KR20170054165A

KR20170054165A - 연료전지의 성능 검사장치

Info

Publication number: KR20170054165A
Application number: KR1020150156965A
Authority: KR
Inventors: 주호균; 김태종
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-11-09
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2017-05-17
Also published as: DE102016214982A1; CN106680721A; KR101896316B1; US20170133697A1; CN106680721B; US10340538B2

Abstract

연료전지의 성능 검사장치가 개시된다. 개시된 연료전지의 성능 검사장치는 ⅰ)적어도 하나의 단위 셀을 적층하며, 프레임 상의 설정된 이송경로를 따라 이동 가능하게 설치되는 이동체와, ⅱ)프레임에 설치되며, 이송경로의 시작 단 측에서 이송된 이동체 상의 단위 셀을 가압하고, 단위 셀로 반응 유체를 공급하는 가압유닛과, ⅲ)프레임의 가압유닛 측에 설치되며, 단위 셀의 전압을 출력하기 위한 단자를 단위 셀에 연결하는 단자 연결부를 포함할 수 있다.

Description

연료전지의 성능 검사장치 {PERFORMANCE TESTING APPARATUS OF FUEL CELL}

본 발명의 실시예는 연료전지의 성능 검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지의 활성화 상태를 유지하며 성능을 검사할 수 있는 연료전지의 성능 검사장치에 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 세퍼레이터(당 업계에서는 통상적으로 "분리판" 이라고도 한다)로 구성된다.

연료전지는 개별 단위의 단위 셀을 포함하는데, 높은 전위를 얻기 위해 단위 셀을 필요한 전위만큼의 개수로 적층하여 구성될 수 있다. 이렇게 다수 개의 단위 셀들이 적층된 것을 스택(Stack)이라고 한다.

한편, 연료전지의 전극과 고분자 전해질막을 포함하는 막-전극 어셈블리를 생산하는 생산 공정에서 그 막-전극 어셈블리의 불량 검출은 비전에 의한 표면 검사로 한정되어 있다. 이 때문에 단위 셀들을 완성 스택으로 적층하기 전에는 단위 셀들의 성능에 대한 평가 방법이 미비한 실정이다.

단위 셀들의 성능 검사를 위해서는 반응 유체를 단위 셀로 공급하며 그 단위 셀의 활성화(Activation) 상태를 유지할 필요가 있는데, 종래 기술에서는 단위 셀들을 적층하여 스택을 조립한 후, 그 단위 셀들의 활성화 상태를 유지하며 성능 검사를 하고 있다.

이와 같은 연료전지의 활성화 유지 및 성능 평가는 연료전지 제작 업체마다 여러 가지 다른 방법으로 수행하고 있지만, 주된 방법은 일정 전압 하에서 단위 셀들을 장시간 운전하는 방식이다.

종래 기술에 따른 연료전지의 활성화 유지 및 성능 평가 공정은 다수 개의 단위 셀들을 적층 및 체결한 스택을 제작한 후, 그 스택의 단위 셀들로 연료와 산화제의 반응 유체를 공급하고, 단위 셀들에서 발생하는 전기 에너지를 전자 부하에 인가하는 방식이다.

그런데, 이와 같은 연료전지의 활성화 유지 및 성능 평가 공정은 단위 셀들을 완성 스택으로 조립한 후에 이루어지기 때문에, 비용 및 시간적인 측면에서 비효율적이라는 단점이 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 스택을 조립하기 전에 연료전지 생산공정의 각 롯트에서 샘플링 된 단위 셀의 활성화를 유지하며 막-전극 어셈블리의 성능을 평가할 수 있도록 한 연료전지의 성능 검사장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시예들은 연료전지 생산공정에서 취득한 막-전극 어셈블리의 표면 결함 정보와 연계하여 단위 셀의 성능을 분석함으로써 연료전지 생산공정에서의 막-전극 어셈블리 품질 검사 기준을 확보할 수 있도록 한 연료전지의 성능 검사장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 성능 검사장치는, ⅰ)적어도 하나의 단위 셀을 적층하며, 프레임 상의 설정된 이송경로를 따라 이동 가능하게 설치되는 이동체와, ⅱ)상기 프레임에 설치되며, 상기 이송경로의 시작 단 측에서 이송된 이동체 상의 단위 셀을 가압하고, 상기 단위 셀로 반응 유체를 공급하는 가압유닛과, ⅲ)상기 프레임의 가압유닛 측에 설치되며, 상기 단위 셀의 전압을 출력하기 위한 단자를 상기 단위 셀에 연결하는 단자 연결부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치는, 상기 단자 연결부를 통해 출력되는 상기 단위 셀의 출력 전압을 모니터링하며, 상기 단위 셀의 성능을 평가하는 제어기를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치에 있어서, 상기 제어기는 상기 가압유닛을 통해 설정된 시간동안 상기 단위 셀을 가압하는 상태에서, 상기 가압유닛을 통해 상기 단위 셀로 반응 유체를 공급하도록 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치는, 상기 가압유닛에 연결되게 설치되며, 상기 가압유닛을 통해 상기 단위 셀로 반응 유체를 공급하는 반응유체 공급부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치는, 상기 이동체에 연결되게 설치되며, 상기 이동체를 통해 상기 단위 셀로 냉각 매체를 공급하는 냉각매체 공급부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치에 있어서, 상기 프레임은 상기 이송경로를 기준으로 할 때, 상기 이송경로의 시작 단 측에서 상기 이동체에 단위 셀을 적층하는 구역으로서의 적층 섹션과, 상기 적층 섹션에서 이송된 상기 이동체 상의 단위 셀을 상기 가압유닛을 통해 가압하는 구역으로서의 가압 섹션과, 상기 가압 섹션에서 상기 이송경로의 끝단 측으로 이송된 상기 이동체 상의 단위 셀을 인출하는 구역으로서의 인출 섹션으로 구획될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치에 있어서, 상기 프레임에는 상기 이송경로의 시작 단에서 끝단으로 설치되는 제1 이송레일과, 상기 이송경로의 시작 단 측에서 상기 제1 이송레일과 상호 교차하게 연결되는 제2 이송레일이 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치에 있어서, 상기 이동체는 제1 구동부를 통해 상기 제1 및 제2 이송레일을 따라 이동 가능하게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치에 있어서, 상기 가압유닛은 상기 프레임 상의 프레스 프레임에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 이동체 상에 적층되어 있는 단위 셀을 가압하는 프레스 바디를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치에 있어서, 상기 프레스 바디에는 상기 단위 셀로 반응 유체를 공급하기 위한 반응유체 공급부가 연결되게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치에 있어서, 상기 프레스 바디는 상기 반응유체 공급부와 연결되며 상기 단위 셀에 대해 반응 유체를 공급 및 배출하기 위한 매니폴드를 포함하는 상측 엔드 플레이트로서 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치에 있어서, 상기 이동체에는 상기 단위 셀을 지지하는 받침 플레이트가 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치에 있어서, 상기 받침 플레이트에는 상기 단위 셀로 냉각 매체를 공급하기 위한 냉각매체 공급부가 연결되게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치에 있어서, 상기 받침 플레이트는 상기 냉각매체 공급부와 연결되며 상기 단위 셀에 대해 냉각 매체를 공급 및 배출하기 위한 매니폴드를 포함하는 하측 엔드 플레이트로서 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치에 있어서, 상기 프레스 바디는 상기 프레스 프레임에 구비된 프레스 실린더의 작동 로드와 연결되게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치에 있어서, 상기 프레스 프레임에는 상기 프레스 바디를 지지하며 상하 방향으로 안내하는 복수 개의 가이드 로드가 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치에 있어서, 상기 단자 연결부는 제2 구동부를 통해 상기 이송경로에 교차하는 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 성능 검사장치는, 연료전지 생산공정의 각 롯트에서 샘플링 된 단위 셀의 활성화를 유지하며, 상기 단위 셀의 성능을 평가하기 위한 것으로서, ⅰ)적어도 하나의 단위 셀을 적층하며, 프레임 상의 설정된 이송경로를 따라 이동 가능하게 설치되는 이동체와, ⅱ)상기 프레임에 설치되며, 상기 이송경로의 시작 단 측에서 이송된 이동체 상의 단위 셀을 가압하고, 상기 단위 셀로 반응 유체를 공급하는 가압유닛과, ⅲ)상기 프레임의 가압유닛 측에 설치되며, 상기 단위 셀의 전압을 출력하기 위한 단자를 상기 단위 셀에 연결하는 단자 연결부와, ⅳ)상기 단자 연결부를 통해 출력되는 상기 단위 셀의 출력 전압을 모니터링하며, 상기 단위 셀의 성능을 평가하는 제어기를 포함하며, 상기 제어기는 상기 단위 셀의 성능 평가 정보와, 연료전지 생산공정에서 취득한 막-전극 어셈블리의 표면 결함 정보를 저장하며, 이들 정보를 바탕으로 상기 단위 셀의 성능을 분석하고 그 분석 결과를 연료전지 생산공정으로 피드백 할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치는, 상기 이송경로의 시작 단 측에서 상기 이동체 상에 적어도 하나의 단위 셀을 적층하고, 상기 이동체를 통해 상기 단위 셀을 상기 가압유닛 측으로 이송하며, 상기 가압유닛을 통해 상기 단위 셀을 가압하며 그 단위 셀로 반응 유체를 공급하고, 상기 단자 연결부를 통해 상기 단위 셀에 전압 출력단자를 연결할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치는, 상기 단위 셀의 출력 전압을 상기 전압 출력단자를 통해 전자 부하설비에 인가하며, 상기 전자 부하설비에 인가되는 상기 단위 셀의 출력 전압을 상기 제어기를 통해 모니터링 할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지의 성능 검사장치는, 상기 가압유닛에 의한 상기 단위 셀의 가압을 해제하고, 상기 이동체를 통해 상기 단위 셀을 상기 이송경로의 끝단 측으로 이송할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 연료전지 생산공정의 각 롯트에서 생산되는 막-전극 어셈블리를 단위 셀로 구성하여 그 단위 셀을 스택으로 조립하기 전에 막-전극 어셈블리의 성능을 샘플링 검사하므로, 시간적인 측면 및 비용적인 측면에서 효율적이며, 시간 및 비용 절감을 도모할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 생산공정에서 취득한 막-전극 어셈블리의 표면 결함 정보와 연계하여 단위 셀의 성능을 분석하고 그 분석 결과를 연료전지 생산공정으로 피드백 함에 따라, 연료전지 생산공정에서의 막-전극 어셈블리의 품질 검사 기준을 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 연료전지의 성능 검사장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 성능 검사장치를 도시한 정면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 성능 검사장치에 적용되는 이동체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 성능 검사장치에 적용되는 프레스 바디를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 성능 검사장치에 적용되는 단자 연결부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 성능 검사장치에 적용되는 제어기의 제어 개념도이다.

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 연료전지의 성능 검사장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 성능 검사장치를 도시한 정면 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 성능 검사장치(100)는 막-전극 어셈블리(MEA)와, 그 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 단위 셀(1)의 활성화를 유지하며, 그 단위 셀(1)의 성능을 평가하기 위한 것이다.

상기 연료전지의 성능 검사장치(100)는 단위 셀(1)로 연료와 산화제(이하에서는 "반응유체"라고 한다)를 공급하며, 그 단위 셀(1)에서 출력되는 일정 전압을 전자 부하에 인가하는 방식으로 단위 셀(1)에 구비된 막-전극 어셈블리의 성능을 검사할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 연료전지 생산공정의 각 롯트에서 생산되는 막-전극 어셈블리로서 단위 셀(1)을 구성하며, 그 단위 셀(1)을 성능 검사장치(100)를 통해 자동화 공정으로 샘플링 검사하는데, 일련의 검사 공정은 연료전지 생산공정과 별개로 이루어진다.

여기서, 연료전지 생산공정의 각 롯트에서 샘플링 된 막-전극 어셈블리는 개별 ID를 갖고 있으며, 그 ID를 인식하기 위한 바코드를 구비하고 있다. 바코드에는 연료전지 생산공정에서 취득한 막-전극 어셈블리의 표면 결함 정보를 저장하고 있다.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 성능 검사장치(100)는 스택을 조립하기 전에 연료전지 생산공정의 각 롯트에서 샘플링 된 단위 셀(1)의 활성화를 유지하며 막-전극 어셈블리의 성능을 평가할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 성능 검사장치(100)는 연료전지 생산공정에서 취득한 막-전극 어셈블리의 표면 결함 정보와 연계하여 단위 셀(1)의 성능을 분석함으로써 연료전지 생산공정에서의 막-전극 어셈블리 품질 검사 기준을 확보할 수 있다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 성능 검사장치(100)는 기본적으로, 프레임(10), 이동체(30), 가압유닛(50), 단자 연결부(70) 그리고 제어기(90)를 포함하고 있다.

상기 프레임(10)은 이하에서 설명될 각종 구성 요소들을 지지하는 것으로서, 하나의 프레임 또는 둘 이상의 구획된 프레임으로 구성될 수 있다.

상기 프레임(10)에는 각종 구성 요소를 지지하기 위한 브라켓, 로드, 플레이트, 하우징, 케이스, 블록 등과 같은 각종 부속요소들을 포함할 수 있다.

그러나, 상기한 각종 부속요소들은 각종 구성 요소들을 프레임(10)에 설치하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 부속 요소들을 프레임(10)으로 통칭한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 이동체(30)는 적어도 하나의 단위 셀(1), 예를 들면 1~10개의 단위 셀(1)을 적층하며, 프레임(10) 상의 설정된 이송경로를 따라 이동 가능하게 설치된다. 상기 단위 셀(1)은 수동으로 이동체(30) 상에 적층될 수 있고, 그리핑 장치 등을 통해 이동체(30) 상에 자동으로 적층될 수도 있다.

상기 이동체(30)를 이송경로를 따라 이동시키기 위해 프레임(10)에는 그 프레임(10)의 길이 방향을 따라 이송경로의 시작 단에서 끝단 측으로 설치되는 제1 이송레일(11)과, 이송경로의 시작 단에서 제1 이송레일(11)과 상호 교차하는 방향으로 연결되는 제2 이송레일(12)이 구비되어 있다.

여기서, 상기 이동체(30)는 제1 구동부(31)를 통해 제1 및 제2 이송레일(11, 12)에 슬라이드 이동 가능하게 설치될 수 있다. 상기 제1 구동부(31)는 당 업계에 널리 알려진 공지 기술의 리니어 모터를 포함할 수 있다.

상기 이동체(30)는 제1 구동부(31)를 통해 이송경로의 시작 단 측에서 제2 이송레일(12)을 따라 제1 이송레일(11)과 교차하는 방향으로 이동된다. 상기 단위 셀(1)은 이송경로의 시작 단 측에서 이동체(30) 상에 적층될 수 있다.

그리고, 상기 이동체(30)는 단위 셀(1)을 적층한 상태에서, 제1 구동부(31)를 통해 제2 이송레일(12)을 따라 제1 이송레일(11)과 교차하는 방향으로 이동되고, 제1 이송레일(11)을 따라 뒤에서 더욱 설명될 가압유닛(50) 측 및 이송경로의 끝단 측으로 이동될 수 있다.

이와 같은 이동체(30)의 이송경로를 기준으로 할 때, 상기 프레임(10)은 적층 섹션(13), 가압 섹션(15) 및 인출 섹션(17)으로 구획될 수 있다. 상기 적층 섹션(13)은 이송경로의 시작 단 측에서 이동체(30)에 단위 셀(1)을 적층하는 구역으로 정의할 수 있다. 상기 가압 섹션(15)은 적층 섹션(13)에서 이송된 이동체(30) 상의 단위 셀(1)을 뒤에서 더욱 설명될 가압유닛(50)을 통해 가압하는 구역으로 정의할 수 있다. 상기 인출 섹션(17)은 가압 섹션(15)에서 이송경로의 끝단 측으로 이송된 이동체(30) 상의 단위 셀(1)을 인출(회수)하는 구역으로 정의할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서 상기 이동체(30)는 도 3에서와 같이, 단위 셀(1)을 지지하는 받침 플레이트(33)를 포함하고 있다. 상기 받침 플레이트(33)에는 가압유닛(50)에 의해 가압된 단위 셀(1)로 냉각 매체, 예를 들면 냉각수를 공급하기 위한 냉각매체 공급부(40)가 연결되게 설치된다.

이러한 받침 플레이트(33)는 냉각매체 공급부(40)와 연결되며 단위 셀(1)에 대해 냉각 매체를 공급 및 배출하기 위한 제1 매니폴드(35)를 형성하고 있다. 즉, 상기 받침 플레이트(33)는 제1 매니폴드(35)를 가지며 단위 셀(1)의 하부를 지지하는 하부 엔드 플레이트(37)로서 구비된다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 가압유닛(50)은 프레임(10)의 적층 섹션(13)에서 가압 섹션(15)으로 이송된 이동체(30) 상의 단위 셀(1)을 설정된 압력으로 가압하고 그 단위 셀(1)로 반응유체를 공급하기 위한 것이다.

상기 가압유닛(50)은 프레임(10)의 가압 섹션(15)에 구성되는 바, 그 프레임(10) 상의 프레스 프레임(51)에 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 프레스 바디(53)를 포함한다.

여기서, 상기 프레스 프레임(51)은 프레임(10)의 가압 섹션(15)에 설치된다. 상기 프레스 프레임(51)은 프레임(10)의 가압 섹션(15) 상면에 고정되게 설치되는 사각 형상의 하판과, 하판의 각 모서리 부분에 상하 방향으로 직립하게 설치되는 가이드 로드(55)와, 가이드 로드(55)의 상단부에 고정되게 설치되는 사각 형상의 상판을 포함한다.

상기 가이드 로드(55)는 프레스 바디(53)를 지지하며 상하 방향으로 안내하는 것으로서, 이의 하단부는 프레스 프레임(51) 하판의 각 모서리 부분에 결합되며, 상단부는 프레스 프레임(51) 상판의 각 모서리 부분에 결합된다.

상기 프레스 바디(53)는 프레임(10)의 적층 섹션(13)에서 가압 섹션(15)으로 이송된 이동체(30) 상의 단위 셀(1)을 실질적으로 가압하는 것으로, 프레스 프레임(51)의 가이드 로드(55)에 끼워지며, 프레스 실린더(57)의 전진 및 후진 작동에 의해 가이드 로드(55)를 따라 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된다.

상기 프레스 실린더(57)는 프레스 프레임(51)의 상판에 설치되는 것으로, 그 상판을 관통하여 상하 방향으로 전진 및 후진 작동하는 작동 로드(59)를 포함하고 있다. 상기 작동 로드(59)의 선단(하단)에는 프레스 바디(53)가 연결되게 설치된다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서 상기 프레스 바디(53)에는 도 4에서와 같이, 그 프레스 바디(53)에 의해 가압된 단위 셀(1)로 반응유체를 공급하기 위한 반응유체 공급부(60)가 연결되게 설치된다. 상기 반응유체 공급부(60)는 반응유체로서 가습된 수소와 공기를 프레스 바디(53)를 통해 단위 셀(1)로 공급할 수 있다.

이러한 프레스 바디(53)는 반응유체 공급부(60)와 연결되며 단위 셀(1)에 대해 반응유체를 공급 및 배출하기 위한 제2 매니폴드(61)를 형성하고 있다. 즉, 상기 프레스 바디(53)는 제2 매니폴드(61)를 가지며 단위 셀(1)의 상부를 지지하는 상부 엔드 플레이트(63)로서 구비된다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 상기 프레스 바디(53)를 통해 이동체(30) 상의 단위 셀(1)을 가압한 상태에서, 반응유체 공급부(60)에서 제공되는 반응유체를 프레스 바디(53)의 제2 매니폴드(61)를 통해 단위 셀(1)로 공급할 수 있다.

이에 상기 단위 셀(1)에서는 반응유체의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키며, 뒤에서 더욱 설명될 단자 연결부(70)를 통해 소정의 전압을 출력할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 단자 연결부(70)는 단위 셀(1)의 전압을 출력하기 위한 출력단자(71: 도 5 참조)를 그 단위 셀(1)에 연결하기 위한 것이다. 상기에서 출력단자(71)는 출력 케이블을 통해 전자 부하설비(73)와 전기적으로 연결된다.

이러한 단자 연결부(70)는 프레임(10)의 가압 섹션(15)에서 가압유닛(50) 측에 설치된다. 상기 단자 연결부(70)는 도 5에서와 같이 단위 셀(1)에 연결되는 출력단자(71)를 가지며, 제2 구동부(75)를 통해 위에서 언급한 바 있는 제1 이송레일(11)에 교차하는 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된다.

상기 제2 구동부(75)는 단자 연결부(70)가 이동체(30)와 간섭되지 않도록 단자 연결부(70)를 제1 이송레일(11)에 교차하는 방향으로 왕복 이동시키기 위한 공지 기술의 작동 실린더를 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 제어기(90)는 연료전지의 성능 검사장치(100)에 대한 전반적인 운용을 제어하는 것이다.

예를 들면, 상기 제어기(90)는 이동체(30)의 작동, 가압유닛(50)의 작동, 단자 연결부(70)의 작동, 단위 셀(1)에 대한 냉각매체 공급부(40)의 냉각매체 공급 및 반응유체 공급부(60)의 반응유체 공급 등을 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어기(90)는 가압유닛(50)의 프레스 바디(53)를 통해 설정된 시간(예를 들면, 1~3시간)동안 이동체(30) 상의 단위 셀(1)을 가압하는 상태에서, 반응유체 공급부(60)에서 제공되는 반응유체를 프레스 바디(53)를 통해 단위 셀(1)에 공급하며, 냉각매체 공급부(40)에서 제공되는 냉각매체를 이동체(30)를 통해 단위 셀(1)에 공급하도록 제어할 수 있다.

나아가, 상기 제어기(90)는 단위 셀(1)의 출력 전압을 단자 연결부(70)를 통해 전자 부하설비(73)에 인가하고, 그 전자 부하설비(73)에 인가되는 단위 셀(1)의 출력 전압을 모니터링하면서 전류-전압 곡선에 따른 단위 셀(1)의 이상유무를 판별하며 그 단위 셀(1)의 성능을 평가할 수 있다.

더 나아가, 상기 제어기(90)는 도 6에서와 같이, 단위 셀의 성능 평가 정보와, 연료전지 생산공정에서 취득한 막-전극 어셈블리의 표면 결함 정보를 저장하며, 이들 정보를 바탕으로 단위 셀(1)의 성능을 분석하고 그 분석 결과를 연료전지 생산공정으로 피드백 할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 성능 검사장치(100)의 작동을 앞서 개시한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 생산공정의 각 롯트에서 생산되는 막-전극 어셈블리 샘플로 단위 셀(1)을 구성하고, 그 단위 셀(1)을 프레임(10)의 적층 섹션(13)에서 이동체(30) 상에 수동 또는 자동으로 적층한다.

여기서, 상기 단위 셀(1)의 막-전극 어셈블리에는 바코드에 의해 설정된 개별 ID를 갖고 있으며, 제어기(90)는 그 바코드를 인식하여 연료전지 생산공정에서 취득한 막-전극 어셈블리의 표면 결함 정보를 저장한다.

그리고, 상기 이동체(30)는 제1 구동부(31)를 통해 이송경로의 시작 단 측에서 제2 이송레일(12)을 따라 제1 이송레일(11)과 교차하는 방향으로 이동된 상태에 있다.

상기와 같이 프레임(10)의 적층 섹션(13)에서 이동체(30) 상에 단위 셀(1)을 적층한 후, 본 발명의 실시예에서는 제1 구동부(31)를 통해 이동체(30)를 제2 이송레일(12)을 따라 제1 이송레일(11)과 교차하는 방향으로 이동시키며, 제1 이송레일(11)을 따라 프레임(10)의 가압 섹션(15) 측으로 이동시킨다. 상기 이동체(30)는 가압 섹션(15)에서 그 이동이 정지되며, 가압유닛(50)의 프레스 바디(53) 하측에 위치하게 된다.

이와 같은 상태에서 본 발명의 실시예에서는 프레스 실린더(57)의 작동 로드(59)를 전진 작동시키며 가압유닛(50)의 프레스 바디(53)를 하측 방향으로 이동시킨다. 이 때 상기 프레스 바디(53)는 프레스 프레임(51)의 가이드 로드(55)를 따라 하측 방향으로 이동된다.

그러면, 상기 프레스 바디(53)는 이동체(30) 상의 단위 셀(1)을 가압한다. 상기 단위 셀(1)은 프레스 바디(53)와 이동체(30)의 받침 플레이트(33) 사이에서 그 프레스 바디(53)에 의해 가압된다.

이렇게 프레스 바디(53)를 통해 단위 셀(1)을 가압하고 있는 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 제2 구동부(75)를 통해 단자 연결부(70)를 제1 이송레일(11)에 교차하는 방향으로 이동시키며, 그 단자 연결부(70)의 출력단자(71)를 단위 셀(1)에 연결한다.

이 후, 본 발명의 실시예에서는 반응유체 공급부(60)에서 제공되는 반응유체를 프레스 바디(53)의 제2 매니폴드(61)를 통해 단위 셀(1)로 공급한다. 이에 단위 셀(1)에서는 막-전극 어셈블리의 활성화에 의한 반응유체의 전기 화학적인 반응이 진행되며 열과 전기 에너지를 발생시킨다.

이 때 본 발명의 실시예에서는 냉각매체 공급부(40)에서 제공되는 냉각매체를 이동체(30)의 받침 플레이트(33)의 제1 매니폴드(35)를 통해 단위 셀(1)로 공급하며 그 냉각매체로서 단위 셀(1)을 냉각시킨다.

상기와 같이 단위 셀(1)의 활성화 상태를 유지하며 전기 에너지를 발생시키게 되면, 본 발명의 실시예에서는 단위 셀(1)의 출력 전압을 단자 연결부(70)를 통해 전자 부하설비(73)에 인가한다. 이에 제어기(90)는 전자 부하설비(73)에 인가되는 단위 셀(1)의 출력 전압을 모니터링하면서 전류-전압 곡선에 따른 단위 셀(1)의 이상유무를 판별하며 그 단위 셀(1)의 성능을 평가한다.

그리고, 상기 제어기(90)는 앞서 설명한 바와 같은 막-전극 어셈블리의 표면 결함 정보를 저장하고 있는 상태에서, 상기한 단위 셀(1)의 성능 평가 정보를 저장한다. 이에 상기 제어기(90)는 막-전극 어셈블리의 표면 결함 정보와 단위 셀(1)의 성능 평가 정보를 바탕으로 단위 셀(1)의 성능을 분석하며 그 분석 결과를 연료전지 생산공정으로 피드백 한다.

부연 설명하면, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 생산공정에서 취득한 막-전극 어셈블리의 표면 결함 정보를 기초로 단위 셀(1)의 성능 평가 정보를 기 설정된 기준 성능과 비교하여 단위 셀(1)의 성능을 분석할 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 막-전극 어셈블리의 표면 결함 정보를 기초로 단위 셀(1)의 성능 평가 정보가 기준 성능을 만족하면, 그에 따른 단위 셀(1)의 성능 분석 결과를 연료전지 생산공정으로 피드백 한다. 이 경우에는 연료전지 생산공정에서 생산되는 막-전극 어셈블리의 후속 공정(스택 조립 공정)을 진행한다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 막-전극 어셈블리의 표면 결함 정보를 기초로 단위 셀(1)의 성능 평가 정보가 기준 성능을 만족하지 않으면, 그에 따른 단위 셀(1)의 성능 분석 결과를 연료전지 생산공정으로 피드백 한다. 이 경우에는 연료전지 생산공정에서 생산되는 막-전극 어셈블리 후속 공정(스택 조립 공정)을 진행하지 않고, 그 막-전극 어셈블리를 파기한다.

즉, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 생산공정에서 취득한 막-전극 어셈블리의 표면 결함 정보와, 단위 셀(1)의 성능 평가 정보를 바탕으로 한 단위 셀(1)의 성능 분석 결과로서 연료전지 생산공정에서의 막-전극 어셈블리 불량 판정 기준을 도출할 수 있다.

한편, 상기한 바와 같은 과정을 거친 후, 본 발명의 실시예에서는 단위 셀(1)에 대한 반응유체 및 냉각매체의 공급을 차단하고, 가압유닛(50)의 프레스 바디(53) 및 단자 연결부(70)를 원래의 위치로 이동시킨다.

이 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 이동체(30)를 제1 구동부(31)를 통해 제1 이송레일(11)을 따라 프레임(10)의 인출 섹션(17)으로 이동시킨다. 그러면, 상기 이동체(30) 상의 단위 셀(1)은 인출 섹션(17)에서 수동 또는 자동으로 인출(회수)될 수 있다.

따라서, 지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 성능 검사장치(100)에 의하면, 연료전지 생산공정의 각 롯트에서 생산되는 막-전극 어셈블리를 단위 셀(1)로 구성하여 그 단위 셀(1)을 스택으로 조립하기 전에 막-전극 어셈블리의 성능을 샘플링 검사하므로, 시간적인 측면 및 비용적인 측면에서 효율적이며, 시간 및 비용 절감을 도모할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 생산공정에서 취득한 막-전극 어셈블리의 표면 결함 정보와 연계하여 단위 셀(1)의 성능을 분석하고 그 분석 결과를 연료전지 생산공정으로 피드백 함에 따라, 연료전지 생산공정에서의 막-전극 어셈블리의 품질 검사 기준을 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... 단위 셀 10... 프레임
11... 제1 이송레일 12... 제2 이송레일
13... 적층 섹션 15... 가압 섹션
17... 인출 섹션 30... 이동체
31... 제1 구동부 33... 받침 플레이트
35... 제1 매니폴드 37... 하부 엔드 플레이트
40... 냉각매체 공급부 50... 가압유닛
51... 프레스 프레임 53... 프레스 바디
55... 가이드 로드 57... 프레스 실린더
59... 작동 로드 60... 반응유체 공급부
61... 제2 매니폴드 63... 상부 엔드 플레이트
70... 단자 연결부 71... 출력단자
73... 전자 부하설비 75... 제2 구동부
90... 제어기

Claims

적어도 하나의 단위 셀을 적층하며, 프레임 상의 설정된 이송경로를 따라 이동 가능하게 설치되는 이동체;
상기 프레임에 설치되며, 상기 이송경로의 시작 단 측에서 이송된 이동체 상의 단위 셀을 가압하고, 상기 단위 셀로 반응 유체를 공급하는 가압유닛; 및
상기 프레임의 가압유닛 측에 설치되며, 상기 단위 셀의 전압을 출력하기 위한 단자를 상기 단위 셀에 연결하는 단자 연결부;
를 포함하는 연료전지의 성능 검사장치.
제1 항에 있어서,
상기 단자 연결부를 통해 출력되는 상기 단위 셀의 출력 전압을 모니터링하며, 상기 단위 셀의 성능을 평가하는 제어기;
를 포함하는 연료전지의 성능 검사장치.
제2 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 가압유닛을 통해 설정된 시간동안 상기 단위 셀을 가압하는 상태에서, 상기 가압유닛을 통해 상기 단위 셀로 반응 유체를 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 성능 검사장치.
제1 항에 있어서,
상기 가압유닛에 연결되게 설치되며, 상기 가압유닛을 통해 상기 단위 셀로 반응 유체를 공급하는 반응유체 공급부;
를 포함하는 연료전지의 성능 검사장치.
제4 항에 있어서,
상기 이동체에 연결되게 설치되며, 상기 이동체를 통해 상기 단위 셀로 냉각 매체를 공급하는 냉각매체 공급부;
를 포함하는 연료전지의 성능 검사장치.
제1 항에 있어서,
상기 프레임은,
상기 이송경로를 기준으로 할 때,
상기 이송경로의 시작 단 측에서 상기 이동체에 단위 셀을 적층하는 구역으로서의 적층 섹션과,
상기 적층 섹션에서 이송된 상기 이동체 상의 단위 셀을 상기 가압유닛을 통해 가압하는 구역으로서의 가압 섹션과,
상기 가압 섹션에서 상기 이송경로의 끝단 측으로 이송된 상기 이동체 상의 단위 셀을 인출하는 구역으로서의 인출 섹션으로 구획되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 성능 검사장치.
제1 항에 있어서,
상기 프레임에는,
상기 이송경로의 시작 단에서 끝단으로 설치되는 제1 이송레일과,
상기 이송경로의 시작 단 측에서 상기 제1 이송레일과 상호 교차하게 연결되는 제2 이송레일이 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 성능 검사장치.
제7 항에 있어서,
상기 이동체는 제1 구동부를 통해 상기 제1 및 제2 이송레일을 따라 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 성능 검사장치.
제1 항에 있어서,
상기 가압유닛은,
상기 프레임 상의 프레스 프레임에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 이동체 상에 적층되어 있는 단위 셀을 가압하는 프레스 바디
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 성능 검사장치.
제9 항에 있어서,
상기 프레스 바디에는 상기 단위 셀로 반응 유체를 공급하기 위한 반응유체 공급부가 연결되게 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 성능 검사장치.
제10 항에 있어서,
상기 프레스 바디는,
상기 반응유체 공급부와 연결되며 상기 단위 셀에 대해 반응 유체를 공급 및 배출하기 위한 매니폴드를 포함하는 상측 엔드 플레이트로서 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 성능 검사장치.
제1 항에 있어서,
상기 이동체에는 상기 단위 셀을 지지하는 받침 플레이트가 구비되며,
상기 받침 플레이트에는 상기 단위 셀로 냉각 매체를 공급하기 위한 냉각매체 공급부가 연결되게 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 성능 검사장치.
제12 항에 있어서,
상기 받침 플레이트는,
상기 냉각매체 공급부와 연결되며 상기 단위 셀에 대해 냉각 매체를 공급 및 배출하기 위한 매니폴드를 포함하는 하측 엔드 플레이트로서 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 성능 검사장치.
제9 항에 있어서,
상기 프레스 바디는,
상기 프레스 프레임에 구비된 프레스 실린더의 작동 로드와 연결되게 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 성능 검사장치.
제14 항에 있어서,
상기 프레스 프레임에는,
상기 프레스 바디를 지지하며 상하 방향으로 안내하는 복수 개의 가이드 로드가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 성능 검사장치.
제1 항에 있어서,
상기 단자 연결부는 제2 구동부를 통해 상기 이송경로에 교차하는 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 성능 검사장치.
연료전지 생산공정의 각 롯트에서 샘플링 된 단위 셀의 활성화를 유지하며, 상기 단위 셀의 성능을 평가하기 위한 연료전지의 성능 검사장치로서,
적어도 하나의 단위 셀을 적층하며, 프레임 상의 설정된 이송경로를 따라 이동 가능하게 설치되는 이동체;
상기 프레임에 설치되며, 상기 이송경로의 시작 단 측에서 이송된 이동체 상의 단위 셀을 가압하고, 상기 단위 셀로 반응 유체를 공급하는 가압유닛;
상기 프레임의 가압유닛 측에 설치되며, 상기 단위 셀의 전압을 출력하기 위한 단자를 상기 단위 셀에 연결하는 단자 연결부; 및
상기 단자 연결부를 통해 출력되는 상기 단위 셀의 출력 전압을 모니터링하며, 상기 단위 셀의 성능을 평가하는 제어기;
를 포함하며,
상기 제어기는 상기 단위 셀의 성능 평가 정보와, 연료전지 생산공정에서 취득한 막-전극 어셈블리의 표면 결함 정보를 저장하며, 이들 정보를 바탕으로 상기 단위 셀의 성능을 분석하고 그 분석 결과를 연료전지 생산공정으로 피드백 하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 성능 검사장치.
제17 항에 있어서,
상기 연료전지의 성능 검사장치는,
상기 이송경로의 시작 단 측에서 상기 이동체 상에 적어도 하나의 단위 셀을 적층하고,
상기 이동체를 통해 상기 단위 셀을 상기 가압유닛 측으로 이송하며,
상기 가압유닛을 통해 상기 단위 셀을 가압하며 그 단위 셀로 반응 유체를 공급하고,
상기 단자 연결부를 통해 상기 단위 셀에 전압 출력단자를 연결하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 성능 검사장치.
제18 항에 있어서,
상기 연료전지의 성능 검사장치는,
상기 단위 셀의 출력 전압을 상기 전압 출력단자를 통해 전자 부하설비에 인가하며,
상기 전자 부하설비에 인가되는 상기 단위 셀의 출력 전압을 상기 제어기를 통해 모니터링 하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 성능 검사장치.
제19 항에 있어서,
상기 연료전지의 성능 검사장치는,
상기 가압유닛에 의한 상기 단위 셀의 가압을 해제하고, 상기 이동체를 통해 상기 단위 셀을 상기 이송경로의 끝단 측으로 이송하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 성능 검사장치.