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KR101879647B1 - Management system for fuel cell - Google Patents

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KR101879647B1
KR101879647B1 KR1020160119909A KR20160119909A KR101879647B1 KR 101879647 B1 KR101879647 B1 KR 101879647B1 KR 1020160119909 A KR1020160119909 A KR 1020160119909A KR 20160119909 A KR20160119909 A KR 20160119909A KR 101879647 B1 KR101879647 B1 KR 101879647B1
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output voltage
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박종민
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주식회사 한컴유니맥스
에이피이엘(주)
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Abstract

본 발명은 연료전지 스택으로부터 측정되는 지표를 이용하여 연료전지 스택의 상태를 파악함으로써, 연료전지 스택의 교체 시기, 고장 발생여부, 고장 발생 가능성과 같은 사항을 정확하면서도 용이하게 예측하도록 함으로써, 연료전지 이용효율을 향상시키기 위한 연료전지 관리 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 연료전지 관리 시스템은 수소를 포함하는 연료를 공급받아 전력을 생산하는 연료전지 셀이 복수로 구성되는 연료전지 스택과 상기 연료전지 스택에 연결되어 상기 연료전지 스택으로부터 출력되는 전압을 변압하는 컨버터를 포함하는 연료전지부; 상기 연료전지 스택에 대응되게 구성되어 상기 연료전지 스택의 전압, 전류 및 온도 중 어느 하나 이상의 지표를 측정하는 검출부; 및 상기 지표의 측정을 위해 검출부와 상기 연료전지 스택의 연결을 제어하고, 상기 검출부에 의해 측정된 상기 지표를 이용하여 상기 연료전지 스택의 특성값을 산출하며, 미리 저장된 기준특성값과 비교하여 상기 연료전지스택의 상태를 분석하기 위해 상기 특성값을 상기 기준특성값과 비교 가능한 비교특성값으로 변환하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
The present invention can accurately and easily predict factors such as the replacement timing of the fuel cell stack, the occurrence of a failure, and the possibility of a failure by using the indicator measured from the fuel cell stack to grasp the state of the fuel cell stack, And more particularly to a fuel cell management system for improving utilization efficiency.
The fuel cell management system according to the present invention includes a fuel cell stack having a plurality of fuel cell cells that receive fuel containing hydrogen and produce electric power, and a fuel cell stack connected to the fuel cell stack, A fuel cell comprising: A detector configured to correspond to the fuel cell stack and measuring at least one of voltage, current, and temperature of the fuel cell stack; And controlling the connection between the detection unit and the fuel cell stack to measure the indicator, calculating a characteristic value of the fuel cell stack using the indicator measured by the detection unit, comparing the measured characteristic value with a previously stored reference characteristic value, And a controller for converting the characteristic value into a comparative characteristic value that can be compared with the reference characteristic value in order to analyze the state of the fuel cell stack.

Description

연료전지 관리 시스템{MANAGEMENT SYSTEM FOR FUEL CELL}[0001] MANAGEMENT SYSTEM FOR FUEL CELL [0002]

본 발명은 연료전지 관리 시스템에 관한 것으로 특히, 연료전지 스택으로부터 측정되는 지표를 이용하여 연료전지 스택의 상태를 파악함으로써, 연료전지 스택의 교체 시기, 고장 발생 여부, 고장 발생 가능성과 같은 사항을 정확하면서도 용이하게 예측하도록 함으로써, 연료전지 이용효율을 향상시키기 위한 연료전지 관리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell management system, and more particularly, to an apparatus and a method for monitoring a state of a fuel cell stack using an indicator measured from a fuel cell stack, The present invention relates to a fuel cell management system for improving fuel cell utilization efficiency.

연료전지는 다른 에너지원을 대체하여 전기 에너지 및 열에너지를 생산할 수 있는 에너지원으로 각광받고 있다. 최근, 급격한 전력 사용의 증가로 인한 전력 부족을 해소하기 위해 중소형 자가발전 시설로 이용되거나, 차량과 같은 이동체의 동력원으로서 연료전지가 이용되고 있다.Fuel cells are attracting attention as an energy source that can generate electricity and heat energy by replacing other energy sources. 2. Description of the Related Art In recent years, a fuel cell has been used as a small-sized self-power generation facility or as a power source of a moving object such as a vehicle in order to solve a power shortage due to an abrupt increase in electric power consumption.

이러한 연료전지는 수소 또는 수소를 추출할 수 있는 물질을 원료로 주입하면 수소와 산소 반응에 의해 열과 전기를 생산하고, 물을 배출하여 대기오염을 발생시키지 않는 장점이 있다. 특히, 연료전지는 연료만 지속적으로 공급할 수 있는 경우 소형화가 용이하여, 원하는 발전용량의 증감이 가능하며, 이로 인해 사용처가 급격히 증가하고 있다.Such a fuel cell is advantageous in that when a material capable of extracting hydrogen or hydrogen is injected as a raw material, heat and electricity are produced by hydrogen and oxygen reaction, and water is discharged to prevent air pollution. Particularly, when the fuel cell can continuously supply only fuel, it is easy to miniaturize, and the desired power generation capacity can be increased or decreased.

하지만, 연료전지는 기존에 사용되던 배터리, 엔진, 재생에너지 발전장치들과 다른 특성을 가지며, 이로 인해 다른 관리방법이 필요함에도 연료전지를 효율적으로 관리하기 위한 방법이 없어 연료전지 이용 효율이 저하되는 실정이다.However, since the fuel cell has different characteristics from those of the existing battery, engine, and renewable energy generation apparatuses, and thus requires different management methods, there is no way to efficiently manage the fuel cell, It is true.

특히, 연료전지는 내부저항, 온도, 연료에 포함된 수소의 순도, 연료의 공급 압력과 같이 다양한 요소에 의해 출력전압의 변동이 크게 발생하거나, 파손이 발생한다. 때문에 높은 출력을 유지하면서, 안정적인 연료전지의 운영을 위해서는 연료전지 스택의 특성 및 상태를 정확히 파악하는 관리방법이 요구된다.In particular, the output voltage of the fuel cell varies greatly due to various factors such as the internal resistance, the temperature, the purity of hydrogen contained in the fuel, and the supply pressure of the fuel, or breakage occurs. Therefore, a management method that accurately grasps the characteristics and conditions of the fuel cell stack is required for stable operation of the fuel cell while maintaining a high output.

한국등록특허 10-1382260(2014.04.01 등록일)Korean Registered Patent No. 10-1382260 (Registration date April 04, 2014)

따라서, 본 발명의 목적은 연료전지 스택으로부터 측정되는 지표를 이용하여 연료전지 스택의 상태를 파악함으로써, 연료전지 스택의 교체 시기, 고장 발생 여부, 고장 발생 가능성과 같은 사항을 정확하면서도 용이하게 예측하도록 함으로써, 연료전지 이용효율을 향상시키도록 한 연료전지 관리 시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to accurately and easily predict factors such as a replacement timing of a fuel cell stack, a failure occurrence, and a possibility of a failure by grasping the state of the fuel cell stack using an indicator measured from the fuel cell stack Thereby improving the fuel cell utilization efficiency.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료전지 관리 시스템은 수소를 포함하는 연료를 공급받아 전력을 생산하는 연료전지 셀이 복수로 구성되는 연료전지 스택과 상기 연료전지 스택에 연결되어 상기 연료전지 스택으로부터 출력되는 전압을 변압하는 컨버터를 포함하는 연료전지부; 상기 연료전지 스택에 대응되게 구성되어 상기 연료전지 스택의 전압, 전류 및 온도 중 어느 하나 이상의 지표를 측정하는 검출부; 및 상기 지표의 측정을 위해 검출부와 상기 연료전지 스택의 연결을 제어하고, 상기 검출부에 의해 측정된 상기 지표를 이용하여 상기 연료전지 스택의 특성값을 산출하며, 미리 저장된 기준특성값과 비교하여 상기 연료전지스택의 상태를 분석하기 위해 상기 특성값을 상기 기준특성값과 비교 가능한 비교특성값으로 변환하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a fuel cell management system according to the present invention includes: a fuel cell stack having a plurality of fuel cell units that receive fuel containing hydrogen and produce electric power; A converter for converting a voltage output from the fuel cell; A detector configured to correspond to the fuel cell stack and measuring at least one of voltage, current, and temperature of the fuel cell stack; And controlling the connection between the detection unit and the fuel cell stack to measure the indicator, calculating a characteristic value of the fuel cell stack using the indicator measured by the detection unit, comparing the measured characteristic value with a previously stored reference characteristic value, And a controller for converting the characteristic value into a comparative characteristic value that can be compared with the reference characteristic value in order to analyze the state of the fuel cell stack.

상기 기준특성값 또는 상기 연료전지 스택의 특성값 또는 상기 비교특성값은 상기 연료전지 스택 또는 상기 연료전지 셀의 출력전류에 따른 출력전압의 크기 또는 출력전압의 변동값을 그래프, 수식으로 나타낸 것이거나, 미리 지정되는 임의의 출력전류값에 대응되는 출력전압의 크기 또는 출력전압의 변동값인 것을 특징으로 한다.The reference characteristic value or the characteristic value or the comparison characteristic value of the fuel cell stack may be expressed by a graph or an equation by a magnitude of an output voltage or a variation of an output voltage according to an output current of the fuel cell stack or the fuel cell cell , A magnitude of an output voltage corresponding to a predetermined output current value or a variation value of the output voltage.

상기 기준특성값은 연료전지 셀 하나에 대해 상기 출력전류에 대응되는 출력전압 또는 출력전압의 변동값을 산출한 것이고, 상기 비교 특성값은 상기 연료전지 스택의 특성값을 연료전지 셀 하나당 특성값으로 환산한 값인 것을 특징으로 한다.Wherein the reference characteristic value is obtained by calculating a variation value of an output voltage or an output voltage corresponding to the output current for one fuel cell cell and the characteristic value of the fuel cell stack is a characteristic value per fuel cell cell Converted value.

상기 검출부는 상기 검출부는 상기 연료전지 스택에 연결되는 시험부하; 상기 시험부하와 상기 연료전지 스택에 연결 또는 단절시키기 위한 스위치; 상기 연료전지 스택의 개회로 전압 또는 상기 시험부하의 단자전압을 측정하기 위한 전압계 및 상기 연료전지 스택의 온도 측정하기 위한 온도계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Wherein the detection unit comprises: a test load connected to the fuel cell stack; A switch for connecting or disconnecting the test load and the fuel cell stack; A voltmeter for measuring an open circuit voltage of the fuel cell stack or a terminal voltage of the test load, and a thermometer for measuring the temperature of the fuel cell stack.

상기 기준 특성값은 상기 연료전지 스택의 상태를 판단하기 위한 기준치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And the reference characteristic value includes a reference value for determining the state of the fuel cell stack.

상기 제어부는 임의의 출력전류에 대한 상기 비교 특성값에 의한 출력전압의 크기와 상기 기준 특성값에 의한 출력전압의 크기 차이 또는 상기 비교 특성값에 의한 출력전압의 변동값 또는 상기 기준 특성값에 의한 출력전압의 변동값이 상기 기준치에 의해 정의되는 범위인지 여부를 판단하여 상기 연료전지 스택의 상태를 분석하는 것을 특징으로 한다.The control unit may control the output voltage according to the magnitude of the output voltage based on the comparison characteristic value and the magnitude of the output voltage based on the reference characteristic value or the variation value of the output voltage based on the comparison characteristic value, The state of the fuel cell stack is analyzed by determining whether a variation value of the output voltage is within a range defined by the reference value.

상기 제어부는 상기 검출부에 의해 측정된 값을 이용하여 상기 연료전지 스택의 내부저항을 산출하고, 상기 내부저하에 의해 결정되는 상수를 산출하며, 상기 출력전압 또는 상기 출력전압의 변동값은 상기 출력전류를 상기 시험부하에 인가되는 전류로 나눈값에 대한 로그값에 상기 상수를 곱한 값인 것을 특징으로 한다.Wherein the control unit calculates an internal resistance of the fuel cell stack using a value measured by the detection unit, calculates a constant determined by the internal degradation, and the variation value of the output voltage or the output voltage is the output current Is divided by the current applied to the test load, and is multiplied by the constant.

본 발명에 따른 연료전지 관리 시스템은 연료전지 스택으로부터 측정되는 지표를 이용하여 연료전지 스택의 상태를 파악함으로써, 연료전지 스택의 교체 시기, 고장 발생 여부, 고장 발생 가능성과 같은 사항을 정확하면서도 용이하게 예측하도록 함으로써, 연료전지 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다.The fuel cell management system according to the present invention grasps the state of the fuel cell stack by using the indicator measured from the fuel cell stack, thereby accurately and easily detecting the replacement timing of the fuel cell stack, the occurrence of a failure, It is possible to improve the fuel cell utilization efficiency.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 관리 시스템의 구성을 간략하게 도시한 구성 예시도.
도 2는 본 발명의 연료전지 특성 검출 및 이를 통한 관리방법을 설명하기 위한 구성도.
도 3은 전류밀도에 따른 셀전압 그래프의 예를 도시한 예시도.
도 4는 연료전지 스택 온도별 전류밀도에 따른 셀전압 그래프의 예를 도시한 예시도.
도 5는 연료전지 스택의 상태 분석 과정을 설명하기 위한 순서도.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a fuel cell management system according to the present invention; FIG.
2 is a block diagram for explaining the fuel cell characteristic detection and management method according to the present invention.
3 is an exemplary diagram showing an example of a cell voltage graph according to a current density.
4 is an exemplary view showing an example of a cell voltage graph according to the current density according to the fuel cell stack temperature.
5 is a flowchart for explaining a state analysis process of the fuel cell stack.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be noted that the drawings denoted by the same reference numerals in the drawings denote the same reference numerals whenever possible, in other drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. And certain features shown in the drawings are to be enlarged or reduced or simplified for ease of explanation, and the drawings and their components are not necessarily drawn to scale. However, those skilled in the art will readily understand these details.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 관리 시스템의 구성을 간략하게 도시한 구성 예시도이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram briefly showing a configuration of a fuel cell management system according to the present invention; FIG.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지 관리 시스템은 배터리(10), 연료전지부(20), 검출부(22) 및 제어부(80)를 포함하여 구성되고, 연료전지(20)의 출력단 또는 배터리(10)에는 부하(90)가 연결될 수 있다.1, a fuel cell management system according to the present invention includes a battery 10, a fuel cell unit 20, a detection unit 22, and a control unit 80, A load 90 may be connected to the battery 10.

배터리(10)는 외부전력 또는 연료전지부(20)에서 출력되는 전력을 공급받아 충전하고, 충전된 전력을 부하(90)의 연결시 제어부(80)의 제어에 따라 공급한다. 이를 위해 배터리(10)는 충방전 및 부하의 연결을 위한 회로부를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 배터리(10)는 납축전지, 금속산화물전지와 같은 충방전이 가능한 전지로 구성된다. 여기서, 배터리(10)는 다른 전력원 예를들어, 태양전지, 풍력발전기, 수력발전기 또는 다른 방식이나 종류의 연료전지로 구성될 수 있으며, 이들과 배터리(10)가 혼용되어 구성될 수도 있으나, 본 발명에서는 연료전지부(20)와 배터리(10)가 병렬로 연결된 경우의 예를 위주로 설명을 진행하기로 하며, 제시된 바에 의해 본 발명을 한정하는 것은 아니다.The battery 10 receives and supplies external power or power output from the fuel cell unit 20 and supplies the charged power under the control of the control unit 80 when the load 90 is connected. To this end, the battery 10 may be configured to include a circuit for charge / discharge and connection of a load. The battery 10 is composed of a battery that can be charged and discharged, such as a lead acid battery or a metal oxide battery. Here, the battery 10 may be composed of a different power source, for example, a solar cell, a wind power generator, a hydroelectric power generator, or any other type or type of fuel cell, In the present invention, the fuel cell unit 20 and the battery 10 are connected in parallel, and therefore, the present invention is not limited thereto.

연료전지부(20)는 제어부(80)의 제어에 따라 활성화되어 전력을 생산하고, 생산된 전력을 DC 컨버터(26)를 통해 부하(90) 또는 배터리(10)에 공급한다. 이러한 연료전지부(20)는 수소 또는 수소를 추출할 수 있는 연료를 연료전지 스택에 공급하는 공급장치 및 사용된 연료를 재순환시켜 사용된 연료에 포함되어 있는 잔여 수소를 사용하도록 하기 위한 재순환장치(22)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 연료전지 스택은 MEA(Membrane Electrode Assembly)를 포함하여 구성될 수 있으나, 다른 형태의 전극을 가지는 연료전지일 수 있으며, 제시된 바에 의해 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 이러한 연료전지의 상세한 구조와 동작원리는 공개된 기술이 존재하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. The fuel cell unit 20 is activated under the control of the control unit 80 to produce electric power and supplies the produced electric power to the load 90 or the battery 10 via the DC converter 26. [ The fuel cell unit 20 includes a supply device for supplying hydrogen or a fuel capable of extracting hydrogen to the fuel cell stack and a recirculating device for recycling the used fuel to use the residual hydrogen contained in the used fuel 22). In addition, the fuel cell stack may include a membrane electrode assembly (MEA), but may be a fuel cell having other types of electrodes, and the present invention is not limited by the presented examples. The detailed structure and operation principle of such a fuel cell are disclosed in detail, and a detailed description thereof will be omitted.

DC 컨버터(26)는 연료전지(21)로부터 생산된 전력의 전압을 승압 또는 감압하여 외부회로 또는 배터리(10)에 전달한다. 또한, DC 컨버터(26)는 제어부(80)의 제어에 따라 연료전지(21)로부터 출력되는 전류를 조절한다. 이러한 DC 컨버터(26)는 벅-부스트(Buck-boost) 회로에 의해 구현될 수 있으며, 제어부(80)로부터 전달되는 PWM(Pulse Width Modulation)에 의해 벅-부스트 회로의 스위칭을 제어하여 연료전지(21)로부터 출력되는 전류 또는 전압을 제어하게 된다. 여기서, 벅-부스트(Buck-boost)회로는 일례로 제시된 것일뿐 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.DC converter 26 boosts or reduces the voltage of the electric power produced from the fuel cell 21 and transfers it to the external circuit or battery 10. [ In addition, the DC converter 26 regulates the current output from the fuel cell 21 under the control of the controller 80. This DC converter 26 can be implemented by a buck-boost circuit and controls the switching of the buck-boost circuit by PWM (Pulse Width Modulation) 21, respectively. Here, the buck-boost circuit is merely an example and should not be construed as limiting the present invention.

제어부(80)는 연료전지(21)와 DC 컨버터(26)의 동작을 제어하며, 연료전지21)를 구성하는 스택(S)의 지표를 측정하고, 측정값에 의해 내부저항 또는 시험부하전류를 산출하고, 이를 미리 산출된 기준 특성값과 비교하여 연료전지(21)의 출력상태를 분석하여, 연료전지 스택(S)의 고장발생 예측, 상세점검의 필요 여부와 같은 사항을 예측한다. 그리고 제어부(80)는 분석결과 또는 예측정보를 출력부(미도시)를 통해 출력하거나, 통신장치를 통해 연결되는 외부장치를 통해 사용자에게 제공할 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 여기서, 본 발명의 상세한 설명에서는 출력부와 통신장치가 생략되었으나, 용이하게 구현이 가능하다. 출력부는 소형 액정표시장치, 차량내 각종 표시장치를 통해 구현이 가능하며, 통신장치는 블루투스, 와이파이와 같은 근거리 무선통신장치, USB와 같은 유선통신 장치를 통해 구현이 가능하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이를 위해, 제어부(80)는 검출부(22)를 제어하여 연료전지스택(S)으로부터 미리 정해진 지표를 측정하고, 이를 연산하여 연료전지스택(S)의 특성값 또는 셀특성값을 산출하며, 산출된 특성값을 미리 저장된 기준 특성값과 비교하게 된다. 이에 대해서는 하기의 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.The control unit 80 controls the operation of the fuel cell 21 and the DC converter 26 and measures the index of the stack S constituting the fuel cell 21 and measures the internal resistance or the test load current And compares the calculated reference characteristic value with a previously calculated reference characteristic value to analyze the output state of the fuel cell 21 to predict the occurrence of the failure of the fuel cell stack S or the necessity of detailed inspection. The controller 80 may output the analysis result or the prediction information through an output unit (not shown) or may provide the user with an analysis result or prediction information through an external device connected through the communication device. However, the present invention is not limited thereto. Here, the output unit and the communication device are omitted in the detailed description of the present invention, but they can be easily implemented. The output unit can be realized through a small liquid crystal display device and various display devices in the vehicle. The communication device can be implemented through a wired communication device such as Bluetooth, Wi-Fi, etc., and a wired communication device such as USB. It will be omitted. The control unit 80 controls the detecting unit 22 to measure a predetermined index from the fuel cell stack S and calculates a characteristic value or a cell characteristic value of the fuel cell stack S, And compares the obtained characteristic value with a previously stored reference characteristic value. This will be described in more detail with reference to the following drawings.

한편, 제어부(80)는 연료전지(21)의 이용 상태에 따라 연료전지의 출력을 제한하는 역할을 할 수 있다. 구체적으로 제어부(80)는 연료전지(21)의 현재 동작온도에서의 연료전지(21)의 출력전류에 따른 전압강하를 미리 산출된 전압강하와 비교하여 연료전지(21)의 상태에 따라 정상출력, 제한출력 및 출력중지와 같은 출력제어를 수행한다. 이러한 단계는 필요에 따라 더 증가될 수 있는 것으로 제시된 3단계에 의해 본 발명을 한정하는 것은 아니다.On the other hand, the control unit 80 may limit the output of the fuel cell according to the usage state of the fuel cell 21. [ Specifically, the control unit 80 compares the voltage drop in accordance with the output current of the fuel cell 21 at the current operating temperature of the fuel cell 21 with the voltage drop calculated in advance, , Limit output, and output stop. These steps are not intended to limit the invention by the three steps presented as being capable of further increasing as needed.

좀 더 구체적으로 제어부(80)는 연료전지(21)의 이용상태에서 주 동작 온도에 따른 일반적인 전압강하만 나타나는 경우 정상출력을 유지하도록 DC 컨버터(26)를 제어한다. 그리고, 일반적인 전압강하보다 큰 상태에서 순시적인 전압강하가 미리 정해진 제1비율 이상으로 발생하는 경우 출력되는 전류를 제한하는 제한출력이 이루어지도록 DC 컨버터926)를 제어하며, 순시적인 전압강하가 미리 정해진 제2비율 이상으로 발생하는 경우 연료전지(21)의 보호를 위해 부하와의 연결을 해제하게 된다.More specifically, the control unit 80 controls the DC converter 26 to maintain a normal output when a normal voltage drop in accordance with the main operation temperature only occurs in the use state of the fuel cell 21. The DC converter 926 controls the DC converter 926 to limit the output current when the instantaneous voltage drop is greater than a predetermined first rate in a state where the voltage drop is greater than a normal voltage drop, The fuel cell 21 is disconnected from the load in order to protect the fuel cell 21.

도 2는 본 발명의 연료전지 특성 검출 및 이를 통한 관리방법을 설명하기 위한 구성도이고, 도 3은 전류밀도에 따른 셀전압 그래프의 예를 도시한 예시도이다. 또한, 도 4는 연료전지 스택 온도별 전류밀도에 따른 셀전압 그래프의 예를 도시한 예시도이다.FIG. 2 is a block diagram for explaining a fuel cell characteristic detection and management method according to the present invention, and FIG. 3 is an exemplary view showing an example of a cell voltage graph according to current density. 4 is an exemplary diagram showing an example of a cell voltage graph according to the current density for each fuel cell stack temperature.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지 관리 시스템은 연료전지스택의 특성을 나타내는 지표를 측정하고, 이를 미리 정해진 연산방법에 따라 연산하여 연료전지 스택(S)의 현재 상태를 파악하고, 이를 통해 정상운전 여부, 고장발생여부, 수명예측과 같은 분석을 수행함으로써 연료전지의 관리를 효율적으로 수행하게 된다.2 to 4, the fuel cell management system according to the present invention measures an indicator indicative of the characteristics of the fuel cell stack and calculates the current state of the fuel cell stack S according to a predetermined calculation method And the fuel cell management can be efficiently performed by performing analysis such as normal operation, failure occurrence, and life prediction.

이를 위해 도 2에서와 같이 연료전지 관리시스템은 연료전지 스택(S)의 특성을 검출하여 스택(S) 전체 또는 스택(S)을 구성하는 셀(C : C1 내지 Cn)의 상태 분석을 수행한다. 좀 더 구체적으로 연료전지부(20)의 연료전지(21)는 일정한 출력전압 및 전력을 얻기 위해 복수의 셀(C)을 직렬로 연결하여 하나의 연료전지 스택(S)을 구성한다. 그리고, 필요에 따라 이러한 연료전지 스택(S)을 복수로 구비하여 사용목적에 적합한 출력용량을 확보하게 된다. 이러한 연료전지(21)에 대해 연료전지 관리시스템은 연료전지(21)를 구성하는 하나 이상의 연료전지 스택(S)에 대해, 스택(S)별 특성을 검출하기 위한 검출부(22)가 구성된다. 구체적으로 검출부(22)는 연료전지 스택(S)과 연료전지 스택(S)의 출력단 사이에 병렬로 연결된다. 이 검출부(22)는 연료전지 스택(S)이 복수로 구성되는 경우 복수로 구성되어 각각의 연료전지 스택(S)에 연결될 수 있다. 또는 하나의 검출부(22)가 복수의 연료전지 스택(S)에 선택적으로 연결되어 연결된 연료전지 스택(S)의 특성을 검출하도록 할 수 있으며, 이때 연료전지 스택(S)과의 연결은 제어부(80)에 의해 제어될 수 있다.2, the fuel cell management system detects the characteristics of the fuel cell stack S and performs a state analysis of the entire stack S or the cells C: C1 to Cn constituting the stack S . More specifically, the fuel cell 21 of the fuel cell unit 20 forms a single fuel cell stack S by connecting a plurality of cells C in series to obtain a constant output voltage and power. If necessary, a plurality of such fuel cell stacks (S) are provided to secure an output capacity suitable for the purpose of use. For this fuel cell 21, the fuel cell management system is constituted by a detection section 22 for detecting characteristics of the stack S, with respect to at least one fuel cell stack S constituting the fuel cell 21. Specifically, the detection unit 22 is connected in parallel between the fuel cell stack S and the output end of the fuel cell stack S. The detecting section 22 may be composed of a plurality of fuel cell stacks S and may be connected to each fuel cell stack S when the plurality of fuel cell stacks S are constituted. Or one detecting part 22 may be selectively connected to the plurality of fuel cell stacks S to detect the characteristics of the connected fuel cell stacks S, 80).

검출부(22)는 제어부(80)의 제어에 따라 연료전지 스택(S)의 초기전압인 개회전압(OCV : Open Circuit Voltage), 부하전류 및 부하전압을 측정한다. 특히, 검출부(22)를 통해 제어부(80)가 확인할 수 있는 부하전류 및 부하전압은 특성 산출을 용이하게 하기 위해 미리 정해진 저항값을 가지는 시험부하(R1)과 같은 저항성 소자를 이용하여 구성한 시험 부하일 수 있으며, 검출부(22)는 심험부하(R1)와, 시험부하(R1)와 연료전지 스택(S)의 연결을 위한 스위치(S1)을 포함하여 구성될 수 있으며, 검출부(22) 내에서 시험부하(R1)와 스위치(S1)가 직렬로 연결되어 구성될 수 있다. 이를 통해 검출부(22)는 연료전지 스택(S)이 부하(90) 또는 배터리(10)와 연결되지 않은 개회로 상태에서 연료전지 스택(S)과 시험부하(90)가 스위치(S1)의 동작에 따라 직렬로 연결될 수 있게 구성된다.The detection unit 22 measures the open circuit voltage (OCV), the load current, and the load voltage, which are initial voltages of the fuel cell stack S, under the control of the control unit 80. Particularly, the load current and the load voltage that can be checked by the control unit 80 through the detection unit 22 can be determined by using a test load R1 configured by using a resistive element such as a test load R1 having a predetermined resistance value, And the detecting section 22 may be configured to include the test load R1 and the switch S1 for connecting the test load R1 and the fuel cell stack S, The test load R1 and the switch S1 may be connected in series. The detection unit 22 detects the operation of the switch S1 with the fuel cell stack S and the test load 90 in the open circuit state in which the fuel cell stack S is not connected to the load 90 or the battery 10 As shown in FIG.

또한, 도면에는 생략되어 있지만, 검출부(22)에는 각 연료전지스택(S)의 단자전압, 시험부하전압 또는 이에 대한 전류를 측정하기 위한 전압계, 전류계, 연료전지스택(S)의 온도를 측정하기 위한 온도계가 포함되어 구성될 수 있다. 여기서, 전압계, 전류계 또는 온도계는 연료전지 스택(S)별로 구비되지 않고, 공용으로 구비되어 선택적으로 연료전지 스택(S) 및 검출부(22)에 연결되어 있용될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.Although not shown in the drawings, the detection unit 22 is provided with a voltmeter for measuring the terminal voltage, the test load voltage, or the current of each fuel cell stack S, the ammeter, and the temperature of the fuel cell stack S A thermometer can be included. Here, the voltmeter, the ammeter, or the thermometer may not be provided for each fuel cell stack S but may be shared and selectively connected to the fuel cell stack S and the detecting unit 22, It is not.

제어부(80)는 검출부(22)를 제어하여 연료전지 스택(S)의 특성을 검출하고, 이를 이용하여 연료전지 스택(S)의 상태를 분석함으로써, 정상운전 여부, 고장발생 여부와 같은 관리 관련 사항을 분석함과 아울러 현재 스택(S) 상태에 따른 출력전압 또는 출력전류의 크기를 제어하게 된다.The control unit 80 controls the detection unit 22 to detect the characteristics of the fuel cell stack S and analyze the state of the fuel cell stack S using the detected characteristics to determine whether or not the fuel cell stack S is under normal operation, And controls the magnitude of the output voltage or output current according to the current state of the stack (S).

이러한 연료전지의 관리는 전술한 바와 같이 연료전지 스택(S)의 특성을 검출하는 과정으로부터 시작된다. 구체적으로 제어부(80)는 분석을 수행하고자 하는 연료전지 스택의 개회로 전압(OCV)를 측정하게 된다. 이 OCV는 부하가 연결되지 않고, 연료전지(21)가 동작하는 상태의 연료전지 스택(S)의 단자전압을 의미하며, 연료전지 스택(S)의 이론적인 출력전압을 의미하는 것은 아니다. 그리고, 제어부(80)는 검출부(22)에 구성된 스위치(S1)를 온상태로 전환하여 시험부하(R1)가 연료전지 스택(S)과 직렬로 연결되도록 함과 아울러, 이때 시험부하(R1)의 양단전압인 시험부하전압을 측정하게 된다. 또한, 제어부(80)는 연료전지 스택(S)의 현재 온도를 측정하며, 시험부하전압과 시험부하의 저항값을 이용하여 시험부하전류를 산출하며, 이를 이용하여 연료전지스택(S)의 내부저항을 산출하게 된다.The management of such a fuel cell starts from the process of detecting the characteristics of the fuel cell stack S as described above. Specifically, the controller 80 measures the open circuit voltage (OCV) of the fuel cell stack to be analyzed. This OCV means the terminal voltage of the fuel cell stack S in a state in which the load is not connected and the fuel cell 21 is operating and does not mean the theoretical output voltage of the fuel cell stack S. [ The control unit 80 switches the switch S1 in the detecting unit 22 to the ON state so that the test load R1 is connected in series with the fuel cell stack S, The test load voltage is measured. The control unit 80 measures the current temperature of the fuel cell stack S, calculates the test load current using the test load voltage and the resistance value of the test load, The resistance is calculated.

이와 같이 현재온도, 개회로전압, 시험부하전압, 시험부하전류가 산출되면, 이를 미리 정해진 수식에 대입하여 출력전류에 따른 전압변동을 산출할 수 있게 된다.When the current temperature, the open circuit voltage, the test load voltage, and the test load current are calculated as described above, it can be substituted into a predetermined formula to calculate the voltage variation according to the output current.

구체적으로 제어부(80)는 수학식 1과 같은 수식에 측정된 지표 및 이를 통해 산출된 개회로 전압, 시험부하전압 및 내부 저항을 대입하여 출력전류의 변동에 따른 스택전압의 변동값을 산출하게 된다.Specifically, the controller 80 substitutes the measured index, the calculated open circuit voltage, the test load voltage, and the internal resistance into the equation (1), and calculates the variation value of the stack voltage according to the variation of the output current .

Figure 112016090850160-pat00001
Figure 112016090850160-pat00001

여기서, △Vstack는 연료전지 스택(S)의 출력전압 변동값이며, i는 출력전류, io는 시험부하전류이다. A는 상수값으로 내부저항과 연료전지 스택(S)의 온도를 통해 산출되는 값이다. 여기서, 제어부(80)는 전술한 시험부하전압, 시험부하전류, 개회로전압에 의해 내부저항을 산출할 수 있으며, 시험부하전류도 시험부하전압과 시험부하의 저항값에 의해 산출이 가능하다.Here,? Vstack is the output voltage variation value of the fuel cell stack S, i is the output current, and io is the test load current. A is a constant value that is calculated through the internal resistance and the temperature of the fuel cell stack (S). Here, the control unit 80 can calculate the internal resistance by the above-described test load voltage, test load current, and open circuit voltage, and the test load current can also be calculated by the test load voltage and the resistance value of the test load.

상수 A는 측정된 연료전지 스택(S)의 온도와 산출된 내부저항을 수학식 2에 대입하여 산출하게 된다.The constant A is calculated by substituting the measured temperature of the fuel cell stack S and the calculated internal resistance into the equation (2).

Figure 112016090850160-pat00002
Figure 112016090850160-pat00002

여기서, R은 연료전지 스택(S)의 내부저항, T는 연료전지 스택(S)의 온도이며, α와 F는 미리 정해지는 상수값이다.Here, R is the internal resistance of the fuel cell stack S, T is the temperature of the fuel cell stack S, and? And F are constant values determined in advance.

한편, 이와 같은 방법에 의해 제어부(80)는 연료전지 스택(S)의 특성값으로 출력전류에 따른 연료전지 스택의 전압변동값을 산출하게 되고, 이를 미리 산출되어 저장되는 기준 특성값과 비교하여 연료전지 스택의 상태를 분석하게 된다.In this way, the control unit 80 calculates the voltage variation value of the fuel cell stack according to the output current with the characteristic value of the fuel cell stack S, compares it with the reference characteristic value stored in advance and stored The state of the fuel cell stack is analyzed.

좀 더 구체적으로 기준 특성값은 실제 사용되는 연료전지 셀과 동일한 셀을 실험하여 출력전류에 따른 출력전압의 변화량을 산출한 것으로, 연속적인 값으로 표현되는 그래프, 이에 대한 수식 또는 미리 지정된 임의의 전류값에 대한 전압값의 변동치 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 즉, 연속적인 그래프로 표현하는 경우 도 3과 같이 표현될 수 있다. 마찬가지로, 연료전지 스택(S)의 특성값 또한 그래프로 표현하는 경우 도 3과 같은 그래프 형태를 가질 수 있으나, 같은 전류에 대한 출력전류의 크기는 기준 특성값의 그래프에 나타난 값과 달라지게 된다.More specifically, the reference characteristic value is obtained by calculating the amount of change of the output voltage according to the output current by experimenting with the same cell as the actually used fuel cell. The graph is expressed by a continuous value, a formula thereof, And the variation value of the voltage value with respect to the value. That is, when a continuous graph is expressed, it can be expressed as shown in FIG. Similarly, the characteristic value of the fuel cell stack S may have a graph form as shown in FIG. 3, but the magnitude of the output current with respect to the same current is different from the value shown in the graph of the reference characteristic value.

특히, 이러한 기준 특성값은 연료전지 셀에 대해 마련되는 반면, 연료전지 스택(S)에 대해 작성된 특성값은 복수의 연료전지 셀을 포함하여 비교를 하기 위해 산출된 특성값을 비교가 가능한 비교 특성값으로 변환하게 된다.In particular, the reference characteristic value is provided for the fuel cell stack, while the characteristic value created for the fuel cell stack S includes a plurality of fuel cell cells, and the calculated characteristic values for comparison are compared with each other, Value.

이를 위해 제어부(80) 전술한 특성값을 연료전지 셀의 수인 n으로 나누어 연료전지 셀(C) 하나의 값으로 환산한 비교 특성값을 산출하게 된다.To this end, the controller 80 calculates the comparison characteristic value by dividing the characteristic value described above by n, which is the number of fuel cells, and converting the value into one value of the fuel cell C.

그리고, 산출된 비교특성값을 기준 특성값과 비교하여 전압변동의 크기를 확인하여 연료전지 스택의 상태를 확인하게 된다.Then, the calculated comparison characteristic value is compared with the reference characteristic value, and the size of the voltage fluctuation is checked to check the state of the fuel cell stack.

좀 더 구체적으로 제어부(80)는 비교 특성값에 의해 확인되는 출력전류(i)에 대응되는 출력전압값(Vstack/n)을 미리 산출된 기준 특성값에 의해 산출되는 출력전류 대비 출력전압값과 비교하게 된다. 즉, 출력전류가 같은 값으로 지정될 때 출력전압값이 기준 특성값에 기재된 출력전압값에 비해 낮은 값인 경우 연료전지 스택(S)에 이상이 발생되거나, 효율저하가 발생된 것으로 판단할 수 있다. 또는 제어부(80)는 기준 특성값 대비 비교 특성값의 출력전압이 미리 지정된 비율 이상으로 차이가 있는 경우 고장 발생 또는 효율저하가 있는 것으로 판단할 수 있다.More specifically, the controller 80 compares the output voltage value Vstack / n corresponding to the output current i identified by the comparison characteristic value with the output voltage value versus the output current calculated by the previously calculated reference characteristic value . That is, when the output current value is designated as the same value, when the output voltage value is lower than the output voltage value described in the reference characteristic value, it can be determined that an abnormality occurs in the fuel cell stack S or an efficiency decrease occurs . Or the control unit 80 may determine that there is a failure or an efficiency decrease when the output voltage of the comparison characteristic value is different from the reference characteristic value by a predetermined ratio or more.

이러한 분석이 이루어지면 제어부(80)는 이와 같은 효율저하 또는 고장이 발생된 것으로 발생되는 연료전지 스택(S)의 정보와 이에 대한 분석정보를 사용자에게 전달하고, 연료전지 스택(S)의 상태 확인 또는 교체가 이루어지도록 할 수 있다.When such an analysis is performed, the controller 80 transmits the information of the fuel cell stack S and the analysis information to the user, which are generated due to the occurrence of such efficiency deterioration or failure, and confirms the status of the fuel cell stack S Or replacement may be made.

또한, 제어부(80)는 이와 같이 연료전지 스택(S)이 기준 특성값과 비교하여 같은 출력전류에 비해 전압이 크게 저하되는 경우 출력전류의 크기를 제한하여, 배터리(10)가 모자란 출력분을 부담하게 함으로써, 연료전지 스택(S)이 과도한 전력을 출력하여 손상되는 것을 방지하는 제어를 수행할 수도 있다.The control unit 80 limits the magnitude of the output current when the voltage of the fuel cell stack S is compared with the reference characteristic value and the voltage greatly decreases compared to the same output current, The fuel cell stack S may perform control to prevent the power cell stack S from being damaged by outputting excessive power.

도 5는 연료전지 스택의 상태 분석 과정을 설명하기 위한 순서도이다.5 is a flowchart for explaining a state analysis process of the fuel cell stack.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 상태 분석 과정은 기준 특성값 산출단계(S10), 연료전지 스택의 지표 측정 단계(S20), 연료전지 스택의 특성값 산출단계(S30), 비교 특성값 산출단계(S40) 및 특성값 비교 단계(S50)을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 5, the process of analyzing the state of the fuel cell stack according to the present invention includes calculating a reference characteristic value S10, measuring an indicator of the fuel cell stack S20, calculating a characteristic value of the fuel cell stack S30, A comparison characteristic value calculation step S40 and a characteristic value comparison step S50.

기준 특성값 산출단계(S10)는 연료전지의 상태 분석을 위한 기준 특성값이 미리 산출되어 저장되는 단계이다. 이 기준 특성값은 연료전지 스택(S)에 사용된 연료전지 셀과 동일한 셀에 대해 실험적 또는 이론적으로 산출된 값으로, 특정 온도에서 연료전지셀로부터 출력되는 전류에 따른 출력전압의 크기 또는 출력전압의 변동값을 산출한 것이다. 이 기준 특성값은 수식으로 표현되거나, 연속적인 값의 그래프 또는 임의로 지정되는 몇 개의 전류값에 대한 출력전압의 크기 또는 변동값일 수 있다. 특히, 이 기준 특성값에는 미리 정해지는 기준치가 포함될 수 있으며, 이 기준치를 통해 연료전지의 고장, 효율저하 여부를 판단할 수 있게 된다. 또한, 이 기준치는 복수로 마련될 수 있으며, 제시된 바에 의해 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 이러한 기준 특성값은 제어부(80)에 전달되어 제어부(80)와 연결된 메모리 또는 저장부(미도시)에 저장된다.The reference characteristic value calculation step S10 is a step of calculating and storing a reference characteristic value for analyzing the state of the fuel cell in advance. The reference characteristic value is a value calculated experimentally or theoretically for the same cell as the fuel cell used in the fuel cell stack S, and may be a value of the output voltage according to the current output from the fuel cell at a specific temperature, Is calculated. This reference characteristic value may be expressed as an equation, a graph of continuous values, or a magnitude or variation value of the output voltage for several arbitrarily specified current values. In particular, the reference characteristic value may include a predetermined reference value, and it is possible to determine whether the fuel cell fails or deteriorates in efficiency through the reference value. Further, the reference values may be provided in plural, and the present invention is not limited to the present invention. The reference characteristic value is transmitted to the controller 80 and stored in a memory or a storage unit (not shown) connected to the controller 80.

지표 측정 단계(S20)는 상태 분석이 필요한 연료전지 스택(S)의 검출부(22)를 이용하여 연료전지 스택(S)의 특성값 산출을 위한 지표를 측정하는 단계이다. 이 지표측정 단계(S20)에서 제어부(80)는 상태 분석 대상이 되는 연료전지 스택(S)의 온도를 측정하고, 연료전지 스택의 개회로 전압을 측정한다. 또한, 해당 연료전지 스택(S)과 연결된 검출부(22)의 스위치(S1)를 제어하여 연료전지스택(S)과 시험부하(R1)를 연결하여 시험부하에 인가되는 시험부하전압을 측정하게 된다. The indicator measurement step S20 is a step of measuring an indicator for calculating a characteristic value of the fuel cell stack S using the detection unit 22 of the fuel cell stack S requiring status analysis. In this indicator measurement step (S20), the controller (80) measures the temperature of the fuel cell stack (S) to be analyzed and measures the open circuit voltage of the fuel cell stack. The switch S1 of the detection unit 22 connected to the fuel cell stack S is controlled to measure the test load voltage applied to the test load by connecting the fuel cell stack S and the test load R1 .

셀 특성값 산출 단계(S30)는 제어부(80)가 측정된 개회로 전압, 온도 및 시험부하전압을 이용하여 내부저항을 산출하고, 산출된 내부저항에 따라 상수(A)를 산출하여, 상수와 측정된 값들을 수학식1에 적용하여 출력전류에 따른 연료전지 스택(S)의 전압 변동값이 특성값을 산출하게 된다.In the cell characteristic value calculating step S30, the controller 80 calculates the internal resistance using the measured open circuit voltage, temperature, and test load voltage, calculates a constant A according to the calculated internal resistance, The measured values are applied to Equation (1), and the voltage variation value of the fuel cell stack S according to the output current is used to calculate the characteristic value.

비교 특성값 산출 단계(S40)는 제어부(80)가 산출된 특성값과 기준 특성값의 비교가 가능하도록 산출된 연료전지 스택(S)의 특성값을 변환하여 비교특성값을 산출하는 단계이다. 전술한 바와 같이 연료전지 스택(S)의 특성값은 복수의 연료전지 셀(C)이 직렬 연결된 연료전지 스택(S)에 대해 산출되며, 이를 셀 하나 단위에 대해 산출된 기준 특성값과 비교하기 위해서는 연료전지 스택(S)의 특성값을 셀 단위의 특성값으로 변환해야 한다. 때문에, 제어부(80)는 연료전지 스택(S)의 특성값을 연료전지 스택(S)을 구성하는 연료전지 셀(C)의 수로 나누어 비교특성값을 산출하게 된다.The comparison characteristic value calculation step S40 is a step of calculating the comparison characteristic value by converting the characteristic value of the fuel cell stack S calculated so that the calculated characteristic value can be compared with the reference characteristic value. As described above, the characteristic value of the fuel cell stack S is calculated for the fuel cell stack S in which the plurality of fuel cell cells C are connected in series, and compares the characteristic value with the reference characteristic value calculated for one unit cell The characteristic value of the fuel cell stack S must be converted into the characteristic value of the cell unit. Therefore, the control unit 80 divides the characteristic value of the fuel cell stack S by the number of the fuel cell units C constituting the fuel cell stack S to calculate the comparison characteristic value.

특성값 비교 단계(S50)는 제어부(80)가 미리 산출되어 저장된 기준 특성값과산출된 특성값을 비교하고, 비교결과에 따라 연료전지 스택의 상태를 분석하는 단계이다. 이 특성값 비교 단계(S50)에서 제어부(80)는 기준 특성값과 비교 특성값을 비교하고, 동일한 출력전류에 대한 출력전압의 크기 또는 출력전압의 변동값을 비교하게 된다. 이때, 제어부(80)는 기준 특성값의 출력전압과 비교특성값의 출력전압 또는 출력전압의 변동값의 차이가 미리 정해진 기준치 이상인지의 여부를 확인하여 연료전지 스택(S)의 효율저하, 연료전지 스택(S)의 고장 여부와 같은 사항을 판단하게 된다. 또한, 이러한 분석결과를 제어부(80)는 표시장치를 통해 출력하여 사용자에게 제공하거나, 외부장치 또는 타 시스템을 통해 사용자에게 제공하게 된다. 그리고, 연료전지 스택(S)의 효율이 저하된 경우 연료전지 스택(S)이 소손을 방지하기 위한 출력전류의 크기 제한을 수행하는 등의 보호를 위한 제어를 수행하게 된다.The characteristic value comparison step S50 is a step of comparing the reference characteristic value calculated and stored in advance by the controller 80 with the calculated characteristic value, and analyzing the state of the fuel cell stack according to the comparison result. In the characteristic value comparison step S50, the control unit 80 compares the reference characteristic value with the comparison characteristic value, and compares the magnitude of the output voltage or the variation of the output voltage with respect to the same output current. At this time, the controller 80 checks whether the difference between the output voltage of the reference characteristic value and the variation value of the output voltage or the output voltage of the comparison characteristic value is equal to or greater than a predetermined reference value, It is determined whether the battery stack S is broken or not. The control unit 80 outputs the analysis result to the user through the display unit or provides the result to the user through an external device or another system. When the efficiency of the fuel cell stack S is lowered, the fuel cell stack S performs control for protection such as limiting the output current to prevent burn-out.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.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, . ≪ / RTI > Accordingly, such modifications are deemed to be within the scope of the present invention, and the scope of the present invention should be determined by the following claims.

10 : 배터리 20 : 연료전지부
21 : 연료전지 22 : 검출부
26 : DC 컨버터 80 : 제어부
90 : 부하
10: Battery 20: Fuel cell unit
21: fuel cell 22:
26: DC converter 80:
90: Load

Claims (7)

수소를 포함하는 연료를 공급받아 전력을 생산하는 연료전지 셀이 복수로 구성되는 연료전지 스택과 상기 연료전지 스택에 연결되어 상기 연료전지 스택으로부터 출력되는 전압을 변압하는 컨버터를 포함하는 연료전지부;
상기 연료전지 스택에 대응되게 구성되어 상기 연료전지 스택의 전압, 전류 및 온도 중 어느 하나 이상의 지표를 측정하는 검출부; 및
상기 지표의 측정을 위해 검출부와 상기 연료전지 스택의 연결을 제어하고, 상기 검출부에 의해 측정된 상기 지표를 이용하여 상기 연료전지 스택의 특성값을 산출하며, 미리 저장된 기준특성값과 비교하여 상기 연료전지스택의 상태를 분석하기 위해 상기 특성값을 상기 기준특성값과 비교 가능한 비교특성값으로 변환하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 관리 시스템.
1. A fuel cell system comprising: a fuel cell stack including a plurality of fuel cell cells that are supplied with fuel containing hydrogen to produce electric power; and a converter connected to the fuel cell stack to convert a voltage output from the fuel cell stack;
A detector configured to correspond to the fuel cell stack and measuring at least one of voltage, current, and temperature of the fuel cell stack; And
Controlling the connection between the detection unit and the fuel cell stack to measure the indicator, calculating a characteristic value of the fuel cell stack using the indicator measured by the detection unit, comparing the measured characteristic value with a previously stored reference characteristic value, And a controller for converting the characteristic value into a comparative characteristic value that can be compared with the reference characteristic value to analyze the state of the battery stack.
제 1 항에 있어서,
상기 기준특성값 또는 상기 연료전지 스택의 특성값 또는 상기 비교특성값은
상기 연료전지 스택 또는 상기 연료전지 셀의 출력전류에 따른 출력전압의 크기 또는 출력전압의 변동값을 그래프, 수식으로 나타낸 것이거나,
미리 지정되는 임의의 출력전류값에 대응되는 출력전압의 크기 또는 출력전압의 변동값인 것을 특징으로 하는 연료전지 관리 시스템.
The method according to claim 1,
The reference characteristic value or the characteristic value or the comparison characteristic value of the fuel cell stack
A graph or an expression of the magnitude of the output voltage or the variation of the output voltage according to the output current of the fuel cell stack or the fuel cell,
Wherein the output voltage is a magnitude of an output voltage corresponding to a predetermined output current value or a variation value of the output voltage.
제 2 항에 있어서,
상기 기준특성값은 연료전지 셀 하나에 대해 상기 출력전류에 대응되는 출력전압 또는 출력전압의 변동값을 산출한 것이고,
상기 비교 특성값은 상기 연료전지 스택의 특성값을 연료전지 셀 하나당 특성값으로 환산한 값인 것을 특징으로 하는 연료전지 관리 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the reference characteristic value is obtained by calculating a variation value of an output voltage or an output voltage corresponding to the output current for one fuel cell,
Wherein the comparison characteristic value is a value obtained by converting a characteristic value of the fuel cell stack into a characteristic value per one fuel cell cell.
제 1 항에 있어서,
상기 검출부는
상기 연료전지 스택에 연결되는 시험부하;
상기 시험부하와 상기 연료전지 스택에 연결 또는 단절시키기 위한 스위치;
상기 연료전지 스택의 개회로 전압 또는 상기 시험부하의 단자전압을 측정하기 위한 전압계 및
상기 연료전지 스택의 온도 측정하기 위한 온도계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 관리 시스템.
The method according to claim 1,
The detection unit
A test load connected to the fuel cell stack;
A switch for connecting or disconnecting the test load and the fuel cell stack;
A voltmeter for measuring an open circuit voltage of the fuel cell stack or a terminal voltage of the test load;
And a thermometer for measuring the temperature of the fuel cell stack.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기준 특성값은
상기 연료전지 스택의 상태를 판단하기 위한 기준치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 관리 시스템.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The reference characteristic value
And a reference value for determining the state of the fuel cell stack.
제 5 항에 있어서,
상기 제어부는
임의의 출력전류에 대한
상기 비교 특성값에 의한 출력전압의 크기와 상기 기준 특성값에 의한 출력전압의 크기 차이 또는
상기 비교 특성값에 의한 출력전압의 변동값 또는 상기 기준 특성값에 의한 출력전압의 변동값이
상기 기준치에 의해 정의되는 범위인지 여부를 판단하여 상기 연료전지 스택의 상태를 분석하는 것을 특징으로 하는 연료전지 관리 시스템.
6. The method of claim 5,
The control unit
For any output current
The magnitude of the output voltage by the comparison characteristic value and the magnitude of the output voltage by the reference characteristic value or
A variation value of the output voltage by the comparison characteristic value or a variation value of the output voltage by the reference characteristic value
Wherein the state of the fuel cell stack is analyzed by determining whether the range is defined by the reference value.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 검출부에 의해 측정된 값을 이용하여 상기 연료전지 스택의 내부저항을 산출하고, 상기 내부저항에 의해 결정되는 상수를 산출하며,
연료전지 스택 또는 연료전지 셀의 출력전압 또는 상기 출력전압의 변동값은
상기 출력전압에 따른 출력전류를 연료전지 스택에 연결되는 시험부하에 인가되는 전류로 나눈값에 대한 로그값에 상기 상수를 곱한 값인 것을 특징으로 하는 연료전지 관리 시스템.
The method according to claim 1,
The control unit
Calculating an internal resistance of the fuel cell stack using a value measured by the detection unit, calculating a constant determined by the internal resistance,
The output voltage of the fuel cell stack or the fuel cell or the variation value of the output voltage
And a log value of a value obtained by dividing an output current according to the output voltage by a current applied to a test load connected to the fuel cell stack, multiplied by the constant.
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