KR101362740B1 - Method for monitoring of fuel cell stack status - Google Patents

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KR101362740B1
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박현석
안형기
신동하
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현대오트론 주식회사
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Abstract

A method for diagnosing fuel cell stack failure according to one embodiment of the present invention comprises; a current-voltage characteristic curve producing unit which produces a current-voltage characteristic curve using a current applied to a fuel cell stack and an output voltage of the fuel cell stack; a point determination unit which determines multiple current points for calculating a total harmonic distortion (THD) in a specific section of the current-voltage characteristic curve; and a fuel cell stack failure determination unit which determines a standard value of the THD using each current value of the multiple current points. The fuel cell stack failure determination unit determines the failure of the fuel cell stack by comparing the standard value of the THD with a specific THD. [Reference numerals] (110) Current·voltage characteristic curve producing unit; (120) Point determination unit; (130) Fuel cell stack failure determination unit

Description

연료전지 스택 고장 진단 방법{METHOD FOR MONITORING OF FUEL CELL STACK STATUS}FUEL CELL STACK DIAGNOSIS METHOD {METHOD FOR MONITORING OF FUEL CELL STACK STATUS}

본 발명의 실시예들은 연료전지 스택 고장 진단 방법에 관한 것이다.
Embodiments of the present invention relate to a fuel cell stack failure diagnosis method.

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.A fuel cell is a kind of power generation device that converts chemical energy of fuel into electric energy by electrochemically reacting in a stack without converting it into heat by combustion. It can also be applied to the power supply of electronics, especially portable devices.

현재 차량 구동을 위한 전력공급원으로는 연료전지 중 가장 높은 전력밀도를 갖는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 형태가 가장 많이 연구되고 있으며, 이는 낮은 작동온도로 인한 빠른 시동시간과 빠른 전력변환 반응시간을 갖는다.Currently, as the power supply for driving a vehicle, a type of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) having the highest power density among fuel cells (PEMFC) is being studied, which is a low operating temperature. Fast start-up time and fast power conversion response 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 evenly distributes the reaction gas generated through a membrane electrode assembly (MEA) having a catalytic electrode layer having an electrochemical reaction on both sides of the solid polymer electrolyte membrane in which hydrogen ions move, and generated. Gas Diffusion Layer (GDL), which serves to transfer electrical energy, gaskets and fasteners for maintaining the tightness and proper fastening pressure of the reaction gases and cooling water, and separators for moving the reaction gases and cooling water. (Bipolar Plate) is included.

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 a fuel cell stack using such a unit cell configuration, a combination of a membrane electrode assembly and a gas diffusion layer, which is a main component inside the cell, is positioned. In the membrane electrode assembly, hydrogen and oxygen react on both sides of the polymer electrolyte membrane. A catalyst electrode layer coated with a catalyst, that is, an anode and a cathode, and a gas diffusion layer, a gasket, and the like are stacked on the outside of the anode and the cathode.

기체확산층의 바깥쪽에는 반응가스(연료인 수소와 산화제인 산소 또는 공기)를 공급하고 냉각수가 통과하는 유로(Flow Field)가 형성된 분리판이 위치된다.At the outside of the gas diffusion layer, a separation plate is formed in which a reaction field (hydrogen as fuel and oxygen or air as oxidant) is supplied and a flow field through which cooling water passes is formed.

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 potential required in an actual vehicle, unit cells must be stacked as many as required, and stacking unit cells is a stack. The potential generated in one unit cell is about 1.3V, and a plurality of cells are stacked in series to produce power required for driving a vehicle.

한편, 연료전지 차량에서는 셀의 전압을 스택 성능 및 운전상태, 고장 여부 등을 파악하는데 사용하고 있고, 더불어 반응가스의 유량 제어 등 시스템의 다양한 제어에 사용하고 있는바, 대표적으로 분리판을 커넥터 및 도선으로 셀 전압 측정장치에 연결하여 측정하고 있다.On the other hand, in the fuel cell vehicle, the cell voltage is used for grasping the stack performance, operation state, failure, etc., and is used for various control of the system such as flow rate control of the reaction gas. It is measured by connecting to cell voltage measuring device by lead wire.

종래의 셀 전압 측정장치(CVM:Cell Voltage Monitoring)는 스택 내의 모든 셀 또는 2개 셀의 전압을 직접 측정하는 것으로, 측정 정보를 모든 셀의 전압을 취합하는 주 제어기(상위 제어기)가 통합 처리하며, 고장 원인보다는 고장 결과로 인해 나타나는 전압 강하를 감시하는 방식이다.Conventional cell voltage monitoring (CVM) directly measures the voltage of every cell or two cells in the stack, and the measurement information is integrated by the main controller (the upper controller) that collects the voltages of all the cells. In other words, it monitors the voltage drop caused by the fault result rather than the cause of the fault.

이러한 셀 전압 측정장치는 배터리에 대한 측정에도 사용되고 있다. 종래의 셀 전압 측정장치는 직접적으로 셀 전압을 측정하므로 고장 셀의 위치 측정이 가능한 장점은 있으나, 매우 복잡한 회로 구성을 가지므로 장치의 조립 및 유지에 어려움이 있을 뿐만 아니라 가격이 고가이고, 스택의 고장 원인을 파악하는 것이 불가능한 단점이 있다.The cell voltage measuring device is also used for the measurement of the battery. Since the conventional cell voltage measuring device directly measures the cell voltage, it is possible to measure the position of the fault cell. However, since it has a very complicated circuit configuration, it is difficult to assemble and maintain the device, It is impossible to grasp the cause of the failure.

또한 종래 기술로 전기화학적 임피던스 분광법(EIS:Electrochemical Impedance Spectroscopy)이 이용되고 있는데, 이는 주로 전기화학분야에서 전극 반응이나 복합체의 특성을 파악하는데 이용되는 방법이다. 임피던스 분광법은 시스템 응답의 분석을 통해 복합체의 성질 및 구조, 반응에 관한 종합적인 정보를 얻을 수 있으며, 응용 화학분야나 의공학, 생체공학 분야에서도 매우 유용한 툴로 이용되고 있다.In addition, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is used as a conventional technique, which is mainly used to characterize electrode reactions or complexes in the electrochemical field. Impedance spectroscopy provides comprehensive information on the properties, structures, and reactions of complexes by analyzing system responses. It is also a very useful tool in applied chemistry, medical engineering, and biotechnology.

그러나, 전기화학적 임피던스 분광법은 오프라인(Off-line)용으로 오랜 검사시간이 필요하고, 실시간 검출이 불가하며, 가격이 고가일 뿐만 아니라 단위 셀의 검사에만 사용이 가능하다.
However, electrochemical impedance spectroscopy requires long inspection time for off-line use, real-time detection is impossible, expensive, and can be used only for inspection of unit cells.

본 발명의 일 실시예는 연료전지 스택에 인가된 전류 및 상기 연료전지 스택의 출력 전압을 이용하여 전류-전압 특성 곡선의 선형 구간에 있는 복수의 전류 포인트 각각에 해당하는 전압값을 이용하여 고조파 왜곡률의 기준값을 산출하고, 고조파 왜곡률의 기준값과 특정 고조파 왜곡률을 비교하여 연료전지 스택의 고장을 빠르게 판단함으로써 진단 분해 능력을 더욱 향상시킬 수 있는 연료전지 스택 고장 진단 방법을 제공하고자 한다.
According to an embodiment of the present invention, a harmonic distortion factor is obtained by using a current value applied to a fuel cell stack and a voltage value corresponding to each of a plurality of current points in a linear section of a current-voltage characteristic curve using an output voltage of the fuel cell stack. It is to provide a fuel cell stack failure diagnosis method that can further improve the diagnostic resolution by calculating a reference value of, comparing the reference value of the harmonic distortion rate with a specific harmonic distortion rate and quickly determining the failure of the fuel cell stack.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problem (s), and another problem (s) not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

실시예들 중에서, 연료전지 스택 고장 진단 장치에서 실행되는 연료전지 스택 고장 진단 방법은 상기 연료전지 스택에 인가된 전류 및 상기 연료전지 스택의 출력 전압을 이용하여 전류-전압 특성 곡선을 생성하는 단계, 상기 전류-전압 특성 곡선의 특정 구간에서 고조파 왜곡률(THD: Total Harmonic Distortion)을 산출하기 위한 복수의 전류 포인트들을 결정하는 단계 및 상기 복수의 전류 포인트들 각각의 전압값을 이용하여 고조파 왜곡률의 기준값을 결정하고, 상기 결정한 고조파 왜곡률의 기준값과 특정 고조파 왜곡률을 비교하여 상기 연료전지 스택의 고장 여부를 판단하는 단계를 포함한다.Among the embodiments, the fuel cell stack failure diagnosis method performed in the fuel cell stack failure diagnosis apparatus may include generating a current-voltage characteristic curve using a current applied to the fuel cell stack and an output voltage of the fuel cell stack; Determining a plurality of current points for calculating a total harmonic distortion (THD) in a specific section of the current-voltage characteristic curve and using a voltage value of each of the plurality of current points to determine a reference value of the harmonic distortion rate. And determining the failure of the fuel cell stack by comparing the determined harmonic distortion rate with a specific harmonic distortion rate.

일 실시예에서, 상기 복수의 전류 포인트들을 결정하는 단계는 전류-전압 특성 곡선에서 상기 연료전지 스택의 출력 전압 중 정상적인 전압의 변화를 나타내는 선형 구간을 선택하고, 상기 선택한 선형 구간에서 복수의 전류 포인트들을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the determining of the plurality of current points selects a linear section representing a change in normal voltage among the output voltages of the fuel cell stack in a current-voltage characteristic curve, and the plurality of current points in the selected linear section. Determining the steps.

일 실시예에서, 상기 연료전지 스택의 고장 여부를 판단하는 단계는 상기 복수의 전류 포인트들 각각에 해당하는 전류를 상기 연료전지 스택에 인가시키는 단계 및 상기 각각의 전류에 따른 연료전지 스택 전압을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, determining whether the fuel cell stack has failed may include applying a current corresponding to each of the plurality of current points to the fuel cell stack and detecting a fuel cell stack voltage according to each of the currents. It may include the step.

일 실시예에서, 상기 각각의 전류에 따른 연료전지 스택 전압을 검출하는 단계는 상기 각각의 전류에 따른 연료전지 스택 전압을 검출하여 고조파 왜곡률을 각각 산출하는 단계 및 상기 각각 산출한 고조파 왜곡률의 평균값을 산출하고, 상기 산출한 평균값을 이용하여 고조파 왜곡률의 기준값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The detecting of the fuel cell stack voltage according to each current may include detecting a fuel cell stack voltage according to each current to calculate harmonic distortion rates, and calculating an average value of the calculated harmonic distortion rates. And calculating the reference value of the harmonic distortion rate using the calculated average value.

일 실시예에서, 상기 고조파 왜곡률을 각각 산출하는 단계는 상기 각각의 전류 중 특정 전류에 따른 연료전지 스택 전압을 검출하여 고조파 왜곡률을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, calculating the harmonic distortion rate may include calculating a harmonic distortion rate by detecting a fuel cell stack voltage according to a specific current among the respective currents.

일 실시예에서, 상기 결정한 고조파 왜곡률의 기준값과 특정 고조파 왜곡률을 비교하여 상기 연료전지 스택의 고장 여부를 판단하는 단계는 상기 결정한 고조파 왜곡률의 기준값이 특정 고조파 왜곡률 이상이면 상기 연료전지 스택에 고장이 발생하였다고 판단하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of whether the fuel cell stack is faulty by comparing the determined harmonic distortion rate with a specific harmonic distortion rate may include generating a failure in the fuel cell stack if the reference value of the determined harmonic distortion rate is greater than or equal to a specific harmonic distortion rate. And determining that it has been done.

실시예들 중에서, 연료전지 스택 고장 진단 장치는 상기 연료전지 스택에 인가된 전류 및 상기 연료전지 스택의 출력 전압을 이용하여 전류-전압 특성 곡선을 생성하는 전류-전압 특성 곡선 생성부, 상기 전류-전압 특성 곡선의 특정 구간에서 고조파 왜곡률(THD: Total Harmonic Distortion)을 산출하기 위한 복수의 전류 포인트들을 결정하는 포인트 결정부 및 상기 복수의 전류 포인트들 각각의 전류값을 이용하여 고조파 왜곡률의 기준값을 결정하고, 상기 산출한 고조파 왜곡률의 기준값과 특정 고조파 왜곡률을 비교하여 상기 연료전지 스택의 고장 여부를 판단하는 연료전지 스택 고장 판단부를 포함할 수 있다.In an embodiment, the fuel cell stack failure diagnosis apparatus may include a current-voltage characteristic curve generator configured to generate a current-voltage characteristic curve using a current applied to the fuel cell stack and an output voltage of the fuel cell stack. A reference value of the harmonic distortion is determined by using a point determination unit that determines a plurality of current points for calculating total harmonic distortion (THD) in a specific section of the voltage characteristic curve, and a current value of each of the plurality of current points. The fuel cell stack failure determination unit may be configured to determine whether the fuel cell stack has failed by comparing the calculated harmonic distortion rate with a specific harmonic distortion rate.

일 실시예에서, 상기 포인트 결정부는 전류-전압 특성 곡선에서 상기 연료전지 스택의 출력 전압 중 정상적인 전압의 변화를 나타내는 선형 구간을 선택하고, 상기 선택한 선형 구간에서 복수의 전류 포인트들을 결정할 수 있다.In an embodiment, the point determiner may select a linear section indicating a change in a normal voltage among the output voltages of the fuel cell stack in a current-voltage characteristic curve, and determine a plurality of current points in the selected linear section.

일 실시예에서, 상기 연료전지 스택 고장 판단부는 상기 복수의 전류 포인트들 각각에 해당하는 전류를 상기 연료전지 스택에 인가시키고, 상기 각각의 전류에 따른 연료전지 스택 전압을 검출할 수 있다.In an embodiment, the fuel cell stack failure determiner may apply a current corresponding to each of the plurality of current points to the fuel cell stack and detect a fuel cell stack voltage according to each of the currents.

일 실시예에서, 상기 연료전지 스택 고장 판단부는 상기 각각의 전류에 따른 연료전지 스택 전압을 검출하여 고조파 왜곡률을 각각 산출하고, 상기 각각 산출한 고조파 왜곡률의 평균값을 산출하고, 상기 산출한 평균값을 이용하여 고조파 왜곡률의 기준값을 산출할 수 있다.In one embodiment, the fuel cell stack failure determination unit detects a fuel cell stack voltage according to each current, calculates harmonic distortion rates, calculates an average value of the calculated harmonic distortion rates, and uses the calculated average values. The reference value of the harmonic distortion can be calculated.

일 실시예에서, 상기 연료전지 스택 고장 판단부는 상기 각각의 전류 중 특정 전류에 따른 연료전지 스택 전압을 검출하여 고조파 왜곡률을 산출할 수 있다.In one embodiment, the fuel cell stack failure determiner may calculate a harmonic distortion rate by detecting a fuel cell stack voltage according to a specific current of each current.

일 실시예에서, 상기 연료전지 스택 고장 판단부는 상기 결정한 고조파 왜곡률의 기준값이 특정 고조파 왜곡률 이상이면 상기 연료전지 스택에 고장이 발생하였다고 판단할 수 있다.
In one embodiment, the fuel cell stack failure determining unit may determine that a failure has occurred in the fuel cell stack when the determined harmonic distortion rate is greater than or equal to a specific harmonic distortion rate.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description and the accompanying drawings.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and / or features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료전지 스택에 인가된 전류 및 상기 연료전지 스택의 출력 전압을 이용하여 전류-전압 특성 곡선의 선형 구간에 있는 복수의 전류 포인트 각각에 해당하는 전압값 이용하여 고조파 왜곡률의 기준값을 산출하고, 상기 왜곡률의 기준값과 특정 고조파 왜곡률을 비교하여 연료전지 스택의 고장을 빠르게 판단할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, harmonics are performed by using a current value applied to a fuel cell stack and a voltage value corresponding to each of a plurality of current points in a linear section of a current-voltage characteristic curve by using an output voltage of the fuel cell stack. A failure value of the fuel cell stack can be quickly determined by calculating a reference value of the distortion rate and comparing the reference value of the distortion rate with a specific harmonic distortion rate.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 고장 진단 과정을 수행하기 위한 연료전지 스택 고장 진단 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 스택 고장 진단 방법의 일 실시예를 설명하는 흐름도이다.
도 3은 전류-전압 특성 곡선을 나타내는 그래프이다.1 is a block diagram of a fuel cell stack failure diagnosis apparatus for performing a fuel cell stack failure diagnosis process according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating an embodiment of a fuel cell stack failure diagnosis method according to the present invention.
3 is a graph showing a current-voltage characteristic curve.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 고장 진단 과정을 수행하기 위한 연료전지 스택 고장 진단 장치의 블록도이다.1 is a block diagram of a fuel cell stack failure diagnosis apparatus for performing a fuel cell stack failure diagnosis process according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 전류-전압 특성 곡선 생성부(110), 포인트 결정부(120) 및 연료전지 스택 고장 판단부(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the fuel cell stack failure diagnosis apparatus 100 includes a current-voltage characteristic curve generation unit 110, a point determination unit 120, and a fuel cell stack failure determination unit 130.

전류-전압 특성 곡선 생성부(110)는 연료전지 스택에 인가된 전류 및 연료전지 스택의 출력 전압을 이용하여 전류-전압 특성 곡선을 생성한다.The current-voltage characteristic curve generator 110 generates a current-voltage characteristic curve by using the current applied to the fuel cell stack and the output voltage of the fuel cell stack.

포인트 결정부(120)는 전류-전압 특성 곡선 생성부(110)에 의해 생성된 전류-전압 특성 곡선의 특정 구간에서 고조파 왜곡률(THD: Total Harmonic Distortion)을 산출하기 위한 복수의 전류 포인트들을 결정한다. The point determiner 120 determines a plurality of current points for calculating total harmonic distortion (THD) in a specific section of the current-voltage characteristic curve generated by the current-voltage characteristic curve generator 110. .

일 실시예에서, 연료전지 스택 고장 판단부(130)는 전류-전압 특성 곡선의 선형 구간에서 복수의 전류 포인트들을 결정할 수 있다. 여기에서, 선형 구간은 연료전지 스택의 출력 전압 정상적인 전압의 변화를 나타내는 구간을 의미한다. In one embodiment, the fuel cell stack failure determiner 130 may determine a plurality of current points in a linear section of the current-voltage characteristic curve. Here, the linear period means a period indicating a change in the normal voltage of the output voltage of the fuel cell stack.

일 실시예에서, 포인트 결정부(120)는 전류-전압 특성 곡선의 선형 구간에서 임의적으로 복수의 전류 포인트들을 결정할 수 있다. In one embodiment, the point determiner 120 may arbitrarily determine a plurality of current points in a linear section of the current-voltage characteristic curve.

연료전지 스택 고장 판단부(130)는 복수의 주입 전류 포인트들 각각의 전압값을 이용하여 고조파 왜곡률의 기준값을 산출하고, 고조파 왜곡률의 기준값과 특정 고조파 왜곡률을 비교하여 연료전지 스택의 고장 여부를 판단한다.The fuel cell stack failure determining unit 130 calculates a reference value of the harmonic distortion rate by using voltage values of each of the plurality of injection current points, and determines whether the fuel cell stack has failed by comparing the reference value of the harmonic distortion rate with a specific harmonic distortion rate. do.

일 실시예에서, 연료전지 스택 고장 판단부(130)는 포인트 결정부(120)에 의해 결정된 복수의 전류 포인트들 각각에서 해당 포인트의 전류를 연료전지 스택에 인가시키고, 각각의 전류에 따른 연료전지 스택 전압을 검출하여 고조파 왜곡률을 산출할 수 있다. In one embodiment, the fuel cell stack failure determination unit 130 applies the current of the point to the fuel cell stack at each of the plurality of current points determined by the point determination unit 120, and the fuel cell according to each current The harmonic distortion can be calculated by detecting the stack voltage.

일 실시예에서, 연료전지 스택 고장 판단부(130)는 상기 각각의 전류에 따른 연료전지 스택 전압을 검출하여 고조파 왜곡률을 각각 산출하고, 상기 각각 산출한 고조파 왜곡률을 평균화하여 고조파 왜곡률의 기준값을 산출할 수 있다. In one embodiment, the fuel cell stack failure determination unit 130 detects the fuel cell stack voltage according to the respective currents, calculates harmonic distortion rates, and averages the calculated harmonic distortion rates to calculate a reference value of the harmonic distortion rates. can do.

다른 일 실시예에서, 연료전지 스택 고장 판단부(130)는 포인트 결정부(120)에 의해 결정된 복수의 전류 포인트들 각각에서 해당 포인트의 전류를 각각 추출하고, 각각 추출한 전류 중 특정 전류에 따른 연료전지 스택에 인가시키고, 각각의 전류에 따른 연료전지 스택 전압을 검출하여 고조파 왜곡률을 산출할 수 있다. In another embodiment, the fuel cell stack failure determiner 130 extracts a current of a corresponding point from each of the plurality of current points determined by the point determiner 120, and each of the extracted currents is configured according to a specific current. The harmonic distortion may be calculated by applying to the cell stack and detecting the fuel cell stack voltage according to each current.

일 실시예에서, 연료전지 스택 고장 판단부(130)는 고조파 왜곡률의 기준값과 특정 고조파 왜곡률을 비교하여 연료전지 스택의 상태를 판단할 수 있다. In one embodiment, the fuel cell stack failure determiner 130 may determine the state of the fuel cell stack by comparing a reference value of the harmonic distortion rate and a specific harmonic distortion rate.

일 실시예에서, 연료전지 스택 고장 판단부(130)는 고조파 왜곡률의 기준값과 특정 고조파 왜곡률을 비교하여 고조파 왜곡률의 기준값이 특정 고조파 왜곡률 이상이면 연료전지 스택의 상태를 고장 상태로 판단할 수 있다. In one embodiment, the fuel cell stack failure determining unit 130 may compare the reference value of the harmonic distortion rate and the specific harmonic distortion rate, and determine that the state of the fuel cell stack is a failure state if the reference value of the harmonic distortion rate is equal to or greater than the specific harmonic distortion rate.

다른 일 실시예에서, 연료전지 스택 고장 판단부(130)는 고조파 왜곡률의 기준값과 특정 고조파 왜곡률을 비교하여 고조파 왜곡률의 기준값이 특정 고조파 왜곡률 이하이면 연료전지 스택의 상태를 정상 상태로 판단할 수 있다.
In another embodiment, the fuel cell stack failure determiner 130 may determine the state of the fuel cell stack as a normal state by comparing the reference value of the harmonic distortion rate and the specific harmonic distortion rate if the reference value of the harmonic distortion rate is less than or equal to the specific harmonic distortion rate. .

도 2는 본 발명에 따른 연료전지 스택 고장 진단 방법의 일 실시예를 설명하는 흐름도이고, 도 3은 전류-전압 특성 곡선을 나타내는 그래프이다.2 is a flowchart illustrating an embodiment of a fuel cell stack failure diagnosis method according to the present invention, and FIG. 3 is a graph showing a current-voltage characteristic curve.

도 2 및 도 3을 참조하면, 연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 연료전지 스택에 인가된 전류 및 연료전지 스택의 출력 전압을 이용하여 도 3과 같은 전류-전압 특성 곡선(300)을 생성한다(단계 S210). 연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 전류-전압 특성 곡선(300)의 특정 구간에서 고조파 왜곡률을 산출하기 위한 복수의 전류 포인트들(310, 320, 330)을 결정한다(단계 S220). 2 and 3, the fuel cell stack failure diagnosis apparatus 100 generates a current-voltage characteristic curve 300 as shown in FIG. 3 using a current applied to the fuel cell stack and an output voltage of the fuel cell stack. (Step S210). The fuel cell stack failure diagnosis apparatus 100 determines a plurality of current points 310, 320, and 330 for calculating harmonic distortion rates in a specific section of the current-voltage characteristic curve 300 (S220).

연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 복수의 전류 포인트(310, 320, 330)들 각각의 전압값을 이용하여 고조파 왜곡률을 산출한다(단계 S230). 연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 고조파 왜곡률과 특정 고조파 왜곡률을 비교하여 고조파 왜곡률이 특정 고조파 왜곡률 이상이면(단계 S240), 연료전지 스택의 상태를 고장 상태로 판단할 수 있다(단계 S250). The fuel cell stack failure diagnosis apparatus 100 calculates harmonic distortion using the voltage values of each of the plurality of current points 310, 320, and 330 (S230). The fuel cell stack failure diagnosis apparatus 100 may compare the harmonic distortion rate with a specific harmonic distortion rate, and determine that the state of the fuel cell stack is a failure state if the harmonic distortion rate is equal to or greater than the specific harmonic distortion rate (step S240).

한편, 연료전지 스택 고장 진단 장치(100)는 왜곡률과 특정 고조파 왜곡률을 비교하여 고조파 왜곡률이 특정 고조파 왜곡률 이하이면(단계 S240), 연료전지 스택을 상태를 정상 상태로 판단할 수 있다(단계 S260).
On the other hand, the fuel cell stack failure diagnosis apparatus 100 may compare the distortion rate with a specific harmonic distortion rate and determine that the fuel cell stack is in a normal state when the harmonic distortion rate is less than or equal to the specific harmonic distortion rate (step S240). .

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only in accordance with the following claims, and all equivalents or equivalent variations thereof are included in the scope of the present invention.

100: 연료전지 스택 고장 진단 장치
110: 전류-전압 특성 곡선 생성부
120: 포인트 결정부
130: 연료전지 스택 고장 판단부100: fuel cell stack failure diagnosis device
110: current-voltage characteristic curve generation unit
120: point determination unit
130: fuel cell stack failure determination unit

Claims (12)

연료전지 스택 고장 진단 장치에서 실행되는 연료전지 스택 고장 진단 방법에 있어서,
상기 연료전지 스택에 인가된 전류 및 상기 연료전지 스택의 출력 전압을 이용하여 전류-전압 특성 곡선을 생성하는 단계;
상기 전류-전압 특성 곡선의 특정 구간에서 고조파 왜곡률(THD: Total Harmonic Distortion)을 산출하기 위한 복수의 전류 포인트들을 결정하는 단계; 및
상기 복수의 전류 포인트들 각각의 전압값을 이용하여 고조파 왜곡률의 기준값을 결정하고, 상기 결정한 고조파 왜곡률의 기준값과 특정 고조파 왜곡률을 비교하여 상기 연료전지 스택의 고장 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 고장 진단 방법.
A method of diagnosing a fuel cell stack fault in a fuel cell stack fault diagnosis apparatus,
Generating a current-voltage characteristic curve using a current applied to the fuel cell stack and an output voltage of the fuel cell stack;
Determining a plurality of current points for calculating a total harmonic distortion (THD) in a specific section of the current-voltage characteristic curve; And
Determining a reference value of the harmonic distortion rate by using voltage values of each of the plurality of current points, and comparing the determined harmonic distortion rate with a specific harmonic distortion rate to determine whether the fuel cell stack has failed. Fuel cell stack failure diagnosis method.
제1항에 있어서, 상기 복수의 전류 포인트들을 결정하는 단계는
전류-전압 특성 곡선에서 상기 연료전지 스택의 출력 전압 중 정상적인 전압의 변화를 나타내는 선형 구간을 선택하고, 상기 선택한 선형 구간에서 복수의 전류 포인트들을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 고장 진단 방법.
The method of claim 1, wherein determining the plurality of current points is
Selecting a linear section indicating a change in the normal voltage among the output voltages of the fuel cell stack in a current-voltage characteristic curve, and determining a plurality of current points in the selected linear section; Diagnostic method.
제2항에 있어서, 상기 연료전지 스택의 고장 여부를 판단하는 단계는
상기 복수의 전류 포인트들 각각에 해당하는 전류를 상기 연료전지 스택에 인가시키는 단계; 및
상기 각각의 전류에 따른 연료전지 스택 전압을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 고장 진단 방법.
The method of claim 2, wherein the step of determining whether the fuel cell stack
Applying a current corresponding to each of the plurality of current points to the fuel cell stack; And
And detecting a fuel cell stack voltage according to each of the currents.
제3항에 있어서, 상기 각각의 전류에 따른 연료전지 스택 전압을 검출하는 단계는
상기 각각의 전류에 따른 연료전지 스택 전압을 검출하여 고조파 왜곡률을 각각 산출하는 단계; 및
상기 각각 산출한 고조파 왜곡률의 평균값을 산출하고, 상기 산출한 평균값을 이용하여 고조파 왜곡률의 기준값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 고장 진단 방법.
The method of claim 3, wherein detecting the fuel cell stack voltage according to each of the currents comprises:
Calculating a harmonic distortion rate by detecting a fuel cell stack voltage corresponding to each of the currents; And
And calculating a mean value of each calculated harmonic distortion rate, and calculating a reference value of the harmonic distortion rate using the calculated mean value.
제4항에 있어서, 상기 고조파 왜곡률을 각각 산출하는 단계는
상기 각각의 전류 중 특정 전류에 따른 연료전지 스택 전압을 검출하여 고조파 왜곡률을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 고장 진단 방법.
The method of claim 4, wherein the calculating of each harmonic distortion rate
And calculating a harmonic distortion rate by detecting a fuel cell stack voltage according to a specific current of each of the currents.
제1항에 있어서, 상기 결정한 고조파 왜곡률의 기준값과 특정 고조파 왜곡률을 비교하여 상기 연료전지 스택의 고장 여부를 판단하는 단계는
상기 결정한 고조파 왜곡률의 기준값이 특정 고조파 왜곡률 이상이면 상기 연료전지 스택에 고장이 발생하였다고 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 고장 진단 방법.
The method of claim 1, wherein the determining of the failure of the fuel cell stack by comparing the determined harmonic distortion rate with a specific harmonic distortion rate is performed.
And determining that a failure has occurred in the fuel cell stack when the reference value of the determined harmonic distortion rate is equal to or greater than a specific harmonic distortion rate.
연료전지 스택 고장 진단 장치에 있어서,
상기 연료전지 스택에 인가된 전류 및 상기 연료전지 스택의 출력 전압을 이용하여 전류-전압 특성 곡선을 생성하는 전류-전압 특성 곡선 생성부;
상기 전류-전압 특성 곡선의 특정 구간에서 고조파 왜곡률(THD: Total Harmonic Distortion)을 산출하기 위한 복수의 전류 포인트들을 결정하는 포인트 결정부; 및
상기 복수의 전류 포인트들 각각의 전류값을 이용하여 고조파 왜곡률의 기준값을 결정하고, 상기 결정한 고조파 왜곡률의 기준값과 특정 고조파 왜곡률을 비교하여 상기 연료전지 스택의 고장 여부를 판단하는 연료전지 스택 고장 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 고장 진단 장치.
In the fuel cell stack failure diagnosis device,
A current-voltage characteristic curve generator for generating a current-voltage characteristic curve using a current applied to the fuel cell stack and an output voltage of the fuel cell stack;
A point determining unit determining a plurality of current points for calculating a total harmonic distortion (THD) in a specific section of the current-voltage characteristic curve; And
A fuel cell stack failure determination unit determines a reference value of the harmonic distortion rate by using a current value of each of the plurality of current points, and determines whether the fuel cell stack has failed by comparing the determined harmonic distortion rate with a specific harmonic distortion rate. Fuel cell stack failure diagnosis apparatus comprising a.
제7항에 있어서, 상기 포인트 결정부는
전류-전압 특성 곡선에서 상기 연료전지 스택의 출력 전압 중 정상적인 전압의 변화를 나타내는 선형 구간을 선택하고, 상기 선택한 선형 구간에서 복수의 전류 포인트들을 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 고장 진단 장치.
The method of claim 7, wherein the point determining unit
The apparatus for diagnosing a failure of a fuel cell stack according to a current-voltage characteristic curve, selecting a linear section representing a change in a normal voltage among the output voltages of the fuel cell stack, and determining a plurality of current points in the selected linear section.
제8항에 있어서, 상기 연료전지 스택 고장 판단부는
상기 복수의 전류 포인트들 각각에 해당하는 전류를 상기 연료전지 스택에 인가시키고, 상기 각각의 전류에 따른 연료전지 스택 전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 고장 진단 장치.
The method of claim 8, wherein the fuel cell stack failure determination unit
And applying a current corresponding to each of the plurality of current points to the fuel cell stack, and detecting a fuel cell stack voltage according to each of the currents.
제9항에 있어서, 상기 연료전지 스택 고장 판단부는
상기 각각의 전류에 따른 연료전지 스택 전압을 검출하여 고조파 왜곡률을 각각 산출하고, 상기 각각 산출한 고조파 왜곡률의 평균값을 산출하고, 상기 산출한 평균값을 이용하여 고조파 왜곡률의 기준값을 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 고장 진단 장치.
The method of claim 9, wherein the fuel cell stack failure determining unit
Detecting a fuel cell stack voltage corresponding to each of the currents to calculate harmonic distortion rates, calculating average values of the calculated harmonic distortion rates, and calculating reference values of harmonic distortion rates using the calculated average values. Fuel cell stack failure diagnosis device.
제9항에 있어서, 상기 연료전지 스택 고장 판단부는
상기 각각의 전류 중 특정 전류에 따른 연료전지 스택 전압을 검출하여 고조파 왜곡률을 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 고장 진단 장치.
The method of claim 9, wherein the fuel cell stack failure determining unit
A fuel cell stack failure diagnosis apparatus, comprising: calculating a harmonic distortion rate by detecting a fuel cell stack voltage according to a specific current among the currents.
제7항에 있어서, 상기 연료전지 스택 고장 판단부는
상기 결정한 고조파 왜곡률의 기준값이 특정 고조파 왜곡률 이상이면 상기 연료전지 스택에 고장이 발생하였다고 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 고장 진단 장치.
The method of claim 7, wherein the fuel cell stack failure determination unit
And determining that a failure has occurred in the fuel cell stack when the reference value of the determined harmonic distortion rate is equal to or greater than a specific harmonic distortion rate.
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