KR101584865B1 - Method of generating injected current for fuel cell stack and apparatus performing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치는 특정 저항값으로 신호 전류의 크기를 조절하는 저항, 특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 교류 성분을 상기 신호 전류에 발생시키는 스위치 및 상기 신호 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하고, 상기 연료전지 스택의 전류 및 상기 연료전지 스택의 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 임피던스를 산출하는 제어부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 스위치의 상태를 특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화시켜 발생된 교류 성분을 연료전지 스택으로부터 인가되는 신호 전류에 발생시킴으로써, 연료전지 스택의 고장 진단을 위해 교류 전류를 생성하는 장치의 구성을 매우 간단히 하여 부품의 부피를 줄일 수 있고 이에 따라 제품의 가격도 낮출 수 있다는 효과가 있다.The injection current generating apparatus for a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention includes a resistor for adjusting a magnitude of a signal current with a specific resistance value, And a control unit for calculating a current of the fuel cell stack using a switch and the signal current, and calculating an impedance of the fuel cell stack using a current of the fuel cell stack and a voltage of the fuel cell stack. Therefore, the present invention generates AC current for fault diagnosis of the fuel cell stack by generating the AC component generated by changing the state of the switch to the ON state or the OFF state at the specific frequency to the signal current applied from the fuel cell stack It is possible to greatly simplify the configuration of the apparatus, thereby reducing the volume of the component, thereby reducing the cost of the product.
Description
본 발명의 실시예들은 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치에 관한 것이다.
Embodiments of the present invention are directed to a method of generating an injection current for a fuel cell stack and an apparatus for implementing the same.
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/전자 제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다.Fuel cells are a kind 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 시동시간과 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. 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 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. 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.
본 발명은 스위치의 상태를 특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화시켜 발생된 교류 성분을 연료전지 스택으로부터 부하로 흐르는 스택 전류에 발생시킴으로써, 연료전지 스택의 고장 진단을 위해 교류 전류를 생성하는 장치의 구성을 매우 간단히 하여 부품의 부피를 줄일 수 있고 이에 따라 제품의 가격도 낮출 수 있도록 하는 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention relates to a device for generating an alternating current for fault diagnosis of a fuel cell stack by generating an alternating current component generated by changing a state of a switch to an on state or an off state at a specific frequency to a stack current flowing from the fuel cell stack to the load The present invention also provides a method for generating an injection current for a fuel cell stack and an apparatus for implementing the same, which can reduce the volume of parts and thus reduce the price of a product.
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 스택용 주입 전류 생성 장치는 특정 저항값으로 신호 전류의 크기를 조절하는 저항, 특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 교류 성분을 상기 신호 전류에 발생시키는 스위치 및 상기 신호 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하고, 상기 연료전지 스택의 전류 및 상기 연료전지 스택의 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 임피던스를 산출하는 제어부를 포함한다.Among the embodiments, the injection current generating device for a fuel cell stack includes a resistor for adjusting the magnitude of the signal current to a specific resistance value, a switch for generating an AC component to the signal current while changing to an on state or an off state at a specific frequency, And a control unit for calculating a current of the fuel cell stack using a signal current and calculating an impedance of the fuel cell stack using a current of the fuel cell stack and a voltage of the fuel cell stack.
일 실시예에서, 상기 스위치는 상기 특정 주파수에 해당하는 구형파 형태의 교류 성분을 상기 신호 전류에 발생시킬 수 있다.In one embodiment, the switch may generate a square wave AC component corresponding to the specific frequency in the signal current.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 신호 전류를 주파수 분석하여 상기 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출할 수 있다.In one embodiment, the controller analyzes the signal current to calculate a current of the fuel cell stack corresponding to the specific frequency.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 연료전지 스택의 전압을 주파수 분석하여 상기 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출할 수 있다.In one embodiment, the control unit may analyze the voltage of the fuel cell stack to calculate a voltage of the fuel cell stack corresponding to the specific frequency.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 특정 주파수에 해당하는 주파수 분석 결과를 이용하여 고조파 왜곡률(THD: Total Harmonic Distortion)을 산출하고, 상기 고조파 왜곡률을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장여부를 판단할 수 있다.In one embodiment, the controller calculates a harmonic distortion (THD) using the frequency analysis result corresponding to the specific frequency, and determines whether the fuel cell stack is faulty using the harmonic distortion ratio have.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 고조파 왜곡률이 특정 고조파 왜곡률 이상인지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택의 고장 여부를 판단할 수 있다.In one embodiment, the controller may determine whether the harmonic distortion rate is greater than or equal to a specific harmonic distortion rate, and determine whether the fuel cell stack is malfunctioning based on the determination result.
일 실시예에서, 상기 제어부는 300Hz 또는 10Hz 중 어느 하나의 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 분석할 수 있다.In one embodiment, the controller may analyze the voltage of the fuel cell stack corresponding to one of the frequencies of 300 Hz or 10 Hz.
실시예들 중에서, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치에서 실행되는 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법은 특정 주파수로 스위치의 상태를 변화시키면서 교류 성분을 신호 전류에 발생시키는 단계, 상기 신호 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계, 상기 연료전지 스택의 전압을 측정하는 단계 및 상기 연료전지 스택의 전류 및 상기 연료전지 스택의 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 임피던스를 산출하는 단계를 포함한다.Among the embodiments, an injection current generating method for a fuel cell stack executed in an injection current generating apparatus for a fuel cell stack includes generating an AC component in a signal current while changing a state of a switch at a specific frequency, Calculating a current of the fuel cell stack, measuring a voltage of the fuel cell stack, and calculating an impedance of the fuel cell stack using a current of the fuel cell stack and a voltage of the fuel cell stack do.
일 실시예에서, 상기 교류 성분을 신호 전류에 발생시키는 단계는 상기 특정 주파수에 해당하는 구형파 형태의 교류 성분을 상기 신호 전류에 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of generating the AC component in the signal current may include generating a square wave AC component corresponding to the specific frequency in the signal current.
일 실시예에서, 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계는 상기 신호 전류를 주파수 분석하여 상기 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of calculating the current of the fuel cell stack may include frequency analysis of the signal current to calculate the current of the fuel cell stack corresponding to the specific frequency.
일 실시예에서, 상기 연료전지 스택의 전압을 측정하는 단계는 상기 연료전지 스택의 전압을 주파수 분석하여 상기 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, measuring the voltage of the fuel cell stack may include frequency analysis of the voltage of the fuel cell stack to calculate a voltage of the fuel cell stack corresponding to the specific frequency.
일 실시예에서, 상기 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계는 상기 특정 주파수에 해당하는 주파수 분석 결과를 이용하여 고조파 왜곡률(THD: Total Harmonic Distortion)을 산출하는 단계 및 상기 고조파 왜곡률을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of calculating the voltage of the fuel cell stack may include calculating a total harmonic distortion (THD) using a frequency analysis result corresponding to the specific frequency, And determining whether the battery stack is faulty.
일 실시예에서, 상기 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계는 300Hz 또는 10Hz 중 어느 하나의 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
In one embodiment, the step of calculating the voltage of the fuel cell stack may include the step of calculating the voltage of the fuel cell stack corresponding to either the frequency of 300 Hz or 10 Hz.
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 실시예에 따르면, 스위치의 상태를 특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화시켜 발생된 교류 성분을 연료전지 스택으로부터 부하로 흐르는 스택 전류에 발생시킴으로써, 연료전지 스택의 고장 진단을 위해 교류 전류를 생성하는 장치의 구성을 매우 간단히 하여 부품의 부피를 줄일 수 있고 이에 따라 제품의 가격도 낮출 수 있다는 효과가 있다.
According to the embodiment of the present invention, the alternating current component generated by changing the state of the switch to the on state or the off state at the specific frequency is generated in the stack current flowing from the fuel cell stack to the load, It is possible to greatly simplify the configuration of the device for generating the current so as to reduce the volume of the component and thereby reduce the price of the product.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 스택에 주입되는 신호 전류 및 신호 전류의 주파수 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 전압 및 연료전지 스택의 전압을 주파수 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a block diagram illustrating an injection current generating apparatus for a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing frequency analysis results of signal current and signal current injected into the fuel cell stack according to the present invention.
3 is a graph showing the results of frequency analysis of the voltage of the fuel cell stack and the voltage of the fuel cell stack according to the present invention.
4 is a flow chart for explaining an embodiment of a method of generating an injection current for a fuel cell stack according to the present invention.
기존의 연료전지 스택 고장 진단 장치는 연료전지 스택에 교류전류를 주입하고 연료전지 스택의 전압을 검출하여 분석한 결과를 이용하여 THD(왜곡률)를 구하여 고장 여부를 판단한다. A conventional fuel cell stack fault diagnosis apparatus injects an alternating current into a fuel cell stack, detects a voltage of the fuel cell stack, and determines the THD (distortion rate) using the result of the analysis.
동작 전류에서 정현파의 교류 전류를 추가하여 사용하는 경우, 정상적인 셀의 전압은 선형 구간에서 전압이 변화하고, 비정상적인 셀의 전압은 비선형적인 구간에서 전압이 변화한다. 이때, 연료전지 스택의 전류는 기본 동작 전류와 정현파 전류의 합이된다.When a sinusoidal AC current is added to the operating current, the voltage of the normal cell varies in the linear section, and the voltage of the abnormal cell changes in the nonlinear section. At this time, the current of the fuel cell stack is the sum of the basic operating current and the sinusoidal current.
연료전지 스택의 전류에 따른 연료전지 스택의 전압을 측정하는데, 정상적인 셀의 전압은 전류 변화에 따른 왜곡률이 적은 반면에, 비정상적인 셀의 전압은 셀 전류 변화에 따라 전압 진폭이 크고 왜곡률도 크다.The voltage of the fuel cell stack according to the current of the fuel cell stack is measured. The normal cell voltage has a small distortion rate according to the current change, while the abnormal cell voltage has a large voltage amplitude and a large distortion rate according to the cell current change.
왜곡률은 주입한 교류 전류의 기본 주파수 대비 고조파 성분의 합으로 계측된다. 기존의 연료전지 스택 고장 진단 장치는 연료전지 스택 전압의 주파수 분석을 통해 왜곡률을 계산하여 셀 전압을 진단함으로써 연료전지 스택의 고장 여부를 판단할 수 있다.The distortion rate is measured as the sum of harmonic components relative to the fundamental frequency of the injected alternating current. The existing fuel cell stack fault diagnosis apparatus can determine the failure of the fuel cell stack by diagnosing the cell voltage by calculating the distortion rate through frequency analysis of the fuel cell stack voltage.
기존의 연료전지 스택 고장 진단 장치의 구성요소를 살펴 보면, 연료전지 스택의 주입부와, 연료전지 스택의 전압을 측정하는 부분과, 고장을 진단하는 구성으로 크게 3개의 구성요소로 이루어져 있다.The components of the conventional fuel cell stack fault diagnosis apparatus are roughly divided into three components, that is, an injecting section of the fuel cell stack, a section for measuring the voltage of the fuel cell stack, and a fault diagnosis section.
왜곡률을 이용한 연료전지 스택의 고장 진단을 하기 위해서 연료전지 스택에 교류 전류를 주입한다. 이러한 교류 전류를 생성하기 위해서는 차량용 배터리에 해당하는 전압의 직류 전류를 DC-DC 컨버터를 통해 승압시키고, 직류 전류를 DC-AC 컨버터를 통해 교류 전류로 변화시킨 후에 특정 주파수만을 필터링하여 연료전지 스택에 주입시킨다. In order to diagnose the failure of the fuel cell stack using the distortion rate, an AC current is injected into the fuel cell stack. In order to generate such alternating current, the direct current of the voltage corresponding to the vehicle battery is boosted through the DC-DC converter, the direct current is converted into the alternating current through the DC-AC converter, .
이와 같이, 연료전지 스택의 고장 진단을 하기 위해서 교류 전류를 주입하는 방법은 구성이 복잡하고 부품수가 많이 소요되어 부품 가격이 높아진다는 단점을 가지고 있다. As described above, the method of injecting an alternating current in order to diagnose a failure of the fuel cell stack has a disadvantage in that the configuration is complicated, the number of parts is large, and the cost of parts increases.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 연료 스택에 주입되는 신호 전류에 교류성분을 발생시킴으로써 구성이 매우 간단하고 부품의 부피를 줄일 수 있어 제품의 가격을 낮출 수 있는 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공하고자 한다.
In order to solve this problem, the present invention provides an injection current generation method for a fuel cell stack, which is capable of reducing the cost of a product because the configuration is very simple and the volume of parts can be reduced by generating an AC component in the signal current injected into the fuel stack And a device for executing the same.
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 스택용 주입 전류 생성 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 1 is a block diagram illustrating an injection current generating apparatus for a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 연료전지 스택(110), 저항(120), 스위치(130), 전류센서(140) 및 제어부(150)를 포함한다. Referring to FIG. 1, an injection current generating
연료전지 스택(110)은 다수의 단위 셀 들이 연속적으로 배열되어 구성된다. 이러한 연료전지 스택(110)은 신호 전류를 발생하며, 신호 전류에는 스위치(130)의 상태 변화에 따라 발생된 교류 성분이 포함되어 있다. 신호 전류에 포함되어 있는 교류 성분은 연료전지 스택(110)의 전류에 그대로 영향을 준다. The
따라서, 연료전지 스택(110)으로부터 인가되는 신호 전류를 분석하여 연료전지 스택(110)의 전류를 산출할 수 있다. 이와 같은 과정은 이하의 제어부(150)를 설명하면서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Therefore, the signal current applied from the
저항(120)은 특정 저항값으로 신호 전류의 크기를 조절할 수 있다. The
스위치(130)는 제어부(150)의 제어에 따라 특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 교류 성분을 연료전지 스택(110) 으로부터 인가되는 신호 전류에 발생시킨다. The
일 실시예에서, 스위치(130)는 특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 구형파 형태에 가까운 교류 성분을 연료전지 스택(110)으로부터 인가되는 신호 전류에 발생시킬 수 있다. In one embodiment, the
예를 들어, 스위치(130)는 제어부(150)로부터 수신된 펄스 폭 변조 방식에 따라 300Hz로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 300Hz의 구형파 형태에 가까운 교류 성분을 신호 전류에 발생시킬 수 있다. 이와 같이, 신호 전류는 이하의 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.For example, the
전류센서(140)는 신호 전류의 값을 측정하여 제어부(150)에 제공한다. The
제어부(150)는 연료전지 스택(110)의 전류 및 연료전지 스택(110)의 전압을 이용하여 연료전지 스택(110)의 임피던스를 산출한다. 이와 같은 과정을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. The
제어부(150)는 전류센서(140)로부터 신호 전류를 전달받으면 신호 전류를 이용하여 연료전지 스택(110)의 전류를 산출할 수 있다. 여기에서, 신호 전류는 연료전지 스택(110)으로부터 인가되는 신호 전류를 의미한다. 연료전지 스택(110)으로부터 인가되는 신호 전류에는 교류 성분이 포함되어 있으며, 교류 성분은 연료전지 스택(110)의 전류에 그대로 영향을 준다. 따라서, 제어부(150)는 연료전지 스택(110)으로부터 인가되는 신호 전류를 분석하여 연료전지 스택(110)의 전류를 산출할 수 있다.When receiving the signal current from the
일 실시예에서, 제어부(150)는 연료전지 스택(110)으로부터 인가되는 신호 전류를 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 연료전지 스택(110)으로부터 인가되는 신호 전류를 주파수 분석하여 300Hz에 해당하는 연료전지 스택(110)의 전류를 산출할 수 있다. In one embodiment, the
또한, 제어부(150)는 연료전지 스택(110)의 전압을 측정하고, 연료전지 스택(110)의 전압을 주파수 분석하여 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출할 수 있다.The
또한, 제어부(150)는 연료전지 스택의 전류 및 상기 연료전지 스택의 전압을 이용하여 연료전지 스택(110)의 임피던스를 산출할 수 있다.In addition, the
일 실시예에서, 제어부(150)는 하기의 [수학식 1]에 기초하여 연료전지 스택(110)의 임피던스를 산출할 수 있다.
In one embodiment, the
[수학식 1][Equation 1]
A = V / I
A = V / I
A: 연료전지 스택의 임피던스A: Impedance of the fuel cell stack
V: 연료전지 스택의 전압V: Voltage of the fuel cell stack
I: 연료전지 스택의 전류
I: current of the fuel cell stack
예를 들어, 제어부(150)는 300Hz에 해당하는 연료전지 스택(110)의 전압 및 300Hz에 해당하는 연료전지 스택(110)의 전류를 이용하여 연료전지 스택(110)의 임피던스를 산출할 수 있다.For example, the
또한, 제어부(150)는 특정 주파수에 해당하는 주파수 분석의 결과를 이용하여 연료전지 스택(110)의 고장여부를 판단할 수 있다.In addition, the
일 실시예에서, 제어부(150)는 특정 주파수에 해당하는 주파수 분석의 결과를 이용하여 고조파 왜곡률(THD: Total Harmonic Distortion)을 산출하고, 고조파 왜곡률을 이용하여 연료전지 스택의 고장여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 10Hz에 해당하는 연료전지 스택(110)의 전압을 이용하여 고조파 왜곡률을 산출하고, 고조파 왜곡률을 이용하여 연료전지 스택의 고장여부를 판단할 수 있다.
In one embodiment, the
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 스택에 주입되는 신호 전류 및 신호 전류의 주파수 분석 결과를 나타내는 그래프이다.2 is a graph showing frequency analysis results of signal current and signal current injected into the fuel cell stack according to the present invention.
도 2의 (a)는 연료전지 스택에 주입되는 신호 전류를 나타내는 그래프이고, 도 2의 (b)는 연료전지 스택에 주입되는 신호 전류의 주파수 분석 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 2 (a) is a graph showing the signal current injected into the fuel cell stack, and FIG. 2 (b) is a graph showing frequency analysis results of the signal current injected into the fuel cell stack.
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 연료전지 스택(도 1, 110)에 신호 전류를 주입한다. 이때, 연료전지 스택(110)에 주입되는 신호 전류에는 스위치(도 1, 130)의 상태 변화에 따라 발생된 교류 성분이 포함되어 있다. The injection
스위치(130)는 특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 교류 성분을 신호 전류에 발생시키며, 스위치(130)가 발생시키는 교류 성분은 구형파 형태이다. 따라서, 연료전지 스택(110)에 주입되는 신호 전류는 도 2의 (a)와 같이 구형파 형태로 나타난다. The
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 도 2의 (a)와 같은 신호 전류를 주파수 분석하여 도 2의 (b)와 같은 그래프를 획득할 수 있고, 도 2의 (b)에서 300Hz에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출한다. 이와 같이, 연료전지 스택의 전류를 산출하는 과정에서 신호 전류를 이용하는 이유는, 신호 전류에 포함된 교류 성분은 연료전지 스택(110)의 전류에 그대로 영향을 주기 때문이다.
The injection
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 전압 및 연료전지 스택의 전압을 주파수 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the results of frequency analysis of the voltage of the fuel cell stack and the voltage of the fuel cell stack according to the present invention.
도 3의 (a)는 연료전지 스택의 전압을 나타내는 그래프이고, 도 3의 (b)는 연료전지 스택의 전압을 주파수 분석한 결과를 나타내는 그래프이다. FIG. 3 (a) is a graph showing the voltage of the fuel cell stack, and FIG. 3 (b) is a graph showing the results of frequency analysis of the voltage of the fuel cell stack.
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 연료전지 스택(110)의 전압을 측정하면 도 3의 (a)와 같은 그래프를 획득할 수 있고, 연료전지 스택(110)의 전압을 주파수 분석하여 도 3의 (b)와 같은 그래프를 획득할 수 있고, 도 3의 (b)에서 300Hz에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출할 수 있다.
The injection
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flow chart for explaining an embodiment of a method of generating an injection current for a fuel cell stack according to the present invention.
도 4를 참조하면, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 특정 주파수로 스위치의 상태를 변화시키면서 교류 성분을 신호 전류에 발생시킨다(단계 S410). 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 신호 전류를 이용하여 연료전지 스택의 전류를 산출한다(단계 S420). 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 연료전지 스택의 전압을 측정한다(단계 S430). 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 연료전지 스택의 전류 및 연료전지 스택의 전압을 이용하여 연료전지 스택의 임피던스를 산출한다. Referring to FIG. 4, the injection
도 4에는 도시하지 않았지만, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 특정 주파수에 해당하는 주파수 분석의 결과를 이용하여 고조파 왜곡률을 산출하고, 고조파 왜곡률을 이용하여 연료전지 스택의 고장여부를 판단할 수 있다.
Although not shown in FIG. 4, the injection
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 스택용 주입 전류 생성 장치
110: 연료전지 스택
120: 저항
130: 스위치
140: 전류센서
150: 제어부100: Injection current generator for fuel cell stack
110: Fuel cell stack
120: Resistance
130: switch
140: Current sensor
150:
Claims (13)
특정 저항값으로 신호 전류의 크기를 조절하는 저항;
특정 주파수로 온 상태 또는 오프 상태로 변화되면서 특정 주파수에 해당하는 구형파 형태의 교류 성분을 상기 신호 전류에 발생시키는 스위치; 및
상기 신호 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하고, 상기 연료전지 스택의 전류 및 상기 연료전지 스택의 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 임피던스를 산출하는 제어부를 포함하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
An injection current generating apparatus for a fuel cell stack,
A resistor for adjusting the magnitude of the signal current to a specific resistance value;
A switch for generating a square wave AC component corresponding to a specific frequency in the signal current while changing to an on state or an off state at a specific frequency; And
And a control unit for calculating a current of the fuel cell stack using the signal current and calculating an impedance of the fuel cell stack using a current of the fuel cell stack and a voltage of the fuel cell stack
An injection current generator for a fuel cell stack.
상기 제어부는
상기 신호 전류를 주파수 분석하여 상기 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
The method according to claim 1,
The control unit
And the current of the fuel cell stack corresponding to the specific frequency is calculated by frequency analysis of the signal current
An injection current generator for a fuel cell stack.
상기 제어부는
상기 연료전지 스택의 전압을 주파수 분석하여 상기 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
The method according to claim 1,
The control unit
And the voltage of the fuel cell stack is frequency-analyzed to calculate the voltage of the fuel cell stack corresponding to the specific frequency.
An injection current generator for a fuel cell stack.
상기 제어부는
상기 특정 주파수에 해당하는 주파수 분석의 결과를 이용하여 고조파 왜곡률(THD: Total Harmonic Distortion)을 산출하고, 상기 고조파 왜곡률을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장여부를 판단하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
5. The method of claim 4,
The control unit
Wherein a harmonic distortion (THD) is calculated using a result of the frequency analysis corresponding to the specific frequency, and the failure of the fuel cell stack is determined using the harmonic distortion ratio
An injection current generator for a fuel cell stack.
상기 제어부는
상기 고조파 왜곡률이 특정 고조파 왜곡률 이상인지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택의 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
6. The method of claim 5,
The control unit
Determining whether the harmonic distortion rate is equal to or greater than a specific harmonic distortion rate, and determining whether the fuel cell stack is faulty or not according to the determination result
An injection current generator for a fuel cell stack.
상기 제어부는
300Hz 또는 10Hz 중 어느 하나의 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
6. The method according to any one of claims 4 to 5,
The control unit
The voltage of the fuel cell stack corresponding to one of the frequencies of 300 Hz or 10 Hz is calculated
An injection current generator for a fuel cell stack.
특정 주파수로 스위치의 상태를 변화시키면서 교류 성분을 신호 전류에 발생시키는 단계;
상기 신호 전류를 이용하여 상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계;
상기 연료전지 스택의 전압을 측정하는 단계; 및
상기 연료전지 스택의 전류 및 상기 연료전지 스택의 전압을 이용하여 상기 연료전지 스택의 임피던스를 산출하는 단계를 포함하고,
상기 교류 성분을 신호 전류에 발생시키는 단계는
상기 특정 주파수에 해당하는 구형파 형태의 교류 성분을 상기 신호 전류에 발생시키는 단계를 포함하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
A method for generating an injection current for a fuel cell stack, which is executed in an injection current generating apparatus for a fuel cell stack,
Generating an AC component in the signal current while changing a state of the switch at a specific frequency;
Calculating a current of the fuel cell stack using the signal current;
Measuring a voltage of the fuel cell stack; And
Calculating an impedance of the fuel cell stack using a current of the fuel cell stack and a voltage of the fuel cell stack,
The step of generating the alternating current component in the signal current
Generating a square wave AC component corresponding to the specific frequency to the signal current
A method of generating an injection current for a fuel cell stack.
상기 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계는
상기 신호 전류를 주파수 분석하여 상기 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전류를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
9. The method of claim 8,
The step of calculating the current of the fuel cell stack
And analyzing the signal current to calculate a current of the fuel cell stack corresponding to the specific frequency.
A method of generating an injection current for a fuel cell stack.
상기 연료전지 스택의 전압을 측정하는 단계는
상기 연료전지 스택의 전압을 주파수 분석하여 상기 특정 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
9. The method of claim 8,
The step of measuring the voltage of the fuel cell stack
And analyzing a voltage of the fuel cell stack to calculate a voltage of the fuel cell stack corresponding to the specific frequency
A method of generating an injection current for a fuel cell stack.
상기 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계는
상기 특정 주파수에 해당하는 주파수 분석의 결과를 이용하여 고조파 왜곡률(THD: Total Harmonic Distortion)을 산출하는 단계; 및
상기 고조파 왜곡률을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
12. The method of claim 11,
The step of calculating the voltage of the fuel cell stack
Calculating a THD (Total Harmonic Distortion) using a result of the frequency analysis corresponding to the specific frequency; And
And determining whether the fuel cell stack is faulty using the harmonic distortion ratio
A method of generating an injection current for a fuel cell stack.
상기 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계는
300Hz 또는 10Hz 중 어느 하나의 주파수에 해당하는 연료전지 스택의 전압을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
13. The method according to any one of claims 11 to 12,
The step of calculating the voltage of the fuel cell stack
And calculating the voltage of the fuel cell stack corresponding to any one of the frequency of 300 Hz or 10 Hz
A method of generating an injection current for a fuel cell stack.
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