KR20180067276A - Failure diagnosis apparatus and method for air supply system of fuel cell - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a failure diagnosis device of an air supply system for a fuel cell and a method for the same. The failure diagnosis device of the air supply system for a fuel cell can improve performance of failure diagnosis and can reduce failure repairing time by accurately diagnosing whether a gas sealing state of a part among an air cutoff valve (ACV) and a stack cathode, wherein there is an inflow possibility of outer air in an air supply system supplying air to a stack of a fuel cell, is a failure. To achieve the purpose of the present invention, the failure diagnosis device of the air supply system for a fuel cell includes: a voltage sensing unit sensing an output voltage of the stack of the fuel cell; an air supply unit supplying air to the fuel cell stack; a valve controlling the air flow rate supplied to the fuel cell stack; and a control unit removing oxygen from the stack cathode as a first output voltage of the fuel cell stack that exceeds a threshold in a cold start while the valve is closed, and supplying hydrogen to the stack of the fuel cell, wherein the control unit also detects a failure position of the air supply system based on a second output voltage sensed by the voltage sensing unit after the air supply unit is operated during a reference time at a reference RPM.

Description

연료전지용 공기공급계의 고장 진단장치 및 그 방법{FAILURE DIAGNOSIS APPARATUS AND METHOD FOR AIR SUPPLY SYSTEM OF FUEL CELL}Technical Field [0001] The present invention relates to an apparatus for diagnosing faults in an air supply system for a fuel cell,

본 발명은 연료전지용 공기공급계의 고장 진단장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 스택에 공기를 공급하는 공기공급계의 기밀(gas seal) 상태를 정확도 높게 진단하는 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an apparatus and method for diagnosing an air supply system for a fuel cell, and more particularly, to a technology for diagnosing a gas seal state of an air supply system for supplying air to a fuel cell stack with high accuracy .

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/전자제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다.Fuel cells are a type 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 시동 시간과 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.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.

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 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.

한편, 종래의 연료전지용 공기공급계의 고장 진단을 진단하는 기술은 스택의 공기극으로 공기를 공급하는 공기 공급라인과, 상기 공기 공급라인의 도중에 설치된 에어필터 및 에어 블로워를 가진 공기공급계에서의 이상 여부를 진단하는 연료전지시스템에서, 시동 이후에 공기 공급라인 상에서 에어 블로워의 상류 측에 설치된 유량센서에 의해 공기유량을 실측하고, 전력센서에 의해 에어 블로워의 소모전력을 실측하는 실측단계와, 실측된 공기유량 및 소모전력이 정상범위 이내인지를 판단하는 판단단계와, 상기 판단단계에서 실측된 공기유량 및 소모전력이 정상범위를 이탈한 것으로 판단되면 공기공급계의 고장 상태를 경고한 후에 연료전지시스템의 운전을 정지하는 운전정지단계를 포함한다.On the other hand, a conventional technology for diagnosing failure diagnosis of an air supply system for a fuel cell includes an air supply line for supplying air to the air electrode of the stack, an air filter installed in the middle of the air supply line and an air supply system The actual flow rate is measured by a flow rate sensor provided upstream of the air blower on the air supply line after startup and the actual power consumption of the air blower is measured by the power sensor, Determining whether the air flow rate and the consumed electric power are within a normal range; and if it is determined that the air flow rate and the consumed electric power measured in the determining step are out of the normal range, And stopping the operation of the system.

이러한 종래의 기술은 공기공급계 전체의 고장만을 진단할 수 있을 뿐, 구체적으로 공기공급계 내 어느 부품에 고장이 발생했는지 정확하게 진단하지 못하는 문제점이 있다.This conventional technology has a problem that only the failure of the entire air supply system can be diagnosed, specifically, it is not possible to accurately diagnose which part in the air supply system has a failure.

특히, 종래의 기술은 공기공급계에서 외부 공기의 유입 가능성이 있는 스택 공기극(cathode)과 ACV(Air Cutoff Valve) 중 어느 부품의 기밀(gas seal) 상태가 불량인지를 정확하게 진단해 내지 못하는 문제점이 있다.Particularly, the conventional technology has a problem in that it can not accurately diagnose whether the gas seal state of the stack cathode (cathode) and the ACV (air cutoff valve), which are likely to flow in the air supply system, is defective have.

대한민국등록특허 제10-1679971호Korean Patent No. 10-1679971

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 연료전지 스택에 공기를 공급하는 공기공급계에서 외부 공기의 유입 가능성이 있는 스택 공기극(cathode)과 ACV(Air Cutoff Valve) 중 어느 부품의 기밀(gas seal) 상태가 불량인지를 정확하게 진단해 냄으로써, 고장 진단의 성능을 향상시키는 것은 물론 고장 수리시간을 단축할 수 있는 연료전지용 공기공급계의 고장 진단장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention provides an air supply system for supplying air to a fuel cell stack, comprising a stack cathode (cathode) and an ACV (air cutoff valve) The present invention provides a fault diagnosis apparatus and method for an air supply system for a fuel cell capable of improving the performance of fault diagnosis as well as shortening a fault repair time by accurately diagnosing whether the gas seal state is defective or not have.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations particularly pointed out in the appended claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 연료전지용 공기공급계의 고장 진단장치에 있어서, 연료전지 스택의 출력전압을 감지하는 전압 감지부; 상기 연료전지 스택에 공기를 공급하는 공기 공급부; 상기 연료전지 스택에 공급되는 공기량을 조절하는 밸브; 상기 밸브가 닫혀 있는 상태에서 냉간 시동시, 상기 연료전지 스택의 제1 출력전압이 임계치를 초과함에 따라 스택 공기극에서 산소를 제거하고, 상기 연료전지 스택에 수소를 공급하며, 기준 RPM으로 기준시간 동안 상기 공기 공급부를 동작시킨 후에 상기 전압 감지부에 의해 감지된 제2 출력전압에 기초하여 공기공급계의 고장위치를 검출하는 제어부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for diagnosing an air supply system for a fuel cell, comprising: a voltage sensing unit for sensing an output voltage of the fuel cell stack; An air supply unit for supplying air to the fuel cell stack; A valve for regulating an amount of air supplied to the fuel cell stack; Removing the oxygen from the stack air electrode as the first output voltage of the fuel cell stack exceeds the threshold at the time of cold start in the closed state of the valve, supplying hydrogen to the fuel cell stack, And a control unit for detecting a failure position of the air supply system based on the second output voltage sensed by the voltage sensing unit after operating the air supply unit.

여기서, 상기 제어부는 상기 제2 출력전압이 임계치를 초과하면 상기 밸브의 기밀상태가 불량인 것으로 판단하고, 상기 제2 출력전압이 임계치를 초과하지 않으면 상기 스택 공기극의 기밀상태가 불량인 것으로 판단할 수 있다.If the second output voltage exceeds the threshold value, the control unit determines that the airtightness of the valve is defective. If the second output voltage does not exceed the threshold value, the control unit determines that the airtightness of the stacked air electrode is defective .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 연료전지용 공기공급계의 고장 진단방법에 있어서, 밸브가 연료전지 스택에 공급되는 공기를 차단하는 단계; 전압 감지부가 연료전지 스택의 출력전압을 감지하는 단계; 제어부가 냉간 시동시 상기 연료전지 스택의 제1 출력전압이 임계치를 초과함에 따라 스택 공기극에서 산소를 제거하는 단계; 상기 제어부가 연료전지 스택에 수소를 공급하는 단계; 및 상기 제어부가 기준 RPM으로 기준시간 동안 연료전지 스택에 공기를 공급하도록 공기 공급부를 동작시킨 후에 상기 전압 감지부에 의해 감지된 제2 출력전압에 기초하여 공기공급계의 고장위치를 검출하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for diagnosing a failure of an air supply system for a fuel cell, comprising: blocking air supplied to a fuel cell stack by a valve; Sensing the output voltage of the fuel cell stack; Removing oxygen from the stack cathode as the first output voltage of the fuel cell stack exceeds a threshold at the cold start of the controller; The control unit supplying hydrogen to the fuel cell stack; And detecting the failure position of the air supply system based on the second output voltage sensed by the voltage sensing unit after the control unit operates the air supply unit to supply air to the fuel cell stack for a reference time with a reference RPM .

여기서, 상기 고장위치를 검출하는 단계는 상기 제2 출력전압이 임계치를 초과하면 상기 밸브의 기밀상태가 불량인 것으로 판단하고, 상기 제2 출력전압이 임계치를 초과하지 않으면 상기 스택 공기극의 기밀상태가 불량인 것으로 판단할 수 있다.Here, the detecting of the failure position may include determining that the airtightness of the valve is bad if the second output voltage exceeds the threshold value, and if the second output voltage does not exceed the threshold value, It can be judged to be defective.

상기와 같은 본 발명은, 연료전지 스택에 공기를 공급하는 공기공급계에서 외부 공기의 유입 가능성이 있는 스택 공기극(cathode)과 ACV(Air Cutoff Valve) 중 어느 부품의 기밀(gas seal) 상태가 불량인지를 정확하게 진단해 냄으로써, 고장 진단의 성능을 향상시키는 것은 물론 고장 수리시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, when the gas seal state of any of the components of the stack cathode and ACV (air cutoff valve), which may be influx of outside air, in the air supply system for supplying air to the fuel cell stack, By accurately diagnosing the recognition, it is possible not only to improve the performance of the fault diagnosis, but also to shorten the troubleshooting time.

도 1 은 본 발명에 따른 연료전지용 공기공급계의 고장 진단장치에 대한 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 연료전지용 공기공급계의 고장 진단방법에 대한 일실시예 흐름도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a fault diagnosis apparatus for an air supply system for a fuel cell according to an embodiment of the present invention;
2 is a flowchart of an embodiment of a method for diagnosing a failure of an air supply system for a fuel cell according to the present invention.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It can be easily carried out. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 은 본 발명에 따른 연료전지용 공기공급계의 고장 진단장치에 대한 일실시예 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a fault diagnosis apparatus for an air supply system for a fuel cell according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 공기공급계의 고장 진단장치는, 연료전지 스택(10), 전압 감지부(20), ACV(Air Cutoff Valve)(30), ACV 조절부(40), 공기 공급부(Air Blower)(50), 제어부(60)를 포함한다.1, a fault diagnosis apparatus for an air supply system for a fuel cell according to the present invention includes a fuel cell stack 10, a voltage sensing unit 20, an ACV (Air Cutoff Valve) 30, (40), an air blower (50), and a controller (60).

상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 연료전지 스택(10)은 차량에 탑재되어 구동모터에 동력원을 제공한다.First, the fuel cell stack 10 is mounted on a vehicle and provides a power source to the drive motor.

전압 감지부(20)는 연료전지 스택(10)의 출력전압을 감지한다.The voltage sensing unit 20 senses the output voltage of the fuel cell stack 10.

ACV(30)는 연료전지 스택(10)에서 수소 반응시 필요한 공기량 조절을 위한 기구로서, 일례로 공기 흐름을 위한 소정의 공기 통로를 갖는 하우징과, 플랩바디를 이용해 하우징의 공기통로를 개폐하는 플랩밸브와, 플랩밸브의 개폐를 제어하는 솔레노이드밸브로 구성될 수 있다.The ACV 30 is a mechanism for regulating the amount of air required for a hydrogen reaction in the fuel cell stack 10, and includes, for example, a housing having a predetermined air passage for air flow, a flap for opening and closing the air passage of the housing, A valve, and a solenoid valve for controlling opening and closing of the flap valve.

이러한 ACV(30)는 차량의 운행 종료시(Key-off) 플랩밸브가 완전닫힘(Full Close)으로 전환되고, 반면 차량의 운행 시작시(Key-on) 플랩밸브가 완전열림(Full Open)으로 전환되는 방식으로 작동된다. 이때, 차량의 시동시 ACV(30)가 완전히 닫힌 상태(연료전지 스택(10)으로 공급되는 공기가 차단된 상태)에서 연료전지 스택(10)의 출력전압이 임계치를 초과하지 않으면 비로소 정상 시동이 이루어지며 이후 차량의 운행이 이루어진다.In this ACV 30, the flap valve is switched to the fully closed state at the time of vehicle key-off, while when the vehicle is started, the flap valve is switched to the full open state Lt; / RTI > At this time, if the output voltage of the fuel cell stack 10 does not exceed the threshold value in a state in which the ACV 30 is completely closed (the air supplied to the fuel cell stack 10 is shut off) at the start of the vehicle, And then the vehicle is operated.

또한, ACV(30)는 바이패스 유로를 갖는다. 즉, ACV(30)는 연료전지 스택(30)으로 공기를 공급하지 않고 바로 배출할 수 있는 공기의 통로를 갖으며, ACV(30)는 ACV 조절부(40)에 의해 공기를 연료전지 스택(30)으로 공급할 수도 있고 바로 배출할 수도 있다.Further, the ACV 30 has a bypass flow path. That is, the ACV 30 has a path of air that can be discharged immediately without supplying air to the fuel cell stack 30, and the ACV 30 is connected to the fuel cell stack 30 30, or may be discharged immediately.

또한, ACV 조절부(40)는 제어부(60)의 제어신호에 기초하여 ACV(30) 내 플랩밸브의 각도를 조절(공기량 조절)한다. 즉, ACV(30)의 각도를 조절하여 연료전지 스택(10)으로 공급되는 공기량을 조절한다.The ACV control unit 40 adjusts the angle of the flap valve in the ACV 30 based on the control signal from the control unit 60. That is, the angle of the ACV 30 is adjusted to adjust the amount of air supplied to the fuel cell stack 10.

또한, ACV 조절부(40)는 ACV(30)의 조절각도를 제어부(60)로 피드백할 수도 있다. 이렇게 피드백된 조절각도는 제어부(60)가 ACV(30)의 기밀상태에 문제가 있는지 스택 공기극의 기밀상태에 문제가 있는지 판단하는 과정에서 판단결과의 신뢰도를 향상시키는 작용을 한다.Also, the ACV control unit 40 may feed back the control angle of the ACV 30 to the control unit 60. The feedback adjustment angle serves to improve the reliability of the determination result in the process of determining whether there is a problem in the air-tightness state of the ACV 30 or in the air-tightness state of the stack air electrode.

공기 공급부(50)는 연료전지 스택(10)에 공기를 공급하는 일종의 에어 블로워로서, 제어부(60)의 제어하에 기준 RPM으로 작동하여 기준시간 동안 연료전지 스택(10)에 공기를 공급(압축)한다. 이때, 기준 RPM(Revolution Per Minute)은 ACV(30)의 기밀상태가 불량인 경우, 즉 ACV(30) 내부의 가스켓에 손상(찢어짐)이 발생한 경우, ACV(30)가 완전히 닫혀 있는 상태임에도 불구하고 공기가 상기 손상 부위를 통해 연료전지 스택(10)으로 공급될 정도의 압력이 가해지도록 설정한다. 물론, ACV(30)의 기밀상태가 정상이라면 상기 기준 RPM에서 연료전지 스택(10)으로 공기가 공급되지 않는다.The air supply unit 50 is an air blower that supplies air to the fuel cell stack 10 and operates with a reference RPM under the control of the controller 60 to supply (compress) air to the fuel cell stack 10 for a reference time, do. At this time, the reference revolutions per minute (RPM) is set to a predetermined value in the case where the airtight state of the ACV 30 is defective, that is, when the gasket inside the ACV 30 is damaged (torn) And the air is supplied to the fuel cell stack 10 through the damaged portion. Of course, if the airtight state of the ACV 30 is normal, no air is supplied to the fuel cell stack 10 at the reference RPM.

제어부(60)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행한다.The control unit 60 performs overall control so that each of the components can perform the function normally.

특히, 제어부(60)는 차량의 장기 주차 후 시동시, 연료전지 스택(10)의 출력전압이 임계치를 초과함에 따라 스택의 공기극에서 산소를 제거한다. 즉, 제어부(60)는 연료전지 스택(10)에 구비된 COD(Cathode Oxygen Depletion) 히터(미도시)를 작동시켜 스택의 공기극에서 산소를 제거한다. 이때, 장기 주차는 임계시간 이상 시동이 걸리지 않은 채 주차된 상태를 의미한다.In particular, the control unit 60 removes oxygen from the air electrode of the stack as the output voltage of the fuel cell stack 10 exceeds the threshold at the start of the vehicle after long-term parking. That is, the control unit 60 operates a COD (Cathode Oxygen Depletion) heater (not shown) provided in the fuel cell stack 10 to remove oxygen from the air electrode of the stack. In this case, long-term parking means that the vehicle has not been parked for more than the threshold time.

참고로, 차량의 시동시 ACV(30)는 완전히 닫혀 있는 상태이며, 연료전지 스택(10)의 출력전압이 임계치 이하인 경우에 비로소 정상 시동으로 판정되어 오픈 된다.For reference, when the vehicle is started, the ACV 30 is completely closed. When the output voltage of the fuel cell stack 10 is below the threshold value, the normal start is determined and opened.

이후, 제어부(60)는 수소공급계(미도시)를 통해 연료전지 스택(10)에 수소를 공급하고, 기준 RPM으로 기준시간 동안 작동하도록 공기 공급부(50)를 제어한다.Thereafter, the control unit 60 supplies hydrogen to the fuel cell stack 10 via a hydrogen supply system (not shown), and controls the air supply unit 50 to operate for a reference time at a reference RPM.

이후, 제어부(60)는 전압 감지부(20)에 의해 재차 감지된 연료전지 스택(10)의 전압이 임계치를 초과하면 ACV(30)의 기밀상태가 불량인 것으로 판단하고, 임계치를 초과하지 않으면 스택 공기극의 기밀상태가 불량인 것으로 판단한다.When the voltage of the fuel cell stack 10 sensed again by the voltage sensing unit 20 exceeds the threshold value, the control unit 60 determines that the airtightness of the ACV 30 is defective. If the voltage of the fuel cell stack 10 does not exceed the threshold value It is determined that the airtight state of the stacked air electrode is defective.

즉, 제어부(60)는 스택 공기극에서 산소를 완전히 제거하고 ACV(30)를 완전히 닫은 상태에서 기준 RPM으로 기준시간 동안 공기를 공급했는데, 연료전지 스택(10)의 전압이 임계치를 초과했다면 이는 충분한 양의 공기가 외부로부터 공급되었음을 의미하므로, ACV(30)의 기밀상태 불량으로 판단한다. 이때, 연료전지 스택(10)의 출력전압이 임계치를 초과하지 않았다면, 이는 차량의 장기 주차 후 시동시 연료전지 스택(10)의 출력전압이 임계치를 초과한 것에 기초하여 스택 공기극의 기밀상태 불량으로 판단한다. 참고로, 스택 공기극의 기밀상태가 불량이더라도 단시간에 연료전지 스택(10)의 전압이 임계치를 초과할 정도로 많은 양의 공기가 유입되기 어렵기 때문에, 상술한 과정에서 ACV(30)의 기밀상태가 불량이 아니면 스택 공기극의 기밀상태가 불량인 것으로 판단한다.That is, when the voltage of the fuel cell stack 10 exceeds the threshold value, the controller 60 supplies sufficient air for the reference time with the reference RPM in a state in which the oxygen is completely removed from the stack air electrode and the ACV 30 is completely closed. It means that positive air is supplied from the outside, it is determined that the airtight state of the ACV 30 is defective. At this time, if the output voltage of the fuel cell stack 10 does not exceed the threshold value, it means that the output voltage of the fuel cell stack 10 exceeds the threshold value at the time of starting after the long-term parking of the vehicle, . For reference, even if the airtightness of the stacked air electrode is poor, a large amount of air does not flow enough to exceed the threshold value of the fuel cell stack 10 in a short period of time, so that the airtight state of the ACV 30 in the above- If it is not defective, it is judged that the airtight state of the stacked air electrode is defective.

일반적으로, 연료전지 스택의 공기공급계에서 기밀상태의 불량이 발생하는 부품은 스택 공기극과 ACV(30)가 대표적이다. 그 밖의 부품은 외부의 충격으로 큰 손상을 입지 않는 한 기밀상태에 불량이 발생할 가능성이 매우 낮다.Generally, the components of the air supply system of the fuel cell stack in which the airtightness defect occurs are the stack air electrode and the ACV 30. Other components are very unlikely to cause defects in airtightness unless they are severely damaged by external impacts.

본 발명은 스택 공기극과 ACV(30) 중 어느 부품의 기밀상태가 불량인지를 매우 정확도 높게 진단할 수 있으며, 이로 인해 수리기사는 신속 정확하게 문제가 발생한 부품을 교체할 수 있다.The present invention can diagnose highly precisely whether the airtightness of the stacked air electrode and the ACV 30 is defective, thereby enabling the repairer to quickly and accurately replace the problematic component.

도 2 는 본 발명에 따른 연료전지용 공기공급계의 고장 진단방법에 대한 일실시예 흐름도이다.2 is a flowchart of an embodiment of a method for diagnosing a failure of an air supply system for a fuel cell according to the present invention.

먼저, 차량 주차시 ACV(30)가 연료전지 스택(10)에 공급되는 공기를 차단한다(201). 즉, ACV 조절부(40)가 ACV(30)를 닫는다. 이렇게 ACV(30)가 닫혀 있는 상태에서 하기의 과정(202 내지 205)이 수행된다.First, when the vehicle is parked, the ACV 30 cuts off the air supplied to the fuel cell stack 10 (201). That is, the ACV control unit 40 closes the ACV 30. In the state where the ACV 30 is closed, the following processes 202 to 205 are performed.

이후, 전압 감지부(20)가 연료전지 스택(10)의 출력전압을 감지한다(202).Then, the voltage sensing unit 20 senses the output voltage of the fuel cell stack 10 (202).

이후, 제어부(60)가 냉간 시동시 연료전지 스택(10)의 출력전압이 임계치를 초과함에 따라 스택 공기극에서 산소를 제거한다(203).Thereafter, the controller 60 removes oxygen from the stack cathode as the output voltage of the fuel cell stack 10 exceeds the threshold value during the cold start (203).

이후, 연료전지 스택(10)에 수소를 공급한다(204).Thereafter, hydrogen is supplied to the fuel cell stack 10 (204).

이후, 기준 RPM으로 기준시간 동안 연료전지 스택(10)에 공기를 공급하도록 공기 공급부(50)를 제어한다(205). 이때, ACV(30)가 닫혀 있는 상태이기 때문에 ACV(30)의 기밀상태가 정상이라면 연료전지 스택(10)에 공기가 주입되지 않지만, ACV(30)의 기밀상태가 비정상이라면 연료전지 스택(10)에 공기가 주입된다.Thereafter, the air supply unit 50 is controlled (205) to supply air to the fuel cell stack 10 for a reference time with a reference RPM. At this time, if the airtight state of the ACV 30 is normal, the air is not injected into the fuel cell stack 10 because the ACV 30 is in a closed state. However, if the airtight state of the ACV 30 is abnormal, ).

이후, 연료전지 스택(10)의 출력전압에 기초하여 공기공급계의 고장을 진단한다(206). 즉, 공기공급계의 고장위치를 검출한다. 이때, 출력전압은 '205' 과정 이후에 전압 감지부(20)에 의해 감지된 출력전압을 의미한다.Then, the failure of the air supply system is diagnosed based on the output voltage of the fuel cell stack 10 (206). That is, the failure position of the air supply system is detected. At this time, the output voltage means the output voltage sensed by the voltage sensing unit 20 after the '205' process.

즉, 공기 공급부(50)를 동작시킨 이후에 전압 감지부(20)에 의해 감지된 전압이 임계치를 초과하면 상기 ACV(30)의 기밀상태가 불량인 것으로 판단하고, 임계치를 초과하지 않으면 상기 스택 공기극의 기밀상태가 불량인 것으로 판단한다.That is, when the voltage sensed by the voltage sensing unit 20 exceeds the threshold value after the air supply unit 50 is operated, it is determined that the airtightness of the ACV 30 is defective. If the voltage is not exceeded, It is judged that the airtightness of the air electrode is defective.

한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.Meanwhile, the method of the present invention as described above can be written in a computer program. And the code and code segments constituting the program can be easily deduced by a computer programmer in the field. In addition, the created program is stored in a computer-readable recording medium (information storage medium), and is read and executed by a computer to implement the method of the present invention. And the recording medium includes all types of recording media readable by a computer.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. The present invention is not limited to the drawings.

10 : 연료전지 스택
20 : 전압 감지부
30 : ACV
40 : ACV 조절부
50 : 공기 공급부
60 : 제어부10: Fuel cell stack
20:
30: ACV
40: ACV control unit
50: air supply part
60:

Claims (8)

연료전지 스택의 출력전압을 감지하는 전압 감지부;
상기 연료전지 스택에 공기를 공급하는 공기 공급부;
상기 연료전지 스택에 공급되는 공기량을 조절하는 밸브;
상기 밸브가 닫혀 있는 상태에서 냉간 시동시, 상기 연료전지 스택의 제1 출력전압이 임계치를 초과함에 따라 스택 공기극에서 산소를 제거하고, 상기 연료전지 스택에 수소를 공급하며, 기준 RPM으로 기준시간 동안 상기 공기 공급부를 동작시킨 후에 상기 전압 감지부에 의해 감지된 제2 출력전압에 기초하여 공기공급계의 고장위치를 검출하는 제어부
를 포함하는 연료전지용 공기공급계의 고장 진단장치.A voltage sensing unit for sensing an output voltage of the fuel cell stack;
An air supply unit for supplying air to the fuel cell stack;
A valve for regulating an amount of air supplied to the fuel cell stack;
Removing the oxygen from the stack air electrode as the first output voltage of the fuel cell stack exceeds the threshold at the time of cold start in the closed state of the valve, supplying hydrogen to the fuel cell stack, A controller for detecting a failure position of the air supply system based on a second output voltage sensed by the voltage sensing unit after operating the air supply unit,
And a controller for controlling the fuel cell system. 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제2 출력전압이 임계치를 초과하면 상기 밸브의 기밀상태가 불량인 것으로 판단하고, 상기 제2 출력전압이 임계치를 초과하지 않으면 상기 스택 공기극의 기밀상태가 불량인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기공급계의 고장 진단장치.The method according to claim 1,
Wherein,
And determines that the airtightness of the valve is defective if the second output voltage exceeds the threshold value and determines that the airtightness of the stacked air electrode is defective if the second output voltage does not exceed the threshold value. Fault diagnosis device for battery air supply system. 제 1 항에 있어서,
상기 밸브의 각도를 조절하는 밸브 조절부
를 더 포함하는 연료전지용 공기공급계의 고장 진단장치.The method according to claim 1,
A valve regulating part for regulating an angle of the valve,
Further comprising: a fuel cell diagnosis unit for diagnosing a failure of the fuel cell air supply system. 제 3 항에 있어서,
상기 밸브 조절부는,
상기 밸브의 조절각도를 상기 제어부로 피드백하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기공급계의 고장 진단장치.The method of claim 3,
Wherein the valve regulator includes:
Wherein the control unit feeds back the control angle of the valve to the control unit. 제 1 항에 있어서,
상기 밸브는,
바이패스 유로를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기공급계의 고장 진단장치.The method according to claim 1,
Wherein the valve comprises:
And a bypass flow path for the fuel cell. 밸브가 연료전지 스택에 공급되는 공기를 차단하는 단계;
전압 감지부가 연료전지 스택의 출력전압을 감지하는 단계;
제어부가 냉간 시동시 상기 연료전지 스택의 제1 출력전압이 임계치를 초과함에 따라 스택 공기극에서 산소를 제거하는 단계;
상기 제어부가 연료전지 스택에 수소를 공급하는 단계; 및
상기 제어부가 기준 RPM으로 기준시간 동안 연료전지 스택에 공기를 공급하도록 공기 공급부를 동작시킨 후에 상기 전압 감지부에 의해 감지된 제2 출력전압에 기초하여 공기공급계의 고장위치를 검출하는 단계
를 포함하는 연료전지용 공기공급계의 고장 진단방법.Blocking the air supplied to the fuel cell stack by the valve;
Sensing the output voltage of the fuel cell stack;
Removing oxygen from the stack cathode as the first output voltage of the fuel cell stack exceeds a threshold at the cold start of the controller;
The control unit supplying hydrogen to the fuel cell stack; And
Detecting the failure position of the air supply system based on the second output voltage sensed by the voltage sensing unit after operating the air supply unit such that the control unit supplies air to the fuel cell stack for a reference time with a reference RPM
And a failure diagnosis method for an air supply system for a fuel cell. 제 6 항에 있어서,
상기 고장위치를 검출하는 단계는,
상기 제2 출력전압이 임계치를 초과하면 상기 밸브의 기밀상태가 불량인 것으로 판단하고, 상기 제2 출력전압이 임계치를 초과하지 않으면 상기 스택 공기극의 기밀상태가 불량인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기공급계의 고장 진단방법.The method according to claim 6,
Wherein the step of detecting the fault location comprises:
And determines that the airtightness of the valve is defective if the second output voltage exceeds the threshold value and determines that the airtightness of the stacked air electrode is defective if the second output voltage does not exceed the threshold value. (Method of Diagnosis of Battery Air Supply System). 제 6 항에 있어서,
상기 밸브는,
바이패스 유로를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기공급계의 고장 진단방법.The method according to claim 6,
Wherein the valve comprises:
And a bypass flow path for the fuel cell.
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