KR101394118B1 - 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 전압에 따라 필터를 선택하는 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법은 상기 연료전지 스택에 서로 다른 주파수 영역의 전류를 합성한 합성 전류를 인가시키는 단계, 상기 연료전지 스택의 출력 전압과 임계 전압을 비교하여 상기 연료전지 스택의 출력 전압이 상기 임계 전압 이상인지 유무를 판단하는 단계 및 상기 판단 결과에 따라 특정 필터를 선택하여 상기 연료전지 스택의 출력 전압을 상기 특정 필터에 통과시키는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명은 연료전지 스택의 출력 전압이 임계 전압 이상이면 직류 전압을 차단시키는 필터를 선택함으로써 연료전지 스택의 출력 전압의 검출감도를 높일 수 있다.

Description

연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법{FILTER SELETION METHOD FOR VOLTAGE MEASUREMENT}
본 발명의 실시예들은 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이며, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다.
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 단위 셀 구성을 이용하여 연료전지 스택을 조립할 때, 셀 내 가장 안쪽에 주요 구성부품인 막전극접합체 및 기체확산층의 조합이 위치하는데, 막전극접합체는 고분자 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매가 도포된 촉매전극층, 즉 애노드(Anode) 및 캐소드(Cathode)를 가지며, 애노드 및 캐소드가 위치한 바깥부분에 기체확산층, 가스켓 등이 적층된다.
기체확산층의 바깥쪽에는 반응가스(연료인 수소와 산화제인 산소 또는 공기)를 공급하고 냉각수가 통과하는 유로(Flow Field)가 형성된 분리판이 위치된다.
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. 1개의 단위 셀에서 발생하는 전위는 약 1.3V로서, 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 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.
본 발명의 일 실시예는 연료전지 스택의 출력 전압이 임계 전압 이상이면 직류 전압을 차단시키는 필터를 선택함으로써 연료전지 스택의 출력 전압의 검출감도를 높일 수 있는 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 연료전지 스택의 출력 전압이 임계 전압 이하이면 저항 분압을 선택함으로써 회로의 구성을 간단하게 하고 가격을 낮출 수 있는 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 연료전지 스택의 절연 저항이 임계 저항 이하이면 절연 회로를 선택함으로써 연료전지 스택의 전열이 필요할 때 절연 효과를 높일 수 있는 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 장치에서 실행되는 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법은 상기 연료전지 스택에 서로 다른 주파수 영역의 전류를 합성한 합성 전류를 인가시키는 단계, 상기 연료전지 스택의 출력 전압과 임계 전압을 비교하여 상기 연료전지 스택의 출력 전압이 상기 임계 전압 이상인지 유무를 판단하는 단계 및 상기 판단 결과에 따라 특정 필터를 선택하여 상기 연료전지 스택의 출력 전압을 상기 특정 필터에 통과시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 서로 다른 주파수 영역은 고조파 왜곡률(THD: Total Harmonic Distortion) 및 임피던스 중 적어도 하나를 산출하는데 사용되는 주파수를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연료전지 스택의 출력 전압이 상기 임계 전압 이상인지 유무를 판단하는 단계는 상기 연료전지 스택의 출력 전압이 상기 임계 전압 이상이면 직류 전압을 차단시키는 필터를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 직류 전압을 차단시키는 필터는 특정 주파수만 통과시키는 밴드 패스 필터 및 특정 주파수부터 상기 특정 주파수 이상의 주파수를 통과시키는 하이 패스 필터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연료전지 스택의 출력 전압이 상기 임계 전압 이상인지 유무를 판단하는 단계는 상기 연료전지 스택의 출력 전압이 상기 임계 전압 이하이면 상기 연료전지 스택의 출력 전압 중 직류 전압 및 교류 전압을 분압하여 출력하는 분압 저항을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법은 상기 연료전지 스택의 절연 저항이 임계 저항 이상인지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연료전지 스택의 절연 저항이 임계 저항 이상인지 여부를 판단하는 단계는 상기 연료전지 스택의 절연 저항이 상기 임계 저항 이하이면 절연 회로를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료전지 스택의 출력 전압이 임계 전압 이상이면 직류 전압을 차단시키는 필터를 선택함으로써 연료전지 스택의 출력 전압의 검출감도를 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료전지 스택의 출력 전압이 임계 전압 이하이면 저항 분압을 선택함으로써 회로의 구성을 간단하게 하고 가격을 낮출 수 있다는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료전지 스택의 절연 저항이 임계 저항 이하이면 절연 회로를 선택함으로써 연료전지 스택의 전열이 필요할 때 절연 효과를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1에 있는 연료전지 스택에 인가되는 전류를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 도 1에 있는 연료전지 스택에 인가되는 전류를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 장치(100)는 연료전지 스택(110), 전압 측정부(120), 필터 선택 제어부(130) 및 복수의 필터들(140)을 포함한다.
연료전지 스택(110)은 다수의 단위 셀 들이 연속적으로 배열되어 구성되며, 서로 다른 주파수 영역의 전류를 합성한 합성 전류를 인가 받으면 운행이 시작된다.
일 실시예에서, 연료전지 스택(110)은 고조파 왜곡률(THD: Total Harmonic Distortion)을 산출하는데 사용되는 주파수 및 임피던스를 산출하는데 사용되는 주파수가 합성된 형태의 도 2의 그래프(200)와 같이 서로 다른 주파수 영역의 전류를 합성한 합성 전류를 인가 받으면 운행이 시작될 수 있다.
전압 측정부(120)는 연료전지 스택(110)의 출력 전압을 측정하고, 측정한 출력 전압을 필터 선택 제어부(130)에 제공한다.
필터 선택 제어부(130)는 연료전지 스택(110)의 출력 전압에 따라 복수의 필터들(140) 중 특정 필터를 선택할 수 있다.
일 실시예에서, 필터 선택 제어부(130)는 연료전지 스택(110)의 출력 전압과 임계 전압의 비교 결과에 따라 연료전지 스택(110)의 출력 전압이 특정 필터에 통과되도록 특정 필터를 선택할 수 있다.
일 실시예에서, 필터 선택 제어부(130)는 연료전지 스택(110)의 출력 전압이 임계 전압 이상이면 직류 전압을 차단시키는 필터를 선택할 수 있다. 여기에서, 직류 전압을 차단시키는 필터는 특정 주파수만 통과시키는 밴드 패스 필터 및 특정 주파수부터 그 이상의 주파수를 통과시키는 하이 패스 필터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 필터 선택 제어부(130)는 연료전지 스택(110)의 출력 전압이 임계 전압 이하이면 연료전지 스택의 출력 전압 중 직류 전압 및 교류 전압을 분압하여 출력하는 분압 저항/LPF을 선택할 수 있다.
일 실시예에서, 필터 선택 제어부(130)는 연료전지 스택(110)의 절연 저항과 임계 저항의 비교 결과에 따라 절연 회로를 선택할 수 있다. 예를 들어, 필터 선택 제어부(130)는 연료전지 스택(110)의 절연 저항이 임계 저항 이하이면 절연 회로를 선택할 수 있다.
복수의 필터들(140)은 필터 선택 제어부(130)의 제어에 따라 동작될 수 있다. 복수의 필터들(140)는 분압 저항/LPF(Low Pass Filter)(140a), BPF(Band Pass Filter)/HPF(High Pass Filter)(140b) 및 절연 회로(140c)를 포함한다. 분압 저항/LPF(140a)은 연료전지 스택(110)의 출력 전압 중 직류 전압 및 교류 전압을 분압하여 출력한다. BPF/HPF(140b)는 특정 주파수만 통과시키거나 특정 주파수부터 그 이상의 주파수를 통과시킨다.
일 실시예에서, 분압 저항/LPF(140a)은 필터 선택 제어부(130)의 제어에 따라 연료전지 스택(110)의 출력 전압이 임계 전압 이상 이하이면 동작될 수 있다. 다른 일 실시예에서, BPF/HPF(140b)는 필터 선택 제어부(130)의 제어에 따라 연료전지 스택(110)의 출력 전압이 임계 전압 이상이면 동작될 수 있다. 또 다른 일 실시예에서, 절연 회로(140c)는 필터 선택 제어부(130)의 제어에 따라 연료전지 스택(110)의 절연 저항이 임계 저항 이하이면 동작될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 장치(100)는 연료전지 스택에 서로 다른 주파수 영역의 전류를 합성한 합성 전류를 인가시킨다(단계 S310). 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 장치(100)는 연료전지 스택의 출력 전압과 임계 전압을 비교하여 연료전지 스택의 출력 전압이 임계 전압 이상인지 유무를 판단할 수 있다(단계 S320). 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 장치(100)는 연료전지 스택의 출력 전압이 임계 전압 이상이면 특정 필터를 선택하여 연료전지 스택의 출력 전압을 특정 필터에 통과시킨다(단계 S330).
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 장치
110: 연료전지 스택
120: 전압 측정부
130: 필터 선택 제어부
140: 복수의 필터들

Claims (7)

  1. 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 장치에서 실행되는 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법에 있어서,
    상기 연료전지 스택에 서로 다른 주파수 영역의 전류를 합성한 합성 전류를 인가시키는 단계;
    상기 연료전지 스택의 출력 전압과 임계 전압을 비교하여 상기 연료전지 스택의 출력 전압이 상기 임계 전압 이상인지 유무를 판단하는 단계; 및
    상기 판단 결과에 해당하는 필터를 선택하여 상기 연료전지 스택의 출력 전압을 상기 필터에 통과시키는 단계를 포함하는 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 서로 다른 주파수 영역은
    고조파 왜곡률(THD: Total Harmonic Distortion) 및 임피던스 중 적어도 하나를 산출하는데 사용되는 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연료전지 스택의 출력 전압이 상기 임계 전압 이상인지 유무를 판단하는 단계는
    상기 연료전지 스택의 출력 전압이 상기 임계 전압 이상이면 직류 전압을 차단시키는 필터를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 직류 전압을 차단시키는 필터는
    특정 주파수만 통과시키는 밴드 패스 필터 및 특정 주파수로부터 상기 특정 주파수 이상의 주파수를 통과시키는 하이 패스 필터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연료전지 스택의 출력 전압이 상기 임계 전압 이상인지 유무를 판단하는 단계는
    상기 연료전지 스택의 출력 전압이 상기 임계 전압 이하이면 상기 연료전지 스택의 출력 전압 중 직류 전압 및 교류 전압을 분압하여 출력하는 분압 저항을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 스택의 절연 저항이 임계 저항 이상인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 연료전지 스택의 절연 저항이 임계 저항 이상인지 여부를 판단하는 단계는
    상기 연료전지 스택의 절연 저항이 상기 임계 저항 이하이면 절연 회로를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법.
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