KR101628123B1 - Fuel battery system and detecting method of water content thereof - Google Patents

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Abstract

실시 예에 따른 연료 전지 시스템은, 복수의 셀을 포함하는 연료 전지, 상기 연료 전지로부터 출력되는 전류를 측정하는 전류 감지 장치, 상기 연료 전지로부터 출력되는 전압을 측정하는 전압 감지 장치, 상기 측정된 전압 값과 전류 값을 이용하여 상기 연료전지의 함수 상태를 판단하는 연산 장치를 포함하고, 상기 연산 장치는, 상기 연료 전지에 연결된 전기부하로 전달되는 전류가 일정량 이상 변화화는 제1 상황 또는 상기 전기부하로 전달되는 전류가 특정영역에서 일정량 이상 변화하는 제2 상황인 경우 저함수 여부를 판단하고, 상기 연료전지의 전압이 불규칙 하게 변동하는 제3 상황 또는 상기 연료전지의 전압이 낮아지는 제4 상황인 경우 고함수 여부를 판단한다.A fuel cell system according to an embodiment includes a fuel cell including a plurality of cells, a current sensing device for measuring a current output from the fuel cell, a voltage sensing device for measuring a voltage output from the fuel cell, And a computing device for determining a functional state of the fuel cell using a value and a current value, wherein the computing device calculates a first state or a current state in which a current transferred to the electric load connected to the fuel cell is changed by a predetermined amount or more, A third state in which the voltage of the fuel cell fluctuates irregularly or a fourth state in which the voltage of the fuel cell is lowered; , It is determined whether the function is high or not.

Description

연료 전지 시스템 및 그 함수량 판단 방법{FUEL BATTERY SYSTEM AND DETECTING METHOD OF WATER CONTENT THEREOF}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a fuel cell system,

본 발명은 슬 연료 전지 시스템 및 그 함수량 판단 방법 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a fuel cell system and a method of determining a water content thereof.

고분자 전해질 연료전지(이하 연료전지)의 성능과 수명은 연료전지의 운전조건에 의해 큰 영향을 받는다. 연료전지의 운전조건에는 전류, 온도, 반응물질의 양, 반응물질의 압력, 냉각물질의 양, 그리고 함수량 등이 있다.The performance and lifetime of polymer electrolyte fuel cells (hereinafter referred to as fuel cells) are greatly influenced by the operating conditions of the fuel cell. The operating conditions of the fuel cell include current, temperature, amount of reactant, pressure of reactant, amount of coolant, and water content.

상기한 운전조건 중, 함수량은 연료전지의 성능과 수명에 큰 영향을 주는 인자로 알려져 있다. 따라서 연료전지의 함수량을 적절하게 유지 되도록 연료전지를 운전 하는 것은, 연료전지의 성능과 수명을 향상 시킬 수 있는 효과적인 방법이라고 할 수 있다. Of the above operating conditions, the water content is known to be a factor that greatly affects the performance and lifetime of the fuel cell. Therefore, operating the fuel cell to maintain the water content of the fuel cell appropriately can be said to be an effective method for improving the performance and lifetime of the fuel cell.

함수량을 제어할 수 있는 연료 전지 시스템 및 그 함수량 판단 방법을 제공하고자 한다.A fuel cell system capable of controlling the amount of water and a method of determining the water content thereof.

실시 예에 따른 연료 전지 시스템은, 복수의 셀을 포함하는 연료 전지, 상기 연료 전지로부터 출력되는 전류를 측정하는 전류 감지 장치, 상기 연료 전지로부터 출력되는 전압을 측정하는 전압 감지 장치, 상기 측정된 전압 값과 전류 값을 이용하여 상기 연료전지의 함수 상태를 판단하는 연산 장치를 포함하고, 상기 연산 장치는, 상기 연료 전지에 연결된 전기부하로 전달되는 전류가 일정량 이상 변화화는 제1 상황 또는 상기 전기부하로 전달되는 전류가 특정영역에서 일정량 이상 변화하는 제2 상황인 경우 저함수 여부를 판단하고, 상기 연료전지의 전압이 불규칙 하게 변동하는 제3 상황 또는 상기 연료전지의 전압이 낮아지는 제4 상황인 경우 고함수 여부를 판단한다.A fuel cell system according to an embodiment includes a fuel cell including a plurality of cells, a current sensing device for measuring a current output from the fuel cell, a voltage sensing device for measuring a voltage output from the fuel cell, And a computing device for determining a functional state of the fuel cell using a value and a current value, wherein the computing device is operable to determine whether the current transferred to the electric load connected to the fuel cell is changed in a first state, A third state in which the voltage of the fuel cell fluctuates irregularly or a fourth state in which the voltage of the fuel cell is lowered; , It is determined whether the function is high or not.

실시 예에 따른 함수량 판단 방법은, 복수의 셀을 포함하는 연료 전지의 함수량을 판단한다. 상기 함수량 판단 방법은, 상기 연료 전지에 연결된 전기부하로 전달되는 전류가 일정량 이상 변화화는 제1 상황 또는 상기 전기부하로 전달되는 전류가 특정영역에서 일정량 이상 변화하는 제2 상황인 경우 저함수 여부를 판단하는 단계, 및 상기 연료전지의 전압이 불규칙 하게 변동하는 제3 상황 또는 상기 연료전지의 전압이 낮아지는 제4 상황인 경우 고함수 여부를 판단하는 단계를 포함한다.The water content determination method according to the embodiment determines the water content of the fuel cell including a plurality of cells. The method according to claim 1, wherein the first amount of change in the electric current transferred to the electric load connected to the fuel cell or the second state in which the electric current transferred to the electric load changes in a specific region by a predetermined amount or more, And determining whether the fuel cell has a high function in a third situation in which the voltage of the fuel cell fluctuates irregularly or in a fourth situation in which the voltage of the fuel cell is low.

실시 예에 따른 방법으로 연료전지의 고함수 상태를 판단 할 경우 상기한 오류에 영향을 받지 않는다. 그 이유는 스택 전압과 셀 전압의 유사도는 온도, 직류출력, 운전이력, 오염으로부터 매우 작은 영향을 받기 때문이다. When the high function state of the fuel cell is determined by the method according to the embodiment, the above error is not affected. This is because the similarity between the stack voltage and the cell voltage is very little affected by temperature, DC output, operation history, and contamination.

이와 같이, 실시 예를 통해 연료전지의 함수량을 원하는 수준으로 조절함으로써, 연료전지의 성능 및 수명 향상을 기대 할 수 있다. Thus, by adjusting the water content of the fuel cell to a desired level through the examples, the performance and life of the fuel cell can be expected to be improved.

또한 본 발명은 동일한 목적을 위한 종래의 기술과 비교하여, 시스템 가격과 복잡성이 적다는 장점을 가지고 있다. 종래 연료 전지에 사용되는 측정 장치는, 측정용 입력신호 발생 장치, 측정용 입력신호에 대한 출력신호 측정장치, 출력신호 처리 장치로 이루어 진다. 이에 따라, 연료전지 시스템에 상기한 장치가 포함되어 연료전지 시스템 가격과 복잡성을 증가 시키는 단점을 가지고 있다.The present invention also has the advantage of less system cost and complexity compared to the prior art for the same purpose. Conventionally, a measuring apparatus used in a fuel cell includes an input signal generating apparatus for measurement, an output signal measuring apparatus for an input signal for measurement, and an output signal processing apparatus. Accordingly, the above-described apparatus is included in the fuel cell system, which has the disadvantage of increasing the price and complexity of the fuel cell system.

위 단점을 해결하기 위해서, 본 발명은 종래 기술에서 사용하는 측정용 장치를 사용 하지 않는다. In order to solve the above disadvantages, the present invention does not use the measuring device used in the prior art.

도 1은 연료 전지 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 저함수 상태 판단 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 고함수 상태 판단 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 주파수 영역에서 고함수 상태일 때의 스택 전압과 셀 전압을 나타낸 파형도이다.1 is a view showing a fuel cell system.
2 is a flowchart showing a method of determining a low function state.
3 is a flowchart showing a method of determining a high function state.
4 is a waveform diagram showing a stack voltage and a cell voltage in a high function state in the frequency domain.

아래에서는 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 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between . Also, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

이하, 도면을 참조하여 실시 예를 설명한다.Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

도 1은 연료 전지 시스템을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a fuel cell system.

도 1에 도시된 연료 전지 시스템(1)은 함수량을 측정할 수 있다.The fuel cell system 1 shown in Fig. 1 can measure the water content.

연료 전지 시스템(1)은 연료 전지(10), 전류감지장치(20), 전압감지장치(30), 및, 연산장치(40)를 포함하고, 전기 부하(50)에 연결되어 있다.The fuel cell system 1 includes a fuel cell 10, a current sensing device 20, a voltage sensing device 30 and an arithmetic device 40 and is connected to an electric load 50.

연료 전지(10)는 복수의 셀(도시하지 않음)을 포함한다. 복수의 셀은 직렬 연결되어 있다.The fuel cell 10 includes a plurality of cells (not shown). A plurality of cells are connected in series.

연료 전지(10)에서 나오는 전기에너지는 전기부하(50)를 통해 소비 된다. 연료 전지(10)로부터 출력되는 전류와 전압은 전류감지장치(20)와 전압감지장치(30)를 통하여 측정되어 연산장치(40)에 전달 된다. The electrical energy from the fuel cell 10 is consumed through the electrical load 50. The current and voltage output from the fuel cell 10 are measured through the current sensing device 20 and the voltage sensing device 30 and transmitted to the computing device 40.

연산장치(40)에서는 입력된 전압 값과 전류 값을 이용하여 연료전지(10)의 함수 상태를 판단한다. The computing device (40) determines the functional state of the fuel cell (10) using the input voltage value and current value.

실시 예는 연료 전지(10)의 함수 상태를 판단함에 있어, 별도의 측정용 입력신호 발생장치를 사용하지 않는다. 이를 위해, 실시 예는 연료전지의 운전 중의 특정 상황에서 발생하는 전압 및 전류를 함수 상태 판단에 사용할 수 있다.The embodiment does not use a separate measuring input signal generating device in determining the functional state of the fuel cell 10. To this end, the embodiment can use the voltage and current generated in a specific situation during operation of the fuel cell for determining the state of the function.

예를 들어, 저함수 상태는 아래와 같은 특정 상황들이 발생하는 경우에 연료전지의 저항을 검출하고, 저항이 소정치 이상의 큰 값을 가지는 경우, 연산장치(40)는 저함수 상태로 판단한다. For example, the low-function state detects the resistance of the fuel cell when the following specific situations occur, and when the resistance has a large value greater than or equal to a predetermined value, the computing device 40 determines the low-function state.

1)전기부하로 전달되는 전류가 일정량 이상 변화화는 상황 1) When the current transferred to the electric load is changed by a certain amount or more

2)전기부하로 전달되는 전류가 특정영역에서 일정량 이상 변화하는 상황2) The situation where the current delivered to the electric load changes more than a certain amount in a specific area

연료 전지(10)는 함수량이 낮을수록 그 저항이 증가한다.The lower the water content of the fuel cell 10, the more the resistance increases.

도 2는 저함수 상태 판단 방법을 나타낸 순서도이다.2 is a flowchart showing a method of determining a low function state.

도 2에 도시된 바와 같이, 진단이 시작되면, 단계 S10에서, 상황 1 또는 상황 2가 발생했는지 판단한다. 단계 S10은 전류감지장치(20)에 의해 수행될 수 있다.As shown in Fig. 2, when the diagnosis is started, it is judged in Step S10 whether a situation 1 or a situation 2 has occurred. Step S10 may be performed by the current sensing device 20.

단계 S10에서 상황 1 또는 상황 2가 발생하면, 연산장치(40)로 전압감지장치(30)에 의해 측정된 전압 및 전류감지장치(20)에 의해 측정된 전류가 전달된다(단계 S20).When the situation 1 or the situation 2 occurs in step S10, the voltage measured by the voltage sensing device 30 and the current measured by the current sensing device 20 are transmitted to the computing device 40 (step S20).

연산 장치(40)는 전달받은 전압 및 전류 각각의 변동을 검출한다(단계 S30).The computing device 40 detects fluctuations of the received voltage and current, respectively (step S30).

연산 장치(40)는 전압 변동 및 전류 변동에 기초한 연료 전지(10)의 저항을 계산한다(단계 S40). 예를 들어, 연산 장치(40)는 면비저항(Area Specific Resistance(ASR))으로 나타낼 수 있다. 즉, 전압 변동분을 전류 변동분으로 나눈 값에 연료 전지(10)의 면적과 연료 전지(10)를 구성하는 셀 개수를 곱하여 저항 값을 산출할 수 있다.The computing device 40 calculates the resistance of the fuel cell 10 based on the voltage fluctuation and the current fluctuation (step S40). For example, the computing device 40 may be represented by Area Specific Resistance (ASR). That is, the resistance value can be calculated by multiplying the area of the fuel cell 10 by the number of cells constituting the fuel cell 10 by a value obtained by dividing the voltage variation by the current variation.

연산 장치(40)는 계산된 저항 값이 일정 범위 내에 있는지 판단한다(단계 S50). The computing device 40 determines whether the calculated resistance value is within a certain range (step S50).

단계 S50에서, 저항 값이 일정 범위안에 있으면, 연료전지(40)를 저함수 상태로 판단한다(단계 S60). 단계 S50에서, 저항 값이 일정 범위안에 있지 않으면, 다시 S10 단계를 반복한다.In step S50, if the resistance value is within a certain range, the fuel cell 40 is determined to be in a low-function state (step S60). In step S50, if the resistance value is not within the predetermined range, step S10 is repeated.

연료 전지 시스템(1)은 저함수 상태를 반영하여 연료 전지(10)를 제어할 수 있다. 즉, 연료 전지(10)의 함수량을 조절할 수 있다. The fuel cell system 1 can control the fuel cell 10 by reflecting the low function state. That is, the water content of the fuel cell 10 can be controlled.

그 구체적인 방법으로, 연료전지 동작 온도의 조절, 반응물질 공급량의 조절, 반응물질 공급 압력의 조절, 연료전지 출력 전류의 변화, 연료전지에 수분을 주입, 연료전지에 연결된 가습기의 유효면적을 조절, 및 연료전지와 가습기 사이 통로의 개/폐를 들 수 있다.As a specific method, it is possible to control the operating temperature of the fuel cell, to adjust the supply amount of the reactant, to control the reactant supply pressure, to change the output current of the fuel cell, to inject water into the fuel cell, And the opening / closing of the passage between the fuel cell and the humidifier.

저함수량인 경우, 연료 전지(10) 내에서 반응을 증가시켜 수분이 증가하도록 연료 전지(10)가 운전될 수 있다. 따라서, 연료전지 동작 온도, 반응물질 공급량, 반응물질 공급 압력 중 적어도 하나를 증가시키거나, 또는, 연료전지 출력 전류를 증가시킬 수 있다. 또는 직접적으로 연료 전지에 공급되는 수분을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 연료 전지에 주입되는 수분을 증가시키거나, 연료전지에 연결된 가습기의 유효면적을 증가시키거나, 또는, 연료전지와 가습기 사이 통로를 개방할 수 있다. In the case of a low water content, the fuel cell 10 can be operated so as to increase the reaction in the fuel cell 10 to increase water content. Accordingly, it is possible to increase at least one of the fuel cell operating temperature, the reactant supply amount, the reactant supply pressure, or the fuel cell output current. Or directly increase the moisture supplied to the fuel cell. For example, the water injected into the fuel cell can be increased, the effective area of the humidifier connected to the fuel cell can be increased, or the passage between the fuel cell and the humidifier can be opened.

다음으로, 고함수 상태는 아래와 같은 특정 상황들이 발생하는 경우에 스택 전압과 셀 전압의 비교 과정을 실시 한 후, 두 측정 전압의 유사도에 따라 연료전지가 고함수 상태인지를 연산장치(40)가 판단한다. Next, the high-function state is a state in which the calculator 40 determines whether the fuel cell is in a high-function state according to the degree of similarity between the two measured voltages, .

3) 연료전지의 전압이 불규칙 하게 변동하는 상황3) When the voltage of the fuel cell fluctuates irregularly

4) 연료전지의 전압이 낮아지는 상황4) When the voltage of the fuel cell is lowered

도 3은 고함수 상태 판단 방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart showing a method of determining a high function state.

도 3에 도시된 바와 같이, 진단이 시작되면, 스택 전압 및 셀 전압을 측정한다(단계 S100). 스택 전압 및 셀 전압 전압 감지 장치(30)에서 수행될 수 있다. 스택 전압은 2 개 이상의 셀 전압을 측정한 값을 의미한다.As shown in FIG. 3, when the diagnosis is started, the stack voltage and the cell voltage are measured (step S100). The stack voltage, and the cell voltage / voltage sensing device 30. The stack voltage means a value obtained by measuring two or more cell voltages.

측정된 스택 전압과 셀 전압은 연산 장치(40)로 전달된다(단계 S110).The measured stack voltage and the cell voltage are transmitted to the computing device 40 (step S110).

연산 장치(40)는 스택 전압과 셀 전압을 시간 영역 또는 주파수 영역에서 비교할 수 있다(단계 S120). 연료전지(10)가 고함수 상태에서 운전 되는 경우에 연료전지(10)의 전압이 불규칙 하게 변동하는 특성을 가질 수 있다. 이 경우에 스택 전압과 셀 전압은 서로 닮지 않은 형태를 보인다. 예를 들어, 고함수 상태에서 두 전압을 주파수 영역에서 비교하면, 수 Hz의 주파수 영역 낮은 유사도가 잘 나타난다.The computing device 40 can compare the stack voltage and the cell voltage in a time domain or a frequency domain (step S120). The voltage of the fuel cell 10 may fluctuate irregularly when the fuel cell 10 is operated in the high function state. In this case, the stack voltage and the cell voltage do not resemble one another. For example, when comparing two voltages in the frequency domain in the high-function state, a low similarity in the frequency domain of several Hz is evident.

따라서 연산 장치(40)는 수 Hz의 주파수 영역에서 두 전압을 비교한 결과에 따라 계산된 유사도가 일정 값 이하인지 판단한다(단계 S130).Therefore, the computing device 40 determines whether the similarity calculated according to the result of comparing the two voltages in the frequency range of several Hz is less than a predetermined value (step S130).

단계 S140에서, 유사도가 일정 값 이하라면, 연료전지(40)를 고함수 상태로 판단한다(단계 S140). 단계 S140에서, 유사도가 일정 값 보다 높으면, 다시 S100 단계를 반복한다.In step S140, if the degree of similarity is less than a predetermined value, the fuel cell 40 is determined to be in a high function state (step S140). In step S140, if the degree of similarity is higher than a predetermined value, step S100 is repeated.

연료 전지 시스템(1)은 고함수 상태를 반영하여 연료 전지(10)를 제어할 수 있다. 즉, 연료 전지(10)의 함수량을 조절할 수 있다. The fuel cell system 1 can control the fuel cell 10 by reflecting the high function state. That is, the water content of the fuel cell 10 can be controlled.

고함수량인 경우, 연료 전지(10) 내에서 반응을 감소시켜 수분이 감소하도록연료 전지(10)가 운전될 수 있다. 따라서, 연료전지 동작 온도, 반응물질 공급량, 반응물질 공급 압력 중 적어도 하나를 감소시키거나, 연료전지 출력 전류를 감소시킬 수 있다. 또는 직접적으로 연료전지에 공급되는 수분을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 연료전지 연결된 가습기의 유효면적을 감소시키거나, 연료전지와 가습기 사이 통로를 폐쇄할 수 있다. In the case of a high water content, the fuel cell 10 can be operated so as to reduce the reaction in the fuel cell 10 so as to reduce water content. Therefore, it is possible to reduce at least one of the fuel cell operating temperature, the reactant supply amount, the reactant supply pressure, or the fuel cell output current. Or directly reduce the moisture supplied to the fuel cell. For example, the effective area of the humidifier connected to the fuel cell can be reduced, or the passage between the fuel cell and the humidifier can be closed.

이하, 도 4를 참조하여 주파수 영역에서 셀 전압과 스택 전압을 비교하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of comparing the cell voltage and the stack voltage in the frequency domain will be described with reference to FIG.

도 4는 주파수 영역에서 고함수 상태일 때의 스택 전압과 셀 전압을 나타낸 파형도이다.4 is a waveform diagram showing a stack voltage and a cell voltage in a high function state in the frequency domain.

도 4에서, 스택 전압(점선 곡선)과 셀 전압(실선 곡선)을 주파수 영역에서 비교한 예를 볼 수 있다. 스택 전압과 셀 전압의 유사도는 다음과 같이 계산 될 수가 있다.In Fig. 4, an example in which the stack voltage (dotted line curve) and the cell voltage (solid line curve) are compared in the frequency domain can be seen. The similarity between the stack voltage and the cell voltage can be calculated as follows.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112013115131695-pat00001
Figure 112013115131695-pat00001

상기의 수학식 1에서 A는 스택 전압과 셀 전압의 값을 나타내고 신호의 영역은 주파수가 될 수 있다. Astack는 주파수 영역에서의 스택 전압이고, Acell은 주파수 영역에서의 셀 전압이다.In Equation (1), A represents a value of a stack voltage and a cell voltage, and a region of a signal may be a frequency. Astack is the stack voltage in the frequency domain, and Acell is the cell voltage in the frequency domain.

상기한 수식을 통해 계산된 Disharmony가 일정 값보다 크면, 해당 연료전지는 고함수 상태에서 운전 되고 있다고 판단 할 수 있다. 즉, Disharmony가 일정 값보다 크면 두 전압 간의 차가 커서 유사도가 낮은 것이다.If the calculated Disharmony is larger than a predetermined value, it can be determined that the fuel cell is operating in a high function state. That is, if Disharmony is larger than a certain value, the difference between the two voltages is large and the degree of similarity is low.

일반적으로 수~수십 Hz의 정현파 신호를 연료전지에 주입하여, 상기한 정현파 신호에 대한 연료전지의 임피던스를 측정 하는 것으로 연료전지의 고함수 상태를 판단 할 수 있다. 그러나, 그와 같은 법으로 연료전지의 고함수 상태를 판단 할 경우 연료전지의 온도, 직류출력, 운전이력, 오염 등으로 인해 오류가 발생할 가능성이 있다. Generally, a high function state of the fuel cell can be determined by injecting a sinusoidal signal of several to several tens of Hz into the fuel cell and measuring the impedance of the fuel cell with respect to the sinusoidal signal. However, when the high function state of the fuel cell is judged by such a method, an error may occur due to the temperature of the fuel cell, the direct current output, the operation history, and the pollution.

그러나 실시 예에 따른 방법으로 연료전지의 고함수 상태를 판단 할 경우 상기한 오류에 영향을 받지 않는다. 그 이유는 스택 전압과 셀 전압의 유사도는 온도, 직류출력, 운전이력, 오염으로부터 매우 작은 영향을 받기 때문이다. However, when the high function state of the fuel cell is determined by the method according to the embodiment, the above error is not affected. This is because the similarity between the stack voltage and the cell voltage is very little affected by temperature, DC output, operation history, and contamination.

이와 같이, 실시 예를 통해 연료전지의 함수량을 원하는 수준으로 조절함으로써, 연료전지의 성능 및 수명 향상을 기대 할 수 있다. Thus, by adjusting the water content of the fuel cell to a desired level through the examples, the performance and life of the fuel cell can be expected to be improved.

또한 본 발명은 동일한 목적을 위한 종래의 기술과 비교하여, 시스템 가격과 복잡성이 적다는 장점을 가지고 있다. 종래 연료 전지에 사용되는 측정 장치는, 측정용 입력신호 발생 장치, 측정용 입력신호에 대한 출력신호 측정장치, 출력신호 처리 장치로 이루어 진다. 이에 따라, 연료전지 시스템에 상기한 장치가 포함되어 연료전지 시스템 가격과 복잡성을 증가 시키는 단점을 가지고 있다.The present invention also has the advantage of less system cost and complexity compared to the prior art for the same purpose. Conventionally, a measuring apparatus used in a fuel cell includes an input signal generating apparatus for measurement, an output signal measuring apparatus for an input signal for measurement, and an output signal processing apparatus. Accordingly, the above-described apparatus is included in the fuel cell system, which has the disadvantage of increasing the price and complexity of the fuel cell system.

위 단점을 해결하기 위해서, 본 발명은 종래 기술에서 사용하는 측정용 장치를 사용 하지 않는다. In order to solve the above disadvantages, the present invention does not use the measuring device used in the prior art.

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.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, It belongs to the scope of right.

1: 연료 전지 시스템
10: 연료 전지
20: 전류감지장치
30: 전압감지장치
40: 연산장치
50: 전기 부하1: Fuel cell system
10: Fuel cell
20: Current sensing device
30: Voltage sensing device
40:
50: Electric load

Claims (20)

복수의 셀을 포함하는 연료 전지,
상기 연료 전지로부터 출력되는 전류를 측정하는 전류 감지 장치,
상기 연료 전지로부터 출력되는 전압을 측정하는 전압 감지 장치,
상기 측정된 전압 값과 전류 값을 이용하여 상기 연료전지의 함수 상태를 판단하는 연산 장치를 포함하고,
상기 연산 장치는,
상기 연료 전지에 연결된 전기부하로 전달되는 전류가 일정량 이상 변화화는 제1 상황 또는 상기 전기부하로 전달되는 전류가 특정영역에서 일정량 이상 변화하는 제2 상황인 경우 저함수 여부를 판단하고, 상기 연료전지의 전압이 불규칙 하게 변동하는 제3 상황 또는 상기 연료전지의 전압이 낮아지는 제4 상황인 경우 고함수 여부를 판단하고,
상기 제3 상황 또는 상기 제4 상황이 발생할 때,
상기 연산 장치는, 스택 전압과 상기 복수의 셀 전압을 시간 영역 또는 주파수 영역에서 비교한 결과에 따라 상기 연료 전지의 고함수 여부를 결정하는 연료 전지 시스템.A fuel cell comprising a plurality of cells,
A current sensing device for measuring a current output from the fuel cell,
A voltage sensing device for measuring a voltage output from the fuel cell,
And a computing device for determining a functional state of the fuel cell using the measured voltage value and the current value,
The computing device includes:
Determines whether the fuel cell is low functioning in a first situation in which a current transferred to an electric load connected to the fuel cell is changed by a predetermined amount or in a second situation in which a current transferred to the electric load changes in a specific region by a predetermined amount or more, Determining whether the fuel cell has a high function in a third situation in which the voltage of the battery fluctuates irregularly or in a fourth situation in which the voltage of the fuel cell is low,
When the third situation or the fourth situation occurs,
Wherein the computing device determines whether or not the fuel cell is highly functioning according to a result of comparing the stack voltage and the plurality of cell voltages in a time domain or a frequency domain. 제1항에 있어서,
상기 제1 상황 또는 상기 제2 상황이 발생할 때,
상기 연산 장치는, 상기 연료 전지의 저항을 계산하고, 상기 계산된 저항에 따라 상기 연료 전지의 저함수 여부를 판단하는 연료 전지 시스템.The method according to claim 1,
When the first situation or the second situation occurs,
Wherein the computing device calculates a resistance of the fuel cell and determines whether the fuel cell is low functioning according to the calculated resistance. 제2항에 있어서,
상기 연산 장치는,
상기 측정된 전압의 변동분 및 상기 측정된 전류의 변동분에 기초한 면비저항을 계산하고,
상기 면비저항이 소정의 범위에 속할 때, 상기 연료 전지를 저함수 상태로 판단하는 연료 전지 시스템.3. The method of claim 2,
The computing device includes:
Calculating a surface resistivity based on a variation of the measured voltage and a variation of the measured current,
And determines the fuel cell to be in a low-function state when the surface resistivity falls within a predetermined range. 제2항에 있어서,
상기 연료 전지가 저함수로 판단되면,
상기 연료 전지 내에서 반응을 증가시켜 수분이 증가하도록 상기 연료 전지가 운전되는 연료 전지 시스템.3. The method of claim 2,
If the fuel cell is determined to be a low function,
Wherein the fuel cell is operated so that water is increased by increasing the reaction in the fuel cell. 제4항에 있어서,
상기 연료 전지가 저함수로 판단되면,
상기 연료전지의 동작 온도, 반응물질 공급량, 및 반응물질 공급 압력 중 적어도 하나를 증가시키거나, 상기 연료전지 출력 전류를 증가시키는 연료 전지 시스템.5. The method of claim 4,
If the fuel cell is determined to be a low function,
Wherein at least one of the operating temperature of the fuel cell, the reactant supply amount, and the reactant supply pressure is increased or the fuel cell output current is increased. 제4항에 있어서,
상기 연료 전지가 저함수로 판단되면,
상기 연료전지에 공급되는 수분을 증가시키는 연료 전지 시스템.

5. The method of claim 4,
If the fuel cell is determined to be a low function,
Thereby increasing the amount of water supplied to the fuel cell.

삭제delete 제1항에 있어서,
상기 연산 장치는,
상기 연산 장치는, 상기 두 전압을 수 Hz의 주파수 영역에서 비교한 결과에 따라 계산된 유사도가 일정 값 이하인 경우 상기 연료 전지를 고함수 상태로 판단하는 연료 전지 시스템.The method according to claim 1,
The computing device includes:
Wherein the computing device determines the fuel cell to be in a high function state when the similarity calculated according to a result of comparing the two voltages in a frequency range of several Hz is less than a predetermined value. 제1항에 있어서,
상기 연산 장치는,
Figure 112015116975559-pat00002

상기 수학식의 상기 Disharmony가 일정 값보다 크면, 상기 연료 전지를 고함수 상태로 판단하고,
Astack는 주파수 영역에서의 스택 전압이고, Acell은 주파수 영역에서의 셀 전압인 연료 전지 시스템.The method according to claim 1,
The computing device includes:
Figure 112015116975559-pat00002

If the Disharmony of the equation is larger than a predetermined value, the fuel cell is judged to be in a high function state,
Where Astack is the stack voltage in the frequency domain and Acell is the cell voltage in the frequency domain. 제1항에 있어서,
상기 연료 전지가 고함수로 판단되면,
상기 연료 전지 내에서 반응을 감소시켜 수분이 감소하도록 상기 연료 전지가 운전되는 연료 전지 시스템.The method according to claim 1,
If the fuel cell is determined to be a high function,
Wherein the fuel cell is operated so as to reduce the reaction in the fuel cell. 제10항에 있어서,
상기 연료 전지가 고함수로 판단되면,
상기 연료전지의 동작 온도, 반응물질 공급량, 및 반응물질 공급 압력 중 적어도 하나를 감소시키거나, 상기 연료전지 출력 전류를 감소시키는 연료 전지 시스템.11. The method of claim 10,
If the fuel cell is determined to be a high function,
Wherein at least one of the operating temperature of the fuel cell, the reactant supply amount, and the reactant supply pressure is reduced or the fuel cell output current is reduced. 제10항에 있어서,
상기 연료 전지가 고함수로 판단되면,
상기 연료전지에 공급되는 수분을 감소시키는 연료 전지 시스템.11. The method of claim 10,
If the fuel cell is determined to be a high function,
Thereby reducing moisture supplied to the fuel cell. 복수의 셀을 포함하는 연료 전지의 함수량을 판단하는 방법에 있어서,
상기 연료 전지에 연결된 전기부하로 전달되는 전류가 일정량 이상 변화화는 제1 상황 또는 상기 전기부하로 전달되는 전류가 특정영역에서 일정량 이상 변화하는 제2 상황인 경우 저함수 여부를 판단하는 단계, 및
상기 연료전지의 전압이 불규칙 하게 변동하는 제3 상황 또는 상기 연료전지의 전압이 낮아지는 제4 상황인 경우 고함수 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
상기 고함수 여부를 판단하는 단계는,
스택 전압 및 셀 전압을 측정하는 단계, 및
상기 스택 전압과 상기 셀 전압을 시간 영역 또는 주파수 영역에서 비교하는 단계를 포함하는 연료 전지의 함수량 판단 방법.A method for determining a water content of a fuel cell including a plurality of cells,
Determining whether the current is transferred to an electric load connected to the fuel cell in a first state where the current is changed by a predetermined amount or a low function if the current is transferred to the electric load in a specific region by a predetermined amount or more,
Determining whether the fuel cell has a high function in a third situation in which the voltage of the fuel cell fluctuates irregularly or in a fourth situation in which the voltage of the fuel cell is low,
The step of determining whether the high-
Measuring a stack voltage and a cell voltage, and
And comparing the stack voltage and the cell voltage in a time domain or a frequency domain. 제13항에 있어서,
상기 저함수 여부를 판단하는 단계는,
상기 연료 전지의 전압 및 상기 연료 전지의 전류 각각의 변동을 검출하는 단계,
상기 검출된 전압 변동 및 전류 변동에 기초한 상기 연료 전지의 저항을 계산하는 단계, 및
상기 계산된 저항 값이 일정 범위 내에 있는지 판단하는 단계를 포함하는 함수량 판단 방법.14. The method of claim 13,
The method of claim 1,
Detecting a variation in the voltage of the fuel cell and a current of the fuel cell,
Calculating a resistance of the fuel cell based on the detected voltage variation and current variation, and
And determining whether the calculated resistance value is within a predetermined range. 제14항에 있어서,
상기 저항 값이 일정 범위안에 있으면, 상기 연료전지를 저함수 상태로 판단하는 단계를 더 포함하는 함수량 판단 방법.15. The method of claim 14,
And determining that the fuel cell is in a low-function state when the resistance value is within a predetermined range. 제14항에 있어서,
상기 연료 전지의 저항을 계산하는 단계는,
상기 전압 변동분을 상기 전류 변동분으로 나눈 값에 상기 연료 전지의 면적과 상기 복수의 셀 개수를 곱하여 저항 값을 산출하는 단계를 포함하는 함수량 판단 방법.

15. The method of claim 14,
The step of calculating the resistance of the fuel cell may include:
Calculating a resistance value by multiplying an area of the fuel cell by a value obtained by dividing the voltage variation by the current variation and a number of the plurality of cells.

삭제delete 제13항에 있어서,
수 Hz의 주파수 영역에서 상기 두 전압의 유사도가 일정 값 이하인지 판단하는 단계를 더 포함하는 함수량 판단 방법.14. The method of claim 13,
And determining whether the similarity of the two voltages is lower than a predetermined value in a frequency range of several Hz. 제18항에 있어서,
상기 유사도가 일정 값 이하라면, 상기 연료전지를 고함수 상태로 판단하는 단계를 더 포함하는 함수량 판단 방법.19. The method of claim 18,
And determining the fuel cell to be in a high function state if the degree of similarity is less than a predetermined value. 제13항에 있어서,
Figure 112015116975559-pat00003

상기 수학식의 상기 Disharmony가 일정 값보다 크면, 상기 연료 전지를 고함수 상태로 판단하는 단계를 더 포함하고,
Astack는 주파수 영역에서의 스택 전압이고, Acell은 주파수 영역에서의 셀 전압인 함수량 판단 방법.14. The method of claim 13,
Figure 112015116975559-pat00003

Further comprising determining the fuel cell to be in a high function state if the Disharmony of the equation is greater than a predetermined value,
Where Astack is the stack voltage in the frequency domain and Acell is the cell voltage in the frequency domain.
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