KR20210057503A - 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터 - Google Patents

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KR20210057503A
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housing
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lever operation
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엄기욱
김민석
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현대자동차주식회사
주식회사 유라
기아 주식회사
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Abstract

실시 예의 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터에 있어서, 연료 전지는 제1 방향으로 서로 이격되어 배치되며, 각각이 수용홈을 갖는 복수의 분리판 및 각각이, 수용홈 주변에 배치되는 복수의 걸쇠부를 포함하고, 셀 모니터링 커넥터는 복수의 분리판의 수용홈에 의해 정의되는 수용 공간에 적어도 일부가 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 삽입 가능한 하우징과, 외압에 의해 제1 및 제2 방향 각각과 교차하는 제3 방향으로 이동 가능한 한 쌍의 레버 조작부 및 하우징 내에서 한 쌍의 레버 조작부와 각각 결합된 복수의 레버부를 포함하고, 복수의 레버부는 각 레버 조작부의 이동과 연동하여, 하우징의 외면으로부터 제3 방향으로 돌출된 제1 위치로부터 하우징의 외면으로부터 돌출되지 않는 제2 위치로 이동하여, 복수의 걸쇠부에 걸리거나 이탈 가능한 복수의 걸림턱을 포함한다.

Description

연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터{Cell monitoring connector capable of being detached from fuel cell}
실시 예는 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터에 관한 것이다.
연료 전지 스택은 고분자 전해질막 기준으로 한 쪽 면에는 공기를 공급받고 다른 쪽 면으로는 수소를 공급받아 전기 화학 반응하여 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 연료 전지 스택의 운전을 중단해야 한다.
셀 모니터링 커넥터는 셀의 상태를 체크하고, 셀의 전압을 지속적으로 모니터링한다. 이를 위해, 셀 모니터링 커넥터는 연료 전지 스택의 각 단위 셀의 전압을 체크하기 위해 셀에 전기적으로 접촉할 수 있으며, 셀 모니터링 커넥터와 연료 전지 스택 간의 확실한 체결에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.
실시 예는 개선된 신뢰성을 갖는 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터를 제공한다.
실시 예에 의한 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터에 있어서, 상기 연료 전지는 제1 방향으로 서로 이격되어 배치되며, 각각이 수용홈을 갖는 복수의 분리판; 및 각각이, 상기 수용홈 주변에 배치되는 복수의 걸쇠부를 포함하고, 상기 셀 모니터링 커넥터는 상기 복수의 분리판의 상기 수용홈에 의해 정의되는 수용 공간에 적어도 일부가 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 삽입 가능한 하우징; 제1 외압에 의해 상기 제1 및 제2 방향 각각과 교차하는 제3 방향으로 이동 가능한 한 쌍의 레버 조작부; 및 상기 하우징 내에서 상기 한 쌍의 레버 조작부와 각각 결합된 복수의 레버부를 포함하고, 상기 복수의 레버부는 상기 각 레버 조작부의 이동과 연동하여, 상기 하우징의 외면으로부터 상기 제3 방향으로 돌출된 제1 위치로부터 상기 하우징의 상기 외면으로부터 돌출되지 않는 제2 위치로 이동하여, 상기 복수의 걸쇠부에 걸리거나 이탈 가능한 복수의 걸림턱을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 한 쌍의 레버 조작부 각각은 상기 제1 외압을 받는 제1 헤드부; 및 상기 제1 헤드부로부터 연장되어 상기 복수의 레버부와 연결된 제1 테일부를 포함하고, 상기 복수의 레버부는 상기 제1 테일부와 연결된 복수의 제2 헤드부; 및 상기 복수의 제2 헤드부로부터 각각 연장되며, 각각에 걸림턱이 배치된 복수의 제2 테일부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 헤드부의 상기 제1 방향으로의 제1 폭은 상기 셀 모니터링 커넥터의 상기 제1 방향으로의 제2 폭과 동일할 수 있다.
예를 들어, 상기 각 레버 조작부는 상기 제1 외압과 다른 제2 외압에 의해 인입 위치와 인출 위치 사이에서 상기 제2 방향으로 직선 운동하여 상기 복수의 레버부와 결합할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 테일부는 상기 복수의 제2 헤드부와 대면하는 제1 면을 포함하고, 상기 복수의 제2 헤드부 각각은 상기 제1 면과 대면하는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면과 제2 면 중 하나는 적어도 하나의 요부를 갖고, 상기 제1 면과 제2 면 중 다른 하나는 상기 적어도 하나의 요부와 대응하는 형상의 적어도 하나의 철부를 갖고, 상기 적어도 하나의 요부와 상기 적어도 하나의 철부는 상기 각 레버 조작부가 상기 직선 운동할 때, 슬라이딩 방식으로 서로 결합할 수 있다.
예를 들어, 상기 적어도 하나의 요부는 복수의 요부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 철부는 복수의 철부를 포함하고, 상기 각 레버 조작부가 상기 인입 위치에 있을 때, 상기 복수의 요부 전체는 상기 복수의 철부 전체와 결합하고, 상기 각 레버 조작부가 상기 인출 위치에 있을 때, 상기 복수의 요부 중 일부는 상기 복수의 철부 중 일부와 결합할 수 있다.
예를 들어, 상기 각 레버 조작부는 상기 하우징이 상기 제2 방향으로 상기 수용 공간에 삽입되고 상기 제1 위치에서 상기 복수의 걸림턱이 상기 복수의 걸쇠부에 걸릴 때, 상기 인출 위치로부터 상기 인입 위치까지 상기 제2 방향으로 직선 이동 가능할 수 있다.
예를 들어, 상기 수용홈은 수용될 상기 하우징과 대면하는 바닥면; 및 상기 바닥면으로부터 상기 제2 방향과 나란한 방향으로 연장되어, 상기 바닥면과 함께 상기 수용홈을 정의하는 측부면을 포함하고, 상기 하우징은 상기 바닥면과 대면하는 전면; 상기 전면의 반대측 후면; 및 상기 전면과 후면 사이에서 상기 제3 방향으로 서로 대향하는 상부면과 하부면을 포함하고, 상기 하우징의 상기 외면은 상기 상부면 또는 상기 하부면 중 적어도 하나에 해당할 수 있다.
예를 들어, 상기 한 쌍의 레버 조작부 사이에 배치 가능한 터미널 위치 보증부(TPA)를 더 포함하고, 상기 TPA는 상기 하우징과 결합하는 고정편; 및 상기 고정편으로부터 연장되어 상기 하우징의 상기 후면 상에 배치 가능한 제3 헤드부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 한 쌍의 레버 조작부는 상기 제1 외압이 없을 때 상기 제3 방향과 반대 방향으로 원복하는 탄성을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 걸림턱이 상기 걸쇠부에 걸리지 않은 상태에서, 상기 제1 헤드부는 상기 제3 헤드부의 적어도 일부와 상기 제2 방향으로 중첩하는 상기 제3 방향으로의 폭을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 하우징의 적어도 일부가 상기 수용 공간에 삽입된 상태에서, 상기 제1 위치에 있는 상기 걸림턱이 상기 걸쇠부에 걸리고, 상기 한 쌍의 레버 조작부가 상기 인입 위치에 있을 때, 상기 제1 헤드부와 상기 제3 헤드부는 상기 하우징의 상기 후면 상에서 상기 제3 방향으로 서로 대향하여 배치될 수 있다.
예를 들어, 서로 대향한 상기 제1 헤드부와 상기 제3 헤드부 사이의 상기 제3 방향으로의 이격 거리는 ‘0’보다 크고 체결 해체 거리보다 작을 수 있다.
예를 들어, 상기 셀 모니터링 커넥터는 상기 제1 방향으로 서로 인접하는 제1 및 제2 커넥터를 포함하고, 상기 제1 커넥터의 측면은 제1 단차를 포함하고, 상기 제2 커넥터의 측면은 상기 제1 단차와 맞물리는 제2 단차를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 단차로부터 상기 제3 방향과 나란한 방향으로 상기 제1 커넥터의 상부의 가장 자리 또는 하부의 가장 자리까지의 길이는 상기 제2 단차로부터 상기 제3 방향과 나란한 상기 방향으로 상기 제2 커넥터의 상부의 가장 자리 또는 하부의 가장 자리까지의 길이와 다를 수 있다.
예를 들어, 상기 셀 모니터링 커넥터는 상기 한 쌍의 레버 조작부 각각에 상기 제1 외압이 가해지는 방향과 반대 방향으로 상기 하우징의 선단으로부터 돌출되어 배치된 적어도 하나의 파손 방지부를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 분리판 각각은 상기 제1 방향으로 서로 일정한 간격으로 이격된 상기 복수의 걸림턱 사이에 위치한 적어도 하나의 슬릿으로 끼워질 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 레버부는 절연성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 적어도 하나의 슬릿은 복수의 슬릿을 포함하고, 상기 복수의 걸림턱 각각의 상기 제1 방향으로의 두께는 서로 동일하고, 상기 복수의 슬릿의 상기 제1 방향으로의 폭은 서로 동일할 수 있다.
실시 예에 따른 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터는 서로 인접하는 커넥터의 길이를 달리하여 인접하는 커넥터가 잘못 조립될 수 있는 문제를 물리적으로 해결할 수 있고, 서로 인접하는 커넥터의 상부와 하부가 서로 동일한 색상을 가짐으로써 인접하는 커넥터가 잘못 조립될 수 있는 문제를 시각적으로 해결할 수 있고, 연료 전지에 완전히 체결되었는지의 여부를 작업자에게 용이하게 파악시켜 줄 수 있고, 셀 모니터링 커넥터가 연료 전지에 장착된 후, 걸림턱 또는 걸쇠부 중 적어도 하나가 손상된 경우에도, 걸림턱이 걸쇠부로부터 이탈됨이 방지될 수 있고, 차량 진동 등 외부 환경 변화에도 불구하고 셀 모니터링 커넥터가 연료 전지로부터 이탈되지 않고 셀을 모니터링할 수 있어 셀 점검의 신뢰성을 증가시킬 수 있으며, 레버 조작부의 터치면이 크기 때문에 셀 모니터링 커넥터를 연료 전지에 장착하고 해체하는 작업이 비교 례보다 더 쉬워지고 작업자의 파지감이 증가할 수 있다.
도 1은 연료 전지에서 엔드 플레이트 및 셀 스택의 단면도를 나타낸다.
도 2는 실시 예에 의한 셀 모니터링 커넥터와 연료 전지에 포함된 분리판의 분해 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 분리판을 제1 방향에서 바라본 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 분리판과 셀 모니터링 커넥터의 실시 예에 의한 분해 단면도를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 제1 레버 조작부의 직선 운동을 설명하기 위한 실시 예에 의한 단면도이다.
도 6은 실시 예에 따라 피팅 결합될 수 있는 제1 레버 조작부와 제1 레버부의 분해 단면도를 나타낸다.
도 7은 도 2에 도시된 연결 단자의 실시 예에 의한 사시도를 나타낸다.
도 8은 도 2에 도시된 연결 단자의 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
도 9a 및 도 9b는 실시 예에 의한 복수의 셀 모니터링 커넥터가 배치된 모습을 나타낸다.
도 10a 내지 도 10d는 실시 예에 의한 셀 모니터링 커넥터가 연료 전지의 수용 공간에 장착되는 과정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 11a 및 도 11b는 비교 례에 의한 셀 모니터링 커넥터의 사시도 및 정면도를 각각 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 예 및 비교 례에 의한 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터(Fuel Cell Monitoring Connector)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 편의상, 데카르트 좌표계(x축, y축, z축)를 이용하여 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터를 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 또는 -x축 방향 중 적어도 한 방향을 의미하고, 제2 방향은 +y축 또는 -y축 방향 중 적어도 한 방향을 의미하고, 제3 방향은 +z축 방향 또는 -z축 방향 중 적어도 한 방향을 의미하는 것으로 설명하며, 제1, 제2 및 제3 방향은 서로 직교할 수도 있고 서로 교차할 수도 있다.
실시 예에 의한 셀 모니터링 커넥터가 탈착될 수 있는 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 있다.
연료 전지는 엔드 플레이트(end plate)(또는, 가압 플레이트 또는 압축판)(미도시) 및 셀 스택(cell stack)(미도시)을 포함할 수 있다.
이하, 셀 스택의 일 례를 도 1을 참조하여 다음과 같이 설명하지만, 실시 예에 의한 셀 모니터링 커넥터는 연료 전지나 셀 스택의 특정한 형태에 국한되지 않고 적용될 수 있다.
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), 개스킷(Gasket)(232, 234, 236) 및 분리판(또는, 바이폴라 플레이트(bipolar plate) 또는 세퍼레이터(separator))(242, 244)을 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 개스킷(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.
연료극(214)으로 공급된 수소는 촉매에 의해 수소 이온(proton, H+)과 전자(electron, e-)로 분해되며, 이 중 수소 이온 만이 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 전기 에너지를 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 좌측에 배치되고, 제2 가스 확산층(224)은 공기극(216)의 우측에 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.
제1 및 제2 가스 확산층(222, 224) 각각은 미세한 카본 파이버(carbon fiber)들이 결합된 미세 기공층일 수 있으나, 실시 예는 제1 및 제2 가스층(222, 224)의 특정한 형태에 국한되지 않는다.
개스킷(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, 개스킷(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, 개스킷(232, 234, 236)은 고무로 구현될 수 있으나, 실시 예는 개스킷의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
분리판(242, 244)은 반응기체들 및 냉각매체를 이동시키는 역할과 복수의 단위 셀 각각을 다른 단위 셀과 분리시키는 역할을 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.
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(M: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 검사하기 위해, 셀 모니터링 커넥터 및 도선에 의해 각 셀의 분리판(242, 244)이 제어회로에 연결됨으로써, 각 셀의 전압이 측정될 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(이하,’ 커넥터’라 한다)(300) 및 이 커넥터(300)가 탈착 가능한 연료 전지를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 2는 실시 예에 의한 셀 모니터링 커넥터(300)와 연료 전지에 포함된 분리판(600)의 분해 사시도를 나타내고, 도 3은 도 2에 도시된 분리판(600)을 제1 방향에서 바라본 단면도를 나타내고, 도 4a 및 도 4b는 분리판(600)과 셀 모니터링 커넥터(300)의 분해 단면도를 나타낸다.
설명의 편의상, 도 2 내지 도 4b는 실시 예에 의한 커넥터(300)가 탈착될 수 있는 부분인 연료 전지의 분리판(600)과 걸쇠부(410 및 420)와 유격 방지부(430)만을 도시한다. 실시 예에 의한 커넥터(300)가 탈착될 수 있는 연료 전지에서 분리판(600)과 걸쇠부(410 및 420) 및 유격 방지부(430)를 제외한 다른 구성 요소들은 다양하게 구현될 수 있으며, 실시 예는 이러한 다른 구성 요소의 특정한 형태에 국한되지 않는다.
분리판(600)은 도 1에 도시된 분리판(242, 244)에 해당하고, 걸쇠부(410 및 420)는 도 1에 도시된 개스킷(232, 234, 236)에 해당할 수 있다. 또는, 걸쇠부(410 및 420)는 도 1에 도시된 개스킷(232, 234, 236)으로부터 분기된 별도의 개스킷일 수 있다. 이하, 걸쇠부(410 및 420)는 개스킷으로 구현되는 것으로 설명하지만, 걸쇠부(410 및 420)가 개스킷 이외의 다른 별물로 구현된 경우에도 하기의 설명은 적용될 수 있다.
복수의 분리판(600)은 제1 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 복수의 분리판(600) 각각은 그(600)의 측부에 수용홈(H1)을 갖는다. 수용홈(H1)은 분리판(600)의 외측 가장자리(600E)로부터 안쪽으로 함몰된 형상을 가질 수 있다.
수용홈(H1)은 제1 및 제2 측부면(H1S1 및 H1S2) 및 바닥면(H1B)을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 측부면(H1S1 및 H1S2)은 제3 방향으로 서로 대향하며, 바닥면(H1B)으로부터 제2 방향과 나란한 방향으로 연장된 면일 수 있다. 바닥면(H1B)은 제1 및 제2 측부면(H1S1 및 H1S2) 사이에서, 수용홈(H1)에 체결될 커넥터(300)의 하우징(310)과 대향하는 면일 수 있다. 제1 및 제2 측부면(H1S1 및 H1S2)은 바닥면(H1B)과 함께 수용홈(H1)을 정의할 수 있다.
셀 스택(122)에 포함되는 복수의 분리판(600)은 연료 전지에 포함된 모든 분리판 중 일부일 수 있다. 예를 들어, 연료 전지에 포함된 모든 분리판은 단위 그룹으로 그룹핑되고, 단위 그룹은 적어도 하나의 분리판(600) 또는 복수의 분리판(600)으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 단위 그룹은 10개의 분리판(600)을 포함할 수 있다. 이 경우, 커넥터(300)는 연료 전지의 단위 그룹별로 마련되어 연료 전지에 체결(또는, 부착, 결합, 삽입, 장착, 조립)되거나 연료 전지로부터 해체(또는, 이탈, 분해)될 수 있다.
또한, 복수의 분리판(600) 각각에 형성된 수용홈(H1)의 제1 및 제2 측부면(H1S1, H1S2) 및 바닥면(H1B)은 제1 방향으로 중첩되어 배치될 수 있다. 이와 같이, 단위 그룹에 속하는 복수의 분리판(600)에 형성된 복수의 수용홈(H1)은 커넥터(300)가 결합되는 수용 공간을 정의한다. 즉, 배열된 복수의 수용홈(H1)은 수용 공간을 형성한다.
한편, 복수의 걸쇠부는 복수의 분리판(600) 각각의 양면(예를 들어, 후술되는 도 8에 도시된 600S1, 600S2)에서 수용홈(H1)의 주변에 배치되며, 걸쇠 형상을 가질 수 있다. 여기서, 걸쇠 형상이란, 도 4a 및 도 4b에 도시된 후술되는 걸림턱(314PA, 314PB)이 걸릴 수 있는 형상으로서, 도 2 내지 도 4b에 도시된 바와 같이 ‘L’자 형상일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
예를 들어, 복수의 걸쇠부로서 역할하는 복수의 개스킷은 제1 및 제2 개스킷(410, 420)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 개스킷(410, 420)은 수용홈(H1)을 기준으로 후술되는 레버 조작부에 외력이 가해지는 방향인 제3 방향으로 서로 마주하여 배치될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 개스킷(410, 420)의 걸쇠 형상은 수용홈(H1)을 기준으로 대칭일 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 제1 및 제2 개스킷(410, 420)의 ‘L’자 형상은 수용홀(H1)의 중심선(CL)을 기준으로 제3 방향으로 서로 대칭일 수 있다.
또한, 제1 및 제2 개스킷(410, 420) 각각에서 수용홈(H1)을 바라보는 제1 단부는 수용홈(H1)으로부터 이격되고, 제1 및 제2 개스킷(410, 420) 각각에서 분리판(600)의 외측 가장자리(600E)를 바라보는 제2 단부는 외측 가장 자리(600E)로부터 이격될 수 있다. 예를 들어, 제1 개스킷(410)에서 수용홈(H1)을 바라보는 제1 단부(410E1)는 수용홈(H1)의 제1 측부(H1S1)로부터 제1 간격(G1)만큼 이격되고, 제1 개스킷(410)에서 분리판(600)의 외측 가장자리(600E)를 바라보는 제2 단부(410E2)는 외측 가장 자리(600E)로부터 제2 간격(G2)만큼 이격될 수 있다.
만일, 제1 개스킷(410)의 제1 및 제2 단부(410E1, 600E)가 수용홈(H1)의 제1 측부(H1S1) 및 외측 가장 자리(600E) 각각으로부터 이격되지 않고 접하여 배치될 경우, 또는 제2 개스킷(420)의 제1 및 제2 단부가 수용홈(H1)의 제2 측부(H1S2) 및 외측 가장 자리(600E) 각각으로부터 이격되지 않고 접하여 배치될 경우, 제1 및 제2 개스킷(410, 420)이 수용홈(H1)의 내부로 또는 외측 가장 자리(600E)의 바깥 쪽으로 튀어나올 수도 있으며 이를 고려하는 제1 및 제2 개스킷(410, 420)의 제조 공정이 까다로워질 수 있다. 따라서, 실시 예에 의하면, 제1 및 제2 개스킷(410, 420) 각각의 제1 및 제2 단부가 수용홈(H1) 및 외측 가장 자리(600E)와 각각 제1 및 제2 간격(G1, G2)만큼 이격되어 형성될 경우, 전술한 문제점이 해소될 수 있다.
또한, 분리판(600)의 양면 각각은 수용홈(H1)을 에워싸는 제1 내지 제3 영역(A1 내지 A3)을 포함할 수 있다. 제1 영역(A1)은 제1 개스킷(410)이 형성된 영역으로서, 수용홈(H1)의 제1 측면(H1S1)에 접하는 영역이다. 제2 영역(A2)은 제2 개스킷(420)이 형성된 영역으로서, 수용홈(H1)의 제2 측면(H1S2)에 접하며 제1 영역(A1)과 제3 방향으로 대향하는 영역이다. 또한, 제3 영역(A3)은 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2) 사이에서 수용홈(H1)의 바닥면(H1B)과 접하는 영역이다. 제1 측면(H1S1) 및 제2 측면(H1S2) 각각은 도 3에 도시된 바와 같이 제3 방향 각각으로 움푹 패인 형상을 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 제1 측면(H1S1) 및 제2 측면(H1S2) 각각은 도 3에 도시된 바와 달리 움푹 패인 형상을 갖지 않을 수도 있다.
실시 예에 의한 연료 전지는 유격 방지부를 더 포함할 수 있다. 유격 방지부는 분리판(600)의 제3 영역(A3)에서, 수용홈(H1)의 바닥면(H1B) 주변에 배치될 수 있다. 개스킷에 의해 유격 방지부를 구현할 수 있다. 이 경우, 실시 예에 의한 연료 전지는 유격 방지부를 구현하는 제3 개스킷(430)을 더 포함할 수 있다. 제3 개스킷(430)은 제3 영역(A3)에서 커넥터(300)가 요동칠 수 있는 방향(예를 들어, 제3 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, 제2 방향)으로 연장되어 형성될 수 있다. 도면을 참조하면, 제3 개스킷(430)은 분리판(600)의 하우징(310)이 삽입되는 방향(예를 들어, 제2 방향)으로 가늘고 긴 일(-)자 형태로 배치될 수 있으며, 제1 방향으로 돌출된 돌기 형상을 가질 수 있다.
하우징(310)은 분리판(600)에 배치된 유격 방지부(예를 들어, 제3 개스킷(430))가 제2 방향으로 삽입될 수 있는 유격 방지 홈(H2)을 포함할 수 있다. 유격 방지 홈(H2)은 외부에서 보이지 않지만, 이해를 돕기 위해 유격 방지 홈(H2)을 도 4b에서 점선으로 표기하였다. 이와 같이, 제3 개스킷(430)이 유격 방지 홈(H2)에 삽입될 경우, 연료 전지에 결합된 커넥터(300)가 제3 방향으로 유격됨이 방지될 수 있다.
연료 전지가 차량에 탑재될 경우, 차량 주행에 따른 진동 및 충격에 의해 커넥터(300)가 제3 방향으로 요동하면, 측정되는 전압값이 변동하는 등 신뢰성 있는 정확한 전압 값을 측정할 수 없을 뿐만 아니라 심할 경우 분리판(600)으로부터 커넥터(300)가 분리될 수도 있다. 그러나, 실시 예에 의하면, 유격 방지부의 역할을 하는 제3 개스킷(430)과 유격 방지 홈(H2)을 마련하여 커넥터(300)의 제3 방향으로의 유격을 방지하므로 전술한 제반 문제를 해소할 수 있다.
또한, 제3 개스킷(430)에서 수용홈(H1)의 바닥면(H1B)을 바라보는 제3 단부(430E)는 수용홈(H1)의 바닥면(H1B)으로부터 제3 간격(G3)만큼 이격될 수 있다.
제1 내지 제3 간격(G1, G2, G3)은 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
만일, 제3 개스킷(430)의 제3 단부(430E)가 수용홈(H1)의 바닥면(H1B)으로부터 이격되지 않고 접하여 배치될 경우, 제3 개스킷(430)이 수용홈(H1)의 바닥면(H1B)을 넘어 수용홈(H1) 쪽으로 튀어나올 수도 있으며 이를 고려하는 제3 개스킷(430)의 제조 공정이 까다로워질 수 있다. 따라서, 실시 예에 의하면, 제3 개스킷(430)의 제3 단부(430E)가 수용홈(H1)의 바닥면(H1B)으로부터 제3 간격(G3)만큼 이격되어 형성될 경우, 전술한 문제점이 해소될 수 있다.
경우에 따라, 연료 전지에서 유격 방지부(예를 들어, 제3 개스킷(430)) 및 유격 방지 홈(H2)은 생략될 수 있다.
이하, 연료 전지에 탈착 가능한 형상을 갖는 실시 예에 의한 커넥터(300)의 구성을 다음과 같이 상세히 살펴본다.
도 2와 도 4a 및 도 4b에 예시된 바와 같이, 커넥터(300)는 하우징(310), 레버 조작부(312A, 312B), 복수의 레버부(314A, 314B) 및 연결 단자(320)를 포함할 수 있다.
이하, 커넥터(300)가 한 쌍의 레버 조작부(312A, 312B)를 포함하는 것으로 설명하지만, 하기의 설명은 커넥터(300)가 한 쌍의 레버 조작부(312A, 312B) 중 어느 하나만을 포함하는 경우에도 적용될 수 있다.
하우징(310)은 단위 그룹에 속하는 복수의 분리판(600)의 복수의 수용홈(H1)에 의해 정의되는 수용 공간에 예를 들어, 후술되는 도 10c에 도시된 바와 같이 적어도 일부가 수용될 수 있다. 하우징(310)은 제1 방향으로 복수의 수용홈(H1)이 배열되어 형성된 수용 공간에 삽입되어, 그(310)의 적어도 일부가 수용 공간에 수용될 수 있다.
하우징(310)은 전면(FS:Front Surface), 후면(BS:Back Surface), 상부면(US:Upper Surface) 및 하부면(LS:Lower Surface)를 포함할 수 있다. 하우징(310)의 전면(FS)은 하우징(310)이 수용 공간에 삽입되기 전에 수용홈(H1)의 바닥면(H1B)과 대면하고, 후면(BS)은 전면(FS)의 반대측 면이고, 상부면(US)과 하부면(LS)은 전면(FS)과 후면(BS) 사이에서 제3 방향으로 서로 대향하는 면일 수 있다.
또한, 하우징(310)은 그의 전면(FS)에 형성된 복수의 슬릿(이하, ‘제1 슬릿’이라 한다)(318)을 포함할 수 있다. 수용 공간을 이루는 복수의 수용홈(H1)의 바닥면(H1B)에 위치한 분리판(600)은 복수의 제1 슬릿(318)에 각각 끼워질 수 있다. 또한, 도시된 바와 달리, 복수의 제1 슬릿(318)은 제3 방향으로 대향하는 2개의 섹션으로 나뉠 수도 있다. 2개의 섹션 중 하나에 복수의 분리판(600) 중에서 홀수 번째(또는, 짝수 번째)에 위치한 분리판이 끼워질 수 있고, 2개의 섹션 중 다른 하나에 복수의 분리판(600) 중에서 짝수 번째(또는, 홀수 번째)에 위치한 분리판이 끼워질 수 있다. 이와 같이, 인접한 분리판(600)이 서로 다른 섹션의 제1 슬릿(318)에 교호적으로 끼워질 경우, 인접한 분리판(600) 사이의 제1 방향으로의 간격을 줄일 수 있다. 그러나, 실시 예는 이에 국한되지 않으며, 도시된 바와 같이 복수의 제1 슬릿(318)은 복수의 분리판(600)에 순차적으로 끼워지는 하나의 섹션만을 포함할 수도 있다.
한 쌍의 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)는 복수의 분리판(600)이 적층된 방향(예를 들어, 제1 방향)과 커넥터(300)가 연료 전지에 삽입되는 방향(예를 들어, 제2 방향) 각각과 교차하는 방향(예를 들어, 제3 방향)으로 서로 이격되어 대향하여 배치될 수 있다. 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B) 각각은 외력에 의한 가압(이하, ‘제1 외압’이라 한다)에 의해 제1 및 제2 방향 각각과 교차하는 제3 방향으로 이동 가능하며, 그의 적어도 일부가 하우징(310)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)는 커넥터 위치 보증부(CPA:Connector Position Assurance)라는 플라스틱으로 구성된 잠금 장치로 구현될 수 있다.
복수의 레버부는 하우징(310) 내에서 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B) 각각과 결합되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 하나의 제1 레버 조작부(312A)에 복수의 레버부가 결합되고, 하나의 제2 레버 조작부(312B)에 복수의 레버부가 결합될 수 있다.
또한, 복수의 레버부 각각은 적어도 하나의 걸림턱을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4a 및 도 4를 참조하면, 하나의 레버부(이하, ‘제1 레버부’라 한다)(314A)는 하나의 걸림턱(314PA)을 포함하고, 다른 레버부(이하, ‘제2 레버부’라 한다)(314B)는 하나의 걸림턱(314PB)을 포함할 수 있다.
도 4a 및 도 4b에서 제1 레버 조작부(312A)가 하나의 제1 레버부(314A)와 결합된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 제1 방향으로 서로 일정한 간격으로 이격되어 배열된 복수의 제1 레버부(314A)가 하나의 제1 레버 조작부(312A)와 결합될 수 있다. 이와 마찬가지로, 도 4a 및 도 4b에서 제2 레버 조작부(312B)가 하나의 제2 레버부(314B)와 결합된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 제1 방향으로 서로 일정한 간격으로 이격되어 배열된 복수의 제2 레버부(314B)가 하나의 제2 레버 조작부(312B)와 결합될 수 있다.
따라서, 복수의 제1 레버부(314A) 각각의 복수의 걸림턱(314PA)도 제1 방향으로 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치되고, 복수의 제2 레버부(314B) 각각의 복수의 걸림턱(314PB)도 제1 방향으로 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 하나의 제1 레버 조작부(312A)에 복수의 걸림턱(314PA1, 314PA2, 314PA3 등)이 결합됨을 알 수 있다.
복수의 분리판(600) 각각은 제1 방향으로 서로 일정한 간격으로 이격된 복수의 걸림턱 사이에 위치한 적어도 하나의 슬릿(이하, ‘제2 슬릿’이라 한다)으로 끼워질 수 있다. 여기서, 제2 슬릿의 개수는 복수 개일 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 복수의 분리판(600) 중 하나는 복수의 걸림턱(314PA1, 314PA2) 사이의 제2 슬릿(SL11)에 끼워지고, 복수의 분리판(600) 중 다른 하나는 복수의 걸림턱(314PA1, 314PA3) 사이의 제2 슬릿(SL12)에 끼워 질 수 있다.
만일, 복수의 제1 및 제2 레버부(314A, 314B)가 절연성을 갖는 물질로 이루어질 경우, 제2 슬릿(SL11)을 형성하는 서로 인접하는 걸림턱(예를 들어, 314PA1, 314PA2)의 마주하는 두 내면(예를 들어, 314S1, 314S2)은 절연성을 가질 수 있다. 이를 위해, 복수의 걸림턱(예를 들어, 314PA1, 314PA2, 314PA3)을 포함하는 하우징(310)은 절연성을 갖는 플라스틱 사출물의 형태로 구현될 수 있으나, 실시 예는 하우징(310)의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
일반적으로 인접하는 분리판(600) 각각은 도전성을 갖는다. 이때, 절연성을 갖는 걸림턱(314PA1, 314PA2, 314PA3)이 복수의 제2 슬릿(SL11, SL12) 각각에 끼워지는 분리판(600)들을 전기적으로 서로 이격시켜 절연 역할을 함으로써, 인접하는 복수의 분리판(600)이 서로 단락될 위험성이 제거될 수 있다.
또한, 복수의 걸림턱(314PA1, 314PA2, 314PA3) 각각의 제1 방향으로의 두께(st)가 서로 동일하고, 복수의 제2 슬릿(SL11, SL12 등)의 제1 방향으로의 폭(sw)이 서로 동일할 수 있다. 이와 같이 두께(st)와 폭(sw)이 서로 동일할 경우, 복수의 분리판(600)이 제1 방향으로 균일하거나 동일한 간격으로 정렬될 수 있어, 복수의 분리판(600)의 제1 방향으로의 적층 공차가 상쇄될 수 있다. 따라서, 셀 스택(122)에 포함된 복수의 분리판(600)의 정렬 상태가 양호해져서, 수용 공간을 형성하는 복수의 수용홈(H1)의 배열이 어긋나지 않아 복수의 분리판(600)에 커넥터(300)를 조립하기 쉬워지고, 커넥터(300)를 분리판(600)에 장착할 때 수용홈(H1)의 제1 측부면(H1S1), 제2 측부면(H1S2) 및 바닥면(H1B)에 접하는 분리판(600)의 내측 가장자리가 굴절(변형)되거나 손상됨을 방지할 수 있다.
한편, 하우징(310)은 적어도 하나의 파손 방지부를 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 파손 방지부는, 한 쌍의 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B) 각각에 제1 외압이 가해지는 방향과 반대 방향으로 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)가 작용하였을 때 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)의 파손을 방지하는 역할을 한다. 즉, 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)에 제1 외압이 가해져서 커넥터(300)가 연료 전지에 삽입된 이후, 적어도 하나의 파손 방지부는 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)의 이동을 제한하도록 배치될 수 있다.
이를 위해, 파손 방지부는 한 쌍의 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B) 각각에 제1 외압이 가해지는 방향과 반대 방향으로 하우징(310)의 선단으로부터 돌출되어 배치될 수 있으나, 실시 예는 파손 방지부의 특정한 형상이나 배치 위치에 국한되지 않는다.
예를 들어, 도 2, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 하우징(310)의 상부면(US)의 선단에서 제1 레버 조작부(312A)와 인접하여 제1 방향으로 이격된 2개의 파손 방지부(316A)가 배치되고, 하우징(310)의 하부면(LS)의 선단에서 제2 레버 조작부(312B)와 인접하여 제1 방향으로 이격된 2개의 파손 방지부(316B)가 배치될 수 있다. 특히, 파손 방지부는 커넥터(300)가 협 피치용일 경우에 유용할 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 레버 조작부(312A)는 화살표 방향으로 표시한 외력(F1)에 의한 제1 외압에 의해 제3 방향(예를 들어, -z축 방향)으로 이동할 수 있고, 제2 레버 조작부(312B)는 화살표 방향으로 표시한 외력(F2)에 의한 제1 외압에 의해 +z축 방향으로 이동할 수 있다. 이때, 외력(F1, F2)에 의해 야기된 제1 외압이 없어질 때, 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)는 가압되기 이전의 원래의 위치로 복원할 수 있다. 이를 위해 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)는 탄성을 갖는 물질로 구현될 수 있다. 즉, 제1 레버 조작부(312A)는 외력(F1)에 의한 제1 외압이 없어질 때, +z축 방향으로 원복하는 탄성을 갖고, 제2 레버 조작부(312B)는 외력(F2)에 의한 제1 외압이 없어질 때, -z축 방향으로 원복하는 탄성을 가질 수 있다.
이하, 제1 및 제2 레버부(314A, 314B)에 대해서만 설명하지만, 제1 레버 조작부(312A)에 결합된 복수의 레버부는 제1 레버부(314A)와 동일한 구조를 갖고 동일하게 동작하며, 제2 레버 조작부(312B)에 결합된 복수의 레버부는 제2 레버부(314B)와 동일한 구조를 갖고 동일하게 동작한다.
복수의 레버부 각각에 배치된 적어도 하나의 걸림턱은 각 레버 조작부(312A, 312B)의 이동과 연동하여, 하우징(310)의 외면으로부터 제3 방향으로 돌출된 제1 위치로부터 하우징(310)의 외면으로부터 돌출되지 않는 제2 위치로 이동하여, 복수의 걸쇠부(410, 420)에 걸리거나 복수의 걸쇠부(410, 420)로부터 이탈할 수 있다.
예를 들어, 제1 레버 조작부(312A)가 제3 방향(예를 들어, -z축 방향)으로 이동할 때, 걸림턱(314PA)은 하우징(310)의 외면으로부터 돌출된 제1 위치로부터 하우징(310)의 외면으로부터 돌출되지 않은 하우징(310)의 내부의 제2 위치로 이동할 수 있다.
또한, 제2 레버 조작부(312B)가 제3 방향(예를 들어, +z축 방향)으로 이동할 때, 걸림턱(314PB)은 하우징(310)의 외면으로부터 돌출된 제1 위치로부터 하우징(310)의 외면으로부터 돌출되지 않은 하우징(310)의 내부의 제2 위치로 이동할 수 있다.
예를 들어, 제1 위치란, 도 4a에 도시된 바와 같이 제1 레버부(314A)의 걸림턱(314PA)이 하우징(310)의 외면인 상부면(US)으로부터 돌출된 상태에 있을 때의 위치를 의미한다. 또한, 제2 위치란, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1 레버부(314A)의 걸림턱(314PA)이 하우징(310)의 상부면(US)으로 돌출되지 않고 하우징(310)의 내부에 있을 때의 위치를 의미한다.
이와 비슷하게, 제1 위치란, 도 4a에 도시된 바와 같이 제2 레버부(314B)의 걸림턱(314PB)이 하우징(310)의 외면인 하부면(LS)으로부터 돌출된 상태에 있을 때의 위치를 의미한다. 또한, 제2 위치란, 도 4b에 도시된 바와 같이 제2 레버부(314B)의 걸림턱(314PB)이 하우징(310)의 하부면(LS)으로 돌출되지 않고 하우징(310)의 내부에 있을 때의 위치를 의미한다.
전술한 바와 같이, 제1 위치에 있는 걸림턱(314PA, 314PB)이 돌출되는 하우징(310)의 외면이란, 하우징(310)의 상부면(US) 또는 하부면(LS) 중 적어도 하나를 의미할 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B) 각각은 제1 헤드부(HD1) 및 제1 테일부(T1)를 포함할 수 있다.
제1 헤드부(HD1)는 제1 외압을 받는 부분으로써, 커넥터(300)를 연료 전지에 장착하기 위해 외력을 가하는 작업자에 의해 터치되는 면(이하, ‘터치면’이라 한다)을 포함할 수 있다. 제1 테일부(T1)는 커넥터(300)가 연료 전지에 삽입되는 제2 방향으로 제1 헤드부(HD1)로부터 연장되며, 복수의 제1 및 제2 레버부(314A, 314B)와 연결되는 부분일 수 있다.
또한, 제1 헤드부(HD1)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 방향으로 제1 폭(W1)을 갖고, 커넥터(300)는 제1 방향으로 제2 폭(W2)을 갖는다. 예를 들어, 제1 폭(W1)과 제2 폭(W2)은 동일할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
제1 및 제2 레버부(314A, 314B) 각각은 제2 헤드부(HD2) 및 제2 테일부(T2)를 포함할 수 있다. 제2 헤드부(HD2)는 제1 테일부(T1)와 연결되는 부분이고, 제2 테일부(T2)는 제2 헤드부(HD2)로부터 연장되며, 걸림턱(314PA, 314PB)이 배치된 부분일 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 제1 레버 조작부(314A)의 직선 운동을 설명하기 위한 단면도이다. 비록 도시되지는 않았지만, 제2 레버 조작부(314B)는 제1 레버 조작부(314A)와 동일한 직선 운동을 수행할 수 있다.
제1 레버 조작부(312A)는 도 4a에 도시된 외력(F1, F2)이 가해지는 제3 방향과 다른 제2 방향으로 가해지는 외력(F3, F4)에 의해 야기된 외압(이하, ‘제2 외압’이라 한다)에 의해 인입 위치와 인출 위치 사이에서 제2 방향(예를 들어, +y축 방향 또는 -y축 방향)으로 직선 운동 가능하도록 제1 레버부(314A)와 결합할 수 있다. 이때, 제1 레버 조작부(312A)와 제1 레버부(314A) 간의 결합은 가변(variable) 피팅(fitting) 결합일 수 있다. 피팅 결합이란 끼워 맞춤 결합을 의미하고, 가변 피팅 결합이란 끼워 맞춰진 모습이 가변될 수 있음을 의미할 수 있다.
전술한 인입 위치란, 도 5a에 도시된 바와 같이 제1 레버 조작부(312A)가 +y축 방향으로 가해진 외력(F3)에 의한 제2 외압으로 +y축 방향으로 눌러진 후의 제1 레버 조작부(312A)의 위치를 의미한다. 인출 위치란, 도 5b에 도시된 바와 같이 제1 레버 조작부(312A)가 -y축 방향으로 가해진 외력(F4)에 의한 제2 외압으로 -y축 방향으로 뽑아진 후의 제1 레버 조작부(312A)의 위치를 의미한다.
제1 레버 조작부(312A)는 외력(F3)에 의해 제2 외압으로 도 5b에 도시된 인출 위치로부터 도 5a에 도시된 인입 위치로 직선 이동할 수 있다. 또는, 제1 레버 조작부(312A)는 외력(F3)과 반대 방향으로 작용하는 외력(F4)에 의한 제2 외압에 의해 도 5a에 도시된 인입 위치로부터 도 5b에 도시된 인출 위치로 직선 이동할 수 있다.
제2 레버 조작부(312B)도 제1 레버 조작부(312A)와 마찬가지로, 인입 위치와 인출 위치 사이에서 직선 운동할 수 있다.
제1 레버 조작부(312A)가 제3 방향으로 이동할 때 제1 레버부(314A)는 연동하지만, 제1 레버 조작부(312A)가 제2 방향으로 직선 운동할 때 제1 레버부(314A)는 연동하지 않고 고정될 수 있다. 또한, 제2 레버 조작부(312B)가 제3 방향으로 이동할 때 제2 레버부(314B)는 연동하지만, 제2 레버 조작부(312B)가 제2 방향으로 직선 운동할 때 제2 레버부(314B)는 연동하지 않고 고정될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)는 직선 운동을 위해 제1 및 제2 레버부(314A, 314B) 각각과 다양한 형태로 피팅 결합할 수 있다.
도 6은 실시 예에 따라 피팅 결합될 수 있는 제1 레버 조작부(312A)와 제1 레버부(314A)의 분해 단면도를 나타낸다.
실시 예에 의하면, 도 6에 도시된 바와 같은 구성을 갖고, 제1 레버 조작부(312A)와 제1 레버부(314A)는 서로 피팅 결합할 수 있다. 이를 위해, 제1 레버 조작부(312A)의 제1 테일부(T1)는 제1 레버부(314A)의 제2 헤드부(HD2)와 대면하는 제1 면(S1)을 포함하고, 제2 헤드부(HD2)는 제1 면(S1)과 대면하는 제2 면(S2)를 포함할 수 있다.
제1 면(S1)과 제2 면(S2) 중 하나는 적어도 하나의 요부를 갖고, 제1 면(S1)과 제2 면(S2) 중 다른 하나는 적어도 하나의 요부와 대응하는 형상의 적어도 하나의 철부를 가질 수 있다.
예를 들어, 도 5a 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 요부는 복수의 요부(R1 내지 R3)를 포함하고, 적어도 하나의 철부는 복수의 철부(PT1, PT2, PT3)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 면(S1)은 복수의 철부(PT1 내지 PT3)를 갖고, 제2 면(S2)은 복수의 철부(PT1 내지 PT3)와 대응하는 형상의 복수의 요부(R1 내지 R3)를 가질 수 있다.
또는, 다른 실시 예에 의하면, 도 5a 내지 도 6에 도시된 바와 달리, 제1 면(S1)은 복수의 요부를 갖고, 제2 면(S2)은 복수의 요부와 대응하는 형상의 복수의 철부(PT1 내지 PT3)를 가질 수도 있다.
복수의 요부(R1 내지 R3)와 복수의 철부(PT1 내지 PT2)는 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)가 제2 방향(예를 들어, +y축 방향 또는 -y축 방향)으로 직선 운동할 때, 슬라이딩 방식으로 서로 피팅 결합할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)와 레버부(314A, 314B)가 피팅 결합되는 정도는, 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)가 인출 위치에 있을 때보다 인입 위치에 있을 때 더 클 수 있다. 즉, 피팅 결합되는 정도는 레버 조작부(312A, 312B)의 위치에 따라 가변될 수 있다.
예를 들어, 제1 레버 조작부(312A)가 도 5a에 도시된 바와 같이 인입 위치에 있을 때, 복수의 요부(R1 내지 R3) 전체는 복수의 철부(PT1 내지 PT2) 전체와 피팅 결합할 수 있다. 또는, 제1 레버 조작부(312A)가 도 5b에 도시된 바와 같이 인출 위치에 있을 때, 복수의 요부 중 일부(예를 들어, R2, R3)만이 복수의 철부 중 일부(예를 들어, PT2, PT3)와 피팅 결합하고 복수의 요부 중 타부(예를 들어, R1)와 복수의 철부 중 타부(예를 들어, PT3)는 피팅 결합하지 않을 수 있다.
비록 도시되지는 않았지만, 도 5a 및 도 5b에 도시된 모습과 유사한 모습으로, 제2 레버 조작부(312B)도 제2 레버부(314)와 슬라이딩 방식으로 피팅 결합할 수 있다.
도 7 및 도 8은 도 2에 도시된 연결 단자(320)의 실시 예에 의한 사시도 및 평면도를 각각 나타낸다.
연결 단자(320)는 하우징(310)의 연결 단자 삽입구에 삽입되어 복수의 분리판(600)과 각각 접속할 수 있다. 이를 위해, 하우징(310)은 제1 슬릿(318)과 연통하여 그의 정면에 형성된 연결 단자 삽입구를 포함할 수 있다.
연결 단자(320)는 단자 접속부(322) 및 와이어 파지부(324)를 포함할 수 있다. 단자 접속부(322)는 연결단자 삽입구 안으로 삽입되어 분리판(600)과 접속되는 부분이고, 와이어 파지부(324)는 단자 접속부(322)로부터 연장 형성되어 와이어(전선)가 감싸지는 부분이다.
단자 접속부(322)는 분리판(600)의 양측면(600S1, 600S2)에 탄력적으로 접촉하여 벌어지는 접속편(322a, 322b)을 포함할 수 있다. 접속편(322a, 322b)의 접속 포인트(P1, P2)는 서로 엇갈리게 배치될 수 있다. 이와 같이, 실시 예에 의하면, 접속편(322a, 322b)의 접속 포인트(P1, P2)가 서로 엇갈리게 위치하므로, 두 개의 접속편(322a, 322b)에 의해 형성된 제3 슬릿(322S) 안으로 분리판(600)이 삽입되면, 분리판(600)과 접속편(322a, 322b)과의 접촉력이 증가하고 분리판(600)이 더욱 탄력적으로 지지되므로, 분리판(600)의 두께가 0.1㎜이하의 초박막으로 구현되는 경우에도 연결 단자(320)가 분리판(600)으로부터 임의로 빠지지 않아 연결 단자(320)의 유지력이 개선되어 제품에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
연결 단자(320)의 단자 접속부(322)는 전방에 개구를 갖는 직육면체 형상을 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 연결 단자(320)는 로킹 돌기(326)를 더 포함할 수 있다. 로킹 돌기(326)는 단자 접속부(322)의 저면에서 와이어 파지부(324)쪽에 돌출된 형상을 가질 수 있다. 로킹 돌기(326)는 단자 접속부(322)의 저면으로부터 하방으로 절곡 연장된 형상을 가질 수 있다.
또한, 연결 단자(320)는 연결 가이드부(328)를 더 포함할 수 있다. 연결 가이드부(328)는 연결 단자(320)가 하우징(310)을 통해 분리판(600)에 접속된 이후 이탈됨을 방지할 수 있다.
한편, 또한, 커넥터(300)는 터미널 위치 보증부(TPA:Terminal Position Assurance)(330)를 더 포함할 수 있다. TPA(330)는 하우징(310)의 후면(BS)에 위치한 TPA 단자 삽입구(예를 들어, 후술되는 도 9a 및 도 9b에 도시된 330S1, 330S2)에 탈착 가능하며, 하우징(310)의 후면(BS)에 위치한 연결 단자 삽입구(예를 들어, 후술되는 도 9a 및 도 9b에 도시된 330T)를 통해 하우징(310)의 내부로 삽입된 연결 단자(320)를 압입할 수 있다. 즉, TPA(330)는 연결 단자(320)의 삽입력을 개선시키고, 연결 단자(320)를 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)은 연결 단자 삽입구 및 연결 단자 삽입구의 상부에 형성된 TPA 단자 삽입구를 포함할 수 있다.
또한, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, TPA(330)는 제3 방향으로 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B) 사이에 배치될 수 있으며, 고정편(330U, 330D)과 제3 헤드부(HD3)를 포함할 수 있다.
제3 헤드부(HD3)는 고정편(330U, 330D)으로부터 연장되며, 커넥터(300)가 연료 전지에 체결된 상태에서, 하우징(310)의 후면(BS) 상에 배치될 수 있다.
고정편(330U, 330D)은 하우징(310)에 삽입되어 결합하는 부분으로서 하우징(310)의 내부에 위치하며, 도 2를 참조하면, 상면 고정편(330U) 및 하면 고정편(330D)을 포함할 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 실시 예에 의한 복수의 커넥터(300-1, 300-2)가 배치된 모습을 나타낸다.
도 9a는 제1 방향으로 서로 인접하는 제1 및 제2 커텍터(300-1, 300-2)의 분해도를 나타내고, 도 9b는 제1 방향으로 서로 인접하는 제1 및 제2 커텍터(300-1, 300-2)의 결합도를 나타낸다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 제1 및 제2 커텍터(300-1, 300-2) 각각은 전술한 커넥터(300)의 실시 예에 해당할 수 있다. 따라서, 제1 커넥터(300-1)의 제1-1 및 제1-2 레버 조작부(312A-1, 312B-1)는 전술한 커넥터(300)의 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B) 각각의 실시 예에 해당할 수 있다. 또한, 제2 커넥터(300-2)의 제2-1 및 제2-2 레버 조작부(312A-2, 312B-2)는 전술한 커넥터(300)의 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B) 각각의 실시 예에 해당할 수 있다. 또한, 제1 커넥터(300-1)의 제1 하우징(310-1) 및 제2 커넥터(300-2)의 제2 하우징(310-2) 각각은 전술한 커넥터(300)의 하우징(310)의 실시 예에 해당할 수 있다.
또한, 도 9a 및 도 9b에 도시된 제1 및 제2 커넥터(300-1, 300-2) 각각의 하우징(310-1, 310-2)은 제1 홀(330S1, 330S2) 및 제2 홀(330T)을 포함할 수 있다.
상부 고정편(330U) 및 하부 고정편(330D)은 TPA 단자 삽입구에 대응하는 2개의 제1 홀(330S1, 330S2)에 각각 삽입될 수 있으며, 연결 단자(320)는 연결 단자 삽입구에 대응하는 제2 홀(330T)에 삽입될 수 있다.
서로 인접하는 제1 및 제2 커넥터(300-1, 300-2) 중에서, 제1 커넥터(300-1)의 측면은 제1 단차(ST1)를 포함하고, 제2 커넥터(300-2)의 측면은 제1 단차(ST1)와 맞물리는 제2 단차(ST2)를 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 제1 단차(ST1)로부터 제3 방향(예를 들어, +z축 방향)과 나란한 방향으로 제1 커넥터(300-1)의 상부 가장 자리(UE1)까지의 제1 길이(Z1)는 제2 단차(ST2)로부터 제3 방향(예를 들어, +z축 방향)과 나란한 방향으로 제2 커넥터(300-2)의 상부 가장 자리(UE2)까지의 제2 길이(Z2)와 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 길이(Z1)는 제2 길이(Z2)보다 클 수 있다.
또한, 제1 단차(ST1)로부터 제3 방향(예를 들어, -z축 방향)과 나란한 방향으로 제1 커넥터(300-1)의 하부 가장 자리(LE1)까지의 제3 길이(Z3)는 제2 단차(ST2)로부터 제3 방향(예를 들어, -z축 방향)과 나란한 방향으로 제2 커넥터(300-2)의 하부 가장 자리(LE2)까지의 제4 길이(Z4)와 다를 수 있다. 예를 들어, 제4 길이(Z4)는 제3 길이(Z3)보다 클 수 있다.
또는, 도시된 바와 달리, 제1 길이(Z1)가 제2 길이(Z2)보다 작을 경우, 제4 길이(Z4)는 제3 길이(Z3)보다 작을 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 길이(Z1)와 제2 길이(Z2)가 다르거나 제3 길이(Z3)와 제4 길이(Z4)가 다름으로써, 인접하는 제1 및 제2 커넥터(300-1, 300-2)가 잘못 조립될 수 있는 문제를 물리적으로 해결할 수 있다.
또한, 제1 커넥터(300-1)의 상부와 제2 커넥터(300-2)의 하부는 서로 동일한 색상을 갖고, 제1 커넥터(300-1)의 하부와 제2 커넥터(300-2)의 상부는 서로 동일한 색상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 커넥터(300-1)의 제1-1 레버 조작부(312A-1)와 제2 커넥터(300-2)의 제2-2 레버 조작부(312B-2)는 서로 동일한 색상을 갖고, 제1 커넥터(300-1)의 제1-2 레버 조작부(312B-1)와 제2 커넥터(300-2)의 제2-1 레버 조작부(312A-2)는 서로 동일한 색상을 가질 수 있다.
따라서, 인접하는 제1 및 제2 커넥터(300-1, 300-2)가 잘못 조립될 수 있는 문제를 시각적으로 해결할 수 있다.
이하, 전술한 구성을 갖는 커넥터(300)가 연료 전지에 탈착되는 과정을 다음과 같이 살펴본다.
도 10a 내지 도 10d는 실시 예에 의한 커넥터(300)가 연료 전지의 수용 공간에 장착되는 과정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 10a를 참조하면, 커넥터(300)를 수용 공간으로 삽입하기 위해, 화살표 방향(AR1)으로 표시한 제2 방향으로 하우징(310)을 수용 공간을 향해 이동시킨다.
이후, 도 10b를 참조하면, 제1 및 제2 레버부(314A, 314B)의 제1 및 제2 걸림턱(314PA, 314PB) 각각을 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키기 위해, 제1 레버 조작부(312A)를 화살표 방향(AR2)으로 표시한 제3 방향(예를 들어, -z축 방향)으로 가압하고 제2 레버 조작부(312B)를 화살표 방향(AR3)으로 표시한 제3 방향(예를 들어, +z축 방향)으로 가압한다. 제1 및 제2 걸림턱(314PA, 314PB)이 제1 위치로부터 제2 위치로 이동함에 따라, 커넥터(300)의 하우징(310)의 적어도 일부가 수용 공간에 수용될 수 있다. 이후, 가압을 멈출 경우, 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)는 가압하기 이전의 원래의 위치로 자신의 탄성에 의해 복원한다.
이후, 도 10c를 참조하면, 제1 및 제2 걸림턱(314PA, 314PB)이 제1 및 제2 걸쇠부(410, 420)에 걸려서 고정된 후, 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)를 제2 방향으로 가압하여 인출 위치로부터 인입 위치로 이동시킴으로서, 도 10d에 도시된 바와 같이 걸림턱(314PA, 314PB)은 제1 위치에 위치하고, 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)는 인입 위치에 위치하게 된다. 즉, 제1 레버 조작부(312A)는 제2 방향으로의 제2 가압에 의해 인출 위치(①)로부터 중간 위치(②)를 거쳐 인입 위치(③)로 이동되고, 제2 레버 조작부(312B)는 제2 방향으로 제2 가압에 의해 인출 위치(④)로부터 중간 위치(⑤)를 거쳐 인입 위치(⑥)로 이동함으로써, 커넥터(300)가 연료 전지에 장착될 수 있다.
연료 전지의 분리판(600)에 체결된 커넥터(300)를 연료 전지로부터 분리하는 순서는 전술한 체결하는 순서의 역순일 수 있다.
한편, 실시 예에 따라, 커넥터(300)를 연료 전지에 장착하는 작업자로 하여금 커넥터(300)가 연료 전지에 완전히 체결되었는지의 여부 즉, 걸림턱(314PA, 314PB)이 걸쇠부(410, 420)에 걸렸는지의 여부를 용이하게 파악할 수 있도록 하는 구성을 살펴보면 다음과 같다.
하우징(310)이 제2 방향으로 수용 공간(H1)에 삽입된 후, 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)가 도 5b에 도시된 인출 위치로부터 도 5a에 도시된 인입 위치까지 제2 방향으로 직선 이동할 수 있다면, 작업자는 걸림턱(314PA, 314PB)이 걸쇠부(410, 420)에 걸려, 커넥터(300)가 연료 전지에 체결되었다고 인식할 수 있다.
그러나, 하우징(310)이 제2 방향으로 수용 공간(H1)에 삽입된 후, 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)가 도 5b에 도시된 인출 위치로부터 도 5a에 도시된 인입 위치까지 제2 방향으로 직선 이동할 수 없다면, 작업자는 걸림턱(314PA, 314PB)이 걸쇠부(410, 420)에 걸리지 않아, 커넥터(300)가 연료 전지에 체결되지 않았다고 인식할 수 있다.
실시 예는, 커넥터(300)가 연료 전지에 체결되지 않았을 때, 즉, 걸림턱(314PA, 314PB)이 걸쇠부(410, 420)에 걸리지 않았을 때, 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)가 도 5b에 도시된 인출 위치로부터 도 5a에 도시된 인입 위치까지 제2 방향으로 직선 이동할 수 없도록 하는 구성을 가질 수 있다. 즉, 걸림턱(314PA, 314PB)이 걸쇠부(410, 420)에 제대로 걸렸는가 그렇지 않은가에 따라 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)의 직선 운동이 가능하거나 가능하지 않도록 하기 위해 제1 헤드부(HD1)의 제3 방향으로의 폭 및/또는 제1 헤드부(HD1)와 제3 헤드부(HD3) 간의 제3 방향으로의 이격 거리가 결정될 수 있다. 여기서, 이격 거리란, 도 10a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)가 인출 위치에 있을 때, 제1 헤드부(HD1)와 제3 헤드부(HD3) 간의 제3 방향으로의 이격 거리를 의미할 수 있다.
일 상태로서, 걸림턱(314PA, 314PB)이 걸쇠부(410, 420)에 걸리지 않은 상태에서, 제1 헤드부(HD1)가 제3 헤드부(HD3)의 적어도 일부와 제2 방향으로 서로 중첩하도록, 제1 헤드부(HD1)의 제3 방향으로의 폭 및/또는 제1 헤드부(HD1)와 제3 헤드부(HD3) 간의 제3 방향으로의 이격 거리를 결정하여, 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)의 인출 위치로부터 인입 위치로의 직선 운동이 불가능하도록 할 수 있다. 예를 들어, 걸림턱(314PA, 314PB)이 걸쇠부(410, 420)에 걸리지 않은 상태에서, 도 4b에 도시된 바와 같이 제1 헤드부(HD1)의 저면(312bs)과 제3 헤드부(HD3)의 상면(H3U)이 서로 접하도록, 제1 헤드부(HD1)는 제3 방향으로의 폭 및/또는 제1 헤드부(HD1)와 제3 헤드부(HD3) 간의 제3 방향으로의 이격 거리를 결정할 수 있다.
다른 상태로서, 인출 위치에 있는 제1 레버 조작부(312A)가 제3 방향(예를 들어, -z축 방향)으로 가압되기 이전의 위치로 원복되고 인출 위치에 있는 제2 레버 조작부(312B)가 제3 방향(예를 들어, +z축 방향)으로 가압되기 이전의 위치로 원복하여, 걸림턱(314PA, 314PB)이 걸쇠부(410, 420)에 걸린 상태에서, 제1 헤드부(HD1)가 제3 헤드부(HD3)와 제2 방향으로 서로 중첩하지 않도록, 제1 헤드부(HD1)의 제3 방향으로의 폭 및/또는 제1 헤드부(HD1)와 제3 헤드부(HD3) 간의 제3 방향으로의 이격 거리를 결정하여, 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)의 인출 위치로부터 인입 위치로의 직선 운동을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 걸림턱(314PA, 314PB)이 걸쇠부(410, 420)에 걸린 상태에서, 제1 헤드부(HD1)의 저면(312bs)과 제3 헤드부(HD3)의 상면(H3U)이 서로 접하지 않도록, 제1 헤드부(HD1)의 제3 방향으로의 폭 및/또는 제1 헤드부(HD1)와 제3 헤드부(HD3) 간의 제3 방향으로의 이격 거리를 결정할 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 도 10d에 도시된 바와 같이, 하우징(310)의 적어도 일부가 수용 공간에 삽입된 상태에서, 제1 위치에 있는 걸림턱(314PA, 314PB)이 걸쇠부(410, 420)에 걸리고 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)가 인입 위치에 있을 때, 제1 헤드부(HD1)와 제3 헤드부(HD3)는 하우징(310)의 후면(BS) 상에서 제3 방향으로 서로 대향하여 배치될 수 있다.
도 10b를 참조하면, 커넥터(300)를 연료 전지에 체결하거나 해체하기 위해, 제1 레버 조작부(312A)가 제3 방향(예를 들어, -z축 방향)으로 가압될 때, 제1 레버 조작부(312A)가 제1 소정 거리(PDS1) 이상만큼 이동하여, 걸림턱(314PA)이 제1 위치로부터 제2 위치로 이동할 수 있다고 정의한다. 또한, 커넥터(300)를 연료 전지에 체결하거나 해체하기 위해, 제2 레버 조작부(312B)가 제3 방향(예를 들어, +z축 방향)으로 가압될 때, 제2 레버 조작부(312B)가 제2 소정 거리(PDS) 이상만큼 이동하여, 걸림턱(314PB)이 제1 위치로부터 제2 위치로 이동할 수 있다고 정의한다. 즉, 제1 및 제2 소정 거리(PDS1, PDS2)는 커넥터(300)를 연료 전지에 체결하거나 해체하기 위해 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B)의 이동이 요구되는 최소 거리(이하, ‘체결 해체 거리’라 한다)로서 정의된다.
이러한 정의 하에서, 도 10d를 참조하면, 커넥터(300)가 연료 전지에 체결된 후, 서로 대향하는 제1 레버 조작부(312A)의 제1 헤드부(HD1)와 제3 헤드부(HD3) 사이의 제3 방향으로의 제1 이격 거리(DS1)는 ‘0’보다 크고 제1 소정 거리(PDS1) 즉, 체결 해체 거리보다 작을 수 있다. 또한, 커넥터(300)가 연료 전지에 체결된 후, 서로 대향한 제2 레버 조작부(312B)의 제1 헤드부(HD1)와 제3 헤드부(HD3) 사이의 제3 방향으로의 제2 이격 거리(DS2)는 ‘0’보다 크고 제2 소정 거리(PDS2) 즉, 체결 해체 거리보다 작을 수 있다.
전술한 바와 같이 제1 및 제2 이격 거리(DS1, DS2)를 결정할 경우, 도 10d에 도시된 바와 커넥터(300)가 연료 전지에 체결된 후, 걸림턱(314PA, 314PB) 또는 걸쇠부(410, 420) 중 적어도 하나가 손상된 경우에도, 걸림턱(314PA, 314PB)이 걸쇠부(410, 420)로부터 이탈됨이 방지될 수 있다.
이하, 비교 례에 의한 연료 전지와 실시 예에 의한 커넥터를 다음과 같이 비교하여 설명한다.
도 11a 및 도 11b는 비교 례에 의한 커넥터(30)의 사시도 및 정면도를 각각 나타낸다.
도 11a 및 도 11b에 도시된 커넥터(30)는 하우징(31), 및 락킹 해제 레버 누름부(38, 39)를 포함한다. 도 11a 및 도 11b에 도시된 커넥터(30), 하우징(31) 및 락킹 해제 레버 누름부(38, 39)는 실시 예에 의한 커넥터(300), 하우징(310) 및 레버 조작부(312A, 312B)와 각각 동일한 역할을 한다고 가정한다.
비교 례의 경우 락킹 해제 레버 누름부(38, 39)의 제1 방향으로의 제3 폭(W3)은 커넥터(30)의 제1 방향으로의 제2 폭(W2)보다 작다. 특히, 협 피치용 셀 스택의 전압을 측정하는 커넥터(30)의 경우, 락킹 해제 레버 누름부(38, 39)의 제1 방향으로의 제3 폭(W3)이 더욱 작아진다. 락킹 해제 레버 누름부(38, 39)의 제3 폭(W3)은 작업자에 의해 터치되는 터치면으로서, 제3 폭(W3)이 작을 경우 커넥터(30)를 연료 전지에 장착하고 해체하는 작업이 어려워지고 작업자의 파지감이 감소할 수 있다.
반면에, 실시 예에 의한 커넥터(300)는 도 2를 참조하면 제1 및 제2 레버 조작부(312A, 312B) 각각의 제1 방향으로의 제1 폭(W1)은 커넥터(300)의 제1 방향으로의 제2 폭(W2)과 동일할 수 있다. 따라서, 터치면이 비교 례보다 크기 때문에, 커넥터(300)를 연료 전지에 장착하고 해체하는 작업이 비교 례보다 더 쉬워지고 작업자의 파지감이 증가할 수 있다. 특히 커넥터(300)가 협 피치용 셀 스택의 전압을 측정하고자 할 때, 실시 예에 의한 커넥터(300)의 연료 전지로의 장착 또는 해체하는 작업이 비교 례보다 상대적으로 더욱 쉬워질 수 있다
또한, 비교 례에 의한 커넥터(30)가 레버 타입으로 연료 전지에 락킹되는 구조를 가질 경우, 커넥터(30)를 연료 전지에 체결과 해제를 반복할 경우, 레버 타입의 락킹부에 반복적인 힘이 가해질 수 있다. 이로 인해, 락킹부가 파손되거나 휨으로써, 커넥터(30)가 연료 전지로부터 이탈하여 차량 진동 평가 시에 접촉 저항이 증가될 수도 있다.
반면에, 실시 예에 의한 커넥터(300)는 전술한 바와 같이 제1 및 제2 이격 거리(DS1, DS2) 각각이 ‘0’보다 크거나 체결 해체 거리(PDS1, PDS2)보다 작기 때문에, 커넥터(300)가 연료 전지에 장착된 후, 걸림턱(314PA, 314PB) 또는 걸쇠부(410, 420) 중 적어도 하나가 손상되어도, 걸림턱(314PA, 314PB)이 걸쇠부(410, 420)로부터 이탈됨이 방지될 수 있어, 차량 진동 등 외부 환경 변화에도 불구하고 커넥터(300)가 연료 전지로부터 이탈되지 않고, 셀을 모니터링함으로써, 셀 점검의 신뢰성을 증가시킬 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.
30, 300: 커넥터 310: 하우징
312A, 312B: 레버 조작부 314A, 314B: 레버부
320: 연결 단자

Claims (19)

  1. 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터에 있어서,
    상기 연료 전지는
    제1 방향으로 서로 이격되어 배치되며, 각각이 수용홈을 갖는 복수의 분리판; 및
    각각이, 상기 수용홈 주변에 배치되는 복수의 걸쇠부를 포함하고,
    상기 셀 모니터링 커넥터는
    상기 복수의 분리판의 상기 수용홈에 의해 정의되는 수용 공간에 적어도 일부가 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 삽입 가능한 하우징;
    제1 외압에 의해 상기 제1 및 제2 방향 각각과 교차하는 제3 방향으로 이동 가능한 한 쌍의 레버 조작부; 및
    상기 하우징 내에서 상기 한 쌍의 레버 조작부와 각각 결합된 복수의 레버부를 포함하고,
    상기 복수의 레버부는
    상기 각 레버 조작부의 이동과 연동하여, 상기 하우징의 외면으로부터 상기 제3 방향으로 돌출된 제1 위치로부터 상기 하우징의 상기 외면으로부터 돌출되지 않는 제2 위치로 이동하여, 상기 복수의 걸쇠부에 걸리거나 이탈 가능한 복수의 걸림턱을 포함하는 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 레버 조작부 각각은
    상기 제1 외압을 받는 제1 헤드부; 및
    상기 제1 헤드부로부터 연장되어 상기 복수의 레버부와 연결된 제1 테일부를 포함하고,
    상기 복수의 레버부는
    상기 제1 테일부와 연결된 복수의 제2 헤드부; 및
    상기 복수의 제2 헤드부로부터 각각 연장되며, 각각에 걸림턱이 배치된 복수의 제2 테일부를 포함하는 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 제1 헤드부의 상기 제1 방향으로의 제1 폭은 상기 셀 모니터링 커넥터의 상기 제1 방향으로의 제2 폭과 동일한 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 각 레버 조작부는
    상기 제1 외압과 다른 제2 외압에 의해 인입 위치와 인출 위치 사이에서 상기 제2 방향으로 직선 운동하여 상기 복수의 레버부와 결합하는 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 제1 테일부는 상기 복수의 제2 헤드부와 대면하는 제1 면을 포함하고,
    상기 복수의 제2 헤드부 각각은 상기 제1 면과 대면하는 제2 면을 포함하고,
    상기 제1 면과 제2 면 중 하나는 적어도 하나의 요부를 갖고, 상기 제1 면과 제2 면 중 다른 하나는 상기 적어도 하나의 요부와 대응하는 형상의 적어도 하나의 철부를 갖고,
    상기 적어도 하나의 요부와 상기 적어도 하나의 철부는 상기 각 레버 조작부가 상기 직선 운동할 때, 슬라이딩 방식으로 서로 결합하는 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 요부는 복수의 요부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 철부는 복수의 철부를 포함하고,
    상기 각 레버 조작부가 상기 인입 위치에 있을 때, 상기 복수의 요부 전체는 상기 복수의 철부 전체와 결합하고,
    상기 각 레버 조작부가 상기 인출 위치에 있을 때, 상기 복수의 요부 중 일부는 상기 복수의 철부 중 일부와 결합하는 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
  7. 제4 항에 있어서, 상기 각 레버 조작부는
    상기 하우징이 상기 제2 방향으로 상기 수용 공간에 삽입되고 상기 제1 위치에서 상기 복수의 걸림턱이 상기 복수의 걸쇠부에 걸릴 때, 상기 인출 위치로부터 상기 인입 위치까지 상기 제2 방향으로 직선 이동 가능한 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 수용홈은
    수용될 상기 하우징과 대면하는 바닥면; 및
    상기 바닥면으로부터 상기 제2 방향과 나란한 방향으로 연장되어, 상기 바닥면과 함께 상기 수용홈을 정의하는 측부면을 포함하고,
    상기 하우징은
    상기 바닥면과 대면하는 전면;
    상기 전면의 반대측 후면; 및
    상기 전면과 후면 사이에서 상기 제3 방향으로 서로 대향하는 상부면과 하부면을 포함하고,
    상기 하우징의 상기 외면은 상기 상부면 또는 상기 하부면 중 적어도 하나에 해당하는 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 한 쌍의 레버 조작부 사이에 배치 가능한 터미널 위치 보증부(TPA)를 더 포함하고,
    상기 TPA는
    상기 하우징과 결합하는 고정편; 및
    상기 고정편으로부터 연장되어 상기 하우징의 상기 후면 상에 배치 가능한 제3 헤드부를 포함하는 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 한 쌍의 레버 조작부는 상기 제1 외압이 없을 때 상기 제3 방향과 반대 방향으로 원복하는 탄성을 갖는 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
  11. 제9 항에 있어서, 상기 걸림턱이 상기 걸쇠부에 걸리지 않은 상태에서, 상기 제1 헤드부는 상기 제3 헤드부의 적어도 일부와 상기 제2 방향으로 중첩하는 상기 제3 방향으로의 폭을 갖는 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
  12. 제9 항에 있어서, 상기 하우징의 적어도 일부가 상기 수용 공간에 삽입된 상태에서, 상기 제1 위치에 있는 상기 걸림턱이 상기 걸쇠부에 걸리고, 상기 한 쌍의 레버 조작부가 상기 인입 위치에 있을 때, 상기 제1 헤드부와 상기 제3 헤드부는 상기 하우징의 상기 후면 상에서 상기 제3 방향으로 서로 대향하여 배치되는 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
  13. 제12 항에 있어서, 서로 대향한 상기 제1 헤드부와 상기 제3 헤드부 사이의 상기 제3 방향으로의 이격 거리는 ‘0’보다 크고 체결 해체 거리보다 작은 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
  14. 제1 항에 있어서, 상기 셀 모니터링 커넥터는 상기 제1 방향으로 서로 인접하는 제1 및 제2 커넥터를 포함하고,
    상기 제1 커넥터의 측면은 제1 단차를 포함하고,
    상기 제2 커넥터의 측면은 상기 제1 단차와 맞물리는 제2 단차를 포함하는 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 제1 단차로부터 상기 제3 방향과 나란한 방향으로 상기 제1 커넥터의 상부의 가장 자리 또는 하부의 가장 자리까지의 길이는 상기 제2 단차로부터 상기 제3 방향과 나란한 상기 방향으로 상기 제2 커넥터의 상부의 가장 자리 또는 하부의 가장 자리까지의 길이와 다른 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
  16. 제1 항에 있어서, 상기 셀 모니터링 커넥터는
    상기 한 쌍의 레버 조작부 각각에 상기 제1 외압이 가해지는 방향과 반대 방향으로 상기 하우징의 선단으로부터 돌출되어 배치된 적어도 하나의 파손 방지부를 더 포함하는 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
  17. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 분리판 각각은
    상기 제1 방향으로 서로 일정한 간격으로 이격된 상기 복수의 걸림턱 사이에 위치한 적어도 하나의 슬릿으로 끼워지는 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
  18. 제17 항에 있어서, 상기 복수의 레버부는 절연성을 갖는 물질로 이루어진 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
  19. 제17 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 슬릿은 복수의 슬릿을 포함하고,
    상기 복수의 걸림턱 각각의 상기 제1 방향으로의 두께는 서로 동일하고,
    상기 복수의 슬릿의 상기 제1 방향으로의 폭은 서로 동일한 연료 전지에 탈착 가능한 셀 모니터링 커넥터.
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