KR101418175B1 - 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 장치 및 방법 - Google Patents

스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101418175B1
KR101418175B1 KR1020120149360A KR20120149360A KR101418175B1 KR 101418175 B1 KR101418175 B1 KR 101418175B1 KR 1020120149360 A KR1020120149360 A KR 1020120149360A KR 20120149360 A KR20120149360 A KR 20120149360A KR 101418175 B1 KR101418175 B1 KR 101418175B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
current
frequency
stack
Prior art date
Application number
KR1020120149360A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140083075A (ko
Inventor
박현석
김억수
강선두
Original Assignee
현대오트론 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대오트론 주식회사 filed Critical 현대오트론 주식회사
Priority to KR1020120149360A priority Critical patent/KR101418175B1/ko
Priority to DE102013114363.6A priority patent/DE102013114363B4/de
Priority to US14/135,343 priority patent/US20140176145A1/en
Publication of KR20140083075A publication Critical patent/KR20140083075A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101418175B1 publication Critical patent/KR101418175B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664Failure or abnormal function
    • H01M8/04679Failure or abnormal function of fuel cell stacks
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40Testing power supplies
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537Electric variables
    • H01M8/04574Current
    • H01M8/04589Current of fuel cell stacks
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2832Specific tests of electronic circuits not provided for elsewhere
    • G01R31/2836Fault-finding or characterising
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 장치는 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가하는 교류전류 발생회로; 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류로 인해 나타나는 상기 연료전지 스택의 전류를 측정하는 전류 측정 회로; 및 상기 전류 측정 회로의 전류 측정 결과에 기초하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 마이컴을 포함한다.

Description

스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 장치 및 방법{FAULT DIAGNOSIS DEVICE AND METHOD BASED OF CURRENT DETECTING OF FUEL CELL STACK}
본 발명의 실시예들은 스택 전류 측정에 기반하여 연료전지 스택의 고장을 진단할 수 있는 장치 및 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.
본 발명에 관한 선행기술로는 등록특허공보 제10-1090705호(발명의 명칭: 연료전지스택의 상태 진단 방법, 등록일자: 2011년 12월 1일)가 있다.
본 발명의 일 실시예는 스택 전류의 주파수 분석을 통해 연료전지 스택의 고장을 진단할 수 있는 연료전지 스택의 고장 진단 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 장치는 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가하는 교류전류 발생회로; 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류로 인해 나타나는 상기 연료전지 스택의 전류를 측정하는 전류 측정 회로; 및 상기 전류 측정 회로의 전류 측정 결과에 기초하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 마이컴을 포함한다.
상기 전류 측정 회로는 상기 연료전지 스택의 전류를 필터링하는 필터링부를 포함하고, 상기 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 토대로 상기 연료전지 스택의 전류를 측정할 수 있다.
상기 필터링부는 상기 연료전지 스택의 전류에서 미리 설정된 주파수 밴드의 신호를 필터링하는 밴드패스필터(BPF)를 포함할 수 있다.
상기 필터링부는 상기 연료전지 스택의 전류에서 고주파 밴드의 신호를 필터링하는 하이패스필터(HPF)를 포함할 수 있다.
상기 마이컴은 상기 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 주파수 변환하여 주파수 성분을 검출 및 분석하는 주파수 변환부; 및 상기 주파수 변환부의 분석 결과에 기초하여 고조파 왜곡률을 계산하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 연산부를 포함할 수 있다.
상기 주파수 변환부는 고속푸리에변환기(FFT)를 이용하여 상기 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 주파수 변환할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 방법은 교류전류 발생회로에서, 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가하는 단계; 전류 측정 회로에서, 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류로 인해 나타나는 상기 연료전지 스택의 전류를 측정하는 단계; 및 마이컴에서, 상기 전류 측정 회로의 전류 측정 결과에 기초하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계를 포함한다.
상기 연료전지 스택의 전류를 측정하는 단계는 필터링부를 통해 상기 연료전지 스택의 전류를 필터링하는 단계; 및 상기 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 토대로 상기 연료전지 스택의 전류를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계는 주파수 변환부를 통해 상기 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 주파수 변환하여 주파수 성분을 검출 및 분석하는 단계; 및 연산부를 통해 상기 주파수 변환부의 분석 결과에 기초하여 고조파 왜곡률을 계산하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 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, 스택 전류의 주파수 분석을 통해 연료전지 스택의 고장을 진단함으로써, 기존의 전류 센서(전류 측정 회로)를 이용하여 전류를 측정하므로 부품 수를 줄이고 PCB 면적을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 장치를 설명하기 위해 도시한 회로도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 연료전지 스택의 고장 여부를 진단하기 위해 스택 전류의 주파수를 분석하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
기존의 연료전지 스택의 고장 진단 장치는 스택에 교류전류를 주입하고 스택의 전압을 검출하고 고속푸리에변환(FFT) 분석 결과를 가지고 THD(왜곡률)를 구하여 고장 여부를 판단한다.
동작 전류에서 정현파의 전류를 추가하여 사용하는 경우, 정상적인 셀의 전압은 선형 구간에서 전압이 변화하고, 비정상적인 셀의 전압은 비선형적인 구간에서 전압이 변화한다. 이때, 스택의 전류는 기본 동작 전류와 정현파 전류의 합이 된다.
스택의 전류에 따른 스택의 전압을 측정하는데, 정상적인 셀의 전압은 전류 변환에 따른 왜곡률(THD)이 적은 반면에, 비정상적인 셀의 전압은 셀 전류 변화에 따라 전압 진폭이 크고 왜곡률도 크다.
상기 왜곡률은 스택 전압 정상셀과 비정상셀의 합으로 계측된다. 기존의 연료전지 스택의 고장 진단 장치는 스택 전압의 주파수 분석을 통해 상기 왜곡률을 계싼하여 셀 전압을 진단함으로써 연료전지 스택의 고장 여부를 판단할 수 있다.
기존의 연료전지 스택의 고장 진단 장치의 구성요소를 살펴 보면, 스택의 주입부와, 스택의 전압을 측정하는 부분과, 고장을 진단하는 구성으로 크게 3개의 구성요소로 이루어져 있다.
이러한 기존의 연료전지 스택의 고장 진단 장치는 전압을 측정하기 위해서 차량의 노이즈 및 DC 성분을 제거하기 위한 복잡한 필터 설계가 필수적이며, 이러한 구성에서는 필터 설계 등으로 많은 부품과 PCB의 면적을 차지하게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 기존 기술의 스택의 전압을 측정하는 대신에, 스택의 전류를 측정하여 FFT 분석 결과를 통해 THD를 구하기 때문에 전압 측정 회로가 불필요한 연료전지 스택의 고장 진단 장치 및 방법을 제공한다.
전류 측정 회로는 기존 연료전지 시스템에서 필수적으로 측정하는 항목이므로 기존의 전류 센서를 이용하여 전류 측정을 하므로 부품 수를 줄이고 PCB 면적 등을 줄일 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 장치를 설명하기 위해 도시한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 장치(100)는 교류전류 발생회로(110), 전류 측정 회로(120), 및 마이컴(130)을 포함한다.
상기 교류전류 발생회로(110)는 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택(101)에 교류 전류(AC)를 인가한다. 여기서, 상기 연료전지 스택에 인가되는 교류 전류는 도 1에서 주입전류를 가리킨다.
이때, 상기 교류전류 발생회로(110)는 상기 교류 전류를 발생하여 파워(112) 및 디커플링 커패시터(114)를 통해 상기 연료전지 스택(101)에 상기 교류 전류를 인가(주입)한다.
여기서, 상기 디커플링 커패시터(114)는 상기 교류전류 발생회로(110)에 의해 발생된 상기 교류 전류를 상기 연료전지 스택(101)의 직류 전압에 주입하기 위해 교류와 직류를 디커플링시키는 역할을 한다.
상기 전류 측정 회로(120)는 상기 연료전지 스택(101)에 인가된 교류 전류로 인해 나타나는, 연료전지 스택(101)의 전류를 측정한다.
상기 전류 측정 회로(120)는 상기 연료전지 스택(101)의 전류를 필터링하는 필터링부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 전류 측정 회로(120)는 상기 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 토대로 상기 연료전지 스택(101)의 전류를 측정할 수 있다. 즉, 상기 전류 측정 회로(120)는 상기 연료전지 스택(101)의 전류에서 직류 성분은 제거하고 교류 성분만을 필터링하여 상기 연료전지 스택(101)의 전류를 측정할 수 있다.
이를 위해, 상기 필터링부는 상기 연료전지 스택(101)의 전류에서 미리 설정된 주파수 밴드(예: 300Hz)의 신호를 필터링하는 밴드패스필터(BPF)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 필터링부는 상기 연료전지 스택(101)의 전류에서 고주파 밴드의 신호를 필터링하는 하이패스필터(HPF)를 포함할 수 있다.
상기 마이컴(130)은 상기 전류 측정 회로(120)의 전류 측정 결과에 기초하여 상기 연료전지 스택(101)의 고장을 진단한다.
이를 위해, 상기 마이컴(130)은 도면에는 도시되지 않았지만 주파수 변환부 및 연산부를 포함할 수 있다.
상기 주파수 변환부는 상기 전류 측정 회로(120)에 포함된 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 주파수 변환하여 주파수 성분을 검출 및 분석할 수 있다. 이때, 상기 주파수 변환부는 고속푸리에변환기(FFT)를 이용하여 상기 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 주파수 변환할 수 있다.
상기 연산부는 상기 주파수 변환부의 분석 결과에 기초하여 고조파 왜곡률을 계산하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단할 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 연료전지 스택의 고장 여부를 진단하기 위해 스택 전류의 주파수를 분석하는 과정을 도시한 도면이다.
먼저, 도 1의 스택 전류는 도 2에 도시된 바와 같이 교류 성분과 직류 성분이 더해져서 나타난다. 이러한 스택 전류는 도 3의 하이패스필터(HPF)를 통해 필터링되는데, 이러한 하이패스필터를 통과하면, 도 4와 같은 파형의 스택 전류(교류 성분)를 얻을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 교류 성분의 스택 전류의 주파수를 분석하여 연료전지 스택의 고장을 진단할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
먼저 도 1 및 도 5를 참조하면, 단계(510)에서 상기 교류전류 발생회로(110)는 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택(101)에 교류 전류(AC)를 인가한다.
다음으로, 단계(520)에서 상기 전류 측정 회로(120)는 상기 연료전지 스택(101)에 인가된 교류 전류로 인해 나타나는 연료전지 스택(101)의 전류를 측정한다.
여기서, 상기 전류 측정 회로(120)가 상기 연료전지 스택(101)의 전류를 측정하는 과정은 다음과 같다.
즉, 도 6을 참조하면, 단계(610)에서 상기 전류 측정 회로(120)는 필터링부를 통해 상기 연료전지 스택(101)의 전류를 필터링한다.
다음으로, 단계(620)에서 상기 전류 측정 회로(120)는 상기 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 토대로 상기 연료전지 스택(101)의 전류를 측정한다.
다시 도 1 및 도 5를 참조하면, 단계(530)에서 상기 마이컴(130)은 상기 전류 측정 회로(120)의 전류 측정 결과에 기초하여 상기 연료전지 스택(101)의 고장을 진단한다.
여기서, 상기 마이컴(130)이 상기 연료전지 스택(101)의 고장을 진단하는 과정은 다음과 같다.
즉, 도 7을 참조하면, 단계(710)에서 상기 마이컴(130)은 주파수 변환부를 통해 상기 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 주파수 변환하여 주파수 성분을 검출 및 분석한다.
다음으로, 단계(720)에서 상기 마이컴(130)은 연산부를 통해 상기 주파수 변환부의 분석 결과에 기초하여 고조파 왜곡률을 계산하여 상기 연료전지 스택(101)의 고장을 진단한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 스택 전류의 주파수 분석을 통해 연료전지 스택의 고장을 진단할 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예에서는 스택의 전류를 측정하여 하이패스필터를 거치면 교류 성분만 남게 되는데, 이 교류 성분을 최종적으로 측정하여 주파수 변환 및 고장 진단을 수행할 수 있다.
스택의 전류에 따라 스택의 전압이 변하는 것이므로 스택의 전압을 측정하지 않고 스택의 전류를 분석해도 스택의 고장 여부를 진단할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기존의 전류 센서(전류 측정 회로)를 이용하여 전류를 측정하므로 부품 수를 줄이고 PCB 면적을 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
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.
101: 연료전지 스택
110: 교류전류 발생회로
112: 파워
114: 디커플링 커패시터
120: 전류 측정 회로
130: 마이컴

Claims (10)

  1. 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가하는 교류전류 발생회로;상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류로 인해 나타나는 상기 연료전지 스택의 전류를 필터링하는 필터링부;
    상기 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 토대로 상기 연료전지 스택의 전류를 측정하는 전류 측정 회로; 및
    상기 전류 측정 회로의 전류 측정 결과에 기초하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 마이컴을 포함하고,
    상기 마이컴은
    상기 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 주파수 변환하여 주파수 성분을 검출 및 분석하는 주파수 변환부; 및
    상기 주파수 변환부의 분석 결과에 기초하여 고조파 왜곡률을 계산하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 연산부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 필터링부는
    상기 연료전지 스택의 전류에서 미리 설정된 주파수 밴드의 신호를 필터링하는 밴드패스필터(BPF)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 필터링부는
    상기 연료전지 스택의 전류에서 고주파 밴드의 신호를 필터링하는 하이패스필터(HPF)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 변환부는
    고속푸리에변환기(FFT)를 이용하여 상기 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 주파수 변환하는 것을 특징으로 하는 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 장치.
  7. 교류전류 발생회로에서, 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가하는 단계;
    전류 측정 회로에서, 필터링부를 통해 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류로 인해 나타나는 상기 연료전지 스택의 전류를 필터링하는 단계;
    상기 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 토대로 상기 연료전지 스택의 전류를 측정하는 단계;
    마이컴에서, 주파수 변환부를 통해 상기 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 주파수 변환하여 주파수 성분을 검출 및 분석하는 단계; 및
    연산부를 통해 상기 주파수 변환부의 분석 결과에 기초하여 고조파 왜곡률을 계산하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 필터링부는
    상기 연료전지 스택의 전류에서 미리 설정된 주파수 밴드의 신호를 필터링하는 밴드패스필터(BPF)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 필터링부는
    상기 연료전지 스택의 전류에서 고주파 밴드의 신호를 필터링하는 하이패스필터(HPF)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    주파수 변환부를 통해 상기 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 주파수 변환하여 주파수 성분을 검출 및 분석하는 단계는
    고속푸리에변환기(FFT)를 이용하여 상기 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 주파수 변환하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 방법.
KR1020120149360A 2012-12-20 2012-12-20 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 장치 및 방법 KR101418175B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120149360A KR101418175B1 (ko) 2012-12-20 2012-12-20 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 장치 및 방법
DE102013114363.6A DE102013114363B4 (de) 2012-12-20 2013-12-18 Fehlfunktionsdiagnosevorrichtung und verfahren basierend auf stromerfassung eines brennstoffzellenstapels
US14/135,343 US20140176145A1 (en) 2012-12-20 2013-12-19 Method and apparatus for diagnosing fault of fuel cell stack based on measurement of stack current

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120149360A KR101418175B1 (ko) 2012-12-20 2012-12-20 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140083075A KR20140083075A (ko) 2014-07-04
KR101418175B1 true KR101418175B1 (ko) 2014-07-16

Family

ID=50878897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120149360A KR101418175B1 (ko) 2012-12-20 2012-12-20 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 장치 및 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20140176145A1 (ko)
KR (1) KR101418175B1 (ko)
DE (1) DE102013114363B4 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101551062B1 (ko) * 2014-02-18 2015-09-07 현대자동차주식회사 배터리 셀 불량 진단 장치 및 방법
CN112505572B (zh) * 2020-11-20 2023-02-28 山东氢探新能源科技有限公司 一种基于单体电压差异性的燃料电池故障诊断装置及方法
CN114492087B (zh) * 2022-04-02 2022-07-19 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 氢储能电站质子交换膜燃料电池故障诊断方法及装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07137612A (ja) * 1993-11-16 1995-05-30 Aqueous Res:Kk バッテリ診断装置
KR20040010528A (ko) * 2000-09-29 2004-01-31 하이드로지닉스 코포레이션 연료전지 임피던스의 측정장치
KR20040072249A (ko) * 2003-02-10 2004-08-18 주식회사 한림포스텍 교류 임피던스 측정기술을 이용한 포터블용 배터리팩비파괴 평가 장치와 이를 이용한 다채널 측정 시스템 및방법
KR20070061301A (ko) * 2005-12-08 2007-06-13 김득수 축전지 내부 임피던스 유효성분 측정연산 장치 및 그 방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7099787B2 (en) 2004-09-15 2006-08-29 Plug Power Inc. Technique and apparatus to measure a fuel cell parameter
JP4842530B2 (ja) * 2004-10-06 2011-12-21 株式会社日立製作所 燃料電池システム及びその異常診断方法
US7626353B2 (en) * 2004-10-19 2009-12-01 Hitachi, Ltd. Mobile type information terminal and self diagnosis method and operation method thereof
JP4466587B2 (ja) 2006-02-28 2010-05-26 株式会社日立製作所 電池電圧検出装置および電池電圧検出装置を用いた電池システム
JP2008010367A (ja) * 2006-06-30 2008-01-17 Toyota Motor Corp 燃料電池診断装置および診断方法
JP5067707B2 (ja) * 2007-05-31 2012-11-07 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US8344865B2 (en) * 2010-10-29 2013-01-01 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for monitoring a vehicular propulsion system battery
KR101090705B1 (ko) 2010-11-25 2011-12-08 강남대학교 산학협력단 연료전지 스택의 상태 진단 방법
KR101416400B1 (ko) * 2012-12-11 2014-08-07 현대자동차 주식회사 연료 전지 스택의 고장 진단 방법 및 그 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07137612A (ja) * 1993-11-16 1995-05-30 Aqueous Res:Kk バッテリ診断装置
KR20040010528A (ko) * 2000-09-29 2004-01-31 하이드로지닉스 코포레이션 연료전지 임피던스의 측정장치
KR20040072249A (ko) * 2003-02-10 2004-08-18 주식회사 한림포스텍 교류 임피던스 측정기술을 이용한 포터블용 배터리팩비파괴 평가 장치와 이를 이용한 다채널 측정 시스템 및방법
KR20070061301A (ko) * 2005-12-08 2007-06-13 김득수 축전지 내부 임피던스 유효성분 측정연산 장치 및 그 방법

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013114363A1 (de) 2014-06-26
US20140176145A1 (en) 2014-06-26
KR20140083075A (ko) 2014-07-04
DE102013114363B4 (de) 2024-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101090705B1 (ko) 연료전지 스택의 상태 진단 방법
KR20140085802A (ko) 연료전지 스택의 상태 진단을 위한 임피던스 측정 방법 및 시스템
KR101418179B1 (ko) 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법 및 장치
KR101592760B1 (ko) 연료전지 스택의 상태 진단 장치 및 그 방법
KR101646854B1 (ko) 연료전지 스택 임피던스 측정 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101418175B1 (ko) 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 장치 및 방법
KR101511824B1 (ko) 연료전지 스택 고장 진단 방법
KR101438958B1 (ko) 연료전지 스택의 주입 전류 생성 방법
KR101418180B1 (ko) 연료전지 스택 고장 진단 방법
KR101428299B1 (ko) 연료전지 스택 진단 장치 및 그것의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법
KR101438956B1 (ko) 연료전지 스택의 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101629579B1 (ko) 연료전지 스택 전압 측정 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101448766B1 (ko) 연료전지 스택의 진단 시스템
KR101593761B1 (ko) 연료전지 스택 고장 진단 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101418177B1 (ko) 위상차 보상 회로를 구비한 연료전지 스택의 고장 진단 장치 및 그것의 위상차 보상 방법
KR101438959B1 (ko) 절연 회로를 구비하는 연료전지 스택의 진단 장치 및 방법
KR101418176B1 (ko) 다중 주파수의 전류 흡입 방식을 이용한 연료전지 스택의 고장 진단 장치 및 방법
KR101428297B1 (ko) 연료전지 스택의 조기 진단 방법 및 장치
KR101418178B1 (ko) 연료전지 스택의 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101362741B1 (ko) 연료전지 스택의 고장 진단 방법 및 장치
KR101655600B1 (ko) 연료전지 스택 고장 진단 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101593759B1 (ko) 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치
KR20150076268A (ko) 연료전지 스택 고장 진단 방법 및 이를 실행하는 장치
US20150180348A1 (en) Method for generating injection current for fuel cell stack and apparatus for performing the same
KR101568065B1 (ko) 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170628

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180627

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190625

Year of fee payment: 6