KR101308254B1 - Apparatus and method for monitoring of fuel cell stack status - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An apparatus and a method for diagnosing a fuel cell stack state are provided to increase diagnosis efficiency by diagnosing the fuel cell stack state according to whether or not the principle of superposition is valid after applying diagnosing signals to a fuel cell stack. CONSTITUTION: An apparatus for diagnosing a fuel cell stack state comprises a signal generating part (31), a signal processing part (32), and a determining part (33). The signal generating part is arranged to apply two or more diagnosing direct current signals to a fuel cell stack (10). The signal processing part measures response signals corresponding to the diagnosing direct current signals from the fuel cell stack. The determining part determines whether or not the fuel cell stack is abnormal by comparing the sum of the response signals corresponding to the diagnosing direct current signals and a response signal of a diagnosing overlap signal corresponding to the sum of the diagnosing direct current signals. [Reference numerals] (20) Load; (31) Signal generating unit; (32) Signal processing unit; (33) Determining unit

Description

연료 전지 스택의 상태 진단 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING OF FUEL CELL STACK STATUS}Apparatus and method for diagnosing a state of a fuel cell stack {APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING OF FUEL CELL STACK STATUS}

본 발명은 연료 전지 스택의 상태 진단 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료 전지 스택에 인가된 신호에 대한 응답의 선형성 여부를 판단하는 기술이 개시된다.The present invention relates to an apparatus and method for diagnosing a state of a fuel cell stack, and more particularly, a technique for determining whether or not linearity of a response to a signal applied to a fuel cell stack is disclosed.

현재 차량 구동을 위한 전력공급원으로는 연료전지 중 가장 높은 전력밀도를 갖는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 형태가 가장 많이 연구되고 있으며, 이는 낮은 작동온도로 인한 빠른 시동시간과 빠른 전력변환 반응시간을 갖는다. 이러한 고분자 전해질막 연료전지는 수소이온이 이동하는 고체 고분자 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly), 반응가스들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer), 반응가스들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응가스들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(Bipolar Plate)을 포함하여 구성된다.Currently, as the power supply for driving a vehicle, a type of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) having the highest power density among fuel cells (PEMFC) is being studied, which is a low operating temperature. Fast start-up time and fast power conversion response time. The polymer electrolyte membrane fuel cell evenly distributes the reaction gas generated through a membrane electrode assembly (MEA) having a catalytic electrode layer having an electrochemical reaction on both sides of the solid polymer electrolyte membrane in which hydrogen ions move, and generated. Gas Diffusion Layer (GDL), which serves to transfer electrical energy, gaskets and fasteners for maintaining the tightness and proper fastening pressure of the reaction gases and cooling water, and separators for moving the reaction gases and cooling water. (Bipolar Plate) is included.

이러한 구성을 단위 셀로 하여 복수의 단위 셀들을 적층한 뒤 가장 바깥쪽에 집전판(Current Collector) 및 절연판, 적층 셀들을 지지하기 위한 엔드플레이트(End Plate)를 결합하는데, 엔드플레이트 사이에 단위 셀들을 반복 적층하여 체결함으로써 연료전지 스택을 구성하게 된다. 실제 차량에서 필요한 전위를 얻기 위해서는 단위 셀을 필요한 전위만큼 적층해야 하며, 단위 셀들을 적층한 것이 스택이다. 단위 셀의 기전력은 연료 및 산소에 의존한다. 예를 들면 수소를 이용하는 수소 연료전지 셀의 경우에는 이상적인 출력 전압은 약 1.3V이므로, 차량 구동에 필요한 전력을 생산하기 위해 다수의 셀을 직렬로 적층하고 있다.A plurality of unit cells are stacked on the unit cell, a current collector, an insulating plate, and an end plate for supporting the stacked cells are coupled to the outermost unit cell. Thereby forming a fuel cell stack. In order to obtain a potential required in an actual vehicle, unit cells must be stacked as many as required, and stacking unit cells is a stack. The electromotive force of the unit cell depends on fuel and oxygen. For example, in the case of a hydrogen fuel cell using hydrogen, the ideal output voltage is about 1.3V, so that a plurality of cells are stacked in series to produce electric power for driving a vehicle.

한편, 연료전지 차량에서는 셀의 전압을 스택 성능 및 운전상태, 고장 여부 등을 파악하는데 사용하고 있고, 더불어 반응가스의 유량 제어 등 시스템의 다양한 제어에 사용하고 있는바, 대표적으로 분리판을 커넥터 및 도선으로 셀 전압 측정장치에 연결하여 측정하고 있다.On the other hand, in the fuel cell vehicle, the cell voltage is used for grasping the stack performance, operation state, failure, etc., and is used for various control of the system such as flow rate control of the reaction gas. It is measured by connecting to cell voltage measuring device by lead wire.

종래의 셀 전압 측정장치(CVM:Cell Voltage Monitoring)는 스택 내의 모든 셀 또는 2개 셀의 전압을 직접 측정하는 것으로, 측정 정보를 모든 셀의 전압을 취합하는 주 제어기(상위 제어기)가 통합 처리하며, 고장 원인보다는 고장 결과로 인해 나타나는 전압 강하를 감시하는 방식이다. 그러나, 종래의 방법은 각 셀의 전압을 측정하기 때문에 각 셀에 대응하는 커넥터가 필요하며, 전압 강하를 감시하는 장치를 구성하는데 복잡하다는 문제점이 있다.Conventional cell voltage monitoring (CVM) directly measures the voltage of every cell or two cells in the stack, and the measurement information is integrated by the main controller (the upper controller) that collects the voltages of all the cells. In other words, it monitors the voltage drop caused by the fault result rather than the cause of the fault. However, the conventional method requires a connector corresponding to each cell because it measures the voltage of each cell, and there is a problem in configuring a device for monitoring the voltage drop.

본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1090705호(2011. 12. 01)에 기재되어 있다.The background technology of the present invention is described in Republic of Korea Patent Publication No. 10-1090705 (Dec. 1, 2011).

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 연료 전지 스택의 상태를 진단하기 위해, 스택에 진단용 신호를 인가한 후 그 응답을 분석하여 중첩의 원리가 성립하는지 여부에 따라 스택의 상태를 진단하는 기술을 제공하기 위함이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a technique for diagnosing the state of the stack depending on whether the principle of superposition is established by applying a diagnostic signal to the stack and analyzing the response to diagnose the state of the fuel cell stack. To do this.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택의 상태 진단 장치는, 연료 전지 스택에 두 개 이상의 진단용 직류 신호를 인가하는 신호 발생부와, 상기 스택으로부터 상기 진단용 직류 신호에 대응한 응답신호를 측정하는 신호 처리부와, 상기 스택에 상기 두 개 이상의 진단용 직류 신호를 각각 인가한 경우 그에 대응한 각각의 응답신호 합과, 상기 두 개 이상의 진단용 직류 신호를 합산한 값에 대응하는 진단용 중첩 신호를 인가한 경우 그에 대응한 응답신호를 비교하여 상기 스택의 이상 유무를 판단하는 판단부를 포함한다.An apparatus for diagnosing a state of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention includes a signal generator for applying two or more diagnostic DC signals to a fuel cell stack, and measuring a response signal corresponding to the diagnostic DC signals from the stack. In the case of applying the signal processing unit and the two or more diagnostic DC signals to the stack, respectively, the response signal sum corresponding thereto and the diagnostic superimposition signal corresponding to the sum of the two or more diagnostic DC signals are applied. It includes a determination unit for comparing the corresponding response signal to determine whether the stack abnormality.

또한, 상기 신호 발생부는, 상기 두 개 이상의 진단용 직류 신호를 기 설정된 시간 간격으로 상기 스택에 인가할 수 있다.The signal generator may apply the two or more diagnostic DC signals to the stack at predetermined time intervals.

또한, 상기 판단부는, 상기 두 개 이상의 진단용 직류 신호를 각각 인가한 경우의 응답신호의 합과 상기 진단용 중첩 직류 신호에 대한 응답신호가 같으면 상기 스택의 상태를 정상으로 판단하고, 다르면 상기 스택의 상태를 비정상으로 판단할 수 있다.The determination unit may determine that the stack state is normal when the sum of the response signals when the two or more diagnostic DC signals are equal to the response signal to the diagnostic overlapping DC signal is different, and when the difference is different, the state of the stack. Can be determined to be abnormal.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료 전지 스택의 상태 진단 방법은, 연료 전지 스택의 상태 진단 장치의 스택 상태 진단 방법에 있어서, 상기 스택에 두 개 이상의 진단용 직류 신호를 각각 인가하는 단계와, 상기 스택으로부터 상기 진단용 직류 신호에 대응한 각각의 응답신호를 측정하는 단계와, 상기 두 개 이상의 진단용 직류 신호를 합산한 값에 대응하는 진단용 중첩 직류 신호를 상기 스택에 인가하는 단계와, 상기 스택으로부터 상기 진단용 중첩 직류 신호에 대응하는 응답신호를 측정하는 단계와, 측정된 상기 각각의 응답신호의 합과 상기 진단용 중첩 직류 신호에 대응하는 응답신호를 비교하여 상기 스택의 이상 유무를 판단하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for diagnosing a state of a fuel cell stack, the method for diagnosing a state of a stack state of an apparatus for diagnosing a state of a fuel cell stack, the method comprising: applying two or more diagnostic DC signals to the stack; Measuring each response signal corresponding to the diagnostic DC signal from a stack; applying a diagnostic overlapping DC signal corresponding to the sum of the two or more diagnostic DC signals to the stack; Measuring a response signal corresponding to a diagnostic superimposed direct current signal; and comparing the sum of the respective response signals measured with a response signal corresponding to the diagnostic superimposed direct current signal to determine whether there is an abnormality in the stack. .

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택의 상태 진단 장치 및 그 방법은 연료 전지 스택의 상태를 진단하기 위해, 스택에 진단용 신호를 인가한 후 그 응답을 분석하여 중첩의 원리가 성립하는지 여부에 따라 스택의 상태 진단함으로써 스택의 상태 진단 성능을 향상시킬 수 있다.As described above, the apparatus and method for diagnosing a state of a fuel cell stack according to an exemplary embodiment of the present invention apply a diagnostic signal to a stack and analyze its response to diagnose the state of the fuel cell stack. As a result, the state diagnosis performance of the stack can be improved by diagnosing the state of the stack.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택의 상태 진단 장치의 연결 상태 및 구성을 설명하기 위한 예시도,
도 2는 도 1에 따른 연료 전지 스택의 상태 진단 방법의 흐름도,
도 3a는 도 2에 따른 연료 전지 스택에 인가된 전압-전류 특성 곡선 중 선형성을 나타내는 예시도,
도 3b는 도 2에 따른 연료 전지 스택에 인가된 전압-전류 특성 곡선 중 비선형성을 나타내는 예시도이다.
1 is an exemplary view for explaining a connection state and configuration of a state diagnosis apparatus of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention;
2 is a flowchart of a method for diagnosing a state of a fuel cell stack according to FIG. 1;
3A is an exemplary diagram showing linearity among voltage-current characteristic curves applied to the fuel cell stack according to FIG. 2;
3B is an exemplary diagram illustrating nonlinearity among voltage-current characteristic curves applied to the fuel cell stack according to FIG. 2.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The terms used are terms selected in consideration of the functions in the embodiments, and the meaning of the terms may vary depending on the user, the intention or the precedent of the operator, and the like. Therefore, the meaning of the terms used in the following embodiments is defined according to the definition when specifically defined in this specification, and unless otherwise defined, it should be interpreted in a sense generally recognized by those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택의 상태 진단 장치의 연결 상태 및 구성을 설명하기 위한 예시도이다.1 is an exemplary diagram for explaining a connection state and a configuration of a state diagnosis apparatus of a fuel cell stack according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 상태 진단 장치(30)는 연료 전지 스택(10)(이하 '스택'이라 한다)과 부하(20)와 연결되고, 스택(10)과 연결되어 진단용 직류 신호를 인가하고, 부하(20)와 연결되어 스택(10)으로부터 출력되는 응답신호를 측정한다. 구체적으로 상태 진단 장치(30)는 신호 발생부(31), 신호 처리부(32) 및 판단부(33)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the state diagnosis apparatus 30 is connected to a fuel cell stack 10 (hereinafter referred to as a 'stack') and a load 20, connected to the stack 10 to apply a diagnostic DC signal, The response signal output from the stack 10 is measured by being connected to the load 20. In detail, the state diagnosis apparatus 30 includes a signal generator 31, a signal processor 32, and a determiner 33.

신호 발생부(31)는 스택(10)에 두 개 이상의 진단용 직류 신호(I2)를 인가한다. 진단용 직류 신호(I2)는 스택(10)의 응답신호의 특성을 파악하기 위해 스택(10)에 인가되는 직류성분의 신호를 의미한다. 진단용 직류 신호(I2)는 사용자의 설정에 따라 복수의 신호로 구성될 수 있으며, 각각의 진단용 직류 신호(I2)를 중첩한 신호를 진단용 중첩 신호이라 한다. 예를 들어, 진단용 직류 신호(I2) 각각이 0.1[A], 0.2[A]의 전류신호인 경우 진단용 중첩 신호는 0.3[A]가 된다.The signal generator 31 applies two or more diagnostic DC signals I 2 to the stack 10. The diagnostic DC signal I 2 refers to a signal of a DC component applied to the stack 10 to grasp the characteristics of the response signal of the stack 10. The diagnostic DC signal I 2 may be composed of a plurality of signals according to a user's setting, and a signal in which each of the diagnostic DC signals I 2 is overlapped is called a diagnostic overlap signal. For example, when each of the diagnostic DC signals I 2 is a current signal of 0.1 [A] and 0.2 [A], the diagnostic superimposition signal is 0.3 [A].

또한, 신호 발생부(31)는 두 개 이상의 진단용 직류 신호(I2)를 기 설정된 시간 간격으로 스택(10)에 인가할 수 있다. 신호 발생부(31)는 복수의 진단용 직류 신호를 순차적으로 스택(10)에 인가하게 되는데 인가되는 진단용 직류 신호(I2) 간에 시간 차이가 너무 크면 스택(10)의 상태에 따라 응답신호의 값이 달라질 수 있다. 따라서, 진단용 직류 신호(I2)가 스택(10)에 인가되는 시간은 기 설정된 시간 간격 이내에 주입되는 것이 바람직하다.In addition, the signal generator 31 may apply two or more diagnostic DC signals I 2 to the stack 10 at predetermined time intervals. The signal generator 31 sequentially applies a plurality of diagnostic DC signals to the stack 10. If the time difference between the diagnostic DC signals I 2 applied is too large, a value of the response signal depends on the state of the stack 10. This may vary. Therefore, the time for which the diagnostic DC signal I 2 is applied to the stack 10 is preferably injected within a predetermined time interval.

기본적으로, 스택(10)은 셀 들의 적층으로 인해 발생되는 스택 신호(I1)에 의해 스택(10)으로부터 부하(20)로 전류가 흐르게 된다. 따라서, 신호 발생부(31)는 스택(10)에 부하(20)가 연결된 상태에서, 스택 신호(I1)에 의해 스택(10)을 운전시키면서 스택(10)에 진단용 직류 신호(I2)를 추가하면, 부하(20)에는 합해진 신호(I)가 출력되며, 그 응답신호의 특성을 통해 스택(10)의 상태를 진단하게 한다.Basically, the stack 10 causes current to flow from the stack 10 to the load 20 by the stack signal I 1 generated due to the stacking of cells. Therefore, the signal generator 31 operates the stack 10 by the stack signal I 1 while the load 20 is connected to the stack 10, and the diagnostic direct current signal I 2 to the stack 10. When the signal is added, the combined signal I is output to the load 20, and the state of the stack 10 is diagnosed through the characteristics of the response signal.

신호 처리부(32)는 스택(10)으로부터 진단용 직류 신호(I2)에 대응한 응답신호(V, I)를 측정한다. 신호 처리부(32)는 스택(10)을 구성하는 각 셀의 전압 또는 전류가 아닌 스택(10) 전체의 전압(V) 또는 전류(I)를 측정한다. 이는 스택(10) 전체의 전압(V)을 측정함으로써 상태 진단 장치(30)의 구성을 간단하게 할 수 있다. 응답신호는 신호 발생부(31)에서 인가되는 진단용 직류 신호(I2) 각각에 대응하여 출력되는 전압(V) 또는 전류(I) 신호로써 각 진단용 직류 신호(I2)의 응답신호(V, I)는 판단부(33)로 출력된다.The signal processor 32 measures the response signals V and I corresponding to the diagnostic DC signal I2 from the stack 10. The signal processor 32 measures the voltage V or the current I of the entire stack 10, not the voltage or current of each cell constituting the stack 10. This can simplify the configuration of the state diagnosis device 30 by measuring the voltage V of the entire stack 10. The response signal is a response signal of a diagnostic direct current signal (I 2) Voltage (V) or current (I) each of the diagnosing DC signal (I 2) as a signal output corresponding to each is applied from the signal generating unit (31) (V, I) is output to the determination unit 33.

판단부(33)는 스택(10)에 두 개 이상의 진단용 직류 신호(I2)를 각각 인가한 경우 그에 대응한 각각의 응답신호 합과, 두 개 이상의 진단용 직류 신호(I2)를 합산한 값에 대응하는 진단용 중첩 신호를 인가한 경우 그에 대응한 응답신호를 비교하여 스택(10)의 이상 유무를 판단한다. 예를 들어, 두 개 이상의 진단용 직류 신호(I2)를 각각 인가한 경우의 응답신호의 합과 진단용 중첩 직류 신호에 대한 응답신호가 같으면 스택(10)의 상태를 정상으로 판단하고, 다르면 스택(10)의 상태를 비정상으로 판단할 수 있다.When the determination unit 33 applies two or more diagnostic DC signals I 2 to the stack 10, the sum of the respective response signals corresponding thereto and the two or more diagnostic DC signals I 2 is added together. When a diagnostic superimposition signal corresponding to is applied, the response signal corresponding thereto is compared to determine whether the stack 10 is abnormal. For example, if the sum of the response signals when two or more diagnostic DC signals I 2 are applied to each other and the response signals for the diagnostic overlapping DC signals are the same, the state of the stack 10 is determined to be normal. 10) can be determined to be abnormal.

판단부(33)는 스택(10)의 응답신호를 분석하여 진단용 직류 신호(I2)에 대해 스택(10)이 선형성을 가지는지 여부를 판단한다. 즉, 두 개 이상의 진단용 직류 신호(I2)를 각각 인가한 경우 그에 대응하는 응답신호의 합이 진단용 중첩 신호의 응답신호와 같으면, 스택(10)에 대해 중첩의 원리가 성립되는 경우에는 스택(10)의 상태를 정상으로 판단한다. 그러나, 스택(10)에 대해 중첩의 원리가 성립되지 않는 경우에는 스택(10)의 상태를 비정상으로 판단한다.
The determination unit 33 analyzes the response signal of the stack 10 to determine whether the stack 10 has linearity with respect to the diagnostic DC signal I 2 . That is, when two or more diagnostic DC signals I 2 are applied to each other, and the sum of the response signals corresponding thereto is the same as the response signal of the diagnostic overlap signal, when the principle of superposition is established for the stack 10, the stack ( The state of 10) is judged to be normal. However, if the principle of overlap does not hold for the stack 10, the state of the stack 10 is determined to be abnormal.

도 2는 도 1에 따른 연료 전지 스택의 상태 진단 방법의 흐름도이다.2 is a flowchart of a method of diagnosing a state of a fuel cell stack according to FIG. 1.

이하, 도 2에 대한 설명은 도 1의 연료 전지 스택(10)의 상태 진단 장치(30)의 구성을 이용하여 설명하도록 한다.Hereinafter, the description of FIG. 2 will be described using the configuration of the state diagnosis apparatus 30 of the fuel cell stack 10 of FIG. 1.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택(10)의 상태 진단 방법은 먼저 신호 발생부(31)에서 스택(10)에 두 개 이상의 진단용 직류 신호(I2)를 각각 인가한다(S210). 이 경우, 인가되는 복수의 진단용 직류 신호(I2)는 순차적으로 인가되며, 인가되는 시간 간격은 사용자의 설정에 의해 달리 설정될 수 있다.Referring to FIG. 2, in the method for diagnosing a state of a fuel cell stack 10 according to an exemplary embodiment of the present invention, first, two or more diagnostic DC signals I 2 are respectively applied to the stack 10 by the signal generator 31. (S210). In this case, the plurality of diagnostic DC signals I 2 applied are sequentially applied, and the applied time interval may be set differently by the user's setting.

다음으로, 신호 처리부(32)는 스택(10)으로부터 진단용 직류 신호(I2)에 대응한 각각의 응답신호(V, I)를 측정한다(S220). 측정되는 응답신호(V, I)는 전체 스택(10)에 대한 전압(V) 또는 전류(I) 신호이며, 응답신호(V, I)는 판단부(33)로 출력된다.Next, the signal processor 32 measures the response signals V and I corresponding to the diagnostic DC signal I 2 from the stack 10 (S220). The response signals V and I to be measured are voltage V or current I signals for the entire stack 10, and the response signals V and I are output to the determination unit 33.

다음으로, 신호 발생부(31)는 두 개 이상의 진단용 직류 신호(I2)를 합산한 값에 대응하는 진단용 중첩 직류 신호를 스택(10)에 인가한다(S230). 예를 들어, S210 단계에서 0.1[A], 0.2[A]인 진단용 직류 신호를 스택(10)에 인가한 경우 진단용 중첩 신호로 0.3[A]를 스택(10)에 인가하게 된다.Next, the signal generator 31 applies a diagnostic superimposed DC signal corresponding to the sum of two or more diagnostic DC signals I 2 to the stack 10 (S230). For example, in the case of applying a diagnostic DC signal of 0.1 [A] and 0.2 [A] to the stack 10 in step S210, 0.3 [A] is applied to the stack 10 as a diagnostic superimposition signal.

다음으로, 신호 처리부(32)는 스택(10)으로부터 진단용 중첩 직류 신호(I2)에 대응하는 응답신호(V, I)를 측정한다(S240). 측정되는 응답신호(V, I)는 전체 스택(10)에 대한 전압(V) 또는 전류(I) 신호이며, 응답신호(V, I)는 판단부(33)로 출력된다.Next, the signal processor 32 measures response signals V and I corresponding to the diagnostic superimposed DC signal I 2 from the stack 10 (S240). The response signals V and I to be measured are voltage V or current I signals for the entire stack 10, and the response signals V and I are output to the determination unit 33.

S210 단계부터 S240 단계를 통해 스택(10)에 진단용 직류 신호(I2)가 인가되고, 그로부터 응답신호(V, I)를 측정하게 된다.The diagnostic DC signal I 2 is applied to the stack 10 from step S210 to step S240, and the response signals V and I are measured therefrom.

다음으로, 판단부(33)는 측정된 각각의 응답신호의 합과 진단용 중첩 직류 신호에 대응하는 응답신호를 비교하여 스택(10)의 이상 유무를 판단하게 된다(S250).
Next, the determination unit 33 compares the measured sum of each response signal and the response signal corresponding to the diagnostic superimposed DC signal to determine whether the stack 10 is abnormal (S250).

도 3a는 도 2에 따른 연료 전지 스택에 인가된 전압-전류 특성 곡선 중 선형성을 나타내는 예시도이고, 도 3b는 도 2에 따른 연료 전지 스택에 인가된 전압-전류 특성 곡선 중 비선형성을 나타내는 예시도이다.3A is an exemplary view showing linearity among voltage-current characteristic curves applied to the fuel cell stack according to FIG. 2, and FIG. 3B is an illustration showing nonlinearity among voltage-current characteristic curves applied to the fuel cell stack according to FIG. 2. It is also.

도 3a의 경우, 전압-전류 특성 곡선은 V=-2.498*I+41.26[V]와 같은 식으로 나타낼 수 있다. 이 경우, 스택 신호가 1[A]로 설정된 것으로 가정하면, 응답신호인 전압은 38.7620[V]가 된다. 예를 들어, 진단용 직류 신호가 0.1[A], 0.2[A]인 경우, 스택 신호인 1[A]와 합쳐져 각각 1.1[A], 1.2[A]가 스택(10)에 인가되며, 응답신호는 각각 38.5122[V], 38.2624[V]가 된다.In the case of FIG. 3A, the voltage-current characteristic curve may be expressed as V = −2.498 * I + 41.26 [V]. In this case, assuming that the stack signal is set to 1 [A], the voltage as the response signal is 38.7620 [V]. For example, when the diagnostic DC signals are 0.1 [A] and 0.2 [A], 1.1 [A] and 1.2 [A] are applied to the stack 10 in combination with 1 [A], which is a stack signal, respectively. Are 38.5122 [V] and 38.2624 [V], respectively.

또한, 진단용 중첩 신호는 0.1[A]와 0.2[A]의 합인 0.3[A]가 되며, 스택 신호인 1[A]와 합쳐진 1.3[A]가 스택에 인가되며 응답신호는 38.0126[V]가 된다. 진단용 직류 신호가 0.1[A], 0.2[A]인 경우의 응답신호의 합은 38.5122[V] + 38.2624[V] = 76.7746[V]가 되고, 진단용 중첩 신호가 0.3[A]인 경우의 응답신호는 38.0126[V]이고, 스택 신호에 따른 응답신호가 38.7620[V]이므로, 38.0126[V] + 38.7620[V]= 76.7746[V]가 된다. 결국, 복수의 진단용 직류 신호에 대응하는 각각의 응답신호 합과 진단용 중첩 신호에 대응하는 응답신호가 같은 값을 가지므로, 스택의 상태는 중첩의 원리가 성립되어 선형성을 가지므로 정상상태로 판단할 수 있다.In addition, the diagnostic superimposition signal is 0.3 [A], which is the sum of 0.1 [A] and 0.2 [A], and 1.3 [A], which is the sum of the stack signal 1 [A], is applied to the stack, and the response signal is 38.0126 [V]. do. When the diagnostic DC signal is 0.1 [A] or 0.2 [A], the sum of the response signals is 38.5122 [V] + 38.2624 [V] = 76.7746 [V], and the response when the diagnostic overlap signal is 0.3 [A]. Since the signal is 38.0126 [V] and the response signal according to the stack signal is 38.7620 [V], it is 38.0126 [V] + 38.7620 [V] = 76.7746 [V]. As a result, since the sum of the response signals corresponding to the plurality of diagnostic DC signals and the response signals corresponding to the diagnostic superimposition signals have the same value, the stack state can be determined to be a normal state because the principle of superposition is established and has linearity. Can be.

도 3b의 경우, 전압-전류 특성 곡선은 V=-0.067*I3+0.6943I2-3.992I+41.33[V]와 같은 식으로 나타낼 수 있다. 이 경우, 스택 신호가 1[A]로 설정된 것으로 가정하면, 응답신호인 전압은 37.9653[V]가 된다. 예를 들어, 진단용 직류 신호가 0.1[A], 0.2[A]인 경우, 스택 신호인 1[A]와 합쳐져 각각 1.1[A], 1.2[A]가 스택에 인가되며, 응답신호는 각각 37.6897[V], 37.4236[V]가 된다.In the case of FIG. 3B, the voltage-current characteristic curve may be expressed as V = -0.067 * I3 + 0.6943I2-3.992I + 41.33 [V]. In this case, assuming that the stack signal is set to 1 [A], the response signal voltage is 37.9653 [V]. For example, if the diagnostic DC signal is 0.1 [A] and 0.2 [A], 1.1 [A] and 1.2 [A] are applied to the stack in combination with 1 [A], which is the stack signal, respectively, and the response signal is 37.6897, respectively. [V], 37.4236 [V].

또한, 진단용 중첩 신호는 0.1[A]와 0.2[A]의 합인 0.3[A]가 되며, 스택 신호인 1[A]와 합쳐진 1.3[A]가 스택에 인가되며 응답신호는 37.1666[V]가 된다. 진단용 직류 신호가 0.1[A], 0.2[A]인 경우의 응답신호의 합은 37.6897[V] + 37.4236[V] = 75.1133[V]가 되고, 진단용 중첩 신호가 0.3[A]인 경우의 응답신호는 37.1666[V]이고, 스택 신호에 따른 응답신호가 37.9653[V]이므로, 37.1666[V] + 37.9653[V]= 75.1319[V]가 된다. 결국, 복수의 진단용 직류 신호에 대응하는 각각의 응답신호 합과 진단용 중첩 신호에 대응하는 응답신호가 다른 값을 가지므로, 스택의 상태는 중첩의 원리가 성립되지 않아 비선형성을 가지므로 비정상상태로 판단할 수 있다.
In addition, the diagnostic superimposition signal is 0.3 [A], which is the sum of 0.1 [A] and 0.2 [A], and 1.3 [A] which is combined with the stack signal of 1 [A] is applied to the stack, and the response signal is 37.1666 [V]. do. When the diagnostic DC signal is 0.1 [A] or 0.2 [A], the sum of the response signals is 37.6897 [V] + 37.4236 [V] = 75.1133 [V], and the response when the diagnostic superimposition signal is 0.3 [A]. Since the signal is 37.1666 [V] and the response signal according to the stack signal is 37.9653 [V], 37.1666 [V] + 37.9653 [V] = 75.1319 [V]. As a result, since each response signal sum corresponding to the plurality of diagnostic DC signals and the response signal corresponding to the diagnostic superimposition signal have different values, the state of the stack is in an abnormal state because the principle of superposition does not hold and thus has nonlinearity. You can judge.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택의 상태 진단 장치 및 그 방법은 연료 전지 스택의 상태를 진단하기 위해, 스택에 진단용 신호를 인가한 후 그 응답을 분석하여 중첩의 원리가 성립하는지 여부에 따라 스택의 상태를 진단함으로써 스택의 상태 진단 성능을 향상시킬 수 있다.
As described above, the apparatus and method for diagnosing a state of a fuel cell stack according to an exemplary embodiment of the present invention apply a diagnostic signal to a stack and analyze its response to diagnose the state of the fuel cell stack. Therefore, by diagnosing the state of the stack, it is possible to improve the state diagnosis performance of the stack.

이상에서 본 발명은 도면을 참조하면서 기술되는 바람직한 실시예를 중심으로 설명되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 기재된 실시예로부터 도출 가능한 자명한 변형예를 포괄하도록 의도된 특허청구범위의 기재에 의해 해석되어져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, Therefore, the present invention should be construed as a description of the claims which are intended to cover obvious variations that can be derived from the described embodiments.

10 : 연료 전지 스택
20 : 부하
30 : 상태 진단 장치
31 : 신호 발생부
32 : 신호 처리부
33 : 판단부
10: fuel cell stack
20: load
30: status diagnosis device
31: signal generator
32: signal processing unit
33: judgment unit

Claims (6)

연료 전지 스택에 두 개 이상의 진단용 직류 신호를 인가하는 신호 발생부;
상기 스택으로부터 상기 진단용 직류 신호에 대응한 응답신호를 측정하는 신호 처리부; 및
상기 스택에 상기 두 개 이상의 진단용 직류 신호를 각각 인가한 경우 그에 대응한 각각의 응답신호 합과, 상기 두 개 이상의 진단용 직류 신호를 합산한 값에 대응하는 진단용 중첩 신호를 인가한 경우 그에 대응한 응답신호를 비교하여 상기 스택의 이상 유무를 판단하는 판단부를 포함하는 연료 전지 스택의 상태 진단 장치.
A signal generator for applying two or more diagnostic DC signals to the fuel cell stack;
A signal processor which measures a response signal corresponding to the diagnostic DC signal from the stack; And
When the two or more diagnostic DC signals are applied to the stack, the respective response signals sum corresponding thereto, and when the overlapping diagnostic signals corresponding to the sum of the two or more diagnostic DC signals are applied, the response corresponding thereto. And a determination unit which compares signals to determine whether there is an abnormality in the stack.
제1항에 있어서,
상기 신호 발생부는,
상기 두 개 이상의 진단용 직류 신호를 기 설정된 시간 간격으로 상기 스택에 인가하는 연료 전지 스택의 상태 진단 장치.
The method of claim 1,
The signal generator,
And an apparatus for diagnosing a state of a fuel cell stack applying the two or more diagnostic DC signals to the stack at predetermined time intervals.
제1항에 있어서,
상기 판단부는,
상기 두 개 이상의 진단용 직류 신호를 각각 인가한 경우의 응답신호의 합과 상기 진단용 중첩 직류 신호에 대한 응답신호가 같으면 상기 스택의 상태를 정상으로 판단하고, 다르면 상기 스택의 상태를 비정상으로 판단하는 연료 전지 스택의 상태 진단 장치.
The method of claim 1,
The determination unit,
When the sum of the response signals when the two or more diagnostic DC signals are applied to each other and the response signal to the diagnostic superimposed DC signal are the same, the state of the stack is determined to be normal; Health diagnostic device for the battery stack.
연료 전지 스택의 상태 진단 장치의 스택 상태 진단 방법에 있어서,
상기 스택에 두 개 이상의 진단용 직류 신호를 각각 인가하는 단계;
상기 스택으로부터 상기 진단용 직류 신호에 대응한 각각의 응답신호를 측정하는 단계;
상기 두 개 이상의 진단용 직류 신호를 합산한 값에 대응하는 진단용 중첩 직류 신호를 상기 스택에 인가하는 단계;
상기 스택으로부터 상기 진단용 중첩 직류 신호에 대응하는 응답신호를 측정하는 단계; 및
측정된 상기 각각의 응답신호의 합과 상기 진단용 중첩 직류 신호에 대응하는 응답신호를 비교하여 상기 스택의 이상 유무를 판단하는 단계를 포함하는 연료 전지 스택의 상태 진단 방법.
In the stack state diagnosis method of the fuel cell stack state diagnosis device,
Applying two or more diagnostic DC signals to the stack, respectively;
Measuring each response signal corresponding to the diagnostic DC signal from the stack;
Applying a diagnostic overlapping DC signal corresponding to the sum of the two or more diagnostic DC signals to the stack;
Measuring a response signal corresponding to the diagnostic overlapping DC signal from the stack; And
And comparing the measured sums of the response signals with the response signals corresponding to the diagnostic overlapping DC signals to determine whether there is an abnormality in the stack.
제4항에 있어서,
상기 진단용 직류 신호를 인가하는 단계는,
상기 두 개 이상의 진단용 직류 신호를 기 설정된 시간 간격으로 상기 스택에 인가하는 연료 전지 스택의 상태 진단 방법.
5. The method of claim 4,
The step of applying the diagnostic DC signal,
And applying the two or more diagnostic DC signals to the stack at predetermined time intervals.
제4항에 있어서,
상기 스택의 이상 유무를 판단하는 단계는,
상기 두 개 이상의 진단용 직류 신호를 각각 인가한 경우의 응답신호의 합과 상기 진단용 중첩 직류 신호에 대한 응답신호가 같으면 상기 스택의 상태를 정상으로 판단하고, 다르면 상기 스택의 상태를 비정상으로 판단하는 연료 전지 스택의 상태 진단 방법.
5. The method of claim 4,
Determining the abnormality of the stack,
When the sum of the response signals when the two or more diagnostic DC signals are applied to each other and the response signal to the diagnostic superimposed DC signal are the same, the state of the stack is determined to be normal; How to diagnose the condition of the battery stack.
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