KR101836587B1 - 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법 및 이를 실행하는 장치 - Google Patents

연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법 및 이를 실행하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치는 연료전지 스택의 전압을 특정 전압으로 승압시키고, 상기 승압된 전압을 강압시키는 방전 모드 또는 상기 강압된 전원을 승압시키는 충전 모드로 동작하여 생성한 진단용 교류 전류를 상기 연료전지 스택에 주입하는 교류 전류 발생부 및 상기 교류 전류 발생부의 동작 모드에 따라 에너지를 축적하거나 방전시키는 승압 차지용 커패시터를 포함한다. 따라서, 본 발명은 연료전지 스택의 전압을 승압하고, 승압된 전압에서 전류가 연료전지 스택으로 흐르도록 하거나 승압된 전압을 강압시켜 강압된 전압에서 전류가 배터리로 흐르도록 하면서 진단용 교류 전류가 연료전지 스택에 주입하여 연료전지 스택의 상태를 진단할 수 있다는 장점이 있다.

Description

연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법 및 이를 실행하는 장치{METHOD OF INJECTING CURRENT FOR FULL CELL STACK AND APPARATUS PERFORMING THE SAME}
본 발명의 실시예들은 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 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 전압을 승압하고, 승압된 전압에서 전류가 연료전지 스택으로 흐르도록 하거나 연료전지 스택에서 승압된 전압으로 전류가 흐르도록 하면서 진단용 교류 전류를 연료전지 스택에 주입하여 연료전지 스택의 상태를 진단할 수 있도록 하는 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 DC-AC 컨버터 없는 간단한 회로로 교류 전류를 연료전지 스택에 주입함으로써 부품의 가격과 크기를 줄일 수 있도록 하는 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 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 진단용 진단 전류 주입 장치는 연료전지 스택의 전압을 특정 전압으로 승압시키고, 상기 승압된 전압을 강압시키는 방전 모드 또는 상기 강압된 전원을 승압시키는 충전 모드로 동작하여 생성한 진단용 교류 전류를 상기 연료전지 스택에 주입하는 교류 전류 발생부 및 상기 교류 전류 발생부의 동작 모드에 따라 에너지를 충전하거나 방전시키는 승압 차지용 커패시터를 포함한다.
실시예들 중에서, 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법은 교류 전류 발생부가 연료전지 스택의 전압을 특정 전압으로 승압시키는 단계, 상기 교류 전류 발생부가 상기 승압된 전압을 강압시키는 방전 모드 또는 상기 강압된 전원을 승압시키는 충전 모드로 동작하는 단계 및 상기 승압 차지용 커패시터가 교류 전류 발생부의 동작 모드에 따라 에너지를 충전하거나 방전시키는 단계를 포함한다.
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 전압을 승압하고, 승압된 전압에서 전류가 연료전지 스택으로 흐르도록 하거나 연료전지 스택에서 승압된 전압으로 전류가 흐르도록 하면서진단용 교류 전류를 연료전지 스택에 주입하여 연료전지 스택의 상태를 진단할 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따르면, DC-AC 컨버터 없는 간단한 회로로 교류 전류를 연료전지 스택에 주입함으로써 부품의 가격과 크기를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 방전 모드의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 충전 모드의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
기존의 연료전지 스택 진단 장치는 연료전지 스택에 교류전류를 주입하고 연료전지 스택의 전압을 검출하여 분석한 결과를 이용하여 왜곡률을 구하여 고장 여부를 판단하거나 특정 주파수의 전압과 전류를 이용하여 임피던스를 구한다.
동작전류에서 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 합이 된다.
연료전지 스택의 전류에 따른 연료전지 스택의 전압을 측정하는데, 정상적인 셀의 전압은 전류변환에 따른 왜곡률이 적은 반면에, 비정상적인 셀의 전압은 셀 전류 변화에따라 전압 진폭이 크고 왜곡률도 크다.
왜곡률은 주입한 교류 전류의 기본 주파수 대비 고조파 성분의 합으로 계측된다. 기존의 연료전지 스택 진단 장치는 연료전지 스택 전압의 주파수 분석을 통해 왜곡률과 임피던스를 계산하여 연료전지 스택의 고장 여부 및 수분 상태를 판단할 수 있다.
기존의 연료전지 스택 진단 장치의 구성요소를 살펴 보면, 연료전지 스택의 주입부와, 연료전지 스택의 전압을 측정하는 부분과, 고장 및 임피던스를 진단하는 구성으로 크게 3개의 구성요소로 이루어져 있다.
왜곡률 및 임피던스를 구하여 연료전지 스택의 고장 및 수분 상태 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, 배터리 전압을 연료전지 전압보다 높게 승압하고 승압된 전압에서 전류가 연료전지 스택으로 흐르도록 하거나 연료전지 스택에서 승압된 전압으로 전류가 배터리로 흐르도록 하면서 진단용 교류 전류가 연료전지 스택에 주입하여 연료전지 스택의 상태를 진단할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치는 연료전지 스택(110), 교류 전류 발생부(120), 승압 차지용 커패시터(130) 및 스택 진단 마이컴(140)를 포함한다.
연료전지 스택(110)은 다수의 단위 셀 들이 연속적으로 배열되어 구성된다.
교류 전류 발생부(120)는 연료전지 스택(110)의 전압을 특정 전압으로 승압시킨다. 일 실시예에서, 교류 전류 발생부(120)는 연료전지 스택(110)의 전압을 미리 결정된 승압 차지용 커패시터의 목표 전압으로 승압시킬 수 있다.
이때, 연료전지 스택(110)의 전압을 미리 결정된 승압 차지용 커패시터(130)의 목표 전압으로 승압시키는 이유는 초기 승압 차지용 커패시터(130)의 전압은 0V이기 때문에 연료전지 스택(110)의 전압을 승압시킴으로써 승압 차지용 커패시터(130)의 전압을 승압시키기 위해서이다. 이러한 경우, 교류 전류 발생부(120)는 부스트 컨버터로 동작하여 승압 차지용 커패시터(130)의 전압을 승압시킬 수 있다.
교류 전류 발생부(120)는 승압 차지용 커패시터(130)의 전압을 승압시킨 후에는, 상기 승압된 전압을 강압시키는 방전 모드 또는 상기 강압된 전원을 승압시키는 충전 모드로 동작하여 생성한 진단용 교류 전류를 상기 연료전지 스택(110)에 주입한다.
먼저, 교류 전류 발생부(120)는 승압된 전압을 강압시키는 방전 모드로 동작한다. 이와 같이, 교류 전류 발생부(120)가 방전 모드로 동작하면, 전류가 승압 차지용 커패시터(130)에서 연료전지 스택(110)으로 흘러 승압 차지용 커패시터(130)의 에너지가 방전된다.
이때, 교류 전류 발생부(120)는 스위치의 상태 변화를 통해 인덕의 전류가0A에서 미리 설정된 최대 전류에 도달한 후 0A로 되돌아올 때까지 방전 모드로 동작하여 전류가 승압 차지용 커패시터(130)에서 연료전지 스택(110)으로 흘러 승압 차지용 커패시터(130)의 에너지가 방전되도록 한다.
상기와 같이,교류 전류 발생부(120)는 스위치의 상태 변화를 통해 인덕터(123)의 전류가 0A에서 미리 설정된 최대 전류에 도달한 후 0A로 되돌아올 때까지 방전 모드로 동작하여 전류가 승압 차지용 커패시터(130)에서 연료전지 스택(110)으로 흘러 승압 차지용 커패시터(130)의 에너지가 방전되도록 하며, 전류가0A로 되돌아오면 방전 모드의 동작을 종료하고 충전 모드로 동작하게 된다.
이와 같이, 교류 전류 발생부(120)가 충전 동작하면, 전류가 연료전지 스택(110)에서 승압 차지용 커패시터(130)로 흘러 승압 차지용 커패시터(130)에 에너지가 충전되게 된다.
이때, 교류 전류 발생부(120)는 스위치의 상태 변화를 통해 인덕터의 전류가 0A에서 미리 설정된 최소 전류에 도달한 후 0A로 되돌아올 때까지 충전 모드로 동작하여 전류가 연료전지 스택(110)에서 승압 차지용 커패시터(130)로 흐르도록 한 후, 전류가0A로 되돌아오면 충전 모드의 동작을 종료하고 방전 모드로 동작하게 된다.
즉, 교류 전류 발생부(120)는 전압의 변화에 따라 방전 모드로 동작하여 전류가 승압 차지용 커패시터(130)에서 연료전지 스택(110)으로 흐르도록 하거나 충전 모드로 동작하여 전류가 연료전지 스택(110)에서 승압 차지용 커패시터(130)로 흐르도록 하는 과정을 반복하여 수행함으로써 교류 전류가 연료전지 스택(110)에 주입되도록 한다. 이에 따라, DC-AC 컨버터 없는 간단한 회로로 교류 전류를 연료전지 스택(110)에 주입함으로써 부품의 가격과 크기를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
스택 진단 마이컴(140)은 연료전지 스택(110)의 전압 및 전류를 산출하고, 상기 연료전지 스택(110)의 전압 및 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택(110)의 고장 및 임피던스를 검출할 수 있다.
보다 구체적으로, 스택 진단 마이컴(140)은 연료전지 스택(110)의 전압을 주파수 분석하여 상기 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택(110)의 전압을 산출하고, 상기 특정 주파수에 해당하는 주파수 분석의 결과를 이용하여 고조파 왜곡률(THD: Total Harmonic Distortion)을 산출하고, 상기 고조파 왜곡률을 이용하여 상기 연료전지 스택(110)의 고장여부를 판단할 수 있다.
또한, 스택 진단 마이컴(140)은 연료전지 스택(110)의 전류 및 연료전지 스택(110)의 전압을 이용하여 연료전지 스택(110)의 임피던스를 산출한다. 보다 구체적으로, 스택 진단 마이컴(140)은 연료전지 스택(110)으로부터 인가되는 신호 전류를 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택(110)의 전류를 산출할 수 있다. 예를 들어, 스택 진단 마이컴(140)은 연료전지 스택(110)으로부터 인가되는 신호 전류를 주파수 분석하여 300Hz에 해당하는 연료전지 스택(110)의 전류를 산출할 수 있다.
또한, 스택 진단 마이컴(140)은 연료전지 스택(110)의 전압을 측정하고, 연료전지 스택(110)의 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택(110)의 전압을 산출할 수 있다.
그런 다음, 스택 진단 마이컴(140)은 연료전지 스택(110)의 전류 및 상기 연료전지 스택(110)의 전압을 이용하여 연료전지 스택(110)의 임피던스를 산출할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 DC-AC 컨버터 없는 간단한 회로로 교류 전류를 연료전지 스택(110)에 주입함으로써 부품의 가격과 크기를 줄일 수 있고, 교류 전류가 주입된 연료전지 스택(110)의 전압을 분석함으로써 고조파 왜곡률을 산출하여 연료전지 스택(110)의 고장여부를 판단할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 방전 모드의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3를 참조하면, 교류 전류 발생부(120)는 연료전지 스택(110)의 전압을 특정 전압으로 승압시킨다. 일 실시예에서, 교류 전류 발생부(120)는 연료전지 스택(110)의 전압을 미리 결정된 승압 차지용 커패시터의 목표 전압으로 승압시킬 수 있다.
이때, 연료전지 스택(110)의 전압을 미리 결정된 승압 차지용 커패시터(130)의 목표 전압으로 승압시키는 이유는 초기 승압 차지용 커패시터(130)의 전압은 0V이기 때문에 연료전지 스택(110)의 전압을 승압시킴으로써 승압 차지용 커패시터(130)의 전압을 승압시키기 위해서이다. 이러한 경우, 교류 전류 발생부(120)는 부스트 컨버터로 동작하여 승압 차지용 커패시터(130)의 전압을 승압시킬 수 있다.
교류 전류 발생부(120)는 승압 차지용 커패시터(130)의 전압을 승압시킨 후에는, 상기 승압된 전압을 강압시키는 방전 모드로 동작한다. 이와 같이, 교류 전류 발생부(120)가 방전 모드로 동작하면, 전류가 승압 차지용 커패시터(130)에서 연료전지 스택(110)으로 흘러 승압 차지용 커패시터(130)의 에너지가 방전된다.
이때, 교류 전류 발생부(120)는 스위치의 상태 변화를 통해 전류가 0A에서 미리 설정된 최대 전류에 도달한 후 0A로 되돌아올 때까지 방전 모드로 동작하여 전류가 승압 차지용 커패시터(130)에서 연료전지 스택으로 흘러 승압 차지용 커패시터(130)의 에너지가 방전되도록 한다.
예를 들어, 도 2(a)와 같이 제1 스위치(121)의 상태를 온 상태로 변경하고 제2 스위치(122)의 상태를 오프 상태로 변경하여 전류가 승압 차지용 커패시터(130)에서 연료전지 스택(110)으로 흘러 승압 차지용 커패시터(130)의 에너지가 방전되도록 하거나, 도 2(b)와 같이 제1 스위치(121)의 상태를 오프 상태로 변경하고 제2 스위치(122)의 상태를 온 상태로 변경하여 전류가 승압 차지용 커패시터(130)에서 연료전지 스택(110)으로 흘러 승압 차지용 커패시터(130)의 에너지가 방전되도록 할 수 있다.
즉, 교류 전류 발생부(120)는 도 2(a) 및 도 2(b)와 같이 스위칭 제어를 통해 전류가 0A에서 미리 설정된 최대 전류에 도달한 후 0A로 되돌아올 때까지 전류가 승압 차지용 커패시터(130)에서 연료전지 스택(110)으로 흘러 승압 차지용 커패시터(130)의 에너지가 방전되도록 할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 충전 모드의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 교류 전류 발생부(120)는 연료전지 스택(110)의 전압을 특정 전압으로 승압시킨다. 일 실시예에서, 교류 전류 발생부(120)는 연료전지 스택(110)의 전압을 미리 결정된 승압 차지용 커패시터의 목표 전압으로 승압시킬 수 있다.
이때, 연료전지 스택(110)의 전압을 미리 결정된 승압 차지용 커패시터(130)의 목표 전압으로 승압시키는 이유는 초기 승압 차지용 커패시터(130)의 전압은 0V이기 때문에 연료전지 스택(110)의 전압을 승압시킴으로써 승압 차지용 커패시터(130)의 전압을 승압시키기 위해서이다. 이러한 경우, 교류 전류 발생부(120)는 부스트 컨버터로 동작하여 승압 차지용 커패시터(130)의 전압을 승압시킬 수 있다.
교류 전류 발생부(120)는 승압된 전압을 강압시키는 방전 모드로 동작하여 전류가 승압 차지용 커패시터(130)에서 연료전지 스택(110)으로 흘러 승압 차지용 커패시터(130)의 에너지가 방전되도록 할 수 있다.
이때, 교류 전류 발생부(120)는 스위치의 상태 변화를 통해 전류가 0A에서 미리 설정된 최대 전류에 도달한 후 0A로 되돌아올 때까지 방전 모드로 동작하여 전류가 승압 차지용 커패시터(130)에서 연료전지 스택(110)으로 흐르도록 한다. 상기와 같은 방전 모드가 종료되면 전류가 0A에서 미리 설정된 최소 전류에 도달한 후 0A로 되돌아올 때까지 충전 모드로 동작하여 전류가 연료전지 스택(110)에서 승압 차지용 커패시터(130)로 흐르도록 한다.
즉, 교류 전류 발생부(120)는 반주기 동안은 방전 모드로 동작하고 방전 모드의 동작이 종료되면 반주기 동안은 충전 모드로 동작한다. 이와 같이, 본 발명은 교류 전류 발생부(120)가 전압의 변화에 따라 방전 모드로 동작하여 전류가 승압 차지용 커패시터(130)에서 연료전지 스택(110)으로 흐르도록 하거나 충전 모드로 동작하여 전류가 연료전지 스택(110)에서 승압 차지용 커패시터(130)로 흐르도록 하는 과정을 반복하여 수행함으로써 교류 전류가 연료전지 스택에 주입되도록 하는 것이다.
이를 위해, 교류 전류 발생부(120)는 도 4(a)와 같이 제1 스위치(121)의 상태를 온 상태로 변경하고 제2 스위치(122)의 상태를 오프 상태로 변경하여 전류가 승압 차지용 커패시터(130)에서 연료전지 스택(110)으로 흐르도록 할 수 있고, 도 4(b)와 같이 제1 스위치(121)의 상태를 오프 상태로 변경하고 제2 스위치(122)의 상태를 온 상태로 변경하여 전류가 연료전지 스택(110)에서 승압 차지용 커패시터(130)로 흐르도록 할 수 있다.
교류 전류 발생부(120)는 스위치의 상태 변화를 통해 도 5과 같이 인덕터(123)의 전류가 0A에서 미리 설정된 최소 전류에 도달한 후 0A로 되돌아올 때까지 충전 모드(500)로 동작하여 연료전지 스택(110)에서 승압 차지용 커패시터(130)로 흐르도록 할 수 있다.
즉, 교류 전류 발생부(120)는 도 4(a) 및 도 4(b)와 같이 스위칭 제어를 통해 전류가 연료전지 스택(110)에서 승압 차지용 커패시터(130)로 흐르도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치는 연료전지 스택의 전압을 특정 전압으로 승압시킨다(단계 S610). 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치는 승압된 전압을 강압시키는 방전 모드 또는 강압된 전압을 승압시키는 충전 모드로 동작하여(단계 S620), 진단용 교류 전류를 연료전지 스택에 주입한다(단계 S630).
먼저, 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치는 연료전지 스택의 전압을 특정 전압으로 승압하여 승압 차지용 커패시터(130)의 전압을 승압시킨다. 그런 다음, 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치는 승압된 전압을 강압시키고, 방전 전류가 0A에서 미리 설정된 최대 전류에 도달한 후 0A로 되돌아올 때까지방전 모드로 동작하여 전류가 승압 차지용 커패시터(130)에서 연료전지 스택(110)으로 흐르도록 할 수 있다.
이때, 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치는 전류가 0A에서 미리 설정된 최대 전류에 도달한 후 0A로 되돌아오면, 강압된 전압을 승압시켜 충전 전류가 0A에서 미리 설정된 최소 전류에 도달한 후 0A로 되돌아올 때까지충전 모드로 동작하여 전류가 연료전지 스택(110)에서 승압 차지용 커패시터(130)로 흐르도록 할 수 있다.
즉, 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치는 반주기 동안은 방전 모드로 동작하고 방전 모드의 동작이 종료되면 반주기 동안은 충전 모드로 동작한다. 이와 같이, 본 발명은 전압의 변화에 따라 방전 모드로 동작하여 전류가 승압 차지용 커패시터(130)에서 연료전지 스택(110)으로 흐르도록 하거나 충전 모드로 동작하여 전류가 연료전지 스택(110)에서 승압 차지용 커패시터(130)로 흐르도록 하는 과정을 반복하여 수행함으로써 교류 전류가 연료전지 스택에 주입되도록 하는 것이다.
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.
110: 연료전지 스택
120: 교류 전류 발생부
130: 승압 차지용 커패시터
140: 스택 진단 마이컴

Claims (18)

  1. 연료전지 스택의 전압을 특정 전압으로 승압시키고, 상기 승압된 전압을 강압시키는 방전 모드로 동작하여 상기 연료전지 스택에 양의 전류를 주입하고, 상기 방전 모드가 종료되면 상기 강압된 전원을 승압시키는 충전 모드로 동작하여 상기 연료전지 스택에 음의 전류를 주입하고, 상기 충전 모드가 종료되면 다시 상기 방전 모드로 동작하는 교류 전류 발생부; 및
    상기 교류 전류 발생부의 동작 모드에 따라 에너지를 충전하거나 방전시키는 승압 차지용 커패시터를 포함하는
    연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 승압 차지용 커패시터는
    상기 교류 전류 발생부의 동작 모드가 충전 모드이면 에너지를 충전하고, 상기 교류 전류 발생부의 동작 모드가 방전 모드이면 에너지를 방전하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 교류 전류 발생부는
    전류가 상기 승압 차지용 커패시터에서상기 연료전지 스택으로흘러 상기 승압 차지용 커패시터의 에너지가 방전되도록 상기 승압된 전압을 강압시키는 방전 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 교류 전류 발생부는
    스위치의 상태 변화를 통해 인덕터의 전류가 0A에서 미리 설정된 최대 전류에 도달한 후 상기 0A로 되돌아올 때까지 상기 방전 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 교류 전류 발생부는
    전류가 상기 연료전지 스택에서상기 승압 차지용 커패시터로 흘러 상기 승압 차지용 커패시터에 에너지가 충전되도록 상기 강압된 전원을 승압시키는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 교류 전류 발생부는
    스위치의 상태 변화를 통해 인덕터의 전류가 0A에서 미리 설정된 최소 전류에 도달한 후 상기 0A로 되돌아올 때까지 상기 충전 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 교류 전류 발생부는
    상기 연료전지 스택의 전압을 미리 결정된 승압 차지용 커패시터의 목표 전압으로 승압시키는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치는
    상기 연료전지 스택의 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출하고, 상기 특정 주파수에 해당하는 주파수 분석의 결과를 이용하여 고조파 왜곡률(THD: Total Harmonic Distortion)을 산출하고, 상기 고조파 왜곡률을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장여부를 판단하는 스택 진단 마이컴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스택 진단 마이컴은
    상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 신호 전류를 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출하고, 상기 연료전지 스택의 전류 및 상기 연료전지 스택의 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 임피던스를 산출하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 장치.
  10. 교류 전류 발생부가 연료전지 스택의 전압을 특정 전압으로 승압시키는 단계;
    상기 교류 전류 발생부가 상기 승압된 전압을 강압시키는 방전 모드로 동작하여 상기 연료전지 스택에 양의 전류를 주입하고, 상기 방전 모드가 종료되면 상기 강압된 전원을 승압시키는 충전 모드로 동작하여 상기 연료전지 스택에 음의 전류를 주입하고, 상기 충전 모드가 종료되면 다시 상기 방전 모드로 동작하는 단계; 및
    승압 차지용 커패시터가 교류 전류 발생부의 동작 모드에 따라 에너지를 충전하거나 방전시키는 단계를 포함하는
    연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 승압 차지용 커패시터가 교류 전류 발생부의 동작 모드에 따라 에너지를 충전하거나 방전시키는 단계는
    상기 승압 차지용 커패시터가상기 교류 전류 발생부의 동작 모드가 충전 모드이면 에너지를 충전하는 단계; 및
    상기 승압 차지용 커패시터가상기 교류 전류 발생부의 동작 모드가 방전 모드이면 에너지를 방전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 교류 전류 발생부가 상기 승압된 전압을 강압시키는 방전 모드로 동작하여 상기 연료전지 스택에 양의 전류를 주입하는 단계는
    상기 교류 전류 발생부가 전류가 상기 승압 차지용 커패시터에서 상기 연료전지 스택으로 흘러 상기 승압 차지용 커패시터에 에너지가 방전되도록 상기 승압된 전압을 강압시키는 방전 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 교류 전류 발생부가 상기 승압된 전압을 강압시키는 방전 모드로 동작하여 상기 연료전지 스택에 양의 전류를 주입하는 단계는
    상기 교류 전류 발생부가 스위치의 상태 변화를 통해 인덕터의 전류가 0A에서 미리 설정된 최대 전류에 도달한 후 상기 0A로 되돌아올 때까지 상기 방전 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 교류 전류 발생부가 상기 강압된 전원을 승압시키는 충전 모드로 동작하여 상기 연료전지 스택에 음의 전류를 주입하는 단계는
    상기 교류 전류 발생부가 전류가 상기 연료전지 스택에서상기 승압 차지용 커패시터로 흘러 상기 승압 차지용 커패시터에 에너지가 충전되도록 상기 강압된 전원을 승압시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 교류 전류 발생부가 상기 강압된 전원을 승압시키는 충전 모드로 동작하여 상기 연료전지 스택에 음의 전류를 주입하는 단계는
    상기 교류 전류 발생부가 스위치의 상태 변화를 통해 인덕터의 전류가 0A에서 미리 설정된 최소 전류에 도달한 후 상기 0A로 되돌아올 때까지 상기 충전 모드로 동작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 교류 전류 발생부가 연료전지 스택의 전압을 특정 전압으로 승압시키는 단계는
    상기 교류 전류 발생부가 상기 연료전지 스택의 전압을 미리 결정된 승압 차지용 커패시터의 목표 전압으로 승압시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법은
    상기 연료전지 스택의 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계;
    상기 특정 주파수에 해당하는 주파수 분석의 결과를 이용하여 고조파 왜곡률(THD: Total Harmonic Distortion)을 산출하는 단계; 및
    상기 고조파 왜곡률을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법은
    상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 신호 전류를 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계;
    상기 연료전지 스택의 전류 및 상기 연료전지 스택의 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 임피던스를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택 진단용 진단 전류 주입 방법.
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