KR20200069498A - 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지 - Google Patents

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KR20200069498A
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Abstract

실시 예에 의하면, 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지는, 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능하며 제1 방향으로 배열된 복수의 접속부를 갖고, 제1 방향으로 서로 이격되어 배치된 복수의 분리판 및 복수의 접속부 중 적어도 일부와 결합하여, 제1 방향으로 이웃하는 분리판 간의 간격을 유지시키는 두께를 갖는 간격 유지 부재를 포함한다.

Description

셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지{Fuel cell capable of detaching cell monitoring connector}
실시 예는 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지에 관한 것이다.
연료 전지 스택은 고분자 전해질막 기준으로 한쪽 면에는 공기를 공급받고 다른 면으로는 수소를 공급받아 전기 화학 반응에 발생하는 전력을 외부 부하로 공급할 수 있다.
연료 전지 스택은 수 백장의 셀이 적층된 구조를 가질 수 있다. 연료 전지 스택의 운전 중 단위 셀이 정상적으로 작동한다면, 단위 셀은 정해진 볼트의 전압을 형성할 수 있다. 이때, 수 백장의 셀 중 한 셀이라도 정상적인 성능을 발현하지 못할 경우, 연료 전지 스택의 전체 출력 저하가 생기고 이러한 역전압 현상이 지속되면 단위 셀의 전해질막 전극 접합체는 비가역적인 손상을 입게 되므로 연료 전지 스택의 운전을 중단해야 한다.
이를 위해, 셀 모니터링 커넥터는 연료 전지에서 각 단위 셀에 전기적으로 접촉하여, 각 셀의 전압을 지속적으로 모니터링함으로써 각 셀의 상태를 체크할 수 있다. 이러한 셀 모니터링 커넥터와 연료 전지 간의 안정적인 전기적인 접속을 위한 다양한 구조가 연구되고 있다. 특히, 셀 모니터링 커넥터는 전기적으로 신뢰성있는 전압값을 지속적으로 센싱하여야 하고, 기구적으로도 연료 전지에 결합 또는 해체에 대한 적절한 내력을 가져야 하며, 외부의 온도/습도/진동 등의 환경에 노출 되었을 때에도 안정적으로 전압을 센싱할 수 있어야 한다.
실시 예는 우수한 특성을 갖는 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지를 제공한다.
실시 예에 의하면, 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지는, 상기 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능하며 제1 방향으로 배열된 복수의 접속부를 갖고, 상기 제1 방향으로 서로 이격되어 배치된 복수의 분리판; 및 상기 복수의 접속부 중 적어도 일부와 결합하여, 상기 제1 방향으로 이웃하는 분리판 간의 간격을 유지시키는 두께를 갖는 간격 유지 부재를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 접속부 각각은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 돌출된 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 접속부 각각은 상기 간격 유지 부재와 결합하는 제1 영역; 및 상기 제1 영역의 주변에 위치하며, 상기 셀 모니터링 커넥터와 전기적으로 접속하는 제2 영역을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역 위의 제2-1 영역; 및 상기 제1 영역 아래의 제2-2 영역을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 접속부 중에서 상기 간격 유지 부재와 결합하는 해당하는 접속부는 상기 제1 영역에 형성된 슬릿을 포함하고, 상기 간격 유지 부재는 상기 제1 영역의 슬릿에 슬라이딩되어 결합하는 슬릿 결합부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 해당하는 접속부는 상기 슬릿 결합부가 슬라이딩되는 상기 슬릿의 경로 상에 형성된 로킹 홈을 더 포함하고, 상기 슬릿 결합부는 상기 제2 방향으로 슬라이딩되어 상기 로킹 홈에 결합된 로킹 돌기를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 간격 유지 부재에서 상기 제2 방향으로 이동하는 상기 셀 모니터링 커넥터를 대향하는 바깥면은 모따기된 단면 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 간격 유지 부재에서 상기 제2 방향으로 이동하는 상기 셀 모니터링 커넥터를 대향하는 바깥면은 라운드 단면 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 간격 유지 부재는 상기 복수의 접속부와 각각 결합하며 상기 제1 방향으로 이격되어 배열된 복수의 간격 유지 부재를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 간격 유지 부재가 서로 이격된 제1 이격 거리는 아래와 같을 수 있다.
Figure pat00001
여기서, D1은 상기 제1 이격 거리를 나타내고, T는 셀 피치를 나타내고, T1은 상기 간격 유지 부재의 상기 제1 방향으로의 두께를 나타낸다.
예를 들어, 상기 셀 피치는 아래와 같을 수 있다.
Figure pat00002
여기서, D2는 이웃하는 분리판 사이의 상기 제1 방향으로의 제2 이격 거리를 나타내고, T2는 상기 분리판의 상기 제1 방향으로의 두께를 나타낸다.
예를 들어, 상기 제1 이격 거리는 0보다 크고 0.1 ㎜보다 작을 수 있다.
예를 들어, 상기 간격 유지 부재는 2개의 이웃하는 접속부 중 한 쪽하고만 결합할 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 간격 유지 부재가 서로 이격된 제3 이격 거리는 아래와 같을 수 있다.
Figure pat00003
여기서, d2는 상기 제3 이격 거리를 나타내고, t1은 상기 간격 유지 부재의 상기 제1 방향으로의 두께를 나타낸다.
예를 들어, 상기 제3 이격 거리는 아래와 같을 수 있다.
Figure pat00004
여기서, t2는 상기 분리판의 상기 제1 방향으로의 두께를 나타낸다.
예를 들어, 상기 복수의 접속부 중 해당하는 접속부와 상기 간격 유지 부재가 결합된 폭은 아래와 같을 수 있다.
Figure pat00005
여기서, W는 상기 제2 방향으로의 상기 폭을 나타내고, L는 상기 해당하는 접속부가 상기 제2 방향으로 돌출된 길이를 나타낸다.
예를 들어, 상기 분리판은 전도성 물질로 이루어지고, 상기 간격 유지 부재는 절연성 물질로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 간격 유지 부재는 탄성을 갖지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 간격 유지 부재는 상기 접속부와 탈착 가능한 형상을 가질 수 있다.
실시 예에 따른 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지는 다음과 같은 효과를 갖는다.
접속부가 슬릿을 갖고, 간격 유지 부재가 슬릿 결합부를 가짐으로써 간격 유지 부재가 접속부에 용이하게 끼워질 수 있다.
또한, 슬릿에 슬라이딩되어 간격 유지 부재가 접속부에 결합하기 때문에, 간격 유지 부재는 접속부와 탈착 가능할 수 있다.
또한, 해당 접속부가 로킹 홈을 갖고 간격 유지 부재가 로킹 돌기를 가질 경우, 간격 유지 부재가 해당 접속부와 결합한 이후에 탈락됨이 방지될 수 있다.
또한, 간격 유지 부재의 바깥면이 라운드된 형상을 갖거나 모따기된 형상을 가짐으로써, 셀 모니터링 커넥터가 접속부에 보다 용이하게 결합됨으로써, 셀 모니터링 커넥터와 접속부 간의 조립성이 확보될 수 있다.
또한, 간격 유지 부재가 탄성을 갖지 않는 또는 적은 탄성을 갖는 재질로 구현되고 간격 유지 부재 간의 이격 거리가 수학식 1 및 5에서와 같이 결정될 때, 인접한 접속부 간의 간섭이 간격 유지 부재에 의해 방지될 수 있다.
또한, 분리판은 전도성 물질로 이루어지는 반면, 간격 유지 부재가 절연성을 갖는 재질로 구현될 경우, 간격 유지 부재 간의 이격 거리가 수학식 1 및 5에서와 같이 결정될 때, 인접한 접속부가 간격 유지 부재에 의해 이격되므로 서로 전기적으로 단락됨이 방지될 수 있다.
또한, 고무의 탄성보다 작은 탄성을 갖는 간격 유지 부재가 수학식 6을 만족하는 폭을 가질 경우, 간격 유지 부재에 의해 인접 접속부가 서로 일정한 간격으로 이격될 수 있다. 이와 같이, 인접 접속부가 서로 일정한 간격으로 이격될 경우, 추후 셀 모니터링 커넥터가 접속부에 접속할 때 접속부와 부딪쳐서 기기가 손상됨을 방지할 수 있고, 셀 모니터링 커넥터가 접속부에 접속한 이후에도 이들 간의 결합력이 개선될 수 있다.
또한, 절연성을 갖는 재질로 구현된 간격 유지 부재가 수학식 6을 만족할 경우, 인접한 접속부가 간격 유지 부재에 의해 서로 전기적으로 이격됨으로서, 인접하는 접속부가 서로 전기적으로 단락됨이 방지될 수 있다.
또한, 고무보다 적은 탄성을 갖거나 비탄력적이고 딱딱하며 일정한 두께를 갖는 간격 유지 부재를 사용하여 비교 례의 가스켓의 역할을 대신하므로, 가스켓을 이용할 때의 제반 문제점이 해소될 수 있다.
또한, 별도로 제작한 간격 유지 부재를 접속부에 끼우기만 하면 되므로, 조립의 자유도가 개선될 수 있다.
도 1은 연료 전지에서 엔드 플레이트 및 셀 스택의 단면도를 나타낸다.
도 2는 실시 예에 의한 셀 모니터링 커넥터와 연료 전지에서 분리판 간의 분해 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 간격 유지 부재와 분리판 간의 분해 사시도를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 분리판을 제1 방향에서 바라본 모습을 나타낸다.
도 5a 내지 도 5c는 실시 예에 의한 간격 유지 부재의 모습들을 나타낸다.
도 6은 실시 예에 의한 셀 모니터링 커넥터와 간격 유지 부재의 분해 사시도를 나타낸다.
도 7a 내지 도 7c는 간격 유지 부재의 다양한 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 간격 유지 부재가 복수의 분리판의 접속부마다 결합된 일 실시 예에 의한 사시도 및 평면도를 각각 나타낸다
도 9a 및 도 9b는 간격 유지 부재가 복수의 분리판의 이웃하는 2개의 접속부 중에서 한 쪽하고만 결합된 다른 실시 예에 의한 사시도 및 평면도를 각각 나타낸다.
도 10은 복수의 분리판 중에서 간격 유지 부재가 결합된 분리판을 제1 방향에서 바라본 모습이다.
도 11a 및 도 11b는 서로 다른 폭을 갖는 간격 유지 부재가 접속부에 결합된 모습을 나타낸다.
도 12는 비교 례에 의한 셀 모니터링 커넥터가 장착된 연료 전지의 사시도를 나타낸다.
도 13a는 도 12에 도시된 연료 전지를 제1 방향에서 바라본 모습이고, 도 13b는 도 13a에서 야기되는 가스켓 버를 설명하기 위한 국부적 모습을 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성요소(element)의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소(element)가 상기 두 구성요소(element) 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 구성요소(element)를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.
이하, 실시 예에 의한 셀 모니터링 커넥터(300)가 탈착 가능한 연료 전지를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 편의상, 데카르트 좌표계(x축, y축, z축)를 이용하여 셀 모니터링 커넥터(300)가 탈착 가능한 연료 전지를 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 이를 설명할 수 있음은 물론이다. 또한, 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, x축, y축 및 z축은 서로 교차할 수도 있다. 아래의 설명에서, 제1 방향은 x축 방향을 의미하고, 제2 방향은 y축 방향을 의미하고, 제3 방향은 z축 방향을 의미하는 것으로 가정하며, 제1 내지 제3 방향은 서로 직교할 수도 있고 서로 교차할 수도 있다.
실시 예에 의한 연료 전지는 예를 들어, 차량 구동을 위한 전력 공급원으로 가장 많이 연구되고 있는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)일 수 있으나, 실시 예는 연료 전지의 특정한 형태에 국한되지 않는다.
연료 전지는 엔드 플레이트(end plate)(또는, 가압 플레이트 또는 압축판)(미도시) 및 셀 스택(cell stack)(미도시)을 포함할 수 있다.
이하, 실시 예에 의한 연료 전지에 포함되는 셀 스택의 일 례를 도 1을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1은 연료 전지에서 엔드 플레이트 및 셀 스택의 단면도를 나타낸다.
셀 스택(122)은 제1 방향으로 적층된 복수의 단위 셀(122-1 내지 122-N)을 포함할 수 있다. 여기서, N은 1 이상의 양의 정수로서, 수십 내지 수백일 수 있다. N은 예를 들어, 100 내지 300, 바람직하게는 220일 수 있으나, 실시 예는 N의 특정한 수에 국한되지 않는다.
각 단위 셀(122-n)은 0.6 볼트 내지 1.0 볼트, 평균적으로 0.7볼트의 전기를 생성할 수 있다. 여기서, 1≤n≤N이다. 따라서, 연료 전지로부터 부하로 공급하고자 하는 전력의 세기에 따라 N이 결정될 수 있다. 여기서, 부하란, 연료 전지가 차량에 이용될 경우, 차량에서 전력을 요구하는 부분을 의미할 수 있다.
각 단위 셀(122-n)은 막전극 접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)(210), 가스 확산층(GDL:Gas Diffusion Layer)(222, 224), 가스켓(Gasket)(232, 234, 236) 및 분리판(또는, 바이폴라 플레이트(bipolar plate) 또는 세퍼레이터(separator))(242, 244)를 포함할 수 있다.
막전극 접합체(210)는 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매 전극층이 부착된 구조를 갖는다. 구체적으로, 막전극 접합체(210)는 고분자 전해질막(또는, 프로톤(proton) 교환막)(212), 연료극(또는, 수소극 또는 산화 전극)(214) 및 공기극(또는, 산소극 또는 환원 전극)(216)을 포함할 수 있다. 또한, 막전극 접합체(210)는 서브 가스켓(238)을 더 포함할 수도 있다.
고분자 전해질막(212)은 연료극(214)과 공기극(216) 사이에 배치된다.
연료 전지에서 연료인 수소는 제1 분리판(242)을 통해 연료극(214)으로 공급되고, 산화제인 산소를 포함하는 공기는 제2 분리판(244)을 통해 공기극(216)으로 공급될 수 있다. 이와 같이, 제1 및 제2 분리판(242, 244)은 환원가스와 산화가스를 셀에 공급하는 통로 역할을 수행할 수 있다.
연료극(214)으로 공급된 수소는 촉매에 의해 수소 이온(proton, H+)과 전자(electron, e-)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 고분자 전해질막(212)을 통과하여 공기극(216)으로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 분리판(242, 244)을 통해 공기극(216)으로 전달될 수 있다. 전술한 동작을 위해, 연료극(214)과 공기극(216) 각각에는 촉매층이 도포될 수 있다. 이와 같이, 전자의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하여 전류가 생성된다. 즉, 연료인 수소와 공기에 포함된 산소와의 전기 화학 반응에 의해, 연료 전지는 전력을 발생함을 알 수 있다.
공기극(216)에서는 고분자 전해질막(212)을 통해 공급된 수소 이온과 분리판(242, 244)을 통해 전달된 전자가 공기극(216)으로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물(또는, ‘응축수’ 또는 ‘생성수’)을 생성하는 반응을 일으킨다.
경우에 따라, 연료극(214)을 양극(anode)이라 칭하고 공기극(216)을 음극(cathode)이라고 칭하거나 이와 반대로 연료극(214)을 음극이라 칭하고 공기극(216)을 양극이라고 칭할 수도 있다.
가스 확산층(222, 224)은 반응 기체인 수소와 산소를 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 가스 확산층(222, 224)은 막전극 접합체(210)의 양측에 각각 배치될 수 있다. 즉, 제1 가스 확산층(222)은 연료극(214)의 좌측부에 배치되고, 제2 가스 확산층(224)은 공기극(216)의 우측부에 배치될 수 있다.
제1 가스 확산층(222)은 제1 분리판(242)을 통해 공급되는 반응 기체인 수소를 확산시켜 고르게 분포시키는 역할을 하며, 전기 전도성을 가질 수 있다. 제2 가스 확산층(224)은 제2 분리판(244)을 통해 공급되는 반응 기체인 공기를 확산시켜 고르게 분포시키는 역할을 하며, 전기 전도성을 가질 수 있다.
가스켓(232, 234, 236)은 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하며, 분리판(242, 244)을 적층할 때 응력을 분산시키며, 유로를 독립적으로 밀폐시키는 역할을 수행한다. 이와 같이, 가스켓(232, 234, 236)에 의해 기밀/수밀이 유지됨으로써 전력을 생성하는 셀 스택(122)과 인접한 면의 평탄도가 관리되어, 셀 스택(122)의 반응면에 균일한 면압 분포가 이루어질 수 있다. 이를 위해, 가스켓(232, 234, 236)은 고무로 구현될 수 있으나, 실시 예는 가스켓의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
분리판(242, 244)은 반응기체들 및 냉각매체를 이동시키는 역할과 복수의 단위 셀 각각을 다른 단위 셀과 분리시키는 역할도 수행할 수 있다. 또한, 분리판(242, 244)은 막전극 접합체(210)와 가스 확산층(222, 224)을 구조적으로 지지하며, 발생한 전류를 수집하여 집전판(112)으로 전달하는 역할을 수행할 수도 있다. 이와 같이, 분리판(242, 244)은 발전된 전류를 이동시키는 통로의 역할도 수행할 수 있다.
분리판(242, 244)은 가스 확산층(222, 224)의 외측에 각각 배치될 수 있다. 즉, 제1 분리판(242)은 제1 가스 확산층(222)의 좌측에 배치되고, 제2 분리판(244)은 제2 가스 확산층(224)의 우측에 배치될 수 있다.
제1 분리판(242)은 반응 기체인 수소를 제1 가스 확산층(222)을 통해 연료극(214)으로 공급하는 역할을 한다. 제2 분리판(244)은 반응 기체인 공기를 제2 가스 확산층(224)을 통해 공기극(216)으로 공급하는 역할을 한다. 그 밖에, 제1 및 제2 분리판(242, 244) 각각은 냉각 매체(예를 들어, 냉각수)가 흐를 수 있는 채널을 형성할 수도 있다. 또한, 분리판(242, 244)은 흑연계, 복합 흑연계 또는 금속계의 물질로 구현될 수 있으나, 실시 예는 분리판(242, 244)의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
한편, 도 1 에 도시된 엔드 플레이트(110A, 110B)는 셀 스택(122)의 양 단부 각각에 배치되어, 복수의 단위 셀(122)을 지지하며 고정시킬 수 있다. 즉, 제1 엔드 플레이트(110A)는 셀 스택(122)의 양 단부 중 일단부에 배치되고, 제2 엔드 플레이트(110B)는 셀 스택(122)의 양 단부 중 타단부에 배치될 수 있다.
엔드 플레이트(110A, 110B)는 금속 인서트가 플라스틱 사출물에 의해 둘러싸인 형태를 가질 수 있다. 엔드 플레이트(110A, 110B)의 금속 인서트는 내부 면압에 견디기 위해 고강성 특성을 가질 수 있으며 금속 재질을 기계 가공하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 엔드 플레이트(110A, 110B)는 다수 개의 플레이트를 결합하여 형성될 수 있으나, 실시 예는 엔드 플레이트(110A, 110B)의 특정한 구성에 제한되지 않는다.
집전판(112)은 셀 스택(122)과 대면하는 엔드 플레이트(110A, 110B)의 내측면(110AI, 110BI)과 셀 스택(122) 사이에 배치될 수 있다. 집전판(112)은 셀 스택(122)에서 전자의 흐름으로 생성된 전기 에너지를 모아서 연료 전지가 사용되는 부하로 공급하는 역할을 한다.
또한, 제1 엔드 플레이트(110A)는 복수의 매니폴드(manifold)(또는 연통부)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 제1 및 제2 분리판(242, 244) 각각은 제1 엔드 플레이트(110A)의 매니폴드와 각각 동일한 위치에 동일한 형태로 형성된 매니폴드를 포함할 수 있다. 여기서, 매니폴드는 인렛(inlet) 매니폴드와 아웃렛(outlet) 매니폴드를 포함할 수 있다. 막전극 접합체(210)에서 필요한 반응 가스인 수소 및 산소가 외부로부터 인렛 매니폴드를 통해 셀 스택(122)으로 유입될 수 있다. 가습되어 공급된 반응 기체와 셀 내부에서 생성된 응축수가 더해진 기체 또는 액체가 아웃렛 매니폴드를 통해 연료 전지의 외부로 유출될 수 있다. 또한, 냉각매체는 인렛 매니폴드를 통해 외부로부터 셀 스택(122)으로 유입되고 아웃렛 매니폴드를 통해 외부로 유출될 수 있다. 이와 같이, 복수의 매니폴드는 막전극 접합체(210)로 유체의 유입 및 유출을 허용한다.
한편, 셀 스택(122)의 성능 및 고장 여부를 파악하기 위해, 각 셀의 분리판(242, 244)을 셀 모니터링 커넥터(Fuel Cell Monitoring Connector) 및 도선으로 제어회로에 연결하여 각 셀의 전압을 측정할 수 있다. 여기서, 제어 회로란, 측정 장치 및 차량에서 연료 전지를 운영하기 위한 전자 제어 유닛을 포함한 회로를 의미할 수 있다.
이하, 실시 예에 의한 연료 전지에 포함된 각 단위 셀의 상태(예를 들어, 전압)를 체크하는 셀 모니터링 커넥터 및 이 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 2는 실시 예에 의한 셀 모니터링 커넥터(300)와 연료 전지에서 분리판(600) 간의 분해 사시도를 나타내고, 도 3은 도 2에 도시된 간격 유지 부재(500)와 분리판(600) 간의 분해 사시도를 나타내고, 도 4는 도 3에 도시된 분리판(600)을 제1 방향에서 바라본 모습을 나타낸다.
도 2 내지 도 4에 도시된 실시 예에 의한 연료 전지는, 가스켓(400), 간격 유지 부재(500) 및 분리판(600)을 포함할 수 있다. 설명의 편의상, 이들(400, 500, 600) 이외에 연료 전지의 다른 구성 요소에 대한 도시 및 설명은 생략하였으나, 이들은 다양하게 구현될 수 있으며, 실시 예는 이러한 다른 구성 요소의 특정한 형태에 국한되지 않는다.
가스켓(400)은 도 1에 도시된 가스켓(232, 234, 236)에 해당하고, 분리판(600)은 도 1에 도시된 분리판(242, 244)에 해당할 수 있다. 따라서, 이들(400, 600)의 기본적인 역할은 도 1에서 전술한 바와 같으므로 중복되는 설명을 생략하며 다른 부분에 대해서만 설명한다.
먼저, 실시 예에 의한 연료 전지의 분리판(600)에 대해 다음과 같이 설명한다.
복수의 분리판(600)은 제1 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.
도 4를 참조하면, 복수의 분리판(600) 각각은 바디부(BA) 및 접속부(PA)를 가질 수 있다. 접속부(PA)는 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 바디부(BA)로부터 돌출된 형상을 가지며, 연료 전지에서 셀 모니터링 커넥터(300)가 탈착되는 부분에 해당한다. 복수의 접속부(PA) 역시 복수의 분리판(600)과 마찬가지로 제1 방향으로 배열될 수 있다.
도 2에 도시된 복수의 분리판(600)은 연료 전지의 셀 스택(122)에 포함된 모든 분리판 중 일부일 수 있다.
예를 들어, 연료 전지에 포함된 모든 분리판은 단위 그룹으로 그룹핑되고, 단위 그룹은 복수의 분리판(600)으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 11개의 분리판(600)이 단위 그룹일 수 있다. 즉, 셀 모니터링 커넥터는 연료 전지의 단위 그룹마다 탈착될 수 있다.
도 4를 참조하면, 복수의 접속부(PA) 각각은 제1 영역(A1) 및 제2 영역을 포함할 수 있다. 제1 영역(A1)은 간격 유지 부재(500)와 결합하는 영역으로서 정의된다. 제2 영역(A2)은 접속부(PA)에서 제1 영역(A1)을 제외한 부분으로서, 제1 영역(A1)의 주변에 위치하며, 셀 모니터링 커넥터(300)와 전기적으로 접속하는 영역으로서 정의된다. 예를 들어, 제2 영역은 제2-1 및 제2-2 영역(A21, A22)을 포함할 수 있다. 제2-1 영역(A21)은 제1 영역(A1) 위의 영역에 해당하고, 제2-2 영역(A22)은 제1 영역(A1) 아래의 영역에 해당한다.
이하, 간격 유지 부재(500)에 대해 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.
도 5a 내지 도 5c는 실시 예에 의한 간격 유지 부재(500)의 모습들을 나타낸다.
도 5a는 실시 예에 의한 간격 유지 부재(500)의 사시도를 나타내고, 도 5b는 간격 유지 부재(500)와 분리판(600)의 결합 사시도를 나타내고, 도 5c는 도 5b에 도시된 간격 유지 부재(500)를 절개한 사시도를 나타낸다.
간격 유지 부재(500)는 복수의 접속부 중 적어도 일부와 결합할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 후술되는 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 간격 유지 부재(500)는 복수의 접속부(600)와 각각 결합하는 복수의 간격 유지 부재를 포함할 수 있다. 즉, 하나의 접속부(600)마다 하나의 간격 유지 부재(500)가 결합되므로, 복수의 간격 유지 부재(500)의 개수와 복수의 접속부(600)의 개수는 동일할 수 있다. 복수의 간격 유지 부재(500)는 복수의 분리판(600)과 마찬가지로 제1 방향으로 이격되어 배열될 수 있다.
다른 실시 예에 의하면, 후술되는 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 간격 유지 부재(500)는 2개의 이웃하는 접속부 중 한 쪽하고만 결합될 수 있다. 예를 들어, 간격 유지 부재(500)는 복수의 접속부(PA) 중 홀수번 째(또는, 짝수번 째)에 위치한 접속부(PA)에만 결합될 수 있다. 이 경우, 복수의 간격 유지 부재(500)의 개수는 접속부(600)의 개수의 절반일 수 있다.
또한, 복수의 간격 유지 부재(500) 각각은 제1 방향으로 이웃하는 분리판(600) 간의 간격을 유지시키는 두께를 가질 수 있다. 즉, 간격 유지 부재(500)에 인접한 이웃하는 2개의 분리판(600)은 간격 유지 부재(500)의 두께만큼 제1 방향으로 서로 이격될 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 간격 유지 부재(500)는 플라스틱(PL) 사출 공법에 의해 제작될 수 있으나, 실시 예는 간격 유지 부재(500)의 특정한 제조 방식에 국한되지 않는다.
이하, 간격 유지 부재(500)와 분리판(600)이 서로 결합하는 모습에 대해 다음과 같이 설명한다.
복수의 접속부(PA) 중에서 간격 유지 부재(500)와 결합하는 접속부(이하, ‘해당 접속부’라 한다)는 슬릿(SL)을 포함할 수 있다. 슬릿(SL)은 해당 접속부의 제1 영역(A1)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 슬릿(SL)은 제2 방향으로 가늘로 기다란 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 간격 유지 부재(500)는 슬릿 결합부(510)를 포함할 수 있다. 슬릿 결합부(510)는 해당 접속부(PA)의 제1 영역(A1)의 슬릿(SL)에 슬라이딩됨으로써, 해당 접속부(PA)와 결합 가능한 형상을 갖는다.
전술한 바와 같이 접속부(PA)가 슬릿(SL)을 갖고, 간격 유지 부재(500)가 슬릿 결합부(510)를 가질 경우, 간격 유지 부재(500)가 접속부(PA)에 용이하게 끼워질 수 있다. 또한, 슬릿(SL)에 슬라이딩되어 간격 유지 부재(500)가 접속부(PA)에 결합하기 때문에, 간격 유지 부재(500)는 접속부(PA)와 탈착 가능할 수 있다.
또한, 해당 접속부는 로킹 홈(LH)을 더 포함할 수 있다. 로킹 홈(LH)은 슬릿 결합부(510)가 슬라이딩되는 슬릿(SL)의 경로(SP) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 로킹 홈(LH)은 도 4에 도시된 바와 같이 슬릿(SL)의 경로(SP) 중간에 형성될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 이때, 간격 유지 부재(500)의 슬릿 결합부(510)는 로킹 돌기(LP)를 포함할 수 있다. 로킹 돌기(LP)는 제2 방향으로 슬라이딩되어 로킹 홈(LH)에 결합될 수 있다. 로킹 돌기(LP)의 모습을 보이기 위해 도 5a에 도시된 간격 유지 부재(500)의 내부를 투영시켰다.
전술한 바와 같이, 해당 접속부(PA)가 로킹 홈(LH)을 갖고 간격 유지 부재(500)가 로킹 돌기(LP)를 가질 경우, 간격 유지 부재(500)가 해당 접속부(PA)와 결합한 이후에 탈락됨이 방지될 수 있다.
예를 들어, 도 5b 및 도 5c를 참조하면, 간격 유지 부재(500)는 제1 결합편(520), 제2 결합편(522) 및 연결편(524)을 포함할 수 있다. 제1 결합편(520)은 해당 접속부(PA)의 양측면 중 한 측면과 접할 수 있다. 제2 결합편(522)은 해당 접속부(PA)의 양측면 중 다른 측면과 접할 수 있다. 연결편(524)은 슬릿(SL) 내에 위치하여 제1 및 제2 결합편(520, 522)을 서로 연결할 수 있다. 전술한 로킹 돌기(LP)는 연결편(524)의 일부일 수 있다.
도 6은 셀 모니터링 커넥터(300)와 간격 유지 부재(500)의 분해 사시도를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 간격 유지 부재(500)가 분리판(600)에 결합된 상태에서, 셀 모니터링 커넥터(300)가 제2 방향으로 이동하여 분리판(600)과 접속할 수 있다. 이때, 간격 유지 부재(500)에서, 제2 방향으로 이동하는 셀 모니터링 커넥터(300)와 대향하는 면(이하, ‘바깥면’이라 한다)은 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 셀 모니터링 커넥터(300)가 분리판(600)의 접속부(PA)에 원활히 끼워짐을 방해하지 않도록, 간격 유지 부재(500)는 셀 모니터링 커넥터(300)가 삽입되는 제2 방향으로 가늘고 긴 스트립 형상을 가질 수 있지만, 실시 예는 간격 유지 부재(500)의 특정한 형상에 국한되지 않는다.
도 7a 내지 도 7c는 간격 유지 부재(500)의 다양한 실시 예(500A, 500B, 500C)를 설명하기 위한 도면이다.
일 실시 예에 의하면, 도 7a에 도시된 바와 같이 간격 유지 부재(500)의 바깥면(530A)은 평평한 면일 수 있다.
다른 실시 예에 의하면, 도 7b에 도시된 바와 같이 간격 유지 부재(500)의 바깥면(530B)은 라운드 단면 형상을 가질 수 있다.
또 다른 실시 예에 의하면, 도 7c에 도시된 바와 같이 간격 유지 부재(500)의 바깥면(530C)은 모따기된(chamfered) 단면 형상을 가질 수 있다.
간격 유지 부재(500)의 바깥면(530)이 도 7a 도시된 형상일 때보다 도 7b 또는 도 7c에 도시된 바와 같은 형상을 가질 때, 셀 모니터링 커넥터(300)가 접속부(PA)에 보다 용이하게 결합됨으로써, 셀 모니터링 커넥터(300)와 접속부(PA) 간의 조립성이 확보될 수 있다.
이하, 간격 유지 부재(500)가 분리판(600)의 접속부에 결합되는 형태에 따라, 복수의 간격 유지 부재(500) 간의 이격 거리는 다양하게 결정될 수 있다. 도 8a, 도 8b, 도 9a 및 도 9b에서 설명의 편의상 5개의 접속부만을 도시하였다.
도 8a 및 도 8b는 간격 유지 부재(500)가 복수의 분리판(600)의 접속부(500)마다 결합된 사시도 및 평면도를 각각 나타낸다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 복수의 간격 유지 부재(500)가 분리판(600)의 접속부(PA)에 결합될 경우, 복수의 간격 유지 부재(500) 간의 이격 거리(이하, '제1 이격 거리'라 한다)는 다음 수학식 1과 같을 수 있다.
Figure pat00006
여기서, D1은 제1 이격 거리를 나타내고, T는 셀 피치를 나타내고, T1은 간격 유지 부재(500)의 제1 방향으로의 두께를 나타낸다.
수학식 1의 셀 피치(T)는 다음 수학식 2와 같을 수 있다.
Figure pat00007
여기서, D2는 이웃하는 분리판(600) 사이의 제1 방향으로의 이격 거리(이하, '제2 이격 거리'라 함)를 나타내고, T2는 분리판(600)의 제1 방향으로의 두께를 나타낸다.
예를 들어, 제1 이격 거리(D1)는 0보다 크고 0.1 ㎜보다 작을 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 9a 및 도 9b는 간격 유지 부재(500)가 복수의 분리판(600)의 이웃하는 2개의 접속부 중에서 한 쪽하고만 결합된 사시도 및 평면도를 각각 나타낸다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 복수의 간격 유지 부재(500)가 분리판(600)의 접속부(PA)에 결합할 경우, 복수의 간격 유지 부재(500) 간의 이격 거리(이하, '제3 이격 거리'라 함)는 다음 수학식 3과 같을 수 있다.
Figure pat00008
여기서, d2는 제3 이격 거리를 나타내고, T는 셀 피치를 나타내고, t1은 간격 유지 부재(500)의 제1 방향으로의 두께를 나타낸다
또한, 인접하는 분리판(600) 사이의 간격(d1)은 다음 수학식 4와 같을 수 있다.
Figure pat00009
여기서, t2는 분리판(600)의 제1 방향으로의 두께를 나타낸다.
예를 들어, 제3 이격 거리(d2)는 다음 수학식 5와 같을 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
Figure pat00010
간격 유지 부재(500)는 탄성을 갖지 않을 수 있다. 또는, 간격 유지 부재(500)는 탄성을 갖되, 고무의 탄성보다 작은 탄성을 가질 수도 있다. 이와 같이, 간격 유지 부재(500)가 탄성을 갖지 않는 또는 적은 탄성을 갖는 재질로 구현되고 제1 및 제3 이격 거리(D1, d2)가 수학식 1 및 5에서와 같이 결정될 때, 인접한 접속부(PA) 간의 간섭이 간격 유지 부재(500)에 의해 방지될 수 있다.
또한, 분리판(600)은 전도성 물질로 이루어지는 반면, 간격 유지 부재(500)가 절연성을 갖는 재질로 구현될 경우, 제1 및 제3 이격 거리(D1, d2)가 수학식 1 및 5에서와 같이 결정될 때, 인접한 접속부(PA)가 간격 유지 부재(500)에 의해 이격되므로 서로 전기적으로 단락됨이 방지될 수 있다.
도 10은 복수의 분리판(600) 중에서 간격 유지 부재(500)가 결합된 분리판(600)을 제1 방향에서 바라본 모습이다.
도 11a 및 도 11b는 서로 다른 폭을 갖는 간격 유지 부재(500)가 접속부(PA)에 결합된 모습을 나타낸다.
도 11a에 도시된 바와 같이 해당 접속부와 간격 유지 부재(500)가 결합된 폭(W)이 해당 접속부(600)가 제2 방향으로 돌출된 길이(L)의 절반일 경우, 인접하는 접속부(PA)를 절연성을 갖는 간격 유지 부재(500)에 의해 전기적으로 이격시키는 정도가 감소하여, 인접하는 접속부(PA)가 전기적으로 단락될 수도 있다.
또는, 도 11b에 도시된 바와 같이 해당 접속부(PA)와 간격 유지 부재(500)가 결합된 폭(W)이 해당 접속부(PA)가 제2 방향으로 돌출된 길이(L)와 동일할 경우, 분리판(600)에 배치된 가스켓(400)의 품질 등이 영향을 받을 수도 있다.
따라서, 해당 접속부(PA)와 간격 유지 부재(500)가 결합된 폭(W)은 다음 수학식 6과 같을 수 있다.
Figure pat00011
여기서, W는 간격 유지 부재(500)가 접속부(PA)와 결합된 제2 방향으로 폭을 나타내고, L는 해당 접속부(PA)가 제2 방향으로 돌출된 길이를 나타낸다.
고무의 탄성보다 작은 탄성을 갖는 간격 유지 부재(500)가 수학식 6을 만족하는 폭(W)을 가질 경우, 간격 유지 부재(500)에 의해 인접 접속부(PA)가 서로 일정한 간격으로 이격될 수 있다. 이와 같이, 인접 접속부(PA)가 서로 일정한 간격으로 이격될 경우, 추후 셀 모니터링 커넥터(300)가 접속부(PA)에 접속할 때 접속부(PA)와 부딪쳐서 손상됨을 방지할 수 있고, 셀 모니터링 커넥터(300)가 접속부(PA)에 접속한 이후에도 이들(300, PA) 간의 결합력이 개선될 수 있다.
또한, 절연성을 갖는 재질로 구현된 간격 유지 부재(500)가 수학식 6을 만족할 경우, 인접한 접속부(PA)가 간격 유지 부재(500)에 의해 서로 전기적으로 이격됨으로서, 인접하는 접속부(PA)가 서로 전기적으로 단락됨이 방지될 수 있다.
한편, 전술한 간격 유지 부재(500)가 결합된 연료 전지에 탈착될 수 있는 셀 모니터링 커넥터(300)는 다양한 구성을 가질 수 있으며, 실시 예는 셀 모니터링 커넥터(300)의 특정한 구성에 국한되지 않는다. 예를 들어, 셀 모니터링 커넥터(300)는 도 2에 도시된 바와 같은 외견을 가질 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같은 외견을 가질 수도 있다. 셀 모니터링 커넥터(300)가 어떠한 구성을 갖는가에 무관하게, 셀 모니터링 커넥터(300)는 접속부(PA)에 접속할 때 간격 유지 부재(500)가 수용될 수 있는 수용 공간(H)을 가질 수 있다. 셀 모니터링 커넥터(300)가 접속부(PA)에 접속될 때 간격 유지 부재(500)는 셀 모니터링 커넥터(300)의 수용 공간(H)에 슬라이딩되어 끼워질 수 있다.
도 2 또는 도 6에 도시된 셀 모니터링 커넥터(300)는 하우징(310), 연결 단자(미도시), TPA(Terminal Position Assurance)(330) 및 CPA(Connector Position Assurance)를 포함할 수 있다. 도 6에서 CPA 및 하부 TPA(330D)의 도시는 생략되었다.
하우징(310)은 상부 하우징(310U) 및 하부 하우징(310D)을 포함할 수 있다. TPA(330)는 상부 TPA(330U) 하부 TPA(330D)를 포함할 수 있다.
상부 TPA(330U)는 상부 하우징(310U)의 정면에 위치한 TPA 단자 삽입구에 탈착 가능하며, 상부 하우징(310U) 안에 삽입된 연결 단자를 압입할 수 있다. 이와 비슷하게 하부 TPA(330D)는 하부 하우징(310D)의 정면에 위치한 TPA 단자 삽입구에 탈착 가능하며, 하부 하우징(310D) 안에 삽입된 연결 단자를 압입할 수 있다.
즉, 상부 및 하부 TPA(330U, 330D)는 연결 단자의 삽입력을 개선시키고, 연결 단자를 올바르게 위치시킴으로써 오조립 불량 등에 문제점을 개선하고, 분리판(600) 간의 협소한 피치에도 불구하고 전기적으로 신뢰성 있는 전압값을 지속적으로 센싱할 수 있도록 해 줄 수 있다. 이를 위해, 하우징(310:310U, 310D)은 연결 단자 삽입구의 상부에 형성된 TPA 단자 삽입구를 포함할 수 있다. 여기서, 연결 단자 삽입구는 하우징(310)에서 연결 단자가 삽입되는 부분이다.
연결 단자는 하우징(310)에 삽입되어 접속부(PA)와 접속하는 부분과 와이어가 감싸지는 부분을 포함할 수 있다.
분리판(600)에 셀 모니터링 커넥터(300)가 체결된 이후, 셀 모니터링 커넥터(300)의 상단과 하단에 CPA라는 플라스틱으로 구성된 잠금 장치를 위와 아래로 끼워 누를 경우, 셀 모니터링 커넥터(300)를 분리판(600)에 고정되어 장착 완료될 수 있다.
이하, 비교 례에 의한 연료 전지와 실시 예에 의한 연료 전지를 다음과 같이 비교하여 설명한다.
도 12는 비교 례에 의한 셀 모니터링 커넥터(30)가 장착된 연료 전지의 사시도를 나타낸다.
도 13a는 도 12에 도시된 연료 전지를 제1 방향에서 바라본 모습이고, 도 13b는 도 13a에서 야기되는 가스켓 버(burr)를 설명하기 위한 국부적 모습을 나타낸다.
분리판(60)의 접속부(62)는 셀 스택 바깥쪽으로 돌출되어 구조적으로 구속되지 않기 때문에 제조 공정이나 적층 공정상의 외부 충격에 취약하며, 변형되거나 정위치에서 벗어나 품질 문제를 발생시킬 수 있다. 이를 개선하기 위하여, 비교 례의 경우 분리판(60)의 접속부(62)에 부분적으로 돌출되는 형상을 갖는 가스켓(42)을 사출 형성하여, 적층된 접속부(62)가 일정한 간격으로 이격되게 할 수 있다. 분리판(60)의 접속부(62)는 부분 사출된 돌출부(42)에 의해서 그 간격이 유지되며, 셀 모니터링 커넥터(30)가 접속부(62)에 삽입될 때, 접속부(62)의 위치 이상에 의하여 발생하는 오조립 불량이 개선될 수 있도록 한다.
그러나, 도 12에 도시된 바와 같이 접속부(62)의 간격을 일정하게 유지하기 위해, 접속부(62)에 일체화되어 사출되는 가스켓(42)을 사용할 경우 다음과 같은 문제가 야기될 수 있다.
고무 재질의 가스켓(42)을 분리판(60)의 표면에 일체화시켜 사출할 때, 분리판(60)과 가스켓 금형 사이의 틈으로 사출압력에 의한 고무 가스켓 버(44A)가 도 13b에 도시된 바와 같이 발생할 수 있다. 도 13a에 도시된 바와 같이 가스켓(42)의 주변의 영역(44)에 이러한 가스켓 버(44A)가 발생할 수 있다.
또한, 가스켓 버(44A)를 제거할 경우, 접속부(62)의 변형 등이 발생할 수 있으며, 이는 셀 모니터링 커넥터(30)의 접점(예를 들어, 도 13a에 도시된 접점(P1, P2))의 안정성을 저하시킬 수 있다.
또한, 분리판(60)의 접속부(62)에 일체화되어 사출되는 가스켓(42)의 돌출된 부분이 외력에 의해 압축될 수 있다. 이러한 압축이 심화될 경우 인접하는 접속부(42)가 전기적인 접촉하여 단락될 수 있다.
또한, 분리판(60)의 접속부(62)에 사출 가스켓(42)을 일체화시키기 위해서, 가스켓 사출금형이 분리판(60)의 접속부(62)에 직접 접촉이 되어야 한다. 이 경우, 고온의 가스켓 사출 금형의 접촉으로 인해, 접속부(62)의 접점 위치(예를 들어, P1, P2)의 전기 저항값이 영향을 받아 접점 안정성이 저하될 수도 있다.
또한, 분리판(60)과 가스켓 사출 금형이 직접 접촉할 경우, 돌출된 가스켓(42)의 크기와 위치에 제약이 발생할 수도 있다.
반면에, 실시 예의 경우, 고무보다 적은 탄성을 갖거나 비탄력적이고 딱딱하며 일정한 두께를 갖는 간격 유지 부재(500)를 사용하여 비교 례의 가스켓(42)의 역할을 대신하므로, 전술한 비교 례의 제반 문제점이 해소될 수 있다.
즉, 실시 예에 의하면, 비교 례에 의한 고무 가스켓(42) 사출로 인한 분리판(60)과 가스켓(42) 주변의 버(Burr) 발생을 원인을 제거하여 접점 품질과 안정성을 개선시킬 수 있다. 또한, 비교 례에서와 같이 가스켓 사출로 인한 고온 환경 및 표면 오염 환경 노출로 인한 소재 표면의 산화와 오염이 방지될 수 있다. 또한, 비교 례보다 셀 모니터링 커넥터(300)의 접점의 안정성이 개선될 수 있다. 또한, 비교 례에서와 같이 가스켓 사출 금형이 분리판(600)의 접속부(PA)에 직접 접촉하지 않으므로, 접속부(PA)의 접점 위치에서 전기 저항값이 영향을 받지 않기 때문에, 접점 안정성이 더욱 개선될 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 간격 유지 부재(500)에 의해 복수의 접속부(PA)가 일정한 간격으로 서로 이격됨이 유지될 수 있다. 이로 인해, 추후 셀 모니터링 커넥터(300)가 접속부(PA)에 접속할 때 접속부(PA)와 부딪쳐서 손상됨을 방지할 수 있고, 셀 모니터링 커넥터(300)가 접속부(PA)에 접속한 이후에도 이들(300, PA) 간의 결합력이 개선될 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 서로 인접한 도전성을 갖는 접속부(PA)가 절연성을 갖는 간격 유지 부재(500)에 의해 이격되기 때문에, 인접한 접속부(PA)가 전기적으로 단락됨이 방지될 수 있다.
또한 실시 예의 경우, 별도로 제작한 간격 유지 부재(500)를 접속부(PA)에 끼우기만 하면 되므로, 조립의 자유도가 비교 례보다 개선될 수 있다.
전술한 다양한 실시 예들은 본 발명의 목적을 벗어나지 않고, 서로 상반되지 않은 한 서로 조합될 수도 있다. 또한, 전술한 다양한 실시 예들 중에서 어느 실시 예의 구성 요소가 상세히 설명되지 않은 경우 다른 실시 예의 동일한 참조부호를 갖는 구성 요소에 대한 설명이 준용될 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
122: 셀 스택 300: 셀 모니터링 커넥터
310: 하우징 400: 가스켓
500: 간격 유지 부재 600: 분리판

Claims (19)

  1. 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능한 연료 전지에 있어서,
    상기 셀 모니터링 커넥터가 탈착 가능하며 제1 방향으로 배열된 복수의 접속부를 갖고, 상기 제1 방향으로 서로 이격되어 배치된 복수의 분리판; 및
    상기 복수의 접속부 중 적어도 일부와 결합하여, 상기 제1 방향으로 이웃하는 분리판 간의 간격을 유지시키는 두께를 갖는 간격 유지 부재를 포함하는 연료 전지.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 접속부 각각은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 돌출된 형상을 갖는 연료 전지.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 복수의 접속부 각각은
    상기 간격 유지 부재와 결합하는 제1 영역; 및
    상기 제1 영역의 주변에 위치하며, 상기 셀 모니터링 커넥터와 전기적으로 접속하는 제2 영역을 포함하는 연료 전지.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 제2 영역은
    상기 제1 영역 위의 제2-1 영역; 및
    상기 제1 영역 아래의 제2-2 영역을 포함하는 연료 전지.
  5. 제3 항에 있어서, 상기 복수의 접속부 중에서 상기 간격 유지 부재와 결합하는 해당하는 접속부는 상기 제1 영역에 형성된 슬릿을 포함하고,
    상기 간격 유지 부재는 상기 제1 영역의 슬릿에 슬라이딩되어 결합하는 슬릿 결합부를 포함하는 연료 전지.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 해당하는 접속부는 상기 슬릿 결합부가 슬라이딩되는 상기 슬릿의 경로 상에 형성된 로킹 홈을 더 포함하고,
    상기 슬릿 결합부는 상기 제2 방향으로 슬라이딩되어 상기 로킹 홈에 결합된 로킹 돌기를 포함하는 연료 전지.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 간격 유지 부재에서
    상기 제2 방향으로 이동하는 상기 셀 모니터링 커넥터를 대향하는 바깥면은 모따기된 단면 형상을 갖는 연료 전지.
  8. 제5 항에 있어서, 상기 간격 유지 부재에서
    상기 제2 방향으로 이동하는 상기 셀 모니터링 커넥터를 대향하는 바깥면은 라운드 단면 형상을 갖는 연료 전지.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 간격 유지 부재는 상기 복수의 접속부와 각각 결합하며 상기 제1 방향으로 이격되어 배열된 복수의 간격 유지 부재를 포함하는 연료 전지.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 복수의 간격 유지 부재가 서로 이격된 제1 이격 거리는 아래와 같은 연료 전지.
    Figure pat00012

    (여기서, D1은 상기 제1 이격 거리를 나타내고, T는 셀 피치를 나타내고, T1은 상기 간격 유지 부재의 상기 제1 방향으로의 두께를 나타낸다.)
  11. 제10 항에 있어서, 상기 셀 피치는 아래와 같은 연료 전지.
    Figure pat00013

    (여기서, D2는 이웃하는 분리판 사이의 상기 제1 방향으로의 제2 이격 거리를 나타내고, T2는 상기 분리판의 상기 제1 방향으로의 두께를 나타낸다.)
  12. 제10 항 또는 제11 항에 있어서, 상기 제1 이격 거리는 0보다 크고 0.1 ㎜보다 작은 연료 전지.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 간격 유지 부재는 2개의 이웃하는 접속부 중 한 쪽하고만 결합하는 연료 전지.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 복수의 간격 유지 부재가 서로 이격된 제3 이격 거리는 아래와 같은 연료 전지.
    Figure pat00014

    (여기서, d2는 상기 제3 이격 거리를 나타내고, T는 셀 피치를 나타내고, t1은 상기 간격 유지 부재의 상기 제1 방향으로의 두께를 나타낸다.)
  15. 제14 항에 있어서, 상기 제3 이격 거리는 아래와 같은 연료 전지.
    Figure pat00015

    (여기서, t2는 상기 분리판의 상기 제1 방향으로의 두께를 나타낸다.)
  16. 제2 항에 있어서, 상기 복수의 접속부 중 해당하는 접속부와 상기 간격 유지 부재가 결합된 폭은 아래와 같은 연료 전지.
    Figure pat00016

    (여기서, W는 상기 제2 방향으로의 상기 폭을 나타내고, L는 상기 해당하는 접속부가 상기 제2 방향으로 돌출된 길이를 나타낸다.)
  17. 제1 항에 있어서, 상기 분리판은 전도성 물질로 이루어지고, 상기 간격 유지 부재는 절연성 물질로 이루어진 연료 전지.
  18. 제1 항에 있어서, 상기 간격 유지 부재는 탄성을 갖지 않는 연료 전지.
  19. 제1 항에 있어서, 상기 간격 유지 부재는 상기 접속부와 탈착 가능한 형상을 갖는 연료 전지.
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