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]相关申请的交叉引证
[0002]本申请要求于2014年12月8日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0175099号的优先权，其全部内容通过引证结合于此。
技术领域
[0003]本发明构思的示例性实施方式涉及一种燃料电池堆的激活系统。更具体地，本发明构思涉及一种燃料电池堆的激活装置，该激活装置能够对燃料电池堆自动实施激活和性能评估过程。
【背景技术】
[0004]通常，燃料电池包括用于与燃料和氧化剂产生电化学反应的电极、用于传输由反应产生的质子的聚合物电解质膜、以及用于支撑电极和聚合物电解质膜的隔离件(在业内通常称为“隔板”)。
[0005]聚合物电解质燃料电池作为用于车辆的燃料电池而最受关注。聚合物电解质燃料电池的优点在于其具有高效率以及高电流密度和输出密度，其具有较短的启动时间，其不易腐蚀，并且与其他类型的燃料电池相比较，因为其使用聚合物电解质，所以不需要控制电解质。
[0006]而且，在全球汽车业中，因为聚合物电解质燃料是仅释放水作为排放气体的环境友好型能源，所以正在对聚合物电解质燃料电池进行积极的研究。
[0007]聚合物电解质燃料电池在通过燃料(包括氢气)与氧化剂(诸如，空气等)之间的电化学反应产生水和热的同时产生电能。
[0008]也就是说，在聚合物电解质燃料电池中，使供应的燃料在阳极的催化剂中分离成质子和电子，并且通过聚合物电解质膜将分离的质子传输至阴极。在这种情况下，使分离的质子与供应的氧化剂和通过外部导体接收的电子结合，从而在产生水的同时产生电能。
[0009]在用于车辆的实际燃料电池中，为了获得高电势，根据所需电势来堆叠单元电池。堆叠的单元电池被称为堆。
[0010]燃料电池的电极包括氢离子载体与催化剂的混合物。在制备燃料电池的初始操作中，电化学反应的活性可能较低。
[0011]其原因在于，因为反应物的移动路径被堵塞，所以反应物不能够到达催化剂，在初始操作中，形成三相界面的氢离子载体不易被水解，并且难以确保氢离子与电子的连续迀移率。
[0012]出于这个原因，为了确保在将燃料电池组装在燃料电池堆中之后的燃料电池的最佳性能，即，包括膜电极组件(包括电极和聚合物电解质膜)以及隔离件的燃料电池的发电总和，需要对燃料电池实施激活和性能评估过程。
[0013]激活和性能评估的目的是移除在膜电极组件和燃料电池堆的制备过程中流入的残留杂质、激活并不参与反应的部位、确保移动通道(反应物可在该移动通道中移动至催化剂)，并且通过使包括在聚合物电解质膜和电极中的电解质充分水解而确保氢离子通道。
[0014]根据燃料电池制造商，可以各种方式执行燃料电池的激活，但主要激活方法是在特定电压下的长时间操作。
[0015]在制备多个燃料电池的堆之后，通过将燃料和氧化剂供应至燃料电池、将从燃料电池产生的电能施加至电负载设备、以及检查电池电压，用于激活燃料电池的常规设备可对燃料电池堆执行激活和性能评估过程。
[0016]在燃料电池堆的激活和性能评估过程中，电压测量设备的连接器连接至分别从燃料电池堆的燃料电池突出的接线端，连接至电负载设备的输出电缆连接至燃料电池堆的两侧上的输出接线端，并且用于将流体(例如，氢气、空气、以及冷却剂)供应至燃料电池堆的燃料电池的流体供应管连接至燃料电池堆的歧管。
[0017]在将电压测量设备的连接器连接至从燃料电池堆的燃料电池突出的相应接线端的过程中，手动连接连接器与燃料电池的接线端。因此，在常规技术中，因为电压测量设备的连接器手动连接至燃料电池堆的燃料电池的接线端，所以可操作性可能较低，可能过多地浪费连接连接器与接线端所花费的任务时间，并且当将连接器连接至接线端时，可能损坏燃料电池堆。
[0018]而且，在将连接至电负载设备的输出电缆连接至燃料电池堆的两侧上的输出接线端的过程中，工人使用螺栓将连接至电负载设备的母线和输出电缆与燃料电池堆的输出接线端接合。因此，在常规技术中，如果工人将输出电缆手动连接至燃料电池堆的输出接线端以及手动使输出电缆与燃料电池堆的输出接线端断开连接，则工人可能暴露于电击的危险。S卩，尽管停止向燃料电池堆供应氢气和空气，但由于残留在燃料电池堆中的氢气与空气的电化学反应，还是会产生电流。因此，当使输出电缆从输出接线端分离时，工人可能遭遇电击事故。
[0019]而且，在使燃料供应管(该燃料供应管用于将流体供应至燃料电池堆的燃料电池)连接至燃料电池堆的歧管的过程中，将燃料电池堆手动地推动并连接至激活设备的流体供应管。因此，在常规技术中，因为将几十千克的燃料电池堆手动地推动并连接至激活设备的流体供应管，所以可操作性差。而且，当流体供应管与燃料电池堆的歧管连接时，难以保证流体供应管与燃料电池堆的歧管之间的气密性。
[0020]【背景技术】部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明构思的背景部分的理解，因此，其可能包含并不构成已为该国本领域技术人员已知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0021]本公开致力于提供具有下列优点的燃料电池堆的激活装置，该优点为，通过以多通道的方式对燃料电池堆自动地实施激活和性能评估过程，来处理用于燃料电池车辆的自动组装批量生产过程。
[0022]而且，本发明构思的示例性实施方式提供具有下列优点的燃料电池堆的激活装置，该优点为，同时自动地连接用于燃料电池堆的电压测量连接器、输出电缆以及流体供应管。
[0023]本发明构思的示例性实施方式提供燃料电池堆的激活装置，该激活装置用于对处于已经进入框架的状态的燃料电池堆自动地执行激活和性能评估过程。燃料电池堆的激活装置可包括:i)连接器连接组件，连接器连接组件以电动的方式安装在框架中，以在燃料电池堆的进入方向上进行往复运动，并且连接器连接组件被构造成将多个连接器探针连接至燃料电池堆的电池接线端；ii)输出电缆连接组件，输出电缆连接组件以电动的方式安装在框架中，以在横向于燃料电池堆的第一侧的方向上进行往复运动，并且输出电缆连接组件被构造成将正(+)输出电缆连接至燃料电池堆的第一侧；以及iii)流体供应管件连接组件，流体供应管连接组件以电动的方式安装在框架中，以在横向于燃料电池堆的第二侧的方向上进行往复运动，并且流体供应管连接组件被构造成将负(-)输出电缆连接至燃料电池堆的第二侧并且将流体供应管连接至燃料电池堆的歧管。
[0024]根据本发明构思的示例性实施方式的激活装置可在通过载体传输燃料电池堆并且对燃料电池堆执行外观测试之后对设置在至少两个通道中的至少两个燃料电池堆自动地执行激活和性能评估过程。
[0025]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，多个激活装置可通过燃料电池堆的传输路径介于激活装置之间的方式而彼此间隔开并且设置在两个通道中。
[0026]根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置可通过连接器连接组件而自动地连接电池电压测量设备与燃料电池堆的电池接线端，可通过输出电缆连接组件和流体供应管连接组件使电负载设备的输出电缆自动地连接至燃料电池堆的输出接线端，并且可通过流体供应管连接组件使流体供应设备的流体供应管自动地连接至燃料电池堆的歧管。
[0027]根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置可通过流体供应管将氢气和空气供应至燃料电池堆的单元电池，可通过输出电缆将由单元电池产生的电能施加给电负载设备，并且可使用电池电压测量设备来测量单元电池的施加给电负载设备的单元电压。
[0028]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，连接器连接组件可包括:第一可移动体，第一可移动体安装在框架中，以通过第一致动器而在燃料电池堆的进入方向上进行往复运动；近端传感器，近端传感器安装在框架中并且被构造成限制第一可移动体的移动位置；接线端引导件，接线端引导件安装在第一可移动体中，以相对于燃料电池堆的电池接线端而进行往复运动，并且接线端引导件被构造成支撑电池接线端；以及连接单元，连接单元被构造成包括连接至电池接线端的连接器探针，电池接线端布置在接线端引导件中并且安装在第一可移动体中，以进行往复运动。
[0029]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，接线端引导件可包括导块，导块安装在第一可移动体中，以通过第二致动器而在燃料电池堆的进入方向上进行往复运动。
[0030]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，可在导块中形成“ V”形槽以用于支撑电池接线端。
[0031]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，可在V形槽中形成插入槽，电池接线端分别插入到插入槽中。
[0032]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，导块安装在第二致动器的连接平台中，以通过第一导杆而移动。
[0033]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，用于缓冲电池接线端上的支撑压力的缓冲弹簧可安装在位于导块与第二致动器的连接平台之间的第一导杆中。
[0034]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，用于检测与第二致动器的连接平台的接触的第一棒状电池可安装在导块中。
[0035]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，连接单元可包括探针块，探针块安装在第一可移动体中，以通过第三致动器而上下往复运动。
[0036]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，与电池接线端接触的连接器探针可被连续地布置在探针块中。
[0037]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，探针块可包括安装孔，每个安装孔均的内径均大于连接器探针的外径，并且用于支撑每个连接器探针的一对固定板可通过安装孔而安装在探针块中。
[0038]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，环形构件可牢固地安装在连接器探针中。
[0039]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，环形构件可以特定的间隔与固定板间隔开并且设置在固定板之间。
[0040]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，每个连接器探针均可包括:外壳构件，外壳构件安装在探针块中；探针销，探针销以上下移动的方式安装在所述外壳构件内；复位弹簧，复位弹簧安装在外壳构件中并且被构造成向探针销施加弹力；以及连接器头，连接器头安装在探针销中，并且连接器头被构造成与每个电池接线端接触且具有支撑电池接线端的“V”形头槽。
[0041]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，输出电缆连接组件可包括:第二可移动体，第二可移动体安装在框架中，以通过第四致动器而在横向于燃料电池堆方向的第一侧上的侧面的方向上进行往复运动；以及一对第一连接接线端装置，第一连接接线端装置弹性地安装在第二可移动体中并且连接至燃料电池堆的正(+)输出接线端。
[0042]在根据本方敏构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，用于支撑燃料电池堆的第一侧上的侧面的一对附接件可安装在第二可移动体中。
[0043]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，每个第一连接接线端装置均可包括:第一电缆连接构件，第一电缆连接构件牢固地安装在第二可移动体中并且通过正(+)输出电缆而连接至电负载设备；第一接线端棒，第一接线端棒从第一电缆连接构件的内部突出至外部，第一接线端棒被安装成在横向于燃料电池堆的第一侧上的侧面的方向上移动，并且第一接线端棒被构造成具有安装在第一接线端棒的突出端处的第一连接接线端；以及第一弹簧，第一弹簧安装在第一电缆连接构件内并且被构造成向第一接线端棒施加弹力。
[0044]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，第一连接接线端可插入到设置在燃料电池堆的第一侧上的侧面中的每个接线端孔中并且被构造成形成锥形形状的外周缘。
[0045]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，第四致动器可包括连接至第二可移动体的致动气缸。
[0046]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，第二可移动体可安装在框架中，以通过一对第二导杆而进行往复运动。
[0047]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池堆的激活装置中，这一对第二导杆可插入到设置在框架中的一对第一支撑块中并且被构造成引导第二可移动体的移动。
[0048]在根据本发明构思的示例性实施方式的燃料电池