KR20090037644A - 연료전지 스택의 셀 전압 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지 스택의 셀 전압 측정장치에 관한 것으로, 단자부재(코일스프링;24)들이 베이스플레이트(20)에 장착되어 모듈화됨으로써 상기 베이스플레이트(20)를 스택(10)의 엔드플레이트(12)에 볼팅하는 것으로 장치의 설치가 완료된다.

따라서, 종래 전선이나 측정핀을 일일이 분리판에 직접 부착하거나 분리판에 형성된 홈에 삽입/접착할 때에 비하여 장치의 탈/부착이 매우 용이하고 신속하게 이루어진다. 또한, 탈거시 단자부재가 손상되지 않아 재활용이 가능하다.

또한, 상기 단자부재는 코일스프링, 판스프링 및 컨택트프로브 등으로 이루어져 선단부의 위치 변화가 가능하므로 스택 정렬 불량으로 인해 분리판 면이 고르지 않은 경우에도 그 면의 높이차를 수용하면서 분리판에 접촉되어 양호한 접촉상태를 유지한다.

셀 전압 측정, 셀 온도 측정

Description

연료전지 스택의 셀 전압 측정장치{cell voltage measurement device of fuel cell stack}

본 발명은 연료전지 스택을 구성하는 셀들의 개별 전압을 측정할 수 있도록 된 연료전지 스택의 셀 전압 측정장치에 관한 것이다.

연료전지의 스택은 연료극과 공기극 및 이들 사이의 전해질막으로 이루어진 막-전극 조합체(MEA ; Membrane Electrode Assembly)와 바이폴라플레이트(Bipolar plate)라 불리우는 금속 재질의 분리판으로 구성된 단위 셀(cell)이 필요한 수로 적층되어 이루어진다. 1개 셀에서 발생되는 전위는 약 1.3V로서 필요한 전력이 생산될 수 있도록 다수의 셀을 직렬로 적층한다.

상기 스택은 대개 적층된 분리판의 양측부에 각각 압축판(compression plate = end plate)을 배치하고, 이를 관통하는 타이바아(tie bar)를 설치하여, 그 조립상태를 유지하고 있다.

한편, 상기 각 셀의 전압은 셀 내부의 상태를 알 수 있는 지표로서, 셀 전압 모니터링을 통해 연료 및 공기의 공급 상태와 플루딩(flooding) 상태 등 스택 전체 전압으로는 알기 어려운 개별 셀의 상태를 관측할 수 있다.

상기 셀 전압을 측정하기 위하여 종래에는 각 분리판마다 전압측정용 전선을 직접 부착하거나, 또는 전선에 측정핀을 연결하고 그 측정핀을 분리판에 형성된 홈에 삽입하여 접착/고정하였었다.

따라서, 단순 작업을 여러번 반복 실시해야만 하므로 작업이 번거롭고 작업에 시간이 많이 소요된다.

또한, 스택 적층 후 교체해야 할 셀이 발생할 경우 상기와 같이 설치된 전선이나 측정핀을 모두 일일이 떼어내야만 하였다.

즉, 탈/부착이 용이하지 않아 많은 불편함이 있었다.

또한, 상기와 같이 접착된 것을 떼어낼 때 측정핀이 변형 및 파손되어 재활용이 곤란한 문제점이 있었다.

또한, 상기 측정핀을 사용하고자 할 때는 분리판에 반드시 홈을 형성해야만 하므로 설계시 이를 고려해야만 하는 번거로움이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 탈/부착이 용이하고 작업시간이 크게 단축되며, 같은 용량의 스택일 경우 재활용 할 수 있고, 분리판에 홈을 형성할 필요가 없도록 된 연료전지 스택의 셀 전압 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

스택의 양쪽 엔드플레이트에 볼트 고정되는 베이스플레이트와;

상기 베이스플레이트의 전면에 분리판과 같은 수로 장착되는 단자부재와;

상기 단자부재에 일단이 연결되고 타단이 상기 베이스플레이트의 후면으로 인출되는 전선;

을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 전선들로 케이블이 형성되고, 그 케이블의 단부에 컨넥터가 구비된다.

또한, 상기 단자부재는 선단부의 위치 가변이 가능하도록 탄성을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 각 분리판용의 단자부재가 하나의 베이스플레이트에 모듈화되고 그 베이스플레이트만 볼트 장착하면 되므로 스택에의 탈/부착 작업이 매우 간편해 지고, 시간이 절약된다.

또한, 탈거시 단자부재가 손상되지 않으므로 재활용이 가능하다.

또한, 분리판에 측정핀 삽입용 홈을 형성할 필요가 없게 된다.

또한, 상기 단자부재가 탄성을 가지므로 스택의 분리판 정렬이 불량하여 분리판면이 불균일한 경우에도 아무 문제없이 사용할 수 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 셀 전압 측정장치와 연료전지 스택의 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 스택(10)의 전후방향 길이와 동일한 길이를 가지는 베이스플레이트(20)의 전면에 분리판(11)과 동일한 수의 단자부재가 설치되고, 상기 단자부재에 일단이 연결된 전선(21)의 타단이 상기 베이스플레이트(20)의 후면으로 인출된 구성으로 이루어진다.

또한, 상기 각 단자부재들에 연결된 전선(21)들이 모여서 케이블(22)을 형성하고, 그 케이블(22)의 단부에 컨넥터(23)가 구비될 수 있다.

상기 케이블(22)은 플랫타입(flat type)이나 쉴드타입(shield type)으로 자유로이 형성할 수 있고, 상기 컨넥터(23) 역시 사용자의 요구에 따라 다양한 형태의 상용품을 사용할 수 있다.

또한, 상기 컨넥터(23)는 도 2에 도시된 바와 같이, 케이블(22) 없이 베이스플레이트(20)의 후면에 직접 부착될 수 있다. 이는 장치의 이동시 취급을 용이하게 하고, 케이블(22)의 훼손, 절단 등의 문제를 해결할 수 있다.

상기 스택(10)의 양측 엔드플레이트(12)와 상기 베이스플레이트(20)의 양단부에는 볼트(B) 체결을 위한 볼트공(12a,20a)이 형성된다.

따라서, 상기 베이스플레이트(20)를 엔드플레이트(12)에 볼트(B) 체결하면 상기 단자부재들이 각각 대응하는 위치의 분리판(11)에 접촉됨으로써 분리판(11)간의 전위차를 측정하여 셀 전압을 계산할 수 있게 된다.

이와 같이 종래의 경우와는 달리 상기 단자부재들을 일일이 분리판(11)에 부착하여야 하는 번거로움이 해소되므로 탈/부착이 용이하고 작업시간이 단축된다.

또한, 탈거시 단자부재가 손상될 우려가 없으므로 재활용이 가능하며, 분리판(11)에 측정핀 삽입 홈을 형성할 필요가 없게 된다.

한편, 상기 단자부재는 베이스플레이트(20)에 장착된 상태에서 상기 분리판(11)에 접촉되는 선단부의 위치가 가변될 수 있도록 탄성을 가지는 것이 바람직하다.

즉, 상기 단자부재로서는 도 1 내지 3의 코일스프링(24), 도 4의 판스프링(25,25'), 도 5의 컨택트프로브(connect probe ; 26) 등이 사용될 수 있다.

도 3과 같이 단자부재로서 코일스프링(24)을 사용할 경우, 스택의 정렬상태가 불량하여 즉, 분리판(11)들이 정확한 위치에 적층되지 못하여 그 측면이 고르지 못한 경우에도 각각의 코일스프링(24)들이 적절히 수축되어 분리판(11)에 접촉함으로써 면의 높이차를 수용하면서 양호한 접촉 상태를 유지할 수 있다.

상기와 같은 작용은 상기 판스프링(25,25')이나 컨택트프로브(26)을 사용하는 경우에도 동일하다.

한편, 도 4의 (a)는 단자부재로서 판스프링(25)을 사용한 경우를 도시한 것으로, 베이스플레이트(20)가 스택(10)에 장착되었을 때 상기 판스프링(25)의 단부가 분리판(11)에 안정적으로 접촉될 수 있도록 상방으로 다단 절곡된 형태로 형성된다.

도 4의 (b)에 변형된 판스프링(25')을 도시하였는 바, 변형된 판스프링(25')은 베이스플레이트(20)쪽 장착단부로부터 상방으로 부드럽게 굴곡 성형된 형상으로 이루어져 있어서, 선단부가 분리판(11)에 접촉될 때 보다 부드럽고 안정적으로 접촉된다.

도 5에는 단자부재로서 컨택트프로브(26)를 사용한 경우를 도시하였는데, 도시된 바와 같이 상기 컨택트프로브(26)는 바디 전체가 상기 베이스플레이트(20)를 관통하는 상태로 설치되거나, 또는 후단부만 베이스플레이트(20)의 전면에 삽입된 상태로 설치될 수 있다.

어느 경우든 후단부에 전선(21)이 연결되어 케이블(22)을 구성하게 된다.

상기 컨택트프로브(26)는 도 6에 도시된 바와 같이, 측정핀(26a)과, 이 측정핀(26a)의 후단부가 삽입된 통형의 바디(26b)와, 상기 바디(26b)의 내부에 설치되어 상기 측정핀(26a)을 탄지하는 스프링(26c)으로 이루어지며, 상기 바디(26b)의 후단에 전선(21)이 연결된다.

따라서, 베이스플레이트(20)가 스택(10)에 장착되었을 때 분리판(11)의 면 높이에 따라 상기 스프링(26c)이 적절히 수축되면서 측정핀(26a)을 밀어 분리판(11)에 접촉시키게 된다.

한편, 도 7과 같이 스택(10)이 보호 케이스(30)에 내장된 경우에 케이스(30) 외부에서 셀 전압 측정장치를 직접 장착할 수 있도록 할 수 있다.

이를 위해 케이스(30)의 일측면에 직사각형의 개구홀(31)을 형성하고, 그 양측부 즉, 케이스(30)와 케이스 커버(40)의 측면의 해당위치에 볼트공(30a,40a)을 형성한다.

그리고, 상기 셀 전압 측정장치에 있어서는, 상기 베이스플레이트(20)의 전면에 직육면체 형상의 돌출단부(20b)를 형성하고, 그 돌출단부(20b)의 전면에 코일스프링(24) 등의 단자부재를 장착한다.

따라서, 상기 돌출단부(20b)가 상기 개구홀(31)에 삽입되는 상태로 베이스플레이트(20)를 케이스(30)의 측면에 위치시키고, 볼트공(20a,30a,40a)에 볼트를 체결하면 베이스플레이트(20)가 고정되면서 상기 단자부재들이 분리판(11)의 측면에 접촉되어 셀 전압을 측정할 수 있게 된다.

한편, 상기 케이스(30)의 내부에는 스택(10)을 내장한 후, 남은 공간에 젤(gel)과 같은 충진제를 충진하여 밀봉, 진동흡수, 절연 등의 기능을 하게 하는데, 그 젤의 외부 누출을 방지하기 위하여 도 8에 도시된 바와 같이, 셀 전압 측정장치와 케이스(30)의 사이에 가스켓(50)을 사용할 수 있다.

상기 가스켓(50)의 설치를 위해 상기 케이스(30)의 개구홀(31)은 단차 성형되어 걸림턱(32)이 형성되며, 이 걸림턱(32)에 대응하여 상기 베이스플레이트(20)의 전면에 형성된 돌출단부(20b)의 테두리 부분도 단차 성형하여 걸림턱(20c)을 형성한다.

따라서, 상기 걸림턱(32,20c)의 사이에 가스켓(50)을 배치하고 베이스플레이트(20)를 케이스(30)와 커버(40)에 볼트 장착하면 상기 걸림턱(32,20c)들에 가스켓(50)이 밀착되어 개구홀(31)을 밀봉함으로써 케이스(10) 내부의 충진제가 외부로 누출되지 않게 된다.

따라서, 스택(10)이 케이스(30)에 내장된 경우에도 외부에서 간편하게 셀 전압 측정장치를 설치할 수 있으며, 그 설치부위를 통한 충진제의 누출도 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 셀 전압 측정장치와 연료전지 스택의 사시도,

도 2는 도 1의 변형 실시예,

도 3은 단자부재로서 코일스프링이 사용된 셀 전압 측정장치의 설치 상태 단면도,

도 4의 (a),(b)는 단자부재로서 판스프링이 사용된 예를 도시한 도면,

도 5는 단자부재로서 컨택트프로브가 사용된 예를 도시한 도면,

도 6은 컨택트프로브의 구성을 나타내는 단면도,

도 7은 스택이 보호 케이스에 내장된 경우, 외부에서 직접 장착하기 위한 셀 전압 측정장치의 변형 실시예를 도시한 도면,

도 8은 스택 케이스와 셀 전압 측정장치 사이에 가스켓을 설치하기 위해 변형된 케이스 및 셀 전압 측정장치의 실시예를 도시한 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 스택 11 : 분리판

12 : 엔드플레이트 20 : 베이스플레이트

20a : 볼트공 20b : 돌출단부

20c : 걸림턱 21 : 전선

22 : 케이블 23 : 컨넥터

24 : 코일스프링 25,25' : 판스프링

26 : 컨택트프로브 30 : 케이스

31 : 개구홀 32 : 걸림턱

40 : 커버 30a,40a : 볼트공

50 : 가스켓

Claims (9)

1. 스택의 양쪽 엔드플레이트에 볼트 고정되는 베이스플레이트와;

   상기 베이스플레이트의 전면에 분리판과 같은 수로 장착되는 단자부재와;

   상기 단자부재에 일단이 연결되고 타단이 상기 베이스플레이트의 후면으로 인출되는 전선;

   를 포함하여 이루어진 연료전지 스택의 셀 전압 측정장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 전선들로 케이블이 형성되고, 그 케이블의 단부에 컨넥터가 구비된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 셀 전압 측정장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 전선에 연결된 컨넥터가 상기 베이스플레이트의 후면에 장착된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 셀 전압 측정장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 단자부재는 선단의 위치 가변이 가능하도록 탄성을 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 셀 전압 측정장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 단자부재가 코일스프링인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 셀 전압 측정장치.
6. 청구항 4에 있어서, 상기 단자부재가 판스프링인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 셀 전압 측정장치.
7. 청구항 4에 있어서, 상기 단자부재가 컨택트프로브인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 셀 전압 측정장치.
8. 스택이 내장된 케이스와 그 케이스의 커버에 양쪽 단부가 볼트 고정되는 베이스플레이트와;

   상기 베이스플레이트의 전면에 분리판과 같은 수로 장착되는 단자부재와;

   상기 단자부재에 일단이 연결되고 타단이 상기 베이스플레이트의 후면으로 인출되는 전선을 포함하여 이루어진 연료전지 스택의 셀 전압 측정장치에 있어서,

   상기 베이스플레이트의 전면에 직사각형의 돌출단부가 형성되고, 그 돌출단부의 전면에 상기 단자부재가 장착되며, 상기 케이스에 직사각형의 개구홀이 형성되어 그 개구홀에 상기 돌출단부가 삽입되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 셀 전압 측정장치.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 돌출단부와 개구홀에 상호 맞대어지는 걸림턱이 형성되고, 그 두 걸림턱 사이에 가스켓이 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 셀 전압 측정장치.

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