KR101359839B1 - 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 장치 및 그 방법 - Google Patents

스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 장치는, 연료전지에 스텝신호를 인가하는 신호 발생부와, 상기 연료전지에 상기 스텝신호를 인가시 측정된 스텝응답신호를 이용하여 상기 연료전지의 임피던스를 연산하는 신호 처리부와, 상기 연산된 연료전지의 임피던스를 기 설정된 기준 임피던스와 비교하여 상기 연료전지의 이상 유무를 판단하는 판단부를 포함한다.
이에 따라, 연료전지에 스텝신호를 인가한 후 그 응답을 분석하여 연료전지의 임피던스를 연산함으로써, 신속하게 연료전지의 상태를 진단할 수 있다.

Description

스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING OF FUEL CELL USING STEP SIGNAL}
본 발명은 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지에 스텝신호를 인가하여 그 응답을 측정함으로써 연료전지 막의 상태를 판단하는 기술이 개시된다.
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.
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.
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.
종래의 연료전지의 성능 판단 방법은 연료전지의 전해질 막의 저항을 이용하여 습윤 상태에 따라 성능의 이상 유무를 판단하였다. 이 경우, 연료전지의 내부 저항에 대응하는 주파수 범위 내의 특정 주파수를 인가하여 임피던스를 측정하는 방법이 있었다. 그러나, 이러한 방법은 연료전지의 임피던스를 측정하는데 시간이 많이 소요되고, 신호를 동기화하여야 하고, 신호의 주파수를 정교하게 조작해야 하는 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0985149호(2010. 09. 28)에 기재되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 연료전지의 상태를 진단하기 위해, 연료전지에 스텝신호를 인가한 후 그 응답을 분석하여 연료전지의 임피던스를 연산하여 연료전지 전해질막의 물의 양에 따른 상태를 진단 및 적정 운전 조건을 판단하는 기술을 제공하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 장치는, 연료전지에 스텝신호를 인가하는 신호 발생부와, 상기 연료전지에 상기 스텝신호를 인가시 측정된 스텝응답신호를 이용하여 상기 연료전지의 임피던스를 연산하는 신호 처리부와, 상기 연산된 연료전지의 임피던스를 기 설정된 기준 임피던스와 비교하여 상기 연료전지의 이상 유무를 판단하는 판단부를 포함한다.
또한, 상기 스텝신호는 전류 성분의 신호이고, 상기 스텝응답신호는 전압 성분의 신호이다.
또한, 상기 신호 처리부는, 시간 함수인 상기 스텝신호 및 상기 스텝응답신호를 라플라스 변환을 이용하여 상기 연료전지의 임피던스를 연산할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리부는, 상기 연료전지의 임피던스를 연산하기 위해 다음의 수학식을 이용할 수 있다:
Figure 112012038453280-pat00001
여기서, Z(s)는 연료전지의 임피던스, I2(s)는 스텝신호 i2(t)의 라플라스 변환, V(s)는 스텝응답신호 v(t)의 라플라스 변환을 나타낸다.
또한, 상기 신호 처리부는, 상기 스텝응답신호 중 초기 스텝응답신호를 이용하여 상기 연료전지의 막 저항을 연산할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리부는, 상기 스텝응답신호 중 정상상태 스텝응답신호를 이용하여 상기 연료전지의 활성 저항을 연산할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리부는, 상기 스텝응답신호에 대하여 에지 검출 알고리즘 또는 푸리에 변환을 적용하여 상기 연료전지의 막 저항의 특성과, 상기 연료전지의 활성 저항과 전기 이중층 용량에 의한 특성 간의 경계값을 연산하는 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 장치.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 방법은, 연료전지에 스텝신호를 인가하는 단계와, 상기 연료전지로부터 상기 스텝신호에 대응한 스텝응답신호를 측정하는 단계와, 상기 측정된 스텝응답신호를 이용하여 상기 연료전지의 임피던스를 연산하는 단계와, 상기 연산된 연료전지의 임피던스를 기 설정된 기준 임피던스와 비교하여 상기 연료전지의 이상 유무를 판단하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 연료전지에 스텝신호를 인가한 후 그 응답을 분석하여 연료전지의 임피던스를 연산함으로써, 신속하게 연료전지의 상태를 진단할 수 있다. 또한, 시간 영역에서 연료전지의 임피던스를 연산할 수 있으므로 진단 장치의 구성을 단순화할 수 있으며, 비용을 절감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 장치의 구성도,
도 2는 도 1에 따른 연료전지의 상태 진단 장치를 이용한 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 방법의 흐름도,
도 3은 도 1에 따른 연료전지의 상태 진단 장치에 사용되는 연료전지 수동소자를 모델링한 회로도,
도 4는 도 3에 따른 연료전지 모델에 대한 스텝응답신호의 예시도를 나타낸다.
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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝신호를 이용한 연료전지(10)의 상태 진단 장치(30)는 연료전지(10)에 연결되어 스텝신호(i2(t))를 인가하고, 그로부터 스텝응답신호(v(t))를 측정하여 연료전지(10)의 성능 열화를 판단한다. 이 경우, 연료전지(10)는 하나 이상의 셀을 포함하는 스택(stack)을 포함하는 용어를 의미한다. 연료전지(10)는 부하(20)와 연결된 상태에서 연료전지(10)에 의해 발생되는 연료전지 신호(i1(t))에 의해 연료전지(10)로부터 부하(20)로 전류가 흐르게 된다.
한편, 상태 진단 장치(30)는 신호 발생부(31), 신호 처리부(32) 및 판단부(33)를 포함한다. 신호 발생부(31)는 함수 발생기(function generator)를 포함하며, 연료전지(10)에 입력 신호로 스텝신호(step signal, i2(t))를 인가한다. 스텝신호는 단위스텝함수(unit step function)인 비연속함수로써, 시간 t<0인 구간에서는 0의 값을 가지며, 시간 t≥0인 구간에서는 1의 값을 가진다. 이러한 스텝신호(i2(t))는 전류 성분의 신호로 연료전지(10)에 인가될 수 있다. 따라서, 연료전지 신호(i1(t))와 스텝신호(i2(t))가 합해진 신호(i(t))가 부하(20)로 공급한다.
신호 처리부(32)는 연료전지(10)에 스텝신호(i2(t))를 인가시 측정되는 스텝응답신호(v(t))를 이용하여 연료전지(10)의 임피던스를 연산한다. 스텝응답신호(v(t))는 스텝신호(i2(t))에 따른 연료전지(10)의 전압 성분의 출력 신호를 의미한다. 스텝신호(i2(t))와 스텝응답신호(v(t))는 모두 시간에 따라 변화하는 시간 함수로 표현될 수 있다.
또한, 신호 처리부(32)는 시간 함수인 스텝신호(i2(t)) 및 스텝응답신호(v(t))를 라플라스 변환(Laplace transformation)을 이용하여 연료전지(10)의 임피던스를 연산할 수 있다. 이 경우, 신호 처리부(32)는 연료전지(10)의 임피던스 Z(s)를 연산하기 위해 다음의 수학식 1을 이용할 수 있다.
Figure 112012038453280-pat00002
수학식 1에서, Z(s)는 연료전지(10)의 임피던스, I2(s)는 스텝신호 i2(t)의 라플라스 변환, V(s)는 스텝응답신호 v(t)의 라플라스 변환을 나타낸다. 여기서, 스텝신호 i2(t)는 단위스텝함수인 u(t)(0, t<0; 1, t≥0)이므로, 이에 대한 라플라스 변환은 1/s로 연산된다. 따라서, 연료전지(10)의 임피던스 Z(s)는 sV(s)와 같이 연산된다.
또한, 신호 처리부(32)는 스텝응답신호 중 초기 스텝응답신호를 이용하여 연료전지(10)의 막 저항(membrane resistance) Rmem을 연산할 수 있다. 초기 스텝응답신호(v(0))는 시간 t=0인 시점에서의 스텝응답신호를 나타낸다. 라플라스 변환은 시간 영역을 주파수 영역으로 변환한 것이므로, 시간 t=0일 때의 스텝응답신호는 주파수 ω=∞일 때의 연료전지(10)의 출력 신호와 동일하다. 따라서, 초기 스텝응답신호(v(0))를 이용하여 연료전지(10)의 전해질막에서 발생하는 막 저항을 연산할 수 있다.
또한, 신호 처리부(32)는 스텝응답신호 중 정상상태 스텝응답신호를 이용하여 연료전지(10)의 활성 저항(activation resistance) Ract을 연산할 수 있다. 활성 저항은 연료전지(10) 내부의 촉매 활성의 낮아질수록 증가하는 저항 성분이다. 정상상태 스텝응답신호(v(∞))는 시간 t=∞인 시점에서의 스텝응답신호를 나타낸다. 라플라스 변환은 시간 영역을 주파수 영역으로 변환한 것이므로, 시간 t=∞일 때의 스텝응답신호는 주파수 ω=0일 때의 연료전지(10)의 출력 신호와 동일하다. 따라서, 정상상태 스텝응답신호(v(∞))를 이용하여 연료전지(10)의 내부에서 발생하는 활성 저항을 연산할 수 있다.
또한, 신호 처리부(32)는 연료전지(10)의 막 저항에 의한 특성과, 활성 저항과 전기 이중층(electric double layer) 용량에 의한 특성 간의 경계값을 연산하기 위해 스텝응답신호에 대해여 에지 검출 알고리즘 또는 푸리에 변환을 적용할 수 있다. 이는 연료전지(10)의 상태를 측정하는 과정에서 신호선들의 연결에 의해 캐패시터 성분이 발생하므로, 경계값의 구분을 보다 용이하게 하기 위함이다. 예를 들어, 에지 검출 알고리즘(edge detection algorithm)을 이용하여 경계값을 연산하는 경우, 이에 사용되는 에지 검출 알고리즘은 어느 특정 방식에 한정하는 것은 아니며, 스텝응답신호를 분석하여 스텝 함수 성분과 지수 함수 성분을 분리하여, 스텝신호 이후 지수 성분으로 전환되는 지점을 에지 검출 알고리즘을 이용하여 검출할 수 있다. 또한, 스텝응답신호를 샘플링하여 서로 연속하는 현재값과 이전값 또는 현재값과 이후의 값 간의 차이가 기 설정된 값을 초과하는 경우를 경계값으로 설정할 수 있다.
한편, 스텝응답신호에 대해 푸리에 변환(Fourier Transformation)을 이용하여 주파수 영역에서 연료전지(10)의 전해질막에서 발생하는 막 저항을 연산할 수 있다. 즉, 스텝응답신호 v(t)=Ract[1-e-(t/τ)]+Rmem의 푸리에 변환은 V(ω)=-Ract[1/((1/ τ)+j2πf)]+[Ract+Rmem]·δ(f)로 나타낼 수 있으며, f=0이면 V(0)=-Ract·τ+[Ract+Rmem]= Ract[1- τ]+ Rmem 이므로, Ract ≠f(water contents)이 상수이면 Rmem이 연산되므로 전해질막에서 발생하는 막 저항을 연산할 수 있다.
판단부(33)는 신호 처리부(32)에서 연산된 연료전지(10)의 임피던스를 기 설정된 기준 임피던스와 비교하여 연료전지(10)의 이상 유무를 판단한다. 연료전지(10)의 전해질 막은 습윤 상태(moisture state)에 따라 막 저항이 달리 측정되고, 연료전지(10) 내부는 촉매 활성의 정도에 따라 활성 저항이 달리 측정된다. 기준 임피던스는 연료전지(10)의 막이 정상 동작할 수 있는 습윤 상태에 대한 임계 임피던스 값 또는 연료전지(10)의 촉매 활성에 의한 임계 임피던스 값으로, 사용자의 설정에 따라 달리 설정될 수 있다.
또한, 판단부(33)는 연산된 임피던스의 값이 기준 임피던스의 값보다 높아지는 경우에는 외부에 연결된 경보 장치(도시하지 않음)를 통해 경고음을 발생시키거나 또는 디스플레이(도시하지 않음)에 경고 메시지를 생성할 수 있다. 이 경우, 판단부(33)는 연료전지(10) 스택의 운전을 제어하는 제어기(도시하지 않음)에 운전조건 변경을 위한 정보를 제공할 수 있다.
도 2는 도 1에 따른 연료전지의 상태 진단 장치를 이용한 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 방법의 흐름도이다.
이하, 도 2에 대한 설명은 도 1의 연료전지의 상태 진단 장치(30)의 구성을 이용하여 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스텝신호를 이용한 연료전지(10)의 상태 진단 방법은, 먼저 신호 발생부(31)에서 연료전지(10)에 스텝신호를 인가한다(S210). 이 경우, 스텝신호는 연료전지(10)에 한 번 인가되나 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
다음으로, 신호 처리부(32)는 연료전지(10)로부터 인가된 스텝신호에 대응한 스텝응답신호를 측정한다(S220). 예를 들어, 스텝응답신호의 측정은 신호가 인가되는 초기 시간인 t=0일 때와, 정상상태 시간인 t=∞일 때, 그리고 과도상태 시간에 측정될 수 있다. 여기서 정상상태 시간은 예를 들어 4τ인 시간일 수 있으며, 사용자에 의해 달리 설정될 수 있다.
다음으로, 신호 처리부(32)는 초기 시간, 정상상태 시간 또는 과도상태 시간에 측정된 스텝응답신호를 이용하여 연료전지(10)의 임피던스를 연산한다(S230). 이 경우, 스텝신호 및 스텝응답신호를 라플라스 변환을 하여 임피던스 값을 연산할 수 있다. 이러한 라플라스 연산은 앞서 설명한 수학식 1을 이용할 수 있다.
다음으로, 판단부(33)는 신호 처리부(32)에서 연산된 연료전지(10)의 임피던스를 기 설정된 기준 임피던스와 비교하여 연료전지(10)의 이상 유무를 판단한다(S240). 연료전지(10)의 이상 여부는 연료전지(10)의 전해질 막의 막 저항 또는 연료전지(10) 내부의 촉매 활성을 나타내는 활성 저항을 기준 임피던스와 비교하여 큰 경우에는 연료전지(10)의 이상을 판단할 수 있다.
도 3은 도 1에 따른 연료전지의 상태 진단 장치에 사용되는 연료전지 수동소자를 모델링한 회로도이다.
도 3을 참조하면, i2(t)는 연료전지에 인가되는 스텝신호를 나타내고, v(t)는 연료전지로부터 출력되는 스텝응답신호를 나타내고, Rmem은 연료전지의 전해질 막 저항을 나타내고, Ract는 연료전지의 활성 저항을 나타내고, Cdl은 연료전지의 전기 이중 층 용량을 나타낸다.
연료전지 모델(300)은 연료전지의 전해질 막 저항(Rmem), 연료전지의 활성 저항(Ract), 연료전지의 전기 이중 층 용량(Cdl)을 포함하는 등가 임피던스 모델로 구현할 수 있다. 이 경우, 회로 내에 형성되는 폐루프를 이용하여 키르히호프의 법칙(Kirchhoff's circuit laws, KVL)을 적용하여 회로를 해석하면, 스텝응답신호는 v(t)=Ract[1-e-(t/τ)]+Rmem(t=0, Rmem[v]; t→∞, Ract+Rmem[v])과 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 시상수 τ=Ract·Cdl으로 설정된다.
도 4는 도 3에 따른 연료전지 모델에 대한 스텝응답신호의 예시도를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 스텝신호가 단위스텝인 경우의 스텝응답신호(v(t))를 나타낸 것이다. 앞서 설명한 바와 같이, 연료전지의 스텝응답신호는 v(t)=Ract[1-e-(t/τ)]+Rmem(t=0, Rmem[v]; t→∞, Ract+Rmem[v])와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 스텝응답신호(v(t))는 막 저항에 의한 스텝응답신호 영역(410)의 신호(Vmem)과 활성 저항과 전기 이중층 용량(Cdl)에 의한 스텝응답신호 영역(420)의 신호(VRC)로 구분된다.
예를 들어, Rmem=200[mΩ], Ract=100[mΩ], Cdl=1[F], 시상수 τ=Ract·Cdl=100[ms]로 설정되는 경우, 초기 스텝응답신호는 막 저항에 의한 스텝응답신호 영역(410)에서 200[mV]로 측정되며, 정상상태 스텝응답신호는 활성 저항에 의한 스텝응답신호 영역(420) 중 기 설정된 정상상태 시간이 경과된 시점에서 300[mV]로 측정되며, VRC는 100[mV]가 된다.
따라서, 연료전지의 막 저항은 초기 스텝응답신호를 측정함으로써 신속하게 연산될 수 있으며, 이를 이용하여 연료전지의 전해질 막의 이상 유무를 판단할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 연료전지에 스텝신호를 인가한 후 그 응답을 분석하여 연료전지의 임피던스를 연산함으로써, 신속하게 연료전지의 상태를 진단할 수 있다. 또한, 시간 영역에서 연료전지의 임피던스를 연산할 수 있으므로 진단 장치의 구성을 단순화할 수 있으며, 비용을 절감시킬 수 있다.
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.
10 : 연료전지
20 : 부하
30 : 상태 진단 장치
31 : 신호 발생부
32 : 신호 처리부
33 : 판단부
300 : 연료전지 모델
410 : 막 저항에 의한 스텝응답신호 영역
420 : 활성 저항에 의한 스텝응답신호 영역

Claims (14)

  1. 연료전지에 스텝신호를 인가하는 신호 발생부;
    상기 연료전지에 상기 스텝신호를 인가시 측정된 스텝응답신호를 이용하여 상기 연료전지의 임피던스를 연산하는 신호 처리부; 및
    상기 연산된 연료전지의 임피던스를 기 설정된 기준 임피던스와 비교하여 상기 연료전지의 이상 유무를 판단하는 판단부를 포함하며,
    상기 신호 처리부는,
    상기 스텝응답신호 중 정상상태 스텝응답신호를 이용하여 상기 연료전지의 활성 저항을 연산하는 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스텝신호는 전류 성분의 신호이고,
    상기 스텝응답신호는 전압 성분의 신호인 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    시간 함수인 상기 스텝신호 및 상기 스텝응답신호를 라플라스 변환을 이용하여 상기 연료전지의 임피던스를 연산하는 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 연료전지의 임피던스를 연산하기 위해 다음의 수학식을 이용하는 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 장치:
    Figure 112012038453280-pat00003

    여기서, Z(s)는 연료전지의 임피던스, I2(s)는 스텝신호 i2(t)의 라플라스 변환, V(s)는 스텝응답신호 v(t)의 라플라스 변환을 나타낸다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 스텝응답신호 중 초기 스텝응답신호를 이용하여 상기 연료전지의 막 저항을 연산하는 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 스텝응답신호에 대하여 에지 검출 알고리즘 또는 푸리에 변환을 적용하여 상기 연료전지의 막 저항에 의한 특성과, 상기 연료전지의 활성 저항과 전기 이중층 용량에 의한 특성 간의 경계값을 연산하는 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 장치.
  8. 연료전지의 상태 진단 장치를 이용한 연료전지의 상태 진단 방법에 있어서,
    연료전지에 스텝신호를 인가하는 단계;
    상기 연료전지로부터 상기 스텝신호에 대응한 스텝응답신호를 측정하는 단계;
    상기 측정된 스텝응답신호를 이용하여 상기 연료전지의 임피던스를 연산하는 단계; 및
    상기 연산된 연료전지의 임피던스를 기 설정된 기준 임피던스와 비교하여 상기 연료전지의 이상 유무를 판단하는 단계를 포함하며,
    상기 연료전지의 임피던스를 연산하는 단계는,
    상기 스텝응답신호 중 정상상태 스텝응답신호를 이용하여 상기 연료전지의 활성 저항을 연산하는 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스텝신호는 전류 성분의 신호이고,
    상기 스텝응답신호는 전압 성분의 신호인 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 연료전지의 임피던스를 연산하는 단계는,
    시간 함수인 상기 스텝신호 및 상기 스텝응답신호를 라플라스 변환을 이용하여 상기 연료전지의 임피던스를 연산하는 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연료전지의 임피던스를 연산하는 단계는,
    상기 연료전지의 임피던스를 연산하기 위해 다음의 수학식을 이용하는 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 방법:
    Figure 112012038453280-pat00004

    여기서, Z(s)는 연료전지의 임피던스, I2(s)는 스텝신호 i2(t)의 라플라스 변환, V(s)는 스텝응답신호 v(t)의 라플라스 변환을 나타낸다.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 연료전지의 임피던스를 연산하는 단계는,
    상기 스텝응답신호 중 초기 스텝응답신호를 이용하여 상기 연료전지의 막 저항을 연산하는 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 방법.
  13. 삭제
  14. 제8항 또는 제12항에 있어서,
    상기 연료전지의 임피던스를 연산하는 단계는,
    상기 스텝응답신호에 대하여 에지 검출 알고리즘 또는 푸리에 변환을 적용하여 상기 연료전지의 막 저항에 의한 특성과, 상기 연료전지의 활성 저항과 전기 이중층 용량에 의한 특성 간의 경계값을 연산하는 스텝신호를 이용한 연료전지의 상태 진단 방법.
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