KR20080015661A - 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수 개의 적층된 분리판의 양측 단부를 지지하는 2개의 엔드 플레이트를 체결봉으로 연결하여 구성되는 연료전지 스택의 상단에 고정하는 방식을 통해서 스택의 각 셀 전압을 측정하기 위한 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치에 관한 것으로, 상기 스택의 각 분리판과 접촉되는 다수개의 전압 단자 핀; 고정 홀을 통해서 상기 스택과 결합되며, 상기 전압 단자 핀들을 지지하여 주되 지지된 위치가 소정의 범위 내에서 유동가능하도록 지지해주는 지지체; 및 상기 지지체의 양 단부에 설치되어서 상기 스택에 고정될 때 단단히 압착될 수 있도록 하는 고무부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

연료전지, 스택, 분리판, 셀, 전압단자 핀

Description

연료전지 스택용 셀 전압 측정장치{A cell voltage monitoring device for fuel cell stack}

도 1은 일반적인 연료전지 스택을 도시한 측면도.

도 2는 종래의 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치를 도시한 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치를 도시한 측면도.

도 4는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치를 도시한 평면도.

도 5는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치의 전압 단자 핀을 도시한 측면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명*

1: 분리판 10: 전압 단자 핀

12: 판 스프링 20: 지지체

22: 고정 홀 24: 유격 홀

30: 고무부재

본 발명은 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 는 연료전지 스택의 상부에 전압 단자 핀을 용이하게 탈부착하는 방식을 이용함으로써 작업시간과 노동력을 줄일 수 있게 하고, 분리판의 마모를 줄일 수 있어 내구성을 향상시킬 수 있게 하며, 전선의 단락이나 핀의 분리에 따른 안전 사고를 예방할 수 있는 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연료전지(fuel cell)는 크게 전기화학 반응을 일으키는 전극과 반응에 의해 발생된 수소이온을 전달하는 전해질 막, 상기 전극과 전해질을 지지하는 분리판으로 이루어져 있다.

고분자 전해질 연료전지는 다른 형태의 연료전지에 비해 효율이 높고, 전류밀도 및 출력 밀도가 크며 시동시간이 짧은 동시에 고체 전해질을 이용하기 때문에 부식 및 전해질 조절이 필요없는 장점이 있다.

또한, 배기가스로 순수 물만을 배출하는 친환경적인 동력원이기 때문에 현재 전세계 자동차 업계에서 활발한 연구가 진행 중에 있다.

고분자 전해질 연료전지는 수소와 산소의 전기화학적 반응을 통해 물과 열을 발생시키면서 전기를 발생하는 장치이다.

공급된 수소가 아노드 전극의 촉매에서 수소 이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소이온은 전해질 막을 통해 캐쏘드(cathode)로 넘어가게 되며, 이때 공급된 산소와 외부 도선을 타고 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기에너지를 발생시킨다.

이때 발생되는 이온 전위는 약 1.3V이며 그에 대한 반응식은 다음과 같다.

아노드: H₂ → 2H+ + 2e

캐쏘드: 1/2O₂ + 2H+ + 2e → H₂O

실제 자동차용 연료전지에서는 상기와 같은 전위보다 더 큰 전위를 필요로 하는데, 더 높은 전위를 얻기 위해서는 개별 단위전지를 필요한 전위만큼 적층하여야 한다. 이렇게 적층된 것을 스택(stack)이라 하며, 그는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 스택(100)은 분리판(1), 전해질막 및 전극(2), 전류단자(3), 체결볼트(4), 및 엔드 플레이트(5)로 구성된다.

상기 스택(100)의 평가는 스택에서 발생되는 전류와 전압 측정으로 이루어지는데 특히 각 셀의 전압 측정은 스택 운전시 각 셀의 성능 및 특성을 나타내 주는 중요한 자료가 되기도 한다.

따라서, 상기 스택(100)을 최적의 상태로 안정적으로 운전되게 하고 갑작스런 성능감소에 따른 운전정지의 방지를 위해선 각 셀의 전압을 정확하게 모니터링 해야 하며 그에 따른 셀 전압 측정장치의 정확성이 요구된다.

종래의 셀 전압 측정방법의 일례로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 스택(100)의 분리판(1) 옆에 0.4mm의 두께의 홈을 내어 홈에 고정될 전극 핀(6), 상기 전극 핀(6)을 지지해주고 커넥터(9)까지 연결하는 전선(7), 및 전기화학반응에 의해 발생된 전류를 차단할 목적으로 설치된 저항으로 이루어진 각 단자들을 먼저 일체화시킨 후 직접 수작업으로 핀(6)을 꽂아 사용하고 있다.

상기와 같이 수작업으로 각 단자 고정 작업을 해야하기 때문에 작업성이 매 우 나쁘고 수차례 반복 실험에 의한 탈부착을 할 경우 분리판(1) 옆의 홈이 핀(6)에 의해 마모되어 홈의 크기가 커지는 현상을 초래하기 때문에 핀(6)과 분리판(1) 사이의 접촉력이 약해져 정확한 셀 전압을 측정하지 못하는 경우가 발생한다.

또한, 차량에 탑재한 경우 노면에 따른 차량의 진동으로 인해 핀(6)과 분리판(1) 사이의 접촉이 원활치 못해 전압이 상하로 요동치는 현상이 초래되었다.

그리고, 상기 스택(100)의 셀 수가 증가할수록 종래와 같은 전압 측정장치를 사용할 경우 전압 단자핀(6)을 꽂는데 많은 시간과 노동력을 소비하게 된다.

상기와 같은 문제들로 인해 스택의 각 셀에 대한 성능을 정확하게 측정할 수 없으며, 각 셀의 성능이 공급 가스의 부족이나 쇼트 등으로 인해 갑작스럽게 저하되었을 경우 스택을 신속히 운전정지할 수가 없어 스택의 열화를 초래시키는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 연료전지 스택의 상부에 전압 단자 핀을 용이하게 탈부착하는 방식을 이용함으로써 분리판의 마모를 줄일 수 있어 내구성을 향상시킬 수 있게 하며 전선의 단락이나 핀의 분리에 따른 안전 사고를 예방할 수 있는 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치를 제공하는 데에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따라 연료전지 스택의 상단에 고정하는 방식을 통해서 스택의 각 셀 전압을 측정하기 위한 연료전 지 스택용 셀 전압 측정장치에 있어서, 상기 스택의 각 분리판과 접촉되는 다수개의 전압 단자 핀; 고정 홀을 통해서 상기 스택과 결합되며, 상기 전압 단자 핀들을 지지하여 주되 지지된 위치가 소정의 범위 내에서 유동가능하도록 지지해주는 지지체; 및 상기 지지체의 양 단부에 설치되어서 상기 스택에 고정될 때 단단히 압착될 수 있도록 하는 고무부재;를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전압 단자 핀의 단부는 금속재질의 판 스프링으로 이루어진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전압 단자 핀이 결합되는 상기 지지체의 상부에는 유격 홀이 형성되게 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 유격 홀의 크기는 0.5 내지 2mm인 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 유격 홀의 크기는 1mm인 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 지지체의 재질은 테프론으로 이루어진 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치를 도시한 측면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치를 도시한 평면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치의 전압 단자 핀을 도시한 측면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치는 전압 단자 핀(10), 지지체(20), 및 고무부재(30)로 구성된다.

상기 전압 단자 핀(10)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 스택(100, 도 1 참조)의 각 분리판(1) 마다에 접촉되도록 하기 위해 다수 개로 구성된다.

상기 전압 단자 핀(10)의 단부는, 도 5에 도시된 바와 같이, 금속재질의 판 스프링(12)으로 이루어진다.

따라서, 상기 분리판(1)과 접촉되는 전압 단자 핀(10)의 면이 작은 판 스프링(12)으로 제작되기 때문에 셀 전압 측정장치가 고정 홀(22)을 통해서 고정 나사(미도시)에 의해 눌릴 때 스택의 분리판(1)과 확실하게 접촉함과 동시에 접촉면을 증가시켜준다.

상기와 같이 전압 단자 핀(10)의 단부를 판 스프링(12)으로 함으로써 압착되는 전압 단자 핀(10)에 의해서 분리판(1)이 손상될 염려는 발생되지 않는다.

또한, 전압 단자 핀(10)의 단부가 판 스프링(12)으로 되어있는 셀 전압 측정장치를 사용할 경우에, 스택에서 전압 측정 장치를 여러 번 탈부착 하더라도 전압 단자 핀(10)을 분리판(1)에 꽂는 형태가 아니기 때문에 분리판(1)이 마모되거나 파손되는 현상은 발생되지 않는다.

상기 지지체(20)는 고정 홀(22)을 통해서 상기 스택(100)과 결합되며, 상기 전압 단자 핀(10)들을 지지하여 주되 지지된 위치가 소정의 범위 내에서 유동가능하도록 지지해주는 역할을 한다.

상기 지지체(20)는 스택(100)의 운전 온도에 견딜 수 있도록 하기 위해서 테 프론 계열의 재질로 제조되며, 상기 전압 단자 핀(10)이 결합되는 상기 지지체(20)의 상부에는 유격 홀(24)이 형성되게 한다.

따라서, 상단에는 다수 개, 즉 전압 단자 핀(10) 대응되는 유격 홀(24)을 이용하여 전압 단자 핀(10)의 위치가 분리판(1)과 일치하지 않을 경우 좌우 방향으로 조절하여 접촉 위치를 결정하게 해준다.

여기서, 상기 분리판(1)의 두께가 약 2.4mm 정도이기 때문에 지지체(20)에 형성된 유격 홀(24)의 크기는 0.5 내지 2mm인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1mm로 되게 하는 것이 좋다.

상기 고무부재(30)는 지지체(20)의 양 단부에 설치되어서 상기 스택(100)에 고정될 때 단단히 압착될 수 있도록 해주는 역할을 한다.

즉, 상기 셀 전압 측정장치가 지지체(20)의 양 단부에서 삽입되는 고무부재(30)를 통해 고정될 때 전압 단자 핀(10)이 스택(100)에 확실하게 안착될 수 있게 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치는 종래의 것과 비교하여 보면 다음과 같은 잇점들이 있다.

종래의 셀 전압 측정장치의 경우에는 분리판(1) 측면에 작은 홀을 가공하고, 그 홀에 전극 핀을 삽입하고 빼는 것에 의해서 분리판이 마모되는 현상이 발생되지 않으며, 스택의 셀 수가 증가할 경우에도 모든 분리판에 핀을 꽂고 빼는 것과 같은 많은 시간과 노동력이 필요 없게 되었다.

또한, 본 발명의 셀 전압 측정장치를 사용할 경우에는 전선에 전극 핀이 납 땜으로 연결되어 있는 종래의 셀 전압 측정장치의 경우와는 달리, 전압 단자 핀(10)이 전선에 연결되지 않고 직접 지지체(20)와 연결되기 때문에 단락되는 사고를 미연에 방지할 수 있게 한다.

그리고, 전선의 사용 수를 줄일 수 있게 하기 때문에 장치에 있어서 부피 감소와 함께 전선에 의한 안전사고를 예방할 수 있게 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째: 전압 단자 핀 연결에 있어 전선의 사용을 줄일 수 있기 때문에 장치의 부피를 감소시킬 수 있게 한다.

둘째: 전압 단자 핀을 스택의 분리판에 직접 삽입하지 않기 때문에 분리판의 마모를 줄일 수 있으며, 더불어 스택의 내구성을 향상시킬 수 있게 한다.

셋째: 전압 단자 핀을 하나씩 분리판에 꽂지 않고 지지체를 스택에 고정함으로써 작업 시간과 노동력을 줄일 수 있게 한다.

넷째: 지지체에 유격 홀을 사용함으로써 전압 단자 핀의 위치를 조정할 수 있고 결국 작업 능률을 향상시킬 수 있게 한다.

다섯째: 전압 단자 핀을 전선과 연결하지 않기 때문에 전선의 단락이나 전압 단자 핀의 분리에 의한 안전사고를 예방할 수 있게 한다.

Claims (6)

1. 연료전지 스택의 상단에 고정하는 방식을 통해서 스택의 각 셀 전압을 측정하기 위한 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치에 있어서,

   상기 스택(100)의 각 분리판(1)과 접촉되는 다수개의 전압 단자 핀(10);

   고정 홀(22)을 통해서 상기 스택(100)과 결합되며, 상기 전압 단자 핀(10)들을 지지하여 주되 지지된 위치가 소정의 범위 내에서 유동가능하도록 지지해주는 지지체(20); 및

   상기 지지체(20)의 양 단부에 설치되어서 상기 스택(100)에 고정될 때 단단히 압착될 수 있도록 하는 고무부재(30);를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 전압 단자 핀(10)의 단부는 금속재질의 판 스프링(12)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 전압 단자 핀(10)이 결합되는 상기 지지체(20)의 상부에는 유격 홀(24)이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 유격 홀(24)의 크기는 0.5 내지 2mm인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 유격 홀(24)의 크기는 1mm인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치.
6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 지지체(20)의 재질은 테프론으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 셀 전압 측정장치.

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