KR20120026877A - 연료 전지 스택 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리는, ⅰ)다수의 단위 셀들을 가압 체결하여 이루어지고, 절연판을 통해 상호 절연되며 연속적으로 배열되는 다수의 단위 스택 모듈과, ⅱ)상기 단위 스택 모듈들로 연료, 산화제, 및 냉각 매체를 공용으로 분배하기 위한 공용 분배기와, ⅲ)상기 각 단위 스택 모듈의 양극과 음극을 전기적으로 연결하는 다수의 스위치부재와, ⅳ)상기 각 단위 스택 모듈에 대응하여 구비되고, 상기 스위치부재와 전기적인 스위칭이 이루어지는 다수의 부스바를 포함한다.

Description

연료 전지 스택 어셈블리 {FUEL CELL STACK ASSEMBLY}
본 발명의 예시적인 실시예는 연료 전지 차량에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직렬 구조형의 연료 전지 스택 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로, 연료 전지(Fuel Cell)는 탄화수소 계열의 연료에 함유되어 있는 수소와, 산화제의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.
이러한 연료 전지는 시스템의 구성 요소와 연료의 종류에 따라 여러 타입으로 나뉘는데, 크게 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)와, 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell)로 구분할 수 있다.
고분자 전해질형 연료 전지는 개질 장치에서 연료로부터 생성된 수소 성분의 개질 가스와, 공기와 같은 산화제를 제공받아 그 개질 가스와 산화제의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시킨다.
여기서, 연료라 함은 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올류 액체 연료를 포함할 수 있으며, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄을 주성분으로 하는 탄화수소 계열의 액화 가스를 포함할 수도 있다.
그리고, 개질 장치는 촉매에 의한 연료의 산화 방식으로서 열 에너지를 발생시키고, 이 열 에너지를 이용한 연료의 수증기 개질(SR: Steam Reforming), 부분 산화(POX: Partial Oxidation) 또는 자열 개질(ATR: Auto-Thermal Reforming) 반응으로서 수소가 풍부한 개질 가스를 발생시키는 구조로 이루어진다.
한편, 직접 산화형 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 개질 가스를 사용하지 않고 연료를 직접적으로 제공받아 이 연료 중에 함유된 수소와, 별도 제공되는 산화제의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시킨다.
이러한 연료 전지는 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: MEA)와, 세퍼레이터(separator: 당 업계에서는 통상적으로 "바이폴라 플레이트" 라고도 한다)로 이루어진 단위 셀(cell)들이 연속적으로 배치된 스택(Stack)을 구성한다.
이러한 스택은 단위 셀들이 수 개 내지 수백 개로 적층되며, 수W 내지 수MW의 전력량을 생산하게 된다.
여기서, 막-전극 어셈블리는 전해질막의 양면에 애노드 전극과 캐소드 전극으로서의 촉매층이 형성된 구조로 이루어진다.
그리고, 세퍼레이터는 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 이의 양측면에 배치되며, 개질 가스 또는 연료(이하에서는 편의상 "연료"라고 한다) 및 산화제를 막-전극 어셈블리로 공급하는 통로의 역할과, 막-전극 어셈블리의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체로서의 기능을 동시에 수행한다.
따라서, 스택의 단위 셀들로 연료 및 산화제를 공급하게 되면, 연료는 막-전극 어셈블리의 애노드 전극으로 공급되고, 산화제는 세퍼레이터에 의해 캐소드 전극으로 공급된다.
이 과정에 스택은 애노드 전극에서 연료 중에 함유된 수소 성분의 전기 화학적인 산화가 일어나고, 캐소드 전극에서 산화제의 전기 화학적인 환원이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로서 전기 에너지를 생성하게 된다.
상기와 같은 스택은 단위 셀들의 최 외측에 각각 배치되는 가압 플레이트(이하에서는 통상 "엔드 플레이트" 라고도 한다)가 체결수단에 의해 서로 체결되면서 단위 셀들이 일정한 압력으로 가압된 상태를 유지한다.
즉, 스택의 조립 시 단위 셀들이 연속적으로 정렬된 상태에서, 엔드 플레이트는 단위 셀들을 사이에 두고 최 외측의 단위 셀에 밀착되며, 체결수단을 통해 체결압을 제공받아 단위 셀들을 일정한 압력으로 가압한다.
그런데, 종래 기술에서는 스택의 단위 셀들이 최소 수백 개로 적층되어 이루어지는 바, 다수의 단위 셀들 중 일부의 단위 셀에서 전류량이 저하되는 등의 셀 불량이 발생하는 경우, 정상적인 다른 단위 셀들에서 셀 불량이 발생되고, 최소 셀 전압에 의해 차량이 셧-다운(shut-down)되는 등 차량의 안정성을 확보할 수 없게 된다는 문제점을 내포하고 있다.
따라서 본 발명의 예시적인 실시예는 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 일부의 단위 셀에서 셀 불량이 발생하더라도 정상적인 단위 셀들을 보호할 수 있으며, 일부의 셀 불량에 의해 차량이 셧-다운되는 것을 미연에 방지할 수 있도록 한 연료 전지 스택 어셈블리를 제공한다.
이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리는, ⅰ)다수의 단위 셀들을 가압 체결하여 이루어지고, 절연판을 통해 상호 절연되며 연속적으로 배열되는 다수의 단위 스택 모듈과, ⅱ)상기 단위 스택 모듈들로 연료, 산화제, 및 냉각 매체를 공용으로 분배하기 위한 공용 분배기와, ⅲ)상기 각 단위 스택 모듈의 양극과 음극을 전기적으로 연결하는 다수의 스위치부재와, ⅳ)상기 각 단위 스택 모듈에 대응하여 구비되고, 상기 스위치부재와 전기적인 스위칭이 이루어지는 다수의 부스바를 포함한다.
상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 단위 스택 모듈들 중 적어도 어느 하나에 대하여 셀 불량이 발생하는 경우, 상기 부스바는 상기 스위치부재를 통해 셀 불량의 단위 스택 모듈에 인접하는 정상적인 단위 스택 모듈과 전기적인 스위칭이 이루어질 수 있다.
상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 단위 스택 모듈들이 직렬로 연결되어 이루어질 수 있다.
상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 부스바는 상기 단위 스택 모듈을 커버링 하는 커버에 체결되며, 인슐레이터를 통하여 상기 커버와 절연될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 의하면, 다수의 단위 스택 모듈들 중 적어도 어느 하나에서 전류량이 저하되거나 셀 불량이 발생하는 경우, 부스바와 스위치부재의 전기적인 스위칭 방식으로 정상적인 단위 스택 모듈에서 발생하는 전류를 사용할 수 있으므로, 전체 연료전지 스택을 보호할 수 있으며, 연료전지 스택의 일부 셀 불량에 의해 차량이 셧-다운(shut-down)되는 것을 방지하는 등 연료 전지 차량의 안정성을 확보할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
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.
또한, 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.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리를 개략적으로 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리(100)는 연료 및 산화제의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 발전 시스템으로서 구성된다.
여기서, 연료는 고순도의 수소 가스 혹은 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올류 액체 연료를 포함할 수 있으며, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄을 주성분으로 하는 탄화수소 계열의 액화 가스 연료를 포함할 수 있다.
그리고, 연료는 당 업계에서 "리포머(Reformer)"라고 칭하는 개질 장치를 통해 상기한 액체 연료 또는 액화 가스 연료로부터 생성된 수소 성분의 개질 가스를 포함할 수도 있다.
또한, 산화제는 별도의 저장 탱크에 저장된 산소 가스일 수 있고, 자연 그대로의 공기일 수도 있다.
상기에서와 같은 연료 전지 스택 어셈블리(100)는 스택으로 정의할 수 있는 다수의 모듈 형태로서 구성되고, 그 모듈들을 하나의 어셈블리 형태로 패키지화하여 이루어질 수 있다.
이러한 연료 전지 스택 어셈블리(100)는 모듈들로 공급되는 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시킬 수 있으며, 이 과정에 모듈들에서 발생하는 열을 냉각 매체(예컨대, 냉각수)를 통해 수냉식으로 냉각시킬 수 있다.
본 실시예에 의한 상기 연료 전지 스택 어셈블리(100)는 다수의 모듈들 중 적어도 어느 하나의 모듈에서 전류량이 저하되거나 셀 불량이 발생하는 경우, 전기적인 스위칭 방식으로 정상적인 모듈에서 발생하는 전류를 사용할 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리(100)는 기본적으로, 다수의 단위 스택 모듈들(10)과, 공용 분배기(30)와, 다수의 스위치부재들(50)과, 다수의 부스바들(70)을 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에서, 상기 각 단위 스택 모듈(10)은 언급한 바 있는 모듈로서 단위의 전기 발생 집합체로 이루어지는 바, 다수의 단위 셀들(11)이 연속적으로 배열된 구조로 이루어진다.
상기 단위 셀들(11)은 연료 및 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 단위의 연료 전지로서, 상술한 바 있는 연료의 종류에 따라 고분자 전해질형 연료 전지로 이루어질 수 있으며, 직접 산화형 연료 전지로 이루어질 수도 있다.
여기서, 상기 단위 셀들(11)은 막-전극 어셈블리(MEA)와 그 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 이의 양측에 각각 밀착되게 배치되는 세퍼레이터(당 업계에서는 통상적으로 "바이폴라 플레이트" 라고도 한다)를 포함하여 이루어진다.
상기 세퍼레이터는 막-전극 어셈블리에 밀착되는 면에 연료 및 산화제를 유동시키기 위한 채널을 각각 형성하고 있다. 상기 막-전극 어셈블리는 일면에 애노드 전극을 형성하고, 다른 일면에 캐소드 전극을 형성하며, 이들 두 전극 사이에 전해질막을 형성하고 있다.
이 경우, 애노드 전극은 세퍼레이터의 채널을 통해 공급되는 연료를 산화 반응시켜 전자와 수소 이온으로 분리시키고, 전해질막은 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키며, 캐소드 전극은 애노드 전극 측으로부터 받은 전자, 수소 이온, 및 세퍼레이터의 채널을 통해 제공받은 산화제를 환원 반응시켜 수분 및 열을 생성하는 기능을 하게 된다.
이러한 단위 셀들(11)은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 막-전극 어셈블리 및 세퍼레이터로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 단위 스택 모듈(10)은 단위 셀들(11)을 가압 체결하여 이루어지는 바, 이의 양측에는 전기를 집전하기 위한 양극 집전판(13)과 음극 집전판(15)을 구비하고 있다.
상기에서와 같은 단위 스택 모듈(10)은 다수 개로서 연속적으로 배열되며, 절연판(21)을 통하여 상호 절연된 상태로 케이스 형태의 커버(23)에 의해 커버링 또는 패키징 될 수 있다.
여기서, 상기 단위 스택 모듈들(10)은 양극 집전판(13) 및 음극 집전판(15)이 직렬로 연결되어 이루어지는 것이 바람직하다.
본 실시예의 도면에서는 상기한 단위 스택 모듈(10)이 4 개로서 커버(23)에 패키징 되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않고, 전류의 출력 요구량에 따라 그 개수를 초과하는 단위 스택 모듈들(10)이 연속적으로 배열될 수 있으며, 이들 모듈(10) 사이에 절연판(21)이 배치될 수 있다.
그러나, 이하에서는 상기 단위 스택 모듈들(10)을 편의 상 제1 내지 제4 단위 스택 모듈(M1, M2, M3, M4)로 명명하기로 한다.
본 실시예에서, 상기 공용 분배기(30)는 각각의 단위 스택 모듈들(10)로 연료, 산화제, 및 냉각 매체를 공용으로 분배하기 위한 것으로서, 각 단위 스택 모듈들(10)의 연료 매니폴드, 산화제 매니폴드, 및 냉각매체 매니폴드와 연결될 수 있다.
상기 공용 분배기(30)는 연료의 입출이 가능한 연료 입출구(31), 산화제의 입출이 가능한 산화제 입출구(33), 및 냉각매체의 입출이 가능한 냉각매체 입출구(35)를 포함하여 이루어진다.
이러한 공용 분배기(30)는 당 업계에서 널리 사용되고 있는 공지 기술의 공용 분배장치로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에서, 상기 스위치부재들(50)은 각 단위 스택 모듈(10)의 양극 집전판(13)과 음극 집전판(15)을 전기적으로 연결하기 위한 것이다.
상기 스위치부재(50)는 각 단위 스택 모듈(10)의 양극 집전판(13)과 음극 집전판(15)에 접속 또는 단락될 수 있는 스위치 소자로서 이루어진다.
본 실시예의 도면에서는 5 개의 스위치부재(50)를 구비하고 있는데, 본 발명에서는 반드시 이에 한정되지 않고, 그 개수가 단위 스택 모듈(10)의 개수에 따라 달라질 수 있다.
이하에서는 편의 상 상기 다수의 스위치부재(50)를 제1 내지 제5 스위치부재(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5)로 명명하기로 한다.
예를 들면, 상기 제1 스위치부재(SW1)는 제1 단위 스택 모듈(M1)의 음극 집전판(15)과 전기적인 스위칭이 이루어지며, 제2 스위치부재(SW2)는 제1 단위 스택 모듈(M1)의 양극 집전판(13) 및 제2 단위 스택 모듈(M2)의 음극 집전판(15)과 전기적인 스위칭이 이루어질 수 있다.
그리고 상기 제3 스위치부재(SW3)는 제2 단위 스택 모듈(M2)의 양극 집전판(13) 및 제3 단위 스택 모듈(M3)의 음극 집전판(15)과 전기적인 스위칭이 이루어지며, 제4 스위치부재(SW4)는 제3 단위 스택 모듈(M3)의 양극 집전판(13) 및 제4 단위 스택 모듈(M4)의 음극 집전판(15)과 전기적인 스위칭이 이루어지며, 제5 스위치부재(SW5)는 제4 단위 스택 모듈(M4)의 양극 집전판(13)과 전기적인 스위칭이 이루어질 수 있다.
여기서, 상기한 제1 스위치부재(SW1)와 제5 스위치부재(SW5)는 도선(W)을 통해 전기부하(60) 예컨대, 차량의 모터 구동 시스템에 직렬로 연결될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 부스바들(70)은 각 단위 스택 모듈(10)에 대응하여 스위치부재(50)와 전기적인 스위칭이 이루어지는 것으로, 각 단위 스택 모듈(10)에 대응하게 구비된다.
즉, 상기 단위 스택 모듈들(10) 중 적어도 어느 하나에 대하여 셀 불량이 발생하는 경우, 그 셀 불량의 단위 스택 모듈(10)에 대응하는 부스바(70)는 스위치부재(50)를 통해 셀 불량의 단위 스택 모듈(10)에 인접하는 정상적인 단위 스택 모듈(10)과 전기적인 스위칭이 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 부스바들(70)은 위에서 언급한 바 있는 커버(23)에 체결되며, 인슐레이터(71)를 통하여 그 커버(23)와 상호 절연될 수 있다.
본 실시예의 도면에서는 각 단위 스택 모듈(10)에 대응하여 4 개의 부스바(70)를 구비하고 있는데, 본 발명에서는 반드시 이에 한정되지 않고, 그 개수가 단위 스택 모듈(10)의 개수에 따라 달라질 수 있다.
이하에서는 편의 상 상기 다수의 부스바들(70)을 제1 내지 제4 부스바(B1, B2, B3, B4)로 명명하기로 한다.
예를 들면, 상기 제1 부스바(B1)는 제1 스위치부재(SW1) 및 제2 스위치부재(SW2)와 전기적인 스위칭이 이루어지며, 제2 부스바(B2)는 제2 스위치부재(SW2) 및 제3 스위치부재(SW3)와 전기적인 스위칭이 이루어질 수 있다.
그리고 상기 제3 부스바(B3)는 제3 스위치부재(SW3) 및 제4 스위치부재(SW4)와 전기적인 스위칭이 이루어지며, 제4 부스바(B4)는 제4 스위치부재(SW4) 및 제5 스위치부재(SW5)와 전기적인 스위칭이 이루어질 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리(100)의 작용을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
우선 본 실시예에서는 도 1에서와 같이, 단위 스택 모듈들(10)이 정상적으로 운전하는 경우, 각 단위 스택 모듈(10)에서 발생하는 전기 에너지는 직렬로 연결된 양극 집전판(13)과 음극 집전판(15)에 집전되면서 스위치부재들(50)을 통해 전기 부하(60)에 인가된다.
한편, 도 2a에서와 같이 일 예로서, 단위 스택 모듈들(10) 중 제1 단위 스택 모듈(M1)에서 셀 불량이 발생하는 경우, 본 실시예에서는 제1 스위치부재(SW1)를 제1 단위 스택 모듈(M1)의 음극 집전판(15)에서 제1 부스바(B1)로 스위칭시키고, 제2 스위치부재(SW2)를 제1 단위 스택 모듈(M1)의 양극 집전판(13)에서 제1 부스바(B1)로 스위칭시킨다.
그러면, 이 경우는 정상적으로 운전하는 제2 내지 제4 단위 스택 모듈(M2, M3, M4)에서 발생하는 전기 에너지를 제1 부스바(B1)와 제1 내지 제5 스위치부재들(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5)을 통해 전기 부하(60)에 인가할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 도 2b에서와 같이, 일 예로서 단위 스택 모듈들(10) 중 제2 단위 스택 모듈(M2)에서 셀 불량이 발생하는 경우, 제2 스위치부재(SW2)를 제2 단위 스택 모듈(M2)의 음극 집전판(15)에서 제2 부스바(B2)로 스위칭시킴과 동시에, 제3 스위치부재(SW3)를 제2 단위 스택 모듈(M2)의 양극 집전판(13)에서 제2 부스바(B2)로 스위칭시킨다.
그러면, 이 경우는 정상적으로 운전하는 제1,3,4 단위 스택 모듈(M1, M3, M4)에서 발생하는 전기 에너지를 제2 부스바(B2)와 제1 내지 제5 스위치부재들(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5)을 통해 전기 부하(60)에 인가할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 도 2c에서와 같이, 일 예로서 단위 스택 모듈들(10) 중 제3 단위 스택 모듈(M3)에서 셀 불량이 발생하는 경우, 제3 스위치부재(SW3)를 제3 단위 스택 모듈(M3)의 음극 집전판(15)에서 제3 부스바(B3)로 스위칭시키고, 제4 스위치부재(SW4)를 제3 단위 스택 모듈(M3)의 양극 집전판(13)에서 제3 부스바(B3)로 스위칭시킨다.
그러면, 이 경우는 정상적으로 운전하는 제1,2,4 단위 스택 모듈(M1, M2, M4)에서 발생하는 전기 에너지를 제3 부스바(B3)와 제1 내지 제5 스위치부재들(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5)을 통해 전기 부하(60)에 인가할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 도 2d에서와 같이, 일 예로서 단위 스택 모듈들(10) 중 제4 단위 스택 모듈(M4)에서 셀 불량이 발생하는 경우, 제4 스위치부재(SW4)를 제4 단위 스택 모듈(M4)의 음극 집전판(15)에서 제4 부스바(B4)로 스위칭시킴과 동시에, 제5 스위치부재(SW5)를 제4 단위 스택 모듈(M4)의 양극 집전판(13)에서 제4 부스바(B4)로 스위칭시킨다.
그러면, 이 경우는 정상적으로 운전하는 제1,2,3 단위 스택 모듈(M1, M2, M3)에서 발생하는 전기 에너지를 제4 부스바(B4)와 제1 내지 제5 스위치부재들(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5)을 통해 전기 부하(60)에 인가할 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 단위 스택 모듈들(10) 중 적어도 어느 하나에 대하여 셀 불량이 발생하는 경우, 상술한 바와 같은 스위치부재들(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5)과 부스바들(B1, B2, B3, B4)의 전기적인 스위칭으로서 정상적인 단위 스택 모듈(10)에서 발생하는 전기 에너지를 전기 부하(60)에 인가할 수 있다.
이상에서는 다수의 단위 스택 모듈들(10) 중 어느 하나에서 셀 불량이 발생하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명에서는 반드시 이에 한정되지 않고 둘 이상의 단위 스택 모듈(10)에서 셀 불량이 발생하더라도 이들 단위 스택 모듈(10)에 대응하는 부스바들(70)과 스위치부재들(50)의 전기적인 스위칭으로서 정상적인 단위 스택 모듈(10)에서 발생하는 전기 에너지를 전기 부하(60)에 인가할 수도 있다.
이로써, 본 실시예에서는 다수의 단위 스택 모듈들(10) 중 적어도 어느 하나에서 전류량이 저하되거나 셀 불량이 발생하는 경우, 부스바(70)와 스위치부재(50)의 전기적인 스위칭 방식으로 정상적인 단위 스택 모듈(10)에서 발생하는 전류를 사용할 수 있으므로, 전체 연료전지 스택을 보호할 수 있으며, 연료전지 스택의 일부 셀 불량에 의해 차량이 셧-다운(shut-down)되는 것을 방지하는 등 차량의 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 절연판(21), 스위치부재(50) 및 부스바(70) 등 간단한 구성으로 일부 셀 불량이 발생하더라도 나머지 셀들에서 발생하는 전기 에너지를 사용할 수 있으므로, 다양한 스택 구조에 적용 가능하며, 보다 많은 셀들을 활용할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10... 단위 스택 모듈 11... 단위 셀
13... 양극 집전판 15... 음극 집전판
21... 절연판 23... 커버
30... 공용 분배기 31... 연료 입출구
33... 산화제 입출구 35... 냉각매체 입출구
50... 스위치부재 60... 전기 부하
70... 부스바 71... 인슐레이터

Claims (4)

  1. 다수의 단위 셀들을 가압 체결하여 이루어지고, 절연판을 통해 상호 절연되며 연속적으로 배열되는 다수의 단위 스택 모듈;
    상기 단위 스택 모듈들로 연료, 산화제, 및 냉각 매체를 공용으로 분배하기 위한 공용 분배기;
    상기 각 단위 스택 모듈의 양극과 음극을 전기적으로 연결하는 다수의 스위치부재; 및
    상기 각 단위 스택 모듈에 대응하여 구비되고, 상기 스위치부재와 전기적인 스위칭이 이루어지는 다수의 부스바
    를 포함하는 연료 전지 스택 어셈블리.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 단위 스택 모듈들 중 적어도 어느 하나에 대하여 셀 불량이 발생하는 경우,
    상기 부스바는 상기 스위치부재를 통해 셀 불량의 단위 스택 모듈에 인접하는 정상적인 단위 스택 모듈과 전기적인 스위칭이 이루어지는 연료 전지 스택 어셈블리.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 단위 스택 모듈들이 직렬로 연결되어 이루어지는 연료 전지 스택 어셈블리.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 부스바는,
    상기 단위 스택 모듈을 커버링 하는 커버에 체결되며, 인슐레이터를 통하여 상기 커버와 절연되는 연료 전지 스택 어셈블리.
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