KR20200033924A - 연료 전지 스택 압축의 시스템 및 방법 - Google Patents

연료 전지 스택 압축의 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200033924A
KR20200033924A KR1020207005135A KR20207005135A KR20200033924A KR 20200033924 A KR20200033924 A KR 20200033924A KR 1020207005135 A KR1020207005135 A KR 1020207005135A KR 20207005135 A KR20207005135 A KR 20207005135A KR 20200033924 A KR20200033924 A KR 20200033924A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
compression
end plate
plate
electrochemical cell
cell stack
Prior art date
Application number
KR1020207005135A
Other languages
English (en)
Inventor
벤자민 스티븐 런트
필리포 감비니
Original Assignee
누베라 퓨엘 셀스, 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 누베라 퓨엘 셀스, 엘엘씨 filed Critical 누베라 퓨엘 셀스, 엘엘씨
Publication of KR20200033924A publication Critical patent/KR20200033924A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/248—Means for compression of the fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

전기 화학 전지 스택이 제공된다. 조립체는 전기 화학 전지 스택 및 전기 화학 전지 스택을 압축 상태로 홀딩하는 압축 시스템을 가진다. 압축 시스템은 제1 엔드 플레이트, 및 전기 화학 전지 스택의 반대편 단부에 위치된 제2 엔드 플레이트를 가진다. 압축 시스템은 제1 엔드 플레이트와 제2 엔드 플레이트 사이에 고정된 거리를 유지하는, 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트에 결합된 인장 부재의 세트를 가진다. 압축 시스템은 제2 엔드 플레이트와 전기 화학 전지 스택 사이에 배치된 압축 플레이트를 가진다. 압축 시스템은 압축 플레이트와 접촉하는 압축 부재를 가지며, 압축 부재는 힘을 압축 플레이트에 전달하도록 구성된다. 압축 시스템은 제2 플레이트에 체결된 록킹 너트를 가진다. 록킹 너트는 제2 엔드 플레이트에 대해 압축 부재 및 압축 플레이트의 위치를 고정한다.

Description

연료 전지 스택 압축의 시스템 및 방법
본 출원은 그 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 2017년 7월 24일자 출원된 미국 가출원 제62/536,157호에 대해 우선권을 주장한다.
본 발명은 압축 시스템 및 방법, 특히 연료 전지 스택을 위한 압축 시스템 및 방법에 관한 것이다.
연료 전지 또는 전해 전지와 같은 전기 화학 전지는 화학 반응으로부터 전류를 발생시키거나, 또는 전류의 흐름을 사용하여 화학 반응을 유도하기 위해 사용될 수 있는 디바이스이다. 연료 전지는 연료(예를 들어, 수소, 천연 가스, 메탄올, 가솔린 등) 및 산화제(예를 들어, 공기 또는 산소)의 화학 에너지를 전기 및 폐기물(예를 들어, 열 및 물)로 변환할 수 있다. 연료 전지는 제1 전극(예를 들어, 음으로 하전된 애노드), 제2 전극(예를 들어, 양으로 하전된 캐소드), 및 이온 전도성 물질(예를 들어, 전해질)을 포함할 수 있다. 상이한 연료 전지 기술은 상이한 전해질 재료를 이용할 수 있다.
단일 전지(single cell)는 일반적으로 비교적 작은 전위를 생성할 수 있다. 그러므로, 전체 출력 전압을 증가시키기 위해, 종종 개별 전지가 함께 적층되어(예를 들어, 직렬로) 연료 전지 또는 전기 화학 전지 스택을 형성할 수 있다. 전기 화학 전지 스택에 있는 개별 전지의 수는 적용, 및 그 적용을 위해 전기 화학 전지 스택으로부터 요구되는 출력 전압의 양에 의존할 수 있다. 스택에 있는 전기 화학 전지는 압축 시스템에 의해 압축되어 홀딩될 수 있다. 전기 화학 스택을 압축하기 위한 일부 기존의 압축 시스템은 하나 이상의 압축력을 전기 화학 전지 스택에 인가하도록 타이 로드, 밴드 및/또는 스프링을 사용한다. 기존의 압축 시스템이 전기 화학 스택을 압축 상태로 홀딩하기 위한 메커니즘을 제공할지라도, 이러한 것들은 결코 최적의 시스템이 아니다. 예를 들어, 이러한 기존 시스템들은 지나치게 복잡하고 무겁고 비쌀 수 있다. 기존의 시스템을 이용하여 스택을 압축하기 위한 절차는 종종 길고 복잡하다. 아울러, 기존의 압축 시스템에 의해 인가되는 압축력은 항상 스택 전체에 걸쳐서 고르게 인가되지 않으며, 이러한 것은 접촉 저항; 전기 전도; 및 가스 확산 층, 미세 다공성 층, 스택 내의 전지의 멤브레인, 및 기타 구성 요소에 영향을 줄 수 있다. 그러므로, 불균일하게 인가된 압축력은 스택의 전체 성능에 영향을 줄 수 있다.
개시된 연료 전지 스택 압축의 시스템 및 방법은 전술한 하나 이상의 문제점 및/또는 기존 기술의 다른 문제점을 극복하는 것에 관한 것이다.
한 양태에서, 본 개시 내용은 전기 화학 전지 스택을 압축하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 제1 엔드 플레이트 상에 전기 화학 전지 스택을 배치하는 단계 및 제1 엔드 플레이트 반대편 단부에서 전기 화학 전지 스택 상에 압축 플레이트를 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 압축 플레이트 상에 하나 이상의 압축 부재를 배열하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 하나 이상의 압축 부재가 제2 엔드 플레이트에 있는 하나 이상의 개구와 정렬되도록 압축 플레이트 위에 제2 엔드 플레이트를 위치시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 또한 하나 이상의 압축 부재를 통해 압축 플레이트에 힘을 인가하는 단계를 포함할 수 있으며, 힘은 전기 화학 전지 스택을 압축한다. 방법은 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트에 하나 이상의 인장 부재를 부착하는 단계를 더 포함할 수 있고, 인장 부재들은 제1 엔드 플레이트와 제2 엔드 플레이트 사이에서 고정된 거리를 유지하도록 구성된다. 방법은 또한 하나 이상의 록킹 너트를 제2 엔드 플레이트에 체결하는 단계를 포함할 수 있으며, 록킹 너트들은 제2 엔드 플레이트에 대해 하나 이상의 압축 부재 및 압축 플레이트의 위치를 고정하도록 구성된다.
다른 양태에서, 본 개시 내용은 전기 화학 전지 스택 조립체에 관한 것이다. 조립체는 전기 화학 전지 스택, 및 전기 화학 전지 스택을 압축 상태로 홀딩하도록 구성된 압축 시스템을 포함할 수 있다. 압축 시스템은 전기 화학 전지 스택의 양쪽 단부에 위치된 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트, 및 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트에 결합되고 제1 엔드 플레이트와 제2 엔드 플레이트 사이에서 고정된 거리를 유지하도록 구성된 인장 부재의 세트를 포함할 수 있다. 압축 시스템은 또한 제2 엔드 플레이트와 전기 화학 전지 스택 사이에 배치된 압축 플레이트를 포함할 수 있다. 압축 시스템은 압축 플레이트와 접촉하는 압축 부재를 더 포함할 수 있고, 압축 부재는 압축 플레이트에 힘을 전달하도록 구성된다. 압축 시스템은 또한 제2 플레이트에 체결된 록킹 너트를 포함할 수 있으며, 록킹 너트는 제2 엔드 플레이트에 대해 압축 부재 및 압축 플레이트의 위치를 고정한다.
다른 양태에서, 본 개시 내용은 전기 화학 전지 스택을 위한 압축 시스템에 관한 것이다. 압축 시스템은 전기 화학 전지 스택의 양쪽 측면 상에 위치되도록 구성되는 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트, 및 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트에 결합되고 제1 엔드 플레이트와 제2 엔드 플레이트 사이에서 고정된 거리를 유지하도록 구성된 인장 부재의 세트를 포함할 수 있다. 압축 시스템은 또한 제2 엔드 플레이트와 전기 화학 전지 스택 사이에 배치되도록 구성된 압축 플레이트를 포함할 수 있다. 압축 시스템은 압축 플레이트와 접촉하고 압축 플레이트에 힘을 전달하도록 구성된 압축 부재를 더 포함할 수 있다. 압축 시스템은 또한 제2 플레이트에 체결되도록 구성된 록킹 너트를 포함할 수 있고, 록킹 너트는 제2 엔드 플레이트에 대해 압축 부재와 압축 플레이트의 위치를 고정한다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 모두 단지 예시적인고 설명적인 것이며 청구된 바와 같이 본 개시 내용을 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 개시 내용의 실시예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 개시 내용의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 전기 화학 전지 스택 조립체의 사시도.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 도 1의 전기 화학 전지 스택 조립체의 부분 분해 사시도 조립도.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 압축 플레이트의 평면 사시도.
도 4는 예시적인 실시예에 따른, 밸리빌리 와셔(belleville-washer)의 평면 사시도.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 압축 캡의 저면 사시도.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 압축 공구의 저면 사시도.
도 7은 도 6의 압축 공구가 예시적인 실시예에 따른 전기 화학 전지 스택 조립체를 압축하기 위하여 위치된, 도 1의 전기 화학 전지 스택의 일부의 사시도.
도 8은 도 6의 압축 공구가 예시적인 실시예에 따른 전기 화학 전지 스택 조립체를 압축하기 위하여 위치된, 도 1의 전기 화학 전지 스택의 일부의 측단면도.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 전기 화학 전지 스택 조립체의 부분 분해 사시 조립도.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 도 9의 전기 화학 전지 스택 조립체의 사시도.
도 11은 예시적인 실시예에 따른 도 10의 전기 화학 전지 스택 조립체의 일부의 측단면도.
이제 본 개시 내용의 예시적인 실시예를 상세히 참조할 것이며, 이들의 예는 첨부 도면에 도시되어 있다. 가능하다면, 동일하거나 유사한 부분을 지칭하기 위해 도면 전체에 걸쳐서 동일한 도면 부호가 사용될 것이다. 전기를 발생시키기 위한 전기 화학 전지와 관련하여 설명되었을지라도, 본 개시 내용의 디바이스 및 방법은 전해질 전지, 수소 정화기, 수소 팽창기 및 수소 펌프를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 유형의 연료 전지 또는 전기 화학 전지와 함께 이용될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 전기 화학 전지 스택 조립체(10)의 사시도를 도시한다. 조립체(10)는 전기 화학 전지 스택(12), 및 스택(12)을 압축 상태로 홀딩하도록 구성된 압축 시스템(14)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 스택(12)으로서 지칭될 수 있는 전기 화학 전지 스택(12)은 서로의 위에 적층된 하나 이상의 전기 화학 전지를 포함할 수 있다(개별 전지는 도시되지 않음). 본 명세서에 언급되는 바와 같은 스택(12)은 또한 추가적인 구성 요소, 예를 들어 집전 플레이트(current-collector plate), 절연 시트, 냉각 플레이트 등을 포함할 수 있다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 전기 화학 전지 스택 조립체(10)의 부분 분해 조립도를 도시한다. 도 1에 도시된 조립체(10)의 여러 구성 요소가 내부 구성 요소의 보다 양호한 조망을 가능하게 하도록 제거되었다는 것에 유의하여야 한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 압축 시스템(14)은 고정된 엔드 플레이트(16)와 같은 제1 엔드 플레이트, 및 자유 엔드 플레이트(18)와 같은 제2 엔드 플레이트를 포함할 수 있다. 고정된 엔드 플레이트(16)와 자유 엔드 플레이트(18)는 전기 화학 전지 스택(12)의 양쪽 단부에 위치되도록 구성될 수 있다. 고정된 엔드 플레이트(16)와 자유 엔드 플레이트(18)는 하나 이상의 인장 부재, 예를 들어 스택(12)의 외부를 따라서 연장되도록 구성될 수 있는 복수의 인장 플레이트(20)에 의해 서로 고정된 거리에 고정되도록 구성될 수 있다. 압축 시스템(14)은 또한 자유 엔드 플레이트(18)과 스택(12) 사이에 배치되도록 구성된 압축 플레이트(22)를 포함할 수 있다. 전기 화학 전지 스택 조립체(10)의 초기 압축 동안, 고정된 엔드 플레이트(16)를 향하여 압축력이 압축 플레이트(22)에 인가될 수 있으며(예를 들어, 유압 프레스에 의해), 이러한 것은 스택(12)이 압축되게 할 수 있다. 압축력은 자유 엔드 플레이트(18)에 있는 하나 이상의 대응 개구(26) 내에 위치된 하나 이상의 압축 부재(24)를 통해 압축 플레이트(22)로 전달될 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 각각의 압축 부재(24)는 압축 캡(28), 및 밸리빌리 와셔(30)들의 스택을 포함할 수 있다. 조립 동안, 스택(12)의 원하는 압축 레벨이 달성되면, 하나 이상의 록킹 너트(32)가 자유 엔드 플레이트(18)에 고정될 수 있다. 각각의 록킹 너트(32)는 압축 부재(24)의 위치를 고정하도록 구성될 수 있으며, 이에 의해 또한 전기 화학 전지 스택(12)의 압축된 상태가 유지될 수 있도록 자유 엔드 플레이트(18)에 대한 압축 플레이트(22)의 위치를 고정한다. 예시적인 실시예에 따르면, 고정된 엔드 플레이트(16)는 자유 엔드 플레이트(18), 압축 플레이트(22), 압축 부재(24)들, 및 록킹 너트(32)들의 다른 예로 대체될 수 있다. 이러한 실시예에서, 록킹 너트(32)들이 압축 시스템(14)의 다른 단부에서 조여지는 동안, 외력이 압축 시스템(14)의 한쪽 단부에 인가될 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 압축 시스템(14)을 사용하여 전기 화학 전지 스택(12)을 압축하는 방법은 도 2에 도시된 바와 같이 고정된 엔드 플레이트(16) 상에 전기 화학 전지 스택(12)을 배치하는 것으로 시작할 수 있다. 스택(12)을 배치하는 것은 모든 스택(12)을 한 번에 배치하거나 또는 고정된 엔드 플레이트(16)의 상부에 스택(12)을 조각으로 조립하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 인장 플레이트(20)는 고정된 엔드 플레이트(16) 상에서 스택(12)의 적절한 정렬을 용이하게 하기 위해 스택(12)을 배치하기 전에 고정된 엔드 플레이트(16)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 인장 플레이트(20)는 배치 동안 스택(12)이 박히거나 위로 밀릴 수 있는 모서리를 형성하기 위하여 고정된 엔드 플레이트(16)의 인접한 측면들에 부착될 수 있다.
인장 플레이트(20)들은 임의의 적절한 수단에 의해 자유 엔드 플레이트(18) 및 고정된 엔드 플레이트(16)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 엔드 플레이트 볼트(31)는 인장 플레이트(20)들에 있는 구멍(39)들을 통과하여, 자유 엔드 플레이트(18) 및 고정된 엔드 플레이트(16)의 대응하는 엔드 플레이트 구멍(37)들에 나사 결합될 수 있다. 다른 부착 수단이 이용될 수 있는 것이 고려된다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 인장 플레이트(20)들은 자유 엔드 플레이트(18) 및 고정된 엔드 플레이트(16)에 형성된 대응하는 슬롯 내로 슬라이딩하도록 레일들을 설계된 각각 단부에 가지도록 구성될 수 있다.
스택(12)의 배치 후에, 방법은 도 2에 도시된 바와 같이 고정된 엔드 플레이트(16)의 반대편 단부에서 스택(12) 상에 압축 플레이트(22)를 위치시키는 것을 포함할 수 있다. 압축 플레이트(22)는 일반적으로 스택(12)의 상부 표면과 동일 평면으로 짝맞춤되도록 구성된 평판일 수 있다. 압축 플레이트(22)의 형상은 도 2에 도시된 바와 같이 스택(12)의 형상에 일치하고, 스택(12)의 활성 영역과 정렬되도록 구성될 수 있다. 스택의 활성 영역은 각각 전지의 정렬된 활성 영역에 대응할 수 있으며, 활성 영역은 각각의 전지의 애노드, 캐소드, 및 전해질의 중첩 영역을 포함할 수 있다. 압축 플레이트(22)는 탄소강, 스테인리스강, 알루미늄, 기타 금속 및/또는 플라스틱 재료로 만들어질 수 있다. 압축 플레이트는 약 1/4 인치 내지 약 3/4 인치의 두께를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 압축 플레이트(22)는 도 2에 도시된 바와 같이 스택(12)으로부터 멀어지게 상부 표면으로부터 연장된 하나 이상의 정렬 로드(34)를 포함할 수 있다. 도 3은 4개의 정렬 로드(34)를 가지는 압축 플레이트(22)의 하나의 예시적인 실시예의 확대 사시도를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 정렬 로드(34)들은 상부 표면 전체에 걸쳐서 고르게 분포되어서, 압축 플레이트(22)의 중심으로부터 거의 등거리에 있을 수 있다. 다른 실시예에서, 압축 플레이트(22)는 더욱 많거나 또는 더욱 적은 수의 정렬 로드(34)들을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 압축 플레이트(22)는 1개, 2개, 3개, 5개, 6개, 8개, 10개 이상의 정렬 로드를 가질 수 있다. 정렬 로드(34)의 수 및 압축 플레이트(22)의 크기는 스택(12)의 단면적에 비례하여 증가하거나 또는 감소할 수 있다. 예를 들어, 각각의 전지가 약 200 ㎠ 내지 약 220 ㎠의 활성 영역을 가지는 스택은 4개의 정렬 로드(34) 및 4개의 대응하는 압축 부재(24)를 가지는 압축 플레이트(22)를 사용하여 압축될 수 있다. 다른 예에서, 각각의 전지가 약 100 ㎠ 내지 약 110 ㎠의 활성 영역을 가지는 스택은 2개의 정렬 로드(34) 및 2개의 대응하는 압축 부재(24)를 가지는 압축 플레이트(22)를 사용하여 압축될 수 있다. 그러므로, 압축 시스템(14)은 약 50 ㎠의 활성 영역마다, 하나의 압축 부재(24)가 이용될 수 있도록 구성될 수 있다. 단지 하나의 정렬 로드(34)만을 가지는 압축 플레이트(22)의 실시예는 정렬 로드가 압축 플레이트(22)의 중심에 위치되도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 각각의 전지가 약 250 ㎠ 내지 약 350 ㎠의 활성 영역을 가지는 스택은 4개 이상의 정렬 로드(34) 및 4개 이상의 대응하는 압축 부재(24)를 가지는 압축 플레이트(22)를 사용하여 압축될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 각각의 전지가 약 150 ㎠ 내지 약 250 ㎠의 활성 영역을 가지는 스택은 4개의 정렬 로드(34) 및 4개의 대응하는 압축 부재(24)를 가지는 압축 플레이트(22)를 사용하여 압축될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 각각의 전지가 약 50 ㎠ 내지 약 150 ㎠의 활성 영역을 가지는 스택은 2개의 정렬 로드(34) 및 2개의 대응하는 압축 부재(24)를 가지는 압축 플레이트(22)를 사용하여 압축될 수 있다. 상이한 양의 정렬 로드(34) 및/또는 압축 부재(24)들이 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
압축 플레이트(22)의 배치 후에, 스택(12)을 압축하는 방법은 압축 플레이트(22) 상에 하나 이상의 압축 부재(24)을 배열하는 것을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 압축 시스템(14)은 4개의 압축 부재(24)를 포함할 수 있고, 압축 부재를 배열하는 것은 스택(12)의 활성 영역에 걸쳐 4개의 압축 부재(24)를 고르게 분포시키는 것을 포함할 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 각각의 압축 부재(24)는 밸리빌리 와셔 스택(30)의 상부에 적층된 압축 캡(28)을 포함할 수 있다. 압축 플레이트(22)가 정렬 로드(34)들을 포함하는 실시예에 대해, 밸리빌리 와셔 스택(30)들은 각각의 정렬 로드(34)를 둘러싸도록 각각의 밸리빌리 와셔 스택(30)을 배치하는 것에 의해 배열될 수 있다.
밸리빌리 와셔 스택(30)은 서로의 위에 적층된 복수의 밸리빌리 와셔를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 밸리빌리 와셔 스택(30)은 서로의 위에 적층된 4개의 밸리빌리 와셔를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 밸리빌리 와셔 스택(30)은 더욱 많거나 또는 더욱 적은 수의 밸리빌리 와셔를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 밸리빌리 와셔 스택(30)은 1개, 2개, 3개, 5개, 6개, 7개 이상의 밸리빌리 와셔를 포함할 수 있다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른, 밸리빌리 와셔(33)의 확대 사시도를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 밸리빌리 와셔(33)는 중심 관통 구멍(35)을 가지는 실질적으로 절두 원추형 형상을 가질 수 있다. 밸리빌리 와셔(33)는 스프링형 특성을 나타내고, 압축 하에 있을 때 자유 엔드 플레이트(18)와 고정된 엔드 플레이트(16) 사이의 구성 요소들의 진동 및 팽창을 흡수하도록 구성될 수 있다.
복수의 밸리빌리 와셔(33)는 밸리빌리 와셔 스택(30)을 형성할 때 다양한 배열로 적층될 수 있다. 예를 들어, 4개의 밸리빌리 와셔(33)를 가지는 밸리빌리 와셔 스택(30)에서, 첫 번째 2개의 밸리빌리 와셔는 대응하는 배향을 가질 수 있어서, 와셔들은 서로 동일 평면 상에서 짝맞춤되고, 마지막 2개의 와셔는 서로 대응하는 배향을 가질 수 있지만, 첫 번째 2개의 밸리빌리 와셔에 대해 거꾸로 뒤집힐 수 있다. 그 결과, 외부 2개의 밸리빌리 와셔들 사이에 샌드위치된 2개의 밸리빌리 와셔는 동일 평면 상에서 짝맞춤되지 않고, 압축 해제될 때 이것들의 외부 가장자리만 접촉한다. 밸리빌리 와셔(33)들의 다른 배열은 밸리빌리 와셔 스택(30)을 형성하는데 사용될 수 있는 것으로 고려된다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 압축 캡(28)의 확대 저면 사시도를 도시한다. 압축 캡(28)은 스택(12)의 압축 동안 그 위에 배치되는 밸리빌리 와셔 스택(30)에 압축력을 전달하도록 구성될 수 있다. 압축 캡(28)은 록킹 너트(32)가 적소에 체결되어 고정되면 록킹 너트(32)와 밸리빌리 와셔 스택(30) 사이에 압축력을 전달하도록 구성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이. 압축 캡(28)은 실질적으로 절두 원추형 형상을 가질 수 있다. 압축 캡(28)은 또한 밸리빌리 와셔(33)의 일부를 수용하도록 구성된 제1 오목 캐비티(38), 및 제1 오목 캐비티(38)와 동심이고 이보다 더 깊은 제2 오목 캐비티(40)를 포함할 수 있다. 제2 오목 캐비티(40)는 압축 부재(24)(즉, 압축 캡(28) 및 밸리빌리 와셔 스택(30))가 정렬 로드 위 및 주위에 배치될 때 정렬 로드(34)의 일부를 수용하도록 구성될 수 있다. 제1 오목 캐비티(38) 및 제2 오목 캐비티(40)는 하나 이상의 압축 부재(24)를 위치시키는 동안 정렬을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 압축 캡(28)은 또한 도 5에 도시된 바와 같이 중심 관통 구멍(42)을 포함할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 하나 이상의 압축 부재(24)의 배치 후에, 스택(12)을 압축하는 방법은 하나 이상의 압축 부재(24)가 자유 엔드 플레이트(18)에 있는 하나 이상의 개구(26)와 정렬되도록 압축 플레이트(22) 위에 자유 엔드 플레이트(18)를 위치시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 자유 엔드 플레이트(18)는 압축 부재(24)들의 배치 전에 위치될 수 있고, 이어서 압축 부재(24)들은 개구(26)들 내로 배치될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 자유 엔드 플레이트(18)는 자유 엔드 플레이트(18)를 통해 연장되는 복수의 나사 개구(26)를 포함할 수 있다. 비록 도 2에 도시된 자유 엔드 플레이트(18)가 4개의 나사 개구(26)를 가질지라도, 다른 실시예에서, 자유 엔드 플레이트(18)는 더욱 많거나(예를 들어, 6개, 8개, 10개) 또는 더욱 적은(예를 들어, 1개, 2개, 3개) 나사 개구를 가질 수 있는 것으로 고려되며, 그 수는 압축 부재(24) 및 록킹 너트(32)의 수에 대응할 수 있다.
자유 엔드 플레이트(18)를 위치시킨 후에, 록킹 너트(32)들은 그런 다음 개구(26)들과 정렬될 수 있다. 일부 실시예에서, 록킹 너트(32)들은 각각의 록킹 너트(32)를 부분적으로 대응하는 나사 개구(26) 내로 나사 고정하는 것에 의해 자유 엔드 플레이트(18)에 부분적으로 체결될 수 있다.
자유 엔드 플레이트(18)의 배치 후에, 스택(12)을 압축하는 방법은 스택(12)을 압축하도록 구성된 압축 부재(24)들을 통해 압축 플레이트(22)에 힘을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 힘은 도 6에 도시된 바와 같이 압축 공구(44)를 사용하는 압축 디바이스(예를 들어, 유압 프레스)에 의해 인가될 수 있다. 압축 공구(44)는 한쪽 표면으로부터 동일한 방향으로 연장되는 하나 이상의 다리(46)를 가지는 정사각형 또는 직사각형 블록을 포함할 수 있다. 다리(46)들은 압축 플레이트(22)의 압축 부재(24)들의 배열과 정렬되도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 압축 공구(44)가 스택(12)의 상부에 배치될 때, 각각의 다리(46)는 압축 캡(28)의 상부 표면과 접촉하도록 구성될 수 있다. 다리(46)의 직경은 압축 캡(28)들의 상부 표면의 직경에 대응하도록 구성될 수 있어서, 다리(46)들이 록킹 너트(32)들을 통과하는 동안 압축 캡(28)의 상부 표면과 접촉하는 것을 가능하게 한다. 일부 실시예에서, 각각의 다리(46)는 압축 캡(28)의 구멍(42) 내로 통과하여 압축 공구(44)의 정렬을 용이하게 하도록 구성된 정렬 못(48)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 정렬 못(48)은 장부촉(dowel), 버튼 또는 임의의 다른 적절한 정렬 특징일 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 압축 공구(44)는 압축 부재(24)들(즉, 압축 캡(28) 및 밸리빌리 와셔 스택(30))에 힘을 인가하도록 사용될 수 있으며, 힘은 그런 다음 압축 플레이트(22) 및 전기 화학 스택(12)에 전달된다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 힘은 스택(12)을 압축하도록 설계된다. 일부 실시예에서, 힘은 전기 화학 전지 스택(12)이 사전 결정된 높이로 압축될 때까지 인가될 수 있으며, 이는 스택 설계 및 스택에 있는 전지의 수에 대응할 수 있다. 다른 실시예에서, 힘은 사전 결정된 지속 기간 동안 인가될 수 있다. 인가된 힘은 ㎠ 당 약 10 ㎏ 내지 ㎠ 당 약 50 ㎏의 압력을 가할 수 있다. 스택(12)은 스택(12)의 압축되지 않은 높이의 약 50% 내지 약 60%, 약 60% 내지 약 70%, 또는 약 70% 내지 약 80%의 높이로 압축되도록 구성될 수 있다.
힘이 인가되고 스택(12)이 원하는 레벨(예를 들어, 사전 결정된 높이)로 압축된 후에, 스택(12)을 압축하는 방법은 하나 이상의 인장 플레이트(20)를 고정된 엔드 플레이트(16) 및 자유 엔드 플레이트(18)에 부착하는 것을 포함할 수 있다. 인장 플레이트(20)들은 고정된 엔드 플레이트(16)과 자유 엔드 플레이트(18) 사이의 고정된 거리를 유지하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 인장 플레이트(20)들을 고정된 엔드 플레이트(16) 및 자유 엔드 플레이트(18)에 부착하기 위해, 복수의 엔드 플레이트 볼트(31)는 인장 플레이트(20)에 있는 구멍(39)들을 통과하여, 자유 엔드 플레이트(18) 및 고정된 엔드 플레이트(16)에 있는 대응하는 구멍(37)들에 나사 결합된다. 스택(12)이 압축되기 전에, 자유 엔드 플레이트(18)로부터 고정된 엔드 플레이트(16)까지의 거리는 인장 플레이트(20)들의 길이보다 길 수 있다. 그러나, 인장 플레이트(20)들에 있는 구멍(39)과 고정된 엔드 플레이트(16) 및 자유 엔드 플레이트(18)에 있는 구멍(37)들은 스택(12)이 사전 결정된 높이로 압축될 때 정렬될 수 있다. 인장 플레이트(20)들은 예를 들어 알루미늄, 티타늄, 강, 탄소 섬유를 포함하는 다양한 재료로 만들어질 수 있다.
인장 플레이트(20)들이 자유 엔드 플레이트(18) 및 고정된 엔드 플레이트(16)에 부착되면, 압축력은 인장 플레이트(20)들로 전달될 수 있다. 스택(12)을 압축하는 방법은 압축 공구(44)로부터 인장 플레이트(20)들로 힘을 전달하기 위해 록킹 너트(32)들을 자유 엔드 플레이트(18)에 체결하는 것을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 록킹 너트(32)들은 도 8에 도시된 바와 같이 압축 캡(28)과 접촉할 때까지 개구(26)들에 나사로 조여질 수 있다. 록킹 너트(32)들은 사전 결정된 토크 값으로 조여질 수 있다. 예를 들어 도 2, 도 7, 및 도 8에 도시된 바와 같이, 록킹 너트(32)들은 조임을 돕기 위해 토크 공구의 연결을 가능하게 하도록 구성된 표면 특징부(예를 들어, 구멍)들을 포함할 수 있다. 록킹 너트(32)들은 사전 결정된 값으로 토크될 수 있으며, 이는 열 팽창 및 수축뿐만 아니라 진동으로 인한 록킹 너트(32)들의 풀림을 방지하도록 설계될 수 있다.
록킹 너트(32)들이 적절하게 체결될 때, 록킹 너트(32)들은 압축 캡(28)들의 원추형 표면과 동일 평면에서 짝맞춤되고, 이에 의해 압축 캡(28)들, 밸리빌리 와셔 스택(30)(예를 들어, 압축 부재(24)들) 및 압축 플레이트(22)의 움직임을 제한할 것이다. 완료되면, 압축 공구(44) 및 압축 공구(44)를 통해 인가된 힘은 제거될 수 있고, 스택(12)은 압축 상태로 유지될 수 있다.
압축 상태에 있는 동안, 엔드 플레이트 볼트(31)들은 인장 플레이트(20)들과 고정된 엔드 플레이트(16)와 자유 엔드 플레이트(18) 사이에서 힘을 전달할 수 있다. 힘은 자유 엔드 플레이트(18)와 록킹 너트(32)들 사이에서 전달될 수 있다. 힘은 또한 록킹 너트(32)들과 압축 부재(24)들(예를 들어, 압축 캡(28) 및 밸리빌리 와셔 스택(30)들) 사이에 힘을 전달될 수 있다. 힘은 또한 압축 부재(24)들과 압축 플레이트(22) 사이에서 전달될 수 있다. 힘은 또한 압축 플레이트(22)와 스택(12) 사이에서 전달될 수 있다. 이들 구성 요소들 사이에서 전달되는 힘은 압축 시스템(14)에 의해 유지되는 압축력에 의해 대응될 수 있는, 스택(12)에 의해 가해지는 팽창력일 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 고정된 엔드 플레이트(16), 자유 엔드 플레이트(18), 및 압축 플레이트(22)의 중심에 더욱 가깝게 압축력이 인가되고 유지되는 것은 고정된 엔드 플레이트(16), 자유 엔드 플레이트(18), 및 압축 플레이트(22)가 감소된 두께를 가지는 것을 가능하게 하는 동시에, 힘이 외부 또는 주변에 유지되는 전통적인 압축 시스템과 비교하여 구부러짐을 감소시키거나 또는 제거할 수 있다. 두께를 감소시키는 것은 압축 시스템(14) 및 전기 화학 시스템 스택 조립체(10)의 비용, 중량 및 크기를 감소시킬 것이다. 구부러짐을 감소시키거나 또는 제거하는 것은 시간이 지남에 따라 압축의 균일성과 불변성을 증가시킬뿐만 아니라, 스택(12)에 인가되는 힘과 압력의 균일성과 불변성을 증가시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 압축 시스템(14)의 특정 구성 요소들은 설계를 단순화하고 비용을 감소시키며, 중량을 감소시키고, 및/또는 조립 시간을 감소시키기 위해 조합될 수 있다. 예를 들어, 도 9는 하나 이상의 인장 플레이트(20)가 고정된 엔드 플레이트(16) 및/또는 자유 엔드 플레이트(18)의 일부로서 고정적으로 부착되거나 제조될 수 있는 예시적인 실시예를 도시한다. 예를 들어, 2개의 인장 플레이트(20) 및 고정된 엔드 플레이트(16)는 제1 단일 유닛(54)으로서 형성될 수 있고, 2개의 다른 인장 플레이트(20) 및 자유 엔드 플레이트(18)는 제2 단일 유닛(58)으로서 형성될 수 있다. 이러한 실시예를 위하여, 제1 단일 유닛(54)과 제2 단일 유닛(58)은 전기 화학 전지 스택 조립체(10)의 일부로서 함께 볼트 체결될 수 있다. 예를 들어, 도 10은 측면에 배치되고 볼트(62)와 볼트(62)들로 함께 결합된 제1 단일 유닛(54) 및 제2 단일 유닛(58)을 포함하는 전기 화학 전지 스택 조립체(10)를 도시한다. 이러한 배열은 예를 들어 고정되는데 보다 적은 볼트가 요구되기 때문에 요구된 조립 시간을 감소시킬 수 있다. 도 10은 또한 제1 단일 유닛(54) 내에 있을 수 있는 유체 매니폴드(66)들을 도시한다. 유체 매니폴드(66)들은 전기 화학 전지 스택 조립체(10) 전체에 걸쳐서 연료, 산화제 및 냉각제를 순환시키기 위한 도관일 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 인장 플레이트는 볼트를 사용하지 않고 하나 이상의 엔드 플레이트에 결합될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 인장 플레이트가 하나 이상의 엔드 플레이트 상에 스냅 결합되는 것을 허용할 것 이지만 이러한 것들이 스냅 분리되는 것을 방지하는 래칫 메커니즘이 사용될 수 있다. 래칫 메커니즘에 추가하여 또는 그 대신에, 인장 플레이트들은 엔드 플레이트들이 유압 프레스로부터 압축하에 있을 때 엔드 플레이트들의 가장자리 위에서 슬라이딩될 수 있는 직각 또는 후크 형상 특징부들을 그 단부에 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 것은 도브테일 조인트들로 실현될 수 있다. 예를 들어, 도 11은 도브테일 조인트(70)들을 가지는 전기 화학 전지 스택 조립체(10)의 예시적인 실시예의 일부의 측단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 도브테일 조인트(70)들은 자유 엔드 플레이트(18)의 가장자리 위에서 슬라이딩될 수 있는 인장 플레이트(20)들 상의 후크 형상 특징부(74)들을 포함할 수 있다. 자유 엔드 플레이트(18)의 가장자리들은 인장 플레이트(20)들에 있는 후크 형상 특징부들을 수용하도록 절단될 수 있다. 유압 프레스가 제거될 때, 인장 플레이트들 상의 직각 또는 후크 형상 특징부들은 서로에 대해 고정된 엔드 플레이트들을 홀딩할 수 있다.
다른 실시예에서, 인장 플레이트(20)들은 고정된 엔드 플레이트(16)의 상부 위에서 스택(12) 주위에서 아래로 슬라이딩하도록 설계된 정사각형 인장 슬리브로 대체될 수 있다. 이러한 실시예를 위하여, 인장 슬리브는 또한 스택(12) 주위의 보호 차폐물로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 인장 슬리브는 부주의한 스택(12)과의 접촉을 보호하고, 먼지 및 수분을 보호할 수 있다. 일부 실시예에서, 인장 플레이트(20)들은 또한 이러한 것들이 보호 차폐물로서 기능할 수 있도록 체인(12)을 완전히 둘러싸는데 적합할 수 있다. 구조적 인장 부재로서 인장 플레이트(20)들 및/또는 인장 슬리브뿐만 아니라 보호 차폐물을 사용하는 것은 전기 화학 전지 스택 조립체(10)를 조립하는데 필요한 부품의 수를 감소시킬 수 있으며, 이는 비용, 조립 시간 및/또는 조립체 크기를 감소시킬 수 있다.
본 명세서에 기술된 압축 시스템(14) 및 스택(12)을 압축하는 방법은 원칙적인 압축력이 전기 화학 전지 스택의 활성 영역 주변 또는 외부로 전달되는 압축 방법으로 달성되는 것보다 균일한 스택(12)의 활성 영역에 걸쳐서 힘 및 대응하는 압력의 인가를 제공할 수 있다. 보다 균일한 압축은 보다 적은 압축이 사용되는 것을 가능하게 하는 동시에 동일한 저항률을 유지할 수 있으며, 이에 의해 전기 화학 전지 스택(12)을 통한 보다 양호한 가스 흐름 및 개선된 성능을 가능하게 할 수 있다. 보다 균일한 압축은 보다 나은 열 분포를 촉진할 수 있으며, 이에 의해 그렇지 않으면 보다 높은 열 집중을 가지는 영역에서의 과열로 인하여 전기 화학 전지 스택(12)의 조기 고장 가능성을 줄일 수 있다.
본 명세에 기술된 압축 시스템(14) 및 대응하는 압축 방법의 다른 장점은 전통적인 압축 시스템(예를 들어, 타이로드 압축 시스템)과 비교하여 조립 시간의 감소이다. 조립 동안 압축이 인가되고 조립 후에 유지되는 위치가 동일하기 때문에, 주변에 위치된 타이로드로 압축을 전달하는 단계가 제거될 수 있으며, 이에 의해 시간을 절약할 수 있다.
전술한 설명은 예시의 목적으로 제시되었다. 이는 철저하지 않으며, 개시된 정확한 형태 또는 실시예로 제한되지 않는다. 실시예의 변경 및 개조는 개시된 실시예의 사양 및 실시를 고려하여 명백해질 것이다. 예를 들어, 전기 화학 전지 스택과 관련하여 설명되었을지라도, 본 명세서에 기술된 압축 시스템은 전기 화학 전지 스택 이외의 다른 조립체를 압축하는데 적합할 수 있는 것이 이해된다.
또한, 예시적인 실시예들이 본 명세서에 설명되었지만, 그 범위는 동등한 요소, 변경, 생략, 조합(예를 들어, 다양한 실시예에 걸친 양태의), 본 개시 내용에 기초한 적응 및/또는 대안을 가지는 임의의 및 모든 실시예를 포함한다. 청구범위에서의 요소들은 청구범위에 이용된 언어에 기초하여 광범위하게 해석되어야 하며, 본 명세서에 기재된 예 또는 출원의 속행 동안 제한되지 않으며; 이러한 예는 비배타적인 것으로 해석되어야 한다. 또한, 개시된 방법의 단계는 재배열 단계 및/또는 단계의 삽입 또는 제거 단계를 포함하는 임의의 방식으로 변경될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "약" 또는 "대략"은 당업자에 의해 결정된 특정 값에 대해 허용 가능한 오차 범위 내를 의미하며, 이는 값이 어떻게 측정 또는 결정되는가에, 예를 들어, 측정 시스템의 한계에 부분적으로 의존한다. 예를 들어, "약"은 당업계의 관례에 따라서 하나 이상의 표준 편차 내에 있는 것을 의미할 수 있다. 대안적으로, "약"은 주어진 값의 예를 들어 10%까지, 5%까지, 및 1%까지와 같은 20%까지의 범위를 의미할 수 있다.
본 개시 내용의 특징 및 이점은 상세한 설명으로부터 명백하며, 그러므로, 첨부된 청구범위는 본 개시 내용의 진정한 사상 및 범위 내에 속하는 모든 시스템 및 방법을 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 표현 용어는 "하나 이상"을 의미한다. 유사하게, 복수의 용어의 사용은 주어진 문맥에서 명백하지 않으면 반드시 복수를 나타내지 않는다. "및" 또는 "또는"과 같은 단어는 달리 지시되지 않으면 "및/또는"을 의미한다. 또한, 많은 변경 및 변형이 본 개시 내용을 연구하는 것으로부터 용이하게 일어날 것이기 때문에, 예시되고 설명된 정확한 구성 및 작동으로 본 개시 내용을 제한하는 것은 바람직하지 않으며, 따라서 모든 적합한 변형 및 등가물이 재분류되어 본 개시 내용의 범위 내에 놓일 수 있다.
본 개시 내용의 다른 실시예는 본 명세서에서의 본 개시 내용의 사양 및 실시를 고려하여 당업자에게 자명할 것이다. 본 사양 및 예는 단지 예시적인 것으로 간주되며, 본 개시 내용의 진정한 범위 및 사상은 다음의 청구범위에 의해 지시된다.

Claims (20)

  1. 전기 화학 전지 스택을 압축하는 방법으로서,
    제1 엔드 플레이트 상에 전기 화학 전지 스택을 배치하는 단계;
    상기 제1 엔드 플레이트 반대편 단부에서 상기 전기 화학 전지 스택 상에 압축 플레이트를 위치시키는 단계;
    상기 압축 플레이트 상에 하나 이상의 압축 부재를 배열하는 단계;
    상기 하나 이상의 압축 부재가 제2 엔드 플레이트에 있는 하나 이상의 개구와 정렬되도록 상기 압축 플레이트 위에 상기 제2 엔드 플레이트를 위치시키는 단계;
    상기 하나 이상의 압축 부재를 통해 상기 압축 플레이트에 힘을 인가하는 단계로서, 상기 힘은 상기 전기 화학 전지 스택을 압축하는, 상기 힘을 인가하는단계;
    상기 제1 엔드 플레이트 및 상기 제2 엔드 플레이트에 하나 이상의 인장 부재를 부착하는 단계로서, 상기 인장 부재들은 상기 제1 엔드 플레이트와 상기 제2 엔드 플레이트 사이에서 고정된 거리를 유지하도록 구성되는, 상기 부착 단계; 및
    하나 이상의 록킹 너트를 상기 제2 엔드 플레이트에 체결하는 단계로서, 상기 록킹 너트들은 상기 제2 엔드 플레이트에 대해 상기 하나 이상의 압축 부재 및 상기 압축 플레이트의 위치를 고정하도록 구성되는, 상기 체결 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 압축 부재를 배열하는 단계는 상기 전기 화학 스택의 활성 영역 위에 상기 하나 이상의 압축 부재 중 적어도 하나를 고르게 분포시키는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 압축 부재 중 적어도 하나는 밸리빌리 와셔(belleville-washer) 및 압축 캡을 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 록킹 너트는 상기 압축 플레이트에 상기 힘을 인가하기 전에 상기 제2 엔드 플레이트에 체결하기 위해 위치되는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전기 화학 전지 스택이 사전 결정된 높이로 압축될 때까지 상기 힘을 인가하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 사전 결정된 높이에서, 상기 하나 이상의 인장 부재의 각각의 단부에 있는 구멍들의 세트가 상기 제1 엔드 플레이트에 있는 구멍들의 세트 및 상기 제2 엔드 플레이트에 있는 구멍들의 세트와 정렬되는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 엔드 플레이트 스택에 상기 전기 화학 전지를 배치하기 전에 상기 제1 엔드 플레이트에 상기 인장 부재들 중 하나 이상을 부착하는 단계; 및
    상기 제1 엔드 플레이트에 부착된 상기 하나 이상의 인장 부재를 사용하여 상기 제1 엔드 플레이트에 상기 전기 화학 전지 스택을 정렬하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 사전 결정된 토크 값으로 상기 하나 이상의 록킹 너트를 조이는 단계를 더 포함하는, 방법.
  9. 전기 화학 전지 스택 조립체로서,
    전기 화학 전지 스택; 및
    상기 전기 화학 전지 스택을 압축 상태로 홀딩하도록 구성된 압축 시스템을 포함하며; 상기 압축 시스템은,
    상기 전기 화학 전지 스택의 양쪽 단부에 위치된 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트;
    상기 제1 엔드 플레이트 및 상기 제2 엔드 플레이트에 결합되고 상기 제1 엔드 플레이트와 상기 제2 엔드 플레이트 사이에서 고정된 거리를 유지하도록 구성된 인장 부재들의 세트;
    상기 제2 엔드 플레이트와 상기 전기 화학 전지 스택 사이에 배치된 압축 플레이트;
    상기 압축 플레이트와 접촉하고, 상기 압축 플레이트에 힘을 전달하도록 구성되는 압축 부재;
    상기 제2 플레이트에 체결되고 상기 제2 엔드 플레이트에 대해 상기 압축 부재 및 압축 플레이트의 위치를 고정하는 록킹 너트를 포함하는, 전기 화학 전지 스택 조립체.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 플레이트는 상기 압축 부재를 수용하도록 구성된 개구를 가지는, 전기 화학 전지 스택 조립체.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 플레이트에 있는 개구는 나사 개구이며, 상기 록킹 너트는 상기 개구 내로 상기 록킹 너트를 나사 결합하는 것에 의해 상기 제2 플레이트에 체결되는, 전기 화학 전지 스택 조립체.
  12. 제10항에 있어서, 상기 록킹 너트는 상기 압축 부재와 접촉하도록 상기 개구 내로 나사 결합되도록 구성되는, 전기 화학 전지 스택 조립체.
  13. 제9항에 있어서, 상기 압축 시스템은 상기 압축 플레이트 위에 고르게 배열된 복수의 압축 부재를 포함하는, 전기 화학 전지 스택 조립체.
  14. 제9항에 있어서, 상기 압축 부재는 밸리빌리 와셔들의 스택 및 압축 캡을 포함하는, 전기 화학 전지 스택 조립체.
  15. 제14항에 있어서, 상기 압축 플레이트는 상기 밸리빌리 와셔들의 스택이 배치되는 정렬 로드를 포함하는, 전기 화학 전지 스택 조립체.
  16. 제14항에 있어서, 상기 압축 캡은 원추형 형상이며, 상기 록킹 너트는 상기 압축 캡과 동일 평면에서 짝맞춤되도록 구성된 대응하는 원추형 형상의 캐비티를 가지는, 전기 화학 전지 스택 조립체.
  17. 전기 화학 전지 스택을 위한 압축 시스템으로서,
    상기 전기 화학 전지 스택의 양쪽 측면 상에 위치되도록 구성되는 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트;
    상기 제1 엔드 플레이트 및 상기 제2 엔드 플레이트에 결합되고 상기 제1 엔드 플레이트와 상기 제2 엔드 플레이트 사이에서 고정된 거리를 유지하도록 구성된 인장 부재들의 세트;
    상기 제2 엔드 플레이트와 상기 전기 화학 전지 스택 사이에 배치되도록 구성된 압축 플레이트;
    상기 압축 플레이트와 접촉하고 상기 압축 플레이트에 힘을 전달하도록 구성된 압축 부재; 및
    상기 제2 플레이트에 체결되도록 구성되고 상기 제2 엔드 플레이트에 대해 상기 압축 부재와 상기 압축 플레이트의 위치를 고정하는 록킹 너트를 포함하는, 압축 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제2 플레이트는 상기 압축 부재를 수용하도록 구성된 개구를 가지는, 압축 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제2 플레이트에 있는 개구는 나사 개구이며, 상기 록킹 너트는 상기 개구 내로 상기 록킹 너트를 나사 결합하는 것에 의해 상기 제2 플레이트에 체결되는, 압축 시스템.
  20. 제18항에 있어서, 상기 록킹 너트는 상기 압축 부재와 접촉되도록 상기 개구 내로 나사 결합되도록 구성되는, 압축 시스템.
KR1020207005135A 2017-07-24 2018-07-23 연료 전지 스택 압축의 시스템 및 방법 KR20200033924A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762536157P 2017-07-24 2017-07-24
US62/536,157 2017-07-24
PCT/US2018/043327 WO2019023144A1 (en) 2017-07-24 2018-07-23 SYSTEMS AND METHODS FOR STACK COMPRESSION OF FUEL CELLS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200033924A true KR20200033924A (ko) 2020-03-30

Family

ID=63143407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207005135A KR20200033924A (ko) 2017-07-24 2018-07-23 연료 전지 스택 압축의 시스템 및 방법

Country Status (10)

Country Link
US (2) US11831058B2 (ko)
EP (1) EP3659200B1 (ko)
JP (1) JP7095070B2 (ko)
KR (1) KR20200033924A (ko)
CN (1) CN111492521B (ko)
AU (1) AU2018307740B2 (ko)
BR (1) BR112020001419A2 (ko)
CA (1) CA3070979A1 (ko)
ES (1) ES2900208T3 (ko)
WO (1) WO2019023144A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220059862A1 (en) * 2020-08-20 2022-02-24 Phillips 66 Company Compression method for solid oxide fuel cell stacks
EP4205207A1 (en) * 2020-08-28 2023-07-05 Hyzon Motors Inc. Stack assembly machine and process
WO2024059106A1 (en) * 2022-09-14 2024-03-21 Ballard Power Systems Inc. Compression device for fuel cell stacks

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4368109A (en) * 1980-11-05 1983-01-11 Olin Corporation Electrolytic cell with inter-electrode spacer means
US5484666A (en) * 1994-09-20 1996-01-16 Ballard Power Systems Inc. Electrochemical fuel cell stack with compression mechanism extending through interior manifold headers
JP3261521B2 (ja) * 1996-07-19 2002-03-04 溶融炭酸塩型燃料電池発電システム技術研究組合 燃料電池
JP4220615B2 (ja) * 1999-04-16 2009-02-04 三菱重工業株式会社 燃料電池スタック
JP3956651B2 (ja) 2000-08-07 2007-08-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
CA2353210C (en) 2000-07-19 2006-07-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell apparatus
US6413665B1 (en) * 2000-08-31 2002-07-02 Fuelcell Energy, Inc. Fuel cell stack compression system
US6720101B1 (en) 2001-06-08 2004-04-13 Palcan Fuel Cell Co. Ltd Solid cage fuel cell stack
US7037618B2 (en) 2002-06-05 2006-05-02 Lynntech, Inc. Apparatus and method for compressing a stack of electrochemical cells
DE102004034139A1 (de) * 2004-07-15 2006-02-02 Pemeas Gmbh Verfahren zur Herstellung von Membran-Elektroden-Einheiten
KR100819601B1 (ko) 2006-11-15 2008-04-04 지에스칼텍스 주식회사 고분자 전해질형 연료전지의 스택 체결장치
JP5136051B2 (ja) * 2007-12-28 2013-02-06 パナソニック株式会社 燃料電池
TWI382584B (zh) 2008-02-19 2013-01-11 Asia Pacific Fuel Cell Tech The structure of the fuel cell module
EP2483961B1 (en) * 2009-09-30 2017-12-06 Bloom Energy Corporation Fuel cell stack compression devices and methods
CN102122722B (zh) * 2011-01-21 2014-04-09 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种固体氧化物燃料电池堆
CN102157747B (zh) * 2011-03-18 2013-07-03 上海交通大学 燃料电池电堆的自动化装配装置
GB2520564B (en) * 2013-11-26 2016-01-13 Univ Cape Town A clamp assembly for a fuel cell stack and a method of assembling a fuel cell stack
KR101633994B1 (ko) * 2014-10-10 2016-06-28 현대제철 주식회사 스택 체결이 용이한 슬라이딩 체결 방식의 연료전지
JP6467681B2 (ja) * 2014-12-26 2019-02-13 マグネクス株式会社 固体酸化物型燃料電池

Also Published As

Publication number Publication date
JP7095070B2 (ja) 2022-07-04
AU2018307740B2 (en) 2024-03-28
US20190027773A1 (en) 2019-01-24
WO2019023144A1 (en) 2019-01-31
BR112020001419A2 (pt) 2020-07-28
ES2900208T3 (es) 2022-03-16
CN111492521B (zh) 2023-08-25
EP3659200B1 (en) 2021-08-18
JP2020529099A (ja) 2020-10-01
CN111492521A (zh) 2020-08-04
AU2018307740A1 (en) 2020-03-05
US20240063418A1 (en) 2024-02-22
CA3070979A1 (en) 2019-01-31
EP3659200A1 (en) 2020-06-03
US11831058B2 (en) 2023-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20240063418A1 (en) Systems and methods of fuel cell stack compression
EP2898562B1 (en) A fuel cell stack assembly
JP6948626B2 (ja) セパレータ、電池モジュール及び電池モジュールの製造方法
US20120118605A1 (en) Busbar clamping systems
JP7455712B2 (ja) 燃料電池
US10454126B2 (en) Clamp assembly for a fuel cell stack and a method of assembling a fuel cell stack
JP2010009844A (ja) 燃料電池スタック
KR20180068342A (ko) 가이드 지그를 포함하는 전지셀 클램핑 장치
JP2006040845A (ja) 燃料電池スタックの荷重付加構造および荷重保持方法
CN216597645U (zh) 氢燃料电堆和具有它的氢燃料电池
JP2008226467A (ja) 燃料電池締結構造
CN117497817A (zh) 燃料电池堆以及燃料电池
KR101349017B1 (ko) 연료전지 스택의 체결기구
JP2000012068A (ja) 燃料電池装置
JP2008004505A (ja) 燃料電池スタック、燃料電池スタックの締結方法、及び燃料電池スタック組立用治具
JPS61128476A (ja) 燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right