KR20150072587A - 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치 - Google Patents

연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치는 온 상태 또는 오프 상태 중 어느 하나의 상태를 유지하는 스위치, 상기 스위치의 상태에 따라 축적된 에너지를 출력하는 인덕터 및 상기 인덕터의 출력을 특정 전압으로 변환하여 차량용 배터리에 제공하는 컨버터를 포함한다. 따라서, 본 발명은 스위치의 상태 변화에 따라 인덕터에서 발생되는 부스트 전압을 그대로 다른 부하에 제공하거나 특정 전압으로 변화시켜 다른 후 다른 부하에 제공함으로써, 시스템의 효율을 개선시킬 수 있다는 효과가 있다.

Description

연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치{METHOD OF GENERATING INJECTED CURRENT FOR FUEL CELL STACK AND APPARATUS PERFORMING THE SAME}
본 발명의 실시예들은 연료전지 스택용 주입 전류 생성 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 스위치의 상태 변화로 인해 발생된 교류 성분을 연료전지 스택으로부터 부하로 흐르는 스택 전류에 발생시킴으로써, 연료전지 스택의 고장 진단을 위해 교류 전류를 생성하는 장치의 구성을 매우 간단히 하여 부품의 부피를 줄일 수 있고 이에 따라 제품의 가격도 낮출 수 있도록 하는 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 스위치의 상태 변화에 따라 인덕터에서 발생되는 부스트 전압을 그대로 다른 부하에 제공하거나 특정 전압으로 변화시켜 다른 후 다른 부하에 제공함으로써, 시스템의 효율을 개선시킬 수 있도록 하는 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 저항을 사용하지 않아 저항에 흐르는 전류에 의한 열손실을 줄일 수 있고, 이로 인해 방열 대책이 용이해지고 부품의 부피 및 가격을 줄일 수 있도록 하는 연료전지 스택용 주입 전류 생성 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 스택용 주입 전류 생성 장치는 온 상태 또는 오프 상태 중 어느 하나의 상태를 유지하는 스위치, 상기 스위치의 상태에 따라 축적된 에너지를 출력하는 인덕터 및 상기 인덕터의 출력을 다른 부하에 제공하거나 상기 출력을 특정 전압으로 변환하여 다른 부하에 제공하는 컨버터를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 스위치는 생성 대상 주파수에 따라 특정 시간 단위로 상태가 변화하면서 구형파 형태의 교류 성분을 상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 신호 전류에 발생시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 인덕터는 상기 스위치의 상태가 온 상태를 유지할 때 에너지를 축적하고, 상기 스위치의 상태가 온 상태에서 오프 상태로 변환되면 상기 축적된 에너지를 부스트 전압으로 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치는 상기 신호 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하고, 상기 연료전지 스택의 전류 및 상기 연료전지 스택의 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 임피던스를 산출하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 신호 전류를 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 연료전지 스택의 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 특정 주파수에 해당하는 주파수 분석의 결과를 이용하여 고조파 왜곡률(THD: Total Harmonic Distortion)을 산출하고, 상기 고조파 왜곡률을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장여부를 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 고조파 왜곡률이 특정 고조파 왜곡률 이상인지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택의 고장 여부를 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 300Hz 또는 10Hz 중 어느 하나의 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출할 수 있다.
실시예들 중에서, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치에서 실행되는 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법은 스위치의 상태가 온 상태를 유지할 때 인덕터의 양단에 에너지가 축적되는 단계, 상기 스위치의 상태가 온 상태에서 오프 상태로 변환되면 상기 축적된 에너지가 부스트 전압으로 출력되는 단계 및 컨버터가 상기 부스트 전압을 특정 전압으로 변환하여 차량용 배터리에 제공하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법은 생성 대상 주파수에 따라 특정 시간 단위로 상기 스위치의 상태가 변화하면서 구형파 형태의 교류 성분을 상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 신호 전류에 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법은 상기 신호 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계 및 상기 연료전지 스택의 전류 및 상기 연료전지 스택의 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 임피던스를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계는 상기 신호 전류를 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연료전지 스택의 임피던스를 산출하는 단계는 상기 연료전지 스택의 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계는 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 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연료전지 스택의 고장여부를 판단하는 단계는 상기 고조파 왜곡률이 특정 고조파 왜곡률 이상인지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택의 고장 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계는 300Hz 또는 10Hz 중 어느 하나의 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명에 따르면, 스위치의 상태 변화로 인해 발생된 교류 성분을 연료전지 스택으로부터 부하로 흐르는 스택 전류에 발생시킴으로써, 연료전지 스택의 고장 진단을 위해 교류 전류를 생성하는 장치의 구성을 매우 간단히 하여 부품의 부피를 줄일 수 있고 이에 따라 제품의 가격도 낮출 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 스위치의 상태 변화에 따라 인덕터에서 발생되는 부스트 전압을 그대로 다른 부하에 제공하거나 특정 전압으로 변화시켜 다른 후 다른 부하에 제공함으로써, 시스템의 효율을 개선시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 저항을 사용하지 않아 저항에 흐르는 전류에 의한 열손실을 줄일 수 있고, 이로 인해 방열 대책이 용이해지고 부품의 부피 및 가격을 줄일 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 스택에 주입되는 신호 전류 및 신호 전류의 주파수 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 전압 및 연료전지 스택의 전압을 주파수 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
기존의 연료전지 스택 고장 진단 장치는 연료전지 스택에 교류전류를 주입하고 연료전지 스택의 전압을 검출하여 분석한 결과를 이용하여 THD(왜곡률)를 구하여 고장 여부를 판단한다.
동작 전류에서 정현파의 교류 전류를 추가하여 사용하는 경우, 정상적인 셀의 전압은 선형 구간에서 전압이 변화하고, 비정상적인 셀의 전압은 비선형적인 구간에서 전압이 변화한다. 이때, 연료전지 스택의 전류는 기본 동작 전류와 정현파 전류의 합이된다.
연료전지 스택의 전류에 따른 연료전지 스택의 전압을 측정하는데, 정상적인 셀의 전압은 전류 변화에 따른 왜곡률이 적은 반면에, 비정상적인 셀의 전압은 셀 전류 변화에 따라 전압 진폭이 크고 왜곡률도 크다.
왜곡률은 주입한 교류 전류의 기본 주파수 대비 고조파 성분의 합으로 계측된다. 기존의 연료전지 스택 고장 진단 장치는 연료전지 스택 전압의 주파수 분석을 통해 왜곡률을 계산하여 셀 전압을 진단함으로써 연료전지 스택의 고장 여부를 판단할 수 있다.
기존의 연료전지 스택 고장 진단 장치의 구성요소를 살펴 보면, 연료전지 스택의 주입부와, 연료전지 스택의 전압을 측정하는 부분과, 고장을 진단하는 구성으로 크게 3개의 구성요소로 이루어져 있다.
왜곡률을 이용한 연료전지 스택의 고장 진단을 하기 위해서 연료전지 스택에 교류 전류를 주입한다. 이러한 교류 전류를 생성하기 위해서는 차량용 배터리에 해당하는 전압의 직류 전류를 DC-DC 컨버터를 통해 승압시키고, 직류 전류를 DC-AC 컨버터를 통해 교류 전류로 변화시킨 후에 특정 주파수만을 필터링하여 연료전지 스택에 인가시킨다.
이와 같이, 연료전지 스택의 고장 진단을 하기 위해서 교류 전류를 주입하는 방법은 구성이 복잡하고 부품수가 많이 소요되어 부품 가격이 높아진다는 단점을 가지고 있다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 스위치의 상태를 변화시켜 발생되는 교류 성분을 연료전지 스택으로부터 인가되는 신호 전류에 발생시키는 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공하고자 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 연료전지 스택(110), 인덕터(120), 스위치(130), 컨버터(140), 전류센서(150) 및 제어부(160)를 포함한다.
연료전지 스택(110)은 다수의 단위 셀 들이 연속적으로 배열되어 구성된다. 이러한 연료전지 스택(110)에는 신호 전류가 인가되며, 신호 전류에는 스위치(130)의 상태 변화에 따라 발생된 교류 성분이 포함되어 있다. 신호 전류에 포함되어 있는 교류 성분은 연료전지 스택(110)의 전류에 그대로 영향을 준다.
따라서, 연료전지 스택(110)로부터 인가되는 신호 전류를 분석하여 연료전지 스택(110)의 전류를 산출할 수 있다. 이와 같은 과정은 이하의 제어부(160)를 설명하면서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
인덕터(120)는 스위치(130)의 상태 변화에 따라 축적된 에너지를 출력한다. 보다 구체적으로, 인덕터(120)는 스위치(130)의 상태가 온 상태로 유지될 때 양단에 에너지가 축적되며, 스위치(130)의 상태가 온 상태에서 오프 상태로 변경되면 인덕터(130)의 양단에 축적된 에너지를 방전하지 못해 이상 전압(즉, 부스트 전압)을 출력하게 된다. 여기에서, 부스트 전압은 500V이상의 전압을 의미한다.
스위치(130)는 제어부(170)의 제어에 따라 특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 교류 성분을 연료전지 스택(110)로부터 인가되는 신호 전류에 발생시킨다.
일 실시예에서, 스위치(130)는 특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 구형파 형태에 가까운 교류 성분을 연료전지 스택(110)로부터 인가되는 신호 전류에 발생시킬 수 있다.
예를 들어, 스위치(130)는 제어부(170)로부터 수신된 펄스 폭 변조 방식에 따라 300Hz로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 300Hz의 구형파 형태에 가까운 교류 성분을 신호 전류에 발생시킬 수 있다. 이와 같이, 신호 전류는 이하의 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
스위치(130)는 특정 시간 단위로 온 상태 또는 오프 상태로 변화된다. 일 실시예에서, 스위치(150)는 생성 대상 주파수(예를 들어, 300Hz 또는 10Hz)에 따라 빠르거나 느리게 온 상태 또는 오프 상태로 변화할 수 있다.
컨버터(140)는 인덕터(120)에서 발생된 부스트 전압을 특정 전압으로 변환하여 다른 부하에 제공한다(예를 들어, 차량용 배터리를 충전시킨다). 예를 들어, 컨버터(140)는 인덕터(120)에서 발생된 500V의 부스트 전압을 12V로 강압할 수 있다. 이러한 컨버터(140)는 강압형 DC-DC 컨버터 또는 부스트 전압과 같은 고전압과의 절연을 위해 절연 DC-DC 컨버터가 될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 달리, 컨버터(140)는 부스트 전압을 특정 전압으로 변화시키지 않고 그래도 다른 부하(예를 들어, 고전압 배터리 등)에 제공할 수 있다.
전류센서(150)는 신호 전류의 값을 측정하여 제어부(160)에 제공한다.
제어부(150)는 연료전지 스택(110)의 전류 및 연료전지 스택(110)의 전압을 이용하여 연료전지 스택(110)의 임피던스를 산출한다. 이와 같은 과정을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
제어부(160)는 전류센서(140)로부터 신호 전류를 전달받으면 신호 전류를 이용하여 연료전지 스택(110)의 전류를 산출할 수 있다. 여기에서, 신호 전류는 연료전지 스택(110)로부터 인가되는 전류를 의미한다. 연료전지 스택(110)로부터 인가되는 신호 전류에는 교류 성분이 포함되어 있으며, 교류 성분은 연료전지 스택(110)의 전류에 그대로 영향을 준다. 따라서, 제어부(160)는 연료전지 스택(110)로부터 인가되는 신호 전류를 분석하여 연료전지 스택(110)의 전류를 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(160)는 전류센서(140)로부터 신호 전류를 전달받으면 신호 전류를 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(160)는 전류센서(140)로부터 신호 전류를 전달받으면 신호 전류를 주파수 분석하여 300Hz에 해당하는 연료전지 스택(110)의 전류를 산출할 수 있다.
또한, 제어부(160)는 연료전지 스택(110)의 전압을 측정하고, 연료전지 스택(110)의 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출할 수 있다.
또한, 제어부(160)는 연료전지 스택의 전류 및 상기 연료전지 스택의 전압을 이용하여 연료전지 스택(110)의 임피던스를 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(160)는 하기의 [수학식 1]에 기초하여 연료전지 스택(110)의 임피던스를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
A = V / I
A: 연료전지 스택의 임피던스
V: 연료전지 스택의 전압
I: 연료전지 스택의 전류
예를 들어, 제어부(160)는 300Hz에 해당하는 연료전지 스택(110)의 전압 및 300Hz에 해당하는 연료전지 스택(110)의 전류를 이용하여 연료전지 스택(110)의 임피던스를 산출할 수 있다.
또한, 제어부(160)는 특정 주파수에 해당하는 주파수 분석의 결과를 이용하여 연료전지 스택(110)의 고장여부를 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(160)는 특정 주파수에 해당하는 주파수 분석의 결과를 이용하여 고조파 왜곡률(THD: Total Harmonic Distortion)을 산출하고, 고조파 왜곡률을 이용하여 연료전지 스택의 고장여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(160)는 10Hz에 해당하는 연료전지 스택(110)의 전압을 이용하여 고조파 왜곡률을 산출하고, 고조파 왜곡률을 이용하여 연료전지 스택의 고장여부를 판단할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 스택에 주입되는 신호 전류 및 신호 전류의 주파수 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2의 (a)는 연료전지 스택에 주입되는 신호 전류를 나타내는 그래프이고, 도 2의 (b)는 연료전지 스택에 주입되는 신호 전류의 주파수 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 연료전지 스택(도 1, 110)에 신호 전류를 주입한다. 이때, 연료전지 스택(110)에 주입되는 신호 전류에는 스위치(도 1, 130)의 상태 변화에 따라 발생된 교류 성분이 포함되어 있다.
스위치(130)는 특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 교류 성분을 신호 전류에 발생시키며, 스위치(130)가 발생시키는 교류 성분은 구형파 형태이다. 따라서, 연료전지 스택(110)에 주입되는 신호 전류는 도 2의 (a)와 같이 구형파 형태로 나타난다.
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 도 2의 (a)와 같은 신호 전류를 주파수 분석하여 도 2의 (b)와 같은 그래프를 획득할 수 있고, 도 2의 (b)에서 300Hz에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출한다. 이와 같이, 연료전지 스택의 전류를 산출하는 과정에서 신호 전류를 이용하는 이유는, 신호 전류에 포함된 교류 성분은 연료전지 스택(110)의 전류에 그대로 영향을 주기 때문이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 전압 및 연료전지 스택의 전압을 주파수 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3의 (a)는 연료전지 스택의 전압을 나타내는 그래프이고, 도 3의 (b)는 연료전지 스택의 전압을 주파수 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 연료전지 스택(110)의 전압을 측정하면 도 3의 (a)와 같은 그래프를 획득할 수 있고, 연료전지 스택(110)의 전압을 주파수 분석하여 도 3의 (b)와 같은 그래프를 획득할 수 있고, 도 3의 (b)에서 300Hz에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(410)는 스위치의 상태가 온 상태를 유지할 때 인덕터에 에너지를 축적시킨다(단계 S410). 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(410)는 스위치의 상태가 온 상태에서 오프 상태로 변환되면 인덕터에 축적된 에너지가 부스트 전압으로 출력시킨다(단계 S420). 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(410)는 부스트 전압을 다른 부하에 제공하거나 부스트 전압을 특정 전압으로 변환하여 다른 부하에 제공한다(단계 S430).
도 5는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법의 다른 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 스위치의 상태를 변화시키면서 교류 성분을 연료전지 스택으로부터 인가되는 신호 전류에 발생시킨다(단계 S510). 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 신호 전류를 이용하여 연료전지 스택의 전류를 산출한다(단계 S520). 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 연료전지 스택의 전압을 측정한다(단계 S530). 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 연료전지 스택의 전류 및 연료전지 스택의 전압을 이용하여 연료전지 스택의 임피던스를 산출한다(단계 S540).
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치
110: 연료전지 스택
120: 인덕터
130: 스위치
140: 컨버터
150: 전류센서
160: 제어부

Claims (17)

  1. 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치에 있어서,
    온 상태 또는 오프 상태 중 어느 하나의 상태를 유지하는 스위치;
    상기 스위치의 상태에 따라 축적된 에너지를 출력하는 인덕터; 및
    상기 인덕터의 출력을 다른 부하에 제공하거나 상기 출력을 특정 전압으로 변환하여 다른 부하에 제공하는 컨버터;
    연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는
    생성 대상 주파수에 따라 특정 시간 단위로 상태가 변화하면서 구형파 형태의 교류 성분을 상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 신호 전류에 발생시키는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인덕터는
    상기 스위치의 상태가 온 상태를 유지할 때 양단에 에너지를 축적하고, 상기 스위치의 상태가 온 상태에서 오프 상태로 변환되면 상기 축적된 에너지를 부스트 전압으로 출력하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 신호 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하고, 상기 연료전지 스택의 전류 및 상기 연료전지 스택의 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 임피던스를 산출하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 신호 전류를 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 연료전지 스택의 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는
    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 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 고조파 왜곡률이 특정 고조파 왜곡률 이상인지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택의 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는
    300Hz 또는 10Hz 중 어느 하나의 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
  10. 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치에서 실행되는 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법에 있어서,
    스위치의 상태가 온 상태를 유지할 때 인덕터에 에너지가 축적되는 단계;
    상기 스위치의 상태가 온 상태에서 오프 상태로 변환되면 상기 축적된 에너지가 부스트 전압으로 출력되는 단계; 및
    컨버터가 상기 부스트 전압을 다른 부하에 제공하거나 상기 부스트 전압을 특정 전압으로 변환하여 다른 부하에 제공하는 단계를 포함하는
    연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    생성 대상 주파수에 따라 특정 시간 단위로 상기 스위치의 상태가 변화하면서 구형파 형태의 교류 성분을 상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 신호 전류에 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 신호 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계; 및
    상기 연료전지 스택의 전류 및 상기 연료전지 스택의 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 임피던스를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계는
    상기 신호 전류를 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 연료전지 스택의 임피던스를 산출하는 단계는
    상기 연료전지 스택의 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계는
    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 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 연료전지 스택의 고장여부를 판단하는 단계는
    상기 고조파 왜곡률이 특정 고조파 왜곡률 이상인지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택의 고장 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계는
    300Hz 또는 10Hz 중 어느 하나의 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출하는 것을 특징으로 하는
    연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
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