KR101448760B1 - 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 장치 및 방법 - Google Patents

연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지 스택 진단 시스템에 포함되는 파워 트랜지스터를 이용하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 실시예는, 연료전지 스택 진단 시스템으로서, 연료전지 스택의 전압 및 전류를 측정하여 상기 연료전지 스택의 상태를 진단 분석하는 진단 제어 분석기와, 상기 진단 제어 분석기의 제어에 따라 진단용 교류신호를 발생하는 교류신호 발생기, 및 상기 교류신호 발생기에서 출력되는 교류신호에 따라 구동되어 상기 연료전지 스택의 전류에 진단을 위한 교류 성분이 포함되도록 하는 파워 트랜지스터를 포함하는 연료전지 스택 진단 시스템의 상기 파워 트랜지스터를 이용하는 장치에 있어서, 상기 연료전지 스택 진단 시스템이 장착되는 연료전지 자동차의 회생제동을 검출하는 회생제동 검출부; 상기 연료전지 자동차의 회생제동에 따른 전압 상승이 설정값 이상인지를 판단하는 전압상승 판단부; 상기 전압상승 판단부에 의해 판단된 상기 회생제동에 따른 전압 상승이 설정값 이상이면, 상기 회생제동에 따른 전압이 상기 파워 트랜지스터에서 방전 소모되도록 상기 교류신호 발생기를 제어하는 파워 트랜지스터 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 장치 및 방법 {METHOD OF UTILIZING POWER TRANSISTOR OF FUEL CELL STACK DIAGNOSTIC SYSTEM}
본 발명은 연료전지 스택 진단 시스템에 포함되는 파워 트랜지스터를 이용하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 스택(stack) 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이다.
이러한 연료전지는 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품의 전력 공급에도 적용될 수 있다.
예를 들어, 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.
상기 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 연료전지 스택(stack)이다.
1개의 단위 셀에서 발생하는 전위는 약 1.3V로서, 예를 들어 차량 구동에 필요한 전력을 생산하기 위해 다수의 셀을 직렬로 적층하고 있다.
상기와 같이 다수의 셀로 구성된 연료전지 스택은, 원하는 성능 및/또는 상태가 유지되고 있는지를 확인하기 위해 진단을 해야 한다.
도 1에 연료전지 스택의 진단을 위한 종래기술의 실시예에 따른 진단 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 1을 참조하면, 종래기술의 실시예에 따른 연료전지 스택의 진단 및 열관리 시스템은, 연료전지 스택(10)에 진단용 교류신호(또는 교류전류)를 주입하기 위한 교류전류 주입기(20)와, 상기 진단용 교류신호의 주입에 따른 교류전류의 변화를 분석하여 상기 연료전지 스택(10)의 진단을 수행하는 진단 분석기(30)를 포함할 수 있다.
상기 연료전지 스택을 진단하는 시스탬은, 일반적으로 진단용 교류신호의 고주파 왜곡율 분석(THDA; Total Harmonic Distortion Analysis)을 통해 진단을 수행하기 때문에, 상기 진단 분석기(30)는 고조파 분석기를 포함할 수 있다.
상기 교류전류 주입기(20)에 의해 진단용 교류신호(전류)(IAC)가 연료전지 스택(10)에 주입되면, 상기 연료전지 스택(10)의 전류(ISTACK)에 상기 진단용 교류신호(IAC)가 중첩된다. 따라서, 부하(40)로 흐르는 전류(ILOAD)에는 상기 진단용 교류신호(IAC) 성분이 포함된다.
상기 연료전지 스택(10)의 전류(ISTACK)와 상기 교류전류 주입기(20)의 진단용 교류신호(IAC)가 중첩되어 부하(40)로 흐르는 상태에서, 상기 상기 진단 분석기(30)는 연료전지 스택(10)의 전압을 검출하고, 검출된 전압을 주파수 변환한 다음 분석하여 상기 연료전지 스택(10)의 상태 및/또는 고장을 진단한다.
그런데, 상기 종래기술의 실시예의 진단 시스템의 교류전류 주입기(20)는, 진단용 교류신호를 연료전지 스택(10)에 인가할 때, 연료전지 스택(10)의 직류전류와의 충돌을 방지하기 위해 디커플링(decoupling) 커패시터(CT)를 필수적으로 포함한다.
상기 교류전류 주입기(20)의 디커플링 커패시터(CT)는 낮은 주파수의 교류전류를 통과시켜야 하기 때문에 상당히 큰 용량이어야 한다.
따라서, 상기 교류전류 주입기(20)의 디커플링 커패시터(CT)는 수십개의 작은 용량 커패시터(CN)들을 병렬로 연결하여 형성하며, 이 때문에 가격이 비싸지고, 사이즈가 커지는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 상기 교류전류 주입기(20)의 진단용 교류신호가 상기와 같은 디커플링 커패시터(CT)를 통과할 때 상기 진단용 교류신호의 왜형(일그러짐)이 발생할 수 있어 정밀한 진단이 이루어지지 않을 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는, 연료전지 스택의 전류 일부분이 파워 트랜지스터를 통해 정현파 형태로 흐를 수 있도록 상기 파워 트랜지스터의 게이트 또는 베이스에 진단을 위한 교류신호를 인가함으로써 간단한 구성으로 교류전류의 왜곡 없이 비용경제적으로 연료전지 스택을 진단하는 연료전지 스택 진단 시스템에 포함되는 상기 파워 트랜지스터를 이용하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
즉, 본 발명이 해결하려는 과제는, 상기 연료전지 스택 진단 시스템에 포함되는 상기 파워 트랜지스터를 연료전지 자동차의 회생제동에 따른 전압 상승시 방전 회로로도 이용하고, 냉시동 시 상기 파워 트랜지스터의 발생 열을 예열로 사용하고, 겨울철에 히터로도 사용할 수 있도록 하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 장치는, 연료전지 스택의 전압 및 전류를 측정하여 상기 연료전지 스택의 상태를 진단 분석하는 진단 제어 분석기와; 상기 진단 제어 분석기의 제어에 따라 진단용 교류신호를 발생하는 교류신호 발생기; 및 상기 교류신호 발생기에서 출력되는 교류신호에 따라 구동되어 상기 연료전지 스택의 전류에 진단을 위한 교류 성분이 포함되도록 하는 파워 트랜지스터;를 포함하는 연료전지 스택 진단 시스템의 상기 파워 트랜지스터를 이용하는 장치에 있어서, 상기 연료전지 스택 진단 시스템이 장착되는 연료전지 자동차의 회생제동을 검출하는 회생제동 검출부; 상기 연료전지 자동차의 회생제동에 따른 전압 상승이 설정값 이상인지를 판단하는 전압상승 판단부; 상기 전압상승 판단부에 의해 판단된 상기 회생제동에 따른 전압 상승이 설정값 이상이면, 상기 회생제동에 따른 전압이 상기 파워 트랜지스터에서 방전 소모되도록 상기 교류신호 발생기를 제어하는 파워 트랜지스터 제어부;를 포함하고, 상기 회생제동에 따른 전압은, 상기 연료전지 자동차의 회생제동시 발전기 역할을 하는 모터의 출력전압으로서 상기 연료전지 자동차의 배터리를 충전하는 전압이다.
상기 연료전지 스택 진단 시스템은, 진단용 교류신호를 발생하는 단계와; 상기 진단용 교류신호를 연료전지 스택에 주입하는 단계; 상기 진단용 교류신호의 주입에 따른 교류전류의 변화를 분석하여 상기 연료전지 스택의 진단을 수행하는 단계;를 수행하는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 장치는, 상기 연료전지 자동차의 모터 룸(motor room) 또는 엔진룸의 온도 또는 냉각수 온도를 검출하는 온도센서; 상기 온도센서에 의해 검출된 온도가 설정 온도 이하인지를 판단하는 온도 판단부;를 더 포함하고, 상기 파워 트랜지스터 제어부는 상기 온도센서에 의해 검출된 온도가 설정 온도 이하이면, 상기 파워 트랜지스터에서 발생하는 열이 상기 연료전지 자동차의 예열에 이용되도록 할 수 있다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 방법은, 연료전지 스택 진단 시스템으로서, 연료전지 스택의 전압 및 전류를 측정하여 상기 연료전지 스택의 상태를 진단 분석하는 진단 제어 분석기와, 상기 진단 제어 분석기의 제어에 따라 진단용 교류신호를 발생하는 교류신호 발생기, 및 상기 교류신호 발생기에서 출력되는 교류신호에 따라 구동되어 상기 연료전지 스택의 전류에 진단을 위한 교류 성분이 포함되도록 하는 파워 트랜지스터를 포함하는 연료전지 스택 진단 시스템의 상기 파워 트랜지스터를 이용하는 방법에 있어서, 상기 연료전지 스택 진단 시스템이 장착되는 연료전지 자동차의 회생제동을 검출하는 단계; 상기 연료전지 자동차의 회생제동에 따른 전압 상승이 설정값 이상인지를 판단하는 단계; 상기 회생제동에 따른 전압 상승이 설정값 이상이면, 상기 회생제동에 따른 전압이 상기 파워 트랜지스터에서 방전 소모되도록 하는 단계;를 포함하고, 상기 회생제동에 따른 전압은 상기 연료전지 자동차의 회생제동시 발전기 역할을 하는 모터의 출력전압으로서 상기 연료전지 자동차의 배터리를 충전하는 전압이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 방법은, 상기 연료전지 자동차의 모터 룸(motor room) 또는 엔진룸의 온도 또는 냉각수 온도를 검출하는 단계; 상기 검출된 온도가 설정 온도 이하인지를 판단하는 단계; 상기 검출된 온도가 설정 온도 이하이면, 상기 파워 트랜지스터에서 발생하는 열이 상기 연료전지 자동차의 예열에 이용되도록 하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 방법은, 상기 진단용 교류신호를 발생하는 단계; 상기 진단용 교류신호를 상기 연료전지 스택에 주입하는 단계; 상기 진단용 교류신호의 주입에 따른 교류전류의 변화를 분석하여 상기 연료전지 스택의 진단을 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 연료전지 스택 진단 시스템에 포함되는 파워 트랜지스터를 연료전지 자동차의 회생제동에 따른 전압 상승시 방전 회로로 이용하고, 냉시동 시 상기 파워 트랜지스터의 발생 열을 예열로 사용하고, 겨울철에 히터로도 사용할 수 있다.
도 1은 종래기술의 실시예에 따른 연료전지 스택의 진단 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이용 장치 및 방법이 적용되는 파워 트랜지스터를 포함하는 연료전지 스택 진단 시스템의 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 연료전지 스택 진단 시스템의 작용을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 방법의 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이용 장치 및 방법이 적용되는 파워 트랜지스터를 포함하는 연료전지 스택 진단 시스템의 예시적인 구성도이다.
도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 이용 장치 및 방법이 적용되는 파워 트랜지스터를 포함하는 연료전지 스택 진단 시스템은, 연료전지 스택(10)의 전압(VSTACK) 및 전류(ISTACK)의 주파수 등을 측정하여 상기 연료전지 스택(10)의 상태를 진단 분석하는 진단 제어 분석기(100); 상기 진단 제어 분석기(100)의 제어에 따라 진단용 교류신호(IBASE)를 발생하는 교류신호 발생기(200); 상기 교류신호 발생기(200)에서 출력되는 교류신호에 따라 구동되어 상기 연료전지 스택(10)의 전류(ISTACK)에 진단을 위한 교류 성분이 포함되도록 하는 교류성분 구동 소자로서 파워 트랜지스터(300);를 포함할 수 있다.
상기 진단 제어 분석기(100)는 종래기술의 진단 분석기(30; 도 1)에 상당할 수 있다.
상기 진단 제어 분석기(100)는 부하(40)를 경유한 상기 교류 성분이 포함된 상기 연료전지 스택의 전류 및 전압을 기초로 상기 연료전지 스택을 진단할 수 있다.
상기 파워 트랜지스터(300)는 일례로 FET일 수 있지만, 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 이와 다른 것이라 하더라도 상기 FET에 상당하는 작용하는 구성이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
상기 진단 제어 분석기(100) 및 교류 신호 발생기(200)는, 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서 또는 상기 마이크로프로세서를 포함하는 하드웨어로 구성될 수 있다.
상기 진단 제어 분석기(100) 및 교류 신호 발생기(200)는 통합된 한 몸체로 구성될 수도 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 이용 장치 및 방법이 적용되는 파워 트랜지스터를 포함하는 연료전지 스택 진단 시스템의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
연료전지 스택(10)의 진단이 시작되면, 교류신호 발생기(200)는 진단 제어 분석기(100)의 제어에 따라, 도 3에 도시한 바와 같은, 파워 트랜지스터(TR)에 흡입전류(IINAC)가 흐를 수 있도록 교류신호(IBASE)를 발생하여 상기 파워 트랜지스터(TR)의 게이트 또는 베이스에 인가한다.
주지된 바와 같이, 상기 파워 트랜지스터(TR)의 게이트 또는 베이스에는 상당히 적은 전력이 인가된다.
상기 파워 트랜지스터(TR)의 게이트 또는 베이스에 인가되는 교류신호(IBASE)는 증폭영역의 전류로서 게이트 또는 베이스 전류에 증폭비 만큼만 흐르도록 제어된다.
상기 교류신호 발생기(200)가 상기 파워 트랜지스터(TR)에 교류신호(IBASE)를 인가하면, 상기 파워 트랜지스터(TR)에는 상기 흡입전류(IINAC)가 흐르기 때문에 상기 연료전지 스택(10)의 전류(ISTACK)에는, 도 3에 도시한 바와 같이, 교류성분이 포함되게 된다.
상기 연료전지 스택(10)의 전류(ISTACK)에 상기 교류성분이 포함되게 되면, 부하(40)에 흐르는 부하전류(ILOAD)에도 교류성분이 포함된다.
상기와 같이 파워 트랜지스터(TR)의 구동에 의해 흡입전류(IINAC)가 발생하여, 상기 연료전지 스택(10)의 전류(ISTACK)에 교류성분(예; 교류전류)이 생기게 되면, 진단 제어 분석기(100)는, 일반적인 진단 방법을 통해, 상기 교류성분이 포함된 연료전지 스택(10)의 전류 및/또는 전압의 주파수 등을 분석하여 상기 연료전지 스택(10)의 고장 및/또는 상태를 진단한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 장치 및 방법이 적용되는 파워 트랜지스터를 포함하는 연료전지 스택 진단 시스템은, 연료전지 스택 진단용 교류신호를 발생하는 프로세스와, 상기 진단용 교류신호를 연료전지 스택에 주입하는 프로세스, 및 상기 진단용 교류신호의 주입에 따른 상기 연료전지 스택(10)과 관련한 교류전류의 변화를 분석하는 과정을 통해 상기 연료전지 스택(10)의 진단을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 장치의 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 장치는, 연료전지 스택 진단 시스템에 포함되는 파워 트랜지스터를 연료전지 자동차의 회생제동에 따른 전압 상승시 방전 회로로도 이용하고, 냉시동 시 상기 파워 트랜지스터의 발생 열을 예열로 사용하고, 겨울철에 히터로도 사용할 수 있게 하는 장치이다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 장치는, 상기 연료전지 스택 진단 시스템이 장착되는 연료전지 자동차의 회생제동을 검출하는 회생제동 검출부(210); 상기 연료전지 자동차의 회생제동에 따른 전압 상승이 설정값 이상인지를 판단하는 전압상승 판단부(215); 상기 전압상승 판단부(215)에 의해 판단된 상기 회생제동에 따른 전압 상승이 설정값 이상이면, 상기 회생제동에 따른 전압이 상기 파워 트랜지스터(300)에서 방전 소모되도록 상기 교류신호 발생기를 제어하는 파워 트랜지스터 제어부(230);를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 장치는, 상기 연료전지 자동차의 모터 룸(motor room) 또는 엔진룸의 온도 또는 냉각수 온도를 검출하는 온도센서(220); 상기 온도센서(220)에 의해 검출된 온도가 설정 온도 이하인지를 판단하는 온도 판단부(225);를 포함할 수 있고, 상기 파워 트랜지스터 제어부(230)는 상기 온도센서(220)에 의해 검출된 온도가 설정 온도(예; 섭씨 영하 3도) 이하이면, 상기 파워 트랜지스터(300)에서 발생하는 열이 상기 연료전지 자동차의 예열 또는 히팅에 이용되도록 할 수 있다.
상기 온도센서(220)는 본 발명의 실시예에서는 일례로 모터 룸(또는 엔진 룸)에 설치되어 모터 룸의 온도 또는 냉각수 온도를 검출하는 센서로 형성될 수 있지만, 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 이와 다른 구성이라고 하더라도 실질적인 모터 룸의 온도 또는 냉각수 온도를 검출하는 구성이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
상기 회생제동 검출부(210), 전압상승 판단부(215), 온도 판단부(225)는 각각 자동차 또는 연료 자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용되는 일반적인 전기전자 제어기술을 통해 당업자가 용이하게 구성할 수 있는 것이므로, 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략한다.
상기 파워 트랜지스터 제어부(230)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서 또는 전기전자 소자들로 형성되는 하드웨어로 구성될 수 있고, 상기 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 방법을 수행하기 위한 일련의 명령으로 형성될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 방법을 첨부의 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 방법을 도시한 흐름도이다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 방법은, 연료전지 스택 진단 시스템에 포함되는 파워 트랜지스터를 연료전지 자동차의 회생제동에 따른 전압 상승시 방전 회로로 이용하는 방법이다.
예를 들면, 회생제동 검출부(210)는 상기 연료전지 스택 진단 시스템(도 2)이 장착되는 연료전지 자동차의 운행 중에 회생제동을 검출한다(S510)(S520).
상기 회생제동을 검출할 때, 상기 연료전지 스택 진단 시스템이 연료전지 스택의 진단을 수행하고 있는 상태인 것은 물론이다. 즉, 상기 연료전지 스택 진단 시스템은 연료전지 자동차의 운행 중에 동작하는 것이다.
상기 회생제동 검출부(210)에 의해 상기 연료전지 자동차의 회생제동이 검출되었으면, 전압상승 판단부(215)는 상기 연료전지 자동차의 회생제동에 따른 전압 상승이 설정값 이상인지를 판단한다(S530). 상기 회생제동에 따른 전압은, 당업자에게 자명하듯이, 상기 연료전지 자동차의 회생제동시 발전기 역할을 하는 모터(미도시)의 출력전압으로서 상기 연료전지 자동차의 배터리를 충전하는 전압임은 물론이다.
상기 전압상승 판단부(215)는 상기 연료전지 자동차의 회생제동에 따른 전압 상승이 설정값 이상이면, 이를 알리는 신호를 파워 트랜지스터 제어부(230)에 송신한다.
상기 전압상승 판단부(215)에서 상기 연료전지 자동차의 회생제동에 따른 전압 상승이 설정값 이상임을 알리는 신호가 송신되면, 파워 트랜지스터 제어부(230)는 파워 트랜지스터(300)에서 상기 회생제동에 따른 전압이 방전 소모되도록 하기 위한 요청 신호를 교류신호 발생기(200)에 인가한다(S540).
상기 파워 트랜지스터 제어부(230)로부터 상기 회생제동에 따른 전압이 상기 파워 트랜지스터(300)에서 방전 소모되도록 하기 위한 상기 요청 신호가 송신되었으면, 상기 교류신호 발생기(200)는 상기 파워 트랜지스터(300)의 게이트 또는 베이스에 상기 회생제동에 따른 전압이 방전 소모될 수 있도록 인가되고 있던 교류 신호를 변경한다.
상기 파워 트랜지스터(300)에 상기 회생제동에 따른 전압이 방전 소모될 수 있도록 교류 신호가 변경되어 인가되면, 상기 회생제동에 의해 발생된 전압이 파워 트랜지스터(300)에서 동작 소모 전력으로 소모되기 때문에, 상기 회생제동에 따른 전압 상승에 의한 피해를 방지할 수 있다.
상기 회생제동에 따른 전압의 크기에 따라 상기 파워 트랜지스터에 인가되는 교류 신호의 크기가 가변될 수 있음은 물론이다. 즉, 상기 회생제동에 따른 전압의 크기와 상기 교류 신호의 크기는 비례할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6에 도시한 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 방법은, 냉시동 시 상기 파워 트랜지스터의 발생 열을 예열로 사용하고, 겨울철에 히터로도 사용할 수 있도록 하는 방법이다.
예를 들면, 온도센서(220)는 상기 연료전지 스택 진단 시스템(도 2)이 장착되는 연료전지 자동차의 운행 중에 상기 상기 연료전지 자동차의 모터 룸(또는 엔진룸)의 온도 또는 냉각수 온도를 검출한다(S610).
S610 단계를 수행할 때, 상기 연료전지 스택 진단 시스템이 연료전지 스택의 진단을 수행하고 있는 상태인 것은 물론이다. 즉, 상기 연료전지 스택 진단 시스템은 연료전지 자동차의 운행 중에 동작하는 것이다.
상기 온도센서(220)에 의해 상기 연료전지 자동차의 모터 룸(또는 엔진룸)의 온도 또는 냉각수 온도가 검출되면, 온도 판단부(225)는 상기 온도센서(220)에 의해 검출된 온도가 설정 온도 이하인지를 판단한다(S620).
상기 온도 판단부(225)는 상기 온도센서(220)에 의해 검출된 온도가 설정 온도 이하이면, 이를 알리는 신호를 파워 트랜지스터 제어부(230)에 송신한다.
상기 온도 판단부(225)에서 상기 온도센서(220)에 의해 검출된 온도가 설정 온도 이하임을 알리는 신호가 송신되면, 파워 트랜지스터 제어부(230)는 파워 트랜지스터(300)의 동작 열을 상승시키기 위한 요청 신호를 교류신호 발생기(200)에 인가한다(S630).
즉, 상기 파워 트랜지스터 제어부(230)에서 상기 파워 트랜지스터(300)의 동작 열을 상승시키기 위한 요청 신호가 송신되었으면, 상기 교류신호 발생기(200)는 상기 파워 트랜지스터(300)의 게이트 또는 베이스에 인가되고 있던 교류 신호를 상기 요청 신호에 대응하는 교류 신호로 변경한다.
상기 파워 트랜지스터(300)에 상기 동작 열을 상승시키기 위한 상기 변경된 교류신호가 인가되면, 상기 파워 트랜지스터(300)에서는 추가적인 동작 열, 즉 예열을 위한 열이 발생되기 때문에, 이 열을 통해 냉시동시 예열을 할 수 있다.
상기와 같이 동작 열을 상승시키기 위한 교류 신호가 파워 트랜지스터(300)에 인가되면, 상기 파워 트랜지스터(300)는 연료전지 스택의 진단에 따르는 동작 열 이외에 추가적인 동작 열을 발생하기 때문에 겨울철에는 히터와 같은 역할을 할 수 있다.
상기 추가적인 동작 열의 크기는 상기 파워트랜지스터에 인가되는 교류전류의 크기를 조절함으로써 용이하게 할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
지금까지 설명한 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 방법은, 연료전지 스택을 진단하는 중에, 그리고 연료전지 스택을 진단하지 않을 때 모두에서 수행될 수 있다.
상기 연료전지 스택을 진단할 때, 상기 연료전지 스택 진단 시스템은, 전술한 바와 같이 연료전지 스택 진단용 교류신호를 발생하는 프로세스와, 상기 진단용 교류신호를 연료전지 스택에 주입하는 프로세스, 및 상기 진단용 교류신호의 주입에 따른 상기 연료전지 스택(10)과 관련한 교류전류의 변화를 분석하는 과정을 통해 상기 연료전지 스택(10)의 진단을 수행한다.
이로써, 본 발명의 실시예에 따르면, 연료전지 스택 진단 시스템에 포함되는 파워 트랜지스터를 연료전지 자동차의 회생제동에 따른 전압 상승시 방전 회로로 이용하고, 냉시동 시 상기 파워 트랜지스터의 발생 열을 예열로 사용하고, 겨울철에 히터로도 사용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 연료전지 스택 100: 진단 제어 분석기
200: 교류신호 발생기 210: 회생제동 검출부
215: 전압상승 판단부 220: 온도센서
225: 온도 판단부 230: 파워 트랜지스터 제어부
300: 파워 트랜지스터

Claims (6)

  1. 연료전지 스택 진단 시스템으로서, 연료전지 스택의 전압 및 전류를 측정하여 상기 연료전지 스택의 상태를 진단 분석하는 진단 제어 분석기와, 상기 진단 제어 분석기의 제어에 따라 진단용 교류신호를 발생하는 교류신호 발생기, 및 상기 교류신호 발생기에서 출력되는 교류신호에 따라 구동되어 상기 연료전지 스택의 전류에 진단을 위한 교류 성분이 포함되도록 하는 파워 트랜지스터를 포함하는 연료전지 스택 진단 시스템의 상기 파워 트랜지스터를 이용하는 장치에 있어서,
    상기 연료전지 스택 진단 시스템이 장착되는 연료전지 자동차의 회생제동을 검출하는 회생제동 검출부;
    상기 연료전지 자동차의 회생제동에 따른 전압 상승이 설정값 이상인지를 판단하는 전압상승 판단부;
    상기 전압상승 판단부에 의해 판단된 상기 회생제동에 따른 전압 상승이 설정값 이상이면, 상기 회생제동에 따른 전압이 상기 파워 트랜지스터에서 방전 소모되도록 상기 교류신호 발생기를 제어하는 파워 트랜지스터 제어부;
    를 포함하고,
    상기 회생제동에 따른 전압은, 상기 연료전지 자동차의 회생제동시 발전기 역할을 하는 모터의 출력전압으로서 상기 연료전지 자동차의 배터리를 충전하는 전압인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 연료전지 스택 진단 시스템은,
    진단용 교류신호를 발생하는 단계와; 상기 진단용 교류신호를 연료전지 스택에 주입하는 단계; 상기 진단용 교류신호의 주입에 따른 교류전류의 변화를 분석하여 상기 연료전지 스택의 진단을 수행하는 단계;를 수행하는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 연료전지 자동차의 모터 룸(motor room) 또는 엔진룸의 온도 또는 냉각수 온도를 검출하는 온도센서;
    상기 온도센서에 의해 검출된 온도가 설정 온도 이하인지를 판단하는 온도 판단부;
    를 더 포함하고,
    상기 파워 트랜지스터 제어부는 상기 온도센서에 의해 검출된 온도가 설정 온도 이하이면, 상기 파워 트랜지스터에서 발생하는 열이 상기 연료전지 자동차의 예열에 이용되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 장치.
  4. 연료전지 스택 진단 시스템으로서, 연료전지 스택의 전압 및 전류를 측정하여 상기 연료전지 스택의 상태를 진단 분석하는 진단 제어 분석기와, 상기 진단 제어 분석기의 제어에 따라 진단용 교류신호를 발생하는 교류신호 발생기, 및 상기 교류신호 발생기에서 출력되는 교류신호에 따라 구동되어 상기 연료전지 스택의 전류에 진단을 위한 교류 성분이 포함되도록 하는 파워 트랜지스터를 포함하는 연료전지 스택 진단 시스템의 상기 파워 트랜지스터를 이용하는 방법에 있어서,
    상기 연료전지 스택 진단 시스템이 장착되는 연료전지 자동차의 회생제동을 검출하는 단계;
    상기 연료전지 자동차의 회생제동에 따른 전압 상승이 설정값 이상인지를 판단하는 단계;
    상기 회생제동에 따른 전압 상승이 설정값 이상이면, 상기 회생제동에 따른 전압이 상기 파워 트랜지스터에서 방전 소모되도록 하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 회생제동에 따른 전압은, 상기 연료전지 자동차의 회생제동시 발전기 역할을 하는 모터의 출력전압으로서 상기 연료전지 자동차의 배터리를 충전하는 전압인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 진단용 교류신호를 발생하는 단계;
    상기 진단용 교류신호를 상기 연료전지 스택에 주입하는 단계;
    상기 진단용 교류신호의 주입에 따른 교류전류의 변화를 분석하여 상기 연료전지 스택의 진단을 수행하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 연료전지 자동차의 모터 룸(motor room) 또는 엔진룸의 온도 또는 냉각수 온도를 검출하는 단계;
    상기 검출된 온도가 설정 온도 이하인지를 판단하는 단계;
    상기 검출된 온도가 설정 온도 이하이면, 상기 파워 트랜지스터에서 발생하는 열이 상기 연료전지 자동차의 예열에 이용되도록 하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 방법.
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