[go: up one dir, main page]

KR102775074B1 - Fuel cell stack and Fuel cell system including the same - Google Patents

Fuel cell stack and Fuel cell system including the same Download PDF

Info

Publication number
KR102775074B1
KR102775074B1 KR1020180160014A KR20180160014A KR102775074B1 KR 102775074 B1 KR102775074 B1 KR 102775074B1 KR 1020180160014 A KR1020180160014 A KR 1020180160014A KR 20180160014 A KR20180160014 A KR 20180160014A KR 102775074 B1 KR102775074 B1 KR 102775074B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stack module
stack
fuel cell
hydrogen
module
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
KR1020180160014A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200072156A (en
Inventor
박재만
이지한
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
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 현대자동차주식회사, 기아 주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020180160014A priority Critical patent/KR102775074B1/en
Publication of KR20200072156A publication Critical patent/KR20200072156A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102775074B1 publication Critical patent/KR102775074B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/248Means for compression of the fuel cell stacks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/30The power source being a fuel cell
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel 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)

Abstract

본 발명은 전도성을 갖는 센터 플레이트에 의해 양분되도록 스택을 구비하면서 구분된 스택에 반응가스를 각각 공급하면서 선별적으로 스택을 운전시킬 수 있는 연료전지 스택 및 이를 포함하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 스택은 다수의 단위 셀이 적층되어 형성되는 연료전지 스택으로서, 다수의 단위 셀이 적층된 제 1 스택 모듈 및 제 2 스택모듈과; 상기 제 1 스택 모듈의 일측에 배치되는 제 1 엔드 플레이트와; 상기 제 2 스택 모듈의 일측에 배치되는 제 2 엔드 플레이트와; 상기 제 1 스택 모듈의 타측과 상기 제 2 스택 모듈의 타측 사이에 배치되고, 상기 제 1 스택 모듈과 제 2 스택 모듈을 구분하면서 직렬로 연결시키는 센터 플레이트를 포함한다.
The present invention relates to a fuel cell stack and a fuel cell system including the same, which can selectively operate the stacks by supplying reaction gases to each of the separated stacks while having the stacks divided into two by a conductive center plate.
According to one embodiment of the present invention, a fuel cell stack is formed by stacking a plurality of unit cells, and includes: a first stack module and a second stack module in which a plurality of unit cells are stacked; a first end plate disposed on one side of the first stack module; a second end plate disposed on one side of the second stack module; and a center plate disposed between the other side of the first stack module and the other side of the second stack module, and connecting the first stack module and the second stack module in series while dividing the first stack module and the second stack module.

Description

연료전지 스택 및 이를 포함하는 연료전지 시스템{Fuel cell stack and Fuel cell system including the same}Fuel cell stack and fuel cell system including the same {Fuel cell stack and fuel cell system including the same}

본 발명은 연료전지 스택 및 이를 포함하는 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전도성을 갖는 센터 플레이트에 의해 양분되도록 스택을 구비하면서 구분된 스택에 반응가스를 각각 공급하면서 선별적으로 스택을 운전시킬 수 있는 연료전지 스택 및 이를 포함하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell stack and a fuel cell system including the same, and more particularly, to a fuel cell stack and a fuel cell system including the same, wherein the stack is provided so as to be divided into two by a conductive center plate, and a reaction gas is supplied to each of the separated stacks to selectively operate the stacks.

연료전지는 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 스택 내에서 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지로 변환하는 일종의 발전장치로서, 산업용, 가정용 및 차량의 구동 전력을 공급할 뿐만 아니라 휴대용 장치와 같은 소형 전자 제품의 전력공급에 사용될 수 있으며, 최근 고효율의 청정 에너지원으로 점차 그 사용영역이 확대되고 있다.A fuel cell is a type of power generation device that converts the chemical energy of fuel into electrical energy by electrochemically reacting it within a stack. It can be used to supply power for industrial, household, and vehicle driving, as well as for small electronic products such as portable devices. Recently, its use has been gradually expanding as a high-efficiency, clean energy source.

도 1은 일반적인 연료전지 스택의 구성을 보여주는 도면이다.Figure 1 is a diagram showing the configuration of a typical fuel cell stack.

도 1에서 알 수 있듯이, 일반적인 연료전지 스택은 다수의 단위 셀이 적층되어 형성되는데, 각각의 단위 셀은 가장 안쪽에 막전극 접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 위치하고, 이 막전극 접합체(100)는 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막(110)과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 연료극(120: anode) 및 공기극(130: cathode)으로 구성되어 있다.As can be seen in Fig. 1, a typical fuel cell stack is formed by stacking a plurality of unit cells, each of which has a membrane-electrode assembly (MEA) positioned at the innermost part, and this membrane-electrode assembly (100) is composed of a polymer electrolyte membrane (110) capable of moving hydrogen cations (protons), and a catalyst layer applied on both sides of the electrolyte membrane so that hydrogen and oxygen can react, i.e., a fuel electrode (120: anode) and an air electrode (130: cathode).

또한, 상기 막전극 집합체(100)의 바깥 부분, 즉 연료극(120) 및 공기극(130)이 위치한 바깥 부분에는 가스확산층(200, GDL: Gas Diffusion Layer)이 적층되고, 상기 가스확산층(200)의 바깥 쪽에는 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 유로(Flow Field)가 형성된 분리판(300)이 가스켓(400, Gasket)을 사이에 두고 위치하며, 가장 바깥쪽에는 상기한 각 구성들을 지지 및 고정시키기 위한 엔드 플레이트(500, End plate)가 결합된다.In addition, a gas diffusion layer (200, GDL: Gas Diffusion Layer) is laminated on the outer part of the membrane electrode assembly (100), that is, the outer part where the fuel electrode (120) and the air electrode (130) are located, and a separator (300) having a flow field formed therein to supply fuel and discharge water generated by the reaction is positioned with a gasket (400, Gasket) interposed therebetween, and an end plate (500, End Plate) is coupled to the outermost part to support and fix the above-described respective components.

따라서, 상기 연료전지 스택의 연료극(120)에서는 수소의 산화반응이 진행되어 수소이온(Proton)과 전자(Electron)가 발생하게 되고, 이때 생성된 수소이온과 전자는 각각 전해질막(110)과 전선을 통하여 공기극(130)으로 이동하게 되며, 상기 공기극(130)에서는 연료극(120)으로부터 이동한 수소이온과 전자, 공기 중의 산소가 참여하는 전기화학반응을 통하여 물을 생성하는 동시에 전자의 흐름으로부터 전기에너지를 생성하게 된다.Accordingly, in the fuel electrode (120) of the fuel cell stack, an oxidation reaction of hydrogen occurs, generating hydrogen ions (protons) and electrons. The hydrogen ions and electrons generated at this time move to the air electrode (130) through the electrolyte membrane (110) and the wire, respectively. In the air electrode (130), water is generated through an electrochemical reaction involving the hydrogen ions and electrons moved from the fuel electrode (120) and oxygen in the air, and electrical energy is generated from the flow of electrons.

연료전지 스택은 운전 시 단위 셀당 약 200W 정도의 출력을 내며, 용도와 요구 출력에 맞게 단위 셀 수를 결정하고 직렬로 연결하여 스택을 구성한다.A fuel cell stack produces approximately 200 W of output per unit cell when in operation, and the number of unit cells is determined according to the purpose and required output and connected in series to form a stack.

최근에는 요구하는 출력이 높아지면서 적층되는 단위 셀의 수가 점점 증가되는 추세이다.Recently, as the required output increases, the number of stacked unit cells is gradually increasing.

하지만, 단위 셀의 수가 증가할수록 스택의 부피가 커지게 된다. 스택의 부피가 커진다는 것은 스택의 길이가 길어지는 것을 의미하고, 이에 따라 반응가스 및 냉각수를 제공하는 매니폴드의 길이가 길어지면서 각 단위 셀로 공급되는 반응가스 유입량의 편차가 발생하였고, 매니폴드 입구에서 거리가 먼 단위 셀일수록 생성수가 누적되어 축적되는 등 생성수 제거 및 열 관리 등과 같은 부수적인 문제가 발생하였다.However, as the number of unit cells increases, the volume of the stack increases. The increase in the volume of the stack means that the length of the stack increases, and accordingly, the length of the manifold that supplies the reaction gas and cooling water increases, causing a deviation in the amount of reaction gas supplied to each unit cell, and the farther the unit cell is from the manifold inlet, the more the generated water accumulates, resulting in secondary problems such as generated water removal and heat management.

상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The content described as background technology above is only for understanding the background of the present invention, and should not be taken as an acknowledgment that it corresponds to prior art already known to those skilled in the art.

일본등록특허공보 제4505204호 (2010.04.30)Japanese Patent Publication No. 4505204 (April 30, 2010) 한국등록특허공보 제10-1184930호 (2012.09.06)Korean Patent Publication No. 10-1184930 (2012.09.06)

본 발명은 전도성을 갖는 센터 플레이트에 의해 양분되도록 스택을 구비하면서 구분된 스택에 반응가스를 각각 공급하면서 선별적으로 스택을 운전시킬 수 있는 연료전지 스택 및 이를 포함하는 연료전지 시스템을 제공한다.The present invention provides a fuel cell stack and a fuel cell system including the same, which can selectively operate the stacks by supplying reaction gases to each of the separated stacks while having the stacks divided into two by a conductive center plate.

본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 스택은 다수의 단위 셀이 적층되어 형성되는 연료전지 스택으로서, 다수의 단위 셀이 적층된 제 1 스택 모듈 및 제 2 스택모듈과; 상기 제 1 스택 모듈의 일측에 배치되는 제 1 엔드 플레이트와; 상기 제 2 스택 모듈의 일측에 배치되는 제 2 엔드 플레이트와; 상기 제 1 스택 모듈의 타측과 상기 제 2 스택 모듈의 타측 사이에 배치되고, 상기 제 1 스택 모듈과 제 2 스택 모듈을 구분하면서 직렬로 연결시키는 센터 플레이트를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, a fuel cell stack is formed by stacking a plurality of unit cells, and includes: a first stack module and a second stack module in which a plurality of unit cells are stacked; a first end plate disposed on one side of the first stack module; a second end plate disposed on one side of the second stack module; and a center plate disposed between the other side of the first stack module and the other side of the second stack module, and connecting the first stack module and the second stack module in series while dividing the first stack module and the second stack module.

상기 센터 플레이트는 상기 제 1 스택 모듈과 제 2 스택 모듈을 직렬로 연결시키는 집전영역이 형성되고, 상기 집전영역의 주변에 절연영역이 형성되며, 상기 절연영역에는 상기 제 1 스택 모듈과 제 2 스택 모듈에 형성되는 복수의 유입매니폴드 및 배출매니폴드와 선택적으로 연통되는 복수의 유입매니폴드 영역 및 배출매니폴드 영역이 형성되는 것을 특징으로 한다.The center plate is characterized in that a current collecting area is formed that connects the first stack module and the second stack module in series, an insulation area is formed around the current collecting area, and a plurality of inlet manifold areas and discharge manifold areas are formed in the insulation area, which are selectively connected to a plurality of inlet manifolds and discharge manifolds formed in the first stack module and the second stack module.

상기 제 1 스택 모듈과 제 2 스택 모듈에는 각각 수소 유입매니폴드, 냉각수 유입매니폴드, 공기 유입매니폴드, 수소 배출매니폴드, 냉각수 배출매니폴드 및 공기 배출매니폴드가 형성되고, 상기 센터 플레이트에는 상기 제 1 스택 모듈과 제 2 스택 모듈에 형성된 수소 유입매니폴드, 냉각수 유입매니폴드, 공기 유입매니폴드, 수소 배출매니폴드, 냉각수 배출매니폴드 및 공기 배출매니폴드를 각각 선택적으로 연통시키는 수소 유입매니폴드 영역, 냉각수 유입매니폴드 영역, 공기 유입매니폴드 영역, 수소 배출매니폴드 영역, 냉각수 배출매니폴드 영역 및 공기 배출매니폴드 영역이 형성되되, 상기 수소 유입매니폴드 영역, 냉각수 유입매니폴드 영역, 공기 유입매니폴드 영역, 수소 배출매니폴드 영역, 냉각수 배출매니폴드 영역 및 공기 배출매니폴드 영역은 선택적으로 관통되는 것을 특징으로 한다.The first stack module and the second stack module are respectively formed with a hydrogen inlet manifold, a coolant inlet manifold, an air inlet manifold, a hydrogen exhaust manifold, a coolant exhaust manifold, and an air exhaust manifold, and the center plate is respectively formed with a hydrogen inlet manifold region, a coolant inlet manifold region, an air inlet manifold region, a hydrogen exhaust manifold region, a coolant exhaust manifold region, and an air exhaust manifold region which selectively connect the hydrogen inlet manifold, the coolant inlet manifold, the air inlet manifold, the hydrogen exhaust manifold, the coolant exhaust manifold region, and the air exhaust manifold region formed in the first stack module and the second stack module, wherein the hydrogen inlet manifold region, the coolant inlet manifold region, the air inlet manifold region, the hydrogen exhaust manifold region, the coolant exhaust manifold region, and the air exhaust manifold region are characterized in that they are selectively penetrated.

한편, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연료전지 시스템은 다수의 단위 셀이 적층된 제 1 스택 모듈 및 제 2 스택모듈과; 상기 제 1 스택 모듈의 일측에 배치되는 제 1 엔드 플레이트와; 상기 제 2 스택 모듈의 일측에 배치되는 제 2 엔드 플레이트와; 상기 제 1 스택 모듈의 타측과 상기 제 2 스택 모듈의 타측 사이에 배치되고, 상기 제 1 스택 모듈과 제 2 스택 모듈을 구분하면서 직렬로 연결시키는 센터 플레이트와; 상기 제 1 스택 모듈 및 제 2 스택 모듈 중 적어도 어느 하나 이상의 스택 모듈에서 생성되는 전기에 의해 작동되는 모터와; 상기 제 1 스택 모듈, 제 2 스택 모듈 및 모터 사이의 전기회로를 선택적으로 개폐시키는 릴레이를 포함한다.Meanwhile, a fuel cell system according to one embodiment of the present invention includes: a first stack module and a second stack module in which a plurality of unit cells are stacked; a first end plate disposed on one side of the first stack module; a second end plate disposed on one side of the second stack module; a center plate disposed between the other side of the first stack module and the other side of the second stack module and connecting the first stack module and the second stack module in series while distinguishing the first stack module and the second stack module; a motor operated by electricity generated in at least one stack module among the first stack module and the second stack module; and a relay selectively opening and closing an electric circuit between the first stack module, the second stack module, and the motor.

상기 제 1 엔드 플레이트와 모터를 전기적으로 연결시키는 제 1 배선과; 상기 센터 플레이트와 상기 릴레이를 전기적으로 연결시키는 제 2 배선과; 상기 제 2 엔드 플레이트와 모터를 전기적으로 연결시키면서 상기 제 2 배선과 연결된 릴레이가 연결되는 제 3 배선을 포함한다.It includes a first wiring electrically connecting the first end plate and the motor; a second wiring electrically connecting the center plate and the relay; and a third wiring electrically connecting the second end plate and the motor while connecting the relay connected to the second wiring.

상기 제 1 배선에는 제 1 스위치가 연결되고, 상기 제 2 배선에는 제 2 스위치가 연결되며, 상기 제 3 배선에는 상기 제 1 스택 모듈 및 제 2 스택 모듈에서 생성되는 전기에 의해 작동되는 전장수단이 연결되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that a first switch is connected to the first wiring, a second switch is connected to the second wiring, and an electric means operated by electricity generated in the first stack module and the second stack module is connected to the third wiring.

상기 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트 중 적어도 어느 하나의 엔드 플레이트로 수소, 냉각수 및 공기를 각각 공급하는 수소 공급수단, 냉각수 공급수단 및 공기 공급수단을 더 포함한다.It further includes a hydrogen supply means, a cooling water supply means and an air supply means for supplying hydrogen, cooling water and air to at least one of the first end plate and the second end plate, respectively.

본 발명의 실시예에 따르면, 다수의 단위 셀이 적층된 스택을 전도성을 갖는 센터 플레이트로 구분하고, 센터 플레이트에 의해 양쪽을 구분되는 제 1 스택 모듈 및 제 2 스택모듈을 전기적으로는 직렬로 연결시킴으로써 요구되는 출력에 맞춰 제 1 스택모듈과 제 2 스택모듈을 개별적으로 또는 함께 운전시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by dividing a stack in which a plurality of unit cells are laminated by a conductive center plate, and electrically connecting a first stack module and a second stack module, which are separated on both sides by the center plate, in series, it is expected that the first stack module and the second stack module can be operated individually or together according to a required output.

이에 따라 스택의 절반만 사용하는 경우 저전류 운전 조건을 회피함으로써, 스택 내 생성수가 축적되는 것을 방지하여 플러딩을 예방할 수 있고, 전류사용이 늘어나고 전압이 낮아지기 때문에 고전위 회피를 통하여 셀 내구성을 향상시킬 수 있다.Accordingly, by avoiding low current operation conditions when only half of the stack is used, flooding can be prevented by preventing accumulation of generated water within the stack, and cell durability can be improved by avoiding high potentials as current usage increases and voltage decreases.

또한, 센터 플레이트에 의해 양쪽을 구분되는 제 1 스택 모듈 및 제 2 스택모듈에 각각 개별적으로 반응가스 및 냉각수를 공급하여 반응가스 및 냉각수의 분배성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 성능 안정화 및 내구성을 향상시킬 수 있다.In addition, the distribution of the reaction gas and the cooling water can be improved by individually supplying the reaction gas and the cooling water to the first stack module and the second stack module, which are separated on both sides by the center plate, thereby improving performance stabilization and durability.

도 1은 일반적인 연료전지 스택의 구성을 보여주는 도면이고,
도 2 및 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 보여주는 도면이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센터 플레이트를 보여주는 도면이고,
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 구현한 예를 보여주는 도면이다.
Figure 1 is a drawing showing the configuration of a typical fuel cell stack.
Figures 2 and 3 are drawings showing a fuel cell system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a drawing showing a center plate according to one embodiment of the present invention;
FIGS. 5 and 6 are drawings showing examples of implementing a fuel cell system according to one embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and these embodiments are provided only to make the disclosure of the present invention complete and to fully inform a person having ordinary skill in the art of the scope of the invention. In the drawings, the same reference numerals refer to the same elements.

도 2 및 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센터 플레이트를 보여주는 도면이다.FIGS. 2 and 3 are drawings showing a fuel cell system according to one embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a drawing showing a center plate according to one embodiment of the present invention.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 서로 직렬로 연결되어 선택적으로 운전되는 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)이 구비되고, 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)을 선택적으로 운전할 수 있도록 하는 전기적인 배선 수단이 마련되며, 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)을 선택적으로 운전할 수 있도록 하는 반응가스 및 냉각수 공급수단이 마련된다.As illustrated in the drawing, a fuel cell system according to one embodiment of the present invention comprises a first stack module (S1) and a second stack module (S2) that are connected in series to each other and selectively operated, an electrical wiring means that enables selective operation of the first stack module (S1) and the second stack module (S2) is provided, and a reaction gas and cooling water supply means that enables selective operation of the first stack module (S1) and the second stack module (S2) is provided.

연료전지 시스템을 구성하는 연료전지 스택(10)인 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)은 각각 다수의 단위 셀이 적층되어 구성되는 요소로서, 각 단위 셀은 일반적인 연료전지 스택에 적용되는 단위 셀이 적용된다. 예를 들어 각 단위 셀은 전극막 접합체, 한 쌍이 가스확산층 및 한 쌍의 분리판을 포함하여 이루어지고, 각 단위 셀이 다수개 직렬로 연결되어 구성된다.The first stack module (S1) and the second stack module (S2), which are fuel cell stacks (10) constituting the fuel cell system, are elements each configured by stacking a plurality of unit cells, and each unit cell is applied to a unit cell applied to a general fuel cell stack. For example, each unit cell is configured by including an electrode membrane assembly, a pair of gas diffusion layers, and a pair of separators, and each unit cell is configured by connecting a plurality of unit cells in series.

이때, 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈에 적층되는 단위 셀은 수는 서로 동일하게 구성할 수 있지만, 그 개수를 서로 다르게 설정하여 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)에서 출력되는 출력량을 다르게 설정할 수 있을 것이다.At this time, the number of unit cells stacked on the first stack module (S1) and the second stack module can be configured to be the same, but the number can be set differently so that the output amounts output from the first stack module (S1) and the second stack module (S2) can be set differently.

그리고, 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)에는 각각 반응가스와 냉각수를 유입 및 배출시키는 복수의 유입매니폴드 및 배출매니폴드가 형성된다. 예를 들어 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)에는 각각 수소 유입매니폴드, 냉각수 유입매니폴드, 공기 유입매니폴드, 수소 배출매니폴드, 냉각수 배출매니폴드 및 공기 배출매니폴드가 형성된다.And, a plurality of inlet manifolds and discharge manifolds for introducing and discharging reaction gas and cooling water are formed in the first stack module (S1) and the second stack module (S2), respectively. For example, a hydrogen inlet manifold, a cooling water inlet manifold, an air inlet manifold, a hydrogen discharge manifold, a cooling water discharge manifold, and an air discharge manifold are formed in the first stack module (S1) and the second stack module (S2), respectively.

한편, 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)을 직렬로 연결하면서 선택적으로 운전할 수 있도록 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2) 사이는 전도성을 갖는 센터 플레이트(13)가 개재된다.Meanwhile, a conductive center plate (13) is interposed between the first stack module (S1) and the second stack module (S2) so that the first stack module (S1) and the second stack module (S2) can be selectively driven while being connected in series.

부연하자면, 제 1 스택 모듈(S1)의 일측에 배치되는 제 1 엔드 플레이트(11)가 배치되고, 제 2 스택 모듈(S2)의 일측에 배치되는 제 2 엔드 플레이트(12)가 배치되며, 제 1 스택 모듈(S1)의 타측과 제 2 스택 모듈(S2)의 타측 사이에는 센터 플레이트(13)가 배치된다.To elaborate, a first end plate (11) is arranged on one side of the first stack module (S1), a second end plate (12) is arranged on one side of the second stack module (S2), and a center plate (13) is arranged between the other side of the first stack module (S1) and the other side of the second stack module (S2).

이때 제 1 엔드 플레이트(11)와 제 2 엔드 플레이트(12)는 일반적인 연료전지 스택의 양단에 배치되는 엔드 플레이트가 그대로 적용된다.At this time, the first end plate (11) and the second end plate (12) are applied as end plates placed at both ends of a general fuel cell stack.

다만, 센터 플레이트(13)는 전도성을 가져서 제 1 엔드 플레이트(11)와 제 2 엔드 플레이트(12)를 직렬로 연결시키면서, 제 1 엔드 플레이트(11)와 제 2 엔드 플레이트(12)로 공급되는 반응가스 및 냉각수를 각각 개별적으로 공급할 수 있도록 마련된다.However, the center plate (13) is conductive so that the first end plate (11) and the second end plate (12) are connected in series, and the reaction gas and cooling water supplied to the first end plate (11) and the second end plate (12) can be individually supplied.

이를 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이 센터 플레이트(13)는 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)을 직렬로 연결시키는 집전영역(13b)이 형성되고, 집전영역(13b)의 주변에 절연영역(13a)이 형성된다. 그래서 집전영역(13b)을 통하여 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)을 전기적으로 직렬 연결시킨다.To this end, as illustrated in Fig. 4, a center plate (13) is formed with a current collecting area (13b) that connects the first stack module (S1) and the second stack module (S2) in series, and an insulating area (13a) is formed around the current collecting area (13b). Thus, the first stack module (S1) and the second stack module (S2) are electrically connected in series through the current collecting area (13b).

그리고 절연영역(13a)에는 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)에 형성되는 복수의 유입매니폴드 및 배출매니폴드와 선택적으로 연통되는 복수의 유입매니폴드 영역(14a, 15a, 16a) 및 배출매니폴드 영역(14b, 15b, 16b)이 형성된다.And in the insulation region (13a), a plurality of inlet manifold regions (14a, 15a, 16a) and discharge manifold regions (14b, 15b, 16b) are formed, which are selectively connected to a plurality of inlet manifolds and discharge manifolds formed in the first stack module (S1) and the second stack module (S2).

예를 들어 센터 플레이트(13)에는 수소 유입매니폴드 영역(14a), 냉각수 유입매니폴드 영역(15a), 공기 유입매니폴드 영역(16a), 수소 배출매니폴드 영역(14b), 냉각수 배출매니폴드 영역(15b) 및 공기 배출매니폴드 영역(16b)이 형성된다. 다만, 센터 플레이트(13)에 형성되는 수소 유입매니폴드 영역(14a), 냉각수 유입매니폴드 영역(15a), 공기 유입매니폴드 영역(16a), 수소 배출매니폴드 영역(14b), 냉각수 배출매니폴드 영역(15b) 및 공기 배출매니폴드 영역(16b)은 선택적으로 관통되거나 폐쇄된다.For example, a hydrogen inlet manifold region (14a), a coolant inlet manifold region (15a), an air inlet manifold region (16a), a hydrogen exhaust manifold region (14b), a coolant exhaust manifold region (15b), and an air exhaust manifold region (16b) are formed in the center plate (13). However, the hydrogen inlet manifold region (14a), the coolant inlet manifold region (15a), the air inlet manifold region (16a), the hydrogen exhaust manifold region (14b), the coolant exhaust manifold region (15b), and the air exhaust manifold region (16b) formed in the center plate (13) are selectively penetrated or closed.

이때 센터 플레이트(13)에 형성되는 복수의 유입매니폴드 영역(14a, 15a, 16a) 및 배출매니폴드 영역(14b, 15b, 16b)은 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)에 형성된 대응되는 유입매니폴드 및 배출매니폴드가 형성된 위치에 형성된다.At this time, a plurality of inlet manifold regions (14a, 15a, 16a) and discharge manifold regions (14b, 15b, 16b) formed on the center plate (13) are formed at positions where the corresponding inlet manifolds and discharge manifolds formed on the first stack module (S1) and the second stack module (S2) are formed.

예를 들어 센터 플레이트(13)에 형성되는 수소 유입매니폴드 영역(14a)은 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)에 형성된 수소 유입매니폴드를 연통시키는 위치에 형성된다. 마찬가지로 센터 플레이트(13)에 형성되는 냉각수 유입 매니폴드 영역(15a)은 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)에 형성된 냉각수 유입매니폴드를 연통시키는 위치에 형성된다.For example, the hydrogen inlet manifold area (14a) formed on the center plate (13) is formed at a position that connects the hydrogen inlet manifolds formed on the first stack module (S1) and the second stack module (S2). Similarly, the coolant inlet manifold area (15a) formed on the center plate (13) is formed at a position that connects the coolant inlet manifolds formed on the first stack module (S1) and the second stack module (S2).

마찬가지로 공기 유입매니폴드 영역(16a), 수소 배출매니폴드 영역(14b), 냉각수 배출매니폴드 영역(15b) 및 공기 배출매니폴드 영역(16b)은 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)에 각각 형성된 공기 유입매니폴드, 수소 배출매니폴드, 냉각수 배출매니폴드 및 공기 배출매니폴드를 연통시키는 위치에 형성된다.Likewise, the air inlet manifold region (16a), the hydrogen exhaust manifold region (14b), the coolant exhaust manifold region (15b), and the air exhaust manifold region (16b) are formed at positions that connect the air inlet manifold, the hydrogen exhaust manifold, the coolant exhaust manifold, and the air exhaust manifold formed in the first stack module (S1) and the second stack module (S2), respectively.

한편, 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)을 선택적으로 운전할 수 있는 전기적인 배선 수단이 마련된다.Meanwhile, electrical wiring means are provided that can selectively drive the first stack module (S1) and the second stack module (S2).

예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 스택 모듈(S1) 및 제 2 스택 모듈(S2) 중 적어도 어느 하나 이상의 스택 모듈에서 생성되는 전기에 의해 작동되는 모터(20)와; 제 1 스택 모듈(S1), 제 2 스택 모듈(S2) 및 모터(20) 사이의 전기회로를 선택적으로 개폐시키는 릴레이(30)를 포함한다.For example, as shown in FIGS. 2 and 3, it includes a motor (20) operated by electricity generated from at least one of the first stack module (S1) and the second stack module (S2); and a relay (30) selectively opening and closing an electric circuit between the first stack module (S1), the second stack module (S2), and the motor (20).

그리고, 제 1 엔드 플레이트(11)와 모터(20)를 전기적으로 연결시키는 제 1 배선(60a)과; 센터 플레이트(13)와 릴레이(30)를 전기적으로 연결시키는 제 2 배선(60b)과; 제 2 엔드 플레이트(12)와 모터(20)를 전기적으로 연결시키면서 제 2 배선(60b)과 연결된 릴레이(30)가 연결되는 제 3 배선(60c)을 포함한다.And, it includes a first wiring (60a) that electrically connects the first end plate (11) and the motor (20); a second wiring (60b) that electrically connects the center plate (13) and the relay (30); and a third wiring (60c) that electrically connects the second end plate (12) and the motor (20) while connecting the relay (30) connected to the second wiring (60b).

그래서 릴레이(30)의 제어에 의해 제 1 스택 모듈(S1)만 운전을 시키거나 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)을 모두 운전시키는 경우에 전기회로가 구성되도록 한다. 이에 따라 제 1 스택 모듈(S1)의 운전만으로 모터(20)를 구동시킬 수 있고, 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)을 모두 운전시켜 모터(20)를 구동시킬 수 있다.Therefore, the electric circuit is configured to drive only the first stack module (S1) or to drive both the first stack module (S1) and the second stack module (S2) by controlling the relay (30). Accordingly, the motor (20) can be driven only by driving the first stack module (S1), and the motor (20) can be driven by driving both the first stack module (S1) and the second stack module (S2).

한편, 제 1 배선(60a)에는 제 1 스위치(50a)가 연결되고, 제 2 배선(60b)에는 제 2 스위치(50b)가 연결된다. 그리고, 제 3 배선(60c)에는 제 1 스택 모듈(S1) 및 제 2 스택 모듈(S2)에서 생성되는 전기에 의해 작동되는 전장수단(40)이 연결될 수 있다.Meanwhile, a first switch (50a) is connected to the first wiring (60a), and a second switch (50b) is connected to the second wiring (60b). In addition, an electric field means (40) operated by electricity generated in the first stack module (S1) and the second stack module (S2) can be connected to the third wiring (60c).

이때 전장수단(40)은 차량에 사용되는 다양한 전장부품을 의미한다. 이때 전장수단(40)은 하나 또는 그 이상의 전장부품일 수 있고, 전장부품에 제공되는 전기가 충전되는 배터리일 수 있다.At this time, the electrical means (40) refers to various electrical components used in the vehicle. At this time, the electrical means (40) may be one or more electrical components, and may be a battery that is charged with electricity provided to the electrical components.

그래서, 릴레이(30), 제 1 스위치(50a) 및 제 2 스위치(50b)의 개폐에 따라 제 1 스택 모듈(S1)만 운전하거나, 제 2 스택 모듈(S2)만 운전하거나 또는 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)을 함께 운전하는 다양한 모드를 구현할 수 있다. Therefore, depending on the opening and closing of the relay (30), the first switch (50a), and the second switch (50b), various modes can be implemented, such as driving only the first stack module (S1), driving only the second stack module (S2), or driving both the first stack module (S1) and the second stack module (S2) together.

그리고, 제 1 엔드 플레이트(11) 및 제 2 엔드 플레이트(12) 중 적어도 어느 하나의 엔드 플레이트로 수소, 냉각수 및 공기를 각각 공급하는 수소 공급수단(70), 냉각수 공급수단(80) 및 공기 공급수단(90)이 구비된다.And, a hydrogen supply means (70), a cooling water supply means (80), and an air supply means (90) are provided to supply hydrogen, cooling water, and air to at least one of the first end plate (11) and the second end plate (12), respectively.

이때 수소 공급수단(70), 냉각수 공급수단(80) 및 공기 공급수단(90)은 각각 제 1 엔드 플레이트(11)와 제 2 엔드 플레이트(12)로 각각 수소, 냉각수 및 공기를 공급할 수 있도록 구성되는데, 센터 플레이트(13)에 형성되는 수소 유입매니폴드 영역(14a), 냉각수 유입매니폴드 영역(15a) 및 공기 유입매니폴드 영역(16a)의 선택적인 관통 및 폐쇄 여부에 따라 제 1 엔드 플레이트(11) 및/또는 제 2 엔드 플레이트(12)로 수소, 냉각수 및 공기의 공급 여부를 선택할 수 있다.At this time, the hydrogen supply means (70), the coolant supply means (80), and the air supply means (90) are configured to supply hydrogen, coolant, and air to the first end plate (11) and the second end plate (12), respectively, and depending on whether the hydrogen inlet manifold area (14a), the coolant inlet manifold area (15a), and the air inlet manifold area (16a) formed in the center plate (13) are selectively penetrated and closed, it is possible to select whether to supply hydrogen, coolant, and air to the first end plate (11) and/or the second end plate (12).

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 구현한 예를 도면을 참조하여 설명한다.An example of implementing a fuel cell system according to one embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to the drawings.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 구현한 예를 보여주는 도면이다.FIGS. 5 and 6 are drawings showing examples of implementing a fuel cell system according to one embodiment of the present invention.

먼저, 수소, 냉각수 및 공기를 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)로 각각 공급하는 경우에는 센터 플레이트(13)에 형성되는 수소 유입매니폴드 영역(14a), 냉각수 유입매니폴드 영역(15a), 공기 유입매니폴드 영역(16a), 수소 배출매니폴드 영역(14b), 냉각수 배출매니폴드 영역(15b) 및 공기 배출매니폴드 영역(16b)을 모두 폐쇄한 상태로 구성하고, 수소 공급수단(70), 냉각수 공급수단(80) 및 공기 공급수단(90)은 각각 제 1 엔드 플레이트(11)와 제 2 엔드 플레이트(12)로 각각 수소, 냉각수 및 공기를 공급하도록 구성한다.First, when supplying hydrogen, coolant, and air to the first stack module (S1) and the second stack module (S2), respectively, the hydrogen inlet manifold area (14a), the coolant inlet manifold area (15a), the air inlet manifold area (16a), the hydrogen discharge manifold area (14b), the coolant discharge manifold area (15b), and the air discharge manifold area (16b) formed in the center plate (13) are all configured to be closed, and the hydrogen supply means (70), the coolant supply means (80), and the air supply means (90) are configured to supply hydrogen, coolant, and air to the first end plate (11) and the second end plate (12), respectively.

그래서, 수소 공급수단(70), 냉각수 공급수단(80) 및 공기 공급수단(90)에서 공급되는 수소, 냉각수 및 공기는 제 1 엔드 플레이트(11)와 제 2 엔드 플레이트(12)로 각각 공급되어 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)에서 각각 개별적으로 유입된 다음 배출된다.Therefore, hydrogen, cooling water and air supplied from the hydrogen supply means (70), cooling water supply means (80) and air supply means (90) are supplied to the first end plate (11) and the second end plate (12), respectively, and are individually introduced into the first stack module (S1) and the second stack module (S2) and then discharged.

만약, 수소와 공기는 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)에서 각각 개별적으로 유입 및 배출시키면서, 냉각수는 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)을 연통하여 유입 및 배출시키기 위해서는 도 5와 같이 연료전지 시스템을 구현한다.If hydrogen and air are individually introduced and discharged from the first stack module (S1) and the second stack module (S2), while cooling water is introduced and discharged by connecting the first stack module (S1) and the second stack module (S2), a fuel cell system is implemented as shown in FIG. 5.

예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 센터 플레이트(13)에 형성되는 수소 유입매니폴드 영역(14a), 공기 유입매니폴드 영역(16a), 수소 배출매니폴드 영역(14b) 및 공기 배출매니폴드 영역(16b)은 폐쇄한 상태로 구성하고, 냉각수 유입매니폴드 영역(15a)과 냉각수 배출매니폴드 영역(15b)은 관통한 상태로 구성한다. 그리고, 수소 공급수단(70) 및 공기 공급수단(90)은 각각 제 1 엔드 플레이트(11)와 제 2 엔드 플레이트(12)로 각각 수소 및 공기를 공급하도록 구성하고, 냉각수 공급수단(80)은 제 2 엔드 플레이트(12)로만 냉각수를 공급할 수 있다.For example, as illustrated in FIG. 5, the hydrogen inlet manifold region (14a), the air inlet manifold region (16a), the hydrogen discharge manifold region (14b), and the air discharge manifold region (16b) formed in the center plate (13) are configured in a closed state, and the coolant inlet manifold region (15a) and the coolant discharge manifold region (15b) are configured in a penetrating state. In addition, the hydrogen supply means (70) and the air supply means (90) are configured to supply hydrogen and air to the first end plate (11) and the second end plate (12), respectively, and the coolant supply means (80) can supply coolant only to the second end plate (12).

그래서, 수소와 공기는 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)에서 각각 개별적으로 유입 및 배출시키면서, 냉각수는 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)을 연통하여 유입 및 배출시킬 수 있다.Thus, hydrogen and air can be individually introduced and discharged from the first stack module (S1) and the second stack module (S2), while the cooling water can be introduced and discharged by connecting the first stack module (S1) and the second stack module (S2).

그리고, 냉각수와 공기는 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)에서 각각 개별적으로 유입 및 배출시키면서, 수소는 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)을 연통하여 유입 및 배출시키기 위해서는 도 6과 같이 연료전지 시스템을 구현한다.And, in order to individually introduce and discharge coolant and air into and out of the first stack module (S1) and the second stack module (S2), while connecting the first stack module (S1) and the second stack module (S2) to introduce and discharge hydrogen, a fuel cell system is implemented as shown in Fig. 6.

예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 센터 플레이트(13)에 형성되는 냉각수 유입매니폴드 영역(15a), 공기 유입매니폴드 영역(16a), 냉각수 배출매니폴드 영역(15b) 및 공기 배출매니폴드 영역(16b)은 폐쇄한 상태로 구성하고, 수소 유입매니폴드 영역(14a)과 수소 배출매니폴드 영역(14b)은 관통한 상태로 구성한다. 그리고, 냉각수 공급수단(80) 및 공기 공급수단(90)은 각각 제 1 엔드 플레이트(11)와 제 2 엔드 플레이트(12)로 각각 수소 및 공기를 공급하도록 구성하고, 수소 공급수단(70)은 제 2 엔드 플레이트(12)로만 수소를 공급할 수 있다.For example, as illustrated in FIG. 6, the coolant inlet manifold region (15a), the air inlet manifold region (16a), the coolant discharge manifold region (15b), and the air discharge manifold region (16b) formed in the center plate (13) are configured in a closed state, and the hydrogen inlet manifold region (14a) and the hydrogen discharge manifold region (14b) are configured in a penetrating state. In addition, the coolant supply means (80) and the air supply means (90) are configured to supply hydrogen and air to the first end plate (11) and the second end plate (12), respectively, and the hydrogen supply means (70) can supply hydrogen only to the second end plate (12).

그래서, 냉각수와 공기는 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)에서 각각 개별적으로 유입 및 배출시키면서, 수소는 제 1 스택 모듈(S1)과 제 2 스택 모듈(S2)을 연통하여 유입 및 배출시킬 수 있다.Thus, while the coolant and air can be individually introduced and discharged from the first stack module (S1) and the second stack module (S2), the hydrogen can be introduced and discharged by connecting the first stack module (S1) and the second stack module (S2).

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.Although the present invention has been described with reference to the attached drawings and the preferred embodiments described above, the present invention is not limited thereto, but is defined by the claims set forth below. Accordingly, those skilled in the art can variously modify and alter the present invention without departing from the technical spirit of the claims set forth below.

S1: 제 1 스택 모듈 S2: 제 2 스택 모듈
10: 연료전지 11: 제 1 엔드 플레이트
12: 제 2 엔드 플레이트 13: 센터 플레이트
13a: 절연영역 13b: 집전영역
14a: 수소 유입매니폴드 영역 15a: 냉각수 유입매니폴드 영역
16a: 공기 유입매니폴드 영역 14b: 수소 배출매니폴드 영역
15b: 냉각수 배출매니폴드 영역 16b: 공기 배출매니폴드 영역
20: 모터 30: 릴레이
40: 전장수단 50a: 제 1 스위치
50b: 제 2 스위치 60a: 제 1 배선
60b: 제 2 배선 60c: 제 3 배선
70: 수소 공급수단 80: 냉각수 공급수단
90: 공기 공급수단
S1: 1st stack module S2: 2nd stack module
10: Fuel cell 11: First end plate
12: 2nd end plate 13: Center plate
13a: Insulation area 13b: Current collection area
14a: Hydrogen inlet manifold area 15a: Coolant inlet manifold area
16a: Air inlet manifold area 14b: Hydrogen exhaust manifold area
15b: Coolant exhaust manifold area 16b: Air exhaust manifold area
20: Motor 30: Relay
40: Battlefield Means 50a: 1st Switch
50b: 2nd switch 60a: 1st wiring
60b: 2nd wire 60c: 3rd wire
70: Hydrogen supply means 80: Cooling water supply means
90: Air supply means

Claims (9)

다수의 단위 셀이 적층되어 형성되는 연료전지 스택으로서,
다수의 단위 셀이 적층된 제 1 스택 모듈 및 제 2 스택모듈과;
상기 제 1 스택 모듈의 일측에 배치되는 제 1 엔드 플레이트와;
상기 제 2 스택 모듈의 일측에 배치되는 제 2 엔드 플레이트와;
상기 제 1 스택 모듈의 타측과 상기 제 2 스택 모듈의 타측 사이에 배치되고, 상기 제 1 스택 모듈과 제 2 스택 모듈을 구분하면서 직렬로 연결시키는 센터 플레이트를 포함하고,
제 1 스택 모듈과 제 2 스택 모듈 각각의 출력을 달리하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
A fuel cell stack formed by stacking a number of unit cells,
A first stack module and a second stack module in which a plurality of unit cells are stacked;
A first end plate disposed on one side of the first stack module;
A second end plate disposed on one side of the second stack module;
A center plate is disposed between the other side of the first stack module and the other side of the second stack module, and connects the first stack module and the second stack module in series while distinguishing them,
A fuel cell stack characterized in that the outputs of the first stack module and the second stack module are different from each other.
청구항 1에 있어서,
상기 센터 플레이트는 상기 제 1 스택 모듈과 제 2 스택 모듈을 직렬로 연결시키는 집전영역이 형성되고, 상기 집전영역의 주변에 절연영역이 형성되며, 상기 절연영역에는 상기 제 1 스택 모듈과 제 2 스택 모듈에 형성되는 복수의 유입매니폴드 및 배출매니폴드와 선택적으로 연통되는 복수의 유입매니폴드 영역 및 배출매니폴드 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
In claim 1,
A fuel cell stack, characterized in that the center plate has a current collecting area formed therein that connects the first stack module and the second stack module in series, an insulation area formed around the current collecting area, and a plurality of inlet manifold areas and exhaust manifold areas selectively connected to a plurality of inlet manifolds and exhaust manifolds formed in the first stack module and the second stack module are formed in the insulation area.
청구항 2에 있어서,
상기 제 1 스택 모듈과 제 2 스택 모듈에는 각각 수소 유입매니폴드, 냉각수 유입매니폴드, 공기 유입매니폴드, 수소 배출매니폴드, 냉각수 배출매니폴드 및 공기 배출매니폴드가 형성되고,
상기 센터 플레이트에는 상기 제 1 스택 모듈과 제 2 스택 모듈에 형성된 수소 유입매니폴드, 냉각수 유입매니폴드, 공기 유입매니폴드, 수소 배출매니폴드, 냉각수 배출매니폴드 및 공기 배출매니폴드를 각각 선택적으로 연통시키는 수소 유입매니폴드 영역, 냉각수 유입매니폴드 영역, 공기 유입매니폴드 영역, 수소 배출매니폴드 영역, 냉각수 배출매니폴드 영역 및 공기 배출매니폴드 영역이 형성되되, 상기 수소 유입매니폴드 영역, 냉각수 유입매니폴드 영역, 공기 유입매니폴드 영역, 수소 배출매니폴드 영역, 냉각수 배출매니폴드 영역 및 공기 배출매니폴드 영역은 선택적으로 관통되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
In claim 2,
The first stack module and the second stack module are each formed with a hydrogen inlet manifold, a coolant inlet manifold, an air inlet manifold, a hydrogen exhaust manifold, a coolant exhaust manifold, and an air exhaust manifold,
A fuel cell stack characterized in that a hydrogen inlet manifold region, a coolant inlet manifold region, an air inlet manifold region, a hydrogen exhaust manifold region, a coolant exhaust manifold region, and an air exhaust manifold region are formed on the center plate, which selectively connect the hydrogen inlet manifold, the coolant inlet manifold, the air inlet manifold, the hydrogen exhaust manifold, the coolant exhaust manifold, and the air exhaust manifold region formed on the first stack module and the second stack module, respectively, wherein the hydrogen inlet manifold region, the coolant inlet manifold region, the air inlet manifold region, the hydrogen exhaust manifold region, the coolant exhaust manifold region, and the air exhaust manifold region are selectively penetrated.
다수의 단위 셀이 적층된 제 1 스택 모듈 및 제 2 스택모듈과;
상기 제 1 스택 모듈의 일측에 배치되는 제 1 엔드 플레이트와;
상기 제 2 스택 모듈의 일측에 배치되는 제 2 엔드 플레이트와;
상기 제 1 스택 모듈의 타측과 상기 제 2 스택 모듈의 타측 사이에 배치되고, 상기 제 1 스택 모듈과 제 2 스택 모듈을 구분하면서 직렬로 연결시키는 센터 플레이트와;
상기 제 1 스택 모듈 및 제 2 스택 모듈 중 적어도 어느 하나 이상의 스택 모듈에서 생성되는 전기에 의해 작동되는 모터와;
상기 제 1 스택 모듈, 제 2 스택 모듈 및 모터 사이의 전기회로를 선택적으로 개폐시키는 릴레이를 포함하고,
제 1 스택 모듈과 제 2 스택 모듈 각각의 출력을 달리하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
A first stack module and a second stack module in which a plurality of unit cells are stacked;
A first end plate disposed on one side of the first stack module;
A second end plate disposed on one side of the second stack module;
A center plate arranged between the other side of the first stack module and the other side of the second stack module, and connecting the first stack module and the second stack module in series while distinguishing them;
A motor driven by electricity generated in at least one of the first stack module and the second stack module;
A relay is included for selectively opening and closing an electric circuit between the first stack module, the second stack module, and the motor.
A fuel cell system characterized in that the outputs of each of the first stack module and the second stack module are different.
청구항 4에 있어서,
상기 제 1 엔드 플레이트와 모터를 전기적으로 연결시키는 제 1 배선과;
상기 센터 플레이트와 상기 릴레이를 전기적으로 연결시키는 제 2 배선과;
상기 제 2 엔드 플레이트와 모터를 전기적으로 연결시키면서 상기 제 2 배선과 연결된 릴레이가 연결되는 제 3 배선을 포함하는 연료전지 시스템.
In claim 4,
A first wiring electrically connecting the first end plate and the motor;
A second wire electrically connecting the center plate and the relay;
A fuel cell system including a third wire connected to a relay connected to the second wire while electrically connecting the second end plate and the motor.
청구항 5에 있어서,
상기 제 1 배선에는 제 1 스위치가 연결되고,
상기 제 2 배선에는 제 2 스위치가 연결되며,
상기 제 3 배선에는 상기 제 1 스택 모듈 및 제 2 스택 모듈에서 생성되는 전기에 의해 작동되는 전장수단이 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
In claim 5,
The first switch is connected to the above first wiring,
A second switch is connected to the above second wiring,
A fuel cell system characterized in that an electric means operated by electricity generated in the first stack module and the second stack module is connected to the third wiring.
청구항 4에 있어서,
상기 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트 중 적어도 어느 하나의 엔드 플레이트로 수소, 냉각수 및 공기를 각각 공급하는 수소 공급수단, 냉각수 공급수단 및 공기 공급수단을 더 포함하는 연료전지 시스템.
In claim 4,
A fuel cell system further comprising a hydrogen supply means, a cooling water supply means, and an air supply means for supplying hydrogen, cooling water, and air to at least one of the first end plate and the second end plate, respectively.
청구항 1에 있어서,
제 1 스택 모듈과 제 2 스택 모듈 각각의 단위 셀 개수를 달리하여
제 1 스택 모듈 및 제 2 스택 모듈의 출력을 달리하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
In claim 1,
The number of unit cells in each of the first and second stack modules is different.
A fuel cell stack characterized by having different outputs of the first stack module and the second stack module.
청구항 4에 있어서,
제 1 스택 모듈과 제 2 스택 모듈 각각의 단위 셀 개수를 달리하여
제 1 스택 모듈 및 제 2 스택 모듈의 출력을 달리하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
In claim 4,
The number of unit cells in each of the first and second stack modules is different.
A fuel cell system characterized by having different outputs of the first stack module and the second stack module.
KR1020180160014A 2018-12-12 2018-12-12 Fuel cell stack and Fuel cell system including the same Active KR102775074B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180160014A KR102775074B1 (en) 2018-12-12 2018-12-12 Fuel cell stack and Fuel cell system including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180160014A KR102775074B1 (en) 2018-12-12 2018-12-12 Fuel cell stack and Fuel cell system including the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200072156A KR20200072156A (en) 2020-06-22
KR102775074B1 true KR102775074B1 (en) 2025-03-04

Family

ID=71142730

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180160014A Active KR102775074B1 (en) 2018-12-12 2018-12-12 Fuel cell stack and Fuel cell system including the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102775074B1 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101184930B1 (en) 2010-08-06 2012-09-20 국방과학연구소 Cascade typed stack assembly in fuel cell system
KR101637262B1 (en) * 2010-09-10 2016-07-08 현대자동차 주식회사 Fuel cell stack assembly
KR101299808B1 (en) * 2011-04-13 2013-08-23 지에스칼텍스 주식회사 Cascade-type fuel cell stack unified with humidifiers
KR102176578B1 (en) * 2013-10-01 2020-11-09 삼성전자주식회사 Fuel cell stack including end plate having insertion hole

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200072156A (en) 2020-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100477353C (en) Fuel cells and fuel cell stacks
JP5791940B2 (en) Fuel cell stack with water discharge structure
CA2446540C (en) Fuel cell stack with electrically conductive corrugated heat insulation plate
US20030219644A1 (en) Fuel cell stack
US20190131635A1 (en) Cell Frame for Fuel Cell and Fuel Cell Stack Using the Same
US20150118587A1 (en) Fuel cell stack including dummy cell
JP2012212678A (en) Fuel cell
JP2005005196A (en) Fuel cell system
US6926985B2 (en) Fuel cell stack
CN110336064A (en) fuel cell stack
EP1162681B1 (en) Cooling of a fuel cell system
KR102775074B1 (en) Fuel cell stack and Fuel cell system including the same
JP2005056671A (en) Fuel cell
KR101180796B1 (en) Fuel cell system
JP2004134130A (en) Fuel cell stack
CN100361340C (en) A control connection method for an integrated fuel cell stack
KR102098628B1 (en) The separator for fuel cell
JP2005141994A (en) Polymer electrolyte fuel cell
KR102514144B1 (en) Fuel cell stack
KR101314449B1 (en) Cascade-type stack integrated with vapor-liquid separator in fuel cell system
KR20190121010A (en) Fuel cell system for vehicle
JP2008251204A (en) Fuel cell device
KR100654303B1 (en) Separator for fuel cell and fuel cell with separator
JP4507971B2 (en) Fuel cell device
JP2006344586A (en) Fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20181212

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20211130

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20181212

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20240326

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20241126

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20250225

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20250226

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration