燃料电池堆的激活装置的制造方法
【专利说明】燃料电池堆的激活装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2014年12月8日提交至韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2014-0175101号的优先权和权益，其全部内容通过弓I证方式结合在此。
技术领域
[0003]本发明涉及一种用于激活燃料电池堆的系统，并且更具体地，涉及一种燃料电池堆的激活装置，该燃料电池堆的激活装置使得性能评估以及燃料电池堆的激活过程能够实现无人化和自动化。
【背景技术】
[0004]通常，燃料电池包括引起燃料与氧化剂之间的电化学反应的电极、传输通过该反应生成的质子的聚合物电解质膜并包括支撑该电极和该聚合物电解质膜的分离器。目前，聚合物电解质燃料电池通常用作车辆的燃料电池。聚合物电解质燃料电池具有不被腐蚀的优势并且无需调节电解质，因为聚合物电解质燃料电池比其他形式的燃料电池具有更高的效率，所以电流密度和输出密度高，其使用聚合物电解质，并且启动时间大幅度降低。
[0005]此外，因为聚合物电解质燃料电池是不产生废气排放物(除纯水之外)的环境友好型电源，所以正在进行对该领域的研究。这种电解质燃料电池可通过包括氢的燃料与诸如空气的氧化剂之间的电化学反应而产生电能，同时生成水和热。
[0006]换言之，在电解质燃料电池中，供应的燃料通过阳极的催化剂被分解成氢离子和电子，并且分解出的氢离子通过聚合物电解质膜横过至阴极，以通过与供应的氧化剂的结合而生成水并且产生电能，并且电子沿外部电线被注入。在实际的用于车辆的燃料电池中，各单元电池堆叠以获得所需的电势，并且单元电池的堆叠结构被称为堆(stack，组)。
[0007]同时，燃料电池的电极通过将氢离子载体与催化剂混合而形成，由于输送孔(transfer port，输送端口 )被阻塞且载体不能到达催化剂，氢离子的形成三相界面(interface)的载体在初始操作时不容易被水解，并且难以确保氢离子与电子的连续迀移率，所以在制造燃料电池之后的初始操作时，电化学反应的活性可能会降低。因此，为了在组装包括电极和聚合物电解质膜的膜-电极组件之后最大程度地确保燃料电池的性能，并且最大程度地确保堆(用于产生电力并包括分离器的燃料电池组件)的性能，执行燃料电池堆的激活和性能评估过程。
[0008]激活和性能评估的目的是去除在制造膜电极组件和堆的过程中流入的残余杂质，激活不参与反应的部位(site，位点)，并通过使电极和包含在聚合物电解质膜中的电解质充分水解而确保氢离子的通路，以及确保反应物移动至催化剂所通过的通路。尽管在相关技术中已经在各种方法中执行了燃料电池堆的激活，然而，激活的主要方法是在预定电压下长时间地操作堆，同时检测燃料电池堆的电压。
[0009]因此，基于相关技术的用于激活燃料电池堆的设备可通过在制造堆(多个燃料电池分层地设置在该堆中)之后将燃料和氧化剂供应至燃料电池中，并通过将由燃料电池产生的电能施加至电负载装置且同时监控燃料电池的电压，由此来执行用于激活燃料电池堆和评估性能的过程。在激活燃料电池堆和评估性能的这个过程中，电压测量设备的连接器连接至从堆的每个燃料电池突伸出的端子，连接至电负载装置的输出线缆连接至位于堆的两侧处的输出端子，并且用于供应流体(例如，氢、空气以及冷却水)的流体供应管连接至堆的歧管。
[0010]在将电压测量设备的连接器连接至从堆的每个燃料电池突伸出的端子的过程中，手动地连接连接器与每个燃料电池的端子。因此，在相关技术中，由于电压测量设备的连接器被手动地连接至堆的端子，所以可操作性(workability)可能会劣化，连接连接器与端子的整个过程需要过长的一段时间，并且在连接端子的操作过程中可能会对堆造成损坏。
[0011]此外，在将连接至电负载装置的输出线缆连接至位于堆的两侧处的输出端子的过程中，工人使用螺栓将连接至电负载装置和输出线缆的汇流排(bus bar)夹紧至堆的两侧的输出端子。因此，在相关技术中，当将输出线缆手动地连接至堆的两侧上的输出端子/从堆的两侧上的输出端子手动地拆下输出线缆时，工人可能会暴露于触电的危险。换言之，即使是在中断向堆供应氢和空气的情况下，由于残留的氢与空气之间的电化学反应也可能产生电流，所以在从端子拆下输出线缆时，可能会造成工人的意外触电。
[0012]此外，在将用于供应流体至堆的燃料电池的流体供应管连接至堆的歧管的过程中，通过手动地推动堆而将堆连接至激活设备的流体供应管。因此，在相关技术中，由于通过手动地推动而将重量为几十公斤的堆连接至激活设备的流体供应管，所以可操作性可能会劣化，并且在将流体供应管连接至堆的歧管时不能确保气密性。
[0013]该部分中公开的上述信息仅用于增强对发明背景的理解，因此，其可能包含并不构成该国中本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0014]本发明的示例性实施方式提供了一种燃料电池堆的激活装置，该激活装置能使性能评估和燃料电池堆的激活过程实现无人化和自动化，并且该激活装置适应于装配有燃料电池的车辆的自动化组装的大规模生产过程。此外，本发明的示例性实施方式提供了一种燃料电池堆的激活装置，该激活装置能够在自动化过程中同时连接电压测量连接器、输出线缆以及流体供应管。
[0015]在根据本发明的示例性实施方式的用于在燃料电池堆进入框架时对燃料电池堆执行激活并评估性能的燃料电池堆的激活装置中，该装置可包括输出线缆连接单元，该输出线缆连接单元安装成以马达操作的方式沿着燃料电池堆的侧方向能向后和向前移动，并且该输出线缆连接单元构造成连接输出线缆与燃料电池堆。
[0016]此外，输出线缆连接单元可包括移动体和一对连接端子组，该移动体安装成通过致动器沿着燃料电池堆的侧方向能向后和向前移动，并且该一对连接端子组弹性地安装在移动体上并连接至燃料电池堆的输出端子。此外，可安装有支撑燃料电池堆的侧表面的一对附接件，并且该一对附接件可设置成块状形状并由橡胶材料制成。
[0017]在根据本发明的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，连接端子组可包括线缆连接构件和端子杆件，该线缆连接构件固定地安装至移动体并通过输出线缆连接至电负载设备，该端子杆件从线缆连接构件的内部突伸至外部，并且安装成在燃料电池堆的侧方向上能向后和向前移动。连接端子可安装至突出端，并且弹簧可安装在线缆连接构件的内部并且可向端子杆件施加弹力。此外，连接端子可插入到端子插孔中，该端子插孔设置在燃料电池堆的侧表面处，并且该连接端子可形成渐缩的外周缘。
[0018]此外，在端子杆件的突出端处可安装有盘形形状的支撑构件，该支撑构件支撑燃料电池堆的输出端子。致动器可包括连接至移动体的操作气缸，该移动体可利用一对引导杆能向后和向前移动地安装至框架。
[0019]具体地，引导杆可插入到设置在框架上的一对支撑块中，并且这些引导杆可引导移动体的移动。输出线缆连接单元可将电负载设备的正(+)输出线缆连接至设置在燃料电池堆的一侧处的正(+)输出端子。具体地，电负载设备的负(_)输出线缆可通过流体供应管连接单元连接至设置在燃料电池堆的另一侧处的负(_)输出端子，以向燃料电池堆供应流体。流体供应管连接单元可包括另一移动体，该另一移动体通过另一致动器在燃料电池堆的另一侧方向上能向后和向前移动地安装至框架。
[0020]本发明的示例性实施方式可通过连接器连接单元、输出线缆连接单元以及流体供应管连接单元使燃料电池堆的激活过程和性能评估实现无人化和自动化。此外，因为可在自动化过程中同时连接电压测量连接器、输出线缆以及流体供应管，所以该系统可灵活地适应于装配有燃料电池的汽车的自动化组装的大规模生产过程。
[0021 ] 在本发明的另一示例性实施方式中，因为在自动化过程中可同时连接电压测量连接器、输出线缆以及流体供应管，所以可以提高在燃料电池堆的激活过程中的可操作性，可以防止对燃料电池堆造成损坏并防止工人遭遇意外触电，并且当供应流体时，可确保燃料电池堆的气密性。
【附图说明】
[0022]参考附图，用于描述示例性实施方式，并且本发明的创造性构思不应被视为局限于这些附图。
[0023]图1是示意性示出了用于激活燃料电池堆的过程的框图，根据本发明的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置应用于该过程中；
[0024]图2A是示出了根据本发明的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置的视图；
[0025]图2B是示出了根据本发明的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置的平面示意图；
[0026]图3是示意性示出了应用于根据本发明的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置的连接器连接单元的框图；
[0027]图4是示意性示出了应用于根据本发明的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置的连接器连接单元的移动体的操作的示图；
[0028]图5是示意性示出了应用于根据本发明的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置的连接器连接单元的端子引导件的示图；
[0029]图6是示意性示出了应用于根据本发明的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置的连接器连接单元的连接部分的示图；
[0030]图7是示意性示出了应用于根据本发明的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置的连接部分的连接器探测件的示图；
[0031]图8A至图SB是示意性示出了应用于根据本发明的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置的燃料电池堆的示图；
[0032]图9A至图9B是示出了应用于根据本发明的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置的输出线缆连接单元的示图；
[0033]图10是示意性示出了应用于根据本发明的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置的输出线缆连接单元的移动体的操作的示图；
[0034]图11是示出了应用于根据本发明的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置的输出线缆连接单元的第一连接端子组的示图；
[0035]图12A至图12B是示出了应用于根据本发明的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置的流体供应管连接单元的示图；
[0036]图13是示出了应用于根据本发明的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置的流体供应管连接单元的移动体的操作的示图；
[0037]图14是示出了应用于根据本发明的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置的流体供应管连接单元的第二连接端子组的示图；以及
[0038]图15是示意性示出了应用于根据本发明的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置的流体供应管连接单元的气密性测试部分的示图。
【具体实施方式】
[0039]可以理解的是，如在本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他相似的术语总体上包括机动车辆，诸如乘用车(包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆)、船舶(包括各种小船和轮船)、飞行器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插入式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其他替代燃料车辆(例如，燃料源于石油以外的资源)。如本文中提及的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力两者的车辆。
[0040]尽管示例性实施方式描述为使用多个单元来执行示例性过程，然而，可以理解的是，还可通过一个或多个模块来执行示例性过程。此外，可以理解的是，术语“控制器/控制单元”指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器构造成存储模块，并且处理器特别地构造成执行所述模块，以实现一个或多个过程(在下文进一步描述)。
[0041]本文中所使用的术语仅用于描述特定实施方式，而并非旨在对本发明进行限制。如本文所使用的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the) ”旨在还包括复数形式，除非上下文另外明确地说明。还应理解的是，在本说明书中使用时，术语“包括(comprises) ”和/或“包含(comprising) ”表示存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。如本文中所使用的，术语“