KR20160069165A - System and method for judging deterioration of fuel cell - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a device and a method for measuring the deterioration of a fuel cell stack which enables nitrogen at a cathode side to cross-over into an anode side by continuously consuming hydrogens up to reaching nitrogen saturation, analyzes a certain pressure pattern recovering the pressure at the anode side to the high temperature, compares the pressure and the high pressure at the anode side in the reference time, and decides the deterioration of the fuel cell stack, when deciding the deterioration of the fuel cell stack depending on a pressure forming pattern at the anode side after stopping a system.

Description

연료전지 스택 열화 측정장치 및 방법{System and method for judging deterioration of fuel cell}Technical Field [0001] The present invention relates to a fuel cell stack deterioration measuring apparatus and method,

본 발명은 연료전지 스택 열화 측정장치 및 방법으로, 더 바람직하게, 애노드의 압력을 측정하고, 미리 설정된 기준 시간에 측정된 애노드의 압력을 비교하여 연료전지 스택의 열화가 발생한 것인지 판단하는 측정장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and method for measuring deterioration of a fuel cell stack, more preferably a measuring apparatus for measuring a pressure of an anode and comparing a pressure of an anode measured at a preset reference time to determine whether deterioration of the fuel cell stack has occurred, ≪ / RTI >

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. Recently, fuel cell vehicles have been researched and commercialized to some extent according to the social demand for environmentally friendly vehicles. Such a fuel cell vehicle continuously provides electrical energy through an electrochemical reaction between an oxidant and a fuel such as hydrogen gas at an electrode.

이처럼 연료전지 차량을 구성하는 연료전지는 여러 개의 단위전지를 연결하여 이루어지는데, 각각의 단위전지는 MEA(membrane electrodeassembly)와 기체확산층 (gas diffusion layer)로 구성되고, 각각의 단위전지는 분리판으로 구분되며, 여기서 MEA는 이온전도도를 가진 고분자 전해질막을 사이에 두고 애노드와 캐소드 촉매층으로 이루어진다. 연료전지 스택 운전 시 다양한 원인에 의해 한 개 또는 복수 개의 단위전지에 열화가 발생하여 스택의 성능 저하를 초래하게 되는데, 이러한 단위전지 열화는 단위전지 구성물인 촉매층, 촉매층 담지체, 전해질막, 분리판 등에서 발생하게 된다.The fuel cell constituting the fuel cell vehicle is formed by connecting a plurality of unit cells. Each unit cell is composed of a membrane electrode assembly (MEA) and a gas diffusion layer. Wherein the MEA comprises an anode and a cathode catalyst layer sandwiching a polymer electrolyte membrane having ionic conductivity therebetween. Deterioration of one or more unit cells occurs due to various causes during operation of the fuel cell stack, resulting in deterioration of the performance of the stack. Such deterioration of the unit cells is caused by a catalyst layer, a catalyst layer carrier, And so on.

이처럼 연료전지의 경우 구성요소들의 열화에 따른 연료전지의 수명이 제한되고, 이러한 열화가 연료전지 차량을 제조하는데 가장 큰 걸림돌로 작용하고 있다.In the case of the fuel cell, the lifetime of the fuel cell is limited due to deterioration of the components, and such deterioration is the biggest obstacle to manufacturing the fuel cell vehicle.

한편, 연료전지가 열화된 경우에는 연료전지의 성능이 현저히 떨어지고 연료전지의 안정성에도 문제가 되는바, 이러한 연료전지의 상태를 꾸준히 측정하여 그 열화나 파손 및 기타 이상 여부를 항상 확인할 수 있도록 함이 중요하다.On the other hand, when the fuel cell deteriorates, the performance of the fuel cell remarkably deteriorates and the stability of the fuel cell becomes a problem. Therefore, the state of the fuel cell is constantly measured so that the deterioration, breakage, It is important.

종래 기술로서, 연료전지는 전류의 요청이 주어졌을 경우 연료전지에서 요청된 전류를 공급하며 전지 양단의 출력전압이 강하하게 되고 그에 따라 생산 전력이 증대된다. 출력전압의 강하하는 순간적으로 이루어지는 것이 아니라, 전류의 요청에 따라 전지가 반응되며 점진적으로 일어나는데, 원 상태의 전압에서 전류의 요청에 따른 최종적인 전압의 상태로 하강하기까지의 과도적인 상태를 과도상태(Transient response)라고 할 수 있다.In the prior art, when a current request is given to a fuel cell, a required current is supplied from the fuel cell, and the output voltage across the cell drops, thereby increasing the production power. The output voltage is not instantaneously decreased but the battery reacts to the current demand and gradually occurs. The transient state from the original state voltage to the final voltage state according to the current demand is referred to as a transient state (Transient response).

실제 차량의 연료전지에서는 모터의 출력요구 및 다양한 전장품의 출력요청에 따라 전압이 비선형적인 거동을 보일 것이다. 이러한 전압의 변화속도는 바로 연료전지가 요청에 대응하여 전력를 출력하는 속도와도 관계가 깊은바, 전압강하의 속도가 빠를수록 그리고 과도상태의 시간이 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.In a real vehicle fuel cell, the voltage will exhibit a nonlinear behavior depending on the output demand of the motor and the output request of various electrical products. The rate of change of the voltage is directly related to the speed at which the fuel cell outputs power in response to the request. As the voltage drop becomes faster and the transient time becomes shorter, the battery exhibits the normal performance normally have. Therefore, when the fuel cell deteriorates or is destroyed or an abnormality occurs, the speed and time of the voltage drop can be checked and judged.

그러나 종래에는 이러한 전압강하를 확인하고 비교판단할 수 있는 시스템의 경우, 전압 감소 속도에 따른 열화 측정을 수행하는바, 전해질막의 함수율, 스택 내부의 온도, 공기극 산소분압 등에 다라 전압감소 시간이 달라지는바, 일관성 있는 결과를 얻기 어려움이 존재하였다.However, in the case of a system capable of confirming such a voltage drop and comparing and determining such voltage drop, deterioration measurement is performed in accordance with the voltage reduction rate, and the voltage reduction time varies depending on the water content of the electrolyte membrane, the temperature inside the stack, , There was a difficulty in obtaining a consistent result.

선행 기술 대한민국 공개 특허 10-2012-0096615호(이하 문헌 1)에서 연료전지 스택이 탑재된 실제 연료전지 차량의 운전 상태에서도 스택의 셀 전압 편차를 이동평균법을 이용하여 산출하여, 촉매층에 대한 열화 판정을 내리도록 하는 기술을 개시하고 있다.In the operating state of the actual fuel cell vehicle mounted with the fuel cell stack, the cell voltage deviation of the stack is calculated using the moving average method in the prior art Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0096615 (hereinafter referred to as Document 1) In order to reduce the cost of the apparatus.

다만, 상기 문헌 1의 경우에도, 전해질막의 함수율, 스택 내부의 온도, 공기극 산소분압 등에 다라 전압감소 시간이 달라지는 문제점을 해결하지 못하는바, 연료전지 스택의 열화를 측정하는 새로운 방법이 요구되고 있다.
However, even in the case of Document 1, a problem that the voltage reduction time varies depending on the water content of the electrolyte membrane, the temperature inside the stack, and the oxygen partial pressure of the air electrode can not be solved, and a new method for measuring the deterioration of the fuel cell stack is required.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 시스템 정지 후 애노드 측 압력 형성 패턴에 따른 연료전지 스택의 열화를 판단하는바, 질소 포화상태에 이르기까지 애노드측에 잔존하는 수소를 지속적으로 소모하여 캐소드 측 질소가 애노드 측으로 크로스오버되어 상압으로 회복되는 일정한 압력 패턴을 분석하여 연료전지 스택의 열화 정도를 판단하는 연료전지 스택 열화 측정장치 및 방법을 제공한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to solve the problems described above, and it is an object of the present invention to provide a fuel cell stack in which the deterioration of the fuel cell stack according to the anode- And determining a degree of deterioration of the fuel cell stack by analyzing a constant pressure pattern in which the nitrogen on the cathode side is crossed over to the anode side and returned to normal pressure.

본 발명은 차량의 연료전지의 애노드에 각각 연결되어, 상기 애노드의 압력을 측정하기 위한 측정부 및 상기 연료전지 시스템이 정지된 이후, 상기 측정부를 통해 상기 연료전지의 애노드에서 측정된 압력 데이터를 수신하고, 미리 설정된 기준시간에 상기 애노드의 압력과 상압을 비교하여 연료전지 스택의 열화정도를 판단하는 연료전지제어부;를 포함하는 연료전지 스택 열화 측정장치를 제공한다.The present invention relates to a fuel cell system comprising a measuring unit connected to an anode of a fuel cell of a vehicle and measuring the pressure of the anode and a pressure sensor for measuring pressure data measured at the anode of the fuel cell through the measuring unit after the fuel cell system is stopped And a fuel cell controller for comparing the pressure of the anode with the normal pressure at a preset reference time to determine the degree of deterioration of the fuel cell stack.

또한, 상기 연료전지제어부는, 미리 설정된 기준시간에 상기 애노드의 압력이 상압보다 크거나 같은 경우, 연료전지 스택의 열화로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 열화 측정장치를 제공한다.Further, the fuel cell controller determines that the deterioration of the fuel cell stack is caused when the pressure of the anode is equal to or greater than the normal pressure at a preset reference time.

또한, 상기 연료전지제어부는, 미리 설정된 기준시간에 상기 애노드의 압력이 음압을 갖는 경우, 연료전지 스택은 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 열화 측정장치를 제공한다.Further, the fuel cell control unit determines that the fuel cell stack is normal when the anode pressure has a negative pressure at a predetermined reference time.

또한, 상기 연료전지제어부는, 상기 압력 변화를 판단함에 있어서, 애노드의 압력변화 속도를 기준으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 열화 측정장치를 제공한다.The fuel cell controller determines the change in the pressure based on the pressure change rate of the anode.

또한, 상기 상압은 대기압인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 열화 측정장치를 제공한다Further, the present invention provides a device for measuring deterioration of a fuel cell stack, wherein the atmospheric pressure is atmospheric pressure

또한, 연료전지 차량의 연료 공급 시스템을 정지하는 단계, 연료전지 차량의 애노드의 압력을 측정하는 단계, 제어부에 미리 설정된 기준시간에서 애노드의 압력과 제어부에 설정된 상압과 비교하는 단계, 상기 설정된 상압보다 측정된 상기 애노드의 압력크기가 작으면, 연료전지 스택을 정상으로 판단하고, 상기 설정된 상압보다 측정된 상기 애노드의 압력크기가 크거나 같은 경우, 연료전지 스택의 열화로 판단하는 연료전지 스택 열화 측정방법을 제공한다.The method further includes the steps of stopping the fuel supply system of the fuel cell vehicle, measuring the pressure of the anode of the fuel cell vehicle, comparing the pressure of the anode with the pressure set in the control unit at a preset reference time, When the measured pressure magnitude of the anode is small, it is determined that the fuel cell stack is normal, and when the measured pressure of the anode is greater than or equal to the measured normal pressure, the deterioration of the fuel cell stack ≪ / RTI >

또한, 상기 상압은 대기압인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 열화 측정방법을 제공한다.
Also, the atmospheric pressure is atmospheric pressure.

본 발명의 연료전지 스택 열화 측정장치 및 방법은 애노드의 압력을 측정하는 방식을 통해 전해질막의 함수율, 수소의 농도, 스택 온도 및 전극의 상태에 영향을 받지 않고, 연료전지 스택의 열화를 판단할 수 있다.The apparatus and method for measuring the deterioration of the fuel cell stack of the present invention can determine the deterioration of the fuel cell stack without being affected by the moisture content of the electrolyte membrane, the concentration of hydrogen, the stack temperature, have.

또한, 별도의 추가 장치의 구성이 없이, 애노드의 압력을 측정하여 연료전지 스택의 열화를 판단할 수 있는바, 단순한 구성의 연료전지 스택의 열화를 측정장치를 제공하는 효과가 있다.In addition, since the deterioration of the fuel cell stack can be determined by measuring the pressure of the anode without the configuration of a separate additional device, there is an effect of providing a measurement device for deterioration of the fuel cell stack having a simple structure.

더욱이, 연료전지 시스템이 정지된 이후의 프로세스를 작동하는바, 별도의 연료가스 공급 차단상태를 검출하는 단계가 요구되지 않는다.
Furthermore, since the process after the fuel cell system is stopped is operated, a step of detecting a separate fuel gas supply cutoff state is not required.

도 1은 종래기술로서, 전압 감소 속도에 따른 열화 측정장치의 그래프 패턴을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 압력 변화에 따른 열화 판단을 수행하는 연료전지 스택의 열화 측정장치의 압력 변화 패턴을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 연료전지 스택의 열화 측정장치의 실시예로서, 애노드 단의 압력 변화 그래프를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 연료전지 스택의 열화 측정방법의 흐름도를 도시하고 있다.Fig. 1 shows a graph pattern of a deterioration measuring apparatus according to the voltage reduction rate as a prior art.
FIG. 2 shows a pressure variation pattern of the deterioration measuring apparatus of the fuel cell stack for performing the deterioration judgment according to the pressure change of the present invention.
3 is a graph showing a pressure change graph of the anode stage as an embodiment of the apparatus for measuring deterioration of the fuel cell stack of the present invention.
4 shows a flowchart of a method for measuring deterioration of the fuel cell stack of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

본 발명은 애노드측 압력 형성 패턴에 따른 연료전지 스택의 열화를 판단한다. 즉, 질소 포화상태에 이르기까지 애노드 측에 잔존하는 수소를 지속적으로 소모하고, 캐소드 측 질소가 애노드 측으로 크로스오버되어 상압으로 회복되는 일정한 패턴을 분석하여 연료전지 스택의 열화 정도를 판단하는 연료전지 스택 열화 측정장치 및 방법을 제공한다.The present invention determines the deterioration of the fuel cell stack according to the anode side pressure forming pattern. That is, a fuel cell stack for determining the degree of deterioration of the fuel cell stack by continuously consuming hydrogen remaining on the anode side until reaching the nitrogen saturation state, analyzing a constant pattern in which the cathode side nitrogen is crossed over to the anode side, An apparatus and method for measuring deterioration are provided.

상기와 같이, 애노드의 압력을 측정하는 방식을 통해 연료전지 스택의 열화를 판단하는바, 전해질막의 함수율, 수소의 농도, 스택 온도 및 전극의 상태에 영향을 받지 않는다.As described above, the deterioration of the fuel cell stack is determined through the method of measuring the pressure of the anode, and it is not affected by the water content of the electrolyte membrane, the concentration of hydrogen, the stack temperature, and the state of the electrode.

더욱이, 연료 공급 시스템이 정지된 이후의 프로세스를 작동하는바, 별도의 연료가스 공급 차단상태를 검출하는 단계가 요구되지 않는다.Further, since the process after the fuel supply system is stopped is operated, a step of detecting a separate fuel gas supply cutoff state is not required.

도 1의 경우, 종래 기술로서, 전압차이를 이용한 연료전지 열화를 판단장치를 통해 도출된 전압 패턴을 도시하고 있다.In the case of FIG. 1, as a conventional technique, a voltage pattern derived from the deterioration of a fuel cell using a voltage difference is shown.

종래 기술은 연료전지 차량에 탑재되어 있는 연료전지 스택의 전압 강하 속도를 측정하여, 기준전압보다 낮은 전압이 형성되는 스택의 경우, 수소 크로스오버가 큰 것으로 판단하여 열화된 것으로 판단한다. The prior art measures the voltage drop rate of the fuel cell stack mounted on the fuel cell vehicle and judges that the stack is formed with a voltage lower than the reference voltage and is deteriorated by judging that the hydrogen crossover is large.

다만, 상기와 같이, 연료전지의 전압 강하 속도를 기준으로 열화를 판단하는 종래 기술은, 전해질막의 함수율, 스택온도, 공기극 산소분압등에 다라 전압감소 시간이 달라지는바, 신뢰성 높은 결과를 얻기 어려웠다. However, as described above, in the prior art for determining the deterioration based on the voltage drop rate of the fuel cell, the voltage reduction time varies depending on the water content of the electrolyte membrane, the stack temperature, the cathode electrode oxygen partial pressure, and the like.

더욱이, 스택의 전압감소를 모니터링하기 위해서는 일정한 시간을 요구하는바, 모니터링을 위한 시간동안 수소의 공급을 요구하여 불필요한 수소 소모가 발생하였다.Furthermore, it takes a certain amount of time to monitor the decrease in the voltage of the stack, requiring unnecessary hydrogen consumption during the monitoring time.

도 2의 경우, 본 발명의 일 실시예로서, 애노드 측의 압력 패턴을 분석하여 연료전지 열화를 판단하는 그래프이다.In the case of FIG. 2, the graph of the fuel cell deterioration is analyzed by analyzing the pressure pattern on the anode side as one embodiment of the present invention.

연료전지 차량의 연료공급 시스템 정지 후 애노드측 압력 형성 패턴에 따른 열화 판단하는바, 정지 후 애노드측에 잔존하는 수소가 지속적으로 소모되며 시간에 따라 압력이 음압으로 저하된다. 질소의 농도 구배 또는 밀도 차이에 의해 캐소드측 질소가 애노드측으로 크로스오버 되는바, 애노드측 압력이 상압으로 회복된다. 상기 애노드측 압력은 수소가 존재하는 연료공급 시스템의 정지시 최대 압력을 가지며, 이후, 수소의 소모에 따라 음압 최저압력을 갖는다. 일정 시간이 지남에 따라, 캐소드측의 질소가 애노드측으로 유입되어 애노드측 압력은 음압에서 상압으로 회복되는 압력 패턴을 갖는다. 상기 상압은 대기압으로 설정될 수 있다.After the stop of the fuel supply system of the fuel cell vehicle, the deterioration is determined according to the pressure pattern on the anode side. As a result, the hydrogen remaining on the anode side is continuously consumed after the stoppage. As the cathode side nitrogen is crossed over to the anode side by the concentration gradient or density difference of nitrogen, the pressure on the anode side is restored to normal pressure. The anode-side pressure has a maximum pressure at the time of stopping the fuel supply system in which hydrogen is present, and thereafter has a negative pressure minimum pressure according to consumption of hydrogen. As the period of time elapses, nitrogen on the cathode side flows into the anode side, and the anode side pressure has a pressure pattern recovered from negative pressure to normal pressure. The atmospheric pressure may be set to atmospheric pressure.

이때 연료전지의 구성으로서, 전해질막의 손상 정도가 클수록 누설량 및 애노드측으로 질소 유입량이 커지게 되고, 애노드측 압력 회복속도가 빨라지게 된다. 즉, 애노드측 압력 회복속도의 증가에 따라 애노드측 압력이 상압에 도달하는 소요 시간이 짧아진다.At this time, as the configuration of the fuel cell, the larger the degree of damage of the electrolyte membrane becomes, the larger the amount of leakage and the amount of flowing nitrogen into the anode side becomes, and the rate of recovery of the pressure on the anode side becomes faster. That is, the time required for the anode-side pressure to reach the normal pressure is shortened with the increase in the anode-side pressure recovery rate.

상기와 같이, 애노드측의 압력 패턴을 형성하는바, 연료전지제어부는 측정되는 연료전지 스택의 애노드측 압력을 판단하는 기준시간을 설정하고 저장된다. 이렇게 설정된 기준시간에 측정되는 애노드측의 압력이 상압에 도달하는 경우, 상기 연료전지 스택은 열화된 것으로 판단한다.As described above, the anode side pressure pattern is formed, and the fuel cell control unit sets and stores a reference time for determining the anode side pressure of the fuel cell stack to be measured. When the pressure on the anode side measured at the set reference time reaches the normal pressure, it is judged that the fuel cell stack is deteriorated.

도 3의 경우, 본 발명의 실시예로서, 연료전지 스택 열화 측정장치를 이용하여 애노드측 압력을 측정한 그래프를 도시하고 있다.3, there is shown a graph of an anode side pressure measurement using a fuel cell stack deterioration measuring apparatus as an embodiment of the present invention.

연료전지 차량의 연료공급 시스템 정지 후 애노드측에 잔존하는 수소가 지속적으로 소모되며 시간에 따라 애노드측 압력이 음압으로 저하된다. 애노드측 압력이 음압으로 저하된 이후, 질소의 농도 구배 또는 밀도 차이에 의해 캐소드측 질소가 애노드측으로 크로스오버 되어 애노드측 압력이 상압으로 회복된다. Hydrogen remaining on the anode side is continuously consumed after stopping the fuel supply system of the fuel cell vehicle, and the pressure on the anode side is reduced to negative pressure with time. After the pressure on the anode side is lowered to the negative pressure, the cathode side nitrogen is crossed over to the anode side by the concentration gradient or the density difference of nitrogen, and the anode side pressure is restored to the normal pressure.

즉, 연료공급 시스템 정지 이후, 일정 시간이 지남에 따라, 캐소드측의 질소가 애노드측으로 유입되어 애노드측 압력은 음압에서 상압으로 회복되는 압력 패턴을 갖는다.That is, after a certain period of time after the stop of the fuel supply system, the nitrogen on the cathode side flows into the anode side, and the anode side pressure has a pressure pattern recovered from negative pressure to normal pressure.

도시된 바와 같이, 열화 스택을 이용한 그래프패턴을 살펴보면, 연료공급 시스템의 정지 이후, 애노드측 압력이 가장 크고, 이후 애노드측 수소의 소모를 통해 음압으로 저하된다. 더욱이, 상기 음압으로 저하된 애노드측 압력은 정상 연료전지 스택의 애노드의 압력보다 더 큰 애노드측 압력을 갖는다. As can be seen from the graph pattern using the deteriorated stack, after the fuel supply system is stopped, the anode side pressure is the largest, and then the negative pressure is reduced through consumption of the anode side hydrogen. Further, the anode side pressure lowered to the negative pressure has an anode side pressure that is larger than the anode cell pressure of the normal fuel cell stack.

애노드측의 압력이 음압으로서 최소압력을 갖는 구간 이후, 질소의 농도 구배 또는 밀도 차이에 의해 캐소드측 질소가 애노드측으로 크로스오버 된다. 다만, 열화 스택을 이용한 애노드단의 압력 저하량의 경우, 정상 스택의 압력 저하량과 비교하여 더 큰 값을 갖는다. 즉, 열화 스택을 이용한 압력 저하속도는 정상 스택의 압력 저하속도보다 큰 값을 갖는다. 따라서, 열화 스택의 애노드측 압력은 정상 스택의 압력변화 그래프보다 빠르게 상압에 도달함을 알 수 있다.After the section where the pressure on the anode side has the minimum pressure as the negative pressure, the cathode side nitrogen is crossed over to the anode side by the concentration gradient or density difference of nitrogen. However, in the case of the pressure drop amount at the anode end using the deteriorated stack, it is larger than the pressure drop amount in the normal stack. That is, the pressure drop rate using the deteriorated stack has a larger value than the pressure drop rate of the normal stack. Therefore, it can be seen that the pressure on the anode side of the deteriorated stack reaches the normal pressure faster than the pressure change graph of the normal stack.

위와 같이, 열화 스택의 경우, 전해질막의 손상 정도가 클수록 애노드측으로 질소 유입량이 커지게 되어, 애노드측 압력 회복속도가 빨라지게 된다. 애노드측 압력 회복속도의 증가에 따라 애노드측 압력이 상압에 도달하는 소요 시간이 짧아진다.As described above, in the case of the deteriorated stack, the greater the degree of damage of the electrolyte membrane, the larger the amount of nitrogen influx to the anode side, and the rate of pressure recovery on the anode side becomes faster. The time required for the anode side pressure to reach the normal pressure is shortened with the increase of the anode side pressure recovery speed.

이처럼, 본 발명은 연료전지제어부는 미리 저장된 기준시간에 측정된 애노드측의 압력과 상압을 비교한다. 상기 측정된 애노드측 압력이 상압보다 작은 값을 갖는 경우, 연료전지 스택은 정상으로 판단되고, 상기 측정된 애노드측 압력이 상압과 동일하거나 높게 측정되는 경우, 연료전지 스택의 열화로 판단한다.As described above, in the present invention, the fuel cell controller compares the anode-side pressure and the atmospheric pressure measured at a reference time previously stored. When the measured anode side pressure has a value smaller than the atmospheric pressure, the fuel cell stack is judged as normal, and when the measured anode side pressure is equal to or higher than the atmospheric pressure, it is determined that the fuel cell stack is deteriorated.

도 4의 경우, 연료전지 스택의 열화 측정방법의 흐름도를 도시하고 있다.In the case of FIG. 4, a flowchart of a method of measuring deterioration of the fuel cell stack is shown.

연료전지 스택의 열화를 판단하기 위해서 상기 연료전지의 연료공급 시스템을 정지한다(S100). 이후 측정부를 통해 애노드의 압력을 측정하며(S200), 연료전지제어부에 저장된 기준시간에서의 애노드측 압력과 미리 설정되어 있는 상압과 비교한는 단계를 수행한다(S300). The fuel supply system of the fuel cell is stopped to determine deterioration of the fuel cell stack (S100). Thereafter, the pressure of the anode is measured through the measuring unit (S200), and the step of comparing the anode side pressure at the reference time stored in the fuel cell control unit with the predetermined atmospheric pressure is performed (S300).

상기 측정된 애노드측 압력이 미리 설정되어 있는 상압보다 작은 값을 갖는 경우, 즉, 측정된 애노드측 압력이 음압을 갖는 경우, 상기 연료전지 스택을 정상으로 판단한다. When the measured anode side pressure has a value smaller than a preset normal pressure, that is, when the measured anode side pressure has a negative pressure, the fuel cell stack is determined to be normal.

이와 상이하게, 상기 측정된 애노드측 압력이 미리 설정되어 있는 상압보다 크거나 같은 값을 갖는 경우, 상기 연료전지 스택을 열화된 것으로 판단한다.Alternatively, when the measured anode side pressure has a value equal to or greater than a preset normal pressure, it is determined that the fuel cell stack is deteriorated.

상기와 같이, 연료전지 스택이 열화된 것으로 판단된 경우, 클러스터에 열화경고 메시지를 표시하는 단계를 더 포함하여 수행할 수 있다(S400).If it is determined that the fuel cell stack is deteriorated as described above, it may further include displaying a deterioration warning message in the cluster (S400).

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Modified forms are also included within the scope of the present invention.

Claims (7)

차량의 연료전지의 애노드에 각각 연결되어, 상기 애노드의 압력을 측정하기 위한 측정부; 및
상기 연료전지 시스템이 정지된 이후, 상기 측정부를 통해 상기 연료전지의 애노드에서 측정된 압력 데이터를 수신하고, 미리 설정된 기준시간에 상기 애노드의 압력과 상압을 비교하여 연료전지 스택의 열화정도를 판단하는 연료전지제어부;를 포함하는 연료전지 스택 열화 측정장치.
A measurement unit connected to the anode of the fuel cell of the vehicle, respectively, for measuring the pressure of the anode; And
After the fuel cell system is stopped, pressure data measured at the anode of the fuel cell is received through the measurement unit, and the degree of deterioration of the fuel cell stack is determined by comparing the pressure of the anode with the atmospheric pressure at a preset reference time A fuel cell stack deterioration measuring device comprising: a fuel cell control part;
제 1항에 있어서,
상기 연료전지제어부는, 미리 설정된 기준시간에 상기 애노드의 압력이 상압보다 크거나 같은 경우, 연료전지 스택의 열화로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 열화 측정장치.
The method according to claim 1,
Wherein the fuel cell control unit determines that the deterioration of the fuel cell stack is caused when the pressure of the anode is equal to or greater than the normal pressure at a predetermined reference time.
제 1항에 있어서,
상기 연료전지제어부는, 미리 설정된 기준시간에 상기 애노드의 압력이 음압을 갖는 경우, 연료전지 스택은 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 열화 측정장치.
The method according to claim 1,
Wherein the fuel cell control unit determines that the fuel cell stack is normal when the pressure of the anode has a negative pressure at a predetermined reference time.
제 1항에 있어서,
상기 연료전지제어부는, 상기 압력 변화를 판단함에 있어서, 애노드의 압력변화 속도를 기준으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 열화 측정장치.
The method according to claim 1,
Wherein the fuel cell controller determines the change in pressure based on a pressure change rate of the anode.
제 5항에 있어서,
상기 상압은 대기압인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 열화 측정장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the atmospheric pressure is atmospheric pressure.
연료전지 차량의 연료 공급 시스템을 정지하는 단계;
연료전지 차량의 애노드의 압력을 측정하는 단계;
제어부에 미리 설정된 기준시간에서 애노드의 압력과 제어부에 설정된 상압을 비교하는 단계;
상기 설정된 상압보다 측정된 상기 애노드의 압력크기가 작으면, 연료전지 스택을 정상으로 판단하고, 상기 설정된 상압보다 측정된 상기 애노드의 압력크기가 크거나 같은 경우, 연료전지 스택의 열화로 판단하는 연료전지 스택 열화 측정방법.
Stopping the fuel supply system of the fuel cell vehicle;
Measuring a pressure of an anode of the fuel cell vehicle;
Comparing the pressure of the anode with the pressure set in the control unit at a predetermined reference time in the control unit;
When the measured pressure of the anode is smaller than the predetermined atmospheric pressure, the fuel cell stack is judged to be normal, and when the measured pressure of the anode is greater than or equal to the predetermined atmospheric pressure, Method for measuring battery stack degradation.
제 5항에 있어서,
상기 상압은 대기압인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 열화 측정방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the atmospheric pressure is atmospheric pressure.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108258268A (en) * 2018-01-22 2018-07-06 清华大学 The control method and device of fuel battery combination stack system water failure
KR20190075238A (en) * 2017-12-21 2019-07-01 현대자동차주식회사 The method for predicting hydrogen discharging concentration of a vehicle comprising a fuel cell

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030089714A (en) * 2002-01-17 2003-11-22 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 Control device for fuel cell

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030089714A (en) * 2002-01-17 2003-11-22 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 Control device for fuel cell

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190075238A (en) * 2017-12-21 2019-07-01 현대자동차주식회사 The method for predicting hydrogen discharging concentration of a vehicle comprising a fuel cell
CN108258268A (en) * 2018-01-22 2018-07-06 清华大学 The control method and device of fuel battery combination stack system water failure
CN108258268B (en) * 2018-01-22 2020-05-08 清华大学 Control method and device for water fault of fuel cell combined electric pile system

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