KR100803660B1 - 연료 전지 저항 테스트 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료 전지 및 연료 전지 스택의 전체 내부 옴 저항을 측정하기 위해 사용되는 시스템에 관한 것이다. 상기 장치는, 입력 펄스를 발생시키는 입력 유닛, 입력 펄스를 제어하는 드라이버, 연료 전지 내에 단락을 발생시키는 적어도 하나의 MOSFET 소자를 포함하는 MOSFET 모듈, 및 선택 가능한 저항기 뱅크를 포함하는 전자적 부하 시스템, 및 연료 전지 전압을 전류 신호로 변환시키는 분류기, 전류 신호 및 전압 신호를 위한 차동 증폭기, 및 차동 증폭기에 의해 획득된 전압 신호 및 전류 신호를 수신하는 데이터 획득 시스템을 포함하는 측정 회로를 포함한다.
연료 전지, 저항, MOSFET, 단락, 분류기, 차동 증폭기
Description
본 발명은 연료 전지 및 연료 전지 스택의 전체 내부 옴 저항을 측정하기 위해 사용되는 시스템에 관한 것이다.
상기 장치는 샘플 내에 펄스 단락을 발생시키는 전자적 부하로 이루어진다. 고 전류가 전기 화학 발생기 자체에 의해 생성된 전력을 이용해서 이러한 방식으로 얻어진다.
전지 손상 및 전기 화학 현상의 발생을 방지하기 위해서, 일단 측정이 이루어지면 단락이 민첩하게 중단되어야 하지만(대개 0.1-100 msec의 펄스 단락), 응답에 대한 리액턴스 효과의 종결을 기다릴 만큼 충분히 지속되어야 한다. 측정 오차에 대한 잡음 효과는 획득된 고 전류에 의해 감소된다.
상기 장치는 작동자에 의해 설정 가능한 온/오프 비율 및 동작 진동수에 의해서 전류 펄스열을 발생시킬 수 있다. 이러한 특성에 의해, 스택이 DC/AC 변환기에 접속될 때 전력 픽업을 시뮬레이션하며 또한 이러한 조건하에서 그 응답 및 전기적 거동을 측정하는 것이 허용된다.
연료 전지는 전기 화학 공정에 의해 전기를 생성하기 위해서 수소(또는 고 수소 농도 연료)와 산소를 이용하는 장치이다.
단일 연료 전지는 두 개의 얇은 전극(다공성 양극 및 음극) 사이에 개재된 전해질로 이루어진다. 상이한 연료 전지 형태들이 존재하지만, 모두 동일한 원리로 동작한다: 수소 또는 고 수소 농도 연료가 양극에 공급되는 한편, 이 양극에서 촉매는 양으로 하전된 이온(양성자)으로부터 수소의 음으로 하전된 전자를 분리시킨다.
음극에서, 산소는 전자와 결합하며, 또한 여러 경우에 양성자 또는 물과 같은 종류와 결합하여 각각 물 또는 수산화물 이온이 된다. 폴리머 교환막(PEM, polymer exchange membrane)과 인산 연료 전지인 경우, 양성자는 산소 및 전자와 결합하도록 전해질을 통해 음극으로 이동해서 물 및 열을 생성시킨다.
알칼리성의 용해된 탄산염 및 고체의 산화물 연료 전지인 경우, 음이온들은 전해질을 통해 양극으로 이동하는 한편, 양극에서는 음이온들이 수소와 결합하여 물 및 전자를 발생시킨다. 전지의 양극 측으로부터의 전자들은 막을 관통해 양으로 하전된 음극으로 나아갈 수 없으므로, 전자들은 전지의 외측에 도달하도록 전기 회로를 통해 양으로 하전된 음극 주위로 이동해야 한다. 전자들의 이러한 이동이 전류이다.
연료 전지에 의해 생성된 전력양은 연료 전지 형태, 전지 크기, 전지가 동작하는 온도 및 가스에 의해 전지에 가해지는 압력과 같은 여러 가지 인자에 따라 달 라진다. 그럼에도 불구하고, 단일 연료 전지는 오직 최소한의 응용만을 위한 충분한 전기를 생성한다. 그러므로, 개개의 연료 전지는 대개 연료 전지 스택으로 직렬로 결합된다. 대개의 연료 전지 스택은 수백개의 연료 전지로 이루어질 수 있다.
직접 수소 연료 전지는 유일한 배출물로서 순수한 물을 생성한다. 이러한 물은 대개 수증기로서 방출된다.
연료 전지 시스템에는 또한 메탄올, 천연 가스, 가솔린 또는 기화된 석탄과 같은 고 농도 수소 연료를 연료로서 공급할 수도 있다. 많은 연료 전지 시스템에서, 이들 연료는 연료로부터 수소를 추출하는 "개질제(reformer)"를 관통해 나아간다. 내장된 개질은 몇 가지 장점을 갖는다. 무엇보다도 내장된 개질은 메탄올, 천연 가스 및 가솔린과 같이 순수 수소 가스보다 높은 에너지 밀도를 갖는 연료의 사용을 허용한다.
또한, 내장된 개질은 기존의 인프라구조(예를 들어, 자동차용 액화 가스 펌프와 고정 소스용 천연 가스 라인과 같은)를 사용하여 전달된 통상의 연료의 사용을 가능하게 한다.
고온 연료 전지 시스템은 별개의 개질제에 대한 필요성 및 그와 관련된 비용을 제거하면서, 연료 전지 자체 내에서 연료를 개질(내부 개질이라고 호칭되는 공정)시킬 수 있다. 그러나 내부 개질은 별개의 개질제와 마찬가지로 이산화탄소를 방출한다. 또한, 가스 상태의 연료 내에서 불순물은 전지 효율을 저하시킬 수 있다.
연료 전지 시스템의 디자인은 아주 복잡하며, 연료 전지 형태 및 응용에 따라 크게 변화될 수 있다. 그러나, 대부분의 연료 전지 시스템은 네 개의 기본 구성요소로 이루어져 있다.
- 연료 처리기,
- 에너지 변환 장치(연료 전지 또는 연료 전지 스택),
- 전력 변환기, 및
- 열 회수 시스템(고정된 응용을 위해 사용되는 고온 연료 전지 시스템에서 전형적으로 사용되는)
다른 구성요소와 서브시스템이 연료 전지 습도, 온도, 가스 압력 및 폐수를 제어할 것으로 예상된다.
연료 전지 시스템의 제1 구성요소는 연료 처리기이다. 연료 처리기는 연료를 연료 전지에 의해 사용 가능한 형태로 변환시킨다. 수소가 시스템에 공급되면, 처리기가 필요하지 않거나 또는 수소 저장 및 공급 시스템으로 감축될 수 있다.
시스템에 메탄올, 가솔린, 디젤 또는 기화된 석탄과 같은 고 농도 수소인 통상적인 연료에 의해 동력이 공급되면, 탄화수소를 "개질물(reformate)"이라고 호칭되는 수소 및 탄소 화합물들의 가스 혼합물로 변환시키기 위해서 통상 개질제가 사용된다. 그 다음, 많은 경우에, 개질물은 탄소 산화물 또는 황과 같은 불순물을 제거하기 위해 또 다른 리액터로 보내진 다음에 연료 전지 스택으로 보내진다. 이 때문에 가스 내에서 불순물이 연료 전지 촉매와 결합하는 것이 방지된다. 이러한 결합 공정은 "중독(poisoning)"이라고 호칭되는데, 왜냐하면 이 결합 공정에 의해 연료 전지의 효율과 평균 잔여 수명이 감소되기 때문이다.
용해된 탄화물 및 고체의 산화물 연료 전지와 같은 몇몇 연료 전지는 연료가 연료 전지 자체 내에서 개질될 수 있도록 충분히 높은 온도에서 동작한다. 이것은 내부 개질이라고 호칭된다.
내부 개질과 외부 개질은 모두 이산화탄소를 방출하지만, 연료 전지에 사용 가능한 높은 변환 효율로 인해서 가솔린 자동차에서 사용되는 엔진과 같은 내연기관에 의해 방출되는 양보다 적은 양의 이산화탄소를 방출한다.
연료 전지 시스템은 열을 발생시키기 위해 주로 사용되지는 않는다. 그러나, 상당한 양의 열이 몇몇 연료 전지 시스템, 특히 고체 산화물 및 용해된 탄산염 시스템과 같이 고온에서 동작하는 시스템에 의해 발생되므로, 이러한 과잉 에너지는 수증기 또는 고온수를 생성하는데에 사용되거나 또는 가스 터빈 또는 다른 기술을 통해 전기로 변환될 수 있다. 이는 시스템의 전체 에너지 효율을 증가시킨다.
연료 전지 스택은 에너지 변환 장치이다. 연료 전지 스택은 연료 전지 내에서 발생하는 화학 반응으로부터 직류 형태로 전기를 생성한다. 전류 인버터 또는 조절제(conditioner)의 목적은 단순한 전기 모터이든지 또는 복잡한 전력공급망이던지 간에 응용예의 전기적 필요성에 어울리도록 연료 전지로부터 전류를 변경시키는 것이다.
연료 전지가 교류를 사용하는 전력 설비에 사용되면, 직류가 교류로 변환되어야 할 것이다.
직류 및 교류 전력은 모두 조절되어야 한다. 전력 조절은 응용예의 필요성 을 만족시키기 위해 전류 유동, 전압, 주파수 및 다른 전류 특성을 제어하는 것을 포함한다.
변환 및 조절은 시스템 효율을 대략 2 내지 6 퍼센트로 아주 약간만 감소시킨다.
개방 회로에서 (즉, 전류가 발생하지 않는 때에) 연료 전지는 네른스트 방정식에 의해 기술되는 이상적인 전압을 생성한다. 일단 전류가 상승되면,
연료 전지의 내부 옴 손실을 측정하기 위해, 활성화로부터의 기여도와 확산 기여도들을 분리할 필요가 있다. 전자(前者)의 동적 응답이 다른 것들의 동적 응답보다 훨씬 빠르므로, 전기 화학 인자들이 발생될 시간을 갖지 못할 때에, 옴 저항은 회로의 계단식 폐쇄 이후에 즉시 측정된 전류 및 전압으로 채워지는 옴의 법칙에 의해 계산될 수 있다.
상업적으로 중요한 연료 전지 및 연료 전지 스택 이외에, 고 전류값이 저 전압에서 생성되는 것이 기대된다. 대개 전류는 실험실 규모의 전지인 경우의 수 암페어로부터 완전한 크기의 스택인 경우의 수천 암페어 이상까지 범위를 갖는다. 어쨌든 전지 양단의 전압은 대략 1 볼트 이하(대개 0.5 볼트 내지 1 볼트)이다.
이러한 폭넓은 전류 범위 능력을 허용하는 측정 장치의 필요성은 본 발명에 의해 충족된다.
종래 기술에서 개발된 다른 종류의 장치에서, 회로의 개방 이후에 즉시 또는 사인파형 드라이브에 대한 전지의 주파수 응답을 검토한 이후에 즉시 측정이 수행되며, 그에 따라 많은 오차 소스를 갖는 값의 오직 대략적인 추정만이 제공된다.
낮은 내부 저항은 연료 전지의 특성 중 하나이며, 따라서 저 전압이 이러한 저항을 통해 측정되는 것이 예상된다. 이런 이유로, 고 전류를 사용하면서 높은 정확도(즉, 측정에 대한 낮은 잡음 영향)가 얻어질 수 있다. 이러한 목적은 여전히 달성되지 않고 있다.
실제로, 제이. 알. 셀만(Selman)과 와이. 피. 린(Lin)의 논문 "연료 전지 연구 및 개발에서 교류 임피던스의 응용(application of AC impedance in fuel cell research and development)" 또는 임피던스 측정에 대한 아주 복잡한 이론적이며 기술적인 접근이 사용된 미국 특허 제6,002,238호에서와 마찬가지로, 이러한 방향으로의 많은 시도들이 서로 간섭되는 많은 서브 시스템으로 이루어진 비싼 벤치톱(benchtop) 실험실 설비의 개발을 가져왔다는 사실이 문헌에 나타나 있다.
이러한 그리고 많은 다른 경우에, 필요한 측정 정확도는 회수를 감소시키는 한편 시스템의 응용 비용을 증가시키는 기술적이며 또한 실용적인 인자들을 부정적으로 조절함에 의해서 항상 영향을 받는다.
본 발명의 일반적인 목적은 높은 정확도로 그리고 종래 기술의 복잡성이 없이 연료 전지 또는 연료 전지 스택의 전체 내부 저항을 측정하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 DC/AC 인버터에 접속될 때 연료 전지 거동을 효율적으로 시뮬레이션하도록 단일 펄스의 측정과 펄스열의 측정을 허용하는 장치를 제공하는 것이다.
전술한 특성은 청구항 제1항에 따른 장치 및 청구항 제5항에 따른 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 측정 시스템은,
- 입력 펄스를 발생시키는 입력 유닛,
- 상기 입력 유닛의 입력 펄스를 제어하는 드라이버,
- 상기 드라이버에서 제어된 입력 펄스를 입력받아 연료 전지 내에서 단락을 발생시키고, 전압 접점(게이트)을 사용하여 두 개의 접점(소스 및 드레인) 사이에 전류를 제어하는 적어도 하나의 MOSFET 소자를 포함하는 MOSFET(금속 산화물 실리콘 전계 효과 트랜지스터) 모듈, 및
- 상기 MOSFET 모듈과 연료 전지에 직렬로 연결되고 회로의 응답속도를 향상시키는 선택 가능한 저항기 뱅크를 포함하는
전자적 부하 시스템, 및
- 상기 저항기 뱅크에 연결되어 연료 전지의 전압을 전류 신호로 변환시키는 분류기,
- 상기 분류기의 전류 신호와 연료 전지의 전압 신호를 획득하기 위한 차동 증폭기, 및
- 상기 차동 증폭기에 의해 획득된 전압 신호 및 전류 신호를 수신하는 데이터 획득 시스템이 포함된
측정 회로를 포함한다.
전술한 바와 같이, 연료 전지의 낮은 내부 저항으로 인해서, 높은 측정 정확도를 획득하기 위해 고 전류 펄스가 이용된다. 이러한 특성은 저 전압이 인가되는 단일 연료 전지 테스트에 대한 응용을 위해 매우 중요하다.
샘플 연료 전지 자체에 의해 생성된 전력은 상기 개방 회로 조건으로부터 일시적인 단락을 발생시키는 목적을 위해 사용된다. 단락의 지속성은 응답에 대한 리액턴스(reactance) 효과의 종결을 기다릴 만큼 충분히 길어야 하며, 동시에 편광 또는 확산과 같은 전기 화학 현상의 발생 및 전지 손상을 피할 만큼 충분히 짧아야 한다.
0.1 내지 100 밀리초의 전형적인 범위가 측정 목적을 위해 적절한 것으로 알려져 있다. 높은 작용 속도를 위해서, 적어도 하나의 MOSFET 소자를 포함하는 저 저항 MOSFET 모듈이 제일 급격한 단락 펄스를 획득하기 위해 사용된다. 모듈 내에서 MOSFET 소자의 개수는 펄스 범위를 변경하기 위해 변화될 수 있다.
MOSFET(금속 산화물 실리콘 전계 효과 트랜지스터)은 전압 접점(게이트)을 사용하여 두 개의 접점(소스 및 드레인) 사이에 전류를 제어하는 소자이다. 그 소자는 p형 기판 내에 n형 영역을 생성하기 위해 (또는 그 반대로) 표면 효과를 사용한다.
p형 기판, 산화물층 및 금속 게이트를 사용하는 단순한 축전기 구조를 고려할 때, 게이트에 양전위를 인가함으로써(기판은 접지되고), 전자들이 게이트로 끌어 당겨져서 게이트 아래의 표면에 축적될 것이다.
문턱 전압이라고 호칭되는 어떤 전압(Vth)에서, 게이트 아래의 영역은 n > p 인 충분한 추가 전자들을 가질 것이며, 재료는 p형이 아니라 n형일 것이다. 산화물이 게이트쪽으로의 전류 유동을 멈추게 하는 한편 전자들이 게이트 아래에 축적되도록 하며 또한 재료를 n형으로 변화시키므로, 산화물이 매우 중요하다.
이러한 기본적인 MOSFET 구조는 n형 영역이 소스 및 드레인으로 알려진 각각의 에지에 위치되어 있는 축전기 구조를 사용한다.
그 소자의 기본적인 동작은 VG > Vth에 의해 게이트를 바이어스시키며 또한 소스와 드레인 사이에 n형 영역을 형성하는 것이다. 이는 n형 소스 영역 및 n형 드레인 영역 사이에 전자들이 유동하는 단순한 n형 통로를 제공한다. 이 영역이 채널로 호칭된다. 채널을 형성하지 않고 상당한 전류가 유동되는 것이 허용되지 않는 두 개의 백투백(back to back) 다이오드가 형성된 점이 주목된다.
이러한 채널의 형성은 소스와 드레인 사이에 단순한 저항 통로를 제공한다. 채널의 두께는 게이트 전위와 표면 근처의 기판 내의 전위 사이의 차이의 함수이다.
소스와 드레인 사이에 전압을 인가하며 그에 따라 전류가 흐르게 함으로써, 소스는 대개 접지되고 드레인은 VDS로 바이어스될 것이다. 게이트 전위를 사용하면서 채널의 두께를 변화시킬 수 있는 능력은 소스로부터 드레인으로 전류를 제어하는 수단을 제공하며, 따라서 전압 제어된 저항기가 기본적으로 형성될 수 있다.
주목할 한 가지는 드레인 전압의 인가가 드레인 근처의 표면에서의 기판 영역의 전위를 상승시킨다는 것이다. 이는 그 단부에서 더 얇은 채널을 야기시킨다(게이트 대 기판 전위가 감소됨에 따라).
드레인 전압이 충분히 증가되면, 새로운 조건이 발생한다(VDS > VDS , sat, VDS , sat는 포화전압). 드레인에서 게이트 대 기판 전위가 문턱값보다 작아질 만큼 드레인 전압은 충분히 크게 된다. 그러므로, 이러한 경우 채널의 두께는 0으로 된다. 이는 핀치오프(pinch-off)로 호칭된다.
전기적으로 핀치오프의 효과는 채널이 더이상 단순한 저항기와 같이 작용하지 않는다는 것이다. 전류 IDS는 핀치오프 직전의 값으로 고정(포화)된다.
그러므로, MOSFET에 대한 방정식은,
- 3극관 영역: VGS > Vth, VDS < VDS , sat 에서
여기서, VDS 2/2 항목은 VDS가 VDS,sat로 접근함에 따라 게이트 영역에서 채널의 협소화를 고려한다.
- 포화 영역: VGS > Vth, VDS > VDS , sat 에서
포화 상태에서 MOSFET은 비선형 전압 제어 전류와 같이 동작한다.
MOSFET 모듈은 드라이버 신호에 대한 매우 빠른 응답, 따라서 회로를 매우 급격하게 폐쇄하며 개방하는 능력이라는 특징을 갖는다.
저 전압에서 고 전류가 필요하기 때문에, MOSFET 모듈이 저 저항을 갖는 것도 또한 중요하다.
이러한 구성요소의 또다른 중요한 특징은 매우 낮은 전압이 인가되더라도 구성요소가 활성화를 유지한다는 것이다. 특히, MOSFET 모듈은 0.5볼트 이하의 전압으로 작동할 수 있다. 이러한 전압 레벨은 유사한 응용예를 위한 상용화된 소자에 사용되는 BJT, GTO 및 IGBT와 같은 상이한 전자 소자를 사용해서는 얻어질 수 없다. 보다 높은 전압에서만 측정을 수행하는 상업적인 소자의 한계는 본 발명에 의해 제거된다.
도 1 및 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 시스템은 전자적 부하 및 측정/데이터 획득 유닛을 포함한다.
도 1에 도시된 전자(前者)인 전자적 부하는 설정 가능한 시간 영역 펄스를 발생시키는 입력 유닛을 갖고, 그 다음에 MOSFET을 파이럿시키기 위해 입력 펄스를 적합하게 하는 드라이버가 있으며, 이는 결국 연료 전지 내에 단락을 발생시킨다.
전류 또는 전압 구동 전자적 부하의 사용이 폐기되는데, 왜냐하면 그것은 회로에 영향을 미치는 출력 측정에 대한 피드백을 발생시키기 때문이며, 따라서 저항은 고정되는 한편 전류와 전압이 모두 측정될 것이다.
RLC 시리즈에 필적하는 회로의 응답 속도는 전체 저항에 따라 달라지며, 따라서 저항이 커질수록 회로의 시간 상수가 작아지고, 결과적으로 응답에 대한 리액턴스 효과가 작아진다.
이러한 특징을 강화시키기 위해, 연료 전지와 직렬로, 선택 가능한 분류기 저항기들의 뱅크가 존재한다.
아무튼, 고 저항은 전류를 감소시키고 결과적으로 측정의 정확도를 감소시킨다.
그러므로, 저항은 원하는 응답 속도와 정확도 사이의 절충으로서 선택되어야 한다. 모든 접속과 저항기는 낮은 인덕턴스가 되도록 선택된다. 부하 요소는 국부 온도가 너무 높아질 때 전류를 제한하는 안전 시스템에 접속된다.
그 다음, 소정의 내부 저항값을 획득하기 위해서, 연료 전지는 측정 장치에 접속된다.
도 2는 이러한 측정 회로의 단순화된 방안을 보여준다. 여기서, 그 단부에서 전압 측정에 의해 전류값을 획득하기 위해 분류기가 사용된다. 이러한 값은 차동 증폭기에 의해 데이터 획득 시스템으로 발송된다. 대신에, 전압은 연료 전지의 두 단부에서 직접 측정되며, 또한 전류 신호에 대해서와 같이 이러한 경우에 차동 증폭기는 전압 신호를 획득 시스템으로 보낸다.
주변 잡음을 감소시키기 위해 모든 신호 접속 내에 능동 차동 프로브가 포함된다. 또한 통상적인 응용과는 달리, 전달될 소스 전압이 낮기 때문에, 능동 차동 프로브는 신호를 증폭시켜야 한다(대개 이득은 10 이상이다).
또한 전술한 시스템은 DC/AC 인버터에 접속될 때 연료 전지 거동을 평가하기 위해 응용될 수 있다. 이러한 목적을 위해서, 연료 전지 내에서 일련의 전류 펄스가 발생될 수 있고, 온/오프 시간 비율 및 동작 주파수는 넓은 영역 내에서 작동자에 의해 설정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 중요한 장점은 계단 전류 전이를 위해 필요한 구동 에너지가 대개 외부 소스로부터 발생되며 따라서 전체 시스템을 복잡하게 하고 공정의 효용성의 최적화에 관해 몇몇 문제를 발생시킨다는 사실에 기인한다. 이와 반대로, 본 발명에 의해서 연료 전지 내에서 이용 가능한 내부 에너지가 사용될 수 있다.
Claims (11)
- 연료 전지 및 연료 전지 스택의 전체 내부 저항을 측정하는 장치로서,- 입력 펄스를 발생시키는 입력 유닛,- 상기 입력 유닛의 입력 펄스를 제어하는 드라이버,- 상기 드라이버에서 제어된 입력 펄스를 입력받아 연료 전지 내에서 단락을 발생시키고, 전압 접점(게이트)을 사용하여 두 개의 접점(소스 및 드레인) 사이에 전류를 제어하는 적어도 하나의 MOSFET 소자를 포함하는 MOSFET(금속 산화물 실리콘 전계 효과 트랜지스터) 모듈, 및- 상기 MOSFET 모듈과 연료 전지에 직렬로 연결되고 회로의 응답속도를 향상시키는 선택 가능한 저항기 뱅크를 포함하는전자적 부하 시스템, 및- 상기 저항기 뱅크에 연결되어 연료 전지의 전압을 전류 신호로 변환시키는 분류기,- 상기 분류기의 전류 신호와 연료 전지의 전압 신호를 획득하기 위한 차동 증폭기, 및- 상기 차동 증폭기에 의해 획득된 전압 신호 및 전류 신호를 수신하는 데이터 획득 시스템이 포함된측정 회로를 포함하는 연료 전지 및 연료 전지 스택의 전체 내부 저항 측정 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 MOSFET 모듈은 0.1 내지 100 밀리초의 단락 펄스를 생성하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 및 연료 전지 스택의 전체 내부 저항 측정 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,선택 가능한 저항기 뱅크는 연료 전지에 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 및 연료 전지 스택의 전체 내부 저항 측정 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 측정 장치에는 주변 잡음(noise)을 감소시키고, 신호를 증폭시키기 위하여 모든 신호 측정 접속부 내에 능동 차동 프로브(active differential probe)가 포함되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 및 연료 전지 스택의 전체 내부 저항 측정 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,모든 접속 및 저항기는 낮은 유도성을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 및 연료 전지 스택의 전체 내부 저항 측정 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,부하 요소는 국부 온도가 너무 높아질 때 전류를 제한하는 안전 시스템에 접속되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 및 연료 전지 스택의 전체 내부 저항 측정 장치.
- 연료 전지 및 연료 전지 스택의 전체 내부 저항을 측정하는 방법으로서,입력 펄스를 발생시키는 단계,MOSFET 모듈에 의해 연료 전지 내에 단락을 생성시키는 단계,회로가 폐쇄될 때 저항 계산을 위해 전지의 전압을 측정하는 단계,분류기에 의해 전지 전류 신호를 획득하는 단계, 및전압 신호 및 전류 신호를 획득 시스템으로 전달하는 단계를 포함하는 연료 전지 및 연료 전지 스택의 내부 저항 측정 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 데이터 획득 시스템의 응답에 대한 리액턴스 효과는,저항기 뱅크에 의하여 회로 저항의 증가와 회로의 시간 상수의 감소를 증대시키는 것을 특징으로 하는 연료 전지 및 연료 전지 스택의 내부 저항 측정 방법.
- 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,MOSFET 모듈은 단일 연료 전지의 전압이 인가되는 경우에도 활성을 유지하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 및 연료 전지 스택의 내부 저항 측정 방법.
- 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,상기 데이터 획득 시스템의 측정 오차에 대한 잡음 효과는,신호 증폭과 주변 잡음의 감소를 제공하는 능동 차동 프로브에 의하여 획득된 고 전류에 의하여 감소되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 및 연료 전지 스택의 내부 저항 측정 방법.
- 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,전류 펄스열은 작동자에 의해 설정 가능한 온/오프 비 및 동작 주파수에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 및 연료 전지 스택의 내부 저항 측정 방법.
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