KR101646854B1 - 연료전지 스택 임피던스 측정 방법 및 이를 실행하는 장치 - Google Patents

연료전지 스택 임피던스 측정 방법 및 이를 실행하는 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101646854B1
KR101646854B1 KR1020140180291A KR20140180291A KR101646854B1 KR 101646854 B1 KR101646854 B1 KR 101646854B1 KR 1020140180291 A KR1020140180291 A KR 1020140180291A KR 20140180291 A KR20140180291 A KR 20140180291A KR 101646854 B1 KR101646854 B1 KR 101646854B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
impedance
voltage
module
Prior art date
Application number
KR1020140180291A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160072874A (ko
Inventor
박현석
강선두
조진호
Original Assignee
현대오트론 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대오트론 주식회사 filed Critical 현대오트론 주식회사
Priority to KR1020140180291A priority Critical patent/KR101646854B1/ko
Publication of KR20160072874A publication Critical patent/KR20160072874A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101646854B1 publication Critical patent/KR101646854B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04634—Other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H01M8/04649—Other electric variables, e.g. resistance or impedance of fuel cell stacks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 임피던스 측정 장치는 연료전지 스택의 셀 중 특정 개수의 셀을 포함하는 모듈의 전압을 측정하는 모듈 전압 측정부, 특정 저항값으로 신호 전류의 크기를 조절하는 저항, 특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 교류 성분을 상기 신호 전류에 발생시키는 스위치 및 상기 신호 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하고, 상기 연료전지 스택의 전류 및 상기 모듈의 전압을 이용하여 상기 모듈의 임피던스를 산출하는 제어부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 연료전지 스택의 셀 중 특정 개수의 셀의 전압을 측정하여 연료전지 스택의 전체 전압을 측정하는 것보다 가습량의 변화에 따른 임피던스를 쉽게 확인할 수 있다는 장점이 있다.

Description

연료전지 스택 임피던스 측정 방법 및 이를 실행하는 장치{METHOD OF MEASURING FUEL CELL STACK IMPEDANCE AND APPARATUS PERFROMING THE SAME}
본 발명의 실시예들은 연료전지 스택 임피던스 측정 방법 및 이를 실행하는 장치에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이며, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자 제품, 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.
본 발명은 연료전지 스택의 셀 중 특정 개수의 셀의 전압을 측정함으로써 연료전지 스택의 전체 전압을 측정하는 것보다 가습량의 변화에 따른 임피던스를 쉽게 확인할 수 있도록 하는 연료전지 스택 임피던스 측정 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 연료전지 스택의 셀 중 특정 개수의 셀의 임피던스가 연료전지 스택의 임피던스를 대변한다고 판단하여 연료전지 스택의 임피던스를 측정할 수 있도록 하는 연료전지 스택 임피던스 측정 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
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.
실시예들 중에서, 연료전지 스택 임피던스 측정 장치는 연료전지 스택의 셀 중 특정 개수의 셀을 포함하는 모듈의 전압을 측정하는 모듈 전압 측정부, 특정 저항값으로 신호 전류의 크기를 조절하는 저항, 특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 교류 성분을 상기 신호 전류에 발생시키는 스위치 및 상기 신호 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하고, 상기 연료전지 스택의 전류 및 상기 모듈의 전압을 이용하여 상기 모듈의 임피던스를 산출하는 제어부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 스위치는 상기 특정 주파수에 해당하는 구형파 형태의 교류 성분을 상기 신호 전류에 발생시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 신호 전류를 주파수 분석하여 상기 특정 주파수에 해당하는 모듈의 전류를 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 모듈의 임피던스는 상기 연료전지 스택의 임피던스일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 모듈의 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 모듈의 전압을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 300Hz 주파수에 해당하는 모듈의 전압을 산출할 수 있다.
실시예들 중에서, 연료전지 스택 임피던스 측정 장치에서 실행되는 연료전지 스택 임피던스 측정 방법은 특정 주파수로 스위치의 상태를 변화시키면서 교류 성분을 신호 전류에 발생시키는 단계, 상기 신호 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계, 상기 연료전지 스택의 셀 중 특정 개수의 셀을 포함하는 모듈의 전압을 측정하는 단계 및 상기 연료전지 스택의 전류 및 상기 모듈의 전압을 이용하여 상기 모듈의 임피던스를 산출하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 교류 성분을 신호 전류에 발생시키는 단계는 상기 특정 주파수에 해당하는 구형파 형태의 교류 성분을 상기 신호 전류에 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계는 상기 신호 전류를 주파수 분석하여 상기 특정 주파수에 해당하는 모듈의 전류를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 모듈의 임피던스는 상기 연료전지 스택의 임피던스일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 모듈의 전압을 측정하는 단계는 상기 모듈의 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 모듈의 전압을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 모듈의 전압을 측정하는 단계는 300Hz 주파수에 해당하는 모듈의 전압을 산출하는 단계를 포함할 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 발명에 따르면, 연료전지 스택의 셀 중 특정 개수의 셀의 전압을 측정함으로써 연료전지 스택의 전체 전압을 측정하는 것보다 가습량의 변화에 따른 임피던스를 쉽게 확인할 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따르면, 연료전지 스택의 셀 중 특정 개수의 셀의 임피던스가 연료전지 스택의 임피던스를 대변한다고 판단하여 연료전지 스택의 임피던스를 측정할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 연료전지 스택 임피던스 측정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 임피던스 측정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 스택에 주입되는 신호 전류 및 신호 전류의 주파수 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 모듈의 전압 및 모듈의 전압을 주파수 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지 스택 임피던스 측정 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
기존의 연료전지 스택 임피던스 측정 장치는 연료전지 스택에 교류전류를 주입하고 연료전지 스택의 전압을 검출하여 분석한 결과를 이용하여 왜곡률을 구하여 고장 여부를 판단한다.
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.
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.
왜곡률은 주입한 교류 전류의 기본 주파수 대비 고조파 성분의 합으로 계측된다. 기존의 연료전지 스택 임피던스 측정 장치는 연료전지 스택 전압의 주파수 분석을 통해 왜곡률을 계산하여 셀 전압을 진단함으로써 연료전지 스택의 고장 여부를 판단할 수 있다.
기존의 연료전지 스택 임피던스 측정 장치의 구성요소를 살펴 보면, 연료전지 스택의 주입부와, 연료전지 스택의 전압을 측정하는 부분과, 고장을 진단하는 구성으로 크게 3개의 구성요소로 이루어져 있다.
왜곡률을 이용한 연료전지 스택의 고장 진단을 하기 위해서 연료전지 스택에 교류 전류를 주입한다. 이러한 교류 전류를 생성하기 위해서는 차량용 배터리에 해당하는 전압 직류 전원을 DC-DC 컨버터를 통해 승압시키고, 승압된 직류 전원을 DC-AC 컨버터를 통해 교류 전원으로 변화시킨 후에 특정 주파수만을 필터링하여 연료전지 스택에 주입시킨다.
이와 같이, 연료전지 스택의 고장 진단을 하기 위해서 교류 전류를 주입하는 방법은 구성이 복잡하고 부품수가 많이 소요되어 부품 가격이 높아진다는 단점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 연료전지 스택에 주입되는 신호 전류에 교류성분을 발생시킴으로써 구성이 매우 간단하고 부품의 부피를 줄일 수 있어 제품의 가격을 낮출 수 있다.
하지만 연료전지 스택은 다수의 단위 셀 들로 구성되어 있기 때문에, 수소 공급량, 공기 공급량, 물/습도 양이 연료전지 스택에 고르게 분포되지 못하여 연료전지 스택의 셀 각각의 가습량이 달라지게 된다.
이러한 가습량의 변화에 따른 연료전지 스택의 전체 임피던스의 변화는 매우 느리게 나타날 뿐만 아니라 셀마다 임피던스의 차이가 있기 때문에 가습량의 변화에 따른 연료전지 스택의 전압을 측정하고, 연료전지 스택에 대한 임피던스의 변화를 계산하면 차이가 크게 나타나지 않게 된다.
이러한 경우, 연료전지 스택의 전체 전압을 이용하여 연료전지 스택의 고장 여부를 확인하면 정확하지 않은 결과가 나오게 된다.
예를 들어, 연료전지 스택의 일부 셀의 전압을 이용하여 연료전지 스택의 임피던스를 계산하면 일부 셀의 임피던스의 변화를 확인할 수 있지만 연료전지 스택의 전체 전압을 이용하여 임피던스를 계산하면 임피던스의 변화를 확인하기 어렵다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 연료전지 스택의 셀 중 특정 개수의 셀의 전압을 측정함으로써 연료전지 스택의 전체 전압을 측정하여 연료전지 스택의 임피던스를 구하는 것보다 가습량의 변화에 따른 임피던스를 쉽게 확인할 수 있도록 하는 연료전지 스택 임피던스 측정 방법 및 이를 실행하는 장치를 제안한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 연료전지 스택 임피던스 측정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 연료전지 스택 임피던스 측정 장치(10)는 연료전지 스택(11), 저항(12), 스위치(13), 전류센서(14) 및 제어부(15)를 포함한다.
연료전지 스택(11)은 다수의 단위 셀 들이 연속적으로 배열되어 구성된다. 이러한 연료전지 스택(11)은 신호 전류를 발생시키며, 신호 전류에는 스위치(13)의 상태 변화에 따라 발생된 교류 성분이 포함되어 있다. 신호 전류에 포함되어 있는 교류 성분은 연료전지 스택(11)의 전류에 그대로 영향을 준다.
따라서, 연료전지 스택(11)으로부터 인가되는 신호 전류를 분석하여 연료전지 스택(11)의 전류를 산출할 수 있다. 저항(12)은 특정 저항값으로 신호 전류의 크기를 조절할 수 있다.
스위치(13)는 제어부(15)의 제어에 따라 특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 교류 성분을 연료전지 스택(11)으로부터 인가되는 신호 전류에 발생시킨다.
일 실시예에서, 스위치(13)는 특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 구형파 형태에 가까운 교류 성분을 연료전지 스택(11)으로부터 인가되는 신호 전류에 발생시킬 수 있다.
전류센서(14)는 신호 전류의 값을 측정하여 제어부(15)에 제공한다.
제어부(15)는 연료전지 스택(11)으로부터 인가되는 신호 전류를 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출할 수 있다.
제어부(15)는 연료전지 스택(11)의 전압을 측정하고, 연료전지 스택(11)의 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출할 수 있다.
제어부(15)는 연료전지 스택(11)의 전류 및 연료전지 스택(11)의 전압을 이용하여 연료전지 스택(11)의 임피던스를 산출한다.
상술한 바와 같이, 연료전지 스택 임피던스 측정 장치(10)는 저항(12)과 스위치(13)만으로 연료전지 스택(11)의 전류에 교류성분을 발생시켜 기존 방법의 교류전류를 주입함으로써 연료전지 스택(11)의 전류에 교류 성분을 발생시키는 효과를 얻을 수 있다.
이로 인해, 연료전지 스택 임피던스 측정 장치(10)의 구성이 매우 간단하여 부품의 부피를 줄일 수 있고, 제품의 가격을 낮출 수 있다.
하지만 상술한 바와 같이, 연료전지 스택(11)은 다수의 단위 셀 들로 구성되어 있기 때문에, 수소 공급량, 공기 공급량, 물/습도 양이 연료전지 스택(11)에 고르게 분포되지 못하여 연료전지 스택(11)의 셀 각각의 가습량이 달라지게 된다.
이러한 가습량의 변화에 따른 연료전지 스택(11)의 전체 임피던스의 변화는 매우 느리게 나타날 뿐만 아니라 셀마다 임피던스의 차이가 있기 때문에 가습량의 변화에 따른 연료전지 스택(11)의 전압을 측정하고, 연료전지 스택(11)에 대한 임피던스의 변화를 계산하면 차이가 크게 나타나지 않게 된다.
이러한 경우, 연료전지 스택의 전체 전압을 이용하여 연료전지 스택의 고장 여부를 확인하면 정확하지 않은 결과가 나오게 된다.
예를 들어, 연료전지 스택(11)의 일부 셀의 전압을 이용하여 연료전지 스택(11)의 임피던스를 계산하면 일부 셀의 임피던스의 변화를 확인할 수 있지만 연료전지 스택(11)의 전체 전압을 이용하여 임피던스를 계산하면 임피던스의 변화를 확인하기 어렵다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 임피던스 측정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 연료전지 스택 임피던스 측정 장치(100)는 연료전지 스택(110), 스택 전압 측정부(120), 모듈 전압 측정부(130), 저항(140), 스위치(150), 전류센서(160) 및 제어부(170)를 포함한다.
연료전지 스택(110)은 다수의 단위 셀 들이 연속적으로 배열되어 구성된다. 이러한 연료전지 스택(110)은 신호 전류를 발생시키며, 신호 전류에는 스위치(150)의 상태 변화에 따라 발생된 교류 성분이 포함되어 있다. 신호 전류에 포함되어 있는 교류 성분은 연료전지 스택(110)의 전류에 그대로 영향을 준다.
따라서, 연료전지 스택(110)으로부터 인가되는 신호 전류를 분석하여 연료전지 스택(110)의 전류를 산출할 수 있다. 이와 같은 과정은 이하의 제어부(170)를 설명하면서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
스택 전압 측정부(120)는 연료전지 스택(110)의 전압을 측정한다.
모듈 전압 측정부(130)는 연료전지 스택(110)의 셀 중 특정 개수의 셀을 포함하는 모듈의 전압을 측정한다. 예를 들어, 연료전지 스택(110)의 셀 중 10 개의 셀을 포함하는 모듈의 전압을 측정할 수 있다.
저항(140)은 특정 저항값으로 신호 전류의 크기를 조절할 수 있다.
스위치(150)는 제어부(170)의 제어에 따라 특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 교류 성분을 연료전지 스택(110)으로부터 인가되는 신호 전류에 발생시킨다.
일 실시예에서, 스위치(150)는 특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 구형파 형태에 가까운 교류 성분을 연료전지 스택(110)으로부터 인가되는 신호 전류에 발생시킬 수 있다.
예를 들어, 스위치(150)는 제어부(170)로부터 수신된 펄스 폭 변조 방식에 따라 300Hz로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 300Hz의 구형파 형태에 가까운 교류 성분을 신호 전류에 발생시킬 수 있다. 이와 같이, 신호 전류는 이하의 도 3를 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
전류센서(160)는 신호 전류의 값을 측정하여 제어부(170)에 제공한다.
제어부(170)는 연료전지 스택(110)의 전류 및 모듈 전압 측정부(130)에서 수신된 모듈의 전압을 이용하여 해당 모듈의 임피던스를 산출한다. 이와 같은 과정을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
제어부(170)는 전류센서(160)로부터 신호 전류를 전달받으면 신호 전류를 이용하여 연료전지 스택(110)의 전류를 산출할 수 있다. 여기에서, 신호 전류는 연료전지 스택(110)으로부터 인가되는 신호 전류를 의미한다.
연료전지 스택(110)으로부터 인가되는 신호 전류에는 교류 성분이 포함되어 있으며, 교류 성분은 연료전지 스택(110)의 전류에 그대로 영향을 준다. 따라서, 제어부(170)는 연료전지 스택(110)으로부터 인가되는 신호 전류를 분석하여 연료전지 스택(110)의 전류를 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(170)는 연료전지 스택(110)으로부터 인가되는 신호 전류를 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택(110)의 전류를 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(170)는 연료전지 스택(110)으로부터 인가되는 신호 전류를 주파수 분석하여 300Hz에 해당하는 연료전지 스택(110)의 전류를 산출할 수 있다.
또한, 제어부(170)는 모듈 전압 측정부(130)로부터 모듈의 전압을 수신하면, 모듈의 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 모듈의 전압을 산출할 수 있다.
또한, 제어부(170)는 연료전지 스택(110)의 전류 및 모듈의 전압을 이용하여 모듈의 임피던스를 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(170)는 하기의 [수학식 1]에 기초하여 모듈의 임피던스를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
A = V / I
A: 모듈의 임피던스
V: 모듈의 전압
I: 연료전지 스택의 전류
예를 들어, 제어부(170)는 300Hz에 해당하는 모듈의 전압 및 300Hz에 해당하는 연료전지 스택(110)의 전류를 이용하여 모듈의 임피던스를 산출할 수 있다. 이러한 모듈의 임피던스는 연료전지 스택의 임피던스로 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 스택에 주입되는 신호 전류 및 신호 전류의 주파수 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 도 3의 (a)는 연료전지 스택(도 2, 110)에 주입되는 신호 전류를 나타내는 그래프이고, 도 3의 (b)는 연료전지 스택(110)에 주입되는 신호 전류의 주파수 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
연료전지 스택 임피던스 측정 장치(도 2, 100)는 연료전지 스택(110)에 신호 전류를 주입한다. 이때, 연료전지 스택(도 2, 110)에 주입되는 신호 전류에는 스위치(도 2, 150)의 상태 변화에 따라 발생된 교류 성분이 포함되어 있다.
스위치(150)는 특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 교류 성분을 신호 전류에 발생시키며, 스위치(150)가 발생시키는 교류 성분은 구형파 형태이다. 따라서, 연료전지 스택(110)에 주입되는 신호 전류는 도 3의 (a)와 같이 구형파 형태로 나타난다.
연료전지 스택 임피던스 측정 장치(100)는 도 3의 (a)와 같은 신호 전류를 주파수 분석하여 도 3의 (b)와 같은 그래프를 획득할 수 있고, 도 3의 (b)에서 300Hz에 해당하는 연료전지 스택(110)의 전류를 산출한다.
이와 같이, 연료전지 스택(110)의 전류를 산출하는 과정에서 신호 전류를 이용하는 이유는, 신호 전류에 포함된 교류 성분은 연료전지 스택(110)의 전류에 그대로 영향을 주기 때문이다.
도 4는 본 발명에 따른 모듈의 전압 및 모듈의 전압을 주파수 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4의 (a)는 연료전지 스택(도 2, 110)의 셀 중 특정 개수의 셀을 포함하는 모듈의 전압을 나타내는 그래프이고, 도 4의 (b)는 연료전지 스택(도 2, 110)의 셀 중 특정 개수의 셀을 포함하는 모듈의 전압을 주파수 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
연료전지 스택 임피던스 측정 장치(100)는 모듈의 전압을 측정하면 도 4의 (a)와 같은 그래프를 획득할 수 있고, 모듈의 전압을 주파수 분석하여 도 4의 (b)와 같은 그래프를 획득할 수 있다.
연료전지 스택 임피던스 측정 장치(100)는 도 4의 (b)에서 300Hz에 해당하는 모듈의 전압을 산출할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지 스택 임피던스 측정 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 연료전지 스택 임피던스 측정 장치(도 2, 100)는 특정 주파수로 스위치의 상태를 변화시키면서 교류 성분을 신호 전류에 발생시킨다(단계 S510).
단계 S510에 대한 일 실시예에서, 연료전지 스택 임피던스 측정 장치(200)는 특정 주파수에 해당하는 구형파 형태의 교류 성분을 신호 전류에 발생시킬 수 있다.
연료전지 스택 임피던스 측정 장치(100)는 신호 전류를 이용하여 연료전지 스택의 전류를 산출한다(단계 S520).
단계 S520에 대한 일 실시예에서, 연료전지 스택 임피던스 측정 장치(100)는 신호 전류를 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출할 수 있다.
연료전지 스택 임피던스 측정 장치(100)는 연료전지 스택의 셀 중 특정 개수의 셀의 전압을 측정한다(단계 S530). 예를 들어, 연료전지 스택 임피던스 측정 장치(100)는 연료전지 스택의 셀 중 15개의 셀의 전압을 측정할 수 있다.
단계 S530에 대한 일 실시예에서, 연료전지 스택 임피던스 측정 장치(100)는 300Hz 주파수에 해당하는 전압을 측정할 수 있다.
연료전지 스택 임피던스 측정 장치(100)는 연료전지 스택의 전류 및 연료전지 스택의 셀 중 특정 개수의 셀의 전압을 이용하여 모듈의 임피던스를 산출한다(단계 S540).
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.
11: 연료전지 스택
12: 저항
13: 스위치
14: 전류센서
15: 제어부
100: 연료전지 스택 임피던스 측정 장치
110: 연료전지 스택
120: 스택 전압 측정부
130: 모듈 전압 측정부
140: 저항
150: 스위치
160: 전류센서
170: 제어부

Claims (12)

  1. 다수의 단위 셀이 배열되어 구성된 연료전지 스택의 셀 중 특정 개수의 셀로 구성된 모듈의 전압을 측정하는 모듈 전압 측정부;
    특정 저항값으로 신호 전류의 크기를 조절하는 저항;
    특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 교류 성분을 상기 신호 전류에 발생시키는 스위치; 및
    상기 신호 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하고, 상기 연료전지 스택의 전류 및 상기 특정 개수의 셀로 구성된 모듈의 전압을 이용하여 상기 특정 개수의 셀로 구성된 모듈의 임피던스를 산출하는 제어부를 포함하고,
    상기 특정 개수의 셀로 구성된 모듈의 임피던스는
    상기 연료전지 스택의 임피던스이고,
    상기 신호 전류는
    상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 임피던스 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는
    상기 특정 주파수에 해당하는 구형파 형태의 교류 성분을 상기 신호 전류에 발생시키는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 임피던스 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 신호 전류를 주파수 분석하여 상기 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 임피던스 측정 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 모듈의 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 모듈의 전압을 산출하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 임피던스 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는
    300Hz 주파수에 해당하는 모듈의 전압을 산출하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 임피던스 측정 장치.
  7. 다수의 단위 셀이 배열되어 구성된 연료전지 스택 임피던스 측정 장치에서 실행되는 연료전지 스택 임피던스 측정 방법에 있어서,
    특정 주파수로 스위치의 상태를 변화시키면서 교류 성분을 신호 전류에 발생시키는 단계;
    상기 신호 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계;
    상기 연료전지 스택의 셀 중 특정 개수의 셀로 구성된 모듈의 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 연료전지 스택의 전류 및 상기 특정 개수의 셀로 구성된 모듈의 전압을 이용하여 상기 특정 개수의 셀로 구성된 모듈의 임피던스를 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 특정 개수의 셀로 구성된 모듈의 임피던스는
    상기 연료전지 스택의 임피던스이고,
    상기 신호 전류는
    상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 임피던스 측정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 교류 성분을 신호 전류에 발생시키는 단계는
    상기 특정 주파수에 해당하는 구형파 형태의 교류 성분을 상기 신호 전류에 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 임피던스 측정 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계는
    상기 신호 전류를 주파수 분석하여 상기 특정 주파수에 해당하는 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 임피던스 측정 방법.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 모듈의 전압을 측정하는 단계는
    상기 모듈의 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 모듈의 전압을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 임피던스 측정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 모듈의 전압을 측정하는 단계는
    300Hz 주파수에 해당하는 모듈의 전압을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 임피던스 측정 방법.
KR1020140180291A 2014-12-15 2014-12-15 연료전지 스택 임피던스 측정 방법 및 이를 실행하는 장치 KR101646854B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140180291A KR101646854B1 (ko) 2014-12-15 2014-12-15 연료전지 스택 임피던스 측정 방법 및 이를 실행하는 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140180291A KR101646854B1 (ko) 2014-12-15 2014-12-15 연료전지 스택 임피던스 측정 방법 및 이를 실행하는 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160072874A KR20160072874A (ko) 2016-06-24
KR101646854B1 true KR101646854B1 (ko) 2016-08-09

Family

ID=56343095

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140180291A KR101646854B1 (ko) 2014-12-15 2014-12-15 연료전지 스택 임피던스 측정 방법 및 이를 실행하는 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101646854B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11870113B2 (en) 2019-12-12 2024-01-09 Hyundai Motor Company Method for measuring impedance of fuel cell stack in vehicle
US11933855B2 (en) 2021-11-18 2024-03-19 Hyundai Motor Company Apparatus for measuring impedance of fuel cell for vehicle and method thereof

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101866072B1 (ko) 2016-10-18 2018-06-08 현대자동차주식회사 연료전지 스택의 상태 진단 장치 및 그 방법
KR102196270B1 (ko) 2016-12-12 2020-12-29 주식회사 엘지화학 쇼트 감지방법 및 장치
KR102485336B1 (ko) * 2017-10-27 2023-01-05 현대자동차주식회사 연료전지 스택의 임피던스 측정 장치 및 그 방법
CN114976114B (zh) * 2022-05-25 2023-09-01 上海氢晨新能源科技有限公司 一种大功率燃料电池交流阻抗测试系统和方法
KR20230164461A (ko) * 2022-05-25 2023-12-04 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012252986A (ja) 2011-06-07 2012-12-20 Nippon Soken Inc 燃料電池システム
JP2013008568A (ja) 2011-06-24 2013-01-10 Nippon Soken Inc 燃料電池状態診断装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101428299B1 (ko) * 2012-12-20 2014-08-07 현대오트론 주식회사 연료전지 스택 진단 장치 및 그것의 셀 전압 및 임피던스 검출 방법
KR101418179B1 (ko) * 2012-12-20 2014-07-09 현대오트론 주식회사 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법 및 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012252986A (ja) 2011-06-07 2012-12-20 Nippon Soken Inc 燃料電池システム
JP2013008568A (ja) 2011-06-24 2013-01-10 Nippon Soken Inc 燃料電池状態診断装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11870113B2 (en) 2019-12-12 2024-01-09 Hyundai Motor Company Method for measuring impedance of fuel cell stack in vehicle
US11933855B2 (en) 2021-11-18 2024-03-19 Hyundai Motor Company Apparatus for measuring impedance of fuel cell for vehicle and method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160072874A (ko) 2016-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101646854B1 (ko) 연료전지 스택 임피던스 측정 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101090705B1 (ko) 연료전지 스택의 상태 진단 방법
US20140188414A1 (en) Method and system for measuring impedance for diagnosis of fuel cell stack
KR101592760B1 (ko) 연료전지 스택의 상태 진단 장치 및 그 방법
KR101418179B1 (ko) 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법 및 장치
KR101362740B1 (ko) 연료전지 스택 고장 진단 방법
KR101629579B1 (ko) 연료전지 스택 전압 측정 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101438958B1 (ko) 연료전지 스택의 주입 전류 생성 방법
KR101438956B1 (ko) 연료전지 스택의 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101584865B1 (ko) 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치
US20140176145A1 (en) Method and apparatus for diagnosing fault of fuel cell stack based on measurement of stack current
KR101593761B1 (ko) 연료전지 스택 고장 진단 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101593760B1 (ko) 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치
KR20140085803A (ko) 연료전지 스택의 진단 시스템
KR20140085804A (ko) 연료전지 스택의 진단 및 열관리 시스템
KR101655600B1 (ko) 연료전지 스택 고장 진단 방법 및 이를 실행하는 장치
KR20150076268A (ko) 연료전지 스택 고장 진단 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101418178B1 (ko) 연료전지 스택의 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101601487B1 (ko) 연료전지 스택의 임피던스 측정 장치 및 그 방법
KR101592768B1 (ko) 연료전지 스택의 상태 진단 장치
KR101827065B1 (ko) 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101593759B1 (ko) 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101836587B1 (ko) 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법 및 이를 실행하는 장치
KR20150072588A (ko) 연료전지 스택 고장 진단 방법 및 이를 실행하는 장치
KR101568066B1 (ko) 연료전지 스택 고장 진단 방법 및 이를 실행하는 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190725

Year of fee payment: 4