KR101428299B1 - 연료전지 스택 진단 장치 및 그것의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 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 셀 전압의 측정 시, 상기 복수의 그룹별로 상기 셀 전압의 직류 성분을 검출하는 단계; 상기 셀 전압의 측정 시, 상기 복수의 그룹별로 상기 셀 전압의 교류 성분을 검출하는 단계; 및 상기 셀 전압의 교류 성분, 및 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류를 이용하여 임피던스를 검출하는 단계를 포함한다.

Description

연료전지 스택 진단 장치 및 그것의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법{FUEL CELL STACK DIAGNOSIS DEVICE AND METHOD FOR DETECTING CELL VOLTAGE AND IMPEDANCE FOR THE SAME}
본 발명의 실시예들은 연료전지 스택 진단에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 스택 진단 장치 및 상기 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 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 필터 설계 기술을 통해 셀 전압 및 임피던스 검출의 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지 스택 진단 장치 및 상기 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 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 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 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 셀 전압의 측정 시, 상기 복수의 그룹별로 상기 셀 전압의 직류 성분을 검출하는 단계; 상기 셀 전압의 측정 시, 상기 복수의 그룹별로 상기 셀 전압의 교류 성분을 검출하는 단계; 및 상기 셀 전압의 교류 성분, 및 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류를 이용하여 임피던스를 검출하는 단계를 포함한다.
상기 셀 전압의 직류 성분을 검출하는 단계는 로우패스필터(LPF)를 이용하여 상기 복수의 그룹별로 상기 셀 전압의 직류 성분(DC)을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법은 상기 검출된 직류 성분을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
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 셀 전압의 교류 성분을 검출하는 단계는 하이패스필터(HPF)를 이용하여 상기 셀 전압의 교류 성분을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 임피던스를 검출하는 단계는 상기 검출된 교류 성분에 해당하는 주파수의 전압 크기와, 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 상기 임피던스를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법은 상기 검출된 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 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 측정하되, 상기 셀 전압의 측정 시, 상기 복수의 그룹별로 상기 셀 전압의 직류 성분 및 교류 성분을 검출하는 전압 측정 회로; 및 상기 셀 전압의 교류 성분, 및 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류를 이용하여 임피던스를 검출하는 마이컴을 포함한다.
상기 전압 측정 회로는 로우패스필터(LPF)를 이용하여 상기 복수의 그룹별로 상기 셀 전압의 직류 성분(DC)을 검출하고, 하이패스필터(HPF)를 이용하여 상기 셀 전압의 교류 성분을 검출할 수 있다.
상기 마이컴은 상기 검출된 직류 성분을 전압-전류(V-I) 특성 곡선과 비교하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단할 수 있다.
상기 마이컴은 상기 검출된 교류 성분에 해당하는 주파수의 전압 크기와, 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 상기 임피던스를 검출할 수 있다.
상기 마이컴은 상기 검출된 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, 하이패스필터(HPF)와 로우패스필터(LPF)를 이용하여 연료전지 스택의 전압을 HPF를 통해서는 교류 성분을 검출하고 LPF를 통해서는 직류 성분을 검출함으로써, 셀 전압의 교류 전류 성분을 용이하게 검출할 수 있으며, 이를 통해 연료전지 스택의 고장 진단 및 임피던스 검출의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 장치를 설명하기 위해 도시한 회로도이다.
도 2는 도 1의 전압 측정 회로(130)에 채용되는 하이패스필터(HPF)와 로우패스필터(LPF)를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 하이패스필터(HPF)를 통해 검출되는 스택 전압의 교류 성분을 도시한 파형도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 로우패스필터(LPF)를 통해 검출되는 스택 전압의 직류 성분을 도시한 파형도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
연료전지 스택의 운전 전압은 수백 볼트인데 비해 임피던스 검출을 위해 주입(인가)되는 교류 전류의 크기는 수 암페어[A]이고, 이 전류에 의한 연료전지 스택의 전압 크기는 보통 10볼트[V] 이내로 작다.
이렇기 때문에 연료전지 스택의 전압을 마이컴에서 읽을 수 있는 전압인 5V 이내로 전압을 분압했을 때 분해능이 매우 떨어져서 교류 전류 성분을 검출하기가 어려울 수 있다.
이를 해결하기 위해서 직류 성분과 교류 성분의 전압을 필터링하여 읽으면 교류 성분의 전압을 큰 손실 없이 읽을 수 있게 된다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에서는 하이패스필터(HPF)와 로우패스필터(LPF)를 이용하여 연료전지 스택의 전압을 HPF를 통해서는 교류 성분만 검출하고 LPF를 통해서는 직류 성분만 검출함으로써, 셀 전압의 교류 전류 성분을 용이하게 검출할 수 있으며, 이를 통해 연료전지 스택의 고장 진단 및 임피던스 검출의 효율을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 장치를 설명하기 위해 도시한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 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 전압 측정 회로(130)는 도 2에 도시된 바와 같이 하이패스필터(HPF) 및 로우패스필터(LPF)를 포함할 수 있다. 참고로, 도 2는 도 1의 전압 측정 회로(130)에 채용되는 하이패스필터(HPF)와 로우패스필터(LPF)를 도시한 도면이다.
상기 전압 측정 회로(130)는 상기 하이패스필터(HPF)를 이용하여 상기 셀 전압의 교류 성분을 검출할 수 있다. 또한, 상기 전압 측정 회로(130)는 상기 로우패스필터(LPF)를 이용하여 상기 연료전지 스택(110)의 각 그룹(111, 112, 113, 114)별로 상기 셀 전압의 직류 성분(DC)을 검출할 수 있다.
다시 설명하면, 상기 셀 전압이 도 2에 도시된 하이패스필터(HPF)를 거치면, 도 3에 도시된 바와 같이 스택 전압의 교류 성분만이 검출될 수 있다. 그리고, 상기 셀 전압이 도 2에 도시된 로우패스필터(LPF)를 거치면, 도 4에 도시된 바와 같이 스택 전압의 직류 성분만이 검출될 수 있다.
참고로, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 하이패스필터(HPF)를 통해 검출되는 스택 전압의 교류 성분을 도시한 파형도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 로우패스필터(LPF)를 통해 검출되는 스택 전압의 직류 성분을 도시한 파형도이다.
상기 마이컴(140)은 상기 셀 전압의 교류 성분, 및 상기 연료전지 스택(110)에 인가된 교류 전류를 이용하여 임피던스를 검출한다.
즉, 상기 마이컴(140)은 상기 검출된 교류 성분에 해당하는 주파수의 전압 크기와, 상기 연료전지 스택(110)에 인가된 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 상기 임피던스를 검출할 수 있다.
상기 마이컴(140)은 상기 검출된 임피던스를 이용하여 상기 연료전지 스택의 습윤 상태를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택에 대한 가습 제어를 수행할 수 있다.
상기 마이컴(140)은 상기 검출된 직류 성분을 전압-전류(V-I) 특성 곡선과 비교하여 상기 연료전지 스택(110)의 고장을 진단한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다. 여기서, 상기 방법은 도 1의 연료전지 스택 진단 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.
먼저 도 1 및 도 5를 참조하면, 단계(510)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가한다.
다음으로, 단계(520)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 연료전지 스택(110)의 셀 전압을 복수의 그룹(111, 112, 113, 114)으로 나누어 측정한다.
여기서, 상기 연료전지 스택(110)의 셀 전압을 복수의 그룹(111, 112, 113, 114)으로 나누어 측정하는 과정은 다음과 같다.
즉, 도 1 및 도 6을 참조하면, 단계(610)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 연료전지 스택(110)의 각 단위 셀을 복수의 그룹(111, 112, 113, 114)으로 구분하여 배치한다.
이후, 단계(620)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(630)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.
계속해서, 다시 도 1 및 도 5를 참조하면, 단계(530)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 셀 전압의 측정 시, 상기 복수의 그룹(111, 112, 113, 114)별로 상기 셀 전압의 직류 성분을 검출한다.
다음으로, 단계(540)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 셀 전압의 측정 시, 상기 복수의 그룹(111, 112, 113, 114)별로 상기 셀 전압의 교류 성분을 검출한다.
다음으로, 단계(550)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 셀 전압의 교류 성분, 및 상기 연료전지 스택(110)에 인가된 교류 전류를 이용하여 임피던스를 검출한다.
다음으로, 단계(560)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 검출된 직류 성분을 이용하여 상기 연료전지 스택(110)의 고장을 진단한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다. 여기서, 상기 방법은 도 1의 연료전지 스택 진단 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 단계(710)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가한다.
다음으로, 단계(720)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 연료전지 스택(110)의 셀 전압을 복수의 그룹(111, 112, 113, 114)으로 나누어 측정한다.
다음으로, 단계(730)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 셀 전압의 측정 시, 상기 복수의 그룹(111, 112, 113, 114)별로 상기 셀 전압의 교류 성분을 검출한다.
다음으로, 단계(740)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 셀 전압의 교류 성분, 및 상기 연료전지 스택(110)에 인가된 교류 전류를 이용하여 임피던스를 검출한다.
다음으로, 단계(750)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 검출된 임피던스를 이용하여 상기 연료전지 스택(110)의 습윤 상태를 판단한다.
다음으로, 단계(760)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 하이패스필터(HPF)와 로우패스필터(LPF)를 이용하여 연료전지 스택의 전압을 HPF를 통해서는 교류 성분만 검출하고 LPF를 통해서는 직류 성분만 검출함으로써, 셀 전압의 교류 전류 성분을 용이하게 검출할 수 있으며, 이를 통해 연료전지 스택의 고장 진단 및 임피던스 검출의 효율을 향상시킬 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 (15)

  1. 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법에 있어서,
    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 셀 전압의 측정 시, 상기 복수의 그룹별로 상기 셀 전압의 직류 성분을 검출하는 단계;
    상기 셀 전압의 측정 시, 상기 복수의 그룹별로 상기 셀 전압의 교류 성분을 검출하는 단계; 및
    상기 셀 전압의 교류 성분, 및 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류를 이용하여 임피던스를 검출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 전압의 직류 성분을 검출하는 단계는
    로우패스필터(LPF)를 이용하여 상기 복수의 그룹별로 상기 셀 전압의 직류 성분(DC)을 검출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 검출된 직류 성분을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법.
  4. 제3항에 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 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 셀 전압의 교류 성분을 검출하는 단계는
    하이패스필터(HPF)를 이용하여 상기 셀 전압의 교류 성분을 검출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 임피던스를 검출하는 단계는
    상기 검출된 교류 성분에 해당하는 주파수의 전압 크기와, 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 상기 임피던스를 검출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 검출된 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 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    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 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    복수의 전압 측정 채널은
    적어도 2개의 채널로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 장치의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법.
  10. 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가하는 교류전류 발생회로;
    상기 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하되, 상기 셀 전압의 측정 시, 상기 복수의 그룹별로 상기 셀 전압의 직류 성분 및 교류 성분을 검출하는 전압 측정 회로; 및
    상기 셀 전압의 교류 성분, 및 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류를 이용하여 임피던스를 검출하는 마이컴
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전압 측정 회로는
    로우패스필터(LPF)를 이용하여 상기 복수의 그룹별로 상기 셀 전압의 직류 성분(DC)을 검출하고, 하이패스필터(HPF)를 이용하여 상기 셀 전압의 교류 성분을 검출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 마이컴은
    상기 검출된 직류 성분을 전압-전류(V-I) 특성 곡선과 비교하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 마이컴은
    상기 검출된 교류 성분에 해당하는 주파수의 전압 크기와, 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 상기 임피던스를 검출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 마이컴은
    상기 검출된 임피던스를 이용하여 상기 연료전지 스택의 습윤 상태를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택에 대한 가습 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    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 측정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 장치.
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