KR20160027744A

KR20160027744A - 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치

Info

Publication number: KR20160027744A
Application number: KR1020140116250A
Authority: KR
Inventors: 임준홍; 전대근; 박상원
Original assignee: 현대자동차주식회사; 주식회사 노바
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2016-03-10
Also published as: KR102056159B1

Abstract

연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치가 개시된다. 개시된 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치는 프레임 상으로 연료전지 스택이 진입한 상태로 연료전지 스택의 셀 단자들을 통해 단위 전지들의 셀 전압을 측정하기 위한 것으로서, ⅰ)연료전지 스택에 대하여 프레임에 왕복 이동 가능하게 설치되는 이동체와, ⅱ)셀 단자들에 대하여 이동체에 왕복 이동 가능하게 설치되며, 셀 단자들을 지지하는 단자 가이드와, ⅲ)단자 가이드에 정렬된 셀 단자들과 연결되는 다수 개의 커넥터 프로브들을 지니며 이동체에 왕복 이동 가능하게 설치되는 커넥팅유닛을 포함할 수 있다.

Description

연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치 {AUTOMATIC CONNECTOR CONNECTING DEVICE FOR FUEL CELL STACK}

본 발명의 실시예는 연료전지의 활성화 시스템에 관한 것으로서, 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 커넥터를 자동으로 연결하는 자동 커넥터 연결장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연료전지(Fuel Cell)는 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응을 일으키는 전극과, 그 반응에 의해 발생된 수소 이온을 전달하는 고분자 전해질막과, 상기한 전극과 고분자 전해질막을 지지하는 세퍼레이터로 이루어져 있다.

현재 자동차용 연료전지로 가장 각광 받고 있는 것은 고분자 전해질 연료전지이며, 상기한 고분자 전해질 연료전지는 다른 형태의 연료전지에 비해 효율이 높고, 전류밀도 및 출력 밀도가 크며 시동시간이 짧은 동시에 고체 전해질을 쓰기 때문에 부식 및 전해질 조절이 필요 없는 장점을 가지고 있다.

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

상기한 고분자 전해질 연료전지는 수소를 포함하는 연료와 공기와 같은 산화제의 전기 화학적인 반응을 통해 물과 열을 발생시키면서 전기 에너지를 발생시키는 장치로써, 공급된 연료가 애노드 전극의 촉매에서 수소 이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소 이온이 고분자 전해질막을 통해 캐소드 전극으로 넘어가게 되며, 이때 공급된 산화제와 외부 도선을 타고 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기 에너지를 발생시킨다.

실제 자동차용 연료전지에서는 높은 전위를 얻기 위해 개별 단위 전지를 필요한 전위만큼 적층해야 하며 이렇게 단위 전지를 적층한 것을 스택(Stack)이라고 한다.

한편, 연료전지의 전극은 나피온 같은 수소이온 전달체와 백금과 같은 촉매를 혼합하여 만들게 되는데, 연료전지 제작 후 초기 운전하여 전기화학 반응시 그 활성도가 떨어진다.

왜냐하면, 반응물의 이동 통로가 막혀 촉매까지 도달할 수 없기 때문이고, 촉매와 같이 삼상 계면을 이루고 있는 나피온과 같은 수소이온 전달체가 운전 초기에 쉽게 가수화가 되지 않기 때문이며, 수소이온 및 전자의 연속적인 이동성 확보가 되지 않았기 때문이다.

이 때문에 막-전극 어셈블리(전극과 고분자 전해질막의 집합체) 및 세퍼레이터를 이용하여 연료전지를 조립한 후, 연료전지의 성능을 최대한 확보하기 위해서는 활성화(Activation)라는 절차가 필요하다.

상기한 활성화의 목적은 막-전극 어셈블리 및 스택의 제조 과정에서 유입된 잔류 분순물을 제거하고, 반응에 참여하지 못하는 촉매 금속 반응 사이트를 활성화하며, 반응물의 촉매까지의 이동통로를 확보하고, 고분자 전해질막 및 전극 내에 포함된 전해질을 충분히 수화시켜 수소이온 통로를 확보하기 위해서이다.

연료전지의 활성화는 연료전지 제작 업체마다 여러 가지 다른 방법을 가지고 수행하고 있지만, 주된 활성화 방법은 일정 전압 하에서 장시간 운전하는 형태로 활성화하고 있다.

이를 위한 종래 기술에 따른 연료전지의 활성화 장비는 다수 개의 단위 전지들을 조립한 스택을 제작한 후, 그 스택으로 연료와 산화제를 공급하고, 스택에서 발생하는 전기 에너지를 전자 부하에 인가함으로써 연료전지의 활성화 공정이 이루어진다.

한편, 이와 같은 연료전지의 활성화 장비를 이용한 연료전지의 활성화 공정에서는 스택의 각 단위 전지에서 돌출되어 있는 단자를 통해 각 단위 전지의 셀 전압을 측정하고 있다.

예를 들면, 종래 기술에서는 스택의 각 셀 전압을 측정하는 커넥터들을 지닌 전압 측정설비를 제공하고, 그 커넥터들과 각 단위 전지의 단자를 수동으로 각각 연결하여 단위 전지들의 셀 전압을 측정할 수 있다.

그런데, 종래 기술에서는 전압 측정설비의 커넥터들과 스택의 단자들을 수동으로 연결하기 때문에, 작업성이 저하되고, 커넥터와 단자를 전반적으로 연결하는 작업 시간이 과도하게 소요될 수 있으며, 단자 연결 작업 시에 스택의 손상을 유발할 수 있다.

또한, 종래 기술에서는 전압 측정설비의 커넥터가 변형되거나 스택의 단자들이 불균일하게 배열되는 등의 위치 편차가 발생한 경우, 커넥터와 단자의 접촉 신뢰도를 보장하기가 어렵기 때문에, 결과적으로는 스택 전압 측정의 신뢰성이 저하될 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 연료전지 활성화 시 스택의 단자들에 전압 측정을 위한 커넥터들을 자동으로 동시에 연결할 수 있고, 커넥터들과 스택 단자들의 접촉 신뢰성 및 스택 전압 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치는, 프레임 상으로 연료전지 스택이 진입한 상태로 상기 연료전지 스택의 셀 단자들을 통해 단위 전지들의 셀 전압을 측정하기 위한 것으로서, ⅰ)상기 연료전지 스택에 대하여 상기 프레임에 왕복 이동 가능하게 설치되는 이동체와, ⅱ)상기 셀 단자들에 대하여 상기 이동체에 왕복 이동 가능하게 설치되며, 상기 셀 단자들을 지지하는 단자 가이드와, ⅲ)상기 단자 가이드에 정렬된 셀 단자들과 연결되는 다수 개의 커넥터 프로브들을 지니며 상기 이동체에 왕복 이동 가능하게 설치되는 커넥팅유닛을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 있어서, 상기 이동체는 제1 엑츄에이터에 의해 상기 프레임에 수평 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 있어서, 상기 프레임에는 상기 이동체의 이동 위치를 제한하기 위한 근접 센서가 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 있어서, 상기 단자 가이드는 제2 엑츄에이터에 의해 상기 이동체에 수평 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 가이드 블록을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 있어서, 상기 가이드 블록에는 상기 셀 단자들을 지지하는 "V"자 형의 지지홈들이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 있어서, 상기 지지홈에는 상기 셀 단자가 끼워지는 끼움홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 있어서, 상기 가이드 블록은 상기 제2 엑츄에이터의 연결 단에 가이드 바를 통해 유동 가능하게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 있어서, 상기 가이드 바에는 상기 가이드 블록과 상기 제2 엑츄에이터의 연결단 사이에서 상기 셀 단자들에 대한 지지압력을 완충하는 스프링이 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 있어서, 상기 가이드 블록에는 상기 제2 엑츄에이터의 연결 단과의 접촉을 감지하기 위한 로드 셀이 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 있어서, 상기 커넥팅 유닛은 제3 엑츄에이터에 의해 상기 이동체에 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 프로브 블록을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 있어서, 상기 프로브 블록에는 상기 셀 단자들과 접촉되는 상기 커넥터 프로브들이 연속적으로 배열될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 있어서, 상기 프로브 블록에는 상기 커넥터 프로브의 외경 보다 큰 내경의 장착홀을 지니며 상기 장착홀을 통해 상기 커넥터 프로브를 지지하는 한 쌍의 고정 플레이트가 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 있어서, 상기 커넥터 프로브에는 링부재가 고정되게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 있어서, 상기 링부재는 상기 고정 플레이트와 일정 유격을 두고 상기 고정 플레이트 사이에 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 있어서, 상기 커넥터 프로브는 상기 프로브 블록에 설치되는 외통부재와, 상기 외통부재의 내부에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 프로브 핀과, 상기 외통부재에 설치되며 상기 프로브 핀에 탄성력을 발휘하는 리턴 스프링과, 상기 프로브 핀에 설치되며 상기 셀 단자와 접촉하는 커넥터 헤드를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 있어서, 상기 커넥터 헤드에는 상기 셀 단자를 지지하는 "V" 자형의 헤드홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치는, 상기 커넥터 프로브들 및 단자 가이드와 전기적으로 연결되며, 상기 셀 단자들과 상기 커넥터 프로브들의 전기적인 연결을 외부로 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 있어서, 상기 표시부는 전기적인 신호에 의해 빛을 발광하는 LED 전구를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치는, 상기 이동체, 단자 가이드 및 커넥팅유닛의 이동을 제어하며, 상기 표시부의 발광 표시를 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 연료전지 활성화 시, 연료전지 스택의 셀 단자들에 전압 측정을 위한 커넥터 프로브들을 자동으로 동시에 연결할 수 있으며, 셀 단자들이 불균일하게 배열되는 등의 위치 편차가 발생하더라도 커넥터 프로브들과 셀 단자들의 접촉 신뢰성 및 스택 전압 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 스택의 셀 단자들에 전압 측정을 위한 커넥터 프로브들을 자동으로 연결할 수 있으므로, 스택의 전압 측정 작업 시간을 획기적으로 단축할 수 있으며, 공수를 절감하는 등 작업성을 향상시킬 수 있고, 작업 안전성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 커넥터 프로브들과 셀 단자들의 연결에 따른 연료전지 스택의 손상을 최소화시킬 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 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 적용되는 이동체의 작동 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 적용되는 단자 가이드를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 적용되는 커넥팅유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치의 커넥팅유닛에 적용되는 커넥터 프로브를 개략적으로 도시한 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.

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 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치(100)는 다수 개의 단위 전지들이 적층된 연료전지 스택(1)의 성능을 확보하기 위한 연료전지 스택 활성화 시스템에 적용될 수 있다.

예를 들면, 상기 연료전지 스택 활성화 시스템은 연료전지 스택(1)으로 연료와 산화제를 공급하고, 연료전지 스택(1)로부터 일정 전압을 전자 부하에 인가하는 방식으로 활성화 공정이 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 연료전지 스택 활성화 시스템에는 연료전지 스택에 유체 배관을 연결하는 유체 배관 연결장치, 연료전지 스택에 출력 케이블을 연결하는 케이블 연결장치 등을 포함하고 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치(100)는 연료전지 스택(1)에서 발생되는 전기 에너지의 전압을 측정하기 위한 것으로, 각 단위 전지 셀 전압을 측정할 수 있다.

이와 같은 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치(100)는 연료전지 스택 활성화 시스템의 프레임(3)에 구성될 수 있다.

상기 프레임(3)은 유체 배관장치, 케이블 연결장치와 함께 본 발명의 실시예에 따른 자동 커넥터 연결장치(100)의 각종 구성 요소들을 지지하는 것으로서, 하나의 프레임 또는 둘 이상으로 구획된 프레임으로 구성될 수 있다.

상기 프레임(3)에는 구성 요소들을 지지하기 위한 각종 브라켓, 바아, 로드, 플레이트, 하우징, 케이스, 블록, 격벽, 리브, 레일, 칼라 등과 같은 각종 부속요소들을 포함하고 있다.

그러나, 상기한 각종 부속요소들은 이하에서 더욱 설명될 각각의 구성 요소들을 프레임(3)에 설치하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 부속 요소들을 프레임(3)으로 통칭한다.

더 나아가, 상기 프레임(3)에는 단위 전지들이 적층된 연료전지 스택(1)을 활성화 작업 구간으로 이동시키기 위한 이동장치가 설치된다. 상기 이동장치는 연료전지 스택(1)에 전진 및 후진 구동력을 제공하는 구동수단(도면에 도시되지 않음)과, 활성화 작업 구간으로 연료전지 스택(1)을 가이드 하는 가이드 레일(5)을 포함할 수 있다.

그리고, 상기한 연료전지 스택(1)에는 다수 개의 단위 전지들로부터 돌출된 셀 단자들(7)(당 업계에서는 통상적으로 "SVM 단자" 라고도 한다)이 형성되어 있다. 예를 들면 상기 셀 단자들(7)은 연료전지 스택(1)의 하부에 일정한 간격을 두고 연속적으로 배열되어 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치(100)는 연료전지 활성화 시, 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7)에 전압 측정을 위한 커넥터들을 자동으로 동시에 연결할 수 있는 구조로 이루어진다.

즉, 본 발명의 실시예에서는 커넥터들과 셀 단자들(7)의 접촉(연결) 신뢰성 및 스택 전압 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 자동 커넥터 연결장치(100)를 제공한다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치(100)는 기본적으로, 이동체(10), 단자 가이드(30) 및 커넥팅유닛(60)을 포함하고 있으며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에서, 상기 이동체(10)는 뒤에서 더욱 설명될 단자 가이드(30) 및 커넥팅유닛(60)을 구성하는 것으로, 프레임(3) 상으로 진입한 연료전지 스택(1)에 대해 왕복 이동 가능하게 설치된다.

상기 이동체(10)는 프레임(3) 상으로 진입한 연료전지 스택(1)을 기준으로, 그 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7)에 대하여 프레임(3) 상에서 수평 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.

이러한 이동체(10)는 도 2에서와 같이, 제1 엑츄에이터(11)에 의해 프레임(3)에 수평 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 바, 프레임(3) 상에 놓여진 가이드 레일(13)을 따라 수평 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.

상기 제1 엑츄에이터(11)는 이동체(10)에 대하여 공압 또는 유압의 전진 및 후진 구동력을 제공하는 통상적인 실린더 장치를 포함할 수 있고, 모터의 회전력을 리드 스크류 및 엘엠 가이드를 통해 직선 왕복 운동으로 변환시키는 통상적인 이동장치를 포함할 수도 있다.

여기서, 상기 프레임(3)에는 이동체(10)의 이동 위치를 제한하기 위한 근접 센서(17)가 설치될 수 있다.

상기 근접 센서(17)는 연료전지 스택(1)에 대한 이동체(10)의 전진 위치를 제한하기 위한 것으로, 이동체(10)가 기 설정된 위치에 도달하면 이를 감지하고 그 감지 신호를 제어기(90)로 출력한다. 그러면, 상기 제어기(90)는 제1 엑츄에이터(11)에 제어 신호를 인가하여 이동체(10)의 이동을 정지시킬 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 단자 가이드(30)는 위에서 언급한 바와 같이 프레임(3) 상으로 진입한 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7)을 지지하기 위한 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 적용되는 단자 가이드를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 단자 가이드(30)는 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7)에 대하여 이동체(10)에 왕복 이동 가능하게 구성될 수 있다.

상기 단자 가이드(30)는 제2 엑츄에이터(31)를 통해서 이동체(10)에 수평 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 가이드 블록(33)을 포함한다.

상기에서 제2 엑츄에이터(31)는 가이드 블록(33)에 대하여 공압 또는 유압의 전진 및 후진 구동력을 제공하는 통상적인 실린더 장치를 포함할 수 있고, 모터의 회전력을 리드 스크류 및 엘엠 가이드를 통해 직선 왕복 운동으로 변환시키는 통상적인 이동장치를 포함할 수도 있다.

상기 가이드 블록(33)에는 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7)을 지지하는 "V"자 형의 지지홈들(35)이 형성되어 있다. 그리고 상기 지지홈들(35)에는 셀 단자(7)가 끼워지는 끼움홈(37)이 형성되어 있다.

즉, 상기 제2 엑츄에이터(31)에 의해 가이드 블록(33)이 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7) 측으로 이동함에 따라, 상기 셀 단자들(7)은 가이드 블록(33)의 지지홈들(35)에 가이드 되며 끼움홈(37)에 끼워질 수 있다.

여기서, 상기 가이드 블록(33)은 제2 엑츄에이터(31)의 연결 단에 가이드 바(39)를 통해 유동 가능하게 설치되는 바, 상기 가이드 바(39)에는 가이드 블록(33)과 제2 엑츄에이터(31)의 연결단 사이에서 셀 단자들(7)에 대한 가이드 블록(33)의 지지압력을 완충하는 스프링(41)이 설치되어 있다.

그리고, 상기 가이드 블록(33)에는 제2 엑츄에이터(31)의 연결 단과의 접촉을 감지하기 위한 로드 셀(43)이 설치되어 있다. 상기 로드 셀(43)은 제2 엑츄에이터(31)의 연결 단과 가이드 블록(33)과의 접촉 압력을 감지하고 그 감지 신호를 제어기(90)로 출력한다.

즉, 상기 로드 셀(43)은 가이드 블록(33)이 제2 엑츄에이터(31)에 의해 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7) 측으로 이동하는 때, 셀 단자들(7)에 대한 가이드 블록(33)의 지지압력을 스프링(41)을 통해 완충하며 제2 엑츄에이터(31)의 연결 단과 가이드 블록(33)이 접촉하는 경우, 이를 감지하고 제어기(90)에 감지 신호를 출력한다. 그러면, 상기 제어기(90)는 제2 엑츄에이터(31)에 제어 신호를 인가하여 그 제2 엑츄에이터(31)의 작동을 정지시킬 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 커넥팅유닛(60)은 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7)과 연결(접촉)되는 것으로, 당 업계에서는 "CVM 커넥터" 라고도 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치에 적용되는 커넥팅유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 커넥팅유닛(60)은 제3 엑츄에이터(61)에 의해 이동체(10)에 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 프로브 블록(63)을 포함하고 있다.

즉, 상기 프로브 블록(63)은 단자 가이드(30)의 가이드 블록(33)에 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7)이 지지된 상태에서 제3 엑츄에이터(61)에 의해 하측 방향으로 이동될 수 있다.

상기한 제3 엑츄에이터(61)는 이동체(10)에 설치되는 바, 유압 또는 공압에 의해 전진 및 후진 작동하며 프로브 블록(63)을 상하 방향으로 왕복 이동시키는 통상적인 작동 실린더 장치를 포함할 수 있다.

상기에서 프로브 블록(63)에는 가이드 블록(33)에 지지된 상태로 정렬된 셀 단자들(7)과 접촉(연결)되는 다수 개의 커넥터 프로브들(65)이 설치되어 있다.

상기 커넥터 프로브들(65)은 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7)에 대응하여 프로브 블록(63)에 일정 간격을 두고 연속적으로 배열되어 있다. 이러한 커넥터 프로브(65)는 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7)에 접촉 식으로 연결될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치의 커넥팅유닛에 적용되는 커넥터 프로브를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1과 함께 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 커넥터 프로브(65)는 프로브 블록(63)에 상하 좌우 유동 가능하게 설치될 수 있다.

이를 위해 상기 프로브 블록(63)에는 커넥터 프로브(65)의 외경 보다 큰 내경의 장착홀(66)을 지니며 그 장착홀(66)을 통해 커넥터 프로브(65)를 지지하는 한 쌍의 고정 플레이트(67)가 설치된다.

그리고, 상기 커넥터 프로브(65)에는 링부재(69)가 고정되게 설치되는 바, 상기 링부재(69)는 고정 플레이트(67)와 일정 유격을 두고 한 쌍의 고정 플레이트(67) 사이에 배치된다.

즉, 상기 커넥터 프로브(65)는 이의 외경 보다 큰 고정 플레이트(67)의 장착홀(66)에 지지되며, 그 한 쌍의 고정 플레이트(67) 사이에서 링부재(69)가 고정되게 설치되어 있기 때문에, 프로브 블록(63)에 상하 및 좌우 방향(도면을 기준으로 함)으로 유동 가능하게 설치될 수 있다.

이는 셀 단자들(7)의 연직 상에 커넥터 프로브들(65)이 소정의 공차를 두고 위치하거나 셀 단자들(7)이 불균일하게 배열되는 등의 위치 편차가 발생하더라도 그 커넥터 프로브들(65)의 상하 좌우 유동을 허용함으로써 셀 단자들(7)과 커넥터 프로브들(65)을 정확하게 연결하기 위함이다.

한편, 본 발명의 실시예에서 상기 커넥터 프로브(65)는 외통부재(71), 프로브 핀(73), 리턴 스프링(75) 그리고 커넥터 헤드(77)를 포함하고 있다.

상기 외통부재(71)는 위에서 언급한 바와 같은 프로브 블록(63)에 상하 좌우 유동 가능하게 설치될 수 있으며, 상기 프로브 핀(73)은 외통부재(71)의 내부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 그 외통부재(71)의 외부로 돌출되게 설치될 수 있다.

상기 리턴 스프링(75)은 셀 단자들(7)에 대한 접촉력을 제공하는 것으로, 외통부재(71)의 내부에 설치되며 프로브 핀(73)에 탄성력을 발휘할 수 있다.

그리고, 상기 커넥터 헤드(77)는 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7)에 실질적으로 접촉되는 것으로, 프로브 핀(73)의 단부(도면을 기준할 때 하단부)에 설치될 수 있다.

여기서, 상기 커넥터 헤드(77)에는 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7)을 가이드(지지)하는 "V" 자 형의 헤드홈(79)이 형성되어 있다.

즉, 상기 커넥터 헤드(77)에 "V" 자 형의 헤드홈(79)이 형성되어 있기 때문에, 커넥터 프로브들(65)은 앞서 설명한 바와 같이 프로브 블록(63)에 대해 상하 좌우 유동을 허용할 수 있게 되는 것이다.

한편 도 1 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자동 커넥터 연결장치(100)는 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7)과 커넥터 프로브들(65)의 전기적인 연결을 외부로 표시하는 표시부(80)를 더 포함하고 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 표시부(80)는 커넥터 프로브들(65) 및 단자 가이드(30)의 가이드 블록(33)과 전기적으로 연결되며, 전기적인 신호에 의해 빛(LED 광)을 발광하는 LED 전구(81)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 커넥터 프로브들(65)과 가이드 블록(33)은 전도성 소재로 이루어지며, 상기 LED 전구(81)는 커넥터 프로브들(65)이 셀 단자들(7)과 연결(접촉)될 때, 전원을 인가받아 각 커넥터 프로브(65)와 셀 단자(7)와의 연결 상태를 발광하는 빛으로 표시할 수 있다.

그리고, 상기 LED 전구(81)는 커넥터 프로브들(65)과 셀 단자들(7)이 정상적으로 접촉(연결)되지 않거나 단위 전지가 불량일 경우, 전원을 인가받지 못하고 발광하지 않게 되며, 이를 통해 해당 셀의 불량 상태를 외부로 표시할 수 있다.

다른 한편으로, 본 발명의 실시예에서는 도 1에서와 같이 자동 커넥터 연결장치(100)의 전반적인 운용을 제어하기 위한 제어기(90)를 포함하고 있다.

상기 제어기(90)는 앞서 설명한 바 있는 근접 센서(17)의 감지 신호를 제공받아 제1 엑츄에이터(11)의 구동을 제어함으로써 연료전지 스택(1)에 대한 이동체(10)의 전진 위치를 제한할 수 있다.

또한, 상기 제어기(90)는 앞서 설명한 바 있듯이 제2 엑츄에이터(31)의 연결 단과 가이드 블록(33)이 접촉하는 경우, 이를 감지하는 로드 셀(43)의 감지 신호를 제공받아 제2 엑츄에이터(31)의 구동을 제어할 수 있다.

그리고, 상기 제어기(90)는 제3 엑츄에이터(61)를 제어하여 프로브 블록(63)을 상하 방향으로 왕복 이동시킬 수 있으며, 로브 커넥터들(65)과 셀 단자들(7)이 연결(접촉)될 때, 표시부(80)의 LED 전구(81)에 전원을 인가할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치(100)의 작동을 앞서 개시한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 실시예에서는 다수 매의 단위 전지들을 적층한 연료전지 스택(1)을 프레임(3) 상의 활성화 작업 구간으로 이동시킨다. 이 때, 상기 연료전지 스택(1)은 도면에 도시되지 않은 구동수단 및 가이드 레일(5)을 통해 활성화 작업 구간으로 이동될 수 있다.

그리고 나서, 본 발명의 실시예에서는 제1 엑츄에이터(11)를 통해 이동체(10)를 연료전지 스택(1) 측으로 전진 이동시킨다.

이 때, 상기 이동체(10)는 프레임(3) 상의 가이드 레일(13)을 따라 연료전지 스택(1) 측으로 전진 이동하는 바, 그 이동체(10)가 기 설정된 위치에 도달하면 근접 센서(17)는 이를 감지하고 그 감지 신호를 제어기(90)로 출력한다. 그러면 상기 제어기(90)는 제1 엑츄에이터(11)에 제어 신호를 인가하여 이동체(10)의 이동을 정지시킨다.

상기와 같은 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 단자 가이드(30)의 가이드 블록(33)을 제2 엑츄에이터(31)를 통해 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7) 측으로 전진 이동시킨다.

상기 제2 엑츄에이터(31)에 의해 가이드 블록(33)이 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7) 측으로 이동함에 따라, 셀 단자들(7)은 가이드 블록(33)의 "V" 자형 지지홈들(35)에 가이드 되며 끼움홈(37)에 끼워지게 된다.

여기서, 본 발명의 실시예에서는 상기 가이드 블록(33)이 제2 엑츄에이터(31)에 의해 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7) 측으로 이동하는 때, 셀 단자들(7)에 대한 가이드 블록(33)의 지지압력을 스프링(41)을 통해 완충할 수 있다.

만약, 상기 가이드 블록(33)이 제2 엑츄에이터(31)에 의해 스프링(41)의 탄성력을 극복하며 계속 이동함에 따라 제2 엑츄에이터(31)의 연결 단과 접촉하는 경우, 본 발명의 실시예에서는 로드 셀(43)을 통해 이를 감지하고 그 감지 신호를 제어기(90)로 출력한다. 그러면, 상기 제어기(90)는 제2 엑츄에이터(31)에 제어 신호를 인가하여 그 제2 엑츄에이터(31)의 작동을 정지시킨다.

상기한 바와 같이 단자 가이드(30)의 가이드 블록(33)을 통해 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7)을 지지한 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 제3 엑츄에이터(61)를 통해 커넥팅유닛(60)의 프로브 블록(63)을 하측 방향으로 이동시킨다.

그러면, 상기 프로브 블록(63)에 설치된 다수 개의 커넥터 프로브들(65)은 가이드 블록(33)에 지지된 상태로 정렬된 셀 단자들(7)과 접촉된다. 이 경우, 상기 커넥터 프로브들(65)은 프로브 핀(73)의 단부에 설치된 커넥터 헤드(77)를 통해 셀 단자들(7)과 연결될 수 있다.

이러는 과정에, 본 발명의 실시예에서는 커넥터 프로브(65)의 외경 보다 큰 고정 플레이트(67)의 장착홀(66)을 통해 커넥터 프로브(65)를 지지하며, 한 쌍의 고정 플레이트(67) 사이에서 커넥터 프로브(65)에 링부재(69)가 고정되게 설치되어 있기 때문에, 프로브 블록(63)에 대하여 커넥터 프로브(65)의 상하 좌우 유동을 허용할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에서는 셀 단자들(7)의 연직 상에 커넥터 프로브들(65)이 소정의 공차를 두고 위치하거나 셀 단자들(7)이 불균일하게 배열되는 등의 위치 편차가 발생하더라도 그 커넥터 프로브들(65)의 상하 좌우 유동을 허용함으로써 셀 단자들(7)과 커넥터 프로브들(65)을 정확하게 연결할 수 있다.

그리고, 상기한 커넥터 프로브들(65)은 외통부재(71)의 내부에 내부에서 리턴 스프링(75)을 통해 프로브 핀(73)을 탄성 지지하고 있기 때문에, 셀 단자들(7)에 대한 커넥터 헤드(77)의 접촉력을 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 커넥터 프로브들(65)의 커넥터 헤드(77)에는 "V" 자 형의 헤드홈(79)을 형성하고 있기 때문에, 그 헤드홈(79)을 통해 셀 단자들(7)을 지지하며, 앞서 설명한 바와 같이 프로브 블록(63)에 대해 커넥터 프로브들(65)의 상하 좌우 유동을 허용케 할 수 있다.

한편, 상기한 바와 같이 커넥터 프로브들(65)과 셀 단자들(7)을 연결한 경우, 본 발명의 실시예에서는 그 커넥터 프로브들(65)과 셀 단자들(7)의 연결 상태를 표시부(80)를 통해 외부로 표시할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에서는 커넥터 프로브들(65), 가이드 블록(33) 및 표시부(80)를 전기적으로 연결하고, 제어기(90)를 통해 표시부(80)로 전원을 인가함으로써 표시부(80)의 LED 전구(81)를 발광시킬 수 있다.

만약, 상기 커넥터 프로브들(65)과 셀 단자들(7)이 정상적으로 접촉(연결)되지 않거나 단위 전지가 불량일 경우에는 표시부(80)의 LED 전구(81)에 전원을 인가하지 못하므로, 이를 통해 해당 셀의 불량 상태를 외부로 표시할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 커넥터 프로브들(65)과 각 셀 단자(7)와의 연결 여부를 표시부(80)의 LED 전구(81)에서 발광되는 빛으로 표시하며, 연료전지 스택(1)의 각 셀 전압을 측정할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치(100)에 의하면, 연료전지 활성화 시 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7)에 전압 측정을 위한 커넥터 프로브들(65)을 자동으로 동시에 연결할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 셀 단자들(7)이 불균일하게 배열되는 등의 위치 편차가 발생하더라도 커넥터 프로브들(65)과 셀 단자들(7)의 접촉 신뢰성 및 스택 전압 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 스택(1)의 셀 단자들(7)에 전압 측정을 위한 커넥터 프로브들(65)을 자동으로 연결할 수 있으므로, 스택의 전압 측정 작업 시간을 획기적으로 단축할 수 있으며, 공수를 절감하는 등 작업성을 향상시킬 수 있고, 작업 안전성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 커넥터 프로브들(65)과 셀 단자들(7)의 연결에 따른 연료전지 스택(1)의 손상을 최소화시킬 수 있다.

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 스택 3... 프레임
5, 13... 가이드 레일 7... 셀 단자
10... 이동체 11... 제1 엑츄에이터
17... 근접 센서 30... 단자 가이드
31... 제2 엑츄에이터 33... 가이드 블록
35... 지지홈 37... 끼움홈
39... 가이드 바 41... 스프링
43... 로드 셀 60... 커넥팅유닛
61... 제3 엑츄에이터 63... 프로브 블록
65... 커넥터 프로브 66... 장착홀
67... 고정 플레이트 69... 링부재
71... 외통부재 73... 프로브 핀
75... 리턴 스프링 77... 커넥터 헤드
79... 헤드홈 80... 표시부
81... LED 전구 90... 제어기

Claims

프레임 상으로 연료전지 스택이 진입한 상태로 상기 연료전지 스택의 셀 단자들을 통해 단위 전지들의 셀 전압을 측정하기 위한 자동 커넥터 연결장치로서,
상기 연료전지 스택에 대하여 상기 프레임에 왕복 이동 가능하게 설치되는 이동체;
상기 셀 단자들에 대하여 상기 이동체에 왕복 이동 가능하게 설치되며, 상기 셀 단자들을 지지하는 단자 가이드; 및
상기 단자 가이드에 정렬된 셀 단자들과 연결되는 다수 개의 커넥터 프로브들을 지니며 상기 이동체에 왕복 이동 가능하게 설치되는 커넥팅유닛;
을 포함하는 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치.
제1 항에 있어서,
상기 이동체는 제1 엑츄에이터에 의해 상기 프레임에 수평 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되며,
상기 프레임에는 상기 이동체의 이동 위치를 제한하기 위한 근접 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치.
제1 항에 있어서,
상기 단자 가이드는 제2 엑츄에이터에 의해 상기 이동체에 수평 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 가이드 블록을 포함하며,
상기 가이드 블록에는 상기 셀 단자들을 지지하는 "V"자 형의 지지홈들이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치.
제3 항에 있어서,
상기 지지홈에는 상기 셀 단자가 끼워지는 끼움홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치.
제3 항에 있어서,
상기 가이드 블록은 상기 제2 엑츄에이터의 연결 단에 가이드 바를 통해 유동 가능하게 설치되며,
상기 가이드 바에는 상기 가이드 블록과 상기 제2 엑츄에이터의 연결단 사이에서 상기 셀 단자들에 대한 지지압력을 완충하는 스프링이 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치.
제5 항에 있어서,
상기 가이드 블록에는 상기 제2 엑츄에이터의 연결 단과의 접촉을 감지하기 위한 로드 셀이 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치.
제1 항에 있어서,
상기 커넥팅 유닛은 제3 엑츄에이터에 의해 상기 이동체에 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 프로브 블록을 포함하며,
상기 프로브 블록에는 상기 셀 단자들과 접촉되는 상기 커넥터 프로브들이 연속적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치.
제7 항에 있어서,
상기 프로브 블록에는 상기 커넥터 프로브의 외경 보다 큰 내경의 장착홀을 지니며 상기 장착홀을 통해 상기 커넥터 프로브를 지지하는 한 쌍의 고정 플레이트가 설치되며,
상기 커넥터 프로브에는 링부재가 고정되게 설치되되, 상기 링부재는 상기 고정 플레이트와 일정 유격을 두고 상기 고정 플레이트 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치.
제7 항에 있어서,
상기 커넥터 프로브는,
상기 프로브 블록에 설치되는 외통부재와,
상기 외통부재의 내부에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 프로브 핀과,
상기 외통부재에 설치되며 상기 프로브 핀에 탄성력을 발휘하는 리턴 스프링과,
상기 프로브 핀에 설치되며 상기 셀 단자와 접촉하는 커넥터 헤드
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치.
제9 항에 있어서,
상기 커넥터 헤드에는 상기 셀 단자를 지지하는 "V" 자형의 헤드홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치.
제1 항에 있어서,
상기 커넥터 프로브들 및 단자 가이드와 전기적으로 연결되며, 상기 셀 단자들과 상기 커넥터 프로브들의 전기적인 연결을 외부로 표시하는 표시부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치.
제11 항에 있어서,
상기 표시부는 전기적인 신호에 의해 빛을 발광하는 LED 전구를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치.
제11 항에 있어서,
상기 이동체, 단자 가이드 및 커넥팅유닛의 이동을 제어하며, 상기 표시부의 발광 표시를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 전압 측정을 위한 자동 커넥터 연결장치.