KR20120136819A - Diagnostic system and method for fuel cell of fuel cell vehicle - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A system and method for diagnosing deterioration of stack in fuel cell vehicle is provided to inform an operator of the deterioration or abnormal state of a fuel cell, thereby being capable of improving overall stability of a vehicle. CONSTITUTION: A system and method for diagnosing deterioration of stack comprises a diagnostic resistor(300) and a fuel cell control part. The diagnostic resistor derives the output voltage lowering of a fuel cell by requiring a constant current to a fuel cell upon switching by being connected to a fuel cell of a vehicle through a switch. The fuel cell control part controls the operation of the fuel cell, comprises a diagnostic table which consists of lowering rates according to required currents when requiring current to the fuel cell, and diagnoses the deteriorated degree of a fuel cell by comparing a lowering rate of an output power generated upon switching the diagnostic resistor with the data of the diagnostic table.

Description

연료전지차량의 스택 열화 진단시스템 및 진단방법 {DIAGNOSTIC SYSTEM AND METHOD FOR FUEL CELL OF FUEL CELL VEHICLE}DIAGNOSTIC SYSTEM AND METHOD FOR FUEL CELL OF FUEL CELL VEHICLE}

본 발명은 연료전지차량에 설치되는 연료전지 스택의 열화 정도를 진단하는 열화 진단시스템 및 진단방법에 관한 것이다.The present invention relates to a degradation diagnosis system and a diagnostic method for diagnosing a degree of degradation of a fuel cell stack installed in a fuel cell vehicle.

친환경 차량에 대한 사회적인 요구에 따라 최근 연료전지 차량이 연구되고 어느 정도 상용화가 이루어지고 있다. 이러한 연료전지 차량은 전극에서 수소기체와 같은 연료와 산화제의 전기화학적 반응을 통하여 연속적으로 전기에너지를 제공한다. 그러나 이러한 연료전지의 경우 구성요소들의 열화에 따른 연료전지의 수명이 제한되고, 이러한 열화가 연료전지 차량을 제조하는데 가장 큰 걸림돌로 작용하고 있다.Recently, fuel cell vehicles have been researched and commercialized to some extent according to the social demand for eco-friendly vehicles. Such fuel cell vehicles continuously provide electrical energy through an electrochemical reaction between an oxidant and a fuel such as hydrogen gas at an electrode. However, in the case of such a fuel cell, the life of the fuel cell is limited due to deterioration of components, and such deterioration is a major obstacle to manufacturing a fuel cell vehicle.

한편, 연료전지가 열화된 경우에는 연료전지의 성능이 현저히 떨어지고 연료전지의 안정성에도 문제가 되는바, 이러한 연료전지의 상태를 꾸준히 체크하여 그 열화나 파손 및 기타 이상 여부를 항상 체크할 수 있도록 함이 중요하다.On the other hand, when the fuel cell is deteriorated, the performance of the fuel cell is remarkably degraded and it is also a problem for the stability of the fuel cell. Therefore, the state of the fuel cell is constantly checked so that the deterioration, damage, and other abnormalities can be always checked. This is important.

일반적으로, 연료전지는 도 1에 도시된 바와 같이, 전류(10)의 요청이 주어졌을 경우 연료전지에서 요청된 전류를 공급하며 전지 양단의 출력전압(20)이 강하하게 되고 그에 따라 생산 전력(30)이 증대된다. 출력전압(20)의 강하는 순간적으로 이루어지는 것이 아니라, 전류(10)의 요청에 따라 전지가 반응되며 점진적으로 일어나는데, 원 상태의 전압에서 전류(10)의 요청에 따른 최종적인 전압의 상태로 하강하기까지의 과도적인 상태를 과도상태(Transient response, 40)라고 할 수 있다. In general, as shown in FIG. 1, when a request for the current 10 is given, the fuel cell supplies the requested current from the fuel cell, and the output voltage 20 across the cell drops, and thus the production power ( 30) is increased. The drop of the output voltage 20 does not occur instantaneously, but gradually occurs as the battery reacts at the request of the current 10, and falls from the original voltage to the state of the final voltage according to the request of the current 10. The transient state until now can be referred to as a transient response (40).

도 1은 이를 간단하게 설명하기 위해 전압(20)의 변화를 선형적으로 나타낸 그래프이며, 실제 차량의 연료전지에서는 모터의 출력요구 및 다양한 전장품의 출력요청에 따라 전압이 비선형적인 거동을 보일 것이다. 이러한 전압(20)의 변화속도는 바로 연료전지가 요청에 대응하여 전력를 출력하는 속도와도 관계가 깊은바, 전압강하의 속도가 빠를수록 그리고 과도상태의 시간(40)이 짧을수록 전지는 본래의 성능을 정상적으로 나타낸다고 볼 수 있다. 따라서, 연료전지가 열화되거나 파괴되거나 이상이 발생한 경우에는 이러한 전압강하의 속도나 시간 등을 체크하여 판단할 수 있는 것이다.1 is a graph showing a linear change of the voltage 20 for the purpose of simplicity. In a fuel cell of an actual vehicle, the voltage will show a non-linear behavior according to the output request of the motor and the output request of various electric appliances. The rate of change of the voltage 20 is also closely related to the rate at which the fuel cell outputs power in response to the request. The faster the voltage drop is and the shorter the time 40 of the transient state is, the more original the battery is. The performance is normal. Therefore, when the fuel cell is deteriorated, destroyed or abnormal, it can be determined by checking the speed or time of the voltage drop.

그러나 종래에는 이러한 전압강하를 체크하고 비교판단할 수 있는 시스템이 갖추어져 있지 않아 연료전지의 열화나 이상을 제때 감지하지 못하였고, 그에 따라 연료전지에 이상이 발생하여도 운행자가 이를 알아차리지 못하여 차량의 기타 부품의 2차 손상 내지 연료전지의 안전성에도 문제가 발생 될 수 있었던 것이다.However, conventionally, there is no system for checking and comparing the voltage drop, and thus it is not possible to detect the deterioration or abnormality of the fuel cell at any time. Secondary damage to other components or fuel cell safety could also be a problem.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
It should be understood that the foregoing description of the background art is merely for the purpose of promoting an understanding of the background of the present invention and is not to be construed as an admission that the prior art is known to those skilled in the art.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 연료전지의 열화 내지 이상을 조기에 판단하여 운전자에게 알리고, 이를 통해 차량의 전반적인 안정성을 향상시킬 수 있는 연료전지차량의 스택 열화 진단시스템 및 진단방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed in order to solve the above problems, and it is possible to determine the deterioration or abnormality of the fuel cell early to inform the driver, through which the stack degradation diagnosis system and diagnostic method of the fuel cell vehicle that can improve the overall stability of the vehicle The purpose is to provide.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지차량의 스택 열화 진단시스템은, 차량의 연료전지에 스위치를 통해 연결되어, 스위칭시 연료전지에 일정 전류를 요청함으로써 연료전지의 출력전압 강하를 유도하는 진단용 저항체; 및 상기 연료전지의 동작을 제어하고, 연료전지에 전류의 요청시 요청된 전류에 따른 출력전압의 강하속도로 구성된 진단테이블을 구비하며, 상기 진단용 저항체의 스위칭시 발생되는 출력전압의 강하속도를 진단테이블의 데이터와 비교하여 연료전지의 열화 정도를 진단하는 연료전지제어부;를 포함할 수 있다.Stack deterioration diagnostic system of a fuel cell vehicle according to the present invention for achieving the above object is connected to the fuel cell of the vehicle via a switch, induces the output voltage drop of the fuel cell by requesting a constant current to the fuel cell during switching Diagnostic resistors; And a diagnosis table configured to control an operation of the fuel cell, and to configure a drop rate of an output voltage according to a requested current when a current is requested to a fuel cell, and to diagnose a drop rate of an output voltage generated when the diagnosis resistor is switched. It may include a fuel cell control unit for diagnosing the degree of degradation of the fuel cell compared to the data of the table.

상기 진단용 저항체는 차량의 히터유닛에 설치되어 스위칭시 발생되는 열을 히터유닛에 공급하도록 할 수 있다.The diagnostic resistor may be installed in the heater unit of the vehicle to supply heat generated during switching to the heater unit.

상기 진단용 저항체는 연료전지의 냉각수 라인에 마련되는 COD 히터유닛에 설치되어 스위칭시 발생되는 열로 히터유닛과 함께 냉각수를 가열하도록 할 수 있다.The diagnostic resistor may be installed in the COD heater unit provided in the coolant line of the fuel cell to heat the coolant together with the heater unit by heat generated during switching.

상기 연료전지제어부는 진단용 저항체의 스위칭을 제어하며, 연료전지가 무부하 상태일 경우 스위칭을 하여 연료전지 출력전압의 강하속도를 측정하도록 할 수 있다.The fuel cell controller may control the switching of the diagnostic resistor and measure the falling speed of the output voltage of the fuel cell by switching when the fuel cell is in a no-load state.

상기 연료전지제어부의 진단테이블에는 정상상태의 연료전지에서 진단용 저항체와 동일한 전류값을 요청할 경우 연료전지의 상태에 따라 발생되는 출력전압의 강하속도값이 저장되고, 연료전지제어부는 진단용 저항체에 의해 측정된 출력전압의 강하속도값을 진단테이블에 저장된 해당 시점의 연료전지 상태에서의 정상적인 강하속도값과 비교하여 측정된 강하속도값이 저장된 강하속도값보다 작을 경우 연료전지의 열화상태로 판단하도록 할 수 있다.In the diagnostic table of the fuel cell controller, a drop rate value of the output voltage generated according to the state of the fuel cell is stored when the fuel cell in the normal state requests the same current value as the diagnostic resistor, and the fuel cell controller measures the diagnostic resistor. When the measured drop speed value is smaller than the stored drop speed value, it can be judged as the deterioration state of the fuel cell by comparing the drop speed value of the output voltage with the normal drop speed value in the state of the fuel cell at the time stored in the diagnostic table. have.

상기 연료전지제어부의 진단테이블에는 전류요청에 따른 출력전압의 과도응답시간값이 구비되며, 연료전지제어부는 진단용 저항체의 스위칭시 발생되는 출력전압의 과도응답시간을 진단테이블의 데이터와 비교하여 연료전지의 열화 정도를 진단하도록 할 수 있다.The diagnostic table of the fuel cell controller includes a transient response time value of the output voltage according to the current request, and the fuel cell controller compares the transient response time of the output voltage generated when the diagnostic resistor is switched with the data of the diagnostic table. The degree of degradation can be diagnosed.

한편, 본 발명에 따른 연료전지차량의 스택 열화 진단방법은, 차량의 연료전지제어부에 연료전지의 전류요청에 따른 출력전압의 강하속도값으로 구성된 진단테이블을 마련하는 준비단계; 연료전지와 스위치를 통해 연결된 진단용 저항체를 스위칭하여 연료전지에 일정 전류를 요청하는 요청단계; 상기 요청된 전류에 따른 연료전지의 출력전압 강하속도값을 측정하는 측정단계; 및 상기 측정된 출력전압 강하속도값을 진단테이블에 저장된 강하속도값과 비교하는 진단단계;를 포함할 수 있다.On the other hand, the stack degradation diagnosis method of a fuel cell vehicle according to the present invention, the fuel cell control step of preparing a diagnostic table composed of the falling speed value of the output voltage according to the current request of the fuel cell in the vehicle; A request step of requesting a constant current from the fuel cell by switching the diagnostic resistor connected through the fuel cell and the switch; A measuring step of measuring an output voltage drop speed value of a fuel cell according to the requested current; And a diagnostic step of comparing the measured output voltage drop speed value with a drop speed value stored in a diagnosis table.

상기 진단단계는, 측정된 출력전압 강하속도값이 진단테이블에 저장된 강하속도값보다 작은 경우에는 연료전지가 열화된 것으로 판단하는 판정단계;를 더 포함할 수 있다.The diagnosing may further include determining that the fuel cell is deteriorated when the measured output voltage drop speed value is smaller than the drop speed value stored in the diagnosis table.

상기 준비단계는 진단테이블이 연료전지의 전류요청에 따른 출력전압의 과도응답시간값으로 구성되고, 상기 측정단계는 요청된 전류에 따른 연료전지의 출력전압 과도응답시간값을 측정하며, 상기 진단단계는 측정된 출력전압 과도응답시간값을 진단테이블에 저장된 과도응답시간값과 비교하는 것을 특징으로 할 수 있다.The preparation step comprises a diagnostic table comprising a transient response time value of the output voltage according to the current request of the fuel cell, the measuring step measures the output voltage transient response time value of the fuel cell according to the requested current, the diagnostic step May compare the measured output voltage transient response time value with the transient response time value stored in the diagnostic table.

상기 요청단계는, 진단용 저항체의 스위칭시 진단용 저항체로부터 발생되는 열을 차량의 히터유닛에 공급하는 가열단계;를 더 포함할 수 있다.The requesting step may further include a heating step of supplying heat generated from the diagnostic resistor to the heater unit of the vehicle when the diagnostic resistor is switched.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 연료전지차량의 스택 열화 진단시스템 및 진단방법에 따르면, 연료전지 스택의 열화 내지 이상을 조기에 판단하여 운전자에게 알리고, 이를 통해 차량의 전반적인 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.According to the stack degradation diagnosis system and diagnostic method of the fuel cell vehicle having the structure as described above, it is possible to determine the degradation or abnormality of the fuel cell stack early to inform the driver, thereby improving the overall stability of the vehicle.

또한, 연료전지의 안전성을 판단하기 위한 저항체로부터 발생되는 열을 이용하여 COD 히터유닛에 공급함으로써 효율적인 연료전지 스택의 가열이 가능해진다.In addition, the fuel cell stack can be efficiently heated by supplying the COD heater unit using heat generated from the resistor for determining the safety of the fuel cell.

도 1은 차량 연료전지의 전압강하 현상을 설명하기 위한 그래프.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 스택 열화 진단시스템의 진단용 저항체를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 스택 열화 진단방법의 순서도. 1 is a graph illustrating a voltage drop phenomenon of a vehicle fuel cell.
2 is a diagram illustrating a diagnosis resistor of a stack degradation diagnosis system of a fuel cell vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a flow chart of a stack degradation diagnosis method of a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료전지차량의 스택 열화 진단시스템 및 진단방법에 대하여 살펴본다.Hereinafter, a stack degradation diagnosis system and a diagnosis method of a fuel cell vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 스택 열화 진단시스템의 진단용 저항체를 나타낸 도면이다. 본 발명의 연료전지차량의 스택 열화 진단시스템은, 차량의 연료전지에 스위치를 통해 연결되어, 스위칭시 연료전지에 일정 전류를 요청함으로써 연료전지의 출력전압 강하를 유도하는 진단용 저항체(300); 및 상기 연료전지의 동작을 제어하고, 연료전지에 전류의 요청시 요청된 전류에 따른 출력전압의 강하속도로 구성된 진단테이블을 구비하며, 상기 진단용 저항체(300)의 스위칭시 발생되는 출력전압의 강하속도를 진단테이블의 데이터와 비교하여 연료전지의 열화 정도를 진단하는 연료전지제어부;를 포함할 수 있다.2 is a diagram illustrating a diagnosis resistor of a stack degradation diagnosis system of a fuel cell vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention. The stack degradation diagnosis system of a fuel cell vehicle according to the present invention includes a diagnostic resistor 300 connected to a fuel cell of a vehicle through a switch and inducing an output voltage drop of the fuel cell by requesting a constant current from the fuel cell during switching; And a diagnosis table configured to control an operation of the fuel cell, and to configure a drop rate of an output voltage according to a requested current when a current is requested to a fuel cell, wherein a drop of an output voltage generated when switching the diagnostic resistor 300 is performed. And a fuel cell controller configured to diagnose the degree of deterioration of the fuel cell by comparing the speed with data of the diagnostic table.

연료전지차량의 스택 열화 진단시스템은 크게 진단용 저항체(300)와 연료전지제어부(FCU, Fuel cell dontrol unit, 도면 미도시)로 구성되는데, 연료전지제어부는 연료전지의 전반적인 동작을 제어하고, 특히 본 발명의 연료전지제어부는 연료전지에 요청되는 전류 및 연료전지 스택의 출력전압을 체크할 수 있으며, 그 출력전압의 전압강하속도값으로 구성된 진단테이블을 구비함으로써 연료전지 스택의 열화 내지 이상 여부를 판단하고 경고할 수 있게 된다.The stack degradation diagnosis system of a fuel cell vehicle is largely composed of a diagnostic resistor 300 and a fuel cell control unit (FCU), and the fuel cell controller controls the overall operation of the fuel cell. The fuel cell controller of the present invention may check the current required for the fuel cell and the output voltage of the fuel cell stack, and determine whether the fuel cell stack is deteriorated or abnormal by providing a diagnostic table having a voltage drop rate value of the output voltage. And be alerted.

구체적으로, 도시된 바와 같은 진단용 저항체(300)는 차량의 연료전지에 스위치를 통해 연결되어, 스위칭시 연료전지에 일정 전류를 요청함으로써 연료전지의 출력전압 강하를 유도할 수 있다. 즉, 진단용 저항체(300)는 차량의 어디에든 마련될 수 있으며, 연료전지와는 와이어링 내지 기타 전류가 흐를 수 있는 수단으로 연결되고, 스위치를 통해 연료전지에 연결됨으로써 연료전지에 일정한 전류값을 요청할 수 있도록 구성된다. 진단용 저항체(300)는 가변저항을 도입할 수도 있겠지만, 본 발명의 실시예에서는 일정한 저항값을 가지고 있어서 일정한 전류를 요청하고, 그 전류를 받아 저항체가 발열을 하며, 연료전지에 일정한 값의 전압강하를 유도할 수 있도록 한다.Specifically, the diagnostic resistor 300 as shown is connected to the fuel cell of the vehicle through a switch, it can induce the output voltage drop of the fuel cell by requesting a constant current to the fuel cell during switching. That is, the diagnostic resistor 300 may be provided anywhere in the vehicle. The diagnostic resistor 300 may be connected to the fuel cell by means of wiring or other current, and connected to the fuel cell through a switch to provide a constant current value to the fuel cell. It is configured to request. The diagnostic resistor 300 may introduce a variable resistor, but in the embodiment of the present invention, the resistor has a constant resistance value and requests a constant current, and the resistor generates heat, and a voltage drop of a constant value is applied to the fuel cell. To derive.

또한, 상기 진단용 저항체(300)의 발열량을 의미있게 사용하기 위한 방법으로서, 진단용 저항체는 차량의 히터유닛(100)에 설치되어 스위칭시 발생되는 열을 히터유닛(100)에 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 연료전지 차량의 경우에는 스타트업, 셧다운, 냉각수가열 등을 위해 히터장치가 설치될 수 있으며, 구체적인 일 예로는 도시된 COD(Cathode oxygen depletion) 히터유닛(100)이 그러한 용도로서 적합할 것이다. 따라서, 상기 진단용 저항체(300)를 연료전지의 냉각수 라인(130,140)에 마련되는 COD 히터유닛(100)에 설치할 경우, 스위칭시 발생되는 열로 히터유닛(100)과 함께 냉각수를 가열할 수 있어 연료전지 차량의 동력손실을 최소한도로 줄일 수 있고, 아울러 연료전지 스택의 성능을 체크함과 동시에 그 성능을 최대한으로 끌어내기에 효율적인 것이다.In addition, as a method for meaningfully using the calorific value of the diagnostic resistor 300, the diagnostic resistor is installed in the heater unit 100 of the vehicle, characterized in that for supplying heat generated during switching to the heater unit 100 Can be. In addition, in the case of a fuel cell vehicle, a heater device may be installed for start-up, shutdown, cooling water heating, and the like. As a specific example, the illustrated oxygen oxygen depletion (COD) heater unit 100 may be suitable for such use. . Therefore, when the diagnostic resistor 300 is installed in the COD heater unit 100 provided in the coolant lines 130 and 140 of the fuel cell, the coolant can be heated together with the heater unit 100 by the heat generated during switching, thereby the fuel cell. The vehicle's power loss can be reduced to a minimum, and it is efficient to check the performance of the fuel cell stack and to maximize the performance.

더욱이, 상기 연료전지제어부는 진단용 저항체(300)의 스위칭을 제어하되, 연료전지가 무부하 상태일 경우 스위칭을 하여 연료전지 출력전압의 강하속도를 측정하도록 할 수 있다. 즉, 모터 내지 기타 전장품의 작동으로 인하여 연료전지에 부하가 요청되는 상황에서는 진단용 저항체(300)에 출력을 주기가 어려울 수 있으며, 특히 부하가 걸려있는 경우 진단용 저항체(300)에 전류를 보낸다고 하더라도 이미 연료전지의 출력전압의 상태가 기존에 요청된 부하에 따라 변화되고 있을 것이므로, 그러한 변화 속에서 실제 진단용 저항체(300)에 의한 전압강하 효과를 추출하기란 매우 어려운 것이다. In addition, the fuel cell control unit controls the switching of the diagnostic resistor 300, but when the fuel cell is in a no-load state can be switched to measure the rate of fall of the fuel cell output voltage. That is, in a situation in which a load is requested to the fuel cell due to the operation of the motor or other electrical equipment, it may be difficult to give an output to the diagnostic resistor 300, and in particular, even if a load is applied, even if current is sent to the diagnostic resistor 300. Since the state of the output voltage of the fuel cell will be changed according to the previously requested load, it is very difficult to extract the voltage drop effect by the actual diagnostic resistor 300 in such a change.

따라서, 차량이 정차 중이거나 아이들 상태인 경우 등의 무부하 상태에서만 진단용 저항체(300)를 스위칭하여 전류를 공급함으로써, 해당 차량 상태에서 진단용 저항체(300)에 의한 정확한 전압강하 흐름을 파악할 수 있게 된다. 아울러, 상기 살핀 바와 같이, 진단용 저항체(300)를 COD 히터유닛(100)에 설치함으로써, 무부하 상태에서 냉각수 유입구(130)와 유출구(140)를 통해 흐르는 연료전지 냉각수를 히터코어(120)와 함께 가열함으로써 추후의 부하상태를 효율적으로 대비할 수 있게 되는 것이다.Therefore, by switching the diagnostic resistor 300 and supplying a current only in a no-load state such as when the vehicle is stopped or in an idle state, it is possible to determine an accurate voltage drop flow by the diagnostic resistor 300 in the vehicle state. In addition, as described above, by installing the diagnostic resistor 300 in the COD heater unit 100, the fuel cell cooling water flowing through the cooling water inlet 130 and the outlet 140 in the no-load state with the heater core 120. By heating, it is possible to efficiently prepare for future load conditions.

한편, 연료전지제어부는 상기 연료전지의 동작을 제어하고, 연료전지에 전류의 요청시 요청된 전류에 따른 출력전압의 강하속도로 구성된 진단테이블을 구비하며, 상기 진단용 저항체(300)의 스위칭시 발생되는 출력전압의 강하속도를 진단테이블의 데이터와 비교하여 연료전지의 열화 정도를 진단하는 역할을 수행한다. On the other hand, the fuel cell control unit controls the operation of the fuel cell, and provided with a diagnostic table configured with a drop rate of the output voltage according to the requested current when the current request to the fuel cell, and occurs when switching the diagnostic resistor 300 The degradation rate of the output voltage is compared with the data of the diagnostic table to diagnose the degree of deterioration of the fuel cell.

진단테이블에 포함되는 데이터는 연료전지의 다양한 상태에서의 정상적인 전압강하속도에 관한 것으로서, 연료전지의 온도, 가용출력, 가동시간 등에 따라 연료전지는 동일한 전류값 요청에도 불구하고 다양한 전압강하 흐름을 보여줄 수 있기 때문에, 그러한 상황에 따라 미리 정상적인 전압강하속도를 저장하여 두는 것이다. 따라서, 연료전지가 무부하 상태로 돌입하였을 경우 연료전지제어부는 스위칭을 통해 진단용 저항체(300)에 전류를 공급하고, 그에 따라 연료전지는 출력전압이 강하하게 되며, 그 강하하는 속도를 미리 마련된 진단테이블에서 현재의 연료전지 상태에 해당하는 값을 불러들인 후 비교하여 연료전지의 열화 내지 이상을 체크하게 되는 것이다. The data included in the diagnostic table is related to the normal voltage drop rate in various states of the fuel cell. The fuel cell may show various voltage drop flows despite the same current value request depending on the fuel cell temperature, available power, and operating time. In this case, the normal voltage drop speed is stored in advance according to such a situation. Therefore, when the fuel cell enters the no-load state, the fuel cell controller supplies current to the diagnostic resistor 300 through switching, and accordingly, the output voltage of the fuel cell drops, and thus the speed at which the fuel cell falls is provided in advance. In order to check the degradation or abnormality of the fuel cell by comparing a value corresponding to the current state of the fuel cell.

상기 연료전지제어부의 진단테이블에는 정상상태의 연료전지에서 진단용 저항체(300)와 동일한 전류값을 요청할 경우 연료전지의 상태에 따라 발생되는 출력전압의 강하속도값이 저장되고, 연료전지제어부는 진단용 저항체(300)에 의해 측정된 출력전압의 강하속도값을 진단테이블에 저장된 해당 시점의 연료전지 상태에서의 정상적인 강하속도값과 비교하여 측정된 강하속도값이 저장된 강하속도값보다 작을 경우 연료전지의 열화상태로 판단하도록 할 수 있다. 그러한 진단테이블에 마련되는 정상값들은 특정한 값들로 이루어질 수도 있고 특정 상황마다 일정한 범위의 값들로 이루어질 수 있다. 연료전지제어부는 측정된 전압강하의 속도값이 해당 상태에서의 정상적인 속도값보다 작거나 또는 정상적인 범위의 최소값보다도 작은 경우 연료전지의 전압 추종성이 느린 것으로 판단하고 결국 열화 내지 손상되었다고 판단할 수 있게 된다. 이 경우 연료전지제어부는 바람직하게는 탑승자에게 경고 등의 조치를 통하여 이를 알리고, 탑승자는 연료전지 경고를 통해 시스템을 점검하고 사고를 미연에 방지할 수 있게 된다.The fuel cell controller stores a drop speed value of an output voltage generated according to the state of the fuel cell when the fuel cell in the normal state requests the same current value as the diagnostic resistor 300 in the steady state fuel cell. Degradation of the fuel cell when the measured drop speed value is smaller than the stored drop speed value by comparing the drop speed value of the output voltage measured by 300 to the normal drop speed value in the state of the fuel cell at the corresponding time point stored in the diagnostic table. It can be judged as a state. The normal values provided in such a diagnostic table may be of specific values or of a range of values for a particular situation. If the speed value of the measured voltage drop is less than the normal speed value in the state or smaller than the minimum value of the normal range, the fuel cell controller may determine that the voltage followability of the fuel cell is slow and may deteriorate or damage it. . In this case, the fuel cell control unit preferably notifies the occupant through measures such as a warning, and the occupant can check the system through the fuel cell warning and prevent an accident in advance.

한편, 상기 연료전지제어부의 진단테이블에는 전류요청에 따른 출력전압의 과도응답시간값이 구비되며, 연료전지제어부는 진단용 저항체(300)의 스위칭시 발생되는 출력전압의 과도응답시간을 진단테이블의 데이터와 비교하여 연료전지의 열화 정도를 진단하도록 할 수도 있다. 과도응답시간값(40)이란 도 1에서 본 바와 같이, 연료전지의 출력전압이 목표값까지 강하되는 시점까지의 과도적인 단계에서 수반되는 시간을 말하는 것으로서, 그 시간이 짧을수록 전압의 추종성이 좋은 것이고, 그만큼 연료전지의 반응성이 정상이라고 할 수 있는 것이다. 따라서, 이 경우에는 측정된 과도응답시간값이 진단테이블에 저장된 과도응답시간값 또는 정상범위의 최대값보다 큰 경우 연료전지 스택이 열화 내지 손상되었다고 볼 수 있다.On the other hand, the diagnostic table of the fuel cell control unit is provided with a transient response time value of the output voltage according to the current request, the fuel cell control unit is a data of the diagnostic table to determine the transient response time of the output voltage generated when switching the diagnostic resistor 300 The degree of degradation of the fuel cell may be diagnosed in comparison with the. As shown in FIG. 1, the transient response time value 40 refers to the time involved in the transitional stage until the output voltage of the fuel cell drops to the target value, and the shorter the time, the better the followability of the voltage. That is, the reactivity of the fuel cell is normal. Therefore, in this case, when the measured transient response time value is larger than the transient response time value stored in the diagnostic table or the maximum value of the normal range, it may be considered that the fuel cell stack is degraded or damaged.

한편, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지차량의 스택 열화 진단방법의 순서도로서, 연료전지차량의 스택 열화 진단방법은, 차량의 연료전지제어부에 연료전지의 전류요청에 따른 출력전압의 강하속도값으로 구성된 진단테이블을 마련하는 준비단계; 연료전지와 스위치를 통해 연결된 진단용 저항체를 스위칭하여 연료전지에 일정 전류를 요청하는 요청단계(S200); 상기 요청된 전류에 따른 연료전지의 출력전압 강하속도값을 측정하는 측정단계(S300); 및 상기 측정된 출력전압 강하속도값을 진단테이블에 저장된 강하속도값과 비교하는 진단단계(S500);를 포함할 수 있다.3 is a flowchart illustrating a method for diagnosing stack degradation of a fuel cell vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention. In the method for diagnosing stack degradation of a fuel cell vehicle, an output voltage according to a current request of a fuel cell to a fuel cell controller of the vehicle is illustrated. A preparation step of preparing a diagnostic table consisting of the descent speed values of the two; A request step (S200) of switching a diagnostic resistor connected through a fuel cell and a switch to request a constant current from the fuel cell; A measuring step (S300) of measuring an output voltage drop speed value of the fuel cell according to the requested current; And a diagnosis step (S500) of comparing the measured output voltage drop rate value with the drop rate value stored in the diagnosis table.

또한, 상기 진단단계(S500)는, 측정된 출력전압 강하속도값이 진단테이블에 저장된 강하속도값보다 작은 경우에는 연료전지가 열화된 것으로 판단하는 판정단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, the diagnosing step S500 may further include determining that the fuel cell is deteriorated when the measured output voltage drop speed value is smaller than the drop speed value stored in the diagnosis table.

그리고, 상기 준비단계는 진단테이블이 연료전지의 전류요청에 따른 출력전압의 과도응답시간값으로 구성되고, 상기 측정단계(S300)는 요청된 전류에 따른 연료전지의 출력전압 과도응답시간값을 측정하며, 상기 진단단계(S500)는 측정된 출력전압 과도응답시간값을 진단테이블에 저장된 과도응답시간값과 비교하도록 할 수 있다.In the preparation step, the diagnostic table comprises a transient response time value of the output voltage according to the current request of the fuel cell, and the measuring step S300 measures the output voltage transient response time value of the fuel cell according to the requested current. The diagnostic step S500 may compare the measured output voltage transient response time value with the transient response time value stored in the diagnostic table.

한편, 상기 요청단계(S200)는, 진단용 저항체의 스위칭시 진단용 저항체로부터 발생되는 열을 차량의 히터유닛에 공급하는 가열단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 준비단계는, 연료전지가 무부하 상태인지를 체크하는 체크단계(S100);를 더 포함하고, 상기 요청단계는 연료전지가 무부하 상태로 체크된 경우에만 진단용 저항체를 스위칭하여 연료전지에 일정 전류를 요청하는 것을 특징으로 할 수 있다.The requesting step S200 may further include a heating step of supplying heat generated from the diagnostic resistor to the heater unit of the vehicle when the diagnostic resistor is switched. The preparation step may include determining whether the fuel cell is in a no-load state. It may further include a check step (S100) for checking, wherein the requesting step may be characterized in that a constant current is requested to the fuel cell by switching the diagnostic resistor only when the fuel cell is checked in a no-load state.

도 3을 설명하면, 우선 시스템이 시작되면 연료전지제어부는 연료전지 스택이 무부하 상태인지를 판단한다(S100, 체크단계). 그 후 무부하 상태라면 진단용 저항체를 스위칭하여 전류를 인가한다(S200, 요청단계). 연료전지제어부는 바로 전압강하의 정도를 측정하며 구체적으로는 과도응답시간값을 계산한다(S300, 측정단계). 그리고 연료전지제어부에 해당 측정값을 저장하고(S400), 측정값을 진단테이블에 저장된 값과 비교한다(S500, 진단단계). 그 후 측정값이 저장값보다 큰 경우에는 그 만큼 전압의 추종성이 떨어진다는 것인바 연료전지가 열화된 것으로 판단하고 탑승자에 경고(S600)하도록 하는 것이다.Referring to FIG. 3, first, when the system starts, the fuel cell controller determines whether the fuel cell stack is in a no-load state (S100, a check step). After that, if the no-load state, the diagnostic resistor is switched to apply a current (S200, request step). The fuel cell controller immediately measures the degree of voltage drop and specifically calculates a transient response time value (S300, measuring step). The measurement value is then stored in the fuel cell controller (S400), and the measured value is compared with the value stored in the diagnosis table (S500, diagnosis step). After that, if the measured value is larger than the stored value, the voltage followability is reduced by that much, and the fuel cell is judged to be deteriorated and to warn the occupant (S600).

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

100 : COD 히터유닛 300 : 진단용 저항체100: COD heater unit 300: diagnostic resistor

Claims (11)

차량의 연료전지에 스위치를 통해 연결되어, 스위칭시 연료전지에 일정 전류를 요청함으로써 연료전지의 출력전압 강하를 유도하는 진단용 저항체(300); 및
상기 연료전지의 동작을 제어하고, 연료전지에 전류의 요청시 요청된 전류에 따른 출력전압의 강하속도로 구성된 진단테이블을 구비하며, 상기 진단용 저항체(300)의 스위칭시 발생되는 출력전압의 강하속도를 진단테이블의 데이터와 비교하여 연료전지의 열화 정도를 진단하는 연료전지제어부;를 포함하는 연료전지차량의 스택 열화 진단시스템.A diagnostic resistor 300 connected to the fuel cell of the vehicle through a switch and inducing an output voltage drop of the fuel cell by requesting a constant current from the fuel cell during switching; And
A control table for controlling the operation of the fuel cell, the diagnostic table configured with a dropping speed of an output voltage according to a requested current when a current is requested to a fuel cell, and a dropping speed of an output voltage generated during switching of the diagnostic resistor 300; And a fuel cell controller for diagnosing the degree of deterioration of the fuel cell by comparing the data with data of the diagnostic table. 청구항 1에 있어서,
상기 진단용 저항체(300)는 차량의 히터유닛(100)에 설치되어 스위칭시 발생되는 열을 히터유닛(100)에 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스택 열화 진단시스템.The method according to claim 1,
The diagnostic resistor 300 is installed on the heater unit 100 of the vehicle stack degradation diagnostic system of a fuel cell vehicle, characterized in that for supplying the heat generated during switching to the heater unit (100). 청구항 1에 있어서,
상기 진단용 저항체(300)는 연료전지의 냉각수 라인(130,140)에 마련되는 COD 히터유닛(100)에 설치되어 스위칭시 발생되는 열로 히터유닛(100)과 함께 냉각수를 가열하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스택 열화 진단시스템.The method according to claim 1,
The diagnostic resistor 300 is installed in the COD heater unit 100 provided in the coolant lines 130 and 140 of the fuel cell and heats the coolant together with the heater unit 100 by heat generated during switching. Stack degradation diagnostic system. 청구항 1에 있어서,
상기 연료전지제어부는 진단용 저항체(300)의 스위칭을 제어하며, 연료전지가 무부하 상태일 경우 스위칭을 하여 연료전지 출력전압의 강하속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스택 열화 진단시스템.The method according to claim 1,
The fuel cell control unit controls the switching of the diagnostic resistor 300, and the fuel cell vehicle stack degradation diagnostic system, characterized in that for measuring the falling speed of the fuel cell output voltage by switching when the fuel cell is in a no-load state. 청구항 1에 있어서,
상기 연료전지제어부의 진단테이블에는 정상상태의 연료전지에서 진단용 저항체(300)와 동일한 전류값을 요청할 경우 연료전지의 상태에 따라 발생되는 출력전압의 강하속도값이 저장되고, 연료전지제어부는 진단용 저항체(300)에 의해 측정된 출력전압의 강하속도값을 진단테이블에 저장된 해당 시점의 연료전지 상태에서의 정상적인 강하속도값과 비교하여 측정된 강하속도값이 저장된 강하속도값보다 작을 경우 연료전지의 열화상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스택 열화 진단시스템.The method according to claim 1,
The fuel cell controller stores a drop speed value of an output voltage generated according to the state of the fuel cell when the fuel cell in the normal state requests the same current value as the diagnostic resistor 300 in the steady state fuel cell. Degradation of the fuel cell when the measured drop speed value is smaller than the stored drop speed value by comparing the drop speed value of the output voltage measured by 300 to the normal drop speed value in the state of the fuel cell at the corresponding time point stored in the diagnostic table. A stack degradation diagnosis system for a fuel cell vehicle, characterized in that it is determined as a state. 청구항 1에 있어서,
상기 연료전지제어부의 진단테이블에는 전류요청에 따른 출력전압의 과도응답시간값이 구비되며, 연료전지제어부는 진단용 저항체(300)의 스위칭시 발생되는 출력전압의 과도응답시간을 진단테이블의 데이터와 비교하여 연료전지의 열화 정도를 진단하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스택 열화 진단시스템.The method according to claim 1,
The diagnostic table of the fuel cell controller includes a transient response time value of the output voltage according to the current request, and the fuel cell controller compares the transient response time of the output voltage generated when the diagnostic resistor 300 is switched with the data of the diagnostic table. Stack degradation diagnostic system of a fuel cell vehicle, characterized in that for diagnosing the degree of degradation of the fuel cell. 차량의 연료전지제어부에 연료전지의 전류요청에 따른 출력전압의 강하속도값으로 구성된 진단테이블을 마련하는 준비단계;
연료전지와 스위치를 통해 연결된 진단용 저항체를 스위칭하여 연료전지에 일정 전류를 요청하는 요청단계(S200);
상기 요청된 전류에 따른 연료전지의 출력전압 강하속도값을 측정하는 측정단계(S300); 및
상기 측정된 출력전압 강하속도값을 진단테이블에 저장된 강하속도값과 비교하는 진단단계(S500);를 포함하는 연료전지차량의 스택 열화 진단방법.Preparing a diagnostic table including a drop speed value of an output voltage according to a current request of a fuel cell in a fuel cell control unit of a vehicle;
A request step (S200) of switching a diagnostic resistor connected through a fuel cell and a switch to request a constant current from the fuel cell;
A measuring step (S300) of measuring an output voltage drop speed value of the fuel cell according to the requested current; And
And a diagnostic step (S500) of comparing the measured output voltage drop speed value with a drop speed value stored in a diagnosis table. 청구항 7에 있어서,
상기 진단단계(S500)는, 측정된 출력전압 강하속도값이 진단테이블에 저장된 강하속도값보다 작은 경우에는 연료전지가 열화된 것으로 판단하는 판정단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스택 열화 진단시스템.The method of claim 7,
The diagnosis step (S500), the determination step of determining that the fuel cell is deteriorated when the measured output voltage drop speed value is less than the drop speed value stored in the diagnostic table; Stack Deterioration Diagnosis System. 청구항 7에 있어서,
상기 준비단계는 진단테이블이 연료전지의 전류요청에 따른 출력전압의 과도응답시간값으로 구성되고, 상기 측정단계(S300)는 요청된 전류에 따른 연료전지의 출력전압 과도응답시간값을 측정하며, 상기 진단단계(S500)는 측정된 출력전압 과도응답시간값을 진단테이블에 저장된 과도응답시간값과 비교하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스택 열화 진단시스템.The method of claim 7,
In the preparation step, the diagnostic table comprises a transient response time value of the output voltage according to the current request of the fuel cell, and the measuring step S300 measures the output voltage transient response time value of the fuel cell according to the requested current. The diagnosis step (S500) is a stack degradation diagnostic system of a fuel cell vehicle, characterized in that for comparing the measured output voltage transient response time value with the transient response time value stored in the diagnostic table. 청구항 7에 있어서,
상기 요청단계(S200)는, 진단용 저항체의 스위칭시 진단용 저항체로부터 발생되는 열을 차량의 히터유닛에 공급하는 가열단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스택 열화 진단시스템.The method of claim 7,
The requesting step (S200), the heating step of supplying heat generated from the diagnostic resistor in the switching of the diagnostic resistor to the heater unit of the vehicle; stack degradation diagnostic system of a fuel cell vehicle further comprises. 청구항 7에 있어서,
상기 준비단계는, 연료전지가 무부하 상태인지를 체크하는 체크단계(S100);를 더 포함하고, 상기 요청단계는 연료전지가 무부하 상태로 체크된 경우에만 진단용 저항체를 스위칭하여 연료전지에 일정 전류를 요청하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 스택 열화 진단시스템.The method of claim 7,
The preparation step may further include a checking step (S100) of checking whether the fuel cell is in a no-load state, and wherein the requesting step includes switching a diagnostic resistor only when the fuel cell is checked in the no-load state to supply a constant current to the fuel cell. Stack degradation diagnostic system of a fuel cell vehicle, characterized in that requesting.
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