KR102659055B1 - 셀 모니터링 커넥터 및 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지 - Google Patents

셀 모니터링 커넥터 및 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지 Download PDF

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Abstract

실시 예에 의하면, 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지는 제1 방향으로 서로 이격되어 배치되며, 각각이 수용홈을 측부에 갖는 복수의 분리판 및 복수의 분리판의 수용홈 주변에 배치되며, 걸쇠 형상을 갖는 복수의 가스켓을 포함하고, 셀 모니터링 커넥터는 복수의 분리판의 수용홈에 의해 정의되는 수용 공간에 적어도 일부가 수용되는 하우징 및 하우징에 삽입되어 복수의 분리판과 접속하는 복수의 연결 단자를 포함하고, 하우징은 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 수용 공간에 삽입되어 적어도 일부가 수용되는 몸체 및 가압에 의해 제1 및 제2 방향 각각과 교차하는 제3 방향으로 이동하여 걸쇠 형상의 가스켓에 걸리거나 이탈 가능한 걸림턱을 갖는 레버부를 포함한다.

Description

셀 모니터링 커넥터 및 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지{Cell monitoring connector and fuel cell capable of detaching the same}
실시 예는 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지에 관한 것이다.
연료 전지 스택은 고분자 전해질막 기준으로 한쪽 면에는 공기를 공급받고 다른 면으로는 수소를 공급받아 전기 화학 반응에 발생하는 전력을 외부 부하로 공급할 수 있다.
연료 전지 스택은 수 백장의 셀이 적층된 구조를 가질 수 있다. 연료 전지 스택의 운전 중 단위 셀이 정상적으로 작동한다면, 단위 셀은 정해진 볼트의 전압을 형성할 수 있다. 이때, 수 백장의 셀 중 한 셀이라도 정상적인 성능을 발현하지 못할 경우, 연료 전지 스택의 전체 출력 저하가 생기고 이러한 역전압 현상이 지속되면 연료 전지 스택의 운전을 중단해야 한다. 셀 모니터링 커넥터는 셀의 상태를 체크하고, 셀의 전압을 지속적으로 모니터링한다. 이를 위해, 셀 모니터링 커넥터는 연료 전지 스택의 각 단위 셀의 전압을 체크하기 위해 셀에 전기적으로 접촉할 수 있다. 이러한 셀 모니터링 커넥터와 연료 전지 스택 간의 전기적인 접속을 위한 다양한 구조가 연구되고 있다.
실시 예는 쉽고 빠르고 간단하게 분리되고 장착될 수 있는 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지를 제공한다.
실시 예에 의하면, 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지는, 제1 방향으로 서로 이격되어 배치되며, 각각이 수용홈을 측부에 갖는 복수의 분리판; 및 상기 복수의 분리판의 상기 수용홈 주변에 배치되며, 걸쇠 형상을 갖는 복수의 가스켓을 포함하고, 상기 셀 모니터링 커넥터는 상기 복수의 분리판의 상기 수용홈에 의해 정의되는 수용 공간에 적어도 일부가 수용되는 하우징; 및 상기 하우징에 삽입되어 상기 복수의 분리판과 접속하는 복수의 연결 단자를 포함하고, 상기 하우징은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 상기 수용 공간에 삽입되어 적어도 일부가 수용되는 몸체; 및 가압에 의해 상기 제1 및 제2 방향 각각과 교차하는 제3 방향으로 이동하여 상기 걸쇠 형상의 가스켓에 걸리거나 이탈 가능한 걸림턱을 갖는 레버부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 레버부는 상기 몸체의 양측에 각각 연결되는 복수의 레버부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 수용홈은 상기 복수의 분리판 각각의 외측 가장자리로부터 안쪽으로 함몰된 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 수용홈은 상기 제3 방향으로 서로 대향하는 제1 및 제2 측; 및 상기 제1 측과 제2 측의 사이에서 상기 셀 모니터링 커넥터와 대향하는 제3 측을 포함하고, 상기 복수의 분리판 각각에 형성된 상기 수용홈의 제1, 제2 및 제3 측은 상기 제1 방향으로 중첩될 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 가스켓은 상기 수용홈을 기준으로 상기 제3 방향으로 서로 마주하여 배치된 제1 및 제2 가스켓을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 및 제2 가스켓의 상기 걸쇠 형상은 상기 수용홈을 기준으로 상기 제3 방향으로 대칭일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 및 제2 가스켓 각각에서 상기 수용홈을 바라보는 제1 단부는 상기 수용홈의 상기 제1 및 제2 측으로부터 이격되고, 상기 제1 및 제2 가스켓 각각에서 분리판의 외측 가장자리를 바라보는 제2 단부는 상기 외측 가장 자리로부터 이격될 수 있다.
예를 들어, 상기 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지는 상기 복수의 분리판 각각에서 상기 수용홈의 제3 측의 주변에 배치된 유격 방지부를 더 포함하고, 상기복수의 분리판 각각은 상기 제1 가스켓이 배치되며, 상기 수용홈의 상기 제1 측과 접하는 제1 영역; 상기 제2 가스켓이 배치되며, 상기 수용홈의 상기 제2 측과 접하는 제2 영역; 및 상기 제1 및 제2 영역과 함께 상기 수용홈을 에워싸며, 상기 제3 측과 접하며, 상기 유격 방지부가 배치된 제3 영역을 포함하고, 상기 하우징의 상기 몸체는 상기 유격 방지부가 상기 제2 방향으로 삽입되는 유격 방지 홈을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 유격 방지부는 상기 분리판의 상기 제3 영역에 일자형으로 배치되며, 상기 제1 방향으로 돌출된 돌기 형상을 갖는 제3 가스켓을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 가스켓에서 상기 수용홈의 상기 제3 측을 바라보는 제3 단부는 상기 수용홈으로부터 이격될 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 레버부 각각은 상기 가압을 직접 받는 부분으로서 상기 몸체의 상측과 상기 제3 방향으로 이격된 제1 단부; 상기 몸체의 하측에 연결된 제2 단부; 및 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 배치되며 절곡된 형상을 가지며, 외측에 상기 걸림턱이 배치된 날개부를 포함하고, 상기 가압에 의해 상기 제1 단부와 상기 날개부의 걸림턱은 상기 제2 단부를 지지축으로 하여 상기 제3 방향으로 이동 가능할 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 레버부 각각의 상기 걸림턱은 상기 제1 방향으로 서로 일정한 간격으로 이격된 복수의 걸림턱을 포함하고, 상기 복수의 분리판 각각은 상기 복수의 걸림턱 사이의 제1 슬릿으로 끼워질 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 레버부는 절연성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 걸림턱 각각의 상기 제1 방향으로의 두께가 서로 동일하고, 상기 제1 슬릿의 상기 제1 방향으로의 폭이 서로 동일할 수 있다.
예를 들어, 상기 셀 모니터링 커넥터는 상기 하우징에 탈착 가능하며, 상기 하우징으로 삽입된 상기 연결 단자를 압입하는 TPA를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지에 의하면, 걸림턱이 제1 슬릿 각각에 끼워지는 분리판 각각을 전기적으로 서로 이격시켜 절연 역할을 함으로써, 인접하는 분리판이 서로 단락될 위험성이 제거될 수 있다.
또한, 복수의 걸림턱 각각의 제1 방향으로의 두께가 서로 동일하고, 제1 슬릿의 제1 방향으로의 폭이 서로 동일할 경우, 복수의 분리판이 제1 방향으로 균일하거나 동일한 간격으로 정렬될 수 있어, 복수의 분리판의 제1 방향으로의 적층 공차가 상쇄될 수 있고, 복수의 분리판의 정렬 상태가 양호해져서 수용 공간을 형성하는 복수의 수용홈의 배열이 어긋나지 않아 복수의 분리판에 셀 모니터링 커넥터를 조립하기 쉬워지고, 셀 모니터링 커넥터를 분리판에 장착할 때 수용홈의 제1, 제2 및 제3 측에 접하는 분리판의 내측 가장자리가 굴절(변형)되거나 손상됨을 방지할 수 있다.
또한, 실시 예에 의한 연료 전지가 차량에 탑재될 경우, 차량 주행에 따른 진동 및 충격에 의해 셀 모니터링 커넥터가 제3 방향으로 요동하면, 측정되는 전압값이 변동하는 등 신뢰성 있는 정확한 전압 값을 측정할 수 없을 뿐만 아니라 심할 경우 분리판으로부터 셀 모니터링 커넥터가 분리될 수도 있으나, 실시 예에 의하면, 유격 방지부의 역할을 하는 제3 가스켓과 유격 방지 홈을 마련하여 셀 모니터링 커넥터의 제3 방향으로의 유격을 방지하므로 이러한 제반 문제를 해소할 수 있다.
또한, 실시 예의 경우, 인접한 분리판이 서로 다른 섹션의 제2 슬릿에 교호적으로 끼워지므로, 인접한 분리판 사이의 제1 방향으로의 간격을 줄일 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 분리판과 접속하는 접속편의 접속 포인트가 서로 엇갈리게 위치하므로, 두 개의 접속편에 의해 형성된 제3 슬릿 안으로 분리판이 삽입되면, 분리판과 접속편과의 접촉력이 증가하고 분리판이 더욱 탄력적으로 지지되므로, 분리판이 초박막으로 구현되는 경우에도 연결 단자가 분리판으로부터 임의로 빠지지 않아 연결 단자의 유지력이 개선되어 제품에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 가압에 의해 셀 모니터링 커넥터의 걸림턱이 제1 및 제2 가스켓의 걸쇠 형상에 걸리거나 이탈 가능하여 고정되므로, CPA(Connector Position Assurance) 같은 별도의 장비의 도움없이 셀 모니터링 커넥터를 분리판에 탈착시킬 수 있으므로, 생산적인 측면과 사후 관리적인 측면에서 셀 모니터링 커넥터를 분리판에 체결하고 해체하는 데 소요되는 시간이 단축되어 조립성이 개선되고, 제조 비용이 절감되는 잇점도 있다.
도 1은 연료 전지에서 엔드 플레이트 및 셀 스택의 단면도를 나타낸다.
도 2는 실시 예에 의한 셀 모니터링 커넥터와 연료 전지에서 분리판의 결합 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 셀 모니터링 커넥터와 분리판의 분해 사시도를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 셀 모니터링 커넥터와 분리판의 부분 분해(또는, 결합) 사시도를 나타낸다.
도 5는 도 2 내지 도 4에 도시된 분리판을 제1 방향에서 바라본 도면을 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 실시 예에 의한 셀 모니터링 커넥터를 제1 방향에서 바라본 도면을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 실시 예에 의한 연결 단자의 사시도 및 평면도를 각각 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 하우징이 수용 공간에 삽입된 모습을 나타낸다.
도 9는 비교 례에 의한 셀 모니터링 커넥터가 장착된 연료 전지의 사시도를 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성요소(element)의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소(element)가 상기 두 구성요소(element) 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 구성요소(element)를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.
이하, 실시 예에 의한 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 편의상, 데카르트 좌표계(x축, y축, z축)를 이용하여 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지를 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 이를 설명할 수 있음은 물론이다. 또한, 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, x축, y축 및 z축은 서로 교차할 수도 있다. 아래의 설명에서, 제1 방향은 x축 방향을 의미하고, 제2 방향은 y축 방향을 의미하고, 제3 방향은 z축 방향을 의미하는 것으로 가정하며, 제1 내지 제3 방향은 서로 직교할 수도 있고 서로 교차할 수도 있다.
실시 예에 의한 연료 전지는 예를 들어, 차량 구동을 위한 전력 공급원으로 가장 많이 연구되고 있는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)일 수 있으나, 실시 예는 연료 전지의 특정한 형태에 국한되지 않는다.
연료 전지는 엔드 플레이트(end plate)(또는, 가압 플레이트 또는 압축판)(미도시) 및 셀 스택(cell stack)(미도시)을 포함할 수 있다.
이하, 셀 스택의 일 례를 도 1을 참조하여 다음과 같이 설명하지만, 실시 예는 셀 스택의 특정한 형태에 국한되지 않는다.
도 1은 연료 전지에서 엔드 플레이트 및 셀 스택의 단면도를 나타낸다.
셀 스택(122)은 제1 방향으로 적층된 복수의 단위 셀(122-1 내지 122-N)을 포함할 수 있다. 여기서, N은 1 이상의 양의 정수로서, 수십 내지 수백일 수 있다. N은 예를 들어, 100 내지 300, 바람직하게는 220일 수 있으나, 실시 예는 N의 특정한 수에 국한되지 않는다.
각 단위 셀(122-n)은 0.6 볼트 내지 1.0 볼트, 평균적으로 0.7볼트의 전기를 생성할 수 있다. 여기서, 1≤n≤N이다. 따라서, 연료 전지로부터 부하로 공급하고자 하는 전력의 세기에 따라 N이 결정될 수 있다. 여기서, 부하란, 연료 전지가 차량에 이용될 경우, 차량에서 전력을 요구하는 부분을 의미할 수 있다.
각 단위 셀(122-n)은 막전극 접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)(210), 가스 확산층(GDL:Gas Diffusion Layer)(222, 224), 가스켓(Gasket)(232, 234, 236) 및 분리판(또는, 바이폴라 플레이트(bipolar plate) 또는 세퍼레이터(separator))(242, 244)를 포함할 수 있다.
막전극 접합체(210)는 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매 전극층이 부착된 구조를 갖는다. 구체적으로, 막전극 접합체(210)는 고분자 전해질막(또는, 프로톤(proton) 교환막)(212), 연료극(또는, 수소극 또는 산화 전극)(214) 및 공기극(또는, 산소극 또는 환원 전극)(216)을 포함할 수 있다. 또한, 막전극 접합체(210)는 서브 가스켓(238)을 더 포함할 수도 있다.
고분자 전해질막(212)은 연료극(214)과 공기극(216) 사이에 배치된다.
연료 전지에서 연료인 수소는 제1 분리판(242)을 통해 연료극(214)으로 공급되고, 산화제인 산소를 포함하는 공기는 제2 분리판(244)을 통해 공기극(216)으로 공급될 수 있다.
연료극(214)으로 공급된 수소는 촉매에 의해 수소 이온(proton, H+)과 전자(electron, e-)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 고분자 전해질막(212)을 통과하여 공기극(216)으로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 분리판(242, 244)을 통해 공기극(216)으로 전달될 수 있다. 전술한 동작을 위해, 연료극(214)과 공기극(216) 각각에는 촉매층이 도포될 수 있다. 이와 같이, 전자의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하여 전류가 생성된다. 즉, 연료인 수소와 공기에 포함된 산소와의 전기 화학 반응에 의해, 연료 전지는 전력을 발생함을 알 수 있다.
공기극(216)에서는 고분자 전해질막(212)을 통해 공급된 수소 이온과 분리판(242, 244)을 통해 전달된 전자가 공기극(216)으로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물(또는, ‘응축수’ 또는 ‘생성수’)을 생성하는 반응을 일으킨다.
경우에 따라, 연료극(214)을 양극(anode)이라 칭하고 공기극(216)을 음극(cathode)이라고 칭하거나 이와 반대로 연료극(214)을 음극이라 칭하고 공기극(216)을 양극이라고 칭할 수도 있다.
가스 확산층(222, 224)은 반응 기체인 수소와 산소를 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 가스 확산층(222, 224)은 막전극 접합체(210)의 양측에 각각 배치될 수 있다. 즉, 제1 가스 확산층(222)은 연료극(214)의 좌측부에 배치되고, 제2 가스 확산층(224)은 공기극(216)의 우측부에 배치될 수 있다.
제1 가스 확산층(222)은 제1 분리판(242)을 통해 공급되는 반응 기체인 수소를 확산시켜 고르게 분포시키는 역할을 하며, 전기 전도성을 가질 수 있다. 제2 가스 확산층(224)은 제2 분리판(244)을 통해 공급되는 반응 기체인 공기를 확산시켜 고르게 분포시키는 역할을 하며, 전기 전도성을 가질 수 있다.
제1 및 제2 가스 확산층(222, 224) 각각은 미세한 카본 파이버(carbon fiber)들이 결합된 미세 기공층일 수 있으나, 실시 예는 제1 및 제2 가스층(222, 224)의 특정한 형태에 국한되지 않는다.
가스켓(232, 234, 236)은 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하며, 분리판(242, 244)을 적층할 때 응력을 분산시키며, 유로를 독립적으로 밀폐시키는 역할을 수행한다. 이와 같이, 가스켓(232, 234, 236)에 의해 기밀/수밀이 유지됨으로써 전력을 생성하는 셀 스택(122)과 인접한 면의 평탄도가 관리되어, 셀 스택(122)의 반응면에 균일한 면압 분포가 이루어질 수 있다. 이를 위해, 가스켓(232, 234, 236)은 고무로 구현될 수 있으나, 실시 예는 가스켓의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
분리판(242, 244)은 반응기체들 및 냉각매체를 이동시키는 역할과 복수의 단위 셀 각각을 다른 단위 셀과 분리시키는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 분리판(242, 244)은 막전극 접합체(210)와 가스 확산층(222, 224)을 구조적으로 지지하며, 발생한 전류를 수집하여 집전판(112)으로 전달하는 역할을 수행할 수도 있다.
분리판(242, 244)은 가스 확산층(222, 224)의 외측에 각각 배치될 수 있다. 즉, 제1 분리판(242)은 제1 가스 확산층(222)의 좌측에 배치되고, 제2 분리판(244)은 제2 가스 확산층(224)의 우측에 배치될 수 있다.
제1 분리판(242)은 반응 기체인 수소를 제1 가스 확산층(222)을 통해 연료극(214)으로 공급하는 역할을 한다. 제2 분리판(244)은 반응 기체인 공기를 제2 가스 확산층(224)을 통해 공기극(216)으로 공급하는 역할을 한다. 그 밖에, 제1 및 제2 분리판(242, 244) 각각은 냉각 매체(예를 들어, 냉각수)가 흐를 수 있는 채널을 형성할 수도 있다. 또한, 분리판(242, 244)은 흑연계, 복합 흑연계 또는 금속계의 물질로 구현될 수 있으나, 실시 예는 분리판(242, 244)의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
한편, 도 1 에 도시된 엔드 플레이트(110A, 110B)는 셀 스택(122)의 양 단부 각각에 배치되어, 복수의 단위 셀(122)을 지지하며 고정시킬 수 있다. 즉, 제1 엔드 플레이트(110A)는 셀 스택(122)의 양 단부 중 일단부에 배치되고, 제2 엔드 플레이트(110B)는 셀 스택(122)의 양 단부 중 타단부에 배치될 수 있다.
엔드 플레이트(110A, 110B)는 금속 인서트가 플라스틱 사출물에 의해 둘러싸인 형태를 가질 수 있다. 엔드 플레이트(110A, 110B)의 금속 인서트는 내부 면압에 견디기 위해 고강성 특성을 가질 수 있으며 금속 재질을 기계 가공하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 엔드 플레이트(110A, 110B)는 다수 개의 플레이트를 결합하여 형성될 수 있으나, 실시 예는 엔드 플레이트(110A, 110B)의 특정한 구성에 제한되지 않는다.
집전판(112)은 셀 스택(122)과 대면하는 엔드 플레이트(110A, 110B)의 내측면(110AI, 110BI)과 셀 스택(122) 사이에 배치될 수 있다. 집전판(112)은 셀 스택(122)에서 전자의 흐름으로 생성된 전기 에너지를 모아서 연료 전지가 사용되는 부하로 공급하는 역할을 한다.
또한, 제1 엔드 플레이트(110A)는 복수의 매니폴드(M:manifold)(또는 연통부)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 제1 및 제2 분리판(242, 244) 각각은 제1 엔드 플레이트(110A)의 매니폴드와 각각 동일한 위치에 동일한 형태로 형성된 매니폴드를 포함할 수 있다. 여기서, 매니폴드는 인렛(inlet) 매니폴드와 아웃렛(outlet) 매니폴드를 포함할 수 있다. 막전극 접합체(210)에서 필요한 반응 가스인 수소 및 산소가 외부로부터 인렛 매니폴드를 통해 셀 스택(122)으로 유입될 수 있다. 가습되어 공급된 반응 기체와 셀 내부에서 생성된 응축수가 더해진 기체 또는 액체가 아웃렛 매니폴드를 통해 연료 전지의 외부로 유출될 수 있다. 또한, 냉각매체는 인렛 매니폴드를 통해 외부로부터 셀 스택(122)으로 유입되고 아웃렛 매니폴드를 통해 외부로 유출될 수 있다. 이와 같이, 복수의 매니폴드는 막전극 접합체(210)로 유체의 유입 및 유출을 허용한다.
한편, 셀 스택(122)의 성능 및 고장 여부를 파악하기 위해, 각 셀의 분리판(242, 244)을 셀 모니터링 커넥터(Fuel Cell Monitoring Connector) 및 도선으로 제어회로에 연결하여 각 셀의 전압을 측정할 수 있다. 여기서, 제어 회로란, 측정 장치 및 차량에서 연료 전지를 운영하기 위한 전자 제어 유닛을 포함한 회로를 의미할 수 있다.
이하, 실시 예에 의한 연료 전지에 포함된 각 단위 셀의 상태(예를 들어, 전압)를 체크하는 셀 모니터링 커넥터 및 이 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 2는 실시 예에 의한 셀 모니터링 커넥터(300)와 연료 전지에서 분리판(600)의 결합 사시도를 나타내고, 도 3은 도 2에 도시된 셀 모니터링 커넥터(300)와 분리판(600)의 분해 사시도를 나타내고, 도 4는 도 3에 도시된 셀 모니터링 커넥터(300)와 분리판(600)의 부분 분해(또는, 결합) 사시도를 나타내고, 도 5는 도 2 내지 도 4에 도시된 분리판(600)을 제1 방향에서 바라본 도면을 나타낸다.
설명의 편의상, 도 2 내지 도 5는 실시 예에 의한 연료 전지에서 셀 모니터링 커넥터(300)가 탈착될 수 있는 부분인 분리판(600)과 가스켓(410 내지 430)만을 도시한다. 실시 예에 의한 연료 전지에서 분리판(600)과 가스켓(410 내지 430)을 제외한 다른 구성 요소들은 다양하게 구현될 수 있으며, 실시 예는 이러한 다른 구성 요소의 특정한 형태에 국한되지 않는다.
분리판(600)은 도 1에 도시된 분리판(242, 244)에 해당하고, 가스켓(410 내지 430)은 도 1에 도시된 가스켓(232, 234, 236)에 해당할 수 있다. 또는, 가스켓(410 내지 430)은 도 1에 도시된 가스켓(232, 234, 236)으로부터 분기된 별도의 가스켓일 수 있다.
복수의 분리판(600)은 제1 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 복수의 분리판(600) 각각은 그(600)의 측부에 수용홈(H1)을 갖는다. 수용홈(H1)은 분리판(600)의 외측 가장자리(600E)로부터 안쪽으로 함몰된 형상을 가질 수 있다.
수용홈(H1)은 제3 방향으로 서로 대향하는 제1 및 제2 측(H1S1 및 H1S2)과 제1 및 제2 측(H1S1 및 H1S2) 사이에서 셀 모니터링 커넥터(300)와 대향하는 제3 측(H1B)을 포함할 수 있다.
셀 스택(122)에 포함되는 복수의 분리판(600)은 연료 전지에 포함된 모든 분리판 중 일부일 수 있다.
예를 들어, 연료 전지에 포함된 모든 분리판은 단위 그룹으로 그룹핑되고, 단위 그룹은 도시된 바와 같이 복수의 분리판(600)으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 2 내지 도 4에 도시된 단위 그룹은 10개의 분리판(600)을 포함할 수 있다. 이 경우, 셀 모니터링 커넥터는 연료 전지의 단위 그룹마다 탈착될 수 있다.
또한, 복수의 분리판(600) 각각에 형성된 수용홈(H1)의 제1, 제2 및 제3 측(H1S1, H1S2, H1B)은 제1 방향으로 중첩되어 배치될 수 있다. 이와 같이, 복수의 분리판(600)에 형성된 복수의 수용홈(H1)은 셀 모니터링 커넥터(300)가 결합되는 수용 공간을 정의한다. 즉, 배열된 복수의 수용홈(H1)은 수용 공간을 형성한다.
한편, 복수의 가스켓은 복수의 분리판(600) 각각의 양면(예를 들어, 후술되는 도 7b에 도시된 600S1, 600S2)에서 수용홈(H1)의 주변에 배치되며, 걸쇠 형상을 가질 수 있다. 여기서, 걸쇠 형상이란, 후술되는 도 6에 도시된 걸림턱(314M, 316M)이 걸릴 수 있는 형상으로서, 도 5에 도시된 바와 같이 ‘L’자 형상일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
예를 들어, 복수의 가스켓은 제1 및 제2 가스켓(410, 420)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 가스켓(410, 420)은 수용홈(H1)을 기준으로 제3 방향으로 서로 마주하여 배치될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 가스켓(410, 420)의 걸쇠 형상은 수용홈(H1)을 기준으로 대칭일 수 있다. 예를 들어, 도 5를 참조하면, 제1 및 제2 가스켓(410, 420)의 ‘L’자 형상은 수용홀(H1)의 중심선(CL)을 기준으로 제3 방향으로 서로 대칭일 수 있다.
또한, 제1 및 제2 가스켓(410, 420) 각각에서 수용홈(H1)을 바라보는 제1 단부는 수용홈(H1)으로부터 이격되고, 제1 및 제2 가스켓(410, 420) 각각에서 분리판(600)의 외측 가장자리(600E)를 바라보는 제2 단부는 외측 가장 자리(600E)로부터 이격될 수 있다. 예를 들어, 제1 가스켓(410)에서 수용홈(H1)을 바라보는 제1 단부(410E1)는 수용홈(H1)의 제1 측(H1S1)으로부터 제1 간격(G1)만큼 이격되고, 제1 가스켓(410)에서 분리판(600)의 외측 가장자리(600E)를 바라보는 제2 단부(410E2)는 외측 가장 자리(600E)로부터 제2 간격(G2)만큼 이격될 수 있다.
만일, 제1 및 제2 가스켓(410, 420) 각각의 제1 및 제2 단부가 수용홈(H1) 및 외측 가장 자리(600E)와 이격되지 않고 접하여 배치될 경우, 제1 및 제2 가스켓(410, 420)이 수용홈(H1) 내부 또는 외측 가장 자리(600E)의 바깥 쪽으로 튀어나올 수도 있으며 이를 고려하는 제1 및 제2 가스켓(410, 420)의 제조 공정이 까다로워질 수 있다. 따라서, 실시 예에 의하면, 제1 및 제2 가스켓(410, 420) 각각의 제1 및 제2 단부가 수용홈(H1) 및 외측 가장 자리(600E)와 각각 제1 및 제2 간격(G1, G2)만큼 이격되어 형성될 경우, 전술한 문제점이 해소될 수 있다.
또한, 분리판(600)의 양면 각각은 수용홈(H1)을 에워싸는 제1 내지 제3 영역(A1 내지 A3)을 포함할 수 있다. 제1 영역(A1)은 제1 가스켓(410)이 형성된 영역으로서, 수용홈(H1)의 제1 측(H1S1)에 접하는 영역이다. 제2 영역(A2)은 제2 가스켓(420)이 형성된 영역으로서, 수용홈(H1)의 제2 측(H1S2)에 접하며 제1 영역(A1)과 제3 방향으로 대향하는 영역이다. 또한, 제3 영역(A3)은 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2) 사이에서 수용홈(H1)의 제3 측(H1B)과 접하는 영역이다.
실시 예에 의한 연료 전지는 유격 방지부를 더 포함할 수 있다. 유격 방지부는 분리판(600)의 제3 영역(A3)에서, 수용홈(H1)의 제3 측(H1B) 주변에 배치될 수 있다. 가스켓에 의해 유격 방지부를 구현할 수 있다. 유격 방지부를 구현하는 제3 가스켓(430)은 분리판(600)의 제3 영역(A3)에서 제2 방향으로 가늘로 긴일(-)자형태로 배치될 수 있으며, 제1 방향으로 돌출된 돌기 형상을 가질 수 있다.
또한, 제3 가스켓(430)에서 수용홈(H1)의 제3 측(H1B)을 바라보는 제3 단부(430E)는 수용홈(H1)의 제3 측(H1B)으로부터 제3 간격(G3)만큼 이격될 수 있다.
제1 내지 제3 간격(G1, G2, G3)은 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
만일, 제3 가스켓(430)의 제3 단부(430E)가 수용홈(H1)의 제3 측(H1B)으로부터 이격되지 않고 접하여 배치될 경우, 제3 가스켓(430)이 수용홈(H1)의 제3 측(H1B)을 넘어 수용홈(H1) 쪽으로 튀어나올 수도 있으며 이를 고려하는 제3 가스켓(430)의 제조 공정이 까다로워질 수 있다. 따라서, 실시 예에 의하면, 제3 가스켓(430)의 제3 단부(430E)가 수용홈(H1)의 제3 측(H1B)으로부터 제3 간격(G3)만큼 이격되어 형성될 경우, 전술한 문제점이 해소될 수 있다.
한편, 실시 예에 의한 셀 모니터링 커넥터(300)는 실시 예에 의한 연료 전지에 탈착 가능한 형상을 가질 수 있다.
셀 모니터링 커넥터(300)는 하우징(310) 및 연결 단자(320)를 포함할 수 있으며, TPA(Terminal Position Assurance)(330)를 더 포함할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 실시 예에 의한 셀 모니터링 커넥터(300)를 제1 방향에서 바라본 도면을 나타낸다.
하우징(310)은 복수의 분리판(600)의 복수의 수용홈(H1)에 의해 정의되는 수용 공간에 적어도 일부가 수용될 수 있다. 또한, 하우징(310)은 몸체(312) 및 레버부를 포함할 수 있다.
몸체(312)는 제2 방향으로 복수의 수용홈(H1)이 배열되어 형성된 수용 공간에 삽입되고, 그(312)의 적어도 일부가 수용 공간에 수용될 수 있다.
레버부는 몸체(312)의 양측 중 적어도 일측에 연결되어 몸체(312)가 수용 공간에 삽입되기 위해 제2 방향으로 이동할 때 몸체(312)와 함께 수용 공간쪽으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 레버부는 몸체(312)의 양측에 각각 연결되는 복수의 레버부(314, 316)를 포함할 수 있다.
이하, 레버부가 복수의 레버부(314, 316)를 포함하는 것으로 설명하지만, 하기의 설명은 레버부가 복수의 레버부(314, 316) 중 어느 하나를 포함하는 경우에도 적용될 수 있다.
또한, 복수의 레버부(314, 316)는 외력의 가압에 의해 제1 및 제2 방향 각각과 교차하는 제3 방향으로 이동하여 걸쇠 형상의 제1 및 제2 가스켓(410, 420) 각각에 걸리거나 이탈 가능한 걸림턱(314M, 316M)을 포함할 수 있다.
복수의 레버부(314, 316) 각각은 제1 단부(S1), 제2 단부(S2) 및 날개부(S3)를 포함할 수 있다.
제1 단부(S1)는 가압을 직접 받는 부분으로서, 사용자에 의해 터치되는 부분일 수 있다. 제1 단부(S1)는 몸체(312)의 상측과 제3 방향으로 일정 거리(z1, z2)만큼 이격될 수 있다. 복수의 레버부(314, 316)가 가압되지 않을 때 레버부(314, 316)의 제1 단부(S1)는 도 6a에 도시된 바와 같이 제1 일정 거리(z1)만큼 이격되는 반면, 가압될 때 제1 단부(S1)는 도 6b에 도시된 바와 같이 제1 일정 거리(z1)보다 작은 제2 일정 거리(z2)만큼 이격될 수 있다.
제2 단부(S2)는 몸체(312)의 하측에 연결될 수 있다.
날개부(S3)는 제1 단부(S1)와 제2 단부(S2) 사이에 배치되며, 절곡된 형상을 가질 수 있다. 날개부(S3)의 외측에 걸림턱(314M, 316M)이 배치될 수 있다.
가압에 의해 제1 단부(S1)와 날개부(S3)의 걸림턱(314M, 316M)은 제2 단부(S2)를 지지축으로 하여 제3 방향으로 이동할 수 있다. 즉, 가압될 때 제1 단부(S1)와 날개부(S3)의 걸림턱(314M, 316M)은 도 6a에 도시된 상태로부터 도 6b에 도시된 상태로 제3 방향으로 이동하는 반면, 가압이 풀릴 때 제1 단부(S1)와 날개부(S3)의 걸림턱(314M, 316M)은 도 6b에 도시된 상태로부터 도 6a에 도시된 상태로 제3 방향으로 이동할 수 있다.
또한, 복수의 레버부(314, 316) 각각의 걸림턱은 제1 방향으로 서로 일정한 간격으로 이격된 복수의 걸림턱을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 레버부(314)의 걸림턱은 제1 방향으로 서로 일정한 간격으로 이격된 복수의 걸림턱(예를 들어, 314M1, 314M2)을 포함할 수 있다.
분리판(600) 각각은 복수의 걸림턱 사이의 제1 슬릿(예를 들어, SL11, SL12 등)에 끼워질 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 복수의 분리판(600) 중 하나는 복수의 걸림턱(314M1, 314M2) 사이의 제1 슬릿(SL11)에 끼워질 수 있다. 만일, 복수의 레버부(314M)가 절연성을 갖는 물질로 이루어질 경우, 제1 슬릿(SL11)을 형성하는 인접하는 걸림턱(314M1, 314M2)의 마주하는 두 내면(314S1, 314S2)은 절연성을 가질 수 있다. 이를 위해, 복수의 걸림턱(314M1, 314M2)을 포함하는 하우징(310)은 절연성을 갖는 플라스틱 사출물의 형태로 구현될 수 있다.
일반적으로 인접하는 분리판(600) 각각은 도전성을 갖는다. 이때, 절연성을 갖는 걸림턱(314M1, 314M2)이 복수의 제1 슬릿(SL11, SL12) 각각에 끼워지는 분리판(600)들을 전기적으로 서로 이격시켜 절연 역할을 함으로써, 인접하는 복수의 분리판(600)이 서로 단락될 위험성이 제거될 수 있다.
또한, 복수의 걸림턱(314M1, 314M2) 각각의 제1 방향으로의 두께(t)가 서로 동일하고, 제1 슬릿(SL11, SL12 등)의 제1 방향으로의 폭(w)이 서로 동일할 경우, 복수의 분리판(600)이 제1 방향으로 균일하거나 동일한 간격으로 정렬될 수 있어, 복수의 분리판(600)의 제1 방향으로의 적층 공차가 상쇄될 수 있다. 이와 같이, 셀 스택(122)에 포함된 복수의 분리판(600)의 정렬 상태가 양호할 경우, 수용 공간을 형성하는 복수의 수용홈(H1)의 배열이 어긋나지 않아 복수의 분리판(600)에 셀 모니터링 커넥터(300)를 조립하기 쉬워지고, 셀 모니터링 커넥터(300)를 분리판(600)에 장착할 때 수용홈(H1)의 제1, 제2 및 제3 측(H1S1, H1S2, H1B)에 접하는 분리판(600)의 내측 가장자리가 굴절(변형)되거나 손상됨을 방지할 수 있다.
또한, 하우징(310)의 몸체(312)는 분리판(600)에 배치된 유격 방지부(예를 들어, 제3 가스켓(430))가 제2 방향으로 삽입될 수 있는 유격 방지 홈(H2)을 포함할 수 있다. 이와 같이, 제3 가스켓(430)이 유격 방지 홈(H2)에 삽입될 경우, 연료 전지에 결합된 셀 모니터링 커넥터(300)가 제3 방향으로 유격됨이 방지될 수 있다.
연료 전지가 차량에 탑재될 경우, 차량 주행에 따른 진동 및 충격에 의해 셀 모니터링 커넥터(300)가 제3 방향으로 요동하면, 측정되는 전압값이 변동하는 등 신뢰성 있는 정확한 전압 값을 측정할 수 없을 뿐만 아니라 심할 경우 분리판(600)으로부터 셀 모니터링 커넥터(300)가 분리될 수도 있다. 그러나, 실시 예에 의하면, 유격 방지부의 역할을 하는 제3 가스켓(430)과 유격 방지 홈(H2)을 마련하여 셀 모니터링 커넥터(300)의 제3 방향으로의 유격을 방지하므로 전술한 제반 문제를 해소할 수 있다.
또한, 하우징(310)은 그의 배면에 형성된 다수의 제2 슬릿(318)을 포함할 수 있다. 수용 공간을 이루는 복수의 수용홈(H1)의 제3 측(H1B)에 위치한 분리판(600)은 다수의 제2 슬릿(318)에 각각 끼워질 수 있다. 다수의 제2 슬릿(318)은 유격 방지 홈(H2)을 기준으로 2개의 섹션(318A, 318B)으로 나뉠 수 있다. 만일, 유격 방지 홈(H2)이 생략될 경우, 다수의 제2 슬릿(318)은 제3 방향으로 대향하도록 2개의 섹션(318A, 318B)으로 나뉠 수 있다. 2개의 섹션(318A, 318B) 중 하나는 복수의 분리판(600) 중에서 홀수 번째(또는, 짝수 번째)에 위치한 분리판이 끼워지는 슬릿들이고, 2개의 섹션(318A, 318B) 중 다른 하나는 복수의 분리판(600) 중에서 짝수 번째(또는, 홀수 번째)에 위치한 분리판이 끼워지는 슬릿들이다. 이와 같이, 인접한 분리판(600)이 서로 다른 섹션(318A, 318B)의 제2 슬릿에 교호적으로 끼워질 경우, 인접한 분리판(600) 사이의 제1 방향으로의 간격을 줄일 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 실시 예에 의한 연결 단자(320)의 사시도 및 평면도를 각각 나타낸다.
연결 단자(320)는 하우징(310)의 연결 단자 삽입구에 삽입되어 복수의 분리판(600)과 각각 접속할 수 있다. 이를 위해, 하우징(310)은 제2 슬릿(318)과 연통하여 그의 정면에 형성된 연결 단자 삽입구를 포함할 수 있다.
연결 단자(320)는 단자 접속부(322) 및 와이어 파지부(324)를 포함할 수 있다. 단자 접속부(322)는 연결단자 삽입구 안으로 삽입되어 분리판(600)과 접속되는 부분이고, 와이어 파지부(324)는 단자 접속부(322)로부터 연장 형성되어 와이어(전선)가 감싸지는 부분이다.
단자 접속부(322)는 분리판(600)의 양측면(600S1, 600S2)에 탄력적으로 접촉하여 벌어지는 접속편(322a, 322b)을 포함할 수 있다. 접속편(322a, 322b)의 접속 포인트(P1, P2)는 서로 엇갈리게 배치될 수 있다. 이와 같이, 실시 예에 의하면, 접속편(322a, 322b)의 접속 포인트(P1, P2)가 서로 엇갈리게 위치하므로, 두 개의 접속편(322a, 322b)에 의해 형성된 제3 슬릿(322S) 안으로 분리판(600)이 삽입되면, 분리판(600)과 접속편(322a, 322b)과의 접촉력이 증가하고 분리판(600)이 더욱 탄력적으로 지지되므로, 분리판(600)의 두께가 0.1㎜이하의 초박막으로 구현되는 경우에도 연결 단자(320)가 분리판(600)으로부터 임의로 빠지지 않아 연결 단자(320)의 유지력이 개선되어 제품에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
연결 단자(320)의 단자 접속부(322)는 전방에 개구를 갖는 직육면체 형상을 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 연결 단자(320)는 제1 로킹 돌기(326)를 더 포함할 수 있다. 제1 로킹 돌기(326)는 단자 접속부(322)의 저면에서 와이어 파지부(324)쪽에 배치될 수 있다. 제1 로킹 돌기(326)는 단자 접속부(322)의 저면으로부터 하방으로 절곡 연장된 형상을 가질 수 있다.
또한, 연결 단자(320)는 연결 가이드부(328)를 더 포함할 수 있다. 연결 가이드부(328)는 연결 단자(320)가 하우징(310)을 통해 분리판(600)에 접속된 이후 이탈됨을 방지할 수 있다.
한편, TPA(330)는 하우징(310)의 정면에 위치한 TPA 단자 삽입구에 탈착 가능하며, 하우징(310) 안에 삽입된 연결 단자(320)를 압입할 수 있다. 즉, TPA(330)는 연결 단자(320)의 삽입력을 개선시키고, 연결 단자(320)를 올바르게 위치시킴으로써 오조립 불량 등에 문제점을 개선하고, 분리판(600) 간의 협소한 피치에도 불구하고 전기적으로 신뢰성 있는 전압값을 지속적으로 센싱할 수 있도록 해 줄 수 있다. 이를 위해, 하우징(310)은 연결 단자 삽입구의 상부에 형성된 TPA 단자 삽입구를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, TPA(330)는 상면 고정편(330U) 및 하면 고정편(330D)을 포함할 수 있다. 또한, 하우징(310)은 제2 로킹 돌기(312A) 및 제3 로킹 돌기(미도시)를 포함할 수 있다. 제2 로킹 돌기(312A)는 몸체(310)의 양측면 중에서 제1 레버부(314)가 연결된 일측면에 형성되고, 제3 로킹 돌기는 몸체(310)의 양측면 중에서 제2 레버부(316)가 연결된 타측면에 형성될 수 있다.
TPA(330)의 상면 고정편(330U)은 제2 로킹 돌기(312A)와 결합하고, TPA(330)의 하면 고정편(330D)은 제3 로킹 돌기와 결합할 수 있다.
또한 TPA(330)는 연결 단자 삽입구에 대응하는 관통 홀(330T)을 가지며, 연결 단자 삽입구 안으로 삽입되는 TPA단자(330S)를 더 포함할 수 있다.
하우징(310)에 TPA(330)를 조립하는 경우, 하우징(310)의 정면에 TPA(330)를 정렬하고 제2 방향으로 전진시키면, TPA(330)의 상면 고정편(330U)이 제2 로킹 돌기(312A)에 로킹되고, TPA(330)의 하면 고정편(330D)이 제3 로킹 돌기에 로킹된다. 또한, TPA(330)의 관통홀(330T)과 하우징(310)의 연결단자 삽입구 안으로 연결 단자(320)가 삽입된다. 이때, 도 7a에 도시된 제1 로킹 돌기(326)가 하우징(310)의 내측에 걸리게 되고 도 2에 도시된 TPA(330)의 로킹 부재(330M)에 의해 저지되므로, 외부 진동이나 충격에도 연결단자(320)가 하우징(310)으로부터 빠지지 않고 분리판(600)의 접속이 유지되게 된다.
이하, 전술한 구성을 갖는 연료 전지에 셀 모니터링 커넥터(300)가 탈착되는 과정을 다음과 같이 살펴본다.
도 8a 및 도 8b는 하우징(310)이 복수의 수용홈(H1)에 의해 형성된 수용 공간에 삽입된 모습을 나타낸다.
만일, 가압될 경우 레버부(314, 316)는 몸체(310)와 가까워지는 제3 방향으로 도 6b에 도시된 바와 같이 이동하여, 도 8a에 도시된 바와 같이 수용 공간에 몸체(312)와 함께 적어도 일부가 수용될 수 있다. 이후, 가압이 해제될 경우 레버부(314, 316)는 몸체(312)로부터 멀어지는 제3 방향으로 도 6a에 도시된 바와 같이 이동하여, 도 8b에 도시된 바와 같이 걸림턱(314M, 316M)이 걸쇠 형상의 가스켓(410, 420)에 걸릴 수 있다. 걸림턱(314M, 316M)이 걸쇠 형상의 가스켓(410, 420)에 걸릴 경우, 셀 모니터링 커넥터(300)는 연료 전지의 단위 그룹에 속하는 셀들 각각의 상태를 모니터링할 수 있다. 여기서, 모니터링되는 상태란, 각 셀의 성능 및 고장 여부로서, 예를 들어, 해당하는 셀의 전압을 의미할 수 있다.
또한, 도 8b에 도시된 바와 같이 걸림턱(314M, 316M)이 걸쇠 형상의 가스켓(410, 420)에 걸려 있는 상태에서, 다시 가압될 경우 레버부(314, 316)의 걸림턱(314M, 316M)은 걸쇠 형상의 가스켓(410, 420)으로부터 도 8a에 도시된 바와 같이 이탈할 수 있다. 이후, 하우징(310)을 제2 방향으로 이동시켜 하우징(310)을 수용 공간으로부터 탈출시킬 수 있다. 걸림턱(314M, 316M)이 걸쇠 형상의 가스켓(410, 420)으로부터 이탈될 경우, 셀 모니터링 커넥터(300)와 연료 전지 간의 전기적인 접속이 끊어져서, 단위 그룹에 속하는 셀들 각각의 상태의 모니터링을 종료할 수 있다.
이하, 비교 례에 의한 연료 전지와 실시 예에 의한 연료 전지를 다음과 같이 비교하여 설명한다.
도 9는 비교 례에 의한 셀 모니터링 커넥터(30)가 장착된 연료 전지의 사시도를 나타낸다.
도 9에서, 셀 모니터링 커넥터(30) 및 분리판(60)은 실시 예에 의한 셀 모니터링 커넥터(300) 및 분리판(600)과 각각 동일한 역할을 한다고 가정한다.
비교 례의 경우, 도 9에 도시된 바와 같이 분리판(60)에 셀 모니터링 커넥터(30)가 체결된 이후, 셀 모니터링 커넥터(30)의 상단과 하단에 CPA(Connector Position Assurance)라는 플라스틱으로 구성된 잠금 장치를 화살표 방향(AR1, AR2)으로 끼워 눌러, 셀 모니터링 커넥터(30)를 분리판(60)에 장착 완료한다.
CPA가 셀 모니터링 커넥터(30)를 분리판(60)에 고정시키므로, 외부 진동 및 충격으로 인하여 셀 모니터링 커넥터(30)가 이탈되는 현상을 방지 할 수 있다. 그러나, 셀 모니터링 커넥터(30)의 상단과 하단으로 2개의 CPA를 체결하고 해체하는 공수로 인하여, 생산적 측면과 사후 고장 치료 및 점검(A/S)의 측면에서 셀 모니터링 커넥터(30)를 분리판(60)에 체결하거나 해체함에 많은 시간이 소요되는 단점이 있다. 게다가, 2개의 CPA를 요구하므로 생산 원가를 상승시키는 문제점도 있다.
반면에, 실시 예에 의하면, 가압에 의해 셀 모니터링 커넥터(300)의 걸림턱(314M, 316M)이 제1 및 제2 가스켓(410, 420)의 걸쇠 형상에 걸리거나 이탈 가능하여 고정되므로, 비교 례에서 요구한 CPA의 도움없이도 셀 모니터링 커넥터(300)를 분리판(600)에 탈착시킬 수 있다. 이와 같이, CPA를 요구하지 않을 경우, 생산적인 측면과 사후 관리적인 측면에서 셀 모니터링 커넥터(300)를 분리판(600)에 체결하고 해체하는 데 소요되는 시간이 비교 례에서보다 단축되어 조립성이 개선되고, CPA를 요구하지 않으므로 제조 비용이 절감되는 잇점도 있다.
전술한 다양한 실시 예들은 본 발명의 목적을 벗어나지 않고, 서로 상반되지 않은 한 서로 조합될 수도 있다. 또한, 전술한 다양한 실시 예들 중에서 어느 실시 예의 구성 요소가 상세히 설명되지 않은 경우 다른 실시 예의 동일한 참조부호를 갖는 구성 요소에 대한 설명이 준용될 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
122: 셀 스택 300: 셀 모니터링 커넥터
310: 하우징 320: 연결 단자
330: TPA 600: 분리판

Claims (15)

  1. 셀 모니터링 커넥터 및 상기 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지에 있어서,
    제1 방향으로 서로 이격되어 배치되며, 각각이 수용홈을 측부에 갖는 복수의 분리판; 및
    상기 복수의 분리판의 상기 수용홈 주변에 배치되며, 걸쇠 형상을 갖는 복수의 가스켓을 포함하고,
    상기 셀 모니터링 커넥터는
    상기 복수의 분리판의 상기 수용홈에 의해 정의되는 수용 공간에 적어도 일부가 수용되는 하우징; 및
    상기 하우징에 삽입되어 상기 복수의 분리판과 접속하는 복수의 연결 단자를 포함하고,
    상기 하우징은
    상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 상기 수용 공간에 삽입되어 적어도 일부가 수용되는 몸체; 및
    가압에 의해 상기 제1 및 제2 방향 각각과 교차하는 제3 방향으로 이동하여 상기 걸쇠 형상의 가스켓에 걸리거나 이탈 가능한 걸림턱을 갖는 레버부를 포함하는 셀 모니터링 커넥터 및 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 레버부는
    상기 몸체의 양측에 각각 연결되는 복수의 레버부를 포함하는 셀 모니터링 커넥터 및 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 수용홈은 상기 복수의 분리판 각각의 외측 가장자리로부터 안쪽으로 함몰된 형상을 갖는 셀 모니터링 커넥터 및 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 수용홈은
    상기 제3 방향으로 서로 대향하는 제1 및 제2 측; 및
    상기 제1 측과 제2 측의 사이에서 상기 셀 모니터링 커넥터와 대향하는 제3 측을 포함하고,
    상기 복수의 분리판 각각에 형성된 상기 수용홈의 제1, 제2 및 제3 측은 상기 제1 방향으로 중첩된 셀 모니터링 커넥터 및 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 복수의 가스켓은
    상기 수용홈을 기준으로 상기 제3 방향으로 서로 마주하여 배치된 제1 및 제2 가스켓을 포함하는 셀 모니터링 커넥터 및 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가스켓의 상기 걸쇠 형상은 상기 수용홈을 기준으로 상기 제3 방향으로 대칭인 셀 모니터링 커넥터 및 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가스켓 각각에서 상기 수용홈을 바라보는 제1 단부는 상기 수용홈의 상기 제1 및 제2 측으로부터 이격되고,
    상기 제1 및 제2 가스켓 각각에서 분리판의 외측 가장자리를 바라보는 제2 단부는 상기 외측 가장 자리로부터 이격된 셀 모니터링 커넥터 및 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지.
  8. 제5 항에 있어서, 상기 복수의 분리판 각각에서 상기 수용홈의 제3 측의 주변에 배치된 유격 방지부를 더 포함하고,
    상기 복수의 분리판 각각은
    상기 제1 가스켓이 배치되며, 상기 수용홈의 상기 제1 측과 접하는 제1 영역;
    상기 제2 가스켓이 배치되며, 상기 수용홈의 상기 제2 측과 접하는 제2 영역; 및
    상기 제1 및 제2 영역과 함께 상기 수용홈을 에워싸며, 상기 제3 측과 접하며, 상기 유격 방지부가 배치된 제3 영역을 포함하고,
    상기 하우징의 상기 몸체는 상기 유격 방지부가 상기 제2 방향으로 삽입되는 유격 방지 홈을 포함하는 셀 모니터링 커넥터 및 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 유격 방지부는
    상기 분리판의 상기 제3 영역에 일자형으로 배치되며, 상기 제1 방향으로 돌출된 돌기 형상을 갖는 제3 가스켓을 포함하는 셀 모니터링 커넥터 및 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 제3 가스켓에서 상기 수용홈의 상기 제3 측을 바라보는 제3 단부는 상기 수용홈으로부터 이격된 셀 모니터링 커넥터 및 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 레버부 각각은
    상기 가압을 직접 받는 부분으로서, 상기 몸체의 상측과 상기 제3 방향으로 이격된 제1 단부;
    상기 몸체의 하측에 연결된 제2 단부; 및
    상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 배치되며 절곡된 형상을 가지며, 외측에 상기 걸림턱이 배치된 날개부를 포함하고,
    상기 가압에 의해 상기 제1 단부와 상기 날개부의 걸림턱은 상기 제2 단부를 지지축으로 하여 상기 제3 방향으로 이동 가능한 셀 모니터링 커넥터 및 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 복수의 레버부 각각의 상기 걸림턱은
    상기 제1 방향으로 서로 일정한 간격으로 이격된 복수의 걸림턱을 포함하고,
    상기 복수의 분리판 각각은 상기 복수의 걸림턱 사이의 제1 슬릿으로 끼워지는 셀 모니터링 커넥터 및 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 복수의 레버부는 절연성을 갖는 물질로 이루어진 셀 모니터링 커넥터 및 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지.
  14. 제12 항에 있어서, 상기 복수의 걸림턱 각각의 상기 제1 방향으로의 두께가 서로 동일하고, 상기 제1 슬릿의 상기 제1 방향으로의 폭이 서로 동일한 셀 모니터링 커넥터 및 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지.
  15. 제1 항에 있어서, 상기 셀 모니터링 커넥터는
    상기 하우징에 탈착 가능하며, 상기 하우징으로 삽입된 상기 연결 단자를 압입하는 TPA를 더 포함하는 셀 모니터링 커넥터 및 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지.
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