[go: up one dir, main page]

KR101567248B1 - 가변적 신호생성 및 신호수집 속도를 갖는 연료전지 임피던스 측정 방법 및 시스템 - Google Patents

가변적 신호생성 및 신호수집 속도를 갖는 연료전지 임피던스 측정 방법 및 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101567248B1
KR101567248B1 KR1020140142905A KR20140142905A KR101567248B1 KR 101567248 B1 KR101567248 B1 KR 101567248B1 KR 1020140142905 A KR1020140142905 A KR 1020140142905A KR 20140142905 A KR20140142905 A KR 20140142905A KR 101567248 B1 KR101567248 B1 KR 101567248B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
alternating current
current signals
fuel cell
signal
impedance
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
KR1020140142905A
Other languages
English (en)
Inventor
원상복
강선두
민태홍
Original Assignee
현대자동차주식회사
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 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020140142905A priority Critical patent/KR101567248B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101567248B1 publication Critical patent/KR101567248B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • 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
    • 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

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • 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)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 전류 소모를 줄이고 교류전압 수집 개수를 줄여 프로세서의 부하를 경감하며 교류전류간 간섭을 줄여 측정의 정확도를 향상시키기 위하여, 최적화한 가변적 신호생성 및 신호수집 속도로 차량의 연료전지 등의 임피던스 측정을 효율적으로 수행할 수 있는 연료전지 임피던스 측정 방법 및 시스템에 관한 것이다.

Description

가변적 신호생성 및 신호수집 속도를 갖는 연료전지 임피던스 측정 방법 및 시스템{Method and System for Measuring Impedance of Fuel Cell with Variable Signal Generation and Signal Collection Velocity}
본 발명은 고분자 전해질 연료전지(이하 연료전지) 임피던스 측정 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 특히, 최적화한 가변적 신호생성 및 신호수집 속도로 차량의 연료전지 등의 임피던스 측정을 효율적으로 수행할 수 있는 연료전지 임피던스 측정 방법 및 시스템에 관한 것이다.
고분자 전해질 연료전지(이하 연료전지)의 성능과 수명은 연료전지의 운전조건에 의해 크게 영향을 받는다. 연료전지의 운전조건에는 전류, 온도, 반응물질의 양, 반응물질의 압력, 냉각물질의 양, 그리고 함수량 등이 있다. 이러한 연료전지 운전 조건을, 연료전지의 현재 상태에 기반하여 최적으로 제어하기 위하여 업계에서는 연료전지 상태진단을 다양한 방면으로 실시하고 있다.
연료전지 상태진단의 대표적인 예로서 교류 임피던스 측정, 전류-전압 곡선 측정, 촉매 면적 측정 등이 있다. 교류 임피던스 측정은 일반적으로 수~수십 주파수 영역의 교류 신호를 연료전지에 인가한 후, 각각의 전압응답을 측정하여 임피던스를 계산 하는 방법이다. 연료전지의 임피던스 측정으로부터 얻을 수 있는 효과로서, 100Hz 교류전류에 대한 임피던스 측정에서는 연료전지 내부 수분량 측정(예, 연료전지 내부 수분이 적으면 출력 저하), 20Hz 교류전류에 대한 임피던스 측정에서는연료전지 내구 상태 측정, 4Hz 교류전류에 대한 임피던스 측정에서는 연료전지 내부 기체 공급상태 측정(예, 연료전지 내부 기체 공급 원할 치 않으면 출력 및 운전 안전성 저하) 등이 있다.
이와 같은 연료전지의 임피던스 측정은, 일반적으로 2개 이상의 교류 전류 신호를 발생시켜서 연료전지에 인가하고 연료전지의 교류전압을 측정하며, 교류 전류와 전압으로 임피던스를 계산하는 방식을 이용한다.
그러나, 종래의 교류전류의 생성과 교류전압의 수집 방식에서는, 예를 들어, 도 1과 같이, 가장 느린 4Hz의 1주기가 끝날 때까지 20Hz, 100Hz 교류전류의 생성을 유지하므로, 각 신호의 생성에 0.707A가 소모된다고 하면, 3가지 신호에 의한 4Hz의 1주기(0.25초) 동안 총 전류 소모량은 단순계산에 의하여 [수학식1]과 같다.
[수학식1]
0.707A*0.25+0.707A*0.25+0.707A*0.25= 0.53A
이때 가장 높은 주파수인 100Hz 응답을 측정 하기 위해서 2000samples/s 필요하다고 가정할 때(예, 최고속도의 20배), 4Hz의 1주기(0.25초) 동안 총 교류전압 수집 개수는, 2000*0.25=500개이며, 임피던스 측정시간은 0.25초/회가 걸린다.
이와 같이 기존의 연료전지의 임피던스 측정 방법에서는, 전류 소모가 많을뿐만아니라, 교류전압 수집 개수 많아 프로세서의 부하가 크고 3개의 교류전류간 간섭 현상으로 인한 측정 잡음(intermodal interference)이 커서 측정의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 전류 소모를 줄이고 교류전압 수집 개수를 줄여 프로세서의 부하를 경감하며 교류전류간 간섭을 줄여 측정의 정확도를 향상시키기 위하여, 최적화한 가변적 신호생성 및 신호수집 속도로 차량의 연료전지 등의 임피던스 측정을 효율적으로 수행할 수 있는 연료전지 임피던스 측정 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의일면에 따른 복수의 교류 전류 신호를 이용한 연료전지 임피던스 측정 방법은, 신호발생기를 이용하여 주파수가 다른 복수의 교류 전류 신호를 동시에 발생시키되 주파수가 가장 작은 신호의 한 주기 이하 내에 다른 신호의 한 주기 이하가 포함되도록 상기 복수의 교류 전류 신호를 발생시켜서 연료 전지에 인가하는 단계; 및 상기 복수의 교류 전류 신호의 어느 두개 이상의 신호 혼입 구간에서 주파수가 가장 큰 신호에 대하여 우선적으로 동기하여 상기 연료 전지에서 발생되는 전압을 해당 인가 시간 동안 측정하여 임피던스 산출 정보로 제공하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 교류 전류 신호 각각에 대한 상기 측정에서의 초당 측정 샘플갯수가 상기 복수의 교류 전류 신호 각각의 주파수에 대한 동일한 배수값으로 정해진 것을 특징으로 한다. 상기 복수의 교류 전류 신호는 피크 부분들이 서로 겹치지 않게 생성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 일면에 따른 복수의 교류 전류 신호를 이용한 연료전지 임피던스 측정 방법은, 신호발생기를 이용하여 주파수가 다른 복수의 교류 전류 신호를 순차로 한 주기 이하씩 발생시켜서 연료 전지에 인가하는 단계; 및 발생한 각각의 교류 전류 신호의 인가에 동기하여 상기 연료 전지에서 발생되는 전압을 해당 인가 시간 동안 측정하여 임피던스 산출 정보로 제공하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 교류 전류 신호 각각에 대한 상기 측정에서의 초당 측정 샘플갯수가 상기 복수의 교류 전류 신호 각각의 주파수에 대한 동일한 배수값으로 정해진 것을 특징으로 한다.
상기 배수값은 20배 이상일 수 있고, 상기 복수의 교류 전류 신호는 1~10Hz 구간, 10~100Hz 구간, 및 100~1000Hz 구간에서 각각 하나씩 선택한 3개의 신호를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일면에 따른 복수의 교류 전류 신호를 이용한 연료전지 임피던스 측정을 위한 시스템은, 주파수가 다른 복수의 교류 전류 신호를 동시에 발생시키되 주파수가 가장 작은 신호의 한 주기 이하 내에 다른 신호의 한 주기 이하가 포함되도록 상기 복수의 교류 전류 신호를 발생시켜서 연료 전지에 인가하는 신호발생기; 및 상기 복수의 교류 전류 신호의 어느 두개 이상의 신호 혼입 구간에서 주파수가 가장 큰 신호에 대하여 우선적으로 동기하여 상기 연료 전지에서 발생되는 전압을 해당 인가 시간 동안 측정하여 임피던스 산출 정보로 제공하는 신호 수집기를 포함하고, 상기 복수의 교류 전류 신호 각각에 대한 상기 측정에서의 초당 측정 샘플갯수가 상기 복수의 교류 전류 신호 각각의 주파수에 대한 동일한 배수값으로 정해진 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 또 다른 일면에 따른 복수의 교류 전류 신호를 이용한 연료전지 임피던스 측정을 위한 시스템은, 주파수가 다른 복수의 교류 전류 신호를 순차로 한 주기 이하씩 발생시켜서 연료 전지에 인가하는 신호발생기; 및 발생한 각각의 교류 전류 신호의 인가에 동기하여 상기 연료 전지에서 발생되는 전압을 해당 인가 시간 동안 측정하여 임피던스 산출 정보로 제공하는 신호 수집기를 포함하고, 상기 복수의 교류 전류 신호 각각에 대한 상기 측정에서의 초당 측정 샘플갯수가 상기 복수의 교류 전류 신호 각각의 주파수에 대한 동일한 배수값으로 정해진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 연료전지 임피던스 측정 방법 및 시스템에 따르면, 전류 소모를 55.6% 이상 저감할 수 있으며, 교류전압 수집 개수를 88.6% 이상 저감하여 프로세서의 부하를 경감할 수 있고, 신호간 간섭을 80.4% 이상 저감하여 측정의 정확도를 향상시킬 수 있고, 이외에도 다중 주파수의 각 전류신호 최대치가 겹치지 않게 되므로 연료전지 임피던스 측정시스템의 안정도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 연료전지 임피던스 측정을 위한 전류 신호의 관계를 설명하기 위한 신호 파형도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 임피던스 측정 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 연료전지 임피던스 측정 방법의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 도 3의 연료전지 임피던스 측정 방법에서의 전류 신호들의 관계를 설명하기 위한 신호 파형도이다.
도 5는 본 발명의 연료전지 임피던스 측정 방법의 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 도 5의 연료전지 임피던스 측정 방법에서의 전류 신호들의 관계를 설명하기 위한 신호 파형도이다.
도 7은 본 발명의 연료전지 임피던스 측정 방법에서의 교류 전류 소모량을 설명하기 위한 전류 신호 파형도이다.
도 8은 종래 기술의 연료전지 임피던스 측정 방법에서의 교류 전류 소모량을 설명하기 위한 전류 신호 파형도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 임피던스 측정 시스템(100)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 임피던스 측정 시스템(100)은, 연료전지(10)의 임피던스 측정을 위하여 교류 전류 신호발생기(110) 및 교류 전압 신호 수집기(120)를 포함할 수 있다.
신호발생기(110)는 임피던스 측정을 위하여 연료전지(10)에 인가할 교류 전류 신호를 발생시키는 장치로서, 도 3과 도 4에서 설명하는 바와 같이, 주파수가 다른 복수의 교류 전류 신호(예, 4Hz, 20Hz, 100Hz)를 동시에 발생시키되 주파수가 가장 작은 신호의 한 주기 이하 내에 다른 신호의 한 주기 이하(예, 1주기, 1/2주기, 또는 1/3 주기)가 포함되도록 상기 복수의 교류 전류 신호를 발생시켜서 연료 전지(10)에 인가할 수 있다. 이때, 신호 수집기(120)는 복수의 교류 전류 신호의 어느 두개 이상의 신호 혼입 구간에서 주파수가 가장 큰 신호에 대하여 우선적으로 동기하여 연료 전지(10)에서 발생되는 전압을 해당 인가 시간 동안 측정하여 임피던스 산출 정보로 제공할 수 있다.
또는, 도 5 및 도 6에서 설명하는 바와 같이, 신호발생기(110)는 주파수가 다른 복수의 교류 전류 신호(예, 4Hz, 20Hz, 100Hz)를 순차로 한 주기 이하씩 발생시켜서 연료 전지(10)에 인가할 수 있다. 이때, 신호 수집기(120)는 발생한 각각의 교류 전류 신호의 인가에 동기하여 연료 전지(10)에서 발생되는 전압을 해당 인가 시간 동안(예, 1주기, 1/2주기, 또는 1/3 주기) 측정하여 임피던스 산출 정보로 제공할 수 있다.
여기서, 복수의 교류 전류 신호(예, 4Hz, 20Hz, 100Hz) 각각에 대한 각 측정에서의 초당 측정 샘플갯수는 교류 전류 신호 각각의 주파수에 대한 동일한 배수값(예, 20배 이상)으로 정해질 수 있다. 예를 들어, 배수값이 20배인 경우에, 4Hz 신호에 대하여 초당 80샘플, 20Hz 신호에 대하여 초당 400샘플, 100Hz 신호에 대하여 초당 2000샘플일 수 있다. 여기서, 복수의 교류 전류 신호의 개수는 측정 목적에 따라 2이상일 수 있으며, 상기 배수값은 20배인 것으로 설명하지만 필요에 따라 고해상도를 위하여 더 높은 배수로 정해질 수 있다. 또한, 복수의 교류 전류 신호의 주파수는 4Hz, 20Hz, 100Hz인 것으로 예를 들어 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 1~10Hz 구간, 10~100Hz 구간, 및 100~1000Hz 구간에서 각각 하나씩 선택한 3개의 신호로 이루어질 수 있다.
연료 전지(10)의 임피던스는 인가된 교류 전류와 측정된 교류 전압으로 산출될 수 있으며, 연료전지의 임피던스 측정으로부터 얻을 수 있는 효과로서, 예를 들어, 100Hz 교류전류에 대한 임피던스 측정에서는 연료전지 내부 수분량 측정(예, 연료전지 내부 수분이 적으면 출력 저하), 20Hz 교류전류에 대한 임피던스 측정에서는 연료전지 내구 상태 측정, 4Hz 교류전류에 대한 임피던스 측정에서는 연료전지 내부 기체 공급상태 측정(예, 연료전지 내부 기체 공급 원할 치 않으면 출력 및 운전 안전성 저하) 등이 있다.
이하 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 임피던스 측정 시스템(100)의 연료전지(110) 임피던스 측정을 위한 신호의 발생과 수집에 대하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 연료전지 임피던스 측정 방법의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
예를 들어, 신호발생기(110)는 도 4와 같이 주파수가 다른 복수의 교류 전류 신호(예, 4Hz, 20Hz, 100Hz)를 동시에 발생시켜서 연료 전지(10)에 인가할 수 있다(S10). 이때, 신호발생기(110)는 도 4와 같이 교류 전류 신호들(예, 4Hz, 20Hz, 100Hz)이 동시에 같은 위상으로 시작하여 인가되도록 할 수도 있지만, 이에 한정되지 않으며 교류 전류 신호들 각각의 동위상 인가 시작 시점이 동일할 필요는 없다. 즉, 주파수가 가장 작은 신호(예, 4Hz)의 한 주기 이하 내에 다른 신호(예, 20Hz 또는 100Hz)의 한 주기 이하(예, 1주기, 1/2주기, 또는 1/3 주기)가 포함되도록 교류 전류 신호들을 발생시켜서 연료 전지(10)에 인가할 수 있다.
이때, 신호 수집기(120)는 교류 전류 신호들 중 어느 두개 이상의 신호 혼입 구간에서 주파수가 가장 큰 신호에 대하여 우선적으로 동기하여 연료 전지(10)에서 발생되는 전압을 해당 인가 시간(예,1 주기) 동안 측정하여 임피던스 산출 정보로 제공할 수 있다(S11). 도 4의 예에서, 신호 혼입 구간 '1'에서는 100Hz 에 대하여 우선적으로 동기하여 해당 인가 시간 동안 초당 2000샘플 속도로 전압을 측정하며, 신호 혼입 구간 '2'에서는 20Hz 에 대하여 우선적으로 동기하여 해당 인가 시간 동안 초당 400샘플 속도로 전압을 측정하고, 신호가 혼입되지 않는 구간에서는 4Hz 신호에 대하여 초당 80샘플 속도로 전압을 측정하여 데이터를 수집할 수 있다. 신호 혼입 구간이 다른 위치에 있는 경우에도 이와 유사한 방법으로, 100Hz 에 대하여 해당 인가 시간 동안 초당 2000샘플 속도로 전압을 측정하며, 20Hz 에 대하여 해당 인가 시간 동안 초당 400샘플 속도로 전압을 측정하고, 4Hz 신호에 대하여 초당 80샘플 속도로 전압을 측정하여 데이터를 수집할 수 있다.
신호 수집기(120)가 이와 같이 측정된 전압 샘플 데이터를 수집함에 따라, 프로세서 또는 컴퓨터에서 실행되는 소프트웨어를 이용해, 측정된 전압을 인가된 전류로 나누는 방법 등으로 인피던스를 산출할 수 있게 된다(S12). 이때 신호 혼입 구간에서의 주파수가 다른 신호의 영향은 소정의 필터를 이용해 제거하고 인피던스를 산출할 수 있다.
위와 같이 신호의 주파수(또는 속도)에 무관하게 해당 인가 시간(예, 1주기, 1/2주기, 또는 1/3 주기)이 끝나면 신호 생성을 정지하므로, 각 신호의 생성에 0.707A가 소모된다고 하면, 3가지 신호에 의한 4Hz의 1주기(0.25초) 동안 총 전류 소모량은 단순계산에 의하여 [수학식2]와 같다. 이는 종래 기술 대비 55.6% 전류 소모가 저감됨을 의미한다(수학식1에서 종래기술은 0.53A).
[수학식2]
0.707A*0.25+0.707A*0.05+0.707A*0.01=0.235A
또한, 교류 전압 샘플 데이터의 수집 개수는, [수학식3]과 같이 3가지 신호에 의한 4Hz의 1주기(0.25초) 동안 총 52개의 샘플 데이터가 수집되므로 종래 기술의 500샘플 대비 89.6% 저감하는 효과가 있다.
[수학식3]
2000*0.01+400*0.04+80*0.2=52개
또한, 임피던스 측정시간은 0.25초/회이고, 교류 전류 신호들간 간섭 현상으로 인한 측정 잡음(intermodal interference)이 0.05초 동안만 발생하므로, 종래 기술 대비 80.4% 이상 측정 잡음을 저감 저감하는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 연료전지 임피던스 측정 방법의 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
예를 들어, 신호발생기(110)는 도 6과 같이 주파수가 다른 복수의 교류 전류 신호(예, 4Hz, 20Hz, 100Hz)를 순차로 한 주기 이하씩(예, 1주기, 1/2주기, 또는 1/3 주기) 발생시켜서 연료 전지(10)에 인가할 수 있다. 도 6에서는 주파수가 큰 신호를 먼저 인가하는 방식을 도시하였으나 이에 한정되지 않으며 경우에 따라 다른 순서로 인가하는 모든 방법을 포함할 수 있다.
이때, 신호 수집기(120)는 발생한 각각의 교류 전류 신호의 인가에 동기하여 연료 전지(10)에서 발생되는 전압을 해당 인가 시간 동안(예, 1주기, 1/2주기, 또는 1/3 주기) 측정하여 임피던스 산출 정보로 제공할 수 있다.
즉, 도 6의 예에서 신호 수집기(120)는 먼저 100Hz 에 대하여 동기하여 해당 신호 인가 시간 동안 초당 2000샘플 속도로 전압을 측정하여 샘플 데이터를 수집하고(S20), 그 후 후속하여 인가되는 20Hz 에 대하여 동기하여 해당 인가 시간 동안 초당 400샘플 속도로 전압을 측정하여 샘플 데이터를 수집하며(S21), 그 후 후속하여 인가되는 4Hz 신호에 대하여 초당 80샘플 속도로 전압을 측정하여 샘플 데이터를 수집할 수 있다(S22).
신호 수집기(120)가 이와 같이 측정된 전압 샘플 데이터를 수집함에 따라, 프로세서 또는 컴퓨터에서 실행되는 소프트웨어를 이용해, 측정된 전압을 인가된 전류로 나누는 방법 등으로 인피던스를 산출할 수 있게 된다(S23).
위와 같은 방법에서도 신호의 주파수(또는 속도)에 무관하게 해당 인가 시간(예, 1주기, 1/2주기, 또는 1/3 주기)이 끝나면 신호 생성을 정지하므로, 각 신호의 생성에 0.707A가 소모된다고 하면, 3가지 신호에 의한 4Hz의 1주기(0.25초) 동안 총 전류 소모량은 단순계산에 의하여 [수학식2]와 같다. 이는 종래 기술 대비 55.6% 전류 소모가 저감됨을 의미한다(수학식1에서 종래기술은 0.53A).
또한, 교류 전압 샘플 데이터의 수집 개수는, [수학식3]과 같이 3가지 신호에 의한 4Hz의 1주기(0.25초) 동안 총 52개의 샘플 데이터가 수집되므로 종래 기술의 500샘플 대비 89.6% 저감하는 효과가 있다.
또한, 임피던스 측정시간은 0.31초/회로서 약간 증가하지만 짧은 시간으로서 측정에 큰 무리가 없으며, 대신에 여기서는 교류 전류 신호들간 간섭 현상이 완전히 제거되는 효과가 있다.
도 7은 본 발명의 연료전지 임피던스 측정 방법에서의 교류 전류 소모량을 설명하기 위한 전류 신호 파형도이다. 도 8은 종래 기술의 연료전지 임피던스 측정 방법에서의 교류 전류 소모량을 설명하기 위한 전류 신호 파형도이다.
본 발명에서는 신호발생기(110)가 복수의 교류 전류 신호를 생성함에 있어서 도 7과 같이 피크 부분들이 서로 겹치지 않게 생성되도록 함으로써(특히, 도 4의 방식에서), 연료전지(10)에 인가되는 교류전류의 최대-최소 범위를 축소시킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서는 도 7의 (a)와 같은 3개의 교류 전류 신호들의 전류 합산값은 도 7의 (b)와 같이 최대-최소 범위가 낮게 나타나며, 종래기술에서는 도 8의 (a)와 같이 3개의 교류 전류 신호들을 주파수가 가장 낮은 신호의 전구간에서 동시에 생성하고 인가할때 그 전류 합산값은 도 8의 (b)와 같이 최대-최소 범위가 높게 나타난다. 예를 들어, 종래기술의 방식에서 -3A~3A 최대-최소 범위로 연료전지(10)에 교류 전류가 인가되는 조건에서, 본 발명의 방식 적용에 따르면 -1.064A~1.327A 최대-최소 범위로 연료전지(10)에 교류 전류가 인가됨을 확인할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 방식은 교류 전류 인가의 최대-최소 범위를 60.1% 이상 저감할 수 있으므로, 연료전지(10)의 고전류에 의한 동작 특성의 변화를 줄이거나 측정 시스템(100)의 고전류 발생을 억제하여 시스템 안정도를 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
연료전지(10)
교류 전류 신호발생기(110)
교류 전압 신호 수집기(120)

Claims (7)

  1. 복수의 교류 전류 신호를 이용한 연료전지 임피던스 측정 방법에 있어서,
    신호발생기를 이용하여 주파수가 다른 복수의 교류 전류 신호를 동시에 발생시키되 주파수가 가장 작은 신호의 한 주기 이하 내에 다른 신호의 한 주기 이하가 포함되도록 상기 복수의 교류 전류 신호를 발생시켜서 연료 전지에 인가하는 단계; 및
    상기 복수의 교류 전류 신호의 어느 두개 이상의 신호 혼입 구간에서 주파수가 가장 큰 신호에 대하여 우선적으로 동기하여 상기 연료 전지에서 발생되는 전압을 해당 인가 시간 동안 측정하여 임피던스 산출 정보로 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 교류 전류 신호 각각에 대한 상기 측정에서의 초당 측정 샘플갯수가 상기 복수의 교류 전류 신호 각각의 주파수에 대한 동일한 배수값으로 정해진 것을 특징으로 하는 연료전지 임피던스 측정 방법.
  2. 복수의 교류 전류 신호를 이용한 연료전지 임피던스 측정 방법에 있어서,
    신호발생기를 이용하여 주파수가 다른 복수의 교류 전류 신호를 순차로 한 주기 이하씩 발생시켜서 연료 전지에 인가하는 단계; 및
    발생한 각각의 교류 전류 신호의 인가에 동기하여 상기 연료 전지에서 발생되는 전압을 해당 인가 시간 동안 측정하여 임피던스 산출 정보로 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 교류 전류 신호 각각에 대한 상기 측정에서의 초당 측정 샘플갯수가 상기 복수의 교류 전류 신호 각각의 주파수에 대한 동일한 배수값으로 정해진 것을 특징으로 하는 연료전지 임피던스 측정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배수값은 20배 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지 임피던스 측정 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 교류 전류 신호는 1~10Hz 구간, 10~100Hz 구간, 및 100~1000Hz 구간에서 각각 하나씩 선택한 3개의 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 임피던스 측정 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 교류 전류 신호는 피크 부분들이 서로 겹치지 않게 생성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 임피던스 측정 방법.
  6. 복수의 교류 전류 신호를 이용한 연료전지 임피던스 측정을 위한 시스템에 있어서,
    주파수가 다른 복수의 교류 전류 신호를 동시에 발생시키되 주파수가 가장 작은 신호의 한 주기 이하 내에 다른 신호의 한 주기 이하가 포함되도록 상기 복수의 교류 전류 신호를 발생시켜서 연료 전지에 인가하는 신호발생기; 및
    상기 복수의 교류 전류 신호의 어느 두개 이상의 신호 혼입 구간에서 주파수가 가장 큰 신호에 대하여 우선적으로 동기하여 상기 연료 전지에서 발생되는 전압을 해당 인가 시간 동안 측정하여 임피던스 산출 정보로 제공하는 신호 수집기를 포함하고,
    상기 복수의 교류 전류 신호 각각에 대한 상기 측정에서의 초당 측정 샘플갯수가 상기 복수의 교류 전류 신호 각각의 주파수에 대한 동일한 배수값으로 정해진 것을 특징으로 하는 연료전지 임피던스 측정을 위한 시스템.
  7. 복수의 교류 전류 신호를 이용한 연료전지 임피던스 측정을 위한 시스템에 있어서,
    주파수가 다른 복수의 교류 전류 신호를 순차로 한 주기 이하씩 발생시켜서 연료 전지에 인가하는 신호발생기; 및
    발생한 각각의 교류 전류 신호의 인가에 동기하여 상기 연료 전지에서 발생되는 전압을 해당 인가 시간 동안 측정하여 임피던스 산출 정보로 제공하는 신호 수집기를 포함하고,
    상기 복수의 교류 전류 신호 각각에 대한 상기 측정에서의 초당 측정 샘플갯수가 상기 복수의 교류 전류 신호 각각의 주파수에 대한 동일한 배수값으로 정해진 것을 특징으로 하는 연료전지 측정을 위한 시스템.
KR1020140142905A 2014-10-21 2014-10-21 가변적 신호생성 및 신호수집 속도를 갖는 연료전지 임피던스 측정 방법 및 시스템 Active KR101567248B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140142905A KR101567248B1 (ko) 2014-10-21 2014-10-21 가변적 신호생성 및 신호수집 속도를 갖는 연료전지 임피던스 측정 방법 및 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140142905A KR101567248B1 (ko) 2014-10-21 2014-10-21 가변적 신호생성 및 신호수집 속도를 갖는 연료전지 임피던스 측정 방법 및 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101567248B1 true KR101567248B1 (ko) 2015-11-06

Family

ID=54601401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140142905A Active KR101567248B1 (ko) 2014-10-21 2014-10-21 가변적 신호생성 및 신호수집 속도를 갖는 연료전지 임피던스 측정 방법 및 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101567248B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023276546A1 (ja) * 2021-06-30 2023-01-05 株式会社デンソー 電池測定装置及び電池測定方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003090869A (ja) 2001-07-09 2003-03-28 Yokogawa Electric Corp インピーダンスの測定装置
JP2013093120A (ja) 2011-10-24 2013-05-16 Honda Motor Co Ltd 逐次インピーダンス計測方法、計測装置および燃料電池システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003090869A (ja) 2001-07-09 2003-03-28 Yokogawa Electric Corp インピーダンスの測定装置
JP2013093120A (ja) 2011-10-24 2013-05-16 Honda Motor Co Ltd 逐次インピーダンス計測方法、計測装置および燃料電池システム

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023276546A1 (ja) * 2021-06-30 2023-01-05 株式会社デンソー 電池測定装置及び電池測定方法
JP2023006784A (ja) * 2021-06-30 2023-01-18 株式会社デンソー 電池測定装置及び電池測定方法
JP7559688B2 (ja) 2021-06-30 2024-10-02 株式会社デンソー 電池測定装置及び電池測定方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103163380B (zh) 基于LabVIEW开发平台的微欧级电阻测量系统
US20140062457A1 (en) Three-phase ac phase sequence detecting method and apparatus
CN103412200A (zh) 一种三相交流电相序检测方法及装置
RU2014129555A (ru) Способ определения потребления мощности, система контроля и содержащая ее электрическая установка
CN118044827B (zh) 一种脑电信号的校正增强方法、装置及计算机设备
CN103229062A (zh) 总谐波失真的测量方法
CN102818930A (zh) 一种高精度快速计算电力谐波参数的方法
Manganiello et al. FPGA implementation of the EIS technique for the on-line diagnosis of fuel-cell systems
CN105244880A (zh) 一种电能质量调节装置直流电压波动抑制的方法和系统
KR101567248B1 (ko) 가변적 신호생성 및 신호수집 속도를 갖는 연료전지 임피던스 측정 방법 및 시스템
CN104865461B (zh) 一种基于dsptms320f28335电力系统瞬态变化实时检测装置
CN204945273U (zh) 一种自适应电网频率的电能质量数据采集装置
CN107861033B (zh) 振荡波局部放电检测系统定位误差的检定方法和系统
CN111856163B (zh) 一种非接触式单杆异步核相方法
KR101807280B1 (ko) 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치 및 방법
CN104201708A (zh) 基于改进矩阵束算法的多馈入直流系统附加阻尼控制器的布点方法
RU2013104765A (ru) Способ мониторинга состояния электрической сети и энергообъекта и устройство для его реализации
CN115453306B (zh) 换流阀测试方法、装置、计算机设备和存储介质
JP6126372B2 (ja) 接地抵抗計および接地抵抗測定方法、ならびにプログラム
KR101774728B1 (ko) 복합 동력원 전력 분석 장치 및 그를 포함하는 수상 구조물 복합 동력원 테스트 시스템
CN105372611B (zh) 基于录波装置采集sv数据的可靠性验证方法
CN104808038A (zh) 一种软仿真插值提升交流采样频率的方法
Gherasim et al. Development of a flickermeter for grid-connected wind turbines using a DSP-based prototyping system
EP2746785A1 (en) Fundamental frequency stability and harmonic analysis
Hussain et al. Implementation of quadrature based RMS calculation on real-time power monitoring systems

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20141021

PA0201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20150930

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20151102

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20151102

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181030

Year of fee payment: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20181030

Start annual number: 4

End annual number: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191029

Year of fee payment: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20191029

Start annual number: 5

End annual number: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20201028

Start annual number: 6

End annual number: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20211027

Start annual number: 7

End annual number: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20231025

Start annual number: 9

End annual number: 9