들 회전 가능하게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치에 있어서, 상기 위치 감지부는 변위 센서를 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치의 제어방법은, (a) 프레스유닛에 하강 작동신호를 인가하고, (b) 모터에 제어신호를 인가하며 롤러 구조체를 편심 회전시키고, (c) 하중 감지부를 통해 상기 모터의 전류값을 측정하며, 상기 가이드 바를 통하여 상기 롤러에 작용하는 하중에 의해 변하는 이상 모터 전류값을 감지하고, (d) 상기 하중 감지부에 의해 감지된 실제 모터 전류값과 기 설정된 범위의 기준 모터 전류값을 비교하여 상기 가이드 바의 정 위치 여부를 판단하고, (e) 상기 가이드 바가 정 위치하고 있지 않은 것으로 판단되면, 프레스유닛에 상승 작동신호를 인가할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치의 제어방법은, 상기 실제 모터 전류값이 기준 모터 전류값을 만족하면, 상기 가이드 바가 정 위치하고 있는 것으로 판단할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치의 제어방법은, 상기 실제 모터 전류값이 기준 모터 전류값을 초과하면, 상기 가이드 바가 정 위치하고 있지 않은 것으로 판단할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치의 제어방법은, 상기 가이드 바가 정 위치하고 있는 것으로 판단되면, 상기 프레스유닛에 계속하여 하강 작동신호를 인가할 수 있다.

그리고,본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치의 제어방법은, (a) 프레스유닛에 하강 작동신호를 인가하고, (b) 모터에 제어신호를 인가하며 롤러 구조체를 편심 회전시키고, (c) 하중 감지부를 통해 상기 모터의 전류값을 측정하며, 상기 가이드 바를 통하여 상기 롤러에 작용하는 하중에 의해 변하는 이상 모터 전류값을 감지하고, (d) 위치 감지부를 통해 상기 가이드 바의 위치를 감지하고, (e) 상기 하중 감지부에 의해 감지된 실제 모터 전류값과 기 설정된 범위의 기준 모터 전류값을 비교하여 상기 실제 모터 전류값이 기준 모터 전류값을 초과하면, 상기 위치 감지부에 의해 감지된 상기 가이드 바의 위치값으로 연료전지들의 정렬 오차값을 산출하고, (f) 상기 정렬 오차값과 기 설정된 기준 오차 범위를 비교하여 상기 가이드 바의 정위치 여부를 판단하고, (g) 상기 가이드 바가 정 위치하고 있지 않은 것으로 판단되면, 프레스유닛에 상승 작동신호를 인가할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치의 제어방법은, {sin(가이드 바의 위치값)°× 가이드 바의 길이(mm)}의 수식에 의해 상기 정렬 오차값(mm)을 산출할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치의 제어방법은, 상기 정렬 오차값이 기준 오차 범위를 만족하면, 상기 가이드 바가 정 위치하고 있는 것으로 판단할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치의 제어방법은, 상기 정렬 오차값이 기준 오차 범위를 초과하면, 상기 가이드 바가 정 위치하고 있지 않은 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 간단한 구성으로 가이드 바의 정위치를 판단하며, 연료전지들의 정렬 오차를 최소화시킬 수 있으므로, 연료전지들의 적층 불량에 의한 연료전지 스택의 오조립을 방지할 수 있고, 연료전지들의 적층 정렬 오차로 인한 연료전지 스택의 조립 불량 발생을 방지할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치를 개략적으로 도시한 정면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치를 도시한 일부 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치를 도시한 평면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치에 적용되는 롤러 구조체를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우-차트이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우-차트이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치를 개략적으로 도시한 정면 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치(100)는 순차적으로 적층된 다수 매의 연료전지들(1)을 가압하고 체결하는 공정으로서 연료전지 스택을 조립하기 위한 것이다.

여기서, 상기 연료전지(1)는 예를 들어 음극 금속 분리판 및 양극 금속 분리판이 상호 접합된 분리판 부품과, 막-전극 어셈블리의 양측에 가스 확산층(GDL)이 접합된 MEA시트 부품을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치(100)는 연료전지들(1)을 순차적으로 정렬하며 적층한 상태에서 그 연료전지들(1)을 프레스로 가압하고, 체결수단을 통해 연료전지들(1)을 체결하며, 연료전지 스택을 조립할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치(100)는 간단한 구성으로 연료전지들(1)의 적층 정렬 오차를 최소화 할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치(100)는 기본적으로, 적층 가이드 기구(10), 프레스유닛(30), 롤러 구조체(50), 하중 감지부(70) 그리고 제어부(90)를 포함한다.

이하에서 설명될 연료전지 스택 조립 장치(100)의 각종 구성 요소들은 베이스 프레임(5)에 설치되는데, 그 베이스 프레임(5)은 각각의 구성 요소를 지지하는 것으로서, 하나의 프레임 또는 둘 이상의 구획된 프레임으로 구성될 수 있다.

상기 베이스 프레임(5)에는 각종 구성 요소들을 지지하기 위한 브라켓, 바아, 로드, 플레이트, 하우징, 케이스, 블록 등과 같은 각종 부속요소들을 포함할 수 있다.

그러나, 상기한 각종 부속요소들은 이하에서 설명될 연료전지 스택 조립 장치(100)의 구성 요소들을 베이스 프레임(5)에 설치하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 부속 요소들을 베이스 프레임(5)으로 통칭한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 적층 가이드 기구(10)는 연료전지들(1)을 상하 방향으로 정렬하며 적층하는 것으로서, 베이스 프레임(5) 상에서 소정의 이송경로를 따라 이송 가능하게 구비될 수 있다.

구체적으로, 상기 적층 가이드 기구(10)는 사각 형상의 바닥체(11)와, 바닥체(11)의 전후 방 가장자리 측에 각각 한 쌍으로 결합되며 상측 방향으로 배치되는 복수 개의 가이드 바(15)를 포함한다.

상기 바닥체(11)는 소정의 가이드 레일을 따라 이송 가능하게 구비되며, 가이드 바(15)는 사각 단면 형상으로 구비된다. 상기 가이드 바(15)의 상단은 자유 단으로 구비되고, 가이드 바(15)의 하단은 바닥체(11)의 전후 방 가장자리 측에 결합된다.

여기서, 상기 가이드 바(15)는 적층되는 연료전지들(1)의 가장자리 측을 내측 면을 통해 지지하며 그 연료전지들(1)을 정렬할 수 있다. 이하에서는 가이드 바(15)의 내측 면에 반대되는 면을 외측 면이라고 한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 프레스유닛(30)은 적층 가이드 기구(10)의 바닥체(11) 상에서 상측 방향으로 적층되며 가이드 바(15)에 의해 정렬된 연료전지들(1)을 가압하기 위한 것이다. 이러한 프레스유닛(30)은 프레스 프레임(31), 프레스 실린더(33) 및 프레스 바디(35)를 포함한다.

상기 프레스 프레임(31)은 베이스 프레임(5)에 설치된다. 상기 프레스 프레임(31)은 베이스 프레임(5)의 상면에 고정되게 설치되는 사각 형상의 하판(32a)과, 하판(32a)의 각 모서리 부분에 상하 방향으로 직립하게 설치되는 가이드 로드(32c)와, 가이드 로드(32c)의 상단부에 고정되게 설치되는 사각 형상의 상판(32d)을 포함한다. 여기서 상기한 바와 같은 적층 가이드 기구(10)는 가이드 레일을 따라 이송되며 프레스 프레임(31)의 하판(32a) 상에 위치하게 된다.

상기 가이드 로드(32c)는 프레스 바디(35)를 지지하며 상하 방향으로 안내하는 것으로, 이의 하단부는 하판(32a)의 각 모서리 부분에 결합되며, 상단부는 상판(32d)의 각 모서리 부분에 결합된다.

상기 프레스 실린더(33)는 프레스 프레임(31)의 상판(32d)에 설치되는 것으로, 그 상판(32d)을 관통하여 상하 방향으로 전진 및 후진 작동하는 작동 로드(34)를 포함하고 있다. 상기 프레스 실린더(33)는 공압 또는 유압 실린더일 수 있다.

그리고 상기 프레스 바디(35)는 프레스 프레임(31)의 하판(32a) 상에 위치한 적층 가이드 기구(10)에 적층되어 있는 연료전지들(1)을 실질적으로 가압하는 것으로서, 프레스 실린더(33)에 의해 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된다.

상기 프레스 바디(35)는 프레스 실린더(33)의 작동 로드(34) 선단에 연결되게 설치된다. 상기 프레스 바디(35)는 프레스 프레임(31)의 가이드 로드(32c)에 끼워지며, 프레스 실린더(33)의 작동 로드(34)의 전진 및 후진 작동에 의해 가이드 로드(32c)를 따라 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 롤러 구조체(50)는 적층 가이드 기구(10)에 적층된 연료전지들(1)을 가압하기 위해 프레스 바디(35)가 하강하는 때, 적층 가이드 기구(10)의 가이드 바(15)를 지지하기 위한 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치를 도시한 일부 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치를 도시한 평면 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치에 적용되는 롤러 구조체를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 상기 롤러 구조체(50)는 프레스 바디(35)에 연결되게 설치된다. 이러한 롤러 구조체(50)는 회전판(51)과 롤러(53)를 포함한다.

상기 회전판(51)은 프레스 바디(35)에 연결된 지지대(39)에 편심 회전 가능하게 설치된다. 상기 회전판(51)은 지지대(39)에 고정되게 구비된 모터(55)를 통하여 편심 회전한다. 상기 모터(55)는 구동축(57)을 통하여 회전판(51)의 중심에서 벗어난 위치에 편심되게 결합된다.

상기 롤러(53)는 회전판(51)의 중심에 회전 가능하게 설치된다. 상기 롤러(53)는 회전판(51)의 중심부에 무부하 상태로 아이들 회전 가능하게 설치된다. 상기 롤러(53)는 적층 가이드 기구(10)의 가이드 바(15)에 구름 접촉하는 바, 그 가이드 바(15)의 외측 면에 접촉하며 회전한다.

상기와 같이 롤러 구조체(50)의 회전판(51)을 모터(55)를 통하여 편심 회전 가능하게 설치한 이유는 프레스 바디(35)의 하강 시, 롤러(53)가 가이드 바(15)에 간섭되지 않게 하기 위함이다.

다른 이유로는 모터(55)의 기 설정된 회전각으로 회전판(51)을 편심 회전시키며 롤러(53)를 가이드 바(15)의 기 설정된 기준 위치에 정위치시키기 위함이다. 여기서, 상기 가이드 바(15)의 기준 위치라 함은 가이드 바(15)가 외측 방향으로 벌어지지 않고, 적층 가이드 기구(10)의 바닥체(11)에 대해 정 수직 상태를 유지하는 위치를 의미한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 하중 감지부(70)는 도 1에서와 같이 프레스 바디(35)가 하강하며 연료전지들(1)의 가압이 진행되고, 롤러 구조체(50)의 회전판(51)을 모터(55)를 통하여 편심 회전시키는 때, 가이드 바(15)에 밀착되며 회전하는 롤러(53)에 인가되는 하중을 감지하기 위한 것이다.

즉, 상기 하중 감지부(70)는 프레스 바디(35)에 의해 연료전지들(1)의 가압이 진행될 때, 그 연료전지들(1)의 적층 오차에 의해 가이드 바(15)가 외측 방향으로 벌어지는 경우, 가이드 바(15)를 통하여 롤러(53)에 작용하는 하중을 감지한다.

예를 들면, 상기 하중 감지부(70)는 모터(55)의 전류값을 측정하며, 가이드 바(15)를 통하여 롤러(53)에 작용하는 하중에 의해 변하게 되는 이상 모터 전류값을 감지한다.

한편 본 발명의 실시예에서, 상기 제어부(90)는 연료전지 스택 조립 장치(100)의 전반적인 운용을 제어하는 것으로, 본 발명의 실시예에서는 하중 감지부(70)로부터 감지 신호를 제공받아 그 감지 신호를 근거로 가이드 바(15)의 정위치 여부를 판단하고, 프레스 바디(35)의 작동을 제어한다.

상기 제어부(90)의 제어 로직에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치의 제어방법을 통하여 뒤에서 더욱 자세하게 설명하기로 한다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치(100)의 제어방법 및 이를 이용한 연료전지 스택의 전반적인 조립 과정을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치의 제어방법을 설명하기 위한 플로우-차트이다.

도 5 및 앞서 개시한 도면들을 참조하면, 우선 본 발명의 실시예에서는 연료전지 적층 공정에서 연료전지들(1)을 적층 가이드 기구(10)에 적층하고, 그 적층 가이드 기구(10)를 프레스 프레임(31)의 하판(32a) 상으로 이송시킨 상태에 있다. 이때 상기 연료전지들(1)은 가이드 바(15)에 의해 적층 가이드 기구(10)에 정렬된 상태를 유지하고 있다(S11 단계).

이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 제어부(90)를 통해 프레스 실린더(31)에 하강 작동신호를 인가하여 그 프레스 실린더(31)의 작동으로 프레스 바디(35)를 하강시킨다(S12 단계). 이에 따라 본 발명의 실시예에서는 프레스 바디(35)에 의한 연료전지들(1)의 가압이 진행된다.

이러는 과정에, 본 발명의 실시예에서는 모터(55)에 제어신호를 인가하여 모터(55)를 작동시키며 그 모터(55)를 통해 롤러 구조체(50)의 회전판(51)을 회전시킨다. 그러면, 롤러 구조체(50)의 롤러(53)는 가이드 바(15)의 외측 면에 접촉되며 회전을 하게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 하중 감지부(70)를 통해 모터(55)의 전류값을 실시간으로 측정하며, 가이드 바(15)를 통하여 롤러(53)에 작용하는 하중에 의해 변하는 이상 모터 전류값을 감지하고 그 감지 신호를 제어부(90)로 출력한다(S13 단계).

그러면, 상기 제어부(90)에서는 하중 감지부(70)에 의해 감지된 실제 모터 전류값과 기 설정된 범위의 기준 모터 전류값을 비교하여 가이드 바(15)의 정 위치 여부를 판단한다(S14 단계).

상기 제어부(90)는 실제 모터 전류값과 기 설정된 범위의 기준 모터 전류값을 비교하여 실제 모터 전류값이 기준 모터 전류값을 초과하면, 가이드 바(15)가 정 위치하고 있지 않은 것으로 판단한다.

여기서, 상기 가이드 바(15)가 정 위치하고 있지 않은 경우라 함은 프레스 바디(35)에 의해 연료전지들(1)의 가압이 진행될 때, 그 연료전지들(1)의 적층 정렬 오차에 의해 가이드 바(15)가 외측 방향으로 벌어지며 변형된 상태를 의미한다.

상기와 같이 가이드 바(15)가 정 위치하고 있지 않은 것으로 판단되면, 제어부(90)는 프레스 실린더(33)에 상승 작동신호를 인가하여 그 프레스 실린더(33)를 통해 프레스 바디(35)를 상승시킨다(S15 단계).

그 후, 본 발명의 실시예에서는 연료전지들(1)이 적층되어 있는 적층 가이드 기구(10)를 연료전지 적층 공정으로 리턴시키며, 그 연료전지 적층 공정에서 연료전지들(1)을 다시 적층하는 과정을 거친다.

한편, 본 발명의 실시예에서 상기 제어부(90)는 실제 모터 전류값과 기 설정된 범위의 기준 모터 전류값을 비교하여, 실제 모터 전류값이 기준 모터 전류값을 만족하면, 가이드 바(15)가 정 위치하고 있는 것으로 판단한다.

그러면, 상기 제어부(90)는 프레스 실린더(33)에 계속하여 하강 작동신호를 인가하고, 그 프레스 실린더(33)를 통해 프레스 바디(35)를 계속하여 하강시킴으로써 연료전지들(1)을 가압한다(S16 단계).

이 후, 본 발명의 실시예에서는 프레스 바디(35)를 통해 연료전지들(1)을 가압한 상태에서, 그 연료전지들(1)의 적층체에 체결수단(도면에 도시되지 않은)을 장착하면(S17 단계), 연료전지 스택의 조립이 완료된다(S18 단계). 이렇게 연료전지 스택의 조립이 완료되면, 프레스 바디(35)는 프레스 실린더(33)에 의해 상승하며 원래의 위치로 되돌아간다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 조립장치(100) 및 그의 제어방법에 의하면, 간단한 구성으로 가이드 바(15)의 정위치를 판단하며, 연료전지들(1)의 정렬 오차를 최소화 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 연료전지들(1)의 적층 불량에 의한 연료전지 스택의 오조립을 방지할 수 있고, 연료전지들(1)의 적층 정렬 오차로 인한 연료전지 스택의 조립 불량 발생을 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치(200)는 전기 실시예의 구성을 기본으로 하면서, 적층 가이드 기구(10)의 가이드 바(15) 위치를 감지하는 위치 감지부(80)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 위치 감지부(80)는 프레스유닛(30)의 프레스 바디(35)에 설치되는 것으로, 예를 들면 가이드 바(15)의 위치(변형 정도)를 감지하며 그 감지 신호를 제어부(90)로 출력하는 변위 센서(81)를 포함한다. 이러한 변위 센서(81)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 변위 센서를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 연료전지 스택 조립 장치(200)의 나머지 구성은 전기 실시예에서와 같으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치(200)의 제어방법 및 이를 이용한 연료전지 스택의 전반적인 조립 과정을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택 조립 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우-차트이다.

도 6 및 도 7과 함께 앞서 개시한 도면들을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서 연료전지들(1)의 적층 과정, 프레스 바디(35)의 하강 과정, 하중 감지부(70)의 감지 과정은 전기 실시예에서의 S11~S13 단계와 같으므로 자세한 설명은 생략한다.

상기 S13 단계 이후, 본 발명의 실시예에서는 위치 감지부(80)의 변위 센서(81)를 통해 가이드 바(15)의 위치를 감지하고 그 감지 신호를 제어부(90)로 출력한다(S14 단계).

그러면, 상기 제어부(90)에서는 S15 단계에서와 같이, 하중 감지부(70)에 의해 감지된 실제 모터 전류값과 기 설정된 범위의 기준 모터 전류값을 비교하여, 실제 모터 전류값이 기준 모터 전류값을 초과하면, 변위 센서(81)에 의해 감지된 가이드 바(15)의 위치값으로 연료전지들(1)의 정렬 오차값을 산출한다(S16 단계). 여기서, 상기 제어부(90)는 {sin(가이드 바의 위치값)°× 가이드 바의 길이(mm)}의 수식에 의해 연료전지들(1)의 정렬 오차값을 산출할 수 있다.

그 후, 상기 제어부(90)는 정렬 오차값과 기 설정된 기준 오차 범위를 비교하여 가이드 바(15)의 정위치 여부를 판단한다(S17 단계).

상기 제어부(90)는 정렬 오차값과 기 설정된 기준 오차 범위를 비교하여, 그 정렬 오차값이 기준 오차 범위를 초과하면, 가이드 바(15)가 정 위치하고 있지 않은 것으로 판단한다.

상기와 같이 가이드 바(15)가 정 위치하고 있지 않은 것으로 판단되면, 제어부(90)는 프레스 실린더(33)에 상승 작동신호를 인가하여 그 프레스 실린더(33)를 통해 프레스 바디(35)를 상승시킨다(S18 단계).

그리고, 상기 제어부(90)는 정렬 오차값과 기 설정된 기준 오차 범위를 비교하여, 그 정렬 오차값이 기준 오차 범위를 만족하면, 가이드 바(15)가 정 위치하고 있는 것으로 판단한다.

이 후, 연료전지들(1)의 가압 과정, 체결수단 장착 과정 및 연료전지 스택 조립 완료 과정(S19~S21 단계)은 전기 실시예와 같고, 본 발명의 다른 실시예에서의 작용 효과 또한 전기 실시예와 같으므로 자세한 설명은 생략한다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

1... 연료전지 5... 베이스 프레임
10... 적층 가이드 기구 11... 바닥체
15... 가이드 바 30... 프레스유닛
31... 프레스 프레임 32a... 하판
32c... 가이드 로드 32d... 상판
33... 프레스 실린더 34... 작동 로드
35... 프레스 바디 39... 지지대
50... 롤러 구조체 51... 회전판
53... 롤러 55... 모터
57... 구동축 70... 하중 감지부
80... 위치 감지부 90... 제어부

Claims

복수 개의 가이드 바를 통해 연료전지들을 정렬하며 적층하는 적층 가이드 기구;
상기 적층 가이드 기구에 대응하여 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되며, 상기 적층 가이드 기구에 적층된 연료전지들을 가압하는 프레스유닛;
상기 가이드 바에 구름 접촉하는 롤러를 포함하며, 상기 프레스유닛에 설치되는 롤러 구조체;
상기 가이드 바에 의해 롤러에 작용하는 하중을 감지하는 하중 감지부; 및
상기 하중 감지부의 감지 신호를 근거로 상기 가이드 바의 정위치 여부를 판단하며, 상기 프레스유닛의 작동을 제어하는 제어부;
를 포함하는 연료전지 스택 조립 장치.
제1 항에 있어서,
상기 프레스유닛은,
프레스 프레임과, 상기 프레스 프레임에 설치되는 프레스 실린더와, 상기 프레스 실린더와 연결되는 프레스 바디를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 조립 장치.
제1 항에 있어서,
상기 가이드 바는 내측 면을 통해 상기 연료전지들을 정렬하며,
상기 롤러는 상기 가이드 바의 외측 면에 구름 접촉하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 조립 장치.
제1 항에 있어서,
상기 롤러 구조체는,
상기 프레스유닛에 연결된 지지대에 모터를 통하여 편심 회전 가능하게 설치되는 회전판을 포함하며,
상기 회전판의 중심 측에 상기 롤러가 아이들 회전 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 조립 장치.
제4 항에 있어서,
상기 모터는 구동축을 통하여 상기 회전판에 편심되게 결합되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 조립 장치.
제4 항에 있어서,
상기 하중 감지부는,
상기 모터의 전류값을 측정하며, 상기 롤러에 작용하는 하중에 의해 변하게 되는 이상 모터 전류값을 감지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 조립 장치.
복수 개의 가이드 바를 통해 연료전지들을 정렬하며 적층하는 적층 가이드 기구;
상기 적층 가이드 기구에 대응하여 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되며, 상기 적층 가이드 기구에 적층된 연료전지들을 가압하는 프레스유닛;
상기 가이드 바에 구름 접촉하는 롤러를 포함하며, 상기 프레스유닛에 설치되는 롤러 구조체;
상기 가이드 바에 의해 롤러에 작용하는 하중을 감지하는 하중 감지부;
상기 프레스유닛에 설치되며, 상기 가이드 바의 위치를 감지하는 위치 감지부; 및
상기 하중 감지부 및 위치 감지부의 감지 신호를 근거로 연료전지들의 정렬 오차값을 산출하고, 상기 정렬 오차값과 기준 오차 범위를 비교하여 상기 가이드 바의 정위치 여부를 판단하며, 상기 프레스유닛의 작동을 제어하는 제어부;
를 포함하는 연료전지 스택 조립 장치.
제7 항에 있어서,
상기 롤러 구조체는 상기 프레스유닛에 연결된 지지대에 모터를 통하여 편심 회전 가능하게 설치되는 회전판을 포함하며,
상기 롤러는 상기 회전판의 중심 측에 아이들 회전 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 조립 장치.
제8 항에 있어서,
상기 하중 감지부는 상기 모터의 전류값을 측정하며, 상기 롤러에 작용하는 하중에 의해 변하게 되는 이상 모터 전류값을 감지하고,
상기 위치 감지부는 변위 센서인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 조립 장치.
적층 가이드 기구의 가이드 바를 통하여 적층된 연료전지들을 가압하며 조립하는 청구항 1 내지 6 중에서 선택되는 어느 하나의 연료전지 스택 조립장치의 제어방법으로서,
프레스유닛에 하강 작동신호를 인가하고;
모터에 제어신호를 인가하며 롤러 구조체를 편심 회전시키고;
하중 감지부를 통해 상기 모터의 전류값을 측정하며, 상기 가이드 바를 통하여 상기 롤러 구조체의 롤러에 작용하는 하중에 의해 변하는 이상 모터 전류값을 감지하고;
상기 하중 감지부에 의해 감지된 실제 모터 전류값과 기 설정된 범위의 기준 모터 전류값을 비교하여 상기 가이드 바의 정 위치 여부를 판단하고;
상기 가이드 바가 정 위치하고 있지 않은 것으로 판단되면, 프레스유닛에 상승 작동신호를 인가하는 연료전지 스택 조립 장치의 제어방법.
제10 항에 있어서,
상기 실제 모터 전류값이 기준 모터 전류값을 만족하면, 상기 가이드 바가 정 위치하고 있는 것으로 판단하고,
상기 실제 모터 전류값이 기준 모터 전류값을 초과하면, 상기 가이드 바가 정 위치하고 있지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 조립 장치의 제어방법.
제11 항에 있어서,
상기 가이드 바가 정 위치하고 있는 것으로 판단되면,
상기 프레스유닛에 계속하여 하강 작동신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 조립 장치의 제어방법.
적층 가이드 기구의 가이드 바를 통하여 적층된 연료전지들을 가압하며 조립하는 청구항 7 내지 9 중에서 선택되는 어느 하나의 연료전지 스택 조립장치의 제어방법으로서,
프레스유닛에 하강 작동신호를 인가하고;
모터에 제어신호를 인가하며 롤러 구조체를 편심 회전시키고;
하중 감지부를 통해 상기 모터의 전류값을 측정하며, 상기 가이드 바를 통하여 상기 롤러에 작용하는 하중에 의해 변하는 이상 모터 전류값을 감지하고;
위치 감지부를 통해 상기 가이드 바의 위치를 감지하고;
상기 하중 감지부에 의해 감지된 실제 모터 전류값과 기 설정된 범위의 기준 모터 전류값을 비교하여 상기 실제 모터 전류값이 기준 모터 전류값을 초과하면, 상기 위치 감지부에 의해 감지된 상기 가이드 바의 위치값으로 연료전지들의 정렬 오차값을 산출하고;
상기 정렬 오차값과 기 설정된 기준 오차 범위를 비교하여 상기 가이드 바의 정위치 여부를 판단하고;
상기 가이드 바가 정 위치하고 있지 않은 것으로 판단되면, 프레스유닛에 상승 작동신호를 인가하는 연료전지 스택 조립 장치의 제어방법.
제13 항에 있어서,
{sin(가이드 바의 위치값)°× 가이드 바의 길이(mm)}의 수식에 의해 상기 정렬 오차값(mm)을 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 조립 장치의 제어방법.
제13 항에 있어서,
상기 정렬 오차값이 기준 오차 범위를 만족하면, 상기 가이드 바가 정 위치하고 있는 것으로 판단하고,
상기 정렬 오차값이 기준 오차 범위를 초과하면, 상기 가이드 바가 정 위치하고 있지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 조립 장치의 제어방법.
제13 항에 있어서,
상기 가이드 바가 정 위치하고 있는 것으로 판단되면,
상기 프레스유닛에 계속하여 하강 작동신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 조립 장치의 제어방법.