KR101655600B1 - Method for monitoring of fuel cell stack status and apparatus performing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고전압 배터리를 이용하여 연료전지 스택에 교류 전류를 주입하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 연료전지 스택 고장 진단 장치에 관한 것으로, 상기 연료전지 스택으로부터 흐르는 스택 전류를 이용하여 진단 전류를 생성하여 제공하는 DC-AC 컨버터, 상기 스택 전류를 상기 DC-AC 컨버터에 제공하거나 상기 진단 전류를 상기 연료전지 스택에 제공하기 위한 바이패스 경로를 제공하는 필터 및 상기 연료전지 스택으로부터 흐르는 스택 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 무부하 상태를 확인하고, 상기 확인 결과에 따라 상기 진단 전류를 생성하도록 상기 DC-AC 컨버터를 제어하는 제어부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 연료전지 스택이 무부하 상태일 때에도 연료전지 스택으로부터 진단 전류가 흐를 수 있도록 함으로써 연료전지 스택의 고장을 진단할 수 있다는 장점이 있다.The present invention relates to a fuel cell stack fault diagnosis apparatus for diagnosing faults in a fuel cell stack by injecting an alternating current into a fuel cell stack using a high voltage battery, A filter providing a bypass path for providing the stack current to the DC-AC converter or providing the diagnostic current to the fuel cell stack, and a filter for providing a stack current flowing from the fuel cell stack And a control unit for controlling the DC-AC converter to generate the diagnostic current according to the result of the check. Therefore, the present invention has an advantage in that the diagnosis current can flow from the fuel cell stack even when the fuel cell stack is in a no-load state, thereby diagnosing the failure of the fuel cell stack.

Figure R1020140175984
Figure R1020140175984

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 연료전지 스택 고장 진단 방법 및 이를 실행하는 장치에 관한 것이다.
Embodiments of the present invention relate to a fuel cell stack failure diagnosis method and apparatus for implementing 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.

연료전지 스택이 무부하 상태이면 스택 전류가 흐르지 않으므로 진단 전류도 연료전지 스택으로 흐르지 않아 연료전지 스택의 진단이 불가능한 문제가 있다. 본 발명은 이러한 무부하 상태에서 연료전지 스택으로부터 진단 전류가 흐를 수 있도록 함으로써 무부하 상태일 때에도 연료전지 스택의 고장을 진단할 수 있도록 하는 연료전지 스택 고장 진단 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
When the fuel cell stack is in a no-load state, no current flows through the fuel cell stack because the stack current does not flow, which makes it impossible to diagnose the fuel cell stack. It is an object of the present invention to provide a method for diagnosing a fault in a fuel cell stack that can diagnose a fault in a fuel cell stack even in a no-load state by allowing a diagnostic current to flow from the fuel cell stack in such a no- do.

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, 고전압 배터리를 이용하여 연료전지 스택에 교류 전류를 주입하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 연료전지 스택 고장 진단 장치는 상기 연료전지 스택으로부터 흐르는 스택 전류를 이용하여 진단 전류를 생성하는 DC-AC 컨버터, 상기 스택 전류를 상기 DC-AC 컨버터에 제공하거나 상기 진단 전류를 상기 연료전지 스택에 제공하기 위한 바이패스 경로를 제공하는 필터 및 상기 연료전지 스택으로부터 흐르는 스택 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 무부하 상태를 확인하고, 상기 확인 결과에 따라 상기 진단 전류를 생성하도록 상기 DC-AC 컨버터를 제어하는 제어부를 포함한다.Among the embodiments, a fuel cell stack failure diagnosis apparatus for diagnosing a failure of the fuel cell stack by injecting an alternating current into the fuel cell stack using a high voltage battery generates a diagnosis current using the stack current flowing from the fuel cell stack A filter that provides a bypass path for providing the stack current to the DC-AC converter or providing the diagnostic current to the fuel cell stack, and a controller that uses the stack current flowing from the fuel cell stack to provide the bypass current to the DC- And a controller for checking the no-load state of the fuel cell stack and controlling the DC-AC converter to generate the diagnosis current according to the result of the check.

일 실시예에서, 상기 DC-AC 컨버터는 복수의 스위치를 포함할 수 있다.In one embodiment, the DC-AC converter may comprise a plurality of switches.

일 실시예에서, 상기 DC-AC 컨버터는 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치의 상태를 제어하여 상기 전류 경로를 형성할 수 있다.In one embodiment, the DC-AC converter can control the state of at least one of the plurality of switches to form the current path.

일 실시예에서, 상기 DC-AC 컨버터는 상기 복수의 스위치 중 어느 하나의 스위치의 상태가 턴온 상태가 유지되도록 제어한 상태에서 다른 하나의 스위치의 상태를 턴온 상태 또는 턴오프 상태가 되도록 제어하여 특정 주파수가 출력되도록 할 수 있다. In one embodiment, the DC-AC converter is controlled such that the state of any one of the plurality of switches is maintained in a turned-on state, and the other of the plurality of switches is controlled to be in a turned-on state or a turned- Frequency can be output.

일 실시예에서, 상기 특정 주파수는 10Hz 또는 300Hz일 수 있다.In one embodiment, the particular frequency may be 10 Hz or 300 Hz.

일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 스택 전류와 특정 전류를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 연료전지 스택의 상태를 판단할 수 있다.In one embodiment, the control unit may compare the stack current with a specific current, and determine the state of the fuel cell stack according to the comparison result.

일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 비교 결과 상기 스택 전류가 상기 특정 전류 이하이면 상기 연료전지 스택의 상태를 무부하 상태라고 판단할 수 있다.In one embodiment, the control unit may determine that the state of the fuel cell stack is no-load state when the comparison result indicates that the stack current is less than the specific current.

실시예들 중에서, 고전압 배터리를 이용하여 연료전지 스택에 교류 전류를 주입하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 연료전지 스택 고장 진단 장치에서 실행되는 연료전지 스택 고장 진단 방법은 상기 연료전지 스택으로부터 흐르는 스택 전류를 측정하는 단계, 상기 스택 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 상태가 무부하 상태인지 여부를 확인하는 단계, 상기 확인 결과 상기 연료전지 스택의 상태가 무부하 상태이면, 상기 스택 전류를 이용하여 진단 전류를 생성하는 단계 및 상기 진단 전류를 상기 연료전지 스택으로부터 흐르게 하는 단계를 포함한다.Among the embodiments, a fuel cell stack failure diagnosis method executed in a fuel cell stack failure diagnosis apparatus for diagnosing a failure of the fuel cell stack by injecting an alternating current into the fuel cell stack using a high voltage battery includes: Determining whether the state of the fuel cell stack is in a no-load state by using the stack current; and if the state of the fuel cell stack is no-load state, Generating a current and flowing the diagnostic current from the fuel cell stack.

일 실시예에서, 상기 진단 전류를 상기 연료전지 스택으로부터 흐르게 하는 단계는 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치의 상태를 제어하여 전류 경로를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, flowing the diagnostic current from the fuel cell stack may include controlling the state of at least one of the plurality of switches to form a current path.

일 실시예에서, 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치의 상태를 제어하여 전류 경로를 형성하는 단계는 상기 복수의 스위치 중 어느 하나의 스위치의 상태가 턴온 상태가 유지되도록 제어한 상태에서 다른 하나의 스위치의 상태를 턴온 상태 또는 턴오프 상태가 되도록 제어하여 특정 주파수가 출력되도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of controlling the state of at least one switch among the plurality of switches to form a current path may include controlling the state of any one of the plurality of switches such that the state of the switch is maintained to be turned on, Controlling the state of the switch to be a turn-on state or a turn-off state so that a specific frequency is output.

일 실시예에서, 상기 특정 주파수는 10Hz 또는 300Hz일 수 있다.In one embodiment, the particular frequency may be 10 Hz or 300 Hz.

일 실시예에서, 상기 스택 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 상태가 무부하 상태인지 여부를 확인하는 단계는 상기 스택 전류와 특정 전류를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 연료전지 스택의 무부하 상태를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of verifying whether the state of the fuel cell stack is in a no-load state using the stack current may include comparing the stack current with a specific current, and determining a no-load state of the fuel cell stack And a step of judging.

일 실시예에서, 상기 스택 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 상태가 무부하 상태인지 여부를 확인하는 단계는 상기 비교 결과 상기 스택 전류가 상기 특정 전류 이하이면 상기 연료전지 스택의 상태를 무부하 상태라고 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
In one embodiment, the step of determining whether the state of the fuel cell stack is in a no-load state using the stack current may include determining that the state of the fuel cell stack is no-load state when the stack current is below the specific current .

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 발명에 따르면, 연료전지 스택이 무부하 상태일 때에도 연료전지 스택으로부터 진단 전류가 흐를 수 있도록 함으로써 연료전지 스택의 고장을 진단할 수 있다는 장점이 있다.
According to the present invention, it is possible to diagnose a failure of the fuel cell stack by allowing a diagnostic current to flow from the fuel cell stack even when the fuel cell stack is in a no-load state.

도 1은 연료전지 스택 고장 진단 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 고장 진단 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 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.
2 is a block diagram illustrating a fuel cell stack failure diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 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 교류 전류를 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.

왜곡률을 이용한 연료전지 스택의 고장 진단을 하기 위해서 연료전지 스택에 주입 전류를 주입한다. 하지만, 연료전지 스택이 무부하 상태일 때 연료전지 스택 전류의 패스가 없어 연료전지 스택으로 진단 전류가 흐르지 못해 연료전지 스택의 고장 진단이 불가능하다. Injection current is injected into the fuel cell stack to diagnose the failure of the fuel cell stack using the distortion rate. However, when the fuel cell stack is in a no-load state, there is no path of the current of the fuel cell stack, so that the diagnosis current can not flow to the fuel cell stack.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 연료전지 스택의 상태가 무부하 상태이면 연료전지 스택으로부터 흐르는 스택 전류를 이용하여 진단 전류를 생성하고, 진단 전류를 연료전지 스택으로부터 흐르게 함으로써 연료전지 스택의 상태가 무부하 상태이더라도 연료전지 스택의 고장 진단이 가능하도록 하는 연료전지 스택 고장 진단 방법 및 이를 실행하는 장치를 제안한다.In order to solve this problem, the present invention uses a stack current flowing from a fuel cell stack to generate a diagnosis current when the state of the fuel cell stack is in a no-load state, and causes the state of the fuel cell stack A fault diagnosis method for a fuel cell stack capable of diagnosing a fault of the fuel cell stack even in a no-load state and an apparatus for executing the fault diagnosis method are proposed.

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 연료전지 스택 고장 진단 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 1 is a block diagram illustrating a fuel cell stack failure diagnosis apparatus.

도 1을 참조하면, 연료전지 스택 고장 진단 장치(10)는 연료전지 스택(11), 고전압 배터리(12), DC-DC 컨버터(13), DC-AC 컨버터(14), LPF 필터(15), 전류센서(16) 및 제어부(17)를 포함한다.1, the fuel cell stack failure diagnosis apparatus 10 includes a fuel cell stack 11, a high voltage battery 12, a DC-DC converter 13, a DC-AC converter 14, an LPF filter 15, A current sensor 16, and a control unit 17.

연료전지 스택(11)은 다수의 단위 셀 들이 연속적으로 배열되어 구성된다. 이러한 연료전지 스택(11)은 직류 전류를 발생시키며, 제어부(17)에 의해 제어된 주입 전류가 주입될 수 있다. The fuel cell stack 11 is constituted by a plurality of unit cells arranged in series. This fuel cell stack 11 generates a direct current, and the injection current controlled by the control unit 17 can be injected.

고전압 배터리(12)의 전압은 연료전지 스택(11)의 전압보다 높게 구성되거나 낮게 구성될 수 있다. 이하의 설명에서는, 고전압 배터리(12)의 전압이 연료전지 스택(11)의 전압보다 낮게 구성되어 있는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.The voltage of the high-voltage battery 12 may be configured to be higher than the voltage of the fuel cell stack 11 or may be configured to be low. In the following description, the case where the voltage of the high-voltage battery 12 is lower than the voltage of the fuel cell stack 11 will be described as an example.

DC-DC 컨버터(13)는 고전압 배터리(12)의 전압을 특정 전압으로 승압하고, 승압된 전압의 직류 전류를 DC-AC 컨버터(14)에 제공한다. The DC-DC converter 13 boosts the voltage of the high-voltage battery 12 to a specific voltage, and provides the DC current of the boosted voltage to the DC-AC converter 14. [

일 실시예에서, DC-DC 컨버터(13)는 고전압 배터리(12)의 전압을 도 1의 DC-Link(예를 들어, 550V~600V) 에 해당하는 전압으로 승압할 수 있다. 즉, DC-DC 컨버터(13)는 고전압 배터리(12)의 전압을 연료전지 스택(11)의 전압보다 큰 전압으로 승압시킬 수 있다. In one embodiment, the DC-DC converter 13 can boost the voltage of the high-voltage battery 12 to a voltage corresponding to the DC-Link (for example, 550 V to 600 V) of FIG. That is, the DC-DC converter 13 can boost the voltage of the high-voltage battery 12 to a voltage that is higher than the voltage of the fuel cell stack 11.

이때, DC-DC 컨버터(13)는 고전압 배터리(12)에 해당하는 전압을 승압하는데 수십 볼트 정도만 승압하면 되기 때문에, 변압비를 줄일 수 있어서 부품 가격 및 회로의 부피도 줄일 수 있다는 효과가 있다. At this time, since the DC-DC converter 13 only needs to increase the voltage corresponding to the high-voltage battery 12 by several tens of volts to increase the voltage, the transforming ratio can be reduced, thereby reducing the cost of parts and the volume of the circuit.

DC-AC 컨버터(14)는 제어부(17)의 제어에 따라 DC-DC 컨버터(13)로부터 전달받은 직류 전류를 교류 전류로 변환하고, 변환된 교류 전류를 LPF 필터(15)에 제공한다. The DC-AC converter 14 converts the DC current received from the DC-DC converter 13 into an AC current under the control of the controller 17 and provides the converted AC current to the LPF filter 15.

일 실시예에서, DC-AC 컨버터(14)는 DC-DC 컨버터(13)로부터 직류 전류가 전달되면, 제어부(17)의 제어에 따라 펄스 폭을 조절하여 직류 전류를 교류 전류로 변환할 수 있다. In one embodiment, the DC-AC converter 14 may convert the DC current into an AC current by adjusting the pulse width according to the control of the controller 17, when the DC current is delivered from the DC-DC converter 13 .

LPF 필터(15)는 DC-AC 컨버터(14)로부터 교류 전류가 전달되면 미리 설정된 주파수 밴드(예를 들어, 300Hz)의 신호를 필터링한다.The LPF filter 15 filters a signal of a predetermined frequency band (for example, 300 Hz) when an AC current is transmitted from the DC-AC converter 14.

전류센서(16)는 LPF 필터(15)에 의해 필터링되어 연료전지 스택(11)에 주입되는 교류 전류를 센싱하여 제어부(17)에 제공한다. The current sensor 16 senses an alternating current that is filtered by the LPF filter 15 and injected into the fuel cell stack 11 and provides it to the control unit 17. [

이와 같이, 고전압 배터리(12)를 사용하게 되면 고전압 배터리(12)의 전압을 DC-Link 전압까지는 수십 볼트 정도만 승압하는 것이므로 변압비를 크게 줄일 수 있어서 부품의 가격과 부피를 크게 줄일 수 있다. 또한, 12V 차량 배터리를 사용하지 않기 때문에 배터리에 부담을 주지 않아 배터리를 안정적으로 사용할 수 있는 장점이 되기도 한다.As described above, when the high-voltage battery 12 is used, the voltage of the high-voltage battery 12 is increased only by several tens of volts up to the DC-Link voltage, so that the transforming ratio can be greatly reduced, and the cost and volume of the component can be greatly reduced. In addition, since the 12V vehicle battery is not used, it is advantageous that the battery can be used stably because the battery is not burdened.

하지만, 연료전지 스택(11)이 무부하 상태이면 연료전지 스택 전류의 패스가 없어 연료전지 스택(11)으로 진단 전류가 흐르지 못해 연료전지 스택(11)의 고장 진단이 불가능하다는 문제점이 있다.
However, if the fuel cell stack 11 is in a no-load state, there is a problem that the diagnostic current can not flow to the fuel cell stack 11 because there is no path of the fuel cell stack current, so that the failure diagnosis of the fuel cell stack 11 is impossible.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 고장 진단 장치를 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a fuel cell stack failure diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 연료전지 스택(110), DC-AC 컨버터(120), 필터(130), 전류센서(140) 및 제어부(150)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the fuel cell stack failure diagnosis apparatus 100 includes a fuel cell stack 110, a DC-AC converter 120, a filter 130, a current sensor 140, and a control unit 150.

연료전지 스택(110)은 다수의 단위 셀 들이 연속적으로 배열되어 구성된다. The fuel cell stack 110 is constituted by a plurality of unit cells arranged in series.

DC-AC 컨버터(120)는 필터(130)를 바이패스하여 연료전지 스택(110)으로부터 주입되는 스택 전류를 전달 받고, 스택 전류를 이용하여 진단 전류를 생성하고, 진단 전류를 필터(130)를 바이패스 하여 연료전지 스택(110)에 주입할 수 있다. The DC-AC converter 120 bypasses the filter 130 to receive the stack current injected from the fuel cell stack 110, generates the diagnostic current using the stack current, and supplies the diagnostic current to the filter 130 And injected into the fuel cell stack 110 by bypassing.

이를 위해, DC-AC 컨버터(120)는 복수의 스위치로 구성된다. 예를 들어, DC-AC 컨버터(120)는 4개의 스위치(S1, S2, S3, S4)로 구성된다. To this end, the DC-AC converter 120 is composed of a plurality of switches. For example, the DC-AC converter 120 is composed of four switches S1, S2, S3, and S4.

DC-AC 컨버터(120)는 복수의 스위치(S1, S2, S3, S4) 중 적어도 하나의 스위치의 상태를 제어하여 진단 전류를 생성한다. The DC-AC converter 120 controls the state of at least one of the plurality of switches S1, S2, S3, and S4 to generate a diagnostic current.

일 실시예에서, DC-AC 컨버터(120)는 복수의 스위치(S1, S2, S3, S4) 중 제1 스위치(S1) 및 제4 스위치(S4)의 상태가 턴온 상태제어하고 나머지 스위치(S2 및 S3)의 상태가 턴오프 상태가 되도록 제어하여 진단 전류를 생성할 수 있다.In one embodiment, the DC-AC converter 120 controls the ON state of the first switch S1 and the fourth switch S4 among the plurality of switches S1, S2, S3, and S4, And S3 may be turned off to generate a diagnostic current.

이때, DC-AC 컨버터(120)는 제1 스위치(S1)의 상태가 항상 턴온 상태를 유지하도록 제어한 상태에서 제3 스위치(S3)의 상태가 턴온 상태 또는 턴오프 상태로 변경되도록 제어함으로써 전류 경로를 온 또는 오프시킨다. 이로 인해, DC-AC 컨버터(120)는 PWM 출력에서 특정 주파수(예를 들어, 10Hz 또는 300Hz)의 전류를 출력할 수 있다. At this time, the DC-AC converter 120 controls the state of the third switch S3 to be changed into the turn-on state or the turn-off state in a state in which the state of the first switch S1 is controlled so as to always maintain the turn- Turns the path on or off. For this reason, the DC-AC converter 120 can output a current of a certain frequency (for example, 10 Hz or 300 Hz) in the PWM output.

필터(130)는 연료전지 스택(110)으로부터 주입되는 스택 전류를 DC-AC 컨버터(120)에 제공하기 위한 바이패스 경로를 제공한다. 또한, 필터(130)는 DC-AC 컨버터(120)에 의해 생성된 진단 전류를 연료전지 스택(110)에 제공하기 위한 바이패스 경로를 제공한다.The filter 130 provides a bypass path for providing the stack current injected from the fuel cell stack 110 to the DC-AC converter 120. The filter 130 also provides a bypass path for providing the diagnostic current generated by the DC-AC converter 120 to the fuel cell stack 110.

전류센서(140)는 연료전지 스택(110)으로부터 주입되는 스택 전류를 센싱하여 제어부(150)에 제공한다. The current sensor 140 senses the stack current injected from the fuel cell stack 110 and provides the sensing current to the control unit 150.

제어부(150)는 전류센서(140)로부터 전달 받은 연료전지 스택(110)의 스택 전류를 이용하여 연료전지 스택(110)의 상태가 부하 상태인지 또는 무부하 상태인지 여부를 확인한다. The controller 150 checks whether the state of the fuel cell stack 110 is a load state or a no-load state by using the stack current of the fuel cell stack 110 received from the current sensor 140.

일 실시예에서, 제어부(150)는 연료전지 스택(110)의 스택 전류가 특정 전류 이상이면 연료전지 스택(110)의 상태가 부하 상태라고 판단할 수 있다.In one embodiment, the controller 150 may determine that the state of the fuel cell stack 110 is in a load state when the stack current of the fuel cell stack 110 is higher than a specific current.

다른 일 실시예에서, 제어부(150)는 연료전지 스택(110)의 스택 전류가 특정 전류 이하이면 연료전지 스택(110)의 상태가 무부하 상태라고 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 연료전지 스택(110)의 스택 전류가 0 이하이면 연료전지 스택(110)의 상태가 무부하 상태라고 판단할 수 있다.In another embodiment, the controller 150 may determine that the state of the fuel cell stack 110 is unloaded when the stack current of the fuel cell stack 110 is below a specific current. For example, if the stack current of the fuel cell stack 110 is 0 or less, the controller 150 may determine that the state of the fuel cell stack 110 is no-load state.

이러한 일 실시예에서, 제어부(150)는 연료전지 스택(110)의 스택 전류를 기초로 진단 전류를 생성하도록 DC-AC 컨버터(120)를 제어한다.
In this embodiment, the control unit 150 controls the DC-AC converter 120 to generate the diagnostic current based on the stack current of the fuel cell stack 110. [

도 3은 본 발명에 따른 연료전지 스택 고장 진단 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method for diagnosing a failure of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.

도 3를 참조하면, 연료전지 스택 고장 진단 장치(도 2, 100)는 연료전지 스택으로부터 주입되는 스택 전류를 측정한다(단계 S310). 연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 스택 전류를 이용하여 연료전지 스택의 상태가 무부하 상태인지 여부를 확인한다(단계 S320).Referring to FIG. 3, the fuel cell stack failure diagnosis apparatus (FIG. 2, 100) measures the stack current injected from the fuel cell stack (step S310). The fuel cell stack failure diagnosis apparatus 100 confirms whether the state of the fuel cell stack is no-load state using the stack current (step S320).

연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 확인 결과 연료전지 스택의 상태가 무부하 상태이면(단계 S330), 연료전지 스택으로부터 흐르는 스택 전류를 이용하여 진단 전류를 생성하고(단계 S340), 생성된 진단 전류를 연료전지 스택으로부터 흐르게 한다(단계 S350).
If the state of the fuel cell stack is unloaded (step S330), the fuel cell stack fault diagnosis apparatus 100 generates a diagnosis current using the stack current flowing from the fuel cell stack (step S340) (Step S350).

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: DC-AC 컨버터
130: 필터
140: 전류센서
150: 제어부100: Fuel cell stack fault diagnosis device
110: Fuel cell stack
120: DC-AC converter
130: filter
140: Current sensor
150:

Claims (13)

고전압 배터리를 이용하여 연료전지 스택에 교류 전류를 주입하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 연료전지 스택 고장 진단 장치에 있어서,
상기 연료전지 스택으로부터 흐르는 스택 전류를 스위치로 제어하여 진단 전류를 생성하여 제공하는 DC-AC 컨버터;
상기 스택 전류를 상기 DC-AC 컨버터에 제공하거나 상기 진단 전류를 상기 연료전지 스택에 제공하기 위한 바이패스 경로를 제공하는 필터; 및
상기 연료전지 스택으로부터 흐르는 스택 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 무부하 상태를 확인하고, 상기 확인 결과에 따라 상기 진단 전류를 생성하도록 상기 DC-AC 컨버터를 제어하는 제어부를 포함하는
연료전지 스택 고장 진단 장치.
1. A fuel cell stack fault diagnosis apparatus for diagnosing a fault of the fuel cell stack by injecting an alternating current into the fuel cell stack using a high voltage battery,
A DC-AC converter for generating a diagnostic current by controlling a stack current flowing from the fuel cell stack with a switch;
A filter providing the bypass current to provide the stack current to the DC-AC converter or to provide the diagnostic current to the fuel cell stack; And
And a control unit for controlling the DC-AC converter to generate a diagnosis current according to the result of the check by checking a no-load state of the fuel cell stack using a stack current flowing from the fuel cell stack
Fuel cell stack fault diagnosis device.
제1항에 있어서,
상기 DC-AC 컨버터는
복수의 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
The DC-AC converter
Characterized by comprising a plurality of switches
Fuel cell stack fault diagnosis device.
제2항에 있어서,
상기 DC-AC 컨버터는
상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치의 상태를 제어하여 상기 전류 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 장치.
3. The method of claim 2,
The DC-AC converter
Characterized in that the current path is formed by controlling the state of at least one of the plurality of switches
Fuel cell stack fault diagnosis device.
제3항에 있어서,
상기 DC-AC 컨버터는
상기 복수의 스위치 중 어느 하나의 스위치의 상태가 턴온 상태가 유지되도록 제어한 상태에서 다른 하나의 스위치의 상태를 턴온 상태 또는 턴오프 상태가 되도록 제어하여 상기 스택 전류 중 특정 주파수에 해당하는 전류가 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 장치.
The method of claim 3,
The DC-AC converter
And controlling a state of the other switch to be a turn-on state or a turn-off state in a state in which the state of any one of the plurality of switches is controlled so that the turn-on state is maintained, And
Fuel cell stack fault diagnosis device.
제4항에 있어서,
상기 특정 주파수는
10Hz 또는 300Hz인 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 장치.
5. The method of claim 4,
The specific frequency
10Hz or 300Hz.
Fuel cell stack fault diagnosis device.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 스택 전류와 특정 전류를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 연료전지 스택의 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
The control unit
Compares the stack current with a specific current, and determines the state of the fuel cell stack according to the result of the comparison.
Fuel cell stack fault diagnosis device.
제6항에 있어서,
상기 제어부는
상기 비교 결과 상기 스택 전류가 상기 특정 전류 이하이면 상기 연료전지 스택의 상태를 무부하 상태라고 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 고장 진단 장치.
The method according to claim 6,
The control unit
And determines that the state of the fuel cell stack is in a no-load state when the stack current is below the specific current as a result of the comparison.
고전압 배터리를 이용하여 연료전지 스택에 교류 전류를 주입하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 연료전지 스택 고장 진단 장치에서 실행되는 연료전지 스택 고장 진단 방법에 있어서,
상기 연료전지 스택으로부터 흐르는 스택 전류를 측정하는 단계;
상기 스택 전류를 스위치로 제어하여 상기 연료전지 스택의 상태가 무부하 상태인지 여부를 확인하는 단계;
상기 확인 결과 상기 연료전지 스택의 상태가 무부하 상태이면, 상기 스택 전류를 이용하여 진단 전류를 생성하는 단계; 및
상기 진단 전류를 상기 연료전지 스택으로부터 흐르게 하는 단계를 포함하는
연료전지 스택 고장 진단 방법.
A method for diagnosing a fuel cell stack failure in a fuel cell stack failure diagnosis apparatus for diagnosing a failure of the fuel cell stack by injecting an alternating current into the fuel cell stack using a high voltage battery,
Measuring a stack current flowing from the fuel cell stack;
Controlling the stack current by a switch to check whether the fuel cell stack is in a no-load state;
Generating a diagnostic current using the stack current when the state of the fuel cell stack is unloaded; And
Flowing the diagnostic current from the fuel cell stack
Fuel cell stack fault diagnosis method.
제8항에 있어서,
상기 진단 전류를 상기 연료전지 스택으로부터 흐르게 하는 단계는
복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치의 상태를 제어하여 전류 경로를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 방법.
9. The method of claim 8,
The step of flowing the diagnostic current from the fuel cell stack
And controlling the state of at least one of the plurality of switches to form a current path
Fuel cell stack fault diagnosis method.
제9항에 있어서,
상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치의 상태를 제어하여 전류 경로를 형성하는 단계는
상기 복수의 스위치 중 어느 하나의 스위치의 상태가 턴온 상태가 유지되도록 제어한 상태에서 다른 하나의 스위치의 상태를 턴온 상태 또는 턴오프 상태가 되도록 제어하여 상기 스택 전류 중 특정 주파수에 해당하는 전류가 출력되도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the step of controlling the state of at least one of the plurality of switches to form a current path comprises:
And controlling a state of the other switch to be a turn-on state or a turn-off state in a state in which the state of any one of the plurality of switches is controlled so that the turn-on state is maintained, So as to control
Fuel cell stack fault diagnosis method.
제10항에 있어서,
상기 특정 주파수는
10Hz 또는 300Hz인 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 방법.
11. The method of claim 10,
The specific frequency
10Hz or 300Hz.
Fuel cell stack fault diagnosis method.
제8항에 있어서,
상기 스택 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 상태가 무부하 상태인지 여부를 확인하는 단계는
상기 스택 전류와 특정 전류를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 연료전지 스택의 무부하 상태를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the step of checking whether the state of the fuel cell stack is in a no-load state using the stack current
Comparing the stack current with a specific current, and determining a no-load state of the fuel cell stack according to the comparison result
Fuel cell stack fault diagnosis method.
제12항에 있어서,
상기 스택 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 상태가 무부하 상태인지 여부를 확인하는 단계는
상기 비교 결과 상기 스택 전류가 상기 특정 전류 이하이면 상기 연료전지 스택의 상태를 무부하 상태라고 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 방법.13. The method of claim 12,
Wherein the step of checking whether the state of the fuel cell stack is in a no-load state using the stack current
And determining that the state of the fuel cell stack is a no-load state when the stack current is below the specific current as a result of the comparison
Fuel cell stack fault diagnosis method.
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