KR20170122593A - 연료전지 핀홀 진단방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

제어부에서 연료전지 스택으로의 공기공급을 차단시키는 단계; 상기 제어부에서 각 연료전지 셀의 셀전압값을 측정하는 단계; 및 상기 제어부에서 상기 셀전압값과 평균셀전압값을 비교하여 핀홀 발생 여부를 진단하는 단계;를 포함하는 연료전지 핀홀 진단방법이 소개된다.

Description

연료전지 핀홀 진단방법 및 시스템{PIN HOLE DIAGNOSIS METHOD AND SYSTEM OF FUEL CELL}
본 발명은 연료전지 스택에 적층되는 연료전지 셀 별로 핀홀이 발생하는 경우를 정확하게 진단하여 연료전지 내구성을 향상시킬 수 있는 연료전지 핀홀 진단방법 및 시스템에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 에너지 변환장치로서 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 휴대기기의 전력을 공급하는 데에도 이용될 수 있다.
현재 연료전지는 높은 전력밀도를 갖는 고분자 전해질막 연료전지가 가장 많이 연구되고 있으며, 상기 고분자 전해질막 연료전지는 작동온도가 비교적 저온이며, 빠른 시동시간과 전력변환 반응시간, 높은 에너지 밀도를 가지는 등 많은 장점을 가지고 있다.
기본적으로 연료전지 스택은 가장 안쪽에 주요 구성부품인 막전극접합체가 위치하고, 이 막전극접합체는 수소이온을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매가 도포된 전극층인 캐소드 및 애노드로 구성되어 있다.
또한 막전극접합체의 바깥부분, 즉 캐소드 및 애노드가 위치한 바깥부분에 기체확산층, 가스켓 등이 적층되고, 기체확산층의 바깥쪽에는 반응가스를 공급하고 냉각수가 통과하는 유로가 형성된 분리판이 위치한다.
이러한 구성을 단위 셀로 하여 복수의 단위 셀을 적층한 뒤 가장 바깥쪽에는 단위 셀들을 지지하기 위한 엔드플레이트를 결합하는데, 엔드플레이트 사이에 단위 셀들을 배열하여 체결함으로써 연료전지 스택을 구성하게 된다.
이와 같은 방식으로 연료전지 스택을 제작하는 과정중에 막전극접합체에 핀홀이 발생하게 될 수 있는데, 상기 핀홀은 육안으로 확인하기 어려워 핀홀 발생여부를 손쉽게 진단하기가 어렵다. 뿐만 아니라, 핀홀 발생으로 인한 연료전지 스택의 상태 변화와 플러딩 현상 발생으로 인한 연료전지 스택의 상태 변화가 서로 유사해 이를 분간하기도 쉽지 않다는 문제점이 있다.
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.
KR 2011-0062130 A
본 발명은 연료전지 셀전압을 이용하여 연료전지에 핀홀이 발생한 경우와 플러딩이 발생한 경우를 구분하여 진단할 수 있게 됨으로써 연료전지 제어 정밀성을 향상시킬 수 있는 연료전지 핀홀 진단방법 및 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 핀홀 진단방법은 제어부에서 연료전지 스택으로의 공기공급을 차단시키는 단계; 상기 제어부에서 각 연료전지 셀의 셀전압값을 측정하는 단계; 및 상기 제어부에서 상기 셀전압값과 평균셀전압값을 비교하여 핀홀 발생 여부를 진단하는 단계;를 포함한다.
상기 진단하는 단계는, 상기 제어부에서 측정된 셀전압값의 평균인 평균셀전압값을 도출하는 단계; 상기 제어부에서 측정된 각 셀의 셀전압값과 상기 평균셀전압값의 차이인 셀전압편차값을 도출하는 단계; 및 상기 셀전압편차값이 기설정된 기준전압편차값 이상이면 상기 제어부에서 해당 셀에 핀홀이 발생되었다고 진단하는 단계;를 포함한다.
상기 셀전압편차값 도출 단계 이후에는, 상기 제어부에서 상기 각 셀의 셀전압편차값을 기설정된 기준시간 간격으로 FFT(Fast Fourier Transform)시키는 단계; 및 상기 제어부에서 FFT에 의하여 변환된 셀전압편차값을 이용하여 핀홀 발생여부를 진단하는 단계;를 포함한다.
상기 진단하는 단계는, 상기 제어부에서 측정된 셀전압값의 평균인 평균셀전압값을 도출하는 단계; 상기 제어부에서 측정된 각 셀의 셀전압값과 상기 평균셀전압값의 차이인 셀전압편차값을 도출하는 단계; 상기 제어부에서 상기 셀전압편차값이 큰 순서대로 기설정된 기준갯수만큼 추출하는 단계; 및 추출된 셀전압편차값이 기설정된 기준전압편차값 이상이면 상기 제어부에서 해당 셀에 핀홀이 발생되었다고 진단하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 연료전지 핀홀 진단방법은 제어부에서 각 연료전지 셀의 셀전압값을 측정하는 단계; 상기 제어부에서 상기 셀전압값과 상기 셀전압값의 평균인 평균셀전압값의 차이인 셀전압편차값를 각 연료전지 셀마다 도출하는 단계; 상기 제어부에서 상기 셀전압편차값의 시간당 변화율을 도출하는 단계; 및 상기 셀전압편차값의 시간당 변화율이 기설정된 기준변화율 이상이면 상기 제어부에서 해당 셀에 핀홀이 발생되었다고 진단하는 단계;를 포함한다.
상기 시간변화율을 도출하는 단계 이후에는, 상기 제어부에서 상기 셀전압편차값의 시간당 변화율이 큰 순서대로 기설정된 기준갯수만큼 추출하는 단계; 및 추출된 셀전압편차값의 시간당 변화율이 기설정된 기준변화율 이상이면 상기 제어부에서 해당 셀에 핀홀이 발생되었다고 진단하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 연료전지 핀홀 진단 시스템은 연료전지 셀; 복수개의 연료전지 셀이 적층되어 있는 연료전지 스택; 및 상기 연료전지 스택으로의 공기공급을 차단시킨 후, 상기 연료전지 셀의 셀전압값을 측정하며, 상기 셀전압값과 평균셀전압값을 비교하여 핀홀 발생 여부를 진단하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는 측정된 셀전압값의 평균인 평균셀전압값을 도출하고, 측정된 각 연료전지 셀의 셀전압값과 상기 평균셀전압값의 차이인 셀전압편차값을 도출하며, 상기 셀전압편차값이 기설정된 기준전압편차값 이상이면 해당 연료전지 셀에 핀홀이 발생되었다고 진단하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 측정된 셀전압값의 평균인 평균셀전압값을 도출하고, 측정된 각 연료전지 셀의 셀전압값과 상기 평균셀전압값의 차이인 셀전압편차값을 도출하며, 상기 셀전압편차값을 기설정된 기준시간 간격으로 FFT(Fast Fourier Transform)시켜 FFT에 의하여 변환된 셀전압편차값을 이용하여 핀홀 발생여부를 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 연료전지 핀홀 진단 시스템은 연료전지 셀; 복수개의 연료전지 셀이 적층되어 있는 연료전지 스택; 및 각 연료전지 셀의 셀전압값을 측정하고, 상기 셀전압값과 상기 셀전압값의 평균인 평균셀전압값의 차이인 셀전압편차값를 각 연료전지 셀마다 도출하며, 상기 셀전압편차값의 시간당 변화율을 도출하고, 상기 셀전압편차값의 시간당 변화율이 기설정된 기준변화율 이상이면 해당 연료전지 셀에 핀홀이 발생되었다고 진단하는 제어부;를 포함한다.
상술한 바와 같이 이용하면 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 비가역열화인 핀홀과 가역열화인 플러딩 상태를 구분하여 판단할 수 있게 되어 연료전지 내구성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 핀홀이 발생한 경우를 플러딩이 발생한 경우로 오진단하여 응축수 제거를 위한 SR상향 제어를 통해 핀홀 현상이 확장되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 핀홀 진단방법의 순서도
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 핀홀 진단방법의 순서도
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 핀홀 진단방법의 순서도
도4는 본 발명의 실시에에 따른 연료전지 핀홀 진단 시스템의 구성도
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
연료전지 스택(20)에 적층되어 있는 셀에 핀홀이 발생하는 경우, 핀홀이 발생한 셀전압은 다른 정상상태에 있는 셀전압과 차이가 발생할 수 밖에 없다. 그러므로 기본적으로 셀전압이 평균셀전압과 차이가 발생하는 경우에는 핀홀이 의심되는 경우라고 볼 수 있다. 그러나 핀홀이 발생하는 경우뿐만 아니라 플러딩이 발생하는 경우 등에 의해서도 셀전압과 평균셀전압간 차이가 발생할 수 있다. 이 중 특히 플러딩에 의하여 차이가 발생하는 경우가 문제가 된다. 왜냐하면 핀홀이 발생한 경우임에도 불구하고 제어부(30)에서 플러딩이 발생한 경우로 오인하여 스택내의 물을 제거하기 위해 공기압축기의 화학양론비(SR: Stoichiometric Ratio)를 증가시키게 되면 오히려 핀홀이 확장되는 경우가 발생할 수 있기 때문이다. 따라서 핀홀이 발생한 경우와 플러딩이 발생한 경우를 구분하는 것은 연료전지 내구성을 향상시키기 위한 제어에 있어서 중요한데 본 발명은 이를 구분하여 진단하기 위한 방법으로 구체적으로 본 발명에 의할 경우 연료전지 스택(20)에 핀홀이 발생하였는지 여부를 확인할 수 있게 된다.
본 발명에서는 핀홀 발생을 확인할 수 있는 진단방법으로 세 가지를 제시하고 있는데, 이 중 두 가지는 연료전지가 아이들 스탑 중인 경우에 판단할 수 있는 진단방법에 해당하며 나머지 하나는 연료전지가 구동 중인 경우에 핀홀이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있는 진단방법이다.
이 중 연료전지가 아이들 스탑 중인 경우의 핀홀 진당방법부터 먼저 살펴보면 첫 번째 핀홀 진단방법은 도1에서 도시하고 있는 바와 같이 제어부(30)에서 연료전지 스택(20)으로의 공기공급을 차단시키는 단계(S10); 상기 제어부(30)에서 각 연료전지 셀(10)의 셀전압값을 측정하는 단계(S20); 상기 제어부(30)에서 측정된 셀전압값의 평균인 평균셀전압값을 도출하는 단계(S30); 상기 제어부(30)에서 측정된 각 셀의 셀전압값과 상기 평균셀전압값의 차이인 셀전압편차값을 도출하는 단계(S40); 및 상기 셀전압편차값이 기설정된 기준전압편차값 이상이면 상기 제어부(30)에서 해당 셀에 핀홀이 발생되었다고 진단하는 단계(S50);를 포함한다.
연료전지가 아이들 스탑 중인 경우에는 연료전지 스택(20)에 공기공급이 차단되므로 상기 도1의 공기공급 차단단계(S10)를 통해 연료전지가 아이들 스탑 상태에 해당됨을 확인할 수 있다. 공기공급 차단단계(S10) 이후에는 셀전압값 측정단계(S20)를 통해 연료전지 스택(20)에 적층되어 있는 각 셀의 셀전압값을 측정하게 되는데 이는 연료전지가 아이들 스탑 중에도 셀에 발생된 핀홀에 의하여 애노드측의 수소가 캐소드로 크로스오버되어 캐소드에 잔존하여 있는 산소와 반응하여 전압이 발생할 수 있기 때문이다. 따라서 수소크로스오버에 의하여 셀전압이 변화하는 것을 감지하기 위한 첫 단계로써 셀전압값 측정단계(S20)를 통해 셀전압을 측정하는 것이다.
셀전압값 측정단계(S20) 이후에는 평균셀전압값 도출단계(S30)를 통해 셀전압값 측정단계(S20)를 통해 측정된 각 셀전압값의 평균인 평균셀전압값을 도출하며, 이후에 셀전압편차값 도출단계(S40)를 통해 도출된 평균셀전압값과 셀전압값의 차이인 셀전압편차값을 스택에 적층되어 있는 각 셀마다 도출하여 수소크로스오버에 의한 셀전압변화를 판단하기 위한 기준인 셀전압편차값을 도출하게 된다.
셀전압편차값 도출단계(S40) 이후에는 핀홀 발생 진단단계(S50)를 통해 각 셀마다 핀홀이 발생하였는지 여부를 진단하게 되는데 구체적으로 셀전압편차값 도출단계(S40)를 통해 도출된 각 셀들의 셀전압편차값을 기설정된 기준전압편차값과 비교하여 셀전압편차값이 기준전압편차값 이상인 경우 해당 셀에 핀홀이 발생하였다고 판단하게 된다.
여기서 기준전압편차값은 해당 셀에 핀홀이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있는 기준값에 해당하는데 앞서 언급한 바와 같이 핀홀이 발생한 경우와 플러딩이 발생한 경우를 구분할 수 있는 값이어야 될 것이다. 이는 각 셀의 정격셀전압이 얼마인지에 따라 달라질 수 있는 문제이나 정격셀전압을 0.8~1V로 가정한다면 여기서의 기준전압편차값은 대략적으로 0.2V정도가 될 것이다. 즉 셀전압편차가 최소 0.2V는 초과하여야 해당 셀에 핀홀이 발생하였다고 판단하게 되는 것이다.
앞서 언급한 핀홀 진단방법을 이용하게 되면 연료전지 스택(20)내에 적층되어 있는 각 셀마다 핀홀이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있게 된다. 그러나 스택 내부에는 많은 수의 셀이 있으므로 스택 내부에 존재하는 모든 셀의 셀전압을 측정하여 이를 기반으로 모든 셀의 핀홀 진단여부를 판단하는 것은 제어부(30)에 과도한 부담을 주게 되어 핀홀 진단의 응답성이 떨어지게 된다.
따라서 본 발명에서는 핀홀 진단 응답성을 향상시키기 위한 방법으로써 셀전압편차값 도출단계(S40) 이후에 상기 제어부(30)에서 상기 셀전압편차값이 큰 순서대로 기설정된 기준갯수만큼 추출하는 단계; 및 추출된 셀전압편차값이 기설정된 기준전압편차값 이상이면 상기 제어부(30)에서 해당 셀에 핀홀이 발생되었다고 진단하는 단계;를 제시하고 있다. 이를 통해 핀홀 진단을 판단해야 하는 셀의 개수가 감소되므로 핀홀 진단 응답성이 향상되며, 셀전압편차값이 큰 순서대로 추출하여 핀홀 발생 여부를 판단하므로 상기 진단방법을 통해 핀홀이 발생된 셀을 누락하는 경우가 적을 것이다. 여기서 기준갯수는 핀홀 진단 방법의 응답성과 정확성간에서 어떤 것을 우선순위에 둘 것이냐에 따라 설계자가 적절하게 설정할 수 있는 값으로 응답성을 우선순위에 둔다면 기준갯수는 작을수록 좋을 것이고 정확성에 운선순위를 둔다면 기준갯수는 클수록 바람직할 것이다.
더불어 도2에서는 연료전지가 아이들 스탑 경우에 있는 핀홀 진단방법으로써 두 번째 방법을 도시하고 있다. 공기공급 차단단계(S10)부터 셀전압편차값 도출단계(S40)까지는 도1과 동일한 방식으로 진행이 된다. 그러나 셀전압편차값 도출단계(S40) 이후에는 도2에서 도시하고 있는 바와 같이 상기 제어부(30)에서 상기 각 셀의 셀전압편차값을 기설정된 기준시간 간격으로 FFT(Fast Fourier Transform)시키는 단계(S60);를 수행하게 된다.
앞서 언급한 바와 같이 도1에 의한 핀홀 진단 방법은 스택 내에 적층되는 각 셀을 셀전압편차값을 하나하나씩 비교하여 각 셀마다 핀홀발생 여부를 판단하는 것이므로 핀홀 진단을 하는데 소요되는 시간이 길어 진단의 응답성이 떨어진다. 이런 면에서 각 연료전지 셀(10)에 핀홀이 발생하였는지 여부를 하나하나 판단하는 것이 아니라 오히려 일차적으로 연료전지 스택(20)에 핀홀이 발생하였는지 여부를 먼저 판단해 핀홀이 발생한 경우 이에 맞게 연료전지 제어를 한 후, 이차적으로 어느 셀에 핀홀이 발생하였는지 여부를 판단하는 것이 바람직할 수 있다.
도2에서 도시하고 있는 FFT 단계(S60)가 바로 이를 위한 단계로 셀전압편차값 도출단계(S40)를 통해 도출된 셀전압편차값을 일괄적으로 Fast Fourier 변환시킴으로써 연료전지 스택(20)에 핀홀이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다. 셀전압편차값을 Fast Fourier 변환시키는 방법에는 다양한 방법이 있을 수 있다. 일례로써 평균셀전압값 대비 각 셀 셀전압값의 차이를 반전시킨 값을 Fast Fourier변환시키는 방법을 고려해 볼 수 있을 것이다.
FFT 단계(S60) 이후에는 도2에서 도시한 바와 같이 핀홀 발생 진단단계(S50)를 수행하게 되는데, 본 단계에서는 구체적으로 핀홀이 발생하지 않은 경우 Fast Fourier 변환에 의한 크기값은 대체적으로 0에 가까울 것이나 핀홀이 발생한 경우에는 Fast Fourier 변환에 의한 크기값이 0보다 큰 값(예를들어 3)을 가질 수 있으므로 이와 같은 경우에는 연료전지 스택(20)에 핀홀이 발생하였다고 진단하게 되는 것이다.
도2에서 도시하고 있는 방법에 따를 경우에는 구체적으로 스택의 어느 셀에 핀홀이 발생하였는지 여부를 판단할 수는 없으나, 스택에 핀홀이 발생하였는지 여부는 도1에서 도시하고 있는 핀홀 진단방법보다 빠르게 판단할 수 있으므로 빠른 연료전지 스택(20)의 핀홀 진단을 필요로 하는 경우에 도2에 의한 핀홀 진단방법을 이용하는 것이 바람직할 것이다.
마지막으로 본 발명에서 제시하고 있는 핀홀 진단 방법은 앞서 언급한 바와 같이 연료전지 구동 중인 경우에 핀홀 발생여부를 진단할 수 있는 방법으로 그 구체적인 수행방법은 도3에서 도시하고 있는 바와 같이 제어부(30)에서 각 연료전지 셀(10)의 셀전압값을 측정하는 단계(S20); 상기 제어부(30)에서 상기 셀전압값과 상기 셀전압값의 평균인 평균셀전압값의 차이인 셀전압편차값를 각 연료전지 셀(10)마다 도출하는 단계(S40); 상기 제어부(30)에서 상기 셀전압편차값의 시간당 변화율을 도출하는 단계(S70); 및 상기 셀전압편차값의 시간당 변화율이 기설정된 기준변화율 이상이면 상기 제어부(30)에서 해당 셀에 핀홀이 발생되었다고 진단하는 단계(S50);를 포함한다.
본 세 번째 방법은 연료전지가 아이들 스탑인 경우의 핀홀 진단방법이 아니므로 첫 번째와 두 번째 진단방법과는 달리 공기공급 차단단계(S10)를 포함하지 않는다. 다만 본 방법도 셀전압편차값을 이용하는 점은 첫 번째와 두 번째 진단방법과 동일하므로 이와 동일하게 셀전압값 측정단계(S20)와 셀전압편차값 도출단계(S40)를 수행하게 된다.
셀전압편차값 도출단계(S40)를 수행했다면 이후에는 도3에서 도시한 바와 같이 시간당 변화율 도출단계(S70)를 수행하게 되는데, 이는 연료전지 셀(10)에 핀홀이 발생하는 경우 시간 경과에 따라 순간적으로 셀전압편차가 피크치는 경우가 발생하기 때문이다. 따라서 이러한 현상을 이용해 연료전지 핀홀 발생여부를 판단하기 위한 첫 단계로써 셀전압편차값의 시간당 변화율을 도출하고 있는 것이다. 셀전압편차값의 시간당 변화율을 도출하였다면 핀홀 발생 진단단계(S50)를 통해 도출된 셀전압편차값의 시간당 변화율을 기설정된 기준변화율과 비교하여 해당 셀에 핀홀이 발생하였는지 여부를 판단하게 된다.
여기서 기설정된 기준변화율은 셀에 핀홀이 발생하여 순간적으로 셀전압편차에 피크가 발생하는 경우를 판단하기 위한 기준값으로 앞서 기준전압편차값과 유사하게 각 셀의 정격셀전압이 얼마냐에 따라 다양한 값을 가질 수 있으나 정격셀전압을 0.8V~1V라고 가정한다면 기준변화율은 약 0.2V/s로 설정하는 것이 바람직할 것이다.
도출된 셀전압편차값의 시간당 변화율이 기준변화율 이상이라면 해당 셀에 핀홀 발생으로 인한 피크가 발생한 것으로 판단이 되는바, 본 방법을 통할 경우 연료전지가 구동 중이라 하더라도 각 셀마다 핀홀 발생여부를 진단할 수 있게 된다. 다만, 스택에 적층되어 있는 각각의 셀의 핀홀 발생 여부를 모두 진단하는 것은 앞서 언급한 바와 같이 응답성이 떨어지므로 본 발명에서는 시간당 변화율을 이용하여 핀홀 발생여부를 진단하는 방법에서도 시간당 변화율 도출단계(S70) 이후에 상기 제어부(30)에서 상기 셀전압편차값의 시간당 변화율이 큰 순서대로 기설정된 기준갯수만큼 추출하는 단계; 및 추출된 셀전압편차값의 시간당 변화율이 기설정된 기준변화율 이상이면 상기 제어부(30)에서 해당 셀에 핀홀이 발생되었다고 진단하는 단계;를 포함하여 핀홀 진단 응답성을 향상시킬 수 있는 방법을 제시하고 있다.
따라서 상기 세 가지 방법(첫 번째는 셀전압편차값을 이용하는 방법, 두 번째는 FFT를 이용하는 방법, 세 번째는 셀전압편차값의 시간당 변화율을 이용하는 방법)을 통해 각 셀에 혹은 연료전지 스택(20)에 핀홀이 발생하였는지 여부를 진단할 수 있으며, 핀홀이 발생하였다고 진단되는 경우 해당 셀을 교체하는 등의 방법을 강구할 수 있게 되는바 본 발명에 따를 경우 연료전지의 내구성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
더불어 본 발명에 따른 연료전지 핀홀 진단 시스템은 연료전지 셀(10); 복수개의 연료전지 셀(10)이 적층되어 있는 연료전지 스택(20); 및 상기 연료전지 스택(20)으로의 공기공급을 차단시킨 후, 상기 연료전지 셀(10)의 셀전압값을 측정하며, 상기 셀전압값과 평균셀전압값을 비교하여 핀홀 발생 여부를 진단하는 제어부(30);를 포함할 수 있으며, 앞서 언급한 바와 같이 상기 제어부(30)는 측정된 셀전압값의 평균인 평균셀전압값을 도출하고, 측정된 각 연료전지 셀(10)의 셀전압값과 상기 평균셀전압값의 차이인 셀전압편차값을 도출하며, 상기 셀전압편차값이 기설정된 기준전압편차값 이상이면 해당 연료전지 셀(10)에 핀홀이 발생되었다고 진단할 수 있을 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 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.
S10: 공기공급 차단단계 S20: 셀전압값 측정단계
S30: 평균셀전압값 도출단계 S40: 셀전압편차값 도출단계
S50: 핀홀발생 진단단계 S60: FFT 단계
S70: 시간당 변화율 도출단계 10: 연료전지 셀
20: 연료전지 스택 30: 제어부

Claims (10)

  1. 제어부에서 연료전지 스택으로의 공기공급을 차단시키는 단계;
    상기 제어부에서 각 연료전지 셀의 셀전압값을 측정하는 단계; 및
    상기 제어부에서 상기 셀전압값과 평균셀전압값을 비교하여 핀홀 발생 여부를 진단하는 단계;를 포함하는 연료전지 핀홀 진단방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 진단하는 단계는,
    상기 제어부에서 측정된 셀전압값의 평균인 평균셀전압값을 도출하는 단계;
    상기 제어부에서 측정된 각 셀의 셀전압값과 상기 평균셀전압값의 차이인 셀전압편차값을 도출하는 단계; 및
    상기 셀전압편차값이 기설정된 기준전압편차값 이상이면 상기 제어부에서 해당 셀에 핀홀이 발생되었다고 진단하는 단계;를 포함하는 연료전지 핀홀 진단방법
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 셀전압편차값 도출 단계 이후에는,
    상기 제어부에서 상기 각 셀의 셀전압편차값을 기설정된 기준시간 간격으로 FFT(Fast Fourier Transform)시키는 단계; 및
    상기 제어부에서 FFT에 의하여 변환된 셀전압편차값을 이용하여 핀홀 발생여부를 진단하는 단계;를 포함하는 연료전지 핀홀 진단방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 진단하는 단계는,
    상기 제어부에서 측정된 셀전압값의 평균인 평균셀전압값을 도출하는 단계;
    상기 제어부에서 측정된 각 셀의 셀전압값과 상기 평균셀전압값의 차이인 셀전압편차값을 도출하는 단계;
    상기 제어부에서 상기 셀전압편차값이 큰 순서대로 기설정된 기준갯수만큼 추출하는 단계; 및
    추출된 셀전압편차값이 기설정된 기준전압편차값 이상이면 상기 제어부에서 해당 셀에 핀홀이 발생되었다고 진단하는 단계;를 포함하는 연료전지 핀홀 진단방법.
  5. 제어부에서 각 연료전지 셀의 셀전압값을 측정하는 단계;
    상기 제어부에서 상기 셀전압값과 상기 셀전압값의 평균인 평균셀전압값의 차이인 셀전압편차값를 각 연료전지 셀마다 도출하는 단계;
    상기 제어부에서 상기 셀전압편차값의 시간당 변화율을 도출하는 단계; 및
    상기 셀전압편차값의 시간당 변화율이 기설정된 기준변화율 이상이면 상기 제어부에서 해당 셀에 핀홀이 발생되었다고 진단하는 단계;를 포함하는 연료전지 핀홀 진단방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 시간변화율을 도출하는 단계 이후에는,
    상기 제어부에서 상기 셀전압편차값의 시간당 변화율이 큰 순서대로 기설정된 기준갯수만큼 추출하는 단계; 및
    추출된 셀전압편차값의 시간당 변화율이 기설정된 기준변화율 이상이면 상기 제어부에서 해당 셀에 핀홀이 발생되었다고 진단하는 단계;를 포함하는 연료전지 핀홀 진단방법.
  7. 연료전지 셀;
    복수개의 연료전지 셀이 적층되어 있는 연료전지 스택; 및
    상기 연료전지 스택으로의 공기공급을 차단시킨 후, 상기 연료전지 셀의 셀전압값을 측정하며, 상기 셀전압값과 평균셀전압값을 비교하여 핀홀 발생 여부를 진단하는 제어부;를 포함하는 연료전지 핀홀 진단 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는 측정된 셀전압값의 평균인 평균셀전압값을 도출하고, 측정된 각 연료전지 셀의 셀전압값과 상기 평균셀전압값의 차이인 셀전압편차값을 도출하며, 상기 셀전압편차값이 기설정된 기준전압편차값 이상이면 해당 연료전지 셀에 핀홀이 발생되었다고 진단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 핀홀 진단 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는 측정된 셀전압값의 평균인 평균셀전압값을 도출하고, 측정된 각 연료전지 셀의 셀전압값과 상기 평균셀전압값의 차이인 셀전압편차값을 도출하며, 상기 셀전압편차값을 기설정된 기준시간 간격으로 FFT(Fast Fourier Transform)시켜 FFT에 의하여 변환된 셀전압편차값을 이용하여 핀홀 발생여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 핀홀 진단 시스템.
  10. 연료전지 셀;
    복수개의 연료전지 셀이 적층되어 있는 연료전지 스택; 및
    각 연료전지 셀의 셀전압값을 측정하고, 상기 셀전압값과 상기 셀전압값의 평균인 평균셀전압값의 차이인 셀전압편차값를 각 연료전지 셀마다 도출하며, 상기 셀전압편차값의 시간당 변화율을 도출하고, 상기 셀전압편차값의 시간당 변화율이 기설정된 기준변화율 이상이면 해당 연료전지 셀에 핀홀이 발생되었다고 진단하는 제어부;를 포함하는 연료전지 핀홀 진단 시스템.
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