KR101568066B1 - Method for monitoring of fuel cell stack status and apparatus performing the same - Google Patents

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강선두
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 고장 진단 장치는 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 변환하는 제1 컨버터, 상기 변환된 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 제2 컨버터 및 상기 교류 전류를 직류 전류로 동작되는 상기 연료전지 스택에 주입하는 디커플링 커패시터를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 차량용 배터리의 전압을 승압하는 승압형 DC-DC 컨버터를 사용하지 않고 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압을 강압하는 강압형 DC-DC 컨버터를 사용함으로써, 차량용 배터리부터 승압형 DC-DC 컨버터까지를 잇는 회로 설계의 어려움이 발생한다는 문제점을 해결할 수 있다는 효과가 있다.The apparatus for diagnosing a fault in a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention includes a first converter for converting a direct current of a voltage generated by regenerative braking in a high voltage section into a direct current of a specific voltage, A second converter, and a decoupling capacitor for injecting the alternating current into the fuel cell stack operated as a direct current. Therefore, the present invention uses a step-down type DC-DC converter for stepping down a voltage generated by regenerative braking in a high voltage section without using a step-up DC-DC converter for stepping up a voltage of a vehicle battery, DC converter of the present invention can be solved.

Figure R1020130158504
Figure R1020130158504

Description

연료전지 스택 고장 진단 방법 및 이를 실행하는 장치{METHOD FOR MONITORING OF FUEL CELL STACK STATUS AND APPARATUS PERFORMING THE SAME}Technical Field [0001] The present invention relates to a fuel cell stack fault diagnosis method and a fuel cell stack fault diagnosis method,

본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들은 연료전지 스택 고장 진단 방법 및 이를 실행하는 장치에 관한 것이다.
Embodiments of the present invention relate to a method for diagnosing a failure of a fuel cell stack and an apparatus for executing the same.

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/전자 제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다.Fuel cells are a kind of power generation system that converts chemical energy of fuel into electricity by reacting it electrochemically in the stack without converting it into heat by combustion. It is a power generation device that not only supplies electric power for industrial, It can also be applied to the power supply of electronic products, especially portable devices.

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.As a power source for driving a vehicle, a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) having the highest power density among the fuel cells is most studied, And a fast power conversion reaction time.

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.The polymer electrolyte membrane fuel cell includes a membrane electrode assembly (MEA) having a catalytic electrode layer on both sides of the membrane, with a solid polymer electrolyte membrane on which hydrogen ions migrate, and a membrane electrode assembly (MEA) A gas diffusion layer (GDL) that serves to transfer electric energy, a gasket and a fastening mechanism for maintaining the airtightness of the reaction gases and the cooling water, an appropriate tightening pressure, and a separation plate for moving the reaction gases and the cooling water (Bipolar Plate).

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.When assembling the fuel cell stack using such a unit cell configuration, a combination of a membrane electrode assembly and a gas diffusion layer, which are major components in the innermost part of the cell, is located. In the membrane electrode assembly, hydrogen and oxygen react on both sides of the polymer electrolyte membrane. A gas diffusion layer, a gasket, and the like are stacked on an outer portion where the anode and the cathode are located.

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.A diffusion plate on which a flow field through which the reaction gas (hydrogen as fuel and oxygen or air as the oxidant) is passed and the cooling water passes is disposed outside the gas diffusion layer. A plurality of unit cells are stacked on the unit cell, a current collector, an insulating plate, and an end plate for supporting the stacked cells are coupled to the outermost unit cell. Thereby forming a fuel cell stack.

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.
In order to obtain a necessary electric potential in a real vehicle, a unit cell must be stacked by a necessary potential, and a unit cell is stacked. The potential generated in one unit cell is about 1.3 V, and a plurality of cells are stacked in series to produce power required for driving the vehicle.

본 발명은 차량용 배터리의 전압을 승압하는 승압형 DC-DC 컨버터를 사용하지 않고 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압을 강압하는 강압형 DC-DC 컨버터를 사용함으로써, 차량용 배터리부터 승압형 DC-DC 컨버터까지를 잇는 회로 설계의 어려움이 발생한다는 문제점을 해결할 수 있는 연료전지 스택 고장 진단 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention uses a step-down type DC-DC converter for stepping down a voltage generated by regenerative braking in a high voltage section without using a step-up DC-DC converter for stepping up a voltage of a vehicle battery, Which can solve the problem of difficulty in designing a circuit between the fuel cell stack and the fuel cell stack, and an apparatus for executing the method.

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.
The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problem (s), and another problem (s) not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

실시예들 중에서, 연료전지 스택 고장 진단 장치는 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 변환하는 제1 컨버터, 상기 변환된 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 제2 컨버터 및 상기 교류 전류를 직류 전류로 동작되는 상기 연료전지 스택에 주입하는 디커플링 커패시터를 포함할 수 있다.Among the embodiments, the fuel cell stack failure diagnosis apparatus includes a first converter for converting a direct current of a voltage generated by regenerative braking in a high voltage section to a direct current of a specific voltage, a second converter for converting the converted direct current into an alternating current, And a decoupling capacitor for injecting the alternating current into the fuel cell stack operated as a direct current.

일 실시예에서, 상기 제1 컨버터는 상기 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 강압하여 특정 전압의 직류 전류로 변환할 수 있다.In one embodiment, the first converter can convert a direct current of a voltage generated by regenerative braking in the high voltage section to a direct current of a specific voltage.

일 실시예에서, 상기 제2 컨버터는 상기 변환된 직류 전류의 펄스 폭을 조절하여 상기 직류 전류를 교류 전류로 변환할 수 있다.In one embodiment, the second converter may convert the direct current into an alternating current by adjusting the pulse width of the converted direct current.

일 실시예에서, 상기 디커플링 커패시터는 상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 직류 전류를 차단하고 상기 교류 전류를 통과시킬 수 있다.In one embodiment, the decoupling capacitor may block the direct current applied from the fuel cell stack and allow the alternating current to pass.

일 실시예에서, 상기 디커플링 커패시터는 상기 연료전지 스택에 직렬로 연결될 수 있다.In one embodiment, the decoupling capacitor may be coupled in series with the fuel cell stack.

일 실시예에서, 상기 연료전지 스택 고장 진단 장치는 상기 고전압부의 출력이 발생하기 전의 초기 상태에서 상기 연료전지 스택의 전압을 측정하는 전압 측정부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the fuel cell stack failure diagnosis apparatus may further include a voltage measurement unit that measures a voltage of the fuel cell stack in an initial state before the output of the high voltage unit occurs.

일 실시예에서, 연료전지 스택 고장 진단 장치는 상기 연료전지 스택의 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 제어부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the fuel cell stack failure diagnosis apparatus may further include a control unit for diagnosing a failure of the fuel cell stack using the voltage of the fuel cell stack.

실시예들 중에서, 연료전지 스택 고장 진단 장치에서 실행되는 연료전지 스택 고장 진단 방법은 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 변환하는 단계, 상기 변환된 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 단계 및 상기 교류 전류를 직류 전류로 동작되는 상기 연료전지 스택에 주입하는 단계를 포함할 수 있다.Among the embodiments, a method for diagnosing a fuel cell stack failure in a fuel cell stack failure diagnosis apparatus includes the steps of converting a direct current of a voltage generated by regenerative braking in a high voltage section into a direct current of a specific voltage, And injecting the alternating current into the fuel cell stack operated with a direct current.

일 실시예에서, 상기 특정 전압의 직류 전류로 변환하는 단계는 상기 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 강압하여 특정 전압의 직류 전류로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of converting the specific voltage into the direct current may include a step of reducing the direct current of the voltage generated by the regenerative braking in the high voltage section and converting the direct current into a direct current of a specific voltage.

일 실시예에서, 상기 변환된 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 단계는 상기 변환된 직류 전류의 펄스 폭을 조절하여 상기 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, converting the converted DC current into an AC current may include converting the DC current into an AC current by adjusting a pulse width of the converted DC current.

일 실시예에서, 상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 직류 전류를 차단하고 상기 교류 전류를 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment, it may include blocking the direct current applied from the fuel cell stack and passing the alternating current.

일 실시예에서, 상기 교류 전류는 상기 연료전지 스택에 직렬로 연결된 디커플링 커패시터를 통해 상기 연료전지 스택에 인가될 수 있다. In one embodiment, the alternating current may be applied to the fuel cell stack through a decoupling capacitor connected in series to the fuel cell stack.

일 실시예에서, 연료전지 스택 고장 진단 방법은 고전압부의 출력이 발생하기 전의 초기 상태에서 상기 연료전지 스택의 전압을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the method for diagnosing a fuel cell stack failure may further include measuring a voltage of the fuel cell stack in an initial state before an output of the high voltage portion occurs.

일 실시예에서, 연료전지 스택 고장 진단 방법은 상기 연료전지 스택의 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
In one embodiment, the method for diagnosing a fuel cell stack failure may further include diagnosing a failure of the fuel cell stack using the voltage of the fuel cell stack.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description and the accompanying drawings.

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.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and / or features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량용 배터리의 전압을 승압하는 승압형 DC-DC 컨버터를 사용하지 않고 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압을 강압하는 강압형 DC-DC 컨버터를 사용함으로써, 차량용 배터리부터 승압형 DC-DC 컨버터까지를 잇는 회로 설계의 어려움이 발생한다는 문제점을 해결할 수 있다는 효과가 있다.
According to an embodiment of the present invention, by using a step-down DC-DC converter that reduces the voltage generated by regenerative braking in the high voltage section without using a step-up DC-DC converter that boosts the voltage of the vehicle battery, There is an effect that it is possible to solve the problem that difficulty arises in designing a circuit connecting up to the step-up DC-DC converter.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 고장 진단 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 스택 고장 진단 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a block diagram illustrating a fuel cell stack failure diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method for diagnosing a failure of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.

기존의 연료전지 스택의 고장 진단 장치는 연료전지 스택에 교류전류를 주입하고 연료전지 스택의 전압을 검출하여 분석한 결과를 이용하여 THD(왜곡률)를 구하여 고장 여부를 판단한다. A conventional fault diagnosis apparatus for a fuel cell stack injects an alternating current into the fuel cell stack, detects the voltage of the fuel cell stack, and determines the THD (distortion rate) using the result of the analysis.

동작 전류에서 정현파의 교류 전류를 추가하여 사용하는 경우, 정상적인 셀의 전압은 선형 구간에서 전압이 변화하고, 비정상적인 셀의 전압은 비선형적인 구간에서 전압이 변화한다. 이때, 연료전지 스택의 전류는 기본 동작 전류와 정현파 전류의 합이된다.When a sinusoidal AC current is added to the operating current, the voltage of the normal cell varies in the linear section, and the voltage of the abnormal cell changes in the nonlinear section. At this time, the current of the fuel cell stack is the sum of the basic operating current and the sinusoidal current.

연료전지 스택의 전류에 따른 연료전지 스택의 전압을 측정하는데, 정상적인 셀의 전압은 전류 변환에 따른 왜곡률이 적은 반면에, 비정상적인 셀의 전압은 셀 전류 변화에 따라 전압 진폭이 크고 왜곡률도 크다.The voltage of the fuel cell stack according to the current of the fuel cell stack is measured. The voltage of the normal cell is less distorted due to the current conversion, while the voltage of the abnormal cell is larger in voltage amplitude and larger in distortion rate as the cell current changes.

왜곡률은 주입한 교류 전류의 기본 주파수 대비 고조파 성분의 합으로 계측된다. 기존의 연료전지 스택의 고장 진단 장치는 연료전지 스택 전압의 주파수 분석을 통해 왜곡률을 계산하여 셀 전압을 진단함으로써 연료전지 스택의 고장 여부를 판단할 수 있다.The distortion rate is measured as the sum of harmonic components relative to the fundamental frequency of the injected alternating current. The fault diagnosis apparatus of the existing fuel cell stack can determine the failure of the fuel cell stack by diagnosing the cell voltage by calculating the distortion rate through frequency analysis of the fuel cell stack voltage.

기존의 연료전지 스택의 고장 진단 장치의 구성요소를 살펴 보면, 연료전지 스택의 주입부와, 연료전지 스택의 전압을 측정하는 부분과, 고장을 진단하는 구성으로 크게 3개의 구성요소로 이루어져 있다.The components of the fault diagnosis device of the existing fuel cell stack are roughly divided into three components, that is, an injecting portion of the fuel cell stack, a portion for measuring the voltage of the fuel cell stack, and a fault diagnosis portion.

일반적으로, 연료전지 스택의 주입하는 교류전류를 생성하기 위해서는 DC-DC 컨버터가 12V 차량용 배터리의 전압의 100V 전압의 직류 전류를 승압하여 DC-AC 컨버터에 제공하고, DC-AC 컨버터는 100V 전압의 직류 전류를 교류 전류로 변환한다. Generally, in order to generate the injected AC current of the fuel cell stack, the DC-DC converter boosts the DC current of the 100V voltage of the 12V vehicle battery voltage to provide the DC-AC converter, and the DC- DC current is converted into alternating current.

이와 같이, 승압형 DC-DC 컨버터 입력단의 전력과 출력단의 전력이 같기 때문에 차량용 배터리에서 승압형 DC-DC 컨버터 입력까지의 전류는 승압형 DC-DC 컨버터 출력에서 DC-AC 컨버터 입력까지의 전류 보다 크다. 예를 들어,승압형 DC-DC 컨버터의 입력 전압은 차량용 배터리인 12V 이고 DC-DC 컨버터의 출력 전압은 100V 이므로 차량용 배터리에서 승압형 DC-DC 컨버터 입력까지의 전류는 승압형 DC-DC 컨버터 출력에서 DC-AC 컨버터 입력까지의 전류 보다 약 100배 크다.Since the power of the input terminal of the step-up DC-DC converter is the same as the power of the output terminal, the current from the vehicle battery to the step-up DC-DC converter input is higher than the current from the step-up DC-DC converter output to the DC- Big. For example, since the input voltage of a step-up DC-DC converter is 12V for a vehicle battery and the output voltage of the DC-DC converter is 100V, the current from the vehicle battery to the step-up DC- To the DC-AC converter input.

이와 같이, 차량용 배터리에서 승압형 DC-DC 컨버터까지 흐르는 전류가 크기 때문에, 차량용 배터리부터 승압형 DC-DC 컨버터까지를 잇는 전선의 굵기도 커지고 부품의 전류 사항도 커져서 회로 설계가 매우 힘들게 된다.As described above, since the current flowing from the vehicle battery to the step-up DC-DC converter is large, the thickness of the wire connecting the vehicle battery to the step-up DC-DC converter becomes large and the current of the part becomes large.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 차량용 배터리의 전압을 대신하여 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압을 이용한다. In order to solve such a problem, the present invention uses a voltage generated by regenerative braking in a high voltage section instead of a voltage of a vehicle battery.

즉, 본 발명은 차량용 배터리의 전압을 승압하는 승압형 DC-DC 컨버터를 사용하지 않고 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압을 강압하는 강압형 DC-DC 컨버터를 사용하여 연료전지 스택에 주입되는 교류 전류를 생성하는 연료전지 스택 고장 진단 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공한다.
That is, the present invention provides a DC-DC converter that uses a step-down type DC-DC converter for stepping down a voltage generated by regenerative braking in a high voltage section without using a step-up DC-DC converter for stepping up a voltage of a vehicle battery, And a device for executing the method.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 고장 진단 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 1 is a block diagram illustrating a fuel cell stack failure diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 연료전지 스택(110), 제1 컨버터(120), 제2 컨버터(130) 및 디커플링 커패시터(140)를 포함할 수 있고, 실시예에 따라 전압 측정부(150) 및 제어부(160)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the fuel cell stack failure diagnosis apparatus 100 may include a fuel cell stack 110, a first converter 120, a second converter 130, and a decoupling capacitor 140, And may further include a voltage measuring unit 150 and a controller 160.

연료전지 스택(110)은 다수의 단위 셀 들이 연속적으로 배열되어 구성된다. 이러한 연료전지 스택(110)은 직류 전류를 발생하며, 디커플링 커패시터(140)를 통해 교류 전류가 인가된다. 여기에서, 연료전지 스택(110)에 인가되는 교류 전류는 도 1에서 주입 전류(141)를 가리키며, 디커플링 커패시터(140)는 이하에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.The fuel cell stack 110 is constituted by a plurality of unit cells arranged in series. The fuel cell stack 110 generates a direct current, and an alternating current is applied through the decoupling capacitor 140. Here, the alternating current applied to the fuel cell stack 110 indicates the injection current 141 in FIG. 1, and the decoupling capacitor 140 will be described in more detail below.

제1 컨버터(120)는 고전압부(즉, 연료전지 스택(110)의 전압(200~500V)) 에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 강압하고, 강압된 특정 전압의 직류 전류를 제2 컨버터(130)에 제공한다. 여기에서, 제1 컨버터(120)는 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 도 1의 DC-Link 에 해당하는 전압으로 강압할 수 있다. 이러한 제1 컨버터(120)는 강압 DC-DC 컨버터가 될 수 있다. The first converter 120 down-converts the direct current of the voltage generated by the regenerative braking to the direct current of the specific voltage at the high voltage portion (i.e., the voltage (200 to 500 V) of the fuel cell stack 110) And provides a direct current to the second converter 130. Here, the first converter 120 can reduce the direct current of the voltage generated by regenerative braking in the high voltage section to a voltage corresponding to the DC-Link in Fig. The first converter 120 may be a step-down DC-DC converter.

일 실시예에서, 제1 컨버터(120)는 연료전지 스택(110)의 발진 후에 는 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 강압하여 특정 전압의 직류 전류로 변환할 수 있다.In one embodiment, after oscillation of the fuel cell stack 110, the first converter 120 can convert the direct current of the voltage generated by the regenerative braking at the high voltage section into a direct current of a specific voltage.

고전압부의 전력이 충전되는 과정을 설명하면, 차량의 주행 중 브레이크 폐달에 의한 제동 제어가 실행되면 엔진의 출력토크를 보조하는 모터는 회생제동으로 진입하여 제동 제어에 따라 버려지는 감속 에너지를 회생시켜 고전압부에 제공한다. 이에 따라, 고전압부의 전력이 충전되며, 제1 컨버터(120)는 고전압부에 해당하는 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 강압하여 제2 컨버터(130)에 제공할 수 있는 것이다.When the braking control by the brake pedal is executed during the running of the vehicle, the motor that assists the output torque of the engine enters the regenerative braking to regenerate the decelerated energy that is discarded in accordance with the braking control, To the Department. Accordingly, the power of the high voltage part is charged, and the first converter 120 can reduce the direct current of the voltage corresponding to the high voltage part to the direct current of the specific voltage and provide the direct current to the second converter 130.

제2 컨버터(130)는 제1 컨버터(120)로부터 특정 전압의 직류 전류가 전달되면, 직류 전류를 교류 전류를 변환하여 디커플링 커패시터(140)에 제공한다.The second converter 130 converts the direct current to a decoupling capacitor 140 when the direct current of a specific voltage is transferred from the first converter 120.

일 실시예에서, 제2 컨버터(130)는 제1 컨버터(120)로부터 특정 전압의 직류 전류가 전달되면, 직류 전류의 펄스 폭을 조절하여 직류 전류를 교류 전류로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제2 컨버터(130)는 펄스 폭 변조 방식(PWM: Pulse Width Modulation)을 이용하여 직류 전류를 교류 전류로 변환할 수 있다. 이러한 제2 컨버터(130)는 DC-AC 컨버터가 될 수 있다.In one embodiment, the second converter 130 may convert the direct current into an alternating current by adjusting the pulse width of the direct current when a direct current of a certain voltage is delivered from the first converter 120. For example, the second converter 130 may convert a direct current into an alternating current using a pulse width modulation (PWM) method. The second converter 130 may be a DC-AC converter.

디커플링 커패시터(140)는 제2 컨버터(130)로부터 교류 전류가 전달되면, 교류 전류를 연료전지 스택(110)에 인가한다. 여기에서, 디커플링 커패시터(140)는 교류 전류를 연료전지 스택(110)의 직류 전압에 주입하기 위해 교류와 직류를 디커플링시키는 역할을 한다. The decoupling capacitor 140 applies an alternating current to the fuel cell stack 110 when the alternating current is transmitted from the second converter 130. Here, the decoupling capacitor 140 serves to decouple the alternating current and the direct current to inject the alternating current into the direct current voltage of the fuel cell stack 110.

즉, 디커플링 커패시터(140)는 직류 전류와 교류 전류가 충돌되지 않도록 교류 전류는 통과시키고 직류 전류를 차단하는 기능을 한다. 이러한 디커플링 커패시터(140)는 연료전지 스택(110)에 직렬로 연결될 수 있다.That is, the decoupling capacitor 140 functions to pass the alternating current so as to prevent the direct current and the alternating current from colliding with each other and to block the direct current. This decoupling capacitor 140 may be connected in series with the fuel cell stack 110.

전압 측정부(150)는 고전압부의 출력이 발생하기 전의 초기 상태에서 연료전지 스택(110)의 전압을 측정하여 제어부(160)에 제공한다. The voltage measuring unit 150 measures the voltage of the fuel cell stack 110 in an initial state before the output of the high voltage unit is generated, and provides the measured voltage to the control unit 160.

일 실시예에서, 디전압 측정부(150)는 연료전지 스택(110)의 발진 전에 연료전지 스택(110)의 전압을 측정하여 제어부(160)에 제공할 수 있다. In one embodiment, the voltage measurement unit 150 may measure the voltage of the fuel cell stack 110 before oscillation of the fuel cell stack 110 and provide the measured voltage to the control unit 160.

제어부(160)는 디전압 측정부(150)로부터 연료전지 스택의 전압이 전달되면 이를 이용하여 연료전지 스택의 고장을 진단할 수 있다.
When the voltage of the fuel cell stack is transferred from the voltage measurement unit 150, the controller 160 can diagnose the failure of the fuel cell stack.

도 2는 본 발명에 따른 연료전지 스택 고장 진단 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method for diagnosing a failure of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 변환한다(단계 S210). Referring to FIG. 2, the fuel cell stack failure diagnosis apparatus 100 converts a direct current of a voltage generated by regenerative braking in a high voltage section into a direct current of a specific voltage (step S210).

단계 S210에 대한 일 실시예에서, 연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 강압하여 특정 전압의 직류 전류로 변환할 수 있다.In one embodiment of the step S210, the fuel cell stack failure diagnosis apparatus 100 can reduce the direct current of the voltage generated by regenerative braking in the high voltage section and convert it into a direct current of a specific voltage.

연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 변환된 직류 전류를 교류 전류로 변환한다(단계 S220).The fuel cell stack failure diagnosis apparatus 100 converts the converted direct current into an alternating current (step S220).

단계 S220에 대한 일 실시예에서, 연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 변환된 직류 전류의 펄스 폭을 조절하여 직류 전류를 교류 전류로 변환할 수 있다.In one embodiment of step S220, the fuel cell stack fault diagnosis apparatus 100 may convert the direct current into the alternating current by adjusting the pulse width of the converted direct current.

연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 교류 전류를 직류 전류로 동작되는 연료전지 스택에 주입한다(단계 S230).  The fuel cell stack failure diagnosis apparatus 100 injects an alternating current into a fuel cell stack operated as a direct current (step S230).

단계 S230에 대한 이 실시예에서, 연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 연료전지 스택으로부터 인가되는 직류 전류를 차단하고 교류 전류를 통과시킬 수 있다. 여기에서, 교류 전류는 연료전지 스택에 직렬로 연결된 디커플링 커패시터를 연료전지 스택에 인가될 수 있다.
In this embodiment for step S230, the fuel cell stack failure diagnosis apparatus 100 can interrupt the direct current applied from the fuel cell stack and pass the alternating current. Here, the alternating current can be applied to the fuel cell stack with a decoupling capacitor connected in series to the fuel cell stack.

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.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.

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.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only in accordance with the following claims, and all equivalents or equivalent variations thereof are included in the scope of the present invention.

100: 연료전지 스택 고장 진단 장치
110: 연료전지 스택
120: 제1 컨버터
130: 제2 컨버터
140: 디커플링 커패시터
150: 전압 측정부
160: 제어부100: Fuel cell stack fault diagnosis device
110: Fuel cell stack
120: first converter
130: second converter
140: decoupling capacitor
150: voltage measuring unit
160:

Claims (14)

연료전지 스택 고장 진단 장치에 있어서,
고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 강압하여 특정 전압의 직류 전류로 변환하는 제1 컨버터;
상기 변환된 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 제2 컨버터; 및
상기 교류 전류를 직류 전류로 동작되는 상기 연료전지 스택에 주입하는 디커플링 커패시터를 포함하는
연료전지 스택 고장 진단 장치.
A fuel cell stack fault diagnosis apparatus comprising:
A first converter for converting a direct current of a voltage generated by regenerative braking in the high voltage section to a direct current of a specific voltage;
A second converter for converting the converted direct current into an alternating current; And
And a decoupling capacitor for injecting the alternating current into the fuel cell stack operated as a direct current
Fuel cell stack fault diagnosis device.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2 컨버터는
상기 변환된 직류 전류의 펄스 폭을 조절하여 상기 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
The second converter
And the pulse width of the converted direct current is adjusted to convert the direct current into an alternating current.
Fuel cell stack fault diagnosis device.
제1항에 있어서,
상기 디커플링 커패시터는
상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 직류 전류를 차단하고 상기 교류 전류를 통과시키는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
The decoupling capacitor
And a step of interrupting a direct current applied from the fuel cell stack and passing the alternating current.
Fuel cell stack fault diagnosis device.
제4항에 있어서,
상기 디커플링 커패시터는
상기 연료전지 스택에 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 장치.
5. The method of claim 4,
The decoupling capacitor
And connected in series to the fuel cell stack
Fuel cell stack fault diagnosis device.
제1항에 있어서,
상기 고전압부의 출력이 발생하기 전의 초기 상태에서 상기 연료전지 스택의 전압을 측정하는 전압 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a voltage measuring unit for measuring a voltage of the fuel cell stack in an initial state before the output of the high voltage unit is generated
Fuel cell stack fault diagnosis device.
제6항에 있어서,
상기 연료전지 스택의 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 장치.
The method according to claim 6,
Further comprising a control unit for diagnosing a failure of the fuel cell stack using the voltage of the fuel cell stack
Fuel cell stack fault diagnosis device.
연료전지 스택 고장 진단 장치에서 실행되는 연료전지 스택 고장 진단 방법에 있어서,
고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 강압하여 특정 전압의 직류 전류로 변환하는 단계;
상기 변환된 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 단계; 및
상기 교류 전류를 직류 전류로 동작되는 상기 연료전지 스택에 주입하는 단계를 포함하는
연료전지 스택 고장 진단 방법.
A method for diagnosing a fuel cell stack failure in a fuel cell stack failure diagnostic apparatus,
Converting the direct current of the voltage generated by regenerative braking in the high voltage section to a direct current of a specific voltage;
Converting the converted direct current into an alternating current; And
Injecting the alternating current into the fuel cell stack operated as a direct current
Fuel cell stack fault diagnosis method.
삭제delete 제8항에 있어서,
상기 변환된 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 단계는
상기 변환된 직류 전류의 펄스 폭을 조절하여 상기 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 방법.
9. The method of claim 8,
The step of converting the converted direct current into an alternating current
And converting the direct current into an alternating current by adjusting a pulse width of the converted direct current
Fuel cell stack fault diagnosis method.
제8항에 있어서,
상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 직류 전류를 차단하고 상기 교류 전류를 통과시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 방법.
9. The method of claim 8,
Further comprising the step of blocking the direct current applied from the fuel cell stack and allowing the alternating current to pass therethrough
Fuel cell stack fault diagnosis method.
제11항에 있어서,
상기 교류 전류는
상기 연료전지 스택에 직렬로 연결된 디커플링 커패시터를 통해 상기 연료전지 스택에 인가되는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 방법.
12. The method of claim 11,
The alternating current
Is applied to the fuel cell stack through a decoupling capacitor connected in series to the fuel cell stack
Fuel cell stack fault diagnosis method.
제8항에 있어서,
상기 고전압부의 출력이 발생하기 전의 초기 상태에서 상기 연료전지 스택의 전압을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 방법.
9. The method of claim 8,
Further comprising the step of measuring the voltage of the fuel cell stack in an initial state before the output of the high voltage section occurs
Fuel cell stack fault diagnosis method.
제13항에 있어서,
상기 연료전지 스택의 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 방법.

14. The method of claim 13,
Further comprising the step of diagnosing a failure of the fuel cell stack using the voltage of the fuel cell stack
Fuel cell stack fault diagnosis method.

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