KR20160069311A - 연료전지 스택의 활성화 장치 - Google Patents

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Abstract

연료전지 스택의 활성화 장치가 개시된다. 개시된 연료전지 스택의 활성화 장치는 프레임 상으로 연료전지 스택이 진입한 상태로 연료전지 스택의 활성화 및 성능 평가를 실시하기 위한 것으로서, 연료전지 스택의 한 쪽 측면 방향을 따라 프레임에 전동 식으로 왕복 이동 가능하게 설치되며, 연료전지 스택으로 출력 케이블을 연결하는 출력 케이블 연결유닛을 포함할 수 있다.

Description

연료전지 스택의 활성화 장치 {ACTIVATION APPARATUS OF FUEL CELL STACK}
본 발명의 실시예는 연료전지 스택의 활성화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지 스택의 활성화 공정 및 성능 평가를 무인화하며 자동으로 구현할 수 있는 연료전지 스택의 활성화 장치에 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 구성된다.
현재 자동차용 연료전지로 가장 각광받고 있는 것은 고분자 전해질 연료전지이다. 고분자 전해질 연료전지는 다른 형태의 연료전지에 비해 효율이 높고, 전류밀도 및 출력 밀도가 크며, 시동시간이 짧은 동시에 고분자 전해질을 사용하기 때문에 부식 및 전해질 조절이 필요 없다는 장점을 가지고 있다.
또한, 고분자 전해질 연료전지는 배기가스로 순수 물만을 배출하는 친환경적인 동력원이기 때문에, 현재 전 세계 자동차 업계에서 활발한 연구가 진행 중에 있다.
이와 같은 고분자 전해질 연료전지는 수소를 포함하는 연료와 공기와 같은 산화제의 전기 화학적인 반응을 통해 물과 열을 발생시키면서 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.
즉, 고분자 전해질 연료전지는 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 적층 하는데, 이렇게 단위 전지를 적층한 것을 스택(Stack)이라고 한다.
한편, 연료전지의 전극은 수소이온 전달체와 촉매를 혼합하여 이루어지는데, 연료전지 제작 후의 초기 운전 시 전기 화학적인 반응의 활성도가 떨어질 수 있다.
이는 반응물의 이동 통로가 막혀 촉매까지 도달할 수 없기 때문이고, 삼상 계면을 이루고 있는 수소이온 전달체가 운전 초기에 쉽게 가수화가 되지 않기 때문이며, 수소이온 및 전자의 연속적인 이동성 확보가 어렵기 때문이다.
이 때문에 전극과 고분자 전해질막을 포함하는 막-전극 어셈블리 및 세퍼레이터로 구성되는 연료전지들의 전기 발생 집합체인 스택을 조립한 후, 연료전지들의 성능을 최대한 확보하기 위해서는 그 연료전지 스택의 활성화(Activation) 및 성능 평가 절차가 필요하다.
상기한 활성화 및 성능 평가의 목적은 막-전극 어셈블리 및 스택의 제조 과정에서 유입된 잔류 불순물을 제거하고, 반응에 참여하지 못하는 사이트를 활성화하며, 반응물이 촉매까지 이동할 수 있는 이동통로를 확보함과 아울러, 고분자 전해질막과 전극 내에 포함된 전해질을 충분히 가수화시켜 수소이온 통로를 확보하기 위해서이다.
이와 같은 연료전지 스택의 활성화는 연료전지 제작 업체마다 여러 가지 다른 방법으로 수행하고 있지만, 주된 활성화 방법은 스택을 일정 전압 하에서 장시간 운전하며 그 스택의 연료전지들의 셀 전압을 검사하는 방식을 채용하고 있다.
이를 위한 종래 기술에 따른 연료전지 스택의 활성화 장비는 다수 개의 연료전지들을 적층한 스택을 제작한 후에 그 연료전지들로 연료와 산화제를 공급하고, 연료전지들에서 발생하는 전기 에너지를 전자 부하장치에 인가하여 연료전지들의 셀 전압을 검사함으로써 연료전지 스택의 활성화 및 성능 평가 공정을 수행할 수 있다.
한편, 이와 같은 연료전지 스택의 활성화 및 성능 평가 공정에서는 스택의 각 연료전지에서 돌출된 단자에 전압 측정 설비의 커넥터들을 연결하고, 전기 부하장치와 연결된 출력 케이블을 스택의 양측 출력 단자에 연결하며, 스택의 연료전지들로 유체(수소, 공기 및 냉각수)를 공급하기 위한 유체 공급 배관을 스택의 매니폴드에 연결한다.
여기서, 스택의 연료전지들에 각각 돌출된 단자에 전압 측정설비의 커넥터들을 연결하는 공정에서는 커넥터들과 각 연료전지의 단자를 수동으로 연결한다. 따라서 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, 전기 부하장치와 연결된 출력 케이블을 스택의 양측 출력 단자에 연결하는 공정에서는 전기 부하장치에 연결된 부스바와 출력 케이블을 작업자가 볼트를 통해 스택의 양측 출력 단자에 체결한다. 따라서, 종래 기술에서는 수작업으로 출력 케이블을 스택의 양측 출력 단자에 대해 연결 및 분리하는 경우 작업자의 감전 위험에 노출될 수 있다. 즉 스택에 대한 수소 및 공기의 공급을 중지하더라도 스택 내의 잔류 수소 및 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전류가 발생하므로, 출력 케이블의 분리 시 작업자의 감전 사고를 유발할 수 있다.
그리고, 스택의 연료전지들로 유체를 공급하기 위한 유체 공급 배관을 스택의 매니폴드에 연결하는 공정에서는 스택을 수작업으로 밀어 활성화 장비의 유체 공급 배관에 연결한다. 따라서 종래 기술에서는 수십 kg의 스택을 수작업으로 밀어 활성화 장비의 유체 공급 배관에 연결하므로, 작업성이 저하되고, 유체 공급 배관과 스택 매니폴드의 연결 시 이들 상호 간의 기밀 확보가 어려운 실정이다.
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 다 채널 방식으로 스택의 활성화 공정 및 성능 평가를 무인화하며 자동으로 구현하여 연료전지 차량의 자동 조립 양산 공정에 대응할 수 있도록 한 연료전지 스택 활성화 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 연료전지 스택에 대한 전압 측정 커넥터, 출력 케이블 및 유체 공급 배관을 자동으로 동시에 연결할 수 있도록 한 연료전지 스택의 활성화 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치는, 프레임 상으로 연료전지 스택이 진입한 상태로 상기 연료전지 스택의 활성화 및 성능 평가를 실시하기 위한 것으로서, 상기 연료전지 스택의 한 쪽 측면 방향을 따라 상기 프레임에 전동 식으로 왕복 이동 가능하게 설치되며, 상기 연료전지 스택으로 출력 케이블을 연결하는 출력 케이블 연결유닛을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 활성화 장치에 있어서, 상기 출력 케이블 연결유닛은 상기 프레임에 엑츄에이터를 통해 상기 연료전지 스택의 한 쪽 측면 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 이동체와, 상기 이동체에 탄발 가능하게 설치되며 상기 연료전지 스택의 출력 단자와 연결되는 한 쌍의 연결 단자세트를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 활성화 장치에 있어서, 상기 이동체에는 상기 연료전지 스택의 한 쪽 측면을 지지하는 한 쌍의 어태치가 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 활성화 장치에 있어서, 상기 어태치는 고무 소재의 블록 형태로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 활성화 장치에 있어서, 상기 연결 단자세트는 상기 이동체에 고정되게 설치되며 전기 부하설비와 출력 케이블을 통해 연결되는 케이블 접속부재와, 상기 케이블 접속부재 내부에서 외부로 돌출되며 상기 연료전지 스택의 한 쪽 측면 방향으로 유동 가능하게 설치되고 그 돌출 단부에 연결 단자가 설치되는 단자 로드와, 상기 케이블 접속부재의 내부에 설치되며 상기 단자 로드에 탄발력을 발휘하는 스프링을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 활성화 장치에 있어서, 상기 연결 단자는 상기 연료전지 스택의 한 쪽 측면에 구비된 단자홀에 삽입되되, 테이퍼 형상의 외주면을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 활성화 장치에 있어서, 상기 단자 로드의 돌출 단부 측에는 상기 연료전지 스택의 출력 단자를 지지하는 원반 형태의 지지부재가 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 활성화 장치에 있어서, 상기 엑츄에이터는 상기 이동체와 연결되는 작동 실린더를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 활성화 장치에 있어서, 상기 이동체는 한 쌍의 가이드 바를 통해 상기 프레임에 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 활성화 장치에 있어서, 상기 가이드 바는 상기 프레임 상에 구비된 한 쌍의 지지블록에 끼워지며 상기 이동체의 이동을 가이드 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 활성화 장치에 있어서, 상기 출력 케이블 연결유닛은 상기 연료전지 스택의 한 쪽 측면에 구비된 (+)출력 단자에 전자 부하설비의 (+)출력 케이블을 연결할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 활성화 장치에 있어서, 상기 연료전지 스택의 다른 한 쪽 측면에 구비된 (-)출력 단자에는 상기 연료전지 스택으로 유체를 공급하기 위한 유체 공급 배관 연결유닛을 통해 전자 부하설비의 (-)출력 케이블을 연결할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 활성화 장치에 있어서, 상기 유체 공급 배관 연결유닛은 상기 프레임에 엑츄에이터를 통해 상기 연료전지 스택의 다른 한 쪽 측면 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 이동체를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 다 채널 방식으로 커넥터 연결유닛, 출력 케이블 연결유닛 및 유체 공급 배관 연결유닛을 통해 연료전지 스택의 활성화 공정 및 성능 평가를 무인화하며 자동으로 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 스택에 대한 전압 측정 커넥터, 출력 케이블 및 유체 공급 배관을 수작업이 아닌 자동화 공정으로 동시에 연결할 수 있으므로, 연료전지 차량의 자동 조립 양산 공정에 유연하게 대응할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에서는 수작업이 아닌 자동화로 연료전지 스택의 활성화 공정 및 성능 평가가 이루어지므로, 작업성을 향상시킬 수 있고, 연료전지 스택의 손상 및 작업자의 감전사고 등을 방지할 수 있으며, 유체 공급 시 연료전지 스택과의 기밀성을 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 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치를 적용한 연료전지 스택의 활성화 공정을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치를 도시한 사시도이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치를 도시한 평면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 커넥터 연결유닛을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 커넥터 연결유닛의 이동체 작동 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 커넥터 연결유닛의 단자 가이드를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 커넥터 연결유닛의 커넥팅부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 커넥팅부의 커넥터 프로브를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 출력 케이블 연결유닛을 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 출력 케이블 연결유닛의 이동체 작동 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 출력 케이블 연결유닛의 제1 연결 단자세트를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 유체 공급 배관 연결유닛을 도시한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 유체 공급 배관 연결유닛의 이동체 작동 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 유체 공급 배관 연결유닛의 제2 연결 단자세트를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 유체 공급 배관 연결유닛의 기밀 테스트부를 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 구성의 명칭이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것이며, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니고, 특허청구범위의 청구항에서는 제1, 제2 등의 표현을 삭제하였다.
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 활성화 장치를 적용한 연료전지 스택의 활성화 공정을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치(1)는 다수 개의 연료전지(이하에서는 "단위 셀" 이라고 한다)들이 적층된 연료전지 스택(5)의 성능을 확보하기 위한 것이다. 즉 상기 연료전지 스택의 활성화 장치(1)는 연료전지 스택(5)을 구성하는 단위 셀의 활성화 및 성능을 평가하기 위한 것이다.
예를 들면, 상기 연료전지 스택의 활성화 장치(1)는 각각의 단위 셀로 수소와 공기 그리고 냉각수를 공급하고, 단위 셀들로부터 일정 전압을 전자 부하에 인가하는 방식으로 막-전극 어셈블의 활성화 및 성능 평가 공정이 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 연료전지 스택의 활성화 장치(1)는 수소와 공기 그리고 냉각수를 연료전지 스택(5)의 단위 셀들로 공급하고, 단위 셀들에서 수소와 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 발생하는 전기 에너지를 출력 케이블을 통해 전자 부하설비에 인가할 수 있다.
그리고 상기 연료전지 스택의 활성화 장치(1)는 전자 부하설비에 인가되는 단위 셀들의 셀 전압을 셀 전압 측정 설비를 통해 측정하며 연료전지 스택의 불량 여부를 검사할 수 있다.
이와 같은 연료전지 스택의 활성화 장치(1)를 적용한 연료전지 스택(5)의 활성화 및 성능 평가 공정은 연료전지 스택(5)을 제작한 후에 이루어지고 있다.
상기 연료전지 스택의 활성화 장치(1)를 적용한 연료전지 스택(5)의 활성화 및 성능 평가 공정을 구체적으로 설명하면, 우선 본 발명의 실시예에서는 캐리어(3)를 통해 이송되는 연료전지 스택(5)의 외관 검사를 실시한다.
상기 연료전지 스택(5)의 외관 검사를 마친 후, 그 연료전지 스택(5)을 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치(1)로 이송시키며 그 활성화 장치(1)를 통해 연료전지 스택(5)의 활성화 공정 및 성능 평가 공정을 자동으로 실시한다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 활성화 장치(1)는 연료전지 스택(5)의 활성화 공정 및 성능 평가 공정 상에 2채널로 배치될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 활성화 장치(1)는 다수 개로서 연료전지 스택(5)의 이송경로(1a)를 사이에 두고 2채널로 이격되게 배치될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치(1)는 다 채널 방식으로 연료전지 스택(5)의 활성화 공정 및 성능 평가를 무인화하며 자동으로 구현할 수 있는 구조로 이루어진다.
즉, 본 발명의 실시예들은 연료전지 스택(5)에 대한 전압 측정 커넥터, 출력 케이블 및 유체 공급 배관을 자동으로 동시에 연결할 수 있는 연료전지 스택의 활성화 장치(1)를 제공한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치를 도시한 사시도이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치를 도시한 평면 구성도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택의 활성화 장치(1)는 기본적으로, 프레임(7), 커넥터 연결유닛(100), 출력 케이블 연결유닛(200) 및 유체 공급 배관 연결유닛(300)을 포함한다.
상기에서 프레임(7)은 이하에서 더욱 설명될 각종 구성 요소를 지지하는 것으로서, 하나의 프레임 또는 둘 이상으로 구획된 프레임으로 구성될 수 있다.
상기 프레임(7)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(7)에 설치하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 부속 요소들을 프레임(7)으로 통칭한다.
더 나아가, 상기 프레임(7)에는 다수 개의 단위 셀들이 적층된 연료전지 스택(5)을 활성화 작업 구간으로 진입시키거나 그 활성화 작업 구간에서 후퇴시키기 위한 이동장치가 설치된다.
상기 이동장치는 연료전지 스택(5)에 전진 및 후진 구동력을 제공하는 구동수단(도면에 도시되지 않음)과, 활성화 작업 구간으로 연료전지 스택(5)을 가이드 하는 제1 가이드 레일(8)을 포함할 수 있다.
그리고, 상기한 연료전지 스택(5)에는 다수 개의 단위 셀들로부터 돌출된 셀 단자들(9)(당 업계에서는 통상적으로 "SVM 단자" 라고도 한다)이 형성되어 있다. 예를 들면 상기 셀 단자들(9)은 연료전지 스택(5)의 하부에 일정한 간격을 두고 연속적으로 배열되어 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 커넥터 연결유닛을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2a, 2b 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 커넥터 연결유닛(100)은 연료전지 스택(5)을 구성하는 단위 셀들의 평균 셀 전압을 측정하기 위한 셀 전압 측정설비(2)와 연료전지 스택(5)의 셀 단자들(9)을 자동으로 연결하기 위한 것이다.
이러한 커넥터 연결유닛(100)은 기본적으로 제1 이동체(10), 단자 가이드(30) 및 커넥팅부(60)을 포함하고 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 이동체(10)는 뒤에서 더욱 설명될 단자 가이드(30) 및 커넥팅부(60)를 구성하는 것으로, 프레임(7) 상으로 진입한 연료전지 스택(5)에 대해 왕복 이동 가능하게 설치된다.
상기 제1 이동체(10)는 프레임(7) 상으로 진입한 연료전지 스택(5)을 기준으로, 그 연료전지 스택(5)의 셀 단자들(9)에 대하여 프레임(7) 상에서 연료전지 스택(5)의 진입 방향(수평 방향)으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.
즉, 상기 제1 이동체(10)는 제1 가이드 레일(8)을 통해 프레임(7) 상으로 진입하는 연료전지 스택(5)의 진입 방향을 따라 그 프레임(7)에 전동 식으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.
이러한 제1 이동체(10)는 도 4에서와 같이 제1 엑츄에이터(11)에 의해 프레임(7)에 연료전지 스택(5)의 진입 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 바, 그 프레임(7) 상에 놓여진 제2 가이드 레일(13)을 따라 연료전지 스택(5)의 진입 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.
상기 제1 엑츄에이터(11)는 제1 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(7)에는 제1 이동체(10)의 이동 위치를 제한하기 위한 근접 센서(17)가 설치될 수 있다.
상기 근접 센서(17)는 연료전지 스택(5)에 대한 제1 이동체(10)의 전진 위치를 제한하기 위한 것으로, 제1 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 제1 이동체(10)의 이동을 정지시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 단자 가이드(30)는 위에서 언급한 바와 같이 프레임(7) 상으로 진입한 연료전지 스택(5)의 셀 단자들(9)을 지지하기 위한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 커넥터 연결유닛의 단자 가이드를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 단자 가이드(30)는 연료전지 스택(5)의 셀 단자들(9)에 대하여 제1 이동체(10)에 왕복 이동 가능하게 구성될 수 있다.
상기 단자 가이드(30)는 제2 엑츄에이터(31)를 통해서 제1 이동체(10)에 수평 방향(연료전지 스택의 진입 방향)으로 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(5)의 셀 단자들(9)을 지지하는 "V"자 형의 지지홈들(35)이 형성되어 있다. 그리고 상기 지지홈들(35)에는 셀 단자(9)가 끼워지는 끼움홈(37)이 형성되어 있다.
즉, 상기 제2 엑츄에이터(31)에 의해 가이드 블록(33)이 연료전지 스택(5)의 셀 단자들(9) 측으로 이동함에 따라, 상기 셀 단자들(9)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 제1 가이드 바(39)를 통해 유동 가능하게 설치되는 바, 상기 제1 가이드 바(39)에는 가이드 블록(33)과 제2 엑츄에이터(31)의 연결단 사이에서 셀 단자들(9)에 대한 가이드 블록(33)의 지지압력을 완충하는 완충 스프링(41)이 설치되어 있다.
그리고, 상기 가이드 블록(33)에는 제2 엑츄에이터(31)의 연결 단과의 접촉을 감지하기 위한 제1 로드 셀(43)이 설치되어 있다. 상기 제1 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 제1 로드 셀(43)은 가이드 블록(33)이 제2 엑츄에이터(31)에 의해 연료전지 스택(5)의 셀 단자들(9) 측으로 이동하는 때, 셀 단자들(9)에 대한 가이드 블록(33)의 지지압력을 완충 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 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 커넥팅부(60)는 연료전지 스택(5)의 셀 단자들(9)과 연결(접촉)되는 것으로, 당 업계에서는 "CVM 커넥터" 라고도 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 커넥터 연결유닛의 커넥팅부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 커넥팅부(60)는 제3 엑츄에이터(61)에 의해 제1 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(5)의 셀 단자들(9)이 지지된 상태에서 제3 엑츄에이터(61)에 의해 하측 방향으로 이동될 수 있다.
상기한 제3 엑츄에이터(61)는 제1 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(9)과 접촉(연결)되는 다수 개의 커넥터 프로브들(65)이 설치되어 있다.
상기 커넥터 프로브들(65)은 연료전지 스택(5)의 셀 단자들(9)에 대응하여 프로브 블록(63)에 일정 간격을 두고 연속적으로 배열되어 있다. 이러한 커넥터 프로브(65)는 연료전지 스택(5)의 셀 단자들(9)에 접촉 식으로 연결될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 커넥팅부의 커넥터 프로브를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3과 함께 도 6 및 도 7을 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(9)의 연직 상에 커넥터 프로브들(65)이 소정의 공차를 두고 위치하거나 셀 단자들(9)이 불균일하게 배열되는 등의 위치 편차가 발생하더라도 그 커넥터 프로브들(65)의 상하 좌우 유동을 허용함으로써 셀 단자들(9)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(9)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(5)의 셀 단자들(9)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(5)의 셀 단자들(9)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 3 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 상기 커넥터 연결유닛(100)은 연료전지 스택(5)의 셀 단자들(9)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(9)과 연결(접촉)될 때, 전원을 인가받아 각 커넥터 프로브(65)와 셀 단자(9)와의 연결 상태를 발광하는 빛으로 표시할 수 있다.
그리고, 상기 LED 전구(81)는 커넥터 프로브들(65)과 셀 단자들(9)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 2a, 2b 및 도 3에서와 같이 본 장치(1)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(5)에 대한 제1 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 제1 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, 커넥터 프로브들(65)과 셀 단자들(9)이 연결(접촉)될 때, 표시부(80)의 LED 전구(81)에 전원을 인가할 수 있다.
도 2a, 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 출력 케이블 연결유닛(200)은 프레임(7) 상으로 진입된 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면으로 전자 부하설비(4)의 (+)출력 케이블(4a)을 자동으로 연결하기 위한 것이다.
여기서, 상기 출력 케이블 연결유닛(200)은 도 8의 (a)에서와 같이 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면에 구비된 (+)출력 단자(5a)에 전자 부하설비(4: 이하 도 2b 참조)의 (+)출력 케이블(4a)을 자동으로 연결할 수 있다.
이러한 (+)출력 단자(5a)는 연료전지 스택(5)의 일측에 각각 구비된 엔드 플레이트(5b)에 구비되며, 그 (+)출력 단자(5a)에는 단자홀(5c)이 형성되어 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 출력 케이블 연결유닛을 도시한 사시도이다.
도 2a, 2b 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 출력 케이블 연결유닛(200)은 기본적으로 제2 이동체(110) 및 제1 연결 단자세트(150)를 포함하고 있다.
상기 제2 이동체(110)는 뒤에서 더욱 설명될 제1 연결 단자세트(150)를 구성하는 것으로, 프레임(7) 상으로 진입한 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면에 대해 왕복 이동 가능하게 설치된다.
상기 제2 이동체(110)는 프레임(7) 상으로 진입한 연료전지 스택(5)을 기준으로, 그 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면에 구비된 엔드 플레이트(5b: 이하 도 8의 (a) 참조)의 (+)출력 단자(5a: 이하 도 8의 (a) 참조)에 대하여 프레임(7) 상에서 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.
즉, 상기 제2 이동체(110)는 제1 가이드 레일(8)을 통해 프레임(7) 상으로 진입된 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면 방향을 따라 그 프레임(7)에 전동 식으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.
이러한 제2 이동체(110)는 제4 엑츄에이터(111)에 의해 프레임(7)에 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된다.
상기 제4 엑츄에이터(111)는 제2 이동체(110)에 대하여 전후진 작동력을 제공하여 그 제2 이동체(110)를 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면 방향으로 왕복 이동시키는 작동 실린더(115)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 작동 실린더(115)는 공압 실린더를 포함할 수 있다.
이와 같은 제2 이동체(110)에는 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면을 지지하는 한 쌍의 어태치(117)가 설치되어 있다. 상기 어태치(117)는 제4 엑츄에이터(111)의 전진 구동에 의해 제2 이동체(110)의 전면이 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면에 밀착될 때, 제2 이동체(110)의 밀착력을 완충시키는 기능을 하게 된다.
이러한 어태치(117)는 고무 소재의 블록 형태로 구비되며, 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면에 대응하여 제2 이동체(110)의 전면 양측에 고정되게 설치된다.
여기서, 상기 제2 이동체(110)는 도 9 및 도 10에서와 같이 제4 엑츄에이터(111)의 작동 실린더(115)에 연결되며, 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면 방향으로 왕복 이동되는 바, 제2 가이드 바(131)를 통하여 프레임(7)에 왕복 이동 가능하게 지지된다.
상기 제2 가이드 바(131)는 한 쌍으로서 제2 이동체(110)의 후면에 연결되고, 프레임(7) 상에 고정된 한 쌍의 제1 지지블록(133)에 끼워지며 제2 이동체(110)의 왕복 이동을 가이드 할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 출력 케이블 연결유닛의 제1 연결 단자세트를 도시한 도면이다.
도 9 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 제1 연결 단자세트(150)는 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면 방향으로 이동하는 제2 이동체(110)에 의해 연료 전지 스택(5)의 (+)출력 단자(5a)에 전기적으로 접속되는 것이다.
상기 제1 연결 단자세트(150)는 제2 이동체(110)에 탄발 가능하게 설치되며, 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면에 구비된 엔드 플레이트(5b)의 (+)출력 단자(5a)와 전기적으로 연결된다.
이러한 제1 연결 단자세트(150)는 제2 이동체(110)에 고정되게 설치되는 제1 케이블 접속부재(151)와, 제1 케이블 접속부재(151)에 설치되는 제1 단자 로드(153)와, 제1 케이블 접속부재(151) 내부에 설치되는 제1 스프링(155)을 포함한다.
상기 제1 케이블 접속부재(151)는 원통 형상으로 구비되며, 제2 이동체(110)의 후면에 설치되고, 전기 부하설비(4: 도 2b 참조)와 (+)출력 케이블(4a)을 통해 연결된다.
상기 제1 단자 로드(153)는 제1 케이블 접속부재(151)의 내부에서 제2 이동체(110)의 전면 측으로 돌출되며, 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면 방향으로 유동 가능하게 설치된다. 즉 상기 제1 단자 로드(153)는 제1 케이블 접속부재(151)의 내부에서 제2 이동체(110)의 관통공(157)을 통해 제2 이동체(110)의 전면 측으로 돌출되게 설치된다.
상기 제1 단자 로드(153)의 돌출 단부에는 연료전지 스택(5)의 (+)출력 단자(5a)와 전기적으로 연결되는 제1 연결 단자(159)가 설치된다. 상기 제1 연결 단자(159)는 (+)출력 단자(5a)의 단자홀(5c)에 삽입된다. 제1 연결 단자(159)의 외주 면에는 그 제1 연결 단자(159)가 (+)출력 단자(5a)의 단자홀(5c)에 용이하게 삽입되도록 테이퍼 면(161)을 형성하고 있다.
상기에서 제1 단자 로드(153)의 돌출 단부 측에는 연료전지 스택(5)의 (+)출력 단자(5a)를 지지하는 원반 형태의 제1 지지부재(163)가 설치된다. 즉 상기 제1 지지부재(163)는 제1 단자 로드(153)가 (+)출력 단자(5a)의 단자홀(5c)에 삽입될 때, 엔드 플레이트(5b)의 (+)출력 단자(5a)를 지지한다.
그리고, 상기 제1 스프링(155)은 제1 케이블 접속부재(151)의 내부에서 제1 단자 로드(153)에 설치된다. 상기 제1 스프링(155)은 제1 지지부재(163)를 통해 엔드 플레이트(5b)의 (+)출력 단자(5a)를 지지하며 제1 단자 로드(153)를 (+)출력 단자(5a)의 단자홀(5c)에 삽입하는 때 제1 단자 로드(153)에 탄발력을 발휘한다.
즉, 상기 제1 단자 로드(153)는 제1 스프링(155)의 탄성력을 극복하며 제2 이동체(110)의 후면 방향으로 이동하고, 제1 스프링(155)의 탄성력을 제1 연결 단자(159)를 통해 (+)출력 단자(5a)에 인가할 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 유체 공급 배관 연결유닛(300)은 프레임(7) 상으로 진입된 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면으로 전자 부하설비(4)의 (-)출력 케이블(4b)을 자동으로 연결하고, 연료전지 스택(5)으로 유체 공급 설비(6)의 유체 공급 배관(6a)을 자동으로 연결하기 위한 것이다.
여기서, 상기 유체 공급 배관 연결유닛(300)은 도 8의 (b)에서와 같이 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면에 구비된 (-)출력 단자(5d)에 전자 부하설비(4: 이하 도 2b 참조)의 (-)출력 케이블(4b)을 자동으로 연결할 수 있다.
이러한 (-)출력 단자(5d)는 연료전지 스택(5)의 다른 일측에 각각 구비된 엔드 플레이트(5b)에 구비되며, 그 (-)출력 단자(5d)에는 단자홀(5e)이 형성되어 있다.
그리고 상기 연료전지 스택(5)에는 유체 공급 배관 연결유닛(300)과 연결되며, 유체 공급 설비(6)의 유체 공급 배관(6a)을 통해 공급되는 수소와 공기 그리고 냉각수를 주입 및 배출하기 위한 매니폴드(5m)를 구비하고 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 유체 공급 배관 연결유닛을 도시한 사시도이다.
도 2a, 2b 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 유체 공급 배관 연결유닛(300)은 기본적으로 제3 이동체(210) 및 제2 연결 단자세트(250)를 포함하고 있다.
상기 제3 이동체(210)는 더욱 설명될 제2 연결 단자세트(250)를 구성하는 것으로, 프레임(7) 상으로 진입한 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면에 대해 왕복 이동 가능하게 설치된다.
상기 제3 이동체(210)는 프레임(7) 상으로 진입한 연료전지 스택(5)을 기준으로, 그 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면에 구비된 엔드 플레이트(5b: 이하 도 8의 (b) 참조)의 (-)출력 단자(5d: 이하 도 8의 (b) 참조)에 대하여 프레임(7) 상에서 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.
즉, 상기 제3 이동체(210)는 제1 가이드 레일(8)을 통해 프레임(7) 상으로 진입된 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면 방향을 따라 그 프레임(7)에 전동 식으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.
이러한 제3 이동체(210)는 제5 엑츄에이터(211)에 의해 프레임(7)에 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된다. 상기 제3 이동체(210)는 프레임(7) 상에 놓여진 제3 가이드 레일(213)을 통해 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.
상기 제5 엑츄에이터(211)는 모터(215)의 회전 운동을 리드 스크류 및 엘엠 가이드를 통해 직선 왕복 운동으로 변환시키는 이동장치를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제3 이동체(210)는 도 12 및 도 13에서와 같이, 한 쌍의 제3 가이드 바(231)를 통해 프레임(7)에 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된다. 상기 제3 가이드 바(231)는 제3 이동체(210)의 후면에 연결되고, 프레임(7) 상에 구비된 한 쌍의 제2 지지블록(233)에 끼워지며 제3 이동체(210)의 이동을 가이드 할 수 있다.
그리고, 상기 제3 이동체(210)의 후면에 대응하여 프레임(7)에는 제5 엑츄에이터(211)에 의해 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면 방향으로 왕복 이동하는 이동 블록(241)이 설치된다. 상기 이동 블록(241)은 위에서 언급한 바 있는 제3 가이드 레일(213)에 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 결합된다.
이 경우, 상기 이동 블록(241)의 양측에는 스토퍼(243)가 일체로 돌출되게 형성된다. 그리고 상기 스토퍼(243)에 대응하여 제3 가이드 바(231)의 끝단에는 그 스토퍼(243)와 걸림이 이루어지는 스토핑 블록(245)이 설치된다.
따라서, 상기 제5 엑츄에이터(211)에 의해 이동 블록(241)이 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면 쪽에서 후진할 때, 스토퍼(243)는 스토핑 블록(245)에 걸리면서 제3 이동체(210)를 후진 이동시킬 수 있다.
한편, 상기 이동 블록(241)에는 제3 이동체(210)의 후면을 향하는 고정 블록(247)이 고정되게 설치된다. 상기 고정 블록(247)은 제5 엑츄에이터(211)에 의해 이동 블록(241)이 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 방향으로 전진 이동할 때, 제3 이동체(210)의 후면을 지지한다.
즉, 상기 고정 블록(247)은 제5 엑츄에이터(211)에 의해 이동 블록(241)이 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면 방향으로 전진할 때, 제3 이동체(210)를 밀며 전진 이동시킬 수 있다.
그리고 상기 고정 블록(247)에 대응하여 제3 이동체(210)의 후면에는 그 고정 블록(247)과 접촉하는 제2 로드 셀(249)이 설치된다. 상기 제2 로드 셀(249)은 제3 이동체(210)에 대한 고정 블록(247)의 접촉 압력을 감지하기 위한 것이다.
상기 제2 로드 셀(249)은 고정 블록(247)과의 접촉 압력을 감지하고 그 감지 신호를 제어기(90: 이하 도 2b 참조)로 출력한다.
상기 제2 로드 셀(249)은, 제5 엑츄에이터(211)에 의해 이동 블록(241)을 전진 이동시키며 고정 블록(247)을 통하여 제3 이동체(210)의 전면을 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면에 밀착시킬 때, 제3 이동체(210)에 대한 고정 블록(247)의 접촉 압력을 감지하고 그 감지 신호를 제어기(90)로 출력한다.
이에 상기 제어기(90)는 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면에 인가되는 압력 기 설정된 기준 압력을 비교하여 그 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면에 인가되는 압력이 기 설정된 기준 압력을 초과하는 경우, 제5 엑츄에이터(211)에 제어 신호를 인가하여 그 제5 엑츄에이터(211)의 작동을 정지시킬 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 적용되는 유체 공급 배관 연결유닛의 제2 연결 단자세트를 도시한 도면이다.
도 12 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 제2 연결 단자세트(250)는 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면 방향으로 이동하는 제3 이동체(210)에 의해 연료전지 스택(5)의 (-)출력 단자(5d)에 전자 부하설비(4: 이하 도 2b 참조)의 (-)출력 케이블(4b)을 연결하기 위한 것으로, 연료 전지 스택(5)의 (-)출력 단자(5d)에 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 제2 연결 단자세트(250)는 제3 이동체(210)에 탄발 가능하게 설치되며, 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면에 구비된 엔드 플레이트(5b)의 (-)출력 단자(5d)와 전기적으로 연결된다.
이러한 제2 연결 단자세트(250)는 제3 이동체(210)에 고정되게 설치되는 제2 케이블 접속부재(251)와, 제2 케이블 접속부재(251)에 설치되는 제2 단자 로드(253)와, 제2 케이블 접속부재(251) 내부에 설치되는 제2 스프링(255)을 포함한다.
상기 제2 케이블 접속부재(251)는 원통 형상으로 구비되며, 제3 이동체(210)의 후면에 설치되고, 전기 부하설비(4: 도 2b 참조)와 (-)출력 케이블(4b)을 통해 연결된다.
상기 제2 단자 로드(253)는 제2 케이블 접속부재(251)의 내부에서 제3 이동체(210)의 전면 측으로 돌출되며, 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면 방향으로 유동 가능하게 설치된다. 즉 상기 제2 단자 로드(253)는 제2 케이블 접속부재(251)의 내부에서 제3 이동체(210)의 관통공(257)을 통해 제3 이동체(210)의 전면 측으로 돌출되게 설치된다.
상기 제2 단자 로드(253)의 돌출 단부에는 연료전지 스택(5)의 (-)출력 단자(5d)와 전기적으로 연결되는 제2 연결 단자(259)가 설치된다. 상기 제2 연결 단자(259)는 (-)출력 단자(5d)의 단자홀(5e)에 삽입된다. 상기 제2 연결 단자(259)의 외주 면에는 그 제2 연결 단자(259)가 (-)출력 단자(5d)의 단자홀(5e)에 용이하게 삽입되도록 테이퍼 면(261)을 형성하고 있다.
상기에서 제2 단자 로드(253)의 돌출 단부 측에는 연료전지 스택(5)의 (-)출력 단자(5d)를 지지하는 원반 형태의 제2 지지부재(263)가 설치된다. 즉 상기 제2 지지부재(263)는 제2 단자 로드(253)가 (-)출력 단자(5d)의 단자홀(5e)에 삽입될 때, 엔드 플레이트(5b)의 (-)출력 단자(5d)를 지지한다.
그리고, 상기 제2 스프링(255)은 제2 케이블 접속부재(251)의 내부에서 제2 단자 로드(253)에 설치된다. 상기 제2 스프링(255)은 제2 지지부재(263)를 통해 엔드 플레이트(5b)의 (-)출력 단자(5d)를 지지하며 제2 단자 로드(253)를 (-)출력 단자(5d)의 단자홀(5e)에 삽입하는 때 제2 단자 로드(253)에 탄발력을 발휘한다.
즉, 상기 제2 단자 로드(253)는 제2 스프링(255)의 탄성력을 극복하며 제3 이동체(210)의 후면 방향으로 이동하고, 제2 스프링(255)의 탄성력을 제2 연결 단자(259)를 통해 (-)출력 단자(5d)에 인가할 수 있다.
도 2a, 2b 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 유체 공급 배관 연결유닛(300)은 제3 이동체(210)에 구비되며, 유체 공급 설비(6)의 유체 공급 배관(6a)과 연결되는 다수 개의 배관 연결부(270)를 포함하고 있다.
상기 배관 연결부(270)는 연료전지 스택(5)의 매니폴드(5m: 도 8의 (b) 참조)와 연결되는 것으로, 연료전지 스택(5)의 매니폴드(5m)로 수소와 공기 그리고 냉각수를 공급하고, 그 연료전지 스택(5)으로부터 수소와 공기 그리고 냉각수를 배출하는 유체 공급/배출 홀들로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 상기 유체 공급 배관 연결유닛(300)은 도 15에서와 같이 연료전지 스택(5)의 기밀을 테스트하기 위한 기밀 테스트부(290)를 더 포함하고 있다.
상기 기밀 테스트부(290)는 배관 연결부(270)를 통해 유체 공급 설비(6)의 유체 공급 배관(6a)을 연료전지 스택(5)의 매니폴드(5m)에 연결하고, 그 배관 연결부(270)를 통해 연료전지 스택(5)의 내부로 공기를 주입하여 그 연료전지 스택(5)의 기밀을 테스트하기 위한 것이다.
이러한 기밀 테스트부(290)는 제3 이동체(210)의 배관 연결부(270)로 공기를 공급하는 공기 공급원(291)과, 배관 연결부(270)로 공급되는 공기의 압력을 조절하는 공압 레귤레이터(293)와, 공급 공기의 유량을 측정하는 유량계(295)와, 연료전지 스택(5)의 내부에 작용하는 공기의 압력을 감지하는 압력 센서(297)를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 배관 연결부(270)의 유체 공급 홀들을 개방하고, 유체 배출 홀을 폐쇄한 상태에서 공기 공급원(291)으로부터 공급되는 공기를 배관 연결부(270)의 유체 공급 홀들로 주입한다.
여기서, 상기 공기 공급원(291)으로부터 공급되는 공기의 압력은 공압 레귤레이터(293)를 통해 기 설정된 압력으로 조절될 수 있고, 공급 공기의 유량은 유량계(295)를 통해 측정되며 그 측정값에 따라 기 설정된 유량으로 조절될 수 있다.
그리고, 상기 압력 센서(297)는 연료전지 스택(5)의 내부에 작용하는 공기의 압력을 감지하고 그 감지 신호를 제어기(90: 도 2b 참조)로 출력한다. 이에 제어기(90)는 기 설정된 연료전지 스택(5) 내부의 공기 압력과 감지 신호에 따른 연료전지 스택(5) 내부의 실제 공기 압력을 비교하여 연료전지 스택(5)의 기밀 불량 여부를 판단할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치(1)는 도 2b에서와 같이 셀 전압 측정설비(2)를 통해 측정된 연료전지 스택(5)의 평균 셀 전압에 따라 제어기(90)로부터 제어 신호를 제공받아 연료전지 스택(5)의 불량 여부를 표시하는 표시수단(400)을 더 포함하고 있다.
예를 들면, 상기 제어기(90)는 셀 전압 측정설비(2)를 통해 측정된 연료전지 스택(5)의 평균 셀 전압과 전압 기준치를 비교 판단하여 표시수단(400)을 통해 연료전지 스택(5)의 불량 여부를 표시할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 활성화 장치의 작동을 앞서 개시한 도면들을 참조하여 설명한다.
본 발명의 실시예에서는 다수 개의 단위 셀들이 적층된 연료전지 스택(5)을 캐리어(3)를 통해 이송시키며 외관 검사를 실시하고, 그 외관 검사를 마친 연료전지 스택(5)을 이송경로(1a)를 통해 2채널로 배치된 활성화 장치(1)로 이송한다.
여기서, 상기 연료전지 스택(5)은 본 장치(1)의 프레임(7) 상으로 진입되는데, 그 프레임(7) 상의 제1 가이드 레일(8)을 따라 기 설정된 활성화 작업 구간으로 진입된다.
이와 같이 상기 활화 작업 구간으로 연료전지 스택(5)이 진입된 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 커넥터 연결유닛(100)을 통해 셀 전압 측정설비(2)와 연료전지 스택(5)의 셀 단자들(9)을 자동으로 연결한다.
이를 구체적으로 설명하면, 우선 본 발명의 실시예에서는 제1 엑츄에이터(11)를 통해 제1 이동체(10)를 연료전지 스택(5)의 진입 방향으로 전진 이동시킨다.
이 때, 상기 제1 이동체(10)는 프레임(7) 상의 제2 가이드 레일(13)을 따라 연료전지 스택(5)의 진입 면 측으로 전진 이동하는 바, 그 제1 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 제1 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(5)의 셀 단자들(9) 측으로 전진 이동시킨다.
상기 제2 엑츄에이터(31)에 의해 가이드 블록(33)이 연료전지 스택(5)의 셀 단자들(9) 측으로 이동함에 따라, 그 셀 단자들(9)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(5)의 셀 단자들(9) 측으로 이동하는 때, 그 셀 단자들(9)에 대한 가이드 블록(33)의 지지압력을 완충 스프링(41)을 통해 완충할 수 있다.
만약, 상기 가이드 블록(33)이 제2 엑츄에이터(31)에 의해 완충 스프링(41)의 탄성력을 극복하며 계속 이동함에 따라 제2 엑츄에이터(31)의 연결 단과 접촉하는 경우, 본 발명의 실시예에서는 제1 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(5)의 셀 단자들(9)을 지지한 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 제3 엑츄에이터(61)를 통해 커넥팅부(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(9)과 접촉된다. 이 경우, 상기 커넥터 프로브들(65)은 프로브 핀(73)의 단부에 설치된 커넥터 헤드(77)를 통해 셀 단자들(9)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(9)의 연직 상에 커넥터 프로브들(65)이 소정의 공차를 두고 위치하거나 셀 단자들(9)이 불균일하게 배열되는 등의 위치 편차가 발생하더라도 그 커넥터 프로브들(65)의 상하 좌우 유동을 허용함으로써 셀 단자들(9)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(9)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(9)을 지지하며, 앞서 설명한 바와 같이 프로브 블록(63)에 대해 커넥터 프로브들(65)의 상하 좌우 유동을 허용케 할 수 있다.
이와 같은 과정을 거치는 동안, 본 발명의 실시예에서는 출력 케이블 연결유닛(200)에 의하여 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면에 구비된 (+)출력 단자(5a)에 전자 부하설비(4)의 (+)출력 케이블(4a)을 자동으로 연결할 수 있다.
이를 구체적으로 설명하면, 우선 본 발명의 실시예에서는 제4 엑츄에이터(111)를 통해 제2 이동체(110)를 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면 방향으로 이동시킨다.
이 때, 상기 제2 이동체(110)는 제1 지지블록(133)에 끼워진 제2 가이드 바(131)를 통해 가이드되며 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면 방향으로 이동될 수 있다.
그러면, 상기 제2 이동체(110)는 이의 전면이 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면에 밀착되는데, 고무 소재의 어태치(117)는 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면을 지지한다. 그러면, 본 발명의 실시예에서는 상기 어태치(117)를 통해 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면에 대한 제2 이동체(110)의 밀착력을 완충할 수 있다.
상기와 같이 제2 이동체(110)의 전면이 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면에 밀착되는 때, 본 발명의 실시예에서 제1 연결 단자세트(150)의 제1 단자 로드(153)는 제1 지지부재(163)를 통해 연료전지 스택(5)의 (+)출력 단자(5a)를 지지한 상태에서, 제1 스프링(155)의 탄성력을 극복하며 제2 이동체(110)의 후면 방향으로 이동한다.
여기서, 상기 제1 단자 로드(153)에 구비된 제1 연결 단자(159)는 (+)출력 단자(5a)의 단자홀(5c)에 삽입되는데, 외주면에 테이퍼 면(161)을 형성하고 있기 때문에, 그 (+)출력 단자(5a)의 단자홀(5c)에 용이하게 삽입될 수 있다.
그리고, 상기 제1 연결 단자(159)는 제1 스프링(155)의 탄성력이 제1 단자 로드(153)에 작용하고 있으므로, 강한 밀착력으로서 (+)출력 단자(5a)의 단자홀(5c)에 삽입되며 면 접촉될 수 있다.
이러한 과정을 거치는 동안, 본 발명의 실시예에서는 유체 공급 배관 연결유닛(300)에 의하여 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면에 구비된 (-)출력 단자(5d)에 전자 부하설비(4)의 (-)출력 케이블(4b)을 자동으로 연결하고, 연료전지 스택(5)의 매니폴드(5m)로 유체 공급 설비(6)의 유체 공급 배관(6a)을 자동으로 연결할 수 있다.
이를 구체적으로 설명하면, 우선 본 발명의 실시예에서는 제5 엑츄에이터(211)를 통해 이동 블록(241)을 제3 가이드 레일(213)을 따라 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면 방향으로 전진 이동시킨다.
그러면, 상기 이동 블록(241)에 고정된 고정 블록(247)은 제2 로드 셀(249)에 접촉되며 제3 이동체(210)를 밀어 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면 방향으로 전진 이동시킨다.
여기서, 상기 제3 이동체(210)는 제2 지지블록(233)에 끼워진 한 쌍의 제3 가이드 바(231)를 통해 가이드 되며 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면 방향으로 이동될 수 있다.
만약, 상기 제3 이동체(210)를 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면으로부터 후진시키고자 할 경우에는, 제5 엑츄에이터(211)에 의해 이동 블록(241)을 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면 쪽으로부터 후진시킨다. 이에, 상기 이동 블록(241)에 구비된 스토퍼(243)는 제3 가이드 바(231)의 스토핑 블록(245)에 걸리면서 제3 이동체(210)를 후진시킬 수 있다.
한편, 상기와 같이 제3 이동체(210)를 전진 이동시키며 제3 이동체(210)의 전면을 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면에 밀착시킬 때, 고정 블록(247)은 제2 로드 셀(249)을 가압하게 된다.
그러면, 상기 제2 로드 셀(249)은 제3 이동체(210)에 대한 고정 블록(247)의 접촉 압력을 감지하고 그 감지 신호를 제어기(90)로 출력한다.
이에 상기 제어기(90)는 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면에 인가되는 압력 기 설정된 기준 압력을 비교하여 그 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면에 인가되는 압력이 기 설정된 기준 압력을 초과하는 경우, 제5 엑츄에이터(211)에 제어 신호를 인가하여 그 제5 엑츄에이터(211)의 작동을 정지시킬 수 있다.
상기와 같이 제3 이동체(210)의 전면이 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면에 밀착되는 때, 본 발명의 실시예에서 제2 연결 단자세트(250)의 제2 단자 로드(253)는 제2 지지부재(263)를 통해 연료전지 스택(5)의 (-)출력 단자(5d)를 지지한 상태에서, 제2 스프링(255)의 탄성력을 극복하며 제3 이동체(210)의 후면 방향으로 이동한다.
여기서, 상기 제2 단자 로드(253)에 구비된 제2 연결 단자(259)는 (-)출력 단자(5d)의 단자홀(5e)에 삽입되는데, 외주면에 테이퍼 면(261)을 형성하고 있기 때문에, 그 (-)출력 단자(5d)의 단자홀(5e)에 용이하게 삽입될 수 있다.
그리고, 상기 제2 연결 단자(259)는 제2 스프링(255)의 탄성력이 제2 단자 로드(253)에 작용하고 있으므로, 강한 밀착력으로서 (-)출력 단자(5d)의 단자홀(5e)에 삽입되며 면 접촉될 수 있다.
상기와 같이 연료전지 스택(5)의 (-)출력 단자(5d)에 제2 연결 단자세트(250)의 제2 연결 단자(259)를 연결함과 동시에 제3 이동체(210)의 배관 연결부(270)는 연료전지 스택(5)의 매니폴드와 연결될 수 있다.
한편, 상기와 같이 배관 연결부(270)를 통해 유체 공급 설비(6)의 유체 공급 배관(6a)을 연료전지 스택(5)의 매니폴드(5m)에 연결한 후, 본 발명의 실시예에서는 기밀 테스트부(290)의 공기 공급원(291)으로부터 공급되는 공기를 배관 연결부(270)의 유체 공급 홀들로 주입한다.
여기서, 상기 공기 공급원(291)으로부터 공급되는 공기의 압력은 공압 레귤레이터(293)를 통해 기 설정된 압력으로 조절될 수 있고, 공급 공기의 유량은 유량계(295)를 통해 측정되며 그 측정값에 따라 기 설정된 유량으로 조절될 수 있다.
그리고 상기 기밀 테스트부(290)의 압력 센서(297)는 연료전지 스택(5)의 내부에 작용하는 공기의 압력을 감지하고 그 감지 신호를 제어기(90)로 출력한다. 이에 제어기(90)는 기 설정된 연료전지 스택(5) 내부의 공기 압력과 감지 신호에 따른 연료전지 스택(5) 내부의 실제 공기 압력을 비교하여 연료전지 스택(5)의 기밀 불량 여부를 판단할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 실시예에서는 연료전지 스택(5)의 평균 셀 전압을 측정하기 위한 셀 전압 측정설비(2)와 연료전지 스택(5)의 셀 단자들(9)을 커넥터 연결유닛(100)을 통해 자동으로 연결할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 스택(5)의 한 쪽 측면에 구비된 (+)출력 단자(5a)에 전자 부하설비(4)의 (+)출력 케이블(4a)을출력 케이블 연결유닛(200)을 통해 자동으로 연결할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 유체 공급 배관 연결유닛(300)에 의하여 연료전지 스택(5)의 다른 한 쪽 측면에 구비된 (-)출력 단자(5d)에 전자 부하설비(4)의 (-)출력 케이블(4b)을 자동으로 연결하고, 연료전지 스택(5)의 매니폴드(5m)로 유체 공급 설비(6)의 유체 공급 배관(6a)을 자동으로 연결할 수 있다.
이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 유체 공급 설비(6)의 유체 공급 배관(6a)을 통해 공급되는 수소와 공기 그리고 냉각수를 유체 공급 배관 연결유닛(300)의 배관 연결부(270)를 통해 연료전지 스택(5)으로 공급한다.
그러면 연료전지 스택(5)에서는 수소와 공기의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시킨다. 이러한 전기 에너지는 출력 케이블 연결유닛(200)에 의하여 전기적으로 연결된 연료전지 스택(5)의 (+)출력 단자(5a)와 (+)출력 케이블(4a), 유체 공급 배관 연결유닛(300)에 의하여 전기적으로 연결된 연료전지 스택(5)의 (-)출력 단자(5d)와 (-)출력 케이블(4b)을 통해 전자 부하설비(4)에 인가된다.
상기와 같이 연료전지 스택(5)에서 발생하는 전기 에너지를 전자 부하설비(4)에 인가하는 과정에, 본 발명의 실시예에서는 커넥터 연결유닛(100)의 커넥터 프로브들(65)과 연료전지 스택(5)의 셀 단자들(9)에 대한 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(9)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(9)와의 연결 여부를 표시부(80)의 LED 전구(81)에서 발광되는 빛으로 표시할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 커넥터 연결유닛(100)을 통하여 셀 전압 측정설비(2)와 연료전지 스택(5)의 셀 단자들(9)을 연결함에 따라 그 셀 전압 측정설비(2)를 통하여 연료전지 스택(5)의 평균 셀 전압을 측정할 수 있다.
이렇게 상기 셀 전압 측정설비(2)를 통해 측정된 연료전지 스택(5)의 평균 셀 전압 측정값은 제어기(90)로 전송되는데, 제어기(90)는 셀 전압 측정설비(2)를 통해 측정된 연료전지 스택(5)의 평균 셀 전압과 전압 기준치를 비교 판단하여 표시수단(400)을 통해 연료전지 스택(5)의 불량 여부를 표시할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치(1)에 의하면, 다 채널 방식으로 커넥터 연결유닛(100), 출력 케이블 연결유닛(200) 및 유체 공급 배관 연결유닛(300)을 통해 연료전지 스택(5)의 활성화 공정 및 성능 평가를 무인화하며 자동으로 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 스택(5)에 대한 전압 측정 커넥터, 출력 케이블 및 유체 공급 배관을 수작업이 아닌 자동화 공정으로 동시에 연결할 수 있으므로, 연료전지 차량의 자동 조립 양산 공정에 유연하게 대응할 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 스택(5)에 대한 전압 측정 커넥터, 출력 케이블 및 유체 공급 배관을 수작업이 아닌 자동화 공정으로 동시에 연결할 수 있으므로, 연료전지 스택 활성화 공정의 작업성을 향상시킬 수 있고, 연료전지 스택의 손상 및 작업자의 감전사고 등을 방지할 수 있으며, 유체 공급 시 연료전지 스택과의 기밀성을 확보할 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... 활성화 장치 1a... 이송 경로
2... 셀 전압 측정설비 3... 캐리어
4... 전자 부하설비 4a... (+)출력 케이블
4b... (-)출력 케이블 5... 연료전지 스택
5a... (+)출력 단자 5b... 엔드 플레이트
5c, 5e... 단자홀 5d... (-)출력 단자
5m... 매니폴드 6... 유체 공급 설비
6a... 유체 공급 배관 7... 프레임
8... 제1 가이드 레일 9... 셀 단자
10... 이동체 11... 제1 엑츄에이터
13... 제2 가이드 레일 17... 근접 센서
30... 단자 가이드 31... 제2 엑츄에이터
33... 가이드 블록 35... 지지홈
37... 끼움홈 39... 제1 가이드 바
41... 완충 스프링 43... 제1 로드 셀
60... 커넥팅부 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 100... 커넥터 연결유닛
110... 제2 이동체 111... 제4 엑츄에이터
115... 작동 실린더 117... 어태치
131... 제2 가이드 바 133... 제1 지지블록
150... 제1 연결 단자세트
151... 제1 케이블 접속부재 153... 제1 단자 로드
155... 제1 스프링 157, 257... 관통공
159... 제1 연결 단자 161, 261... 테이퍼 면
163... 제1 지지부재 200... 출력케이블 연결유닛
210... 제3 이동체 211... 제5 엑츄에이터
213... 제3 가이드 레일 215... 모터
231... 제3 가이드 바 233... 제2 지지블록
241... 이동 블록 243... 스토퍼
245... 스토핑 블록 247... 고정 블록
249... 제2 로드 셀 250... 제2 연결 단자세트
251... 제2 케이블 접속부재 253... 제2 단자 로드
255... 제2 스프링 259... 제2 연결 단자
263... 제2 지지부재 270... 배관 연결부
290... 기밀 테스트부 291... 공기 공급원
293... 공압 레귤레이터 295... 유량계
297... 압력센서 300... 공급 배관 연결유닛
400... 표시수단

Claims (12)

  1. 프레임 상으로 연료전지 스택이 진입한 상태로 상기 연료전지 스택의 활성화 및 성능 평가를 실시하기 위한 연료전지 스택의 활성화 장치로서,
    상기 연료전지 스택의 한 쪽 측면 방향을 따라 상기 프레임에 전동 식으로 왕복 이동 가능하게 설치되며, 상기 연료전지 스택으로 출력 케이블을 연결하는 출력 케이블 연결유닛을 포함하며,
    상기 출력 케이블 연결유닛은,
    상기 프레임에 엑츄에이터를 통해 상기 연료전지 스택의 한 쪽 측면 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 이동체와,
    상기 이동체에 탄발 가능하게 설치되며 상기 연료전지 스택의 출력 단자와 연결되는 한 쌍의 연결 단자세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 이동체에는,
    상기 연료전지 스택의 한 쪽 측면을 지지하는 한 쌍의 어태치가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 어태치는 고무 소재의 블록 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 연결 단자세트는,
    상기 이동체에 고정되게 설치되며, 전기 부하설비와 출력 케이블을 통해 연결되는 케이블 접속부재와,
    상기 케이블 접속부재 내부에서 외부로 돌출되며 상기 연료전지 스택의 한 쪽 측면 방향으로 유동 가능하게 설치되고, 그 돌출 단부에 연결 단자가 설치되는 단자 로드와,
    상기 케이블 접속부재의 내부에 설치되며, 상기 단자 로드에 탄발력을 발휘하는 스프링
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 연결 단자는,
    상기 연료전지 스택의 한 쪽 측면에 구비된 단자홀에 삽입되되, 테이퍼 형상의 외주면을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 단자 로드의 돌출 단부 측에는 상기 연료전지 스택의 출력 단자를 지지하는 원반 형태의 지지부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 엑츄에이터는 상기 이동체와 연결되는 작동 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 이동체는 한 쌍의 가이드 바를 통해 상기 프레임에 왕복 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 가이드 바는,
    상기 프레임 상에 구비된 한 쌍의 지지블록에 끼워지며 상기 이동체의 이동을 가이드 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 출력 케이블 연결유닛은,
    상기 연료전지 스택의 한 쪽 측면에 구비된 (+)출력 단자에 전자 부하설비의 (+)출력 케이블을 연결하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 연료전지 스택의 다른 한 쪽 측면에 구비된 (-)출력 단자에는,
    상기 연료전지 스택으로 유체를 공급하기 위한 유체 공급 배관 연결유닛을 통해 전자 부하설비의 (-)출력 케이블을 연결하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 유체 공급 배관 연결유닛은,
    상기 프레임에 엑츄에이터를 통해 상기 연료전지 스택의 다른 한 쪽 측면 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 이동체를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 장치.
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