KR20040010528A - 연료전지 임피던스의 측정장치 - Google Patents

연료전지 임피던스의 측정장치 Download PDF

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KR20040010528A KR10-2003-7004089A KR20037004089A KR20040010528A KR 20040010528 A KR20040010528 A KR 20040010528A KR 20037004089 A KR20037004089 A KR 20037004089A KR 20040010528 A KR20040010528 A KR 20040010528A
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Abstract

본 발명은 연료전지의 복소임피던스의 실수성분과 허수성분을 이산 주파수들에서 측정하기 위한 자급형 휴대용의 저렴한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 CPU, 신호발생장치, 연료전지, 부하시험기, 전류/전압 감지회로 및 파형수집장치를 포함한다. 측정은 실시간으로 자동으로 이루어질 수 있다. 연료전지의 전기효율을 표시하면 연료전지의 내부저항을 계산할 수 있다.

Description

연료전지 임피던스의 측정장치{Measurement of fuel cell impedance}
연료전지는 2000년에만 3조 달러의 시장이 형성될 정도로 대체에너지원으로서 그 중요성이 점점 증가하고 있다. 이는 배터리와 내연기관 같은 종래의 동력원보다 여러가지 장점을 갖기 때문이다. 예컨대, 연료전지는 공기와 연료{즉, 수소, 개질된 천연기체(수소가 많은 기체), 메탄올}를 일정하게 공급할 수 있기때문에 배터리보다 장기간에 걸쳐 전기에너지를 공급할 수 있다. 또, 연료전지는 약화되지도 않으며 재충전할 필요도 없다. 연료전지는 그 효율이 60% 정도로서 효율이 높은 장치이고, 효율이 최대 40%인 내연기관보다 효율이 좋다. 연료전지는 또한 연소보다 화학반응에 의존하기 때문에 유해기체를 발생시키지 않으며, 작동할 때 소음이 거의 없다. 이런 특징들 때문에 연료전지는 승용차, 버스, 시내발전소, 우주선, 휴대폰 등의 전원으로 아주 바람직하다.
연료전지의 전기효율을 평가하기 위해, AC 임피던스 측정을 통해 얻은 내부저항을 결정한다. 이 측정값은 연료전지의 여러가지 물리화학적 특성들을 검사할 수 있기때문에 중요하다. 이런 임피던스 측정값은 연료전지의 성능을 향상시키기위한 피드백 메커니즘에 이용될 수도 있다.
문헌에 의하면, 여러가지 하위시스템들이 서로 인터페이스되어 있는 고가의 탁상형 실험장비를 이용해서만 연료전지의 복소임피던스 측정을 실행할 수 있다. 이에 대해서는 1996년판 Electrochemical Society of America 143(2)의 587-599 페이지에 실린 T.E. Springer, T.A. Zawodzinski, M.S. Wilson, S. Gottesfield의 "Characterization of polymer electrolyte fuel cells using AC Impedance spectroscopy"; 1993년판 Electrochemica Acta 38(14)의 2063-2073 페이지에 실린 J.R. Selman, Y.P. Lin의 "Application of AC Impedance in fuel cell research and development"; 1983년판 Corrosion Science 23(4) 341-352 페이지에 실린 B. Elsener, H. Bolmi의 "Computer-assisted DC and AC techniques in electrochemical investigations of the active-passive transition"을 참고하면 된다. 이런 종래의 장비는 수동으로 제어되고, 자동화가 안되어 있다. 기존의 어떤 방식도 휴대용의 통합형 측정시스템은 이용하지 않는다. 또, 어떤 측정장비도 연료전지 동작 인자들의 변형을 허용하는 시스템에 통합되지 않는다.
또, 특허문헌에 의하면, 복소임피던스의 측정은 주로 배터리를 사용하는 것으로 알려져 있다. 또, 이들 특허에서는 "임피던스"만을 측정하거나(미국특허 4,697,134, 5, 773, 978 참조), "저항"만을 측정한다(미국 특허 3,753,094, 3, 676,770, 5,047,722 참조). 반드시 연료전지일 필요는 없는 전기화학적 전지의 임피던스 측정에 관련된 특허(미국특허 6,002,238)에서는 완전히 다르지만 복잡한 방식을 이용했다. 또, 이 방식은 연료전지와 관련된 높은 전류때문에 연료전지에 직접 적용할수는 없었다.
따라서, 연료전지의 임피던스 측정에 있어서 지향되고 개선되어야 할 사항은, 휴대성, 연료전지 적용성, 측정의 다양성, 선명도, 자동화 및 비용이다.
일반적으로, 연료전지는 화학 반응에너지를 전기로 변환하는 장치이다. 연료전지는 연료와 산화제가 공급되는 한 전력을 생성할 수 있다는 점에서 배터리와는 다르다.
연료전지는 두개의 적당한 전극과 전해질에 연료와 산화제를 접촉시켜 기전력을 생성한다. 수소 기체 등의 연료는 첫번째 전극에 유입되어 전해질과 촉매의 존재하에 전기화학적으로 반응해 첫번째 전극에 전자와 양이온을 생성한다. 전자는 첫번째 전극과 두번째 전극 사이에 연결된 전기회로를 통해 첫번째 전극에서 두번째 전극으로 순환된다. 양이온은 전해질을 통해 두번째 전극으로 보내진다. 그와 동시에, 공기, 산소가 풍부한 공기 또는 산소와 같은 산화제가 두번째 전극에 유입되어 전해질과 촉매의 존재하에 전기화학적으로 반응하여, 음이온을 생성하고 전기회로를 통해 순환하는 전자를 소모하며, 양이온들은 두번째 전극에서 소모된다. 두번째 전극인 음극에서 형성된 음이온들은 양이온들과 반응하여 물과 같은 반응물을 형성한다. 첫번째 전극인 양극을 연료극이나 산화극이라고도 하고, 두번째 전극은 산화제극이나 환원극이라고도 한다. 두개의 전극에서의 반쪽 전지반응은 각각 다음과 같다.
첫번째 전극: H2→2H++ 2e-
두번째 전극: ½O2+ 2H++ 2e-→H2O
외부 전기회로는 전류를 회수하고, 따라서 연료전지로부터 전력을 받는다. 전체 연료전지 반응에 의해 위의 반쪽전지반응의 합인 전기에너지가 생긴다. 물과 열은 대개 반응 부산물이다.
실제로 연료전지는 하나의 단위체로 작동하지는 않는다. 오히려, 연료전지들을 서로 겹쳐놓거나 나란히 배치해 직렬 연결한다. 연료전지를 직렬 연결한 것을 연료전지 스택이라 하고 통상 하우징으로 감싼다. 연료와 산화제는 매니폴드를 통해 전극으로 보내지고, 이곳에서 반응제나 냉각매체에 의해 냉각이 진행된다. 또, 스택 내에서 전류가 모이고, 셀간 밀봉과 절연이 이루어지며, 연료전지 스택의 외부에 필요한 배관과 설비가 배치된다. 연료전지 스택, 하우징, 관련 하드웨어가 연료전지 모듈을 구성한다.
연료전지는 액체나 고체인 전해질의 형태에 따라 분류될 수 있다. 본 발명은 주로 양자교환막(PEM; proton exchange membrane)과 같은 고체 전해질을 이용한 연료전지에 관한 것이다. 현재 구입할 수 있는 PEM은 건조상태에서는 효율적으로 동작하지 않기때문에 물로 수분을 유지해야만 한다. 따라서, 연료전지가 동작하는 동안에 대개 수소와 공기인 반응기체에 물을 첨가하여 양자교환막의 습도를 일정하게 유지해야만 한다.
고체 폴리머 연료전지에 사용된 양자교환막은 전해질 기능을 하는 외에도, 반응기체들이 섞이는 것을 방지하는 격벽 역할도 한다. 안정된 양자교환막의 예로는 기본단위의 불화탄소사슬이나 술폰산기를 함유한 공중합성 과불화탄소(Perfluorocarbon)가 있다. 양자교환막의 분자구성은 여러가지 변형이 있을 수 있다. 연료전지가 완전히 가습되어 물이 포화된 상태에서 동작할 경우에는 우수한 성능이 얻어진다. 양자교환막은 지속적으로 가습되어야 하지만, 그와 동시에 성능이 저하하지 않도록 과잉 가습되어서는 안된다. 또, 연료전지 스택의 온도는 스택의 동결을 방지하기 위해 빙점 이상으로 유지되어야 한다.
냉각, 가습, 가압 조건으로 인해 연료전지의 비용과 복잡도가 증가하여, 여러 응용 대체에너지원으로서의 상업적 매력이 감소된다. 따라서, 가능한 전력출력을 유지하면서도 반응물 조절 없이 그리고 공기를 공급하는 대기조건하에 동작될 수 있는 연료전지를 개발할 필요가 있다.
고체 폴리머 양자교환막을 채택할 경우, 양자교환막은 대개 다공성 전도체로 이루어진 두개의 전극 사이에 배치된다. 이들 전극은 폴리에트라플루오로에틸렌과 같은 소수성 폴리머로 침윤되거나 코팅된다. 각각의 양자교환막/전극 경계면에는 원하는 전기화학 반응을 촉진하기 위해 촉매가 제공되는데, 대개 미세하게 분할된 촉매를 채택한다. 양자교환막/전극 조립체를 두개의 도전판 사이에 장착하는데, 각 도전판에는 하나 이상의 유동로가 형성되어 있다. 이런 유동로 도전 연료판은 통상 흑연으로 이루어진다. 유동로를 통해 연료와 산화제는 각각의 전극, 즉 연료측의 양극과 산화제측의 음극으로 향한다. 이들 전극은 전기회로에 전기적으로 연결되어, 전극들 사이에 전자 이동로를 제공한다. 종래의 모든 전기회로와 마찬가지로 전기회로에 전기 스위칭장비 등을 배치할 수 있다. 이런 연료전지에 공통적으로 사용되는 연료는 수소, 또는 다른 연료로부터 얻어진 수소가 풍부한 개질제이다("개질제"란 탄화수소 연료를 수소와 기타 기체로 구성된 기체연료로 개질하여 생긴 연료를 말한다). 음극측의 산화제는 다양한 산화제원으로부터 공급될 수 있다. 몇몇 경우에는, 연료전지를 더 소형화하여 유동로 등의 크기를 축소하기 위해 순수 산소를 공급하는 것이 바람직할 수도 있다. 그러나, 산화제로 공기를 사용하는 것이 일반적인데, 공기는 쉽게 얻을 수 있고 별도의 밀폐 공급원이 불필요하기 때문이다. 또, 고정식의 경우처럼 공간조건이 중요하지 않은 경우에는, 대기압에서 공기를 공급하는 것이 편리하다. 이런 경우에는, 연료전지 스택에 산화제로서 공기가 흐르게 하는 채널을 관통 형성하여, 연료전지 조립체의 전체 구조를 크게 단순화하는 것이 일반적이다. 별도의 산화제용 회로를 제공하기보다는, 환기구와 송풍기 등을 연료전지 스택에 설치하여 구성을 단순화하고 공기의 흐름을 개선할 수 있다.
본 발명은 연료전지 임피던스의 측정에 관한 것으로, 구체적으로는 연료전지의 내부저항을 실시간 측정하기 위한 자립형 휴대용 장치에 관한 것이다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명을 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 CPU, 주파수 합성기, 시험용 연료전지, 부하시험기, 측정 및 수집회로를 구비한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장치의 개략도;
도 2는 주파수에 따른 실수 및 허수 임피던스의 변화를 보여주는 Nyquist 그래프.
본 발명은 연료전지의 복소임피던스의 실수 및 허수 성분들을 이산 주파수들에서 측정하는데 사용되는 자립형 휴대용 장치에 관한 것이다. 이 시스템은 CPU, 주파수 합성기, 연료전지, 부하시험기, 측정 및 수집 회로망을 포함한다. CPU는 소프트웨어 프로그램으로부터 입력인자들을 수신하여 신호생성장치로 보내고, 신호생성장치는 부하시험기를 원격 프로그램하는데 사용되는 DC 오프셋을 갖는 AC 파형을 생성한다. 부하시험기는 연료전지로부터 전류를 인출한다. 연료전지에 걸린 전압과 연료전지를 흐르는 전류는 전압전류 감지회로에 의해 측정된 다음, 오실로스코프나 A/D 컨버터에 의해 수치화되고 평균화된다. 이렇게 기록된 데이터는 AC 위상의 선행이나 지연을 계산하는 CPU로 보내진다. 다음, 임피던스, 허수 임피던스, 위상차, 선행 성분, 지연성분, 전류크기, 전압크기, 인가된 AC 전압을 포함한 여러 출력들이 본 발명에 의해 표시될 수 있다.
본 발명의 다른 특징은 실시간 측정을 지속적으로 업데이트하면서 할 수 있다는데 있다. 이들 측정을 자동화하여 측정 속도와 단순성을 개선할 수 있고, 이렇게 되면 많은 연료전지들을 평가하는데 아주 유용하다. 또, 연료전지를 측정시스템에 인터페이스하면 연료전지 임피던스에 영향을 주는 유량, 연료전지 온도, 습도와 같은 인자 변화의 영향을 쉽게 감시할 수 있다. 이렇게 되면 연료전지 동작인자의 변경이 가능하다.
본 발명의 상기 특징에 따라, 연료전지의 복소임피던스의 실수성분을 결정하는 장치가 제공되는데, 이 장치는 연료전지에 연결되어 연료전지에서 전류를 인출할 수 있는 부하장치; 사용중에 연료전지에 연결되어 연료전지의 전압을 감지할 수 있는 전압감지회로; 교류 전류신호가 중첩되어 있는 직류전류를 인출하도록 구성되어 있는 부하장치에 의해 사용중에 연료전지에서 인출된 전류를 감지하기 위한 전류감지회로; 및 상기 전압감지회로와 전류감지회로에 연결되어 연료전지 임피던스의 실수부와 허수부를 서로 다른 주파수에서 결정하도록 검출된 전압과 전류를 분석함으로써, 연료전지 임피던스의 실수부를 결정할 수 있는 분석장치;를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 연료전지의 복소임피던스중 실수성분을 결정하는 방법에 있어서:
(i) 직류성분과 교류성분을 갖는 전류를 연료전지에서 인출하기 위해 연료전지에 부하를 인가하는 단계;
(ii) 교류 전류성분의 주파수를 변화시키는 단계;
(iii) 연료전지에 걸린 전압과 연료전지에서 인출된 전류를 측정하는 단계;
(iv) 측정된 전류와 전압으로부터, 다른 주파수에서 실수 임피던스와 허수 임피던스를 결정하는 단계; 및
(v) 앞의 단계에서 결정된 실수와 허수 임피던스들로부터, 허수 임피던스를 제로로 하여, 연료전지의 전체 실제 임피던스를 표시하는 실수 임피던스를 결정하는 단계;를 포함하는 방법이 제공된다.
도 1에 따르면, 아래 설명과 같이 이산 주파수에서 연료전지의 임피던스 측정을 위한 자급식 휴대장치(10)가 도시되어 있다. CPU(20)는 RS-232 직렬링크 프로토콜(40)을 통해 소프트웨어 프로그램(30){이 경우 주문형 인하우스(in-house) 소프트웨어 프로그램인 FCATS(Fuel Cell Automated Test Station)}으로부터 입력을 받는다. 이들 입력에는 주파수, AC 진폭, DC 오프셋 전류, 연료전지 활성영역 등이있다. CPU(20)는 데이터버스(60)를 통해 입력인자들을 주파수 합성기(50)에 보낸다. CPU(20)는 또한 연료전지의 측정전압과 측정전류를 포함한 데이터를 RS-232 직렬링크 프로토콜(80)을 통해 파형 수집장치(70)로부터 수신한다. 다음, CPU(20)는 각종 관심 인자들을 계산하고 이들 인자들을 RS-232 직렬링크 프로토콜(40)을 통해 소프트웨어 프로그램(30)으로 출력한다. 이들 출력인자로는 실수 임피던스, 허수 임피던스, 위상차, 선행성분, 지연성분, 전류크기, 전압크기, 인가된 AC 전압 등이 있다.
시험용 연료전지(90)는 부하시험기(100)에 직렬 연결된다. 본 명세서에서 연료전지란 하나의 연료전지, 연료전지 스택, 또는 연료전지 스택에서 선택된 하나 이상의 전지를 모두 포함하는 의미이다. 부하시험기(100)는 표준형 부하시험기로서, 원하는 전압을 걸어주거나 원하는 전류를 인출하도록 설정될 수 있다. 이하 자세히 설명하겠지만, 전류측정 목적으로 연료전지(90)와 부하시험기(100)를 포함한 회로에 분류기(110)를 설치한다.
주파수 합성기(50)는 두가지 목적으로 부하시험기(60)에 연결된다. 첫째, 주파수 합성기(50)는 원하는 주파수의 주기적인 AC 파형을 생성하고, 둘째 부하시험기(60)를 원격 프로그램하는데 사용될 DC 오프셋을 제공한다. DC 오프셋 또는 제어신호는 원하는 큰 DC 전류를 인출하도록 부하시험기(60)를 프로그램한다. AC 파형 또는 신호는 DC 전류에 중첩되고 일반적으로 작다. 주파수 합성기(50)는 분리 커패시터/버퍼 조합체(140)를 통해 파형 수집장치(70)의 트리거 입력에 연결되기도 한다.
연료전지(90)에서의 전압강하는 기존의 방식대로 차동증폭기(120)로 측정된다. 차동증폭기(130)를 이용해 분류기(110)의 전압강하를 측정하면 연료전지(90)의 전류가 간접 측정된다.
연료전지(90)에서 측정된 전압강하와 연료전지(90)를 통과하는 전류는 계수화되고 파형 수집장치(70)를 이용해 평균화되며, 이런 파형 수집장치로는 오실로스코프가 있다. 한편, 이 목적으로 A/D 컨버터를 사용할 수도 있다. 다음, 측정값은 RS-232 직렬링크 프로토콜(80)을 통해 CPU(20)로 보내지고, 이곳에 처리를 위해 저장된다. CPU(20)는 이들 데이터를 이용해 연료전지(90)의 측정 전압강하와 측정 전류 사이의 AC 위상의 선행이나 지연(각도)을 계산한다. 다음, CPU(20)는 연료전지(90)의 임피던스의 실수성분과 허수성분을 계산한다. 이들 계산은 원하는 주파수마다 반복된다. 다음, 주파수마다 하나의 점을 찍어서 실수 임피던스 성분과 허수 임피던스 성분 사이의 관계를 추적해 Nyquist 곡선을 그린다. 주파수 스윕(frequency sweep)에 의해 어떤 주파수에서 허수 성분이 제로로 떨어지는지를 결정할 수 있다. 이 주파수에서의 실수 성분이 연료전지(90)의 정확한 내부저항 측정값이다. 훨씬 더 고가인 탁상용 시스템과 본 발명을 비교했을 때, 본 발명자들은 에러값이 진폭에서는 1% 미만, 위상에서는 1도 미만임을 알 수 있었다.
본 발명의 장치를 이용해 얻은 대표적인 Nyquist 곡선이 도 2에 도시되어 있다. 가로축은 실수 임피던스로서 단위는 Ω㎠이고 세로축은 허수 임피던스로서 역시 단위는 Ω㎠이다. 이 값들은 연료전지 또는 연료전지 스택의 하나의 전지의 표면적과 실제 임피던스 값들을 곱해 결정된다. 이것은 전지의 표면적과는 무관하게임피던스 값을 표시하는바, 즉 전지의 특성에 의해서만 결정된다. 도시된 바와 같이, 그래프에 따르면 주파수가 150으로 표시된 100㎑로부터 1㎑, 2㎑를 포함한 여러 지점들을 통해 152로 표시된 10㎑까지 변할 때의 저항 변동을 보여준다. 곡선의 첫번째 부분은 가로축 위에 있는 부분으로서 음의 허수 임피던스를 표시하고, 두번째 부분은 가로축 밑에 있는 부분으로서 양의 허수 임피던스를 표시한다. 곡선이 가로축과 만나는 점, 즉 허수 임피던스가 0인 154 지점에서 실수 임피던스는 대략 0.098Ω㎠이다. 허수 성분은 이 지점에서 0이므로, 이 값이 실제 저항성분 값이다.
본 발명에 따라 구성된 연료전지 임피던스 측정장치(10)는 여러가지 이점이 있다. 일단 연료전지의 내부저항이 결정되면, 다른 연료전지들 사이의 비교를 쉽게 할 수 있는 전기효율값으로 연료전지를 신속하고도 쉽게 평가할 수 있다. 부피가 크고 비싼 종래의 임피던스 측정장치의 문제점이 없어진다. 이 장치는 휴대용으로 무게가 30파운드 미만이며, RS-232 통신 프로토콜을 이용한 PC 주변장치와 호환이 가능하고, 다른 어떤 표준 통신프로토콜에도 쉽게 채택될 수 있다.
이 연료전지 임피던스 측정장치(10)는 또한 연속적으로 업데이트되는 실시간 측정도 가능하다. 이런 측정은 자동화되어 측정속도와 편의성을 개선할 수 있다. 따라서, 연료전지 임피던스 측정장치(10) 및 FCATS 소프트웨어(30) 둘다에 연료전지를 인터페이스하면, 유량, 연료전지 온도, 습도 등과 같이 연료전지 임피던스에 영향을 주는 인자들을 쉽게 감시할 수 있다. 이 소프트웨어(30)로 인해 연료전지 동작인자들을 변경할 수 있다.
본 발명은 연료전지 양자교환막 평가, 최적조건 추정, (임피던스가 높은 동안에 공장이나 연료전지 제어의 평형을 맞추기 위한) 피드백 메커니즘에 특히 유용하지만 이에 한정되는 것도 아니다. 궁극적으로, 본 발명은 기체 유량, 습도, 온도와 같은 연료전지 인자들의 제어기로서 자동차는 물론 고정식 장치에도 사용될 수 있다.
당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 이상 설명한 바람직한 실시예들에 대해 여러가지 변형이 가능할 것이므로, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야만 한다.

Claims (20)

  1. 연료전지 복소임피던스의 실수 임피던스를 결정하기 위한 장치에 있어서:
    연료전지에 연결되어 연료전지에서 전류를 인출할 수 있는 부하장치;
    사용중에 연료전지에 연결되어 연료전지의 전압을 감지할 수 있는 전압감지회로;
    교류 전류신호가 중첩되어 있는 직류전류를 인출하도록 구성되어 있는 부하장치에 의해 사용중에 연료전지에서 인출된 전류를 감지하기 위한 전류감지회로; 및
    상기 전압감지회로와 전류감지회로에 연결되어 연료전지 임피던스의 실수부와 허수부를 서로 다른 주파수에서 결정하기 위해 검출 전압과 전류를 분석함으로써, 연료전지 임피던스의 실수부를 결정할 수 있는 분석장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분석장치는, 상기 전압측정회로와 전류측정회로로 측정된 연료전지의 전압과 전류의 측정 데이터를 수신하는 파형수집장치와, 파형수집장치에 연결된 별도의 데이터 처리장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 부하장치는 원하는 직류 전류부하와 원하는 전압중의 하나를 제공하도록 프로그램될 수 있는 부하시험기와, 연료전지와 부하시험기를 통해 흐르는 DC 전류에 교류 전류신호를 중첩시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 교류 전류신호를 중첩시키는 상기 수단이 주파수 합성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 주파수 합성기가 부하시험기에 연결되어 부하시험기에 교류 전류신호를 인가하고 프로그램 신호를 공급함으로써, 부하시험기를 원하는 레벨로 프로그램하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 주파수 합성기가 커패시터와 버퍼중의 하나를 통해 파형수집장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 데이터 처리장치가 주파수 합성기에 연결되어, 주파수 합성기에 신호 인자들을 공급하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 데이터 처리장치가 연료전지 특성에 관한 데이터를 공급하는 소프트웨어 프로그램에 연결된 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 데이터 처리장치가 매립형 CPU나 마이크로프로세서중하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 주파수 합성기가 원하는 파형을 생성하는 디지탈-아날로그 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항, 제2항, 제10항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 전압감지회로가 차동증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전류감지회로는 연료전지와 부하장치에 직렬연결하기 위한 분류기와, 분류기에 연결된 제2 차동증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 파형수집장치가 오실로스코프를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 파형수집장치가 A/D 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 연료전지의 복소임피던스중 실수성분을 결정하는 방법에 있어서:
    (i) 직류성분과 교류성분을 갖는 전류를 연료전지에서 인출하기 위해 연료전지에 부하를 인가하는 단계;
    (ii) 교류 전류성분의 주파수를 변화시키는 단계;
    (iii) 연료전지에 걸린 전압과 연료전지에서 인출된 전류를 측정하는 단계;
    (iv) 측정된 전류와 전압으로부터, 다른 주파수들에서 실수 임피던스와 허수 임피던스를 결정하는 단계; 및
    (v) 앞의 단계에서 결정된 실수와 허수 임피던스들로부터, 허수 임피던스를 제로로 하여, 연료전지의 전체 실제 임피던스를 표시하는 실수 임피던스를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    부하시험기를 제공하는 단계;
    연료전지에 부하시험기를 직렬 연결하는 단계; 및
    연료전지에서 인출된 DC 전류를 결정하기 위해 부하시험기를 원하는 값으로 세팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    주파수 합성기로부터 AC 전류를 제공하는 단계; 및
    부하시험기를 통해 흐르는 직류전류에 AC 전류를 중첩시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    연료전지에 걸리는 전압을 결정하기 위해 연료전지에 제1 차동증폭기를 연결하는 단계;
    연료전지와 부하시험기에 분류기를 직렬 연결하는 단계;
    분류기에 제2 차동증폭기를 연결하는 단계; 및
    분류기에 걸린 전압으로부터 연료전지를 통해 흐르는 전류를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    제1 및 제2 차동증폭기들로부터의 파형들을 파형수집장치에서 처리하는 단계; 및
    파형수집장치로부터의 측정 데이터를 데이터 처리장치로 보내는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 주파수 합성기와 파형수집장치를 연결하고, 데이터 처리장치와 주파수 합성기를 연결하여 데이터를 전송하는 단계; 및
    데이터 처리장치로부터 주파수 합성기로 신호인자들을 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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