KR20150076268A - Method for monitoring of fuel cell stack status and apparatus performing the same - Google Patents

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KR20150076268A
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박현석
강선두
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Abstract

An apparatus for diagnosing failure of fuel cell stack according to an embodiment of the present invention includes: a sine wave generation unit which generates a sine wave; a power transistor which controls a current of fuel cell stack in the form of the sine wave by amplifying a sine wave signal; a current calculation unit which calculates the current of the fuel cell stack by using a stack current in the form of the sine wave; a voltage calculation unit which calculates a voltage of the fuel cell stack by using a stack voltage applied from the fuel cell stack; and a control unit which controls the sine wave generation unit so as to generate the sine wave having a specific frequency and calculates impedance of the fuel cell by using the voltage of the fuel cell stack and the current of the fuel cell stack. Therefore, the present invention calculates the size of the current corresponding to the specific frequency in the stack current regardless of the effect of noise by controlling the value of the stack current and is able to obtain the specific frequency signal of the stack current without reduction and calculate the exact impedance.

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.

본 발명은 스택 전류의 값을 제어하여 노이즈의 영향과 상관 없이 스택 전류에서 특정 주파수에 해당하는 전류 크기를 산출함으로써 정확한 임피던스를 산출할 수 있도록 하는 연료전지 스택 고장 진단 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention provides a method for diagnosing a fuel cell stack fault and a device for executing the same, which can calculate a correct impedance by calculating a current magnitude corresponding to a specific frequency in a stack current by controlling a value of a stack current irrespective of the influence of noise .

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, 연료전지 스택 고장 진단 장치는 정현파 신호를 발생하는 정현파 발생부, 상기 정현파 신호를 증폭시켜 상기 연료전지 스택의 전류를 정현파 형태로 제어하는 파워 트랜지스터, 상기 정현파 형태로 흐르는 스택 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 전류 산출부, 상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 스택 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 전압을 산출하는 전압 산출부 및 특정 주파수의 정현파 신호를 발생하도록 상기 정현파 발생부를 제어하고, 상기 연료전지 스택의 전압 및 상기 연료전지 스택의 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 임피던스를 산출하는 제어부를 포함한다.Among the embodiments, the fuel cell stack fault diagnosis apparatus includes a sinusoidal wave generator for generating a sinusoidal signal, a power transistor for amplifying the sinusoidal signal to control the current of the fuel cell stack in a sinusoidal form, A voltage calculator for calculating a voltage of the fuel cell stack using a stack voltage applied from the fuel cell stack and a voltage calculator for calculating a voltage of the sine wave And a control unit for controlling the generating unit and calculating the impedance of the fuel cell stack using the voltage of the fuel cell stack and the current of the fuel cell stack.

일 실시예에서, 상기 전압 산출부는 상기 스택 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 전압 크기를 산출할 수 있다.In one embodiment, the voltage calculator may frequency-analyze the stack voltage to calculate a voltage magnitude corresponding to a specific frequency.

일 실시예에서, 상기 전류 산출부는 상기 스택 전류를 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출할 수 있다.In one embodiment, the current calculator may frequency-analyze the stack current to calculate a current of the fuel cell stack corresponding to a specific frequency.

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.In one embodiment, the controller calculates THD (Total Harmonic Distortion) using the result of frequency analysis corresponding to the specific frequency, and determines whether the fuel cell stack is faulty using the harmonic distortion rate .

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.In one embodiment, the controller may determine whether the harmonic distortion rate is greater than or equal to a specific harmonic distortion rate, and determine whether the fuel cell stack is malfunctioning based on the determination result.

일 실시예에서, 상기 제어부는 300Hz 또는 10Hz 중 어느 하나의 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출할 수 있다.In one embodiment, the control unit may calculate the voltage of the fuel cell stack corresponding to one of the frequencies of 300 Hz or 10 Hz.

실시예들 중에서, 연료전지 스택 고장 진단 장치에서 실행되는 연료전지 스택 고장 진단 방법은 특정 주파수의 정현파 신호를 발생시키는 단계, 상기 정현파 신호를 증폭시켜 상기 연료전지 스택의 전류를 정현파 형태로 제어하는 단계, 상기 정현파 형태로 흐르는 스택 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계, 상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 스택 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계 및 상기 연료전지 스택의 전압 및 상기 연료전지 스택의 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 임피던스를 산출하는 단계를 포함한다.Among the embodiments, a method for diagnosing a fuel cell stack failure in a fuel cell stack failure diagnosis apparatus includes generating a sinusoidal signal having a specific frequency, amplifying the sinusoidal signal, and controlling the current of the fuel cell stack in a sinusoidal form Calculating a current of the fuel cell stack using the stack current flowing in the sinusoidal form, calculating a voltage of the fuel cell stack using a stack voltage applied from the fuel cell stack, And calculating the impedance of the fuel cell stack using the voltage and the current of the fuel cell stack.

일 실시예에서, 상기 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계는 상기 스택 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 전압 크기를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of calculating the voltage of the fuel cell stack may include frequency analysis of the stack voltage to calculate a voltage magnitude corresponding to a specific frequency.

일 실시예에서, 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계는 상기 스택 전류를 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출할 수 있다.In one embodiment, the step of calculating the current of the fuel cell stack may frequency-analyze the stack current to calculate a current of the fuel cell stack corresponding to a specific frequency.

일 실시예에서, 연료전지 스택 고장 진단 방법은 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 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the method for diagnosing a fault in a fuel cell stack calculates a harmonic distortion (THD) using a result of frequency analysis corresponding to the specific frequency, And a step of judging whether or not it is possible.

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.In one embodiment, the step of determining whether the fuel cell stack has failed may include determining whether the harmonic distortion rate is greater than or equal to a specific harmonic distortion rate, and determining whether the fuel cell stack is malfunctioning according to the determination result .

일 실시예에서, 상기 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계는 300Hz 또는 10Hz 중 어느 하나의 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of calculating the voltage of the fuel cell stack may include the step of calculating the voltage of the fuel cell stack corresponding to either the frequency of 300 Hz or 10 Hz.

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, 스택 전류의 값을 제어하여 노이즈의 영향과 상관 없이 스택 전류에서 특정 주파수에 해당하는 전류 크기를 산출함으로써 노이즈에 의한 특정 주파수 신호를 감쇄없이 얻을 수 있고 정확한 임피던스를 산출할 수 있다는 효과가 있다.
According to the present invention, by controlling the value of the stack current to calculate a current magnitude corresponding to a specific frequency in a stack current regardless of the influence of noise, a specific frequency signal due to noise can be obtained without attenuation and an accurate impedance can be calculated It is effective.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 고장 진단 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 연료전지 스택에 주입되는 스택 전류를 나타내는 그래프이다.
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 according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the stack current injected into the fuel cell stack.
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 스택 고장 진단 장치는 연료전지 스택에 교류전류를 주입하고 연료전지 스택의 전압을 검출하여 분석한 결과를 이용하여 THD(왜곡률)를 구하여 고장 여부를 판단한다. A conventional fuel cell stack fault diagnosis apparatus injects an alternating current into a fuel cell stack, detects a 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 변화에 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 normal cell voltage has a small distortion rate according to the current change, while the abnormal cell voltage has a large voltage amplitude and a large distortion rate according to the cell current change.

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.The distortion rate is measured as the sum of harmonic components relative to the fundamental frequency of the injected alternating current. The existing fuel cell stack fault diagnosis apparatus 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 스택 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 conventional fuel cell stack fault diagnosis apparatus are roughly divided into three components, that is, an injecting section of the fuel cell stack, a section for measuring the voltage of the fuel cell stack, and a fault diagnosis section.

왜곡률을 이용한 연료전지 스택의 고장 진단을 하기 위해서 연료전지 스택에 교류 전류를 주입하고, 연료전지 스택의 전압을 측정하여 주파수 분석 후 얻은 300Hz의 전압 크기와 연료전지 스택에 주입한 300Hz의 전류 크기를 가지고 임피던스를 계산한다. 이러한 방법에 있어서 300Hz 주입 전류의 크기가 스택 전류에 그대로 영향을 주어야 임피던스 계산에 오류가 없다. In order to diagnose the failure of the fuel cell stack using the distortion rate, the alternating current is injected into the fuel cell stack, and the voltage of the fuel cell stack is measured. The voltage of 300 Hz obtained after the frequency analysis and the current size of 300 Hz injected into the fuel cell stack Impedance is calculated. In this method, the magnitude of the 300 Hz injection current has to affect the stack current as it is, so there is no error in the impedance calculation.

하지만, 실제 차량은 많은 노이즈 성분을 가지고 있기 때문에 주입 전류와 동일한 주파수와 크기를 가지는 교류 성분이 연료전지 스택에서 발생하지 않을 수 있다. 이와 같이, 연료전지 스택의 전류가 주입 전류와 동일하지 않으면 300Hz의 전압 크기 및 300Hz의 전류 크기를 가지고 연료전지 스택의 임피던스를 산출할 때 정확한 값을 구할 수 없다. However, since the actual vehicle has a large amount of noise components, an AC component having the same frequency and magnitude as the injection current may not occur in the fuel cell stack. Thus, if the current in the fuel cell stack is not equal to the injection current, accurate values can not be obtained when calculating the impedance of the fuel cell stack with a voltage amplitude of 300 Hz and a current amplitude of 300 Hz.

따라서, 연료전지 스택의 임피던스를 구하는데 필요한 스택 전류의 값을 구할 때 주입 전류의 값을 사용하지 않고 실제 스택 전류의 값을 사용하여 정확한 임피던스 값을 구할 수 있게 된다. 하지만, 연료전지 스택의 전류를 이용하여 연료전지 스택의 임피던스를 구한다고 해도 노이즈로 인해 스택 전류 300Hz 크기가 변하거나 연료전지 스택의 스택 전류에서 교류 성분을 획득하지 못하게 된다.Therefore, when determining the value of the stack current required to obtain the impedance of the fuel cell stack, the accurate impedance value can be obtained by using the value of the actual stack current without using the value of the injection current. However, even if the impedance of the fuel cell stack is obtained by using the current of the fuel cell stack, the noise may cause a change in the magnitude of the stack current of 300 Hz or the AC current can not be obtained from the stack current of the fuel cell stack.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 스택 전류의 값을 제어하여 노이즈의 영향과 상관 없이 스택 전류에서 특정 주파수에 해당하는 전류 크기를 산출할 수 있도록 하는 연료전지 스택 고장 진단 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공하고자 한다.
In order to solve such a problem, the present invention provides a method of diagnosing a fuel cell stack failure by controlling a value of a stack current so as to calculate a current magnitude corresponding to a specific frequency in a stack current irrespective of the influence of noise, Device.

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

도 1을 참조하면, 연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 연료전지 스택(110), 전압 산출부(120), 전류 센서(130), 전류 산출부(140), 정현파 발생부1, a fuel cell stack fault diagnosis apparatus 100 includes a fuel cell stack 110, a voltage calculation unit 120, a current sensor 130, a current calculation unit 140,

(150), 파워 트랜지스터(160) 및 제어부(170)를 포함한다.A power transistor 150, a power transistor 160, and a control unit 170.

연료전지 스택(110)은 다수의 단위 셀 들이 연속적으로 배열되어 구성된다. 이러한 연료전지 스택(110)에는 제어부(170)의 제어에 따라 정현파 발생부(150)에 의해 제어된 특정 주파수의 스택 전류가 흐른다. 여기에서, 연료전지 스택(110)에 흐르는 교류 전류는 도 1에서 스택전류를 가리킨다.The fuel cell stack 110 is constituted by a plurality of unit cells arranged in series. In this fuel cell stack 110, a stack current of a specific frequency controlled by the sinusoidal wave generator 150 flows under the control of the controller 170. Here, the alternating current flowing in the fuel cell stack 110 indicates the stack current in FIG.

전압 산출부(120)는 연료전지 스택(110)로부터 전달받은 스택 전압을 이용하여 연료전지 스택(110)의 전압을 산출하여 제어부(170)에 제공한다. 일 실시예에서, 전압 산출부(120)는 연료전지 스택(110)로부터 전달받은 스택 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 전압 크기를 산출할 수 있다. The voltage calculator 120 calculates the voltage of the fuel cell stack 110 using the stack voltage received from the fuel cell stack 110 and provides the calculated voltage to the controller 170. In one embodiment, the voltage calculator 120 may calculate a voltage magnitude corresponding to a specific frequency by frequency-analyzing the stack voltage transmitted from the fuel cell stack 110. [

전류 센서(130)는 파워 트랜지스터(160)에서 연료전지 스택(110)으로 흐르는 스택 전류를 센싱하여 전류 산출부(140)에 제공한다. 여기에서, 전류 센서(130)에 의해 센싱된 스택 전류는 도 2와 같이 사이파 형태로 나타난다. The current sensor 130 senses the stack current flowing from the power transistor 160 to the fuel cell stack 110 and provides the sensing current to the current calculation unit 140. Here, the stack current sensed by the current sensor 130 appears in a safflower form as shown in FIG.

전류 산출부(140)는 전류 센서(130)로부터 스택 전류를 전달받으면, 스택 전류를 이용하여 연료전지 스택(110)의 전류를 산출하여 제어부(170)에 제공한다. 일 실시예에서, 전류 산출부(140)는 스택 전류를 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 전류 크기를 산출할 수 있다. When receiving the stack current from the current sensor 130, the current calculating unit 140 calculates the current of the fuel cell stack 110 using the stack current, and provides the calculated current to the controller 170. In one embodiment, the current calculator 140 may frequency-analyze the stack current to calculate a current magnitude corresponding to a specific frequency.

정현파 발생부(150)는 제어부(170)의 제어에 따라 특정 주파수의 정현파를 발생하여 파워 트랜지스터(160)에 전달한다. The sinusoidal wave generating unit 150 generates a sinusoidal wave having a specific frequency under the control of the controller 170 and transmits the sinusoidal wave to the power transistor 160.

파워 트랜지스터(160)는 정현파 발생부(150)로부터 정현파를 전달 받으면, 정현파를 증폭시켜 스택 전류를 정현파 형태로 제어한다. When the power transistor 160 receives the sinusoidal wave from the sinusoidal wave generator 150, the power transistor 160 amplifies the sinusoidal wave and controls the stack current in a sinusoidal form.

제어부(170)는 특정 주파수의 정현파 신호를 생성하도록 정현파 발생부(150)를 제어한다. 예를 들어, 제어부(170)는 300Hz의 주파수에 해당하는 정현파 신호를 생성도록 정현파 발생부(150)를 제어할 수 있다.The controller 170 controls the sinusoidal wave generator 150 to generate a sinusoidal signal having a specific frequency. For example, the controller 170 may control the sine wave generator 150 to generate a sine wave signal corresponding to a frequency of 300 Hz.

제어부(170)는 전압 산출부(120)로부터 연료전지 스택(110)의 전압을 수신하고, 전류 산출부(140)로부터 연료전지 스택(110)의 전류를 수신한 후, 연료전지 스택(110)의 전류 및 연료전지 스택(110)의 전압을 이용하여 연료전지 스택(110)의 임피던스를 산출한다. The control unit 170 receives the voltage of the fuel cell stack 110 from the voltage calculation unit 120 and receives the current of the fuel cell stack 110 from the current calculation unit 140, And the voltage of the fuel cell stack 110 is used to calculate the impedance of the fuel cell stack 110.

일 실시예에서, 제어부(170)는 하기의 [수학식 1]에 기초하여 연료전지 스택(110)의 임피던스를 산출할 수 있다.
In one embodiment, the controller 170 may calculate the impedance of the fuel cell stack 110 based on the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

A = V / I
A = V / I

A: 연료전지 스택의 임피던스A: Impedance of the fuel cell stack

V: 연료전지 스택의 전압V: Voltage of the fuel cell stack

I: 연료전지 스택의 전류
I: current of the fuel cell stack

예를 들어, 제어부(170)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.For example, the controller 170 may calculate the impedance of the fuel cell stack 110 using the voltage of the fuel cell stack 110 corresponding to 300 Hz and the current of the fuel cell stack 110 corresponding to 300 Hz .

또한, 제어부(170)는 특정 주파수에 해당하는 주파수 분석의 결과를 이용하여 연료전지 스택(110)의 고장여부를 판단할 수 있다.Also, the controller 170 may determine whether the fuel cell stack 110 is malfunctioning based on the result of the frequency analysis corresponding to the specific frequency.

일 실시예에서, 제어부(170)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(170)는 10Hz에 해당하는 연료전지 스택(110)의 전압을 이용하여 고조파 왜곡률을 산출하고, 고조파 왜곡률을 이용하여 연료전지 스택의 고장여부를 판단할 수 있다.
In one embodiment, the controller 170 calculates the harmonic distortion (THD) using the result of the frequency analysis corresponding to the specific frequency, and determines whether the fuel cell stack is faulty using the harmonic distortion ratio have. For example, the control unit 170 may calculate the harmonic distortion rate using the voltage of the fuel cell stack 110 corresponding to 10 Hz, and determine whether the fuel cell stack is malfunctioning by using the harmonic distortion ratio.

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 3을 참조하면, 연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 정현파 신호를 발생시킨다(단계 S310). 연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 정현파 신호를 증폭시켜 연료전지 스택의 전류를 정현파 형태로 제어한다. (단계 S320). 연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 정현파 형태로 흐르는 스택 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출한다(단계 S330). 연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 연료전지 스택으로부터 인가되는 스택 전압을 이용하여 연료전지 스택의 전압을 산출한다(단계 S340). 연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 연료전지 스택의 전압 및 연료전지 스택의 전류를 이용하여 연료전지 스택의 임피던스를 산출한다(단계 S350).
Referring to FIG. 3, the fuel cell stack failure diagnosis apparatus 100 generates a sinusoidal signal (step S310). The fuel cell stack fault diagnosis apparatus 100 amplifies a sinusoidal signal to control the current of the fuel cell stack in a sine wave form. (Step S320). The fuel cell stack failure diagnosis apparatus 100 calculates a current of the fuel cell stack using a stack current flowing in a sinusoidal waveform (step S330). The fuel cell stack failure diagnosis apparatus 100 calculates the voltage of the fuel cell stack using the stack voltage applied from the fuel cell stack (step S340). The fuel cell stack fault diagnosis apparatus 100 calculates the impedance of the fuel cell stack using the voltage of the fuel cell stack and the current of the fuel cell stack (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.

110: 연료전지 스택
120: 전압 산출부
130: 전류 센서
140: 전류 산출부
150: 정현파 발생부
160: 파워 트랜지스터
170: 제어부110: Fuel cell stack
120:
130: Current sensor
140:
150: Sine wave generator
160: Power transistor
170:

Claims (12)

연료전지 스택 고장 진단 장치에 있어서,
정현파 신호를 발생하는 정현파 발생부;
상기 정현파 신호를 증폭시켜 상기 연료전지 스택의 전류를 정현파 형태로 제어하는 파워 트랜지스터;
상기 정현파 형태로 흐르는 스택 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 전류 산출부;
상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 스택 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 전압을 산출하는 전압 산출부; 및
특정 주파수의 정현파 신호를 발생하도록 상기 정현파 발생부를 제어하고, 상기 연료전지 스택의 전압 및 상기 연료전지 스택의 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 임피던스를 산출하는 제어부를 포함하는
연료전지 스택 고장 진단 장치.
A fuel cell stack fault diagnosis apparatus comprising:
A sinusoidal wave generating unit for generating a sinusoidal wave signal;
A power transistor for amplifying the sinusoidal signal to control the current of the fuel cell stack in a sine wave form;
A current calculation unit for calculating a current of the fuel cell stack using the stack current flowing in the sinusoidal form;
A voltage calculation unit for calculating a voltage of the fuel cell stack using a stack voltage applied from the fuel cell stack; And
And a control unit for controlling the sinusoidal wave generating unit to generate a sinusoidal signal of a specific frequency and calculating an impedance of the fuel cell stack using a voltage of the fuel cell stack and a current of the fuel cell stack
Fuel cell stack fault diagnosis device.
제1항에 있어서,
상기 전압 산출부는
상기 스택 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 전압 크기를 산출하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
The voltage calculator
And a voltage magnitude corresponding to a specific frequency is calculated by frequency analysis of the stack voltage.
Fuel cell stack fault diagnosis device.
제1항에 있어서,
상기 전류 산출부는
상기 스택 전류를 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
The current calculator
And the current of the fuel cell stack corresponding to a specific frequency is calculated by frequency analysis of the stack current
Fuel cell stack fault diagnosis device.
제1항에 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 스택 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
The control unit
Wherein a harmonic distortion (THD) is calculated using a result of the frequency analysis corresponding to the specific frequency, and the failure of the fuel cell stack is determined using the harmonic distortion ratio
Fuel cell stack fault diagnosis device.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
고조파 왜곡률이 특정 고조파 왜곡률 이상인지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택의 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
The control unit
Determining whether the harmonic distortion rate is equal to or greater than a specific harmonic distortion rate, and determining whether the fuel cell stack is faulty or not according to the determination result
Fuel cell stack fault diagnosis device.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
300Hz 또는 10Hz 중 어느 하나의 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
The control unit
The voltage of the fuel cell stack corresponding to one of the frequencies of 300 Hz or 10 Hz is calculated
Fuel cell stack fault diagnosis device.
연료전지 스택 고장 진단 장치에서 실행되는 연료전지 스택 고장 진단 방법에 있어서,
특정 주파수의 정현파 신호를 발생시키는 단계;
상기 정현파 신호를 증폭시켜 상기 연료전지 스택의 전류를 정현파 형태로 제어하는 단계;
상기 정현파 형태로 흐르는 스택 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계;
상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 스택 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계; 및
상기 연료전지 스택의 전압 및 상기 연료전지 스택의 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 임피던스를 산출하는 단계를 포함하는
연료전지 스택 고장 진단 방법.
A method of diagnosing a fuel cell stack fault in a fuel cell stack fault diagnosis apparatus,
Generating a sinusoidal signal of a specific frequency;
Amplifying the sinusoidal signal to control the current of the fuel cell stack in a sine wave form;
Calculating a current of the fuel cell stack using the stack current flowing in the sinusoidal form;
Calculating a voltage of the fuel cell stack using a stack voltage applied from the fuel cell stack; And
And calculating an impedance of the fuel cell stack using the voltage of the fuel cell stack and the current of the fuel cell stack
Fuel cell stack fault diagnosis method.
제7항에 있어서,
상기 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계는
상기 스택 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 전압 크기를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 방법.
8. The method of claim 7,
The step of calculating the voltage of the fuel cell stack
And calculating a voltage magnitude corresponding to a specific frequency by frequency-analyzing the stack voltage
Fuel cell stack fault diagnosis method.
제7항에 있어서,
상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계는
상기 스택 전류를 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 방법.
8. The method of claim 7,
The step of calculating the current of the fuel cell stack
And the current of the fuel cell stack corresponding to a specific frequency is calculated by frequency analysis of the stack current
Fuel cell stack fault diagnosis method.
제7항에 있어서,
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 더 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 방법.
8. The method of claim 7,
Calculating a THD (Total Harmonic Distortion) using the result of the frequency analysis corresponding to the specific frequency, and determining whether the fuel cell stack is faulty using the harmonic distortion ratio
Fuel cell stack fault diagnosis method.
제10항에 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 스택 고장 진단 방법.
11. The method of claim 10,
The step of determining whether the fuel cell stack has failed
Determining whether the harmonic distortion rate is equal to or greater than a specific harmonic distortion rate, and determining whether the fuel cell stack is faulty according to the determination result
Fuel cell stack fault diagnosis method.
제8항에 있어서,
상기 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계는
300Hz 또는 10Hz 중 어느 하나의 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택 고장 진단 방법.
9. The method of claim 8,
The step of calculating the voltage of the fuel cell stack
And calculating the voltage of the fuel cell stack corresponding to any one of the frequency of 300 Hz or 10 Hz
Fuel cell stack fault diagnosis method.
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