KR101418179B1 - 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법 및 장치 - Google Patents

셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101418179B1
KR101418179B1 KR1020120149920A KR20120149920A KR101418179B1 KR 101418179 B1 KR101418179 B1 KR 101418179B1 KR 1020120149920 A KR1020120149920 A KR 1020120149920A KR 20120149920 A KR20120149920 A KR 20120149920A KR 101418179 B1 KR101418179 B1 KR 101418179B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
voltage
impedance
frequency
Prior art date
Application number
KR1020120149920A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140080287A (ko
Inventor
박현석
유성목
조진호
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 KR1020120149920A priority Critical patent/KR101418179B1/ko
Publication of KR20140080287A publication Critical patent/KR20140080287A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101418179B1 publication Critical patent/KR101418179B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes 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
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04679—Failure or abnormal function of fuel cell stacks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G01R23/06—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage by converting frequency into an amplitude of current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes 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
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04552—Voltage of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes 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
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04634—Other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H01M8/04641—Other electric variables, e.g. resistance or impedance of the individual fuel cell
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel 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 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법은, 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가하는 단계; 상기 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하는 단계; 상기 복수의 그룹별로 측정된 셀 전압 각각의 주파수를 분석하는 단계; 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 직류(DC) 성분을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계; 및 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 교류(AC) 성분을 이용하여 임피던스를 계산하는 단계를 포함한다.

Description

셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법 및 장치{FUEL CELL STACK DIAGNOSIS METHOD AND DEVICE BY DETECTING CELL VOLTAGE AND IMPEDANCE}
본 발명의 실시예들은 연료전지 스택 진단에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통해 연료전지 스택을 진단하는 방법 및 장치에 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 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하여 주파수 분석을 통해 직류 성분과 교류 성분을 추출함으로써, 연료전지 스택의 고장을 효율적으로 진단할 수 있으며, 나아가 임피던스 계산을 통해 연료전지 스택의 가습 제어를 수행할 수 있는, 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법 및 장치를 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 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법은 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가하는 단계; 상기 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하는 단계; 상기 복수의 그룹별로 측정된 셀 전압 각각의 주파수를 분석하는 단계; 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 직류(DC) 성분을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계; 및 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 교류(AC) 성분을 이용하여 임피던스를 계산하는 단계를 포함한다.
상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계는 상기 연료전지 스택의 셀 전압인 상기 직류 성분을 전압-전류(V-I) 특성 곡선과 비교하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 임피던스를 계산하는 단계는 상기 교류 성분에 해당하는 주파수의 전압 크기와, 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 상기 임피던스를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법은 상기 계산된 임피던스를 이용하여 상기 연료전지 스택의 습윤 상태를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택에 대한 가습 제어를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하는 단계는 상기 연료전지 스택의 각 단위 셀을 복수의 그룹으로 구분하여 배치하는 단계; 상기 복수의 그룹 각각에 전압 측정 회로를 연결하여 복수의 전압 측정 채널을 형성하는 단계; 및 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류로 인해 나타나는 상기 연료전지 스택의 교류 전압 값을 상기 전압 측정 채널별로 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
복수의 전압 측정 채널은 적어도 2개의 채널로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 장치는 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가하는 교류전류 발생회로; 상기 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하는 전압 측정 회로; 상기 복수의 그룹별로 측정된 셀 전압 각각의 주파수를 분석하고, 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 직류(DC) 성분을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하며, 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 교류(AC) 성분을 이용하여 임피던스를 계산하는 마이컴을 포함한다.
상기 마이컴은 상기 연료전지 스택의 셀 전압인 상기 직류 성분을 전압-전류(V-I) 특성 곡선과 비교하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단할 수 있다.
상기 마이컴은 상기 교류 성분에 해당하는 주파수의 전압 크기와, 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 상기 임피던스를 계산할 수 있다.
상기 마이컴은 상기 계산된 임피던스를 이용하여 상기 연료전지 스택의 습윤 상태를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택에 대한 가습 제어를 수행할 수 있다.
상기 전압 측정 회로는 상기 연료전지 스택의 각 단위 셀을 복수의 그룹으로 구분하여 배치함에 따라, 상기 복수의 그룹 각각에 연결되어 복수의 전압 측정 채널을 형성하고, 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류로 인해 나타나는 상기 연료전지 스택의 교류 전압 값을 상기 전압 측정 채널별로 측정할 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 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하여 주파수 분석을 통해 직류 성분과 교류 성분을 추출함으로써, 연료전지 스택의 고장을 효율적으로 진단할 수 있으며 임피던스 계산을 통해 연료전지 스택의 가습 제어를 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 장치를 설명하기 위해 도시한 회로도이다.
도 2는 스택 전압의 파형을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 스택 전압의 주파수를 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
연료전지 스택의 셀 전압 검출 및 전압(V)-전류(I) 특성 곡성을 이용한 연료전지 스택 고장 진단과 스택의 전압을 몇 개의 그룹으로 나누어 주파수 분석을 통한 임피던스 검출 방법을 동일한 하드웨어 구성을 통해서 구현할 수 있다.
연료전지 스택의 진단 방법은 셀 전압을 검출하여 V-I 특성 곡선과 비교하거나 상대적으로 일정 기준보다 낮은 전압이 발생하면 고장으로 인식하는 것이다.
임피던스 검출 방법은 교류 전류를 연료전지 스택에 주입하고 스택의 전압을 몇 개의 그룹으로 나누어 읽고 이 읽은 전압에 대해 주파수 분석을 수행하는 것이다.
주파수 분석 결과에서 직류(DC) 성분은 셀 전압이므로 V-I 특성 곡선과 비교하여 고장 여부를 판단하는 데에 이용될 수 있다. 교류(AC) 성분은 해당하는 주파수의 전압의 크기와 주입(연료전지 스택에 인가)해준 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 임피던스를 계산하여 습윤 상태를 판단하고 가습 제어를 수행하는 데에 이용될 수 있다.
이는 동일한 하드웨어 구성을 통해서 고장 진단과 연료 전지 가습 제어라는 2가지 목적 달성을 통해 부품의 개수와 가격을 낮출 수 있는 효과를 가져올 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 셀 전압의 직류 성분과 교류 성분을 추출하여 연료전지 스택의 고장을 진단할 뿐만 아니라, 임피던스 계산을 통해 연료전지 스택의 가습 제어를 수행할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 장치를 설명하기 위해 도시한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 장치(100)는 연료전지 스택(110), 교류전류 발생회로(120), 전압 측정 회로(130), 및 마이컴(140)을 포함한다.
상기 연료전지 스택(110)은 각 단위 셀이 복수의 그룹으로 구분되어 배치된다. 본 실시예에서는 상기 연료전지 스택(110)은 도면에 도시된 바와 같이 4개의 그룹, 즉 제1 내지 제4 그룹(111, 112, 113,1 14)으로 나눠질 수 있으며, 각각의 그룹은 상기 전류 측정 회로(130) 각각(131, 132, 133, 134)에 일대일로 매칭되어 연결될 수 있다.
이로써, 상기 연료전지 스택(110)과 상기 전류 측정 회로(130) 사이에는 복수개의 채널이 형성될 수 있으며, 이에 따라 스택의 동작 전압을 낮춰 스택 전압 대비 교류 전압 성분의 비율을 크게 함으로써 교류 전압 성분을 용이하게 검출할 수 있다.
상기 교류전류 발생회로(120)는 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 상기 연료전지 스택(110)에 교류 전류(AC)를 인가한다.
즉, 상기 교류전류 발생회로(120)는 교류 전류를 발생시켜 파워(122) 및 커패시터(124)를 통해서 상기 연료전지 스택(110)에 인가(주입)할 수 있다.
여기서, 상기 커패시터(124)는 상기 연료전지 스택의 기본 동작 전류(DC)와, 상기 교류전류 발생회로(120)에 의해 발생된 교류 전류를 디커플링시켜 주는 역할을 한다.
상기 전압 측정 회로(130)는 상기 연료전지 스택(110)에 연결되되 각 그룹, 즉 제1 내지 제4 그룹(111, 112, 113, 114)에 연결된다. 이를 위해, 상기 전압 측정 회로(130)는 복수개로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 전압 측정 회로(130)는 상기 연료전지 스택(110)의 그룹 개수에 맞게 4개(131, 132, 133, 134)로 구성될 수 있다.
상기 전압 측정 회로(130)는 상기 4개의 전압 측정 회로(131, 132, 133, 134)가 상기 연료전지 스택(110)의 그룹(111, 112, 113, 114) 각각에 연결되어 복수의 전압 측정 채널을 형성한다.
상기 전압 측정 회로(130)는 상기 형성된 복수의 전압 측정 채널을 통해 전압 값을 측정한다.
즉, 상기 전압 측정 회로(130)는 상기 연료전지 스택(110)에 인가된 교류 전류로 인해 나타나는, 연료전지 스택(110)의 교류 전압 값을 상기 전압 측정 채널별로 측정할 수 있다.
상기 복수의 전압 측정 채널은 앞서 설명한 바와 같이 4개의 채널로 형성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 그 이상의 채널로 형성될 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
상기 마이컴(140)은 상기 복수의 그룹별로 측정된 셀 전압 각각의 주파수를 분석한다. 즉, 상기 마이컴(140)은 상기 전압 측정 회로(130)에 의해 측정된 전압 값을 상기 전압 측정 회로 각각(131, 132, 133, 134)으로부터 전달받아 주파수 분석을 한다.
상기 마이컴(140)은 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 직류(DC) 성분을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단한다. 즉, 상기 마이컴(140)은 상기 연료전지 스택(110)의 셀 전압인 상기 직류 성분을 전압-전류(V-I) 특성 곡선과 비교하여 상기 연료전지 스택(110)의 고장을 진단할 수 있다.
또한, 상기 마이컴(140)은 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 교류(AC) 성분을 이용하여 임피던스를 계산한다. 즉, 상기 마이컴(140)은 상기 교류 성분에 해당하는 주파수의 전압 크기와, 상기 연료전지 스택(110)에 인가된 상기 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 상기 임피던스를 계산할 수 있다.
상기 마이컴(140)은 상기 계산된 임피던스를 이용하여 상기 연료전지 스택(110)의 습윤 상태를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택에 대한 가습 제어를 수행할 수 있다.
도 2는 스택 전압의 파형을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 스택 전압의 주파수를 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 1의 연료전지 스택 진단 장치(100)에서는 도 2에 도시된 바와 같은 스택 전압이 발생한다. 이러한 스택 전압에는 도 1에서와 같은 주입 전류를 통해 직류(DC) 성분과 교류(AC) 성분이 나타난다. 본 실시예에서는, 이러한 스택 전압을 주파수 분석하여 도 3에 도시된 바와 같이 직류(DC) 성분과 교류(AC) 성분을 주파수 분석 결과로서 추출해 낼 수 있다.
주파수 분석 결과에서 직류(DC) 성분은 셀 전압이므로 V-I 특성 곡선과 비교하여 고장 여부를 판단하는 데에 이용될 수 있다. 교류(AC) 성분은 해당하는 주파수의 전압의 크기와 주입(연료전지 스택에 인가)해준 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 임피던스를 계산하여 습윤 상태를 판단하고 가습 제어를 수행하는 데에 이용될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다. 여기서, 상기 연료전지 스택 진단 방법은 도 1의 연료전지 스택 진단 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.
먼저 도 1 및 도 4를 참조하면, 단계(410)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가한다.
다음으로, 단계(420)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정한다.
여기서, 상기 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하는 과정은 다음과 같다.
즉, 도 1 및 도 5를 참조하면, 단계(510)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 연료전지 스택(110)의 각 단위 셀을 복수의 그룹으로 구분하여 배치한다.
이후, 단계(520)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 복수의 그룹(111, 112, 113, 114) 각각에 전압 측정 회로(130)를 연결하여 복수의 전압 측정 채널을 형성한다.
이후, 단계(530)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 연료전지 스택(110)에 인가된 교류 전류로 인해 나타나는, 상기 연료전지 스택(110)의 교류 전압 값을 상기 전압 측정 채널별로 측정한다.
이어서, 다시 도 1 및 도 4를 참조하면, 단계(430)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 복수의 그룹별로 측정된 셀 전압 각각의 주파수를 분석한다.
다음으로, 단계(440)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 직류(DC) 성분을 이용하여 상기 연료전지 스택(110)의 고장을 진단한다.
다음으로, 단계(450)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 교류(AC) 성분을 이용하여 임피던스를 계산한다.
다음으로, 단계(460)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 계산된 임피던스를 이용하여 상기 연료전지 스택(110)의 습윤 상태를 판단한다.
다음으로, 단계(470)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택(110)에 대한 가습 제어를 수행한다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하여 주파수 분석을 통해 직류 성분과 교류 성분을 추출함으로써, 연료전지 스택의 고장을 효율적으로 진단할 수 있으며, 나아가 임피던스 계산을 통해 연료전지 스택의 가습 제어를 수행할 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.
110: 연료전지 스택
120: 교류전류 발생회로
122: 파워
124: 커패시터
130: 전압 측정 회로
140: 마이컴

Claims (11)

  1. 연료전지 스택의 진단 장치에 의해 수행되는 연료전지 스택 진단 방법에 있어서,
    기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가하는 단계;
    상기 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 전압 측정 채널 별로 측정하는 단계;
    상기 측정된 셀 전압 각각의 주파수를 분석하는 단계;
    상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 직류(DC) 성분을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계; 및
    상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 교류(AC) 성분을 이용하여 임피던스를 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 연료전지 스택의 각 단위 셀은 복수의 그룹으로 구분되어 배치되고, 상기 복수의 그룹에는 각각 전압 측정 회로가 연결되어 복수의 전압 측정 채널이 형성되는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계는
    상기 연료전지 스택의 셀 전압인 상기 직류 성분을 전압-전류(V-I) 특성 곡선과 비교하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 임피던스를 계산하는 단계는
    상기 교류 성분에 해당하는 주파수의 전압 크기와, 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 상기 임피던스를 계산하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 계산된 임피던스를 이용하여 상기 연료전지 스택의 습윤 상태를 판단하는 단계; 및
    상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택에 대한 가습 제어를 수행하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 전압 측정 채널 별로 측정하는 단계는
    상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류로 인해 나타나는 상기 연료전지 스택의 교류 전압 값을 상기 전압 측정 채널별로 측정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    복수의 전압 측정 채널은
    적어도 2개의 채널로 형성되는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법.
  7. 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가하는 교류전류 발생회로;
    상기 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 전압 측정 채널 별로 측정하는 전압 측정 회로;
    상기 측정된 셀 전압 각각의 주파수를 분석하고, 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 직류(DC) 성분을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하며, 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 교류(AC) 성분을 이용하여 임피던스를 계산하는 마이컴을 포함하고,
    상기 연료전지 스택의 각 단위 셀은 복수의 그룹으로 구분되어 배치되고, 상기 복수의 그룹에는 각각 전압 측정 회로가 연결되어 복수의 전압 측정 채널이 형성되는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 마이컴은
    상기 연료전지 스택의 셀 전압인 상기 직류 성분을 전압-전류(V-I) 특성 곡선과 비교하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 마이컴은
    상기 교류 성분에 해당하는 주파수의 전압 크기와, 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 상기 임피던스를 계산하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 마이컴은
    상기 계산된 임피던스를 이용하여 상기 연료전지 스택의 습윤 상태를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택에 대한 가습 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 전압 측정 회로는
    상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류로 인해 나타나는 상기 연료전지 스택의 교류 전압 값을 상기 전압 측정 채널별로 측정하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 장치.
KR1020120149920A 2012-12-20 2012-12-20 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법 및 장치 KR101418179B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120149920A KR101418179B1 (ko) 2012-12-20 2012-12-20 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120149920A KR101418179B1 (ko) 2012-12-20 2012-12-20 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법 및 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140080287A KR20140080287A (ko) 2014-06-30
KR101418179B1 true KR101418179B1 (ko) 2014-07-09

Family

ID=51131053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120149920A KR101418179B1 (ko) 2012-12-20 2012-12-20 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법 및 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101418179B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9929419B2 (en) 2014-12-03 2018-03-27 Hyundai Motor Company Device and method for monitoring dryness of fuel cell stack
KR20230050812A (ko) 2021-10-08 2023-04-17 울산대학교 산학협력단 연료전지 시스템의 잔여 수명 예측 방법 및 이를 수행하는 디지털 트윈 장치

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101646854B1 (ko) * 2014-12-15 2016-08-09 현대오트론 주식회사 연료전지 스택 임피던스 측정 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101755923B1 (ko) 2015-12-09 2017-07-10 현대자동차주식회사 연료전지 스택 오염 진단 방법 및 시스템
KR101866072B1 (ko) * 2016-10-18 2018-06-08 현대자동차주식회사 연료전지 스택의 상태 진단 장치 및 그 방법
CN108037468A (zh) * 2017-12-27 2018-05-15 新源动力股份有限公司 一种燃料电池诊断装置及方法
CN113884766A (zh) * 2021-09-15 2022-01-04 江苏东华分析仪器有限公司 基于隔离技术的高电压储能电堆多通道同步阻抗测量方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
JP2009231197A (ja) 2008-03-25 2009-10-08 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム及び該システムにおける蓄電装置の劣化判定方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
JP2009231197A (ja) 2008-03-25 2009-10-08 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム及び該システムにおける蓄電装置の劣化判定方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9929419B2 (en) 2014-12-03 2018-03-27 Hyundai Motor Company Device and method for monitoring dryness of fuel cell stack
KR20230050812A (ko) 2021-10-08 2023-04-17 울산대학교 산학협력단 연료전지 시스템의 잔여 수명 예측 방법 및 이를 수행하는 디지털 트윈 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140080287A (ko) 2014-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101418179B1 (ko) 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법 및 장치
KR101090705B1 (ko) 연료전지 스택의 상태 진단 방법
US20140188414A1 (en) Method and system for measuring impedance for diagnosis of fuel cell stack
US10249895B2 (en) Apparatus and method for diagnosing state of fuel cell stack
KR101592760B1 (ko) 연료전지 스택의 상태 진단 장치 및 그 방법
KR101646854B1 (ko) 연료전지 스택 임피던스 측정 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101362740B1 (ko) 연료전지 스택 고장 진단 방법
KR101428299B1 (ko) 연료전지 스택 진단 장치 및 그것의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법
KR101418175B1 (ko) 스택 전류 측정에 기반한 연료전지 스택의 고장 진단 장치 및 방법
KR101418180B1 (ko) 연료전지 스택 고장 진단 방법
KR101438958B1 (ko) 연료전지 스택의 주입 전류 생성 방법
KR101629579B1 (ko) 연료전지 스택 전압 측정 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101448766B1 (ko) 연료전지 스택의 진단 시스템
KR101438956B1 (ko) 연료전지 스택의 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101593761B1 (ko) 연료전지 스택 고장 진단 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101362741B1 (ko) 연료전지 스택의 고장 진단 방법 및 장치
KR101308254B1 (ko) 연료 전지 스택의 상태 진단 장치 및 그 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
KR102485336B1 (ko) 연료전지 스택의 임피던스 측정 장치 및 그 방법
KR101418177B1 (ko) 위상차 보상 회로를 구비한 연료전지 스택의 고장 진단 장치 및 그것의 위상차 보상 방법
KR101418178B1 (ko) 연료전지 스택의 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치
KR20170100117A (ko) 소형 이동형 고분자전해질연료전지의 셀 내부저항 측정장치 및 그 방법
KR101448787B1 (ko) 연료전지 스택 진단 신호 설정 방법 및 시스템

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