KR102018115B1 - 진동을 이용한 연료전지의 상태 진단 시스템 및 진단 방법 - Google Patents

진동을 이용한 연료전지의 상태 진단 시스템 및 진단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진동을 이용한 연료전지의 상태 진단 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지 시스템에 있어서 발생되는 진동을 이용하여 연료전지 시스템의 상태 진단을 통하여 연료전지에서 가동 중, 특히 다수의 펌프류들의 진동으로부터 발생하는 이상상태 발생으로 인한 운전정지, 가스누출, 화재와 같은 재해를 예방하기 위한 장치와 그 방법에 관한 것으로, 스택(120), 개질기(130), 열교환기(150), 냉각수 등 다수의 보조기기들, 전력변환장치(130), 제어장치(180)로 구성된 연료전지 시스템(100); 상기 연료전지 시스템(100)으로 부터의 진동 정보를 전달받아 연료전지의 상태를 진단하고 분석하여 예방조치 할 수 있도록 모니터링 시스템(300)에 고장 판단 정보를 전송하는 상태진단 시스템(200);로 구성되고, 상기 상태진단 시스템(200)은, 외함(110) 내부에서 취득한 데이터를 연산 및 통신장치(230)에 전달하여 데이터 신호처리가 가능한 진동 측정부(210); 상기 데이터 신호처리 및 저장, 데이터 패턴분석, 고장 판단을 하여 데이터를 모니터링 시스템(300)과 송수신하는 연산부(231); 상기 제어장치(180)와 상태진단 시스템(200)과 모니터링 시스템(300)을 통신망을 통하여 연결하는 연산 및 통신장치(230);를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동을 이용한 연료전지의 상태 진단 시스템에 관한 것이다.

Description

진동을 이용한 연료전지의 상태 진단 시스템 및 진단 방법{Condition Diagnosis System of Fuel Cells Using Vibration and the method thereof}
본 발명은 진동을 이용한 연료전지의 상태 진단 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지 시스템에 있어서 발생되는 진동 또는 소리를 이용하여 연료전지 시스템의 상태 진단을 통하여 연료전지에서 가동 중 발생하는 이상상태 발생으로 인한 운전정지, 가스누출, 화재와 같은 재해를 사전에 예방하기 위한 장치와 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지 시스템은 스택의 연료극(음극)과 공기극(양극) 사이에 공급되는 수소와 산소가 전기화학 반응하여 전기와 열을 생산하는 시스템이다.
연료전지 시스템 내부에는 전기, 전자, 기계, 금속 및 화학 등의 다양한 분야 기술들이 서로 연계되어 물리적으로 복잡하게 구성되어 있다.
연료전지 시스템은 직류전력을 생산하는 연료전지스택, 탄화수소계열의 원료를 수소로 치환하는 개질기, 연료전지 스택에서 생산된 직류(DC)전력을 교류(AC)전력으로 변환하는 전력변환기, 연료 및 공기의 공급을 위한 펌프류, 솔레노이드 밸브류, 센서류, 열과 물을 관리하는 냉각수탱크, 열교환기 및 가습기 등으로 구성되며, 상기 구송 요소들을 제어하는 제어기 및 외부로부터의 충격이나 소음을 줄이기 위한 외함으로 구성된다.
더 구체적으로, 연료전지스택 관련 BOP로는 공기중의 산소를 공급하기 위한 공기펌프, 가습기, 연료전지스택의 폐열을 회수하기 위한 냉각수펌프 및 열교환기 등으로 구성된다.
개질기관련 BOP로는 연료펌프, 개질기 버너 공기펌프, 스팀 리포밍 반응을 위한 정량수 펌프, 개질 가스의 일산화탄소를 제거하기 위한 Prox펌프, 폐열회수펌프, 솔레노이드밸브류와 배관 등으로 구성된다.
각 구성요소들은 서로 연계되어 시스템의 성능에 직접적으로 관여하고 있다. 따라서 연료전지 시스템의 각 부품들의 위치 및 구조는 화학반응, 열해석, 노이즈 해석 및 기구적 안정성 등을 토대로 시스템의 최고의 성능을 보이기 위해 구성되었다.
연료전지 시스템에서 운전할 때 일어나는 전기화학적 반응에 따라 연료전지스택 온도, 연료 공급압력, 개질가스 온도, 일산화탄소, 전압 및 전류 등과 같은 정보를 보여준다. 이런 정보는 통해 연료전지 시스템을 진단하고, 문제 발생시 원인분석 자료로 활용되고 있다.
또한, 연료전지 시스템은 일정시간을 운전 후에 정기적으로 진행하는 유지보수를 통하여 고장 및 사고를 예방하고 있다.
그러나 연료전지 시스템은 구성요소가 복잡하고, 구성요소에 따라 성능이 민감하다.
따라서 현장에서 진행되는 유지보수에 전문지식을 갖춘 고급인력과 전문장비가 없으면 원만한 유지보수가 진행되기 어렵다.
일반적으로 다량의 펌프류를 구성요소로 하는 기계장치는 운전환경과 운전시간에 따라 소음과 진동이 일정한 패턴으로 변화하는 특성을 보인다. 즉 동일한 제품이라 하더라도 소음과 진동을 분석하면 기계장치별로 차이가 발생하며, 운전환경에 따라 그 차이가 확대되는 현상을 보인다.
따라서 연료전지 시스템에서 발생하는 진동을 분석하면, 연료전지 시스템의 상태 진단과 고장 예측이 가능하다. 이를 통하여 전문지식을 갖춘 고급인력이 없거나, 유지보수에 의해서도 고장 위험이 해소되지 않은 경우에도 관리가 용이하다.
연료전지 시스템에서 내적인 요소뿐만 아니라 외적인 요소, 즉 기계적인 요소들에 의하여 문제가 발생하기도 한다.
따라서 연료전지 시스템에서 문제가 발생할 경우, 연료전지 시스템에서 제공하는 전압, 전류, 온도와 같은 정보 이외에도 추가적인 정보를 이용하여 효율적이고 효과적으로 분석하여 문제를 해결하여야 한다.
등록특허 제1148764호 “연료전지 상태 진단 방법 및 그 장치”는 연료전지 시스템의 전체 상황을 진단하는 데 있어, 시스템에서 제공되는 정보만으로는 부족하다고 인식하고 있다.
천재지변이나 인재와 같은 물리적 충격으로 인한 구성품 손상에 대해서 진단할 수 있는 프로세스가 고려되지 않기 때문에 시스템 내부 기구물의 상태변화에 따른 고장이나 시스템 성능감소에 대해서는 시스템을 해체하기 전까지는 분석하기 쉽지 않기 때문이다.
따라서 기울기 센서를 연료전지 시스템의 각 구성품에 설치하여, 연료전지 시스템 전체의 수평상태를 확인하고, 시스템 전체의 기울기 정보를 기준으로 각 구성품의 물리적 상태를 진단한다.
그러나 외력이 외함에 가해지거나, 연료전지 시스템의 구성요소에 문제가 발생한 이후에 문제점을 확인이 가능하다.
등록특허 제1487614호 “소음분석을 통한 엔진 이상 감시방법”은 운전 시간과 운전 환경에 따라 일정한 패턴을 변화하는 엔진의 소음 특성을 자기 상관관계 및 상호 상관관계 분석하여 특정 고장에 대한 원인을 규명한다.
하지만, 소음을 분석하기 위한 장치와 알고리즘이 매우 복잡하여 연료전지 시스템에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
한국등록특허공보 제1148764호 한국등록특허공보 제1487614호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 연료전지 시스템의 진동 또는 소리(오디오)를 분석하여 특정 고장에 대한 탐지를 하고 미연에 예방 조치할 수 있는 진동을 이용한 연료전지의 상태 진단 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 연료전지 시스템에서 발생되는 진동 또는 소리를 이용하여 연료전지 시스템의 상태 진단을 통하여 연료전지에서 가동 중, 특히 다수의 펌프류들의 진동으로부터 발생하는 이상상태 발생으로 인한 운전정지, 가스누출, 화재와 같은 재해를 예방하는데 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 스택(120), 개질기(130), 열교환기(150), 냉각수 등 다수의 보조기기들, 전력변환장치(140), 제어장치(180)로 구성된 연료전지 시스템(100); 상기 연료전지 시스템(100)으로 부터의 진동 정보를 전달받아 연료전지의 상태를 진단하고 분석하여 예방조치 할 수 있도록 모니터링 시스템(300)에 고장 판단 정보를 전송하는 상태진단 시스템(200); 통신부(232)와 통신망을 이용하여 데이터를 송수신하여 관리하는 모니터링 시스템(300)으로 구성되고, 상기 상태진단 시스템(200)은, 외함(110) 내부에서 취득한 데이터를 연산 및 통신장치(230)에 전달하여 데이터 신호처리가 가능한 진동 측정부(210); 상기 데이터 신호처리 및 저장, 데이터 패턴분석, 고장 판단을 하여 데이터를 모니터링 시스템(300)과 송수신하는 연산부(231); 상기 제어장치(180)와 상태진단 시스템(200)과 모니터링 시스템(300)을 통신망을 통하여 연결하는 연산 및 통신장치(230);를 포함한다.
상기 상태진단 시스템(200)은 상기 연료전지 시스템(100)으로부터의 오디오 정보를 획득하여 연료전지의 상태를 진단하고 분석하여 예방조치 할 수 있도록 모니터링 시스템(300)에 고장 판단 정보를 전송한다.
상기 오디오 정보를 획득하는 모듈로서, 상기 오디오 정보를 취출하고, 상기 진동으로 포착하지 못한 미세한 고장 신호를 파악할 수 있도록 하는 오디오 획득 모듈(220);을 포함한다.
또한, 본 발명은 연료전지 시스템의 시스템을 가동시키는 단계(S10); 시스템의 상태를 유지하는 단계(S20); 연료전지 시스템이 동작하면, 측정부에서 진동 및 소리 데이터(Da)를 취득하는 단계(S30); 연료전지 시스템이 정지 상태에서 운전을 시작하는 기동시간이 설정된 Ts보다 큰지 여부를 판단하는 단계(S40); 상기 S40단계의 판단결과, 기동시간이 Ts보다 작을 경우, S20단계로 절차를 이행하고, 기동시간이 Ts보다 클 경우, 안정 운행 시간이 설정된 Ti보다 큰지 여부를 판단하는 단계(S50); 상기 S50단계의 판단결과, 안정 운행 시간이 Ti보다 작을 경우, 상기 S20단계로 절차를 이동하고, 안정 운행 시간이 Ti보다 클 경우, 모니터링 시스템에 초기 데이터 Di가 있는지 확인하는 단계(S60); 상기 S60단계의 판단결과, 초기 데이터(Di)가 존재하지 없으면, 취득 데이터(Da)를 Di로 저장하는 단계(S70); 시계열 데이터인 초기 데이터(Di) 및 취득 데이터(Da)를 주파수 영역으로 변환하는 단계(S80); 주파수 영역으로 변환된 초기 데이터(Dif)와 취득 데이터(Daf)를 비교하는 단계(S90); 상기 S90단계의 판단결과, 초기 데이터 주파수(Dif)와 취득 데이터 주파수(Daf)와의 차이가 발생하지 않으면, S20단계로 절차를 이행하고, 차이가 발생하면, 모니터링 경고를 하는 단계(S100); 모니터링 경고 횟수가 5회를 초과하였는지 판단하는 단계(S110); 상기 S110단계의 판단결과, 모니터링 경고 횟수가 5회를 초과하지 않았을 경우 S20단계로 절차를 이행하고; 경고 횟수가 5회를 초과하였을 경우 모니터링 시스템에 유지보수 경고를 하는 단계(S120); 연료전지 시스템을 준비상태로 전환 하는 단계(S130); 연료전지 시스템의 유지보수가 완료 되었는지 판단하는 단계(S140); 상기 S140단계의 판단결과, 유지보수가 완료 되었을 경우 S10단계로 절차를 이행하고; 유지보수가 완료 되지 않았을 경우 S120단계로 절차를 이행하는 단계;를 포함한다.
상기 기동시간(Ts)은 2분에서 30분 사이의 시간으로 설정가능하며, 안정 운행시간(Ti)은 5분에서 1시간 사이의 시간으로 제품구조에 따라 설정하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 연료전지 시스템의 진동을 분석하여 특정 고장에 대한 예방조치 할 수 있고, 정기적인 유지보수에 의해서도 고장 위험이 해소 되지 않은 부분이나 예상치 못한 고장이 발생하는 부분에 대해서도 체계적인 관리를 할 수 있다.
또한, 본 발명은 추가적으로 오디오 신호를 통해 진동으로 포착하지 못한 미세한 고장 신호를 파악하여 고장 상황을 실시간으로 통보할 수 있고, 관리자를 통해 효과적이며, 안정적으로 고장 상황을 사전에 대처할 수 있다
도 1은 종래의 연료전지 시스템의 P&ID 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템과 상태진단 시스템의 도식화 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상태진단 시스템의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 상태진단 동작을 도시한 동작 흐름도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 종래의 연료전지시스템 전체적인 구성도를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 개질기(130)는 탄화수소계열의 연료를 수소가 많은 개질가스로 치환하는 반응기(131) 및 버너(132)로 구성되며, 수소와 공기 중의 산소의 전기화학반응으로 직류(DC)전력을 생산하는 연료전지스택(120), 생산된 직류(DC)전력을 교류(AC)전력으로 변환하는 전력변환장치(140) 및 연료 부스팅 펌프(175), 개질기 버너펌프(176), 선택산화(PROX) 펌프(177), 스택 공기펌프(178), 개질기 반응기(131)에 물을 공급하는 정량수펌프(173), 스택 폐열을 회수하기 위한 냉각수 펌프(174)와 냉각수탱크(160), 열교환기(150), 솔레노이드 밸브(172), 연료 공급유무를 확인하는 압력센서(170), 냉각수 온도를 측정하는 온도센서(171)등으로 구성되는 요소들을 제어하는 제어장치(180)로 구성된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템과 상태진단 시스템의 도식화 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 연료전지 시스템(100)과 상태진단 시스템(200)으로 크게 나뉘어지며, 상태진단 시스템(200)이 연료전지 시스템(100)으로 부터의 소리(오디오) 또는 진동 등을 통해 연료전지의 상태 진단을 보조하여 특정 고장에 대한 예방 조치할 수 있는 장치이다.
이를 위해 상태진단 시스템(200)의 구성요소인 진동 측정부(210)와 오디오 획득 모듈(220)이 연료전지 시스템(100)의 외함(110) 내부에 위치한다.
이 외에 상기 외함(110)의 특정 위치에 추가적인 진동 측정부(210)를 더 포함할 수도 있다.
연료전지 시스템(100)은 개질기(130), 스택(120), 열교환기(150), 냉각수탱크(160), 전력변환장치(140), 제어장치(180) 등으로 구성된다.
제어장치(180)와 상태진단 시스템(200)은 모니터링 시스템(300)과 통신망을 통하여 연결되어 있으며, 데이터를 송수신한다.
상기 데이터로는 진동 데이터, 오디오 데이터, 현재 취득데이터 Da, 초기 취득 데이터 Di 등을 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상태진단 시스템(200)은 진동 측정부(210), 오디오 획득모듈(220)과 연산 및 통신장치(230) 등으로 구성된다.
진동 측정부(210)는 외함(110) 내부에서 취득한 데이터를 연산 및 통신장치(230)에 전달하여 데이터 신호처리가 가능하도록 한다.
연산 및 통신장치(230)는 데이터 신호처리 및 저장, 데이터 패턴분석, 고장 판단을 하여 데이터를 모니터링 시스템(300)과 송수신하는 장치이다.
또한, 연산 및 통신장치(230)는 연산부(231), 통신부(232)로 구성된다.
상기 연산부(231)에서 데이터 신호처리 및 저장, 데이터 패턴분석, 고장 판단의 과정을 거치게 된다.
상기 통신부(232)는 통신망을 이용하여 통신부와 모니터링 시스템(300) 간의 데이터를 송수신을 관리한다.
오디오 정보를 이용하여 진동 정보로 탐지하는 것에서 관측할 수 없었던 부분을 보다 더 정확하게 고장 상황을 탐지할 수 있다.
상기 데이터 패턴분석은 시계열 진동과 오디오 데이터를 주파수영역으로 변환하여 그래프 특성을 초기데이터(Dif)와 취득데이터(Daf)를 알고리즘 또는 딥 러닝(Deep Learning) 방법 중의 하나를 이용하여 고장 판단을 하게 된다.
이하에서는, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 연료전지 상태진단 기능이 부가된 연료전지 시스템의 상태진단의 작동 관계에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 연료전지 시스템을 가동 시킨다(S10).
이어서, 연료전지 시스템의 상태를 유지한다(S20).
연료전지 시스템이 동작하면, 측정부에서 진동 및 소리 데이터(Da)를 취득한다(S30).
이어서, 연료전지 시스템이 정지 상태에서 운전을 시작하는 기동시간이 설정된 Ts보다 큰지 여부를 판단한다(S40).
제S40단계의 판단결과, 기동시간이 Ts보다 클 경우, 안정 운행 시간이 설정된 Ti보다 큰지 여부를 판단한다(S50).
반면에, 기동시간이 Ts보다 작을 경우, S20단계로 절차를 이행한다.
상기 S50단계의 판단결과, 안정 운행 시간이 Ti보다 클 경우, 모니터링 시스템에 초기 데이터 Di가 있는지 확인한다(S60).
반면에, 안정 운행 시간이 Ti보다 작을 경우, 제S20단계로 절차를 이행한다.
제S60단계의 판단결과, 초기 데이터(Di)가 존재하면, 제S80단계로 절차를 이행한다.
반면에, 초기 데이터(Di)가 존재하지 않으면, 취득 데이터(Da)를 Di로 저장하고, 제S80단계로 절차를 이행한다(S70).
이어서, 시계열 데이터인 초기 데이터(Di) 및 취득 데이터(Da)를 주파수영역으로 변환한다(S80).
이어서, 주파수 영역으로 변환된 초기 데이터 주파수(Dif)와 취득 데이터 주파수(Daf)의 크기와 주파수 영역을 비교한다(S90).
제S90단계의 판단결과, 초기 데이터 주파수(Dif)와 취득 데이터 주파수(Daf)의 차이가 발생하면, 모니터링 시스템으로 경고하게 된다(S100).
반면에, 초기 데이터 주파수(Dif)와 취득 데이터 주파수(Daf)의 차이가 발생하지 않으면, 제S20단계로 절차를 이행한다.
이어서, 모니터링 경고 횟수가 5회를 초과하는지 판단한다(S110).
상기 S110단계의 판단결과, 모니터링 경고 횟수가 5회를 초과하면, 모니터링 시스템에서 유지보수 경고를 하게 된다(S120).
반면에, 모니터링 경고 횟수가 5회를 초과하지 않으면, 제S20단계로 절차를 이행한다.
이어서, 연료전지 시스템을 가동상태에서 시스템 준비상태로 전환한다(S130).
이어서, 연료전지 시스템의 유지보수가 되었는지를 확인한다(S140).
제S140단계의 판단결과, 유지보수가 완료 되었으면, S10단계로 절차를 이행한다.
반면에, 유지보수가 완료되지 않았으면, 유지보수 경고를 하는 S120단계로 절차를 이행한다.
이하 연료전지의 상태 진단을 좀 더 세분화하고, 상태 진단 데이터를 통해 고장 분석 결과를 구체화하기 위한 구성에 대하여 자세히 설명한다.
먼저 본 발명은 연료전지 스택의 전해질막이 손상되었는지를 보다 용이하게 판단할 수 있다.
본 발명은 연료전지 스택의 상태를 정밀하게 알기 위해 스택 필터링부, 스택 전류 측정 회로, 스택 주파수 변환부, 스택 제어부, 스택 주파수 변환부 등을 더 포함하여 구성된다.
스택 필터링부는 연료전지 스택의 전류를 필터링하는 모듈로서, 연료전지 스택의 상태를 정밀하게 알기 위해 출력 신호를 교류 성분으로 변환하여 스택 전류 측정 회로에 전달한다.
스택 전류 측정 회로는 상기 스택 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 토대로 상기 연료전지 스택의 전류를 측정하는 모듈이다.
스택 주파수 변환부는 상기 스택 필터링부의 출력 신호(교류 성분)를 주파수 변환하여 주파수 성분을 검출 및 분석하는 모듈이다.
스택 제어부는 상기 스택 전류 측정 회로의 전류 측정 결과에 기초하여 상기 연료전지 스택의 고장을 진단하는 모듈이다.
연료전지 스택 중 정상 셀의 경우에는 부드럽고 완만한 S자형 곡선을 그리면서 셀전압이 하강하는 것을 확인할 수 있으며, 고장 셀의 경우에는 급격한 S자형 곡선을 그리고, 고장 셀이 포함된 다수개의 셀을 측정한 경우에는 셀전압이 상기 정상셀의 곡선과 고장셀의 곡선 사이에서 두 개의 S자가 연결된 형태의 곡선을 그리면서 하강하는 것을 알 수 있다.
연료전지 스택으로 공급되는 연료를 개질하기 위한 개질기는 수소를 생성하는 데, 상기 개질가스의 압력을 측정하는 개질가스압력센서부;를 더 포함하며, 상기 개질가스의 압력의 최대치를 기준치와 비교하여 개질기의 고장 상태를 즉시 파악할 수 있다.
본 발명에 따른 연산부(231)는 모니터링 시스템(300)과 송수신하는 장치로서, 가동 시간에 따른 연료 전지의 각 부품의 평균 수명에서 예측 가능한 수명 시간을 추측하고, 각 부품의 교체시기를 미리 관리자에게 알려주어 관리한다.
즉, 연료전지 시스템(100)의 스택(120), 개질기(130), 전력변환장치(140), 열교환기(150) 등의 부품을 교환 기준에 맞춰 적절한 교체 시기를 관리해 주어야 한다.
또한, 상기 연료전지의 각 부품은 주위 온도에 따라 수명이 바뀔 수 있어 각 부품의 온도와 가동 시간을 기록하고 교환 기준 시간을 맞춰 개별적으로 교체시기를 관리한다.
따라서 연료전지의 부품 A, B, C, D ... 등의 가동 상태를 상시 입력하고 누적 계산하여 메모리에 저장한다. 그리고 상기 제어장치(160)의 메모리에 기록을 읽어 현재까지의 가동 누적 값 데이터와 비교하고 교환 기준에 도달한 부품을 모니터 화면에 표시한다.
복수개의 연료 전지를 관리하다가 예상치 못한 것으로 도중에 특정 연료 전지를 새로운 부품으로 교체하지 않으면 안될 경우에는 개별 연료전지 및 각 부품에 대한 일련번호를 붙여 개별 관리하는 것으로, 개별 연료전지 및 각 부품의 누적 기록 데이터를 재설정하고 교체한 개별 연료전지 및 각 부품의 기록 데이터를 참고하여 적절한 교체시기를 제시하고, 모니터링 시스템(300)의 모니터 화면에서 교체시기가 도래한 부품을 교체하거나 표시하여 교체를 지시한다.
100 : 연료전지 시스템 110 : 외함
120 : 스택 130 : 개질기
131 : 개질기반응기 132 : 개질기버너
140 : 전력변환장치 150 : 열교환기
160 : 냉각수탱크 170 : 압력센서
171 : 온도센서 172 : 솔레노이드밸브
173 : 정량수펌프 174 : 냉각수펌프
175 : 연료부스팅펌프 176 : 개질기버너펌프
177 : 선택산화펌프 178 : 스택공기펌프
180 : 제어장치 200 : 상태진단 시스템
210 : 진동측정부 220 : 오디오 획득모듈
230 : 연산 및 통신장치 231 : 연산부
232 : 통신부 300 : 모니터링 시스템

Claims (5)

  1. 스택(120), 개질기(130), 열교환기(150), 냉각수 등 다수의 보조기기들, 전력변환장치(140), 제어장치(180)로 구성된 연료전지 시스템(100);
    상기 연료전지 시스템(100)으로 부터의 진동 정보를 전달받아 연료전지의 상태를 진단하고 분석하여 예방조치 할 수 있도록 모니터링 시스템(300)에 고장 판단 정보를 전송하는 상태진단 시스템(200); 통신부(232)와 통신망을 이용하여 데이터를 송수신하여 관리하는 모니터링 시스템(300)으로 구성되고,
    상기 상태진단 시스템(200)은,
    외함(110) 내부에서 취득한 데이터를 연산 및 통신장치(230)에 전달하여 데이터 신호처리가 가능한 진동 측정부(210);
    상기 데이터 신호처리 및 저장, 데이터 패턴분석, 고장 판단을 하여 데이터를 모니터링 시스템(300)과 송수신하는 연산부(231);
    상기 제어장치(180)와 상태진단 시스템(200)과 모니터링 시스템(300)을 통신망을 통하여 연결하는 연산 및 통신장치(230);를 포함하며,
    상기 상태진단 시스템(200)은 상기 연료전지 시스템(100)으로부터의 오디오 획득 모듈을 통해 연료전지의 상태를 진단하고 분석하여 예방조치 할 수 있도록 모니터링 시스템(300)에 고장 판단 정보를 전송하며,
    상기 오디오 획득 모듈은 상기 오디오 정보를 취출하고, 상기 진동에 포착하지 못한 미세한 고장 신호를 파악할 수 있도록 하고,
    상기 데이터 패턴분석은 시계열 진동과 오디오 데이터를 주파수영역으로 변환하여 그래프 특성을 초기데이터(Dif)와 취득데이터(Daf)를 알고리즘 또는 딥 러닝(Deep Learning) 방법 중의 하나를 이용하여 고장 판단하는 것을 특징으로 하는 진동을 이용한 연료전지의 상태 진단 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 연료전지 시스템의 시스템을 가동시키는 단계(S10);
    시스템의 상태를 유지하는 단계(S20);
    연료전지 시스템이 동작하면, 측정부에서 진동 및 소리 데이터(Da)를 취득하는 단계(S30);
    연료전지 시스템이 정지 상태에서 운전을 시작하는 기동시간이 설정된 Ts보다 큰지 여부를 판단하는 단계(S40);
    상기 S40단계의 판단결과, 기동시간이 Ts보다 작을 경우, S20단계로 절차를 이행하고, 기동시간이 Ts보다 클 경우, 안정 운행 시간이 설정된 Ti보다 큰지 여부를 판단하는 단계(S50);
    상기 S50단계의 판단결과, 안정 운행 시간이 Ti보다 작을 경우, 상기 S20단계로 절차를 이동하고, 안정 운행 시간이 Ti보다 클 경우, 모니터링 시스템에 초기 데이터 Di가 있는지 확인하는 단계(S60);
    상기 S60단계의 판단결과, 초기 데이터(Di)가 존재하지 없으면, 취득 데이터(Da)를 Di로 저장하는 단계(S70);
    시계열 데이터인 초기 데이터(Di) 및 취득 데이터(Da)를 주파수 영역으로 변환하는 단계(S80);
    주파수 영역으로 변환된 초기 데이터(Dif)와 취득 데이터(Daf)를 비교하는 단계(S90);
    상기 S90단계의 판단결과, 초기 데이터 주파수(Dif)와 취득 데이터 주파수(Daf)와의 차이가 발생하지 않으면, S20단계로 절차를 이행하고, 차이가 발생하면, 모니터링 경고를 하는 단계(S100);
    모니터링 경고 횟수가 5회를 초과하였는지 판단하는 단계(S110);
    상기 S110단계의 판단결과, 모니터링 경고 횟수가 5회를 초과하지 않았을 경우 S20단계로 절차를 이행하고; 경고 횟수가 5회를 초과하였을 경우 모니터링 시스템에 유지보수 경고를 하는 단계(S120);
    연료전지 시스템을 준비상태로 전환 하는 단계(S130);
    연료전지 시스템의 유지보수가 완료 되었는지 판단하는 단계(S140);
    상기 S140단계의 판단결과, 유지보수가 완료 되었을 경우 S10단계로 절차를 이행하고; 유지보수가 완료 되지 않았을 경우 S120단계로 절차를 이행하는 단계;를 포함하며,
    상기 기동시간(Ts)은 2분에서 30분 사이의 시간으로 설정가능하며, 안정 운행시간(Ti)은 5분에서 1시간 사이의 시간으로 제품구조에 따라 설정하는 것을 특징으로 하는 진동을 이용한 연료전지의 상태 진단 방법.


  5. 삭제
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