KR20140080287A - Fuel cell stack diagnosis method and device by detecting cell voltage and impedance - Google Patents

Fuel cell stack diagnosis method and device by detecting cell voltage and impedance Download PDF

Info

Publication number
KR20140080287A
KR20140080287A KR1020120149920A KR20120149920A KR20140080287A KR 20140080287 A KR20140080287 A KR 20140080287A KR 1020120149920 A KR1020120149920 A KR 1020120149920A KR 20120149920 A KR20120149920 A KR 20120149920A KR 20140080287 A KR20140080287 A KR 20140080287A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
voltage
impedance
groups
Prior art date
Application number
KR1020120149920A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101418179B1 (en
Inventor
박현석
유성목
조진호
Original Assignee
현대오트론 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대오트론 주식회사 filed Critical 현대오트론 주식회사
Priority to KR1020120149920A priority Critical patent/KR101418179B1/en
Publication of KR20140080287A publication Critical patent/KR20140080287A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101418179B1 publication Critical patent/KR101418179B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04679—Failure or abnormal function of fuel cell stacks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G01R23/06—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage by converting frequency into an amplitude of current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04552—Voltage of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04634—Other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H01M8/04641—Other electric variables, e.g. resistance or impedance of the individual fuel cell
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

A method for diagnosing a fuel cell stack by detecting a cell voltage and impedance, according to an embodiment of the present invention, includes the steps of applying an alternating current (AC) to a fuel cell stack driven by a basic operation current (DC); dividing a cell voltage of the fuel cell stack into a plurality of groups to measure the groups; analyzing a frequency of each cell voltage measured for each of the groups; diagnosing failure of the fuel cell stack using a direct current (DC) component extracted according to the analysis of the frequency; and calculating impedance using an AC component extracted according to the analysis of the frequency.

Description

셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법 및 장치{FUEL CELL STACK DIAGNOSIS METHOD AND DEVICE BY DETECTING CELL VOLTAGE AND IMPEDANCE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method and an apparatus for diagnosing a fuel cell stack by detecting a cell voltage and an impedance,

본 발명의 실시예들은 연료전지 스택 진단에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통해 연료전지 스택을 진단하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
Embodiments of the present invention are directed to fuel cell stack diagnostics, and more particularly, to a method and apparatus for diagnosing a fuel cell stack through cell voltage and impedance detection.

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 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.

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.

본 발명에 관한 선행기술로는 등록특허공보 제10-1090705호(발명의 명칭: 연료전지스택의 상태 진단 방법, 등록일자: 2011년 12월 1일)가 있다.
As a prior art related to the present invention, there is a registered patent publication No. 10-1090705 entitled " Method for diagnosing a state of a fuel cell stack, registered on December 1, 2011. "

본 발명의 일 실시예는 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하여 주파수 분석을 통해 직류 성분과 교류 성분을 추출함으로써, 연료전지 스택의 고장을 효율적으로 진단할 수 있으며, 나아가 임피던스 계산을 통해 연료전지 스택의 가습 제어를 수행할 수 있는, 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법 및 장치를 제공한다.
In one embodiment of the present invention, the cell voltage of the fuel cell stack is divided into a plurality of groups, and the DC component and the AC component are extracted through the frequency analysis. Thus, the failure of the fuel cell stack can be efficiently diagnosed, A method and an apparatus for diagnosing a fuel cell stack through cell voltage and impedance detection capable of performing humidification control of the fuel cell stack through a plurality of cells.

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.

본 발명의 일 실시예에 따른 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법은 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가하는 단계; 상기 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하는 단계; 상기 복수의 그룹별로 측정된 셀 전압 각각의 주파수를 분석하는 단계; 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 직류(DC) 성분을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계; 및 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 교류(AC) 성분을 이용하여 임피던스를 계산하는 단계를 포함한다.A method of diagnosing a fuel cell stack through cell voltage and impedance detection according to an embodiment of the present invention includes: applying an alternating current (AC) to a fuel cell stack driven by a basic operating current (DC); Dividing the cell voltage of the fuel cell stack into a plurality of groups; Analyzing a frequency of each of the cell voltages measured for each of the plurality of groups; Diagnosing a failure of the fuel cell stack using a direct current (DC) component extracted according to analysis of the frequency; And calculating an impedance using an alternating current (AC) component extracted according to the analysis of the frequency.

상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계는 상기 연료전지 스택의 셀 전압인 상기 직류 성분을 전압-전류(V-I) 특성 곡선과 비교하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계를 포함할 수 있다.The step of diagnosing the failure of the fuel cell stack may include diagnosing a failure of the fuel cell stack by comparing the direct current component, which is the cell voltage of the fuel cell stack, with a voltage-current (V-I) characteristic curve.

상기 임피던스를 계산하는 단계는 상기 교류 성분에 해당하는 주파수의 전압 크기와, 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 상기 임피던스를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.The step of calculating the impedance may include calculating the impedance by using a voltage magnitude of a frequency corresponding to the AC component and a magnitude of the AC current applied to the fuel cell stack (R = V / I) .

본 발명의 일 실시예에 따른 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법은 상기 계산된 임피던스를 이용하여 상기 연료전지 스택의 습윤 상태를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택에 대한 가습 제어를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for diagnosing a fuel cell stack through cell voltage and impedance detection according to an embodiment of the present invention includes the steps of: determining a wet state of the fuel cell stack using the calculated impedance; And performing humidification control on the fuel cell stack according to the determination result.

상기 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하는 단계는 상기 연료전지 스택의 각 단위 셀을 복수의 그룹으로 구분하여 배치하는 단계; 상기 복수의 그룹 각각에 전압 측정 회로를 연결하여 복수의 전압 측정 채널을 형성하는 단계; 및 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류로 인해 나타나는 상기 연료전지 스택의 교류 전압 값을 상기 전압 측정 채널별로 측정하는 단계를 포함할 수 있다.The step of dividing the cell voltage of the fuel cell stack into a plurality of groups may include: arranging each unit cell of the fuel cell stack into a plurality of groups; Connecting a voltage measurement circuit to each of the plurality of groups to form a plurality of voltage measurement channels; And measuring an AC voltage value of the fuel cell stack due to the AC current applied to the fuel cell stack for each voltage measurement channel.

복수의 전압 측정 채널은 적어도 2개의 채널로 형성될 수 있다.The plurality of voltage measurement channels may be formed of at least two channels.

본 발명의 일 실시예에 따른 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 장치는 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가하는 교류전류 발생회로; 상기 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하는 전압 측정 회로; 상기 복수의 그룹별로 측정된 셀 전압 각각의 주파수를 분석하고, 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 직류(DC) 성분을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하며, 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 교류(AC) 성분을 이용하여 임피던스를 계산하는 마이컴을 포함한다.An apparatus for diagnosing a fuel cell stack through cell voltage and impedance detection according to an embodiment of the present invention includes an alternating current generating circuit for applying an alternating current (AC) to a fuel cell stack driven by a basic operating current (DC); A voltage measuring circuit for measuring a cell voltage of the fuel cell stack divided into a plurality of groups; A frequency of each of the cell voltages measured for each of the plurality of groups is analyzed and a failure of the fuel cell stack is diagnosed using a DC component extracted according to analysis of the frequency, And a microcomputer for calculating an impedance using an AC component.

상기 마이컴은 상기 연료전지 스택의 셀 전압인 상기 직류 성분을 전압-전류(V-I) 특성 곡선과 비교하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단할 수 있다.The microcomputer can diagnose the failure of the fuel cell stack by comparing the DC component, which is the cell voltage of the fuel cell stack, with a voltage-current (V-I) characteristic curve.

상기 마이컴은 상기 교류 성분에 해당하는 주파수의 전압 크기와, 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 상기 임피던스를 계산할 수 있다.The microcomputer can calculate the impedance by using the voltage magnitude of the frequency corresponding to the AC component and the magnitude of the AC current applied to the fuel cell stack (R = V / I).

상기 마이컴은 상기 계산된 임피던스를 이용하여 상기 연료전지 스택의 습윤 상태를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택에 대한 가습 제어를 수행할 수 있다.The microcomputer can determine the wet state of the fuel cell stack using the calculated impedance, and perform the humidification control on the fuel cell stack according to the determination result.

상기 전압 측정 회로는 상기 연료전지 스택의 각 단위 셀을 복수의 그룹으로 구분하여 배치함에 따라, 상기 복수의 그룹 각각에 연결되어 복수의 전압 측정 채널을 형성하고, 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류로 인해 나타나는 상기 연료전지 스택의 교류 전압 값을 상기 전압 측정 채널별로 측정할 수 있다.
Wherein the voltage measurement circuit is formed by dividing each unit cell of the fuel cell stack into a plurality of groups so as to form a plurality of voltage measurement channels connected to each of the plurality of groups, The AC voltage value of the fuel cell stack due to the current can be measured for each voltage measurement channel.

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 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하여 주파수 분석을 통해 직류 성분과 교류 성분을 추출함으로써, 연료전지 스택의 고장을 효율적으로 진단할 수 있으며 임피던스 계산을 통해 연료전지 스택의 가습 제어를 수행할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the cell voltage of the fuel cell stack is divided into a plurality of groups, and the DC component and the AC component are extracted through the frequency analysis. Thus, the failure of the fuel cell stack can be efficiently diagnosed, So that the humidification control of the fuel cell stack can be performed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 장치를 설명하기 위해 도시한 회로도이다.
도 2는 스택 전압의 파형을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 스택 전압의 주파수를 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.1 is a circuit diagram for explaining a fuel cell stack diagnosis apparatus through cell voltage and impedance detection according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a waveform of the stack voltage.
FIG. 3 is a graph showing a result of analyzing the frequency of the stack voltage of FIG. 2. FIG.
4 and 5 are flowcharts illustrating a method of diagnosing a fuel cell stack through cell voltage and impedance detection according to an embodiment of the present invention.

연료전지 스택의 셀 전압 검출 및 전압(V)-전류(I) 특성 곡성을 이용한 연료전지 스택 고장 진단과 스택의 전압을 몇 개의 그룹으로 나누어 주파수 분석을 통한 임피던스 검출 방법을 동일한 하드웨어 구성을 통해서 구현할 수 있다.Fuel cell stack fault diagnosis using the cell voltage detection and voltage (V) - current (I) characteristic curves of the fuel cell stack and the impedance detection method using the frequency analysis by dividing the voltage of the stack into several groups .

연료전지 스택의 진단 방법은 셀 전압을 검출하여 V-I 특성 곡선과 비교하거나 상대적으로 일정 기준보다 낮은 전압이 발생하면 고장으로 인식하는 것이다.The diagnostic method of the fuel cell stack is to detect the cell voltage and compare it with the V-I characteristic curve, or if the voltage is lower than a certain standard, it is recognized as a failure.

임피던스 검출 방법은 교류 전류를 연료전지 스택에 주입하고 스택의 전압을 몇 개의 그룹으로 나누어 읽고 이 읽은 전압에 대해 주파수 분석을 수행하는 것이다.The impedance detection method is to inject an alternating current into the fuel cell stack, divide the voltage of the stack into several groups, and perform frequency analysis on the read voltages.

주파수 분석 결과에서 직류(DC) 성분은 셀 전압이므로 V-I 특성 곡선과 비교하여 고장 여부를 판단하는 데에 이용될 수 있다. 교류(AC) 성분은 해당하는 주파수의 전압의 크기와 주입(연료전지 스택에 인가)해준 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 임피던스를 계산하여 습윤 상태를 판단하고 가습 제어를 수행하는 데에 이용될 수 있다.In the frequency analysis result, the DC component is the cell voltage, so it can be used to compare the V-I characteristic curve to determine the failure. The AC component calculates the impedance by using the magnitude of the voltage of the corresponding frequency and the magnitude of the AC current applied to the fuel cell stack (R = V / I) to judge the wet state and perform the humidification control And the like.

이는 동일한 하드웨어 구성을 통해서 고장 진단과 연료 전지 가습 제어라는 2가지 목적 달성을 통해 부품의 개수와 가격을 낮출 수 있는 효과를 가져올 수 있다.Through the same hardware configuration, the two objectives of fault diagnosis and fuel cell humidification control can be achieved, reducing the number and cost of components.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 셀 전압의 직류 성분과 교류 성분을 추출하여 연료전지 스택의 고장을 진단할 뿐만 아니라, 임피던스 계산을 통해 연료전지 스택의 가습 제어를 수행할 수 있다.
As described above, in one embodiment of the present invention, the DC component and the AC component of the cell voltage are extracted to diagnose the failure of the fuel cell stack, and the humidity control of the fuel cell stack can be performed through the impedance calculation.

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 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 장치를 설명하기 위해 도시한 회로도이다.1 is a circuit diagram for explaining a fuel cell stack diagnosis apparatus through cell voltage and impedance detection according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 장치(100)는 연료전지 스택(110), 교류전류 발생회로(120), 전압 측정 회로(130), 및 마이컴(140)을 포함한다.1, a fuel cell stack diagnosis apparatus 100 for detecting a cell voltage and an impedance according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 110, an alternating current generation circuit 120, a voltage measurement circuit 130 ), And a microcomputer 140.

상기 연료전지 스택(110)은 각 단위 셀이 복수의 그룹으로 구분되어 배치된다. 본 실시예에서는 상기 연료전지 스택(110)은 도면에 도시된 바와 같이 4개의 그룹, 즉 제1 내지 제4 그룹(111, 112, 113,1 14)으로 나눠질 수 있으며, 각각의 그룹은 상기 전류 측정 회로(130) 각각(131, 132, 133, 134)에 일대일로 매칭되어 연결될 수 있다.In the fuel cell stack 110, each unit cell is divided into a plurality of groups. In the present embodiment, the fuel cell stack 110 may be divided into four groups, that is, first to fourth groups 111, 112, 113, and 14 as shown in the figure, One to one, of the current measuring circuits 130, 132, 133, and 134, respectively.

이로써, 상기 연료전지 스택(110)과 상기 전류 측정 회로(130) 사이에는 복수개의 채널이 형성될 수 있으며, 이에 따라 스택의 동작 전압을 낮춰 스택 전압 대비 교류 전압 성분의 비율을 크게 함으로써 교류 전압 성분을 용이하게 검출할 수 있다.Accordingly, a plurality of channels can be formed between the fuel cell stack 110 and the current measurement circuit 130. Accordingly, by increasing the ratio of the AC voltage component to the stack voltage by lowering the operation voltage of the stack, Can be easily detected.

상기 교류전류 발생회로(120)는 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 상기 연료전지 스택(110)에 교류 전류(AC)를 인가한다.The AC current generating circuit 120 applies an AC current (AC) to the fuel cell stack 110 driven by a basic operation current (DC).

즉, 상기 교류전류 발생회로(120)는 교류 전류를 발생시켜 파워(122) 및 커패시터(124)를 통해서 상기 연료전지 스택(110)에 인가(주입)할 수 있다.That is, the alternating current generating circuit 120 generates an alternating current to apply (inject) the fuel cell stack 110 to the fuel cell stack 110 through the power 122 and the capacitor 124.

여기서, 상기 커패시터(124)는 상기 연료전지 스택의 기본 동작 전류(DC)와, 상기 교류전류 발생회로(120)에 의해 발생된 교류 전류를 디커플링시켜 주는 역할을 한다.Here, the capacitor 124 serves to decouple the basic operation current (DC) of the fuel cell stack and the alternating current generated by the alternating current generation circuit 120.

상기 전압 측정 회로(130)는 상기 연료전지 스택(110)에 연결되되 각 그룹, 즉 제1 내지 제4 그룹(111, 112, 113, 114)에 연결된다. 이를 위해, 상기 전압 측정 회로(130)는 복수개로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 전압 측정 회로(130)는 상기 연료전지 스택(110)의 그룹 개수에 맞게 4개(131, 132, 133, 134)로 구성될 수 있다.The voltage measurement circuit 130 is connected to the fuel cell stack 110 and is connected to each group, that is, the first to fourth groups 111, 112, 113 and 114. To this end, the voltage measuring circuit 130 may be composed of a plurality of voltage measuring circuits. In the present embodiment, the voltage measuring circuit 130 may be configured as four (131, 132, 133, 134) according to the number of groups of the fuel cell stacks 110.

상기 전압 측정 회로(130)는 상기 4개의 전압 측정 회로(131, 132, 133, 134)가 상기 연료전지 스택(110)의 그룹(111, 112, 113, 114) 각각에 연결되어 복수의 전압 측정 채널을 형성한다.The voltage measuring circuit 130 is connected to each of the groups 111, 112, 113 and 114 of the fuel cell stack 110 to measure a plurality of voltages Channel.

상기 전압 측정 회로(130)는 상기 형성된 복수의 전압 측정 채널을 통해 전압 값을 측정한다.The voltage measurement circuit 130 measures a voltage value through the plurality of voltage measurement channels formed.

즉, 상기 전압 측정 회로(130)는 상기 연료전지 스택(110)에 인가된 교류 전류로 인해 나타나는, 연료전지 스택(110)의 교류 전압 값을 상기 전압 측정 채널별로 측정할 수 있다.That is, the voltage measurement circuit 130 may measure the AC voltage value of the fuel cell stack 110, which is caused by the AC current applied to the fuel cell stack 110, for each voltage measurement channel.

상기 복수의 전압 측정 채널은 앞서 설명한 바와 같이 4개의 채널로 형성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 그 이상의 채널로 형성될 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다.The plurality of voltage measurement channels may be formed of four channels as described above, but the present invention is not limited thereto.

상기 마이컴(140)은 상기 복수의 그룹별로 측정된 셀 전압 각각의 주파수를 분석한다. 즉, 상기 마이컴(140)은 상기 전압 측정 회로(130)에 의해 측정된 전압 값을 상기 전압 측정 회로 각각(131, 132, 133, 134)으로부터 전달받아 주파수 분석을 한다.The microcomputer 140 analyzes frequency of each of the cell voltages measured for each of the plurality of groups. That is, the microcomputer 140 receives the voltage values measured by the voltage measurement circuit 130 from the voltage measurement circuits 131, 132, 133, and 134 and performs frequency analysis.

상기 마이컴(140)은 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 직류(DC) 성분을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단한다. 즉, 상기 마이컴(140)은 상기 연료전지 스택(110)의 셀 전압인 상기 직류 성분을 전압-전류(V-I) 특성 곡선과 비교하여 상기 연료전지 스택(110)의 고장을 진단할 수 있다.The microcomputer 140 diagnoses the failure of the fuel cell stack using a DC component extracted according to the frequency analysis. That is, the microcomputer 140 can diagnose the failure of the fuel cell stack 110 by comparing the DC component, which is the cell voltage of the fuel cell stack 110, with a voltage-current (V-I) characteristic curve.

또한, 상기 마이컴(140)은 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 교류(AC) 성분을 이용하여 임피던스를 계산한다. 즉, 상기 마이컴(140)은 상기 교류 성분에 해당하는 주파수의 전압 크기와, 상기 연료전지 스택(110)에 인가된 상기 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 상기 임피던스를 계산할 수 있다.In addition, the microcomputer 140 calculates an impedance using an AC component extracted according to the frequency analysis. That is, the microcomputer 140 can calculate the impedance by using the voltage magnitude of the frequency corresponding to the AC component and the magnitude of the AC current applied to the fuel cell stack 110 (R = V / I) have.

상기 마이컴(140)은 상기 계산된 임피던스를 이용하여 상기 연료전지 스택(110)의 습윤 상태를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택에 대한 가습 제어를 수행할 수 있다.
The microcomputer 140 may determine the wet state of the fuel cell stack 110 using the calculated impedance and perform the humidification control on the fuel cell stack according to the determination result.

도 2는 스택 전압의 파형을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 스택 전압의 주파수를 분석한 결과를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a view showing a waveform of the stack voltage, and FIG. 3 is a diagram showing a result of analyzing the frequency of the stack voltage of FIG.

도 1의 연료전지 스택 진단 장치(100)에서는 도 2에 도시된 바와 같은 스택 전압이 발생한다. 이러한 스택 전압에는 도 1에서와 같은 주입 전류를 통해 직류(DC) 성분과 교류(AC) 성분이 나타난다. 본 실시예에서는, 이러한 스택 전압을 주파수 분석하여 도 3에 도시된 바와 같이 직류(DC) 성분과 교류(AC) 성분을 주파수 분석 결과로서 추출해 낼 수 있다.In the fuel cell stack diagnostic apparatus 100 of FIG. 1, a stack voltage as shown in FIG. 2 is generated. A DC component and an AC component appear at the stack voltage through the injection current as shown in FIG. In this embodiment, such a stack voltage can be frequency analyzed to extract a direct current (DC) component and an alternating current (AC) component as a frequency analysis result as shown in FIG.

주파수 분석 결과에서 직류(DC) 성분은 셀 전압이므로 V-I 특성 곡선과 비교하여 고장 여부를 판단하는 데에 이용될 수 있다. 교류(AC) 성분은 해당하는 주파수의 전압의 크기와 주입(연료전지 스택에 인가)해준 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 임피던스를 계산하여 습윤 상태를 판단하고 가습 제어를 수행하는 데에 이용될 수 있다.
In the frequency analysis result, the DC component is the cell voltage, so it can be used to compare the VI characteristic curve to determine the failure. The AC component calculates the impedance by using the magnitude of the voltage of the corresponding frequency and the magnitude of the AC current applied to the fuel cell stack (R = V / I) to judge the wet state and perform the humidification control And the like.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다. 여기서, 상기 연료전지 스택 진단 방법은 도 1의 연료전지 스택 진단 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.4 and 5 are flowcharts illustrating a method of diagnosing a fuel cell stack through cell voltage and impedance detection according to an embodiment of the present invention. Here, the fuel cell stack diagnosis method may be performed by the fuel cell stack diagnostic apparatus 100 of FIG.

먼저 도 1 및 도 4를 참조하면, 단계(410)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가한다.Referring first to FIGS. 1 and 4, in step 410, the fuel cell stack diagnostic apparatus 100 applies an alternating current (AC) to a fuel cell stack driven with a basic operating current (DC).

다음으로, 단계(420)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정한다.Next, in step 420, the fuel cell stack diagnosis apparatus 100 divides the cell voltage of the fuel cell stack into a plurality of groups.

여기서, 상기 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하는 과정은 다음과 같다.Here, the process of dividing the cell voltage of the fuel cell stack into a plurality of groups and measuring them is as follows.

즉, 도 1 및 도 5를 참조하면, 단계(510)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 연료전지 스택(110)의 각 단위 셀을 복수의 그룹으로 구분하여 배치한다.That is, referring to FIGS. 1 and 5, in step 510, the fuel cell stack diagnosis apparatus 100 divides each unit cell of the fuel cell stack 110 into a plurality of groups.

이후, 단계(520)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 복수의 그룹(111, 112, 113, 114) 각각에 전압 측정 회로(130)를 연결하여 복수의 전압 측정 채널을 형성한다.In step 520, the fuel cell stack diagnosis apparatus 100 connects the voltage measurement circuit 130 to each of the plurality of groups 111, 112, 113, and 114 to form a plurality of voltage measurement channels.

이후, 단계(530)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 연료전지 스택(110)에 인가된 교류 전류로 인해 나타나는, 상기 연료전지 스택(110)의 교류 전압 값을 상기 전압 측정 채널별로 측정한다.Thereafter, in step 530, the fuel cell stack diagnosis apparatus 100 determines the AC voltage value of the fuel cell stack 110, which is caused by the alternating current applied to the fuel cell stack 110, .

이어서, 다시 도 1 및 도 4를 참조하면, 단계(430)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 복수의 그룹별로 측정된 셀 전압 각각의 주파수를 분석한다.Referring again to FIGS. 1 and 4, in step 430, the fuel cell stack diagnosis apparatus 100 analyzes the frequency of each of the cell voltages measured for each of the plurality of groups.

다음으로, 단계(440)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 직류(DC) 성분을 이용하여 상기 연료전지 스택(110)의 고장을 진단한다.Next, in step 440, the fuel cell stack diagnosis apparatus 100 diagnoses the failure of the fuel cell stack 110 using a direct current (DC) component extracted according to the analysis of the frequency.

다음으로, 단계(450)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 교류(AC) 성분을 이용하여 임피던스를 계산한다.Next, in step 450, the fuel cell stack diagnostic apparatus 100 calculates an impedance using an AC component extracted according to the analysis of the frequency.

다음으로, 단계(460)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 계산된 임피던스를 이용하여 상기 연료전지 스택(110)의 습윤 상태를 판단한다.Next, in step 460, the fuel cell stack diagnostic apparatus 100 determines the wet state of the fuel cell stack 110 using the calculated impedance.

다음으로, 단계(470)에서 상기 연료전지 스택 진단 장치(100)는 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택(110)에 대한 가습 제어를 수행한다.
Next, in step 470, the fuel cell stack diagnosis apparatus 100 performs the humidification control on the fuel cell stack 110 according to the determination result.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하여 주파수 분석을 통해 직류 성분과 교류 성분을 추출함으로써, 연료전지 스택의 고장을 효율적으로 진단할 수 있으며, 나아가 임피던스 계산을 통해 연료전지 스택의 가습 제어를 수행할 수 있다.
As described above, according to the embodiment of the present invention, the cell voltage of the fuel cell stack is divided into a plurality of groups, and the DC component and the AC component are extracted through the frequency analysis, so that the failure of the fuel cell stack can be efficiently diagnosed. Humidity control of the fuel cell stack can be performed through impedance calculation.

본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
Embodiments of the present invention include computer readable media including program instructions for performing various computer implemented operations. The computer-readable medium may include program instructions, local data files, local data structures, etc., alone or in combination. The media may be those specially designed and constructed for the present invention or may be those known to those skilled in the computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floppy disks, and ROMs, And hardware devices specifically configured to store and execute the same program instructions. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

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.

110: 연료전지 스택
120: 교류전류 발생회로
122: 파워
124: 커패시터
130: 전압 측정 회로
140: 마이컴110: Fuel cell stack
120: AC current generating circuit
122: Power
124: Capacitor
130: Voltage measuring circuit
140: Microcomputer

Claims (11)

연료전지 스택의 진단 장치에 의해 수행되는 연료전지 스택 진단 방법에 있어서,
기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가하는 단계;
상기 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하는 단계;
상기 복수의 그룹별로 측정된 셀 전압 각각의 주파수를 분석하는 단계;
상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 직류(DC) 성분을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계; 및
상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 교류(AC) 성분을 이용하여 임피던스를 계산하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법.
A method for diagnosing a fuel cell stack performed by a diagnostic apparatus of a fuel cell stack,
Applying an alternating current (AC) to a fuel cell stack driven by a basic operating current (DC);
Dividing the cell voltage of the fuel cell stack into a plurality of groups;
Analyzing a frequency of each of the cell voltages measured for each of the plurality of groups;
Diagnosing a failure of the fuel cell stack using a direct current (DC) component extracted according to analysis of the frequency; And
Calculating an impedance using an AC component extracted according to the frequency analysis;
Wherein the fuel cell stack diagnosis method comprises:
제1항에 있어서,
상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계는
상기 연료전지 스택의 셀 전압인 상기 직류 성분을 전압-전류(V-I) 특성 곡선과 비교하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법.
The method according to claim 1,
The step of diagnosing the failure of the fuel cell stack
Comparing the DC component that is the cell voltage of the fuel cell stack with a voltage-current (VI) characteristic curve to diagnose a failure of the fuel cell stack
Wherein the fuel cell stack diagnosis method comprises:
제1항에 있어서,
상기 임피던스를 계산하는 단계는
상기 교류 성분에 해당하는 주파수의 전압 크기와, 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 상기 임피던스를 계산하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법.
The method according to claim 1,
The step of calculating the impedance
Calculating the impedance by using a voltage magnitude of the frequency corresponding to the AC component and a magnitude of the AC current applied to the fuel cell stack (R = V / I)
Wherein the fuel cell stack diagnosis method comprises:
제1항에 있어서,
상기 계산된 임피던스를 이용하여 상기 연료전지 스택의 습윤 상태를 판단하는 단계; 및
상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택에 대한 가습 제어를 수행하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법.
The method according to claim 1,
Determining a wet state of the fuel cell stack using the calculated impedance; And
Performing humidification control on the fuel cell stack according to the determination result
Further comprising the step of detecting the cell voltage and the impedance of the fuel cell stack.
제1항에 있어서,
상기 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하는 단계는
상기 연료전지 스택의 각 단위 셀을 복수의 그룹으로 구분하여 배치하는 단계;
상기 복수의 그룹 각각에 전압 측정 회로를 연결하여 복수의 전압 측정 채널을 형성하는 단계; 및
상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류로 인해 나타나는 상기 연료전지 스택의 교류 전압 값을 상기 전압 측정 채널별로 측정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법.
The method according to claim 1,
The step of dividing the cell voltage of the fuel cell stack into a plurality of groups
Disposing each unit cell of the fuel cell stack into a plurality of groups;
Connecting a voltage measurement circuit to each of the plurality of groups to form a plurality of voltage measurement channels; And
Measuring an AC voltage value of the fuel cell stack due to the AC current applied to the fuel cell stack for each voltage measurement channel
Wherein the fuel cell stack diagnosis method comprises:
제5항에 있어서,
복수의 전압 측정 채널은
적어도 2개의 채널로 형성되는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 방법.
6. The method of claim 5,
The plurality of voltage measurement channels
Wherein the at least two channels are formed by at least two channels.
기본 동작 전류(DC)로 구동되는 연료전지 스택에 교류 전류(AC)를 인가하는 교류전류 발생회로;
상기 연료전지 스택의 셀 전압을 복수의 그룹으로 나누어 측정하는 전압 측정 회로;
상기 복수의 그룹별로 측정된 셀 전압 각각의 주파수를 분석하고, 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 직류(DC) 성분을 이용하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하며, 상기 주파수의 분석에 따라 추출되는 교류(AC) 성분을 이용하여 임피던스를 계산하는 마이컴
을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 장치.
An alternating current generating circuit for applying an alternating current (AC) to a fuel cell stack driven by a basic operating current (DC);
A voltage measuring circuit for measuring a cell voltage of the fuel cell stack divided into a plurality of groups;
A frequency of each of the cell voltages measured for each of the plurality of groups is analyzed and a failure of the fuel cell stack is diagnosed using a DC component extracted according to analysis of the frequency, A microcomputer for calculating an impedance using an alternating current (AC) component
Wherein the fuel cell stack diagnosis device is configured to detect a cell voltage and an impedance of the fuel cell stack.
제7항에 있어서,
상기 마이컴은
상기 연료전지 스택의 셀 전압인 상기 직류 성분을 전압-전류(V-I) 특성 곡선과 비교하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 장치.
8. The method of claim 7,
The microcomputer
And comparing the DC component, which is a cell voltage of the fuel cell stack, with a voltage-current (VI) characteristic curve to diagnose the failure of the fuel cell stack.
제7항에 있어서,
상기 마이컴은
상기 교류 성분에 해당하는 주파수의 전압 크기와, 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류의 크기를 이용(R=V/I)하여 상기 임피던스를 계산하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 장치.
8. The method of claim 7,
The microcomputer
(R = V / I) using the voltage magnitude of the frequency corresponding to the AC component and the magnitude of the AC current applied to the fuel cell stack to calculate the impedance. Fuel cell stack diagnostic device.
제7항에 있어서,
상기 마이컴은
상기 계산된 임피던스를 이용하여 상기 연료전지 스택의 습윤 상태를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 연료전지 스택에 대한 가습 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 장치.
8. The method of claim 7,
The microcomputer
Wherein the controller is configured to determine the wet state of the fuel cell stack using the calculated impedance and perform the humidification control on the fuel cell stack according to the determination result. .
제7항에 있어서,
상기 전압 측정 회로는
상기 연료전지 스택의 각 단위 셀을 복수의 그룹으로 구분하여 배치함에 따라, 상기 복수의 그룹 각각에 연결되어 복수의 전압 측정 채널을 형성하고, 상기 연료전지 스택에 인가된 상기 교류 전류로 인해 나타나는 상기 연료전지 스택의 교류 전압 값을 상기 전압 측정 채널별로 측정하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 및 임피던스 검출을 통한 연료전지 스택 진단 장치.8. The method of claim 7,
The voltage measuring circuit
Wherein each of the unit cells of the fuel cell stack is divided into a plurality of groups so as to form a plurality of voltage measurement channels connected to each of the plurality of groups, And the AC voltage value of the fuel cell stack is measured for each of the voltage measurement channels.
KR1020120149920A 2012-12-20 2012-12-20 Fuel cell stack diagnosis method and device by detecting cell voltage and impedance KR101418179B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120149920A KR101418179B1 (en) 2012-12-20 2012-12-20 Fuel cell stack diagnosis method and device by detecting cell voltage and impedance

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120149920A KR101418179B1 (en) 2012-12-20 2012-12-20 Fuel cell stack diagnosis method and device by detecting cell voltage and impedance

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140080287A true KR20140080287A (en) 2014-06-30
KR101418179B1 KR101418179B1 (en) 2014-07-09

Family

ID=51131053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120149920A KR101418179B1 (en) 2012-12-20 2012-12-20 Fuel cell stack diagnosis method and device by detecting cell voltage and impedance

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101418179B1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160072874A (en) * 2014-12-15 2016-06-24 현대오트론 주식회사 Method of measuring fuel cell stack impedance and apparatus perfroming the same
CN108037468A (en) * 2017-12-27 2018-05-15 新源动力股份有限公司 A kind of fuel cell diagnostic device and method
KR101866072B1 (en) * 2016-10-18 2018-06-08 현대자동차주식회사 Apparatus for diagnosing state of fuel cell stack and method thereof
US10020525B2 (en) 2015-12-09 2018-07-10 Hyundai Motor Company Method and system for diagnosing state of fuel cell stack
CN113884766A (en) * 2021-09-15 2022-01-04 江苏东华分析仪器有限公司 High-voltage energy storage galvanic pile multi-channel synchronous impedance measurement method based on isolation technology

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101655589B1 (en) 2014-12-03 2016-09-07 현대자동차주식회사 Device and method for monitoring dry of fuel cell stack
KR102656115B1 (en) 2021-10-08 2024-04-11 울산대학교 산학협력단 Remaining useful life prediction method of fuel cell system and digital twin device performing the same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6519539B1 (en) * 2000-09-29 2003-02-11 Hydrogenics Corporation Measurement of fuel cell impedance
KR100497572B1 (en) * 2003-02-10 2005-07-01 주식회사 한림포스텍 Portable battery-pack non-destructive test device using ac impedance measurment technology and method which it use, multi-channel measurment system with this device
KR100812760B1 (en) * 2005-12-08 2008-03-12 김득수 Measurement Device of Internal Impedance effective value of Stationary Battery And Method Thereof
JP5329111B2 (en) 2008-03-25 2013-10-30 本田技研工業株式会社 Fuel cell system and method for determining deterioration of power storage device in the system

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160072874A (en) * 2014-12-15 2016-06-24 현대오트론 주식회사 Method of measuring fuel cell stack impedance and apparatus perfroming the same
US10020525B2 (en) 2015-12-09 2018-07-10 Hyundai Motor Company Method and system for diagnosing state of fuel cell stack
KR101866072B1 (en) * 2016-10-18 2018-06-08 현대자동차주식회사 Apparatus for diagnosing state of fuel cell stack and method thereof
CN108037468A (en) * 2017-12-27 2018-05-15 新源动力股份有限公司 A kind of fuel cell diagnostic device and method
CN113884766A (en) * 2021-09-15 2022-01-04 江苏东华分析仪器有限公司 High-voltage energy storage galvanic pile multi-channel synchronous impedance measurement method based on isolation technology

Also Published As

Publication number Publication date
KR101418179B1 (en) 2014-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101418179B1 (en) Fuel cell stack diagnosis method and device by detecting cell voltage and impedance
KR101090705B1 (en) Method for monitoring of fuel cell stack status
US20140188414A1 (en) Method and system for measuring impedance for diagnosis of fuel cell stack
KR101592760B1 (en) Apparatus for diagnising state of fuel cell stack and method thereof
KR101646854B1 (en) Method of measuring fuel cell stack impedance and apparatus perfroming the same
KR101362740B1 (en) Method for monitoring of fuel cell stack status
KR101428299B1 (en) Fuel cell stack diagnosis device and method for detecting cell voltage and impedance for the same
KR101438958B1 (en) Method for generating injected current of fuel cell stack
KR101418180B1 (en) Method for monitoring of fuel cell stack status
KR101629579B1 (en) Method of detecting fule stack voltage and apparatus performing the same
KR101418175B1 (en) Fault diagnosis device and method based of current detecting of fuel cell stack
KR101438956B1 (en) Method for generating injected current of fuel cell stack and apparatus performing the same
KR101448766B1 (en) Diagnosis system for fuel cell stack
KR101362741B1 (en) Fuel cell stack diagnosis device and method
KR101308254B1 (en) Apparatus and method for monitoring of fuel cell stack status
KR101438959B1 (en) Fuel cell stack diagnosis device having isulating circuit and method for the same
KR101428297B1 (en) Early diagnosis method and device for fuel cell stack
KR101418176B1 (en) Fault diagnosis device and method for fuel cell stack using absorbing current of multi-frequency
KR101593761B1 (en) Method for monitoring of fuel cell stack status and apparatus performing the same
KR101584865B1 (en) Method of generating injected current for fuel cell stack and apparatus performing the same
KR102485336B1 (en) Apparatus for measuring impedance of fuel cell stack and method thereof
KR101418177B1 (en) Fault diagnosis device for fuel cell stack having phase difference correction circuit, and phase difference correction method for the same
KR101418178B1 (en) Method for generating injected current of fuel cell stack and apparatus performing the same
KR20170100117A (en) Cell internal resistance measuring device and method for small portable PEMFC
KR101448787B1 (en) Method and system for setting diagnosis signal for fuel cell stack

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170628

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180627

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190625

Year of fee payment: 6