KR101349022B1 - Catalyst deterioration jundging method for fuel cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지 스택이 탑재된 실제 연료전지 차량의 운전 상태에서도 스택의 셀 전압 편차를 이동평균법을 이용하여 산출하여, 촉매층에 대한 열화 판정을 내리도록 함으로써, 스택을 구성하는 다수의 셀중 특정 셀의 촉매층 열화를 용이하게 진단할 수 있도록 한 연료전지 스택의 촉매 열화 진단 방법을 제공하고자 한 것이다.The present invention calculates the cell voltage deviation of a stack using a moving average method even in an operating state of an actual fuel cell vehicle in which a fuel cell stack is mounted, and makes a determination of deterioration of a catalyst layer, thereby making it possible to determine a specific cell among a plurality of cells constituting the stack. It is an object of the present invention to provide a method for diagnosing catalyst deterioration of a fuel cell stack to facilitate diagnosis of catalyst layer deterioration.
Description
본 발명은 연료전지 스택의 촉매 열화 진단 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 스택의 운전중 셀전압 편차의 이동평균법을 이용하여 특정셀의 촉매 열화를 진단할 수 있도록 한 연료전지 스택의 촉매 열화 진단 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for diagnosing catalyst deterioration of a fuel cell stack, and more particularly, to a catalyst of a fuel cell stack capable of diagnosing catalyst deterioration of a specific cell using a moving average method of cell voltage deviation during operation of the fuel cell stack. It relates to a method for diagnosing deterioration.
연료전지(fuel cell)는 연속적으로 공급되는 반응가스(수소 및 공기중 산소)의 산화 및 환원 반응을 이용하여 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키면서 반응 생성물인 열과 전기 에너지를 생성하는 장치를 말하고, 이러한 연료전지를 구성하는 각 셀들을 수백 개 이상 적층시킨 것을 연료전지 스택이라 한다.A fuel cell refers to a device that generates heat and electrical energy as reaction products while converting chemical energy into electrical energy using oxidation and reduction reactions of reaction gases (hydrogen and oxygen in the air) continuously supplied. Stacking hundreds of cells each of the fuel cells is called a fuel cell stack.
연료전지 스택의 셀 단위 구성을 살펴보면, 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층인 공기극 및 연료극을 포함하는 전극막 접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 안쪽에 위치되고, 공기극 및 연료극의 바깥 부분에는 가스확산층(GDL: Gas Diffusion Layer) 및 개스킷(Gasket)이 차례로 적층되며, 가스확산층의 바깥쪽에는 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 유로(Flow Field)가 형성된 분리판이 위치된다.Looking at the cell unit configuration of the fuel cell stack, an electrode including a polymer electrolyte membrane capable of moving hydrogen cations and an anode and a fuel electrode, which are catalyst layers coated to react hydrogen and oxygen on both surfaces of the electrolyte membrane. Membrane-Electrode Assembly (MEA) is located inside, Gas Diffusion Layer (GDL) and Gasket (Layer) are sequentially stacked on the outside of the cathode and anode, and fuel is deposited outside of the gas diffusion layer. A separation plate is formed in which a flow field is formed to supply and discharge the water generated by the reaction.
이러한 연료전지 스택의 구성중 촉매층 즉, 공기극 및 연료극의 손상에 의한 셀 전압 편차가 발생되므로, 열화에 따른 촉매 손실량을 정량적으로 측정하여 공기극 및 연료극을 이루는 촉매층의 내부식성을 평가하는 고장 진단법이 요구되고 있다.Since the cell voltage variation occurs due to damage of the catalyst layer, that is, the air electrode and the fuel electrode during the construction of the fuel cell stack, a failure diagnosis method for measuring corrosion resistance of the catalyst layer forming the air electrode and the fuel electrode by quantitatively measuring the amount of catalyst loss due to deterioration is required. It is becoming.
종래의 촉매에 대한 내부식성 평가 방법 중, 순환 전압-전류법(CV)이 이용되고 있다.Cyclic voltage-current method (CV) is used in the corrosion resistance evaluation method with respect to the conventional catalyst.
즉, 작업 전극의 전위를 초기 전위로부터 산화 또는 환원하고, 환원 한계 전위 또는 산화 한계 전위를 거쳐 원래의 전위를 되돌아오도록 시간에 따라 변환시켜 전위 변화에 대응하는 전류값을 측정하는 순환 전압-전류법(CV)을 이용하여, 촉매층에 대한 내부식성 평가와 더불어 촉매층의 고장 진단을 하고 있다.That is, the cyclic voltage-current method of oxidizing or reducing the potential of the working electrode from the initial potential, converting the original potential through the reduction limit potential or the oxidation limit potential over time, and measuring the current value corresponding to the potential change. Using (CV), the failure of the catalyst layer is diagnosed along with the corrosion resistance evaluation of the catalyst layer.
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이렇게 순환 전압-전류법을 이용하여 측정된 촉매층의 백금 유효 활성 표면적(Spt) 감소율이 적을 수록 내부식성에 강한 촉매로 판단하고, 촉매층의 백금 유효 활성 표면적(Spt) 감소율이 클수록 촉매층의 고장으로 판정한다.Thus, the smaller the platinum effective active surface area (Spt) reduction rate of the catalyst layer measured using the cyclic voltammetry method, the more resistant to corrosion resistance, and the larger the platinum effective active surface area (Spt) reduction rate of the catalyst layer, the more determined the failure of the catalyst layer. do.
그러나, 상기한 종래의 순환 전압-전류법은 인위적인 전압을 촉매층에 가해야 하기 때문에 실험용으로 적합할 뿐, 연료전지 스택이 탑재된 실제 연료전지 차량의 운전중에는 적용 불가능한 단점이 있다.
However, the above-described conventional cyclic voltammetry is only suitable for experimentation because an artificial voltage must be applied to the catalyst layer, and is not applicable during the operation of an actual fuel cell vehicle equipped with a fuel cell stack.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 연료전지 스택이 탑재된 실제 연료전지 차량의 운전 상태에서도 스택의 셀 전압 편차를 이동평균법을 이용하여 산출하여, 촉매층에 대한 열화 판정을 내리도록 함으로써, 스택을 구성하는 다수의 셀중 특정 셀의 촉매층 열화를 용이하게 진단할 수 있도록 한 연료전지 스택의 촉매 열화 진단 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made in view of the above, and in order to determine the deterioration of the catalyst layer by calculating the cell voltage deviation of the stack using a moving average method even in a driving state of an actual fuel cell vehicle equipped with a fuel cell stack. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for diagnosing catalyst deterioration of a fuel cell stack, which facilitates diagnosing catalyst layer deterioration of a specific cell among a plurality of cells constituting the stack.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연료전지 스택에서 생성되는 특정한 전류 범위에서, 스택 평균전압과 최소 셀전압의 차이를 계산하되, 2개 이상의 대표 전류 범위에서 스택 평균전압과 최소 셀전압의 차이를 계산하는 단계와; 저전류의 전류범위에서의 스택 평균전압과 최소 셀전압의 차이를 각각 구하여 그 평균값(평균DV1)을 계산하는 단계와; 고전류의 전류범위에서의 스택 평균전압과 최소 셀전압의 차이를 각각 구하여 그 평균값(평균DV2)을 계산하는 단계와; 평균 DV2 > 평균 DV1+b 인 경우, 최소 셀전압이 발생된 특정 셀의 촉매가 열화된 것으로 고장 판정하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 촉매 열화 진단 방법을 제공한다.
In order to achieve the above object, the present invention calculates a difference between a stack average voltage and a minimum cell voltage in a specific current range generated in a fuel cell stack, but differs between a stack average voltage and a minimum cell voltage in two or more representative current ranges. Calculating a; Calculating a difference between the average stack voltage and the minimum cell voltage in the low current range and calculating the average value (average DV1); Calculating a difference between the average stack voltage and the minimum cell voltage in the high current range and calculating the average value (average DV2); When average DV2> average DV1 + b, failure determination as deterioration of the catalyst of the specific cell in which the minimum cell voltage has occurred; It provides a method for diagnosing catalyst degradation of a fuel cell stack, characterized in that consisting of.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.Through the above-mentioned means for solving the problems, the present invention provides the following effects.
본 발명에 따르면, 연료전지 스택의 촉매층 상태 진단을 위한 별도의 시험이 불필요하고, 촉매 진단 시간이 짧으면서도 실차 운전 중 진단이 가능한 장점이 있고, 촉매 셀 수명을 예측 및 사전 고장 진단이 가능한 장점을 제공한다.According to the present invention, there is no need for a separate test for diagnosing the condition of the catalyst layer of the fuel cell stack, the catalyst diagnosis time is short, and the diagnosis can be performed during actual vehicle operation. to provide.
또한, 촉매 상태 진단을 위한 제어기 메모리 할당을 최소화시킬 수 있다.
In addition, controller memory allocation for catalyst status diagnosis can be minimized.
도 1은 연료전지 스택을 구성하는 다수의 셀중 정상 셀과 촉매 손실셀에 대한 전류-전압 곡선,
도 2는 실제 연료전지 차량에 탑재된 스택의 운전시, 다수의 셀중 정상 셀과 촉매 손실 셀에 대한 전류-전압 곡선.1 is a current-voltage curve for a normal cell and a catalyst loss cell among a plurality of cells constituting a fuel cell stack;
2 is a current-voltage curve for a normal cell and a catalyst loss cell of a plurality of cells in operation of a stack mounted in an actual fuel cell vehicle.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부한 도 1은 연료전지 스택을 구성하는 다수의 셀중 정상 셀과 촉매 손실셀에 대한 전류-전압을 소정의 평가 장비를 이용하여 측정한 전류-전압 곡선을 나타내고 있다.FIG. 1 shows a current-voltage curve obtained by measuring a current-voltage of a normal cell and a catalyst loss cell among a plurality of cells constituting the fuel cell stack using predetermined evaluation equipment.
도 1에서 보듯이, 촉매가 손상된 셀과 정상 셀과의 전압 차이는 전류가 증가 할수록 커짐을 알 수 있고, 또한 특정 전류에서 측정한 정상 셀과 손상 셀간의 전압 편차는 매우 작거나 크므로 각 전류에서의 셀 전압 하락 정도를 비교하여 촉매셀의 고장을 판단하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 1, it can be seen that the voltage difference between the damaged cell and the normal cell increases as the current increases, and the voltage deviation between the normal cell and the damaged cell measured at a specific current is very small or large, so that each current It is preferable to determine the failure of the catalyst cell by comparing the degree of the cell voltage drop at.
첨부한 도 2는 실제 연료전지 차량에 탑재된 스택의 운전시, 다수의 셀중 정상 셀과 촉매 손실 셀에 대한 전류-전압을 측정한 실 운전 데이타로서, 스택의 평균 전압(파란색)과 촉매가 손상된 최소 셀전압을 나타내고 있다.FIG. 2 shows actual operation data of current-voltage measured for a normal cell and a catalyst loss cell among a plurality of cells during operation of a stack mounted in an actual fuel cell vehicle, and the average voltage of the stack (blue) and the catalyst are damaged. The minimum cell voltage is shown.
도 2에서 보듯이, 연료전지 차량에 탑재된 스택 운전시 전류는 램덤(random)하게 변화함을 알 수 있고, 또한 특정 전류에서 운전되는 회수도 많지 않으며, 동일한 전류에서 각 셀 전압들은 산포를 가진다.As shown in FIG. 2, it can be seen that the current in the stack operation mounted on the fuel cell vehicle is changed randomly, and also the number of times the specific current is driven is small, and each cell voltage at the same current has a dispersion. .
따라서, 상기와 같은 실 운전 데이터를 이용하여 촉매 손실 셀을 판단하는 경우 특정한 전류 범위에서의 전압 차이 즉, 스택 평균전압과 촉매 손실 셀 전압(이하, 특정 셀 전압 또는 최소 셀전압이라 칭함)간의 차이를 계산하여야 한다.Therefore, when determining the catalyst loss cell using the actual operation data as described above, the voltage difference in a specific current range, that is, the difference between the stack average voltage and the catalyst loss cell voltage (hereinafter, referred to as a specific cell voltage or minimum cell voltage). Should be calculated.
예를 들어, 연료전지 차량의 스택 운전시 생성되는 전류가 0.6일 때, 스택 평균전압과 특정 셀 전압 차이(DV)를 계산하는 경우, 즉 스택 평균전압과 최소셀 전압 간의 차이(스택 평균전압 - 최소셀 전압)를 계산하는 경우 전류 범위가 0.6-a < 전류 < 0.6+a 일 때의 데이터를 이용하여 계산하도록 한다.
여기서, a는 특정 전류(대표 전류)를 이용하여 전압 차이를 계산할 때, 이때의 특정 전류의 전류 범위를 정하기 위해 측정작업자가 임의로 설정하는 여유값을 의미한다.
이는 위에서 설명한 바와 같이, 실제 연료전지 스택의 운전시 전류는 랜덤하게 변화하고, 또 특정 전류에서 운전되는 회수도 많지 않으며, 또 동일한 전류에서 각 셀 전압들이 산포를 가지기 때문에, 실 운전 데이터를 이용하여 촉매 손실 셀을 판단하는 경우, 특정 전류(0.6이나 0.4 등)에 "+" 및 "-" 여유값(a)을 주어 전류 범위를 정해놓고, 이렇게 정한 전류 범위에서의 전압 차이를 계산하기 위함이다. For example, when the current generated during stack operation of a fuel cell vehicle is 0.6, when the stack average voltage and the specific cell voltage difference DV are calculated, that is, the difference between the stack average voltage and the minimum cell voltage (stack average voltage − When calculating the minimum cell voltage), calculate the data using the data when the current range is 0.6-a <current <0.6 + a.
Here, a means a margin value arbitrarily set by a measurement operator to determine a current range of a specific current at this time when calculating a voltage difference using a specific current (representative current).
As described above, since the current varies randomly during operation of the actual fuel cell stack, and the number of operating at a specific current is not large, and the cell voltages are scattered at the same current, the actual operating data is used. In the case of determining the catalyst loss cell, the current range is determined by giving a "+" and a "-" margin value (a) to a specific current (such as 0.6 or 0.4) and calculating a voltage difference in the current range. .
더욱 바람직하게는, 연료전지 차량의 스택 운전시 생성되는 2개 이상의 대표 전류를 이용하여, 스택 평균전압과 최소셀 전압 간의 차이를 계산하는 것이 좋으며, 예를 들어 전류 범위가 0.6-a < 전류 < 0.6+a 일 때 및 전류 범위가 0.4-a < 전류 < 0.4+a 일 때의 데이터를 이용하여 계산하도록 한다.More preferably, the difference between the stack average voltage and the minimum cell voltage may be calculated using two or more representative currents generated during stack operation of the fuel cell vehicle, for example, the current range is 0.6-a <current < Calculate using data from 0.6 + a and with current range 0.4-a <current <0.4 + a.
보다 상세하게는, 특정 전류범위 0.4-a < 전류 < 0.4+a 일 때, 스택 평균전압과 최소셀 전압 간의 차이(DV1= 스택 평균전압 - 최소셀 전압)를 각각 구하여, 그 평균값(평균 DV1)을 계산하고, 또한 특정 전류범위 0.6-a < 전류 < 0.6+a 일 때, 스택 평균전압과 최소셀 전압 간의 차이(DV2= 스택 평균전압 - 최소셀 전압)를 각각 구하여, 그 평균값(평균 DV2)을 계산하도록 한다.More specifically, when the specific current range 0.4-a <current <0.4 + a, the difference between the stack average voltage and the minimum cell voltage (DV1 = stack average voltage-minimum cell voltage) is obtained, respectively, and the average value (average DV1) is obtained. Calculate the difference between the stack average voltage and the minimum cell voltage (DV2 = stack average voltage-minimum cell voltage) when the specific current range is 0.6-a <current <0.6 + a, and calculate the average value (average DV2). Calculate
다시 말해서, 0.4-a < 전류 < 0.4+a 일 때, 이 전류 범위내에서 운전되는 회수가 n번인 경우, 0.4-a < 전류 < 0.4+a에서의 수 백개 셀이 적층된 스택의 평균전압과 최소셀 전압과의 차이로서, 평균 DV1= (스택 평균전압-최소셀 전압)/n 을 계산하고, 0.6-a < 전류 < 0.6+a 일 때, 이 전류 범위 내에서 운전되는 회수가 n번인 경우 0.6-a < 전류 < 0.6+a에서의 수 백개 셀이 적층된 스택의 평균전압과 최소셀 전압과의 차이로서, 평균 DV2= (평균전압-최소셀 전압)/n 을 계산한다.In other words, when 0.4-a <current <0.4 + a, if the number of times operated within this current range is n times, the average voltage of the stack of hundreds of cells at 0.4-a <current <0.4 + a Calculate the average DV1 = (stack average voltage-minimum cell voltage) / n as the difference from the minimum cell voltage, and when the number of times of operation within this current range is n times when 0.6-a <current <0.6 + a The average DV2 = (average voltage-minimum cell voltage) / n is calculated as the difference between the average cell voltage and the minimum cell voltage of a stack of several hundred cells at 0.6-a <current <0.6 + a.
따라서, 평균 DV2 > 평균 DV1+b 인 경우, 최소셀(특정 셀)의 촉매가 열화된 것으로 고장 판정하게 된다.
여기서, b는 촉매의 고장을 판정하기 위해 미리 정해진 설정값으로서, 상기 평균 DV2의 값이 상기 평균 DV1에 b를 합한 값보다 큰 경우에 촉매가 열화된 것으로 고장 판정하게 된다.
즉, 상기 평균 DV1과 평균 DV2를 비교하여 그 차이값(평균 DV2-평균 DV1)이 설정값(b)보다 크면 촉매 고장으로 판정하게 된다. Therefore, when average DV2> average DV1 + b, failure determination is made that the catalyst of the minimum cell (specific cell) has deteriorated.
Here, b is a predetermined set value for determining the failure of the catalyst, and when the value of the average DV2 is larger than the sum of b plus the average DV1, the failure is judged to be deteriorated.
That is, the average DV1 is compared with the average DV2, and if the difference (average DV2-average DV1) is larger than the set value b, it is determined that the catalyst has failed.
도 2에서와 같이, 촉매가 손상된 셀의 경우 스택의 전류가 증가할수록 전압은 하락하여 정상적인 셀과 촉매가 손상된 셀과의 전압 차이는 전류증가에 따라 증가하게 되고, 촉매의 손상이 더 심화될수록 그 차이는 더욱 커지게 되며, 이는 촉매의 표면적의 감소로 인한 확산 저항의 증가에서 기인된다.As shown in FIG. 2, in the case of a damaged cell, the voltage decreases as the current of the stack increases, and the voltage difference between the normal cell and the damaged cell increases with increasing current, and as the damage of the catalyst increases, The difference is even larger due to the increase in diffusion resistance due to the reduction of the surface area of the catalyst.
그러므로, 고전류에서 평균전압-촉매 손상된 셀의 전압의 차이인 상기 DV2가 저전류에서 평균전압-촉매 손상된 셀의 전압의 차이인 상기 DV1보다 크고, 촉매 손상이 심할수록 그 차이는 더욱 커진다.Therefore, the DV2, which is the difference in the voltage of the average voltage-catalyzed damaged cell at high current, is larger than the DV1, the difference in the voltage of the average voltage-catalyzed damaged cell at low current, and the greater the catalyst damage, the greater the difference.
이렇게 고전류에서 스택 평균전압과 촉매 손상될 셀의 전압의 차이가 저전류에서 스택 평균전압과 촉매 손상될 셀의 전압의 차이보다 촉매의 손상 정도를 더 나타내며, 이때 상기 DV1에 특정전압값 b를 합한 값보다 DV2가 더 큰 경우에 촉매의 고장으로 스택의 수리를 필요로 하는 것으로 판정한다.Thus, the difference between the stack average voltage and the voltage of the cell to be damaged at high current indicates the degree of catalyst damage more than the difference between the stack average voltage and the voltage at the cell to be damaged at low current, wherein the specific voltage value b is added to DV1. If DV2 is greater than the value, it is determined that the failure of the catalyst requires repair of the stack.
여기서, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 촉매 열화 진단 방법을 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.Here, the catalyst degradation diagnosis method of the fuel cell stack according to the present invention will be described in more detail.
스택에서 생성되는 특정한 전류 범위에서, 스택 평균전압과 최소 셀전압 간의 차이를 나타내는 평균 셀전압 차(DV)를 계산할 때, 빈도가 가장 높은 셀 전압 차이를 이용하고, 두번째로 빈도가 높은 셀전압 차이는 임시로 저장한다.In calculating the average cell voltage difference (DV), which represents the difference between the stack average voltage and the minimum cell voltage, in the specific current range produced by the stack, use the most frequent cell voltage difference, and the second most frequent cell voltage difference. Save temporarily.
다수의 셀중 동일 셀에서 N회 이상 최소 셀전압 미발생시, 임시 저장 셀전압을 평균 셀전압 차(DV)로 계산하고, 현재 최소 전압 발생 셀의 번호 및 DV를 임시 저장한다.When the minimum cell voltage does not occur more than N times in the same cell among a plurality of cells, the temporary storage cell voltage is calculated as the average cell voltage difference DV, and the number and DV of the current minimum voltage generating cell are temporarily stored.
이때, 특정한 전류 범위에서 최소셀 전압이 발생하는 셀의 위치는 동일할 수도 있고 다른 위치의 셀일 수도 있으며, 그 일례로서 180번의 샘플링 데이터 중 10번 셀이 특정 전류범위에서 100번 최소 전압이었고, 20번셀이 80번 최소 전압이었다면 10번 셀이 가장 빈도가 높은 셀이 된다.In this case, the position of the cell where the minimum cell voltage occurs in a specific current range may be the same or may be a cell of another position, for example, cell 10 of the 180 sampling data was the minimum voltage 100 times in a specific current range, 20 If the burncell was at the minimum voltage of 80, then cell 10 would be the most frequent cell.
또한, 전압 샘플링을 1초에 한번씩 하고, 운전시간이 180초이고, 특정전류에서만 운전되었다고 할 때, 10번 셀의 최소 전압이 100번 발생하였고, 20번 셀의 최소 전압이 80번 발생하였다면 첫번째 빈도의 번호는 10번셀, 회수는 100번, 두번째 빈도의 번호는 20번셀, 회수는 80번이며, 이를 메모리에 저장한다. In addition, if the voltage sampling is performed once per second, the operation time is 180 seconds, and it is operated only at a specific current, the minimum voltage of the 10th cell occurs 100 times and the minimum voltage of the 20th cell occurs 80 times. The frequency number is 10 cells, the number is 100 times, the second frequency is 20 cells, the number is 80 times, and stored in the memory.
또한, 운전시간이 300초가 되고 특정전류에서만 운전되었다고 할 때, 10번 셀의 최소 전압이 120번 발생하였고, 20번 셀의 최소 전압이 180번 발생하였다면 첫번째 빈도의 번호는 20번 셀, 회수는 180번, 두번째 빈도의 번호는 10번셀, 회수는 120번이며, 이를 메모리에 저장한다. In addition, when the operation time is 300 seconds and it is operated only at a specific current, if the minimum voltage of the 10th cell is generated 120 times and the minimum voltage of the 20th cell is generated 180 times, the number of the first frequency is 20th cell, the number of times Number 180 is the second frequency, number 10, and number 120 is stored in memory.
이렇게 함으로써, 운전시간이 증가하여 가장 빈도가 높은 셀의 번호가 바뀌는 경우 그때 셀의 위치를 알 수 있게 된다.In this way, when the operation time increases and the number of the most frequent cell is changed, the position of the cell can be known at that time.
한편, 이동 평균법을 이용한 평균 셀 전압차 계산(DV) 과정은 아래의 수식을 이용하여 N개의 샘플 이동 평균 DV 를 계산하여 이루어진다.Meanwhile, the average cell voltage difference calculation (DV) process using the moving average method is performed by calculating N sample moving averages DV using the following equation.
상기와 같이, 이동 평균법(Moving Average)을 이용하여 특정 전류 범위에서 평균 전압 차이를 계산하는 경우, 제어기의 메모리 할당을 위해 평균 DV, 이전 평균 DV, DV, 특정 전류범위에서의 운전 회수(N)가 필요하다 As described above, when calculating the average voltage difference in a specific current range by using the moving average method, the average DV, the previous average DV, DV, the number of operations in the specific current range (N) for the memory allocation of the controller Need
일반적인 방법으로 평균 전압 차이를 계산하는 경우 운전 회수(N)개의 DV와 평균 DV, DV, 특정 전류 범위에서의 운전 회수(N)를 제어기의 메모리에 할당하여야 한다.When calculating the average voltage difference in a general manner, the number of operation (N) DVs, the average DV, DV, and the number of operation (N) in a specific current range should be allocated to the controller memory.
따라서, 본 발명에서는 이동 평균법을 이용하여 평균 DV를 계산하는 경우 제어기의 메모리 할당을 최소화할 수 있다.Therefore, in the present invention, the memory allocation of the controller can be minimized when calculating the average DV using the moving average method.
즉, 특정 전류범위에서 운전된 회수(N)가 1000번이고, 이때 평균 DV를 계산하기 위한 전압값으로 1000개의 자료가 필요하므로 제어기에서 평균을 계산하기 위해서는 1000개의 데이터 저장 장소를 필요로 하고, 운전시간이 증가하면 증가할수록 그 만큼의 메모리를 할당하여야 하지만, 본 발명에 따르면 이동 평균법을 이용하여 DV를 계산하는 경우 이전의 평균 DV, 특정 전류범위에서 운전된 회수(N), 현재의 DV값 만을 메모리로 할당하면 되므로, 결국 3개의 데이터 저장 장소만 필요하여 제어기의 메모리 할당을 최소화할 수 있다.That is, the number of times of operation (N) in a specific current range is 1000 times, and since 1000 data are needed as the voltage value for calculating the average DV, the controller needs 1000 data storage places to calculate the average. As the operation time increases, the memory should be allocated as it increases. However, according to the present invention, when the DV is calculated using the moving average method, the previous average DV, the number of times operated in a specific current range (N), and the current DV value Since only memory needs to be allocated, only three data storage locations are required, thus minimizing the memory allocation of the controller.
Claims (3)
저전류의 전류범위에서의 스택 평균전압과 최소 셀전압의 차이를 각각 구하여 그 평균값(평균DV1)을 계산하는 단계와;
고전류의 전류범위에서의 스택 평균전압과 최소 셀전압의 차이를 각각 구하여 그 평균값(평균DV2)을 계산하는 단계와;
평균 DV2 > 평균 DV1+b 인 경우, 최소 셀전압이 발생된 특정 셀의 촉매가 열화된 것으로 고장 판정하는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 촉매 열화 진단 방법.
여기서, 상기 DV1은 저전류에서 스택 평균전압과 최소 셀전압의 차이이고, 상기 DV2는 고전류에서 스택 평균전압과 최소 셀전압의 차이이고, 상기 b는 촉매의 고장을 판정하기 위해 미리 정해진 설정값이다.
Calculating a difference between the stack average voltage and the minimum cell voltage in a specific current range generated in the fuel cell stack, wherein calculating a difference between the stack average voltage and the minimum cell voltage in at least two representative current ranges;
Calculating a difference between the average stack voltage and the minimum cell voltage in the low current range and calculating the average value (average DV1);
Calculating a difference between the average stack voltage and the minimum cell voltage in the high current range and calculating the average value (average DV2);
If average DV2> average DV1 + b, failing to determine that the catalyst of the particular cell in which the minimum cell voltage has occurred has deteriorated;
A catalyst degradation diagnostic method of a fuel cell stack, characterized in that consisting of.
Here, DV1 is the difference between the stack average voltage and the minimum cell voltage at low current, DV2 is the difference between the stack average voltage and the minimum cell voltage at high current, and b is a predetermined set value for determining the failure of the catalyst. .
상기 저전류의 전류범위는 0.4-a < 전류 < 0.4+a 이고, 고전류의 전류범위는 0.6-a < 전류 < 0.6+a 인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 촉매 열화 진단 방법.
여기서, 상기 a는 전류의 전류범위를 정하기 위해 임의로 설정한 여유값이다.
The method according to claim 1,
The current range of the low current is 0.4-a <current <0.4 + a, the current range of the high current is 0.6-a <current <0.6 + a catalyst degradation diagnostic method of the fuel cell stack, characterized in that.
Here, a is a margin value arbitrarily set in order to determine the current range of the current.
상기 평균 DV1 및 DV2는
에 의하여 계산되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 촉매 열화 진단 방법.여기서, 상기 n은 고전류 혹은 저전류 범위에서의 운전 회수이고, 상기 DV는 스택 평균전압과 최소 셀전압의 차이이다.
The method according to claim 1,
The average DV1 and DV2 is
A method for diagnosing catalyst degradation of a fuel cell stack, wherein n is a number of operations in a high current or low current range, and DV is a difference between a stack average voltage and a minimum cell voltage.
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