KR20200127673A

KR20200127673A - 정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법

Info

Publication number: KR20200127673A
Application number: KR1020190052242A
Authority: KR
Inventors: 김학윤; 반현석; 심효섭
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2019-05-03
Filing date: 2019-05-03
Publication date: 2020-11-11

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법을 제공한다. 정전용량 측정을 위한 복수개의 전극들을 포함하는 정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법에 있어서, 제어부를 이용하여 상기 전극들 각각에 대한 정전용량의 최소값 및 최대값을 기초로 정전용량 값을 정규화(normalize)하는 단계, 상기 전극들 중 정전용량의 변동량이 제1 기준값보다 큰 특정 전극을 감지하는 단계, 상기 전극들 중 최하부에 배치된 전극에서 최상부에 배치된 전극까지 순차적으로 정전용량의 변동량을 감지하여 정전용량의 변동량이 제2 기준값보다 큰 가결정 수위 전극을 감지하는 단계 및 상기 제어부를 이용하여 상기 특정 전극과 상기 가결정 수위 전극이 동일한지 여부에 기초하여 상기 가결정 수위 전극을 통해 도출된 수위가 현재 수위인지를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법{A method for leveling of capacitive level sensor}

본 발명은 연료전지 시스템의 워터 트랩에 설치되는 정전용량형 수위센서가 전극별 표준화된 정전용량의 변동량을 이용하여 실제 수위를 정확하게 검출할 수 있는 정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법에 관한 것이다.

연료 전지 시스템의 주된 구성 중 연료 전지 스택은 일종의 발전 장치로서, 공기 중의 산소와 외부에서 공급된 수소를 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 장치이다. 연료전지 스택으로 공급된 수소는 연료극(Anode)의 촉매에서 수소 이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소이온은 전해질 막을 통해 공기극으로 넘어가게 된다. 이 때, 공기극(Cathode)에 공급된 산소는 외부도선을 통해 공기극으로 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기에너지를 발생시키게 된다.

이러한 연료전지 스택의 반응에 있어서, 스택의 연료극 출구에서 나오는 가스에는 공기극에서 건너온 응축수가 다량으로 포함되어 있는데, 이 응축수가 원활하게 배출되지 않을 경우에는 스택 내부에 그대로 쌓여 수소의 반응을 방해하게 되고, 결국 스택의 출력 및 운전 안정성을 저해한다. 따라서, 연료전지 시스템에는 연료극 응축수를 제거하기 위한 워터 트랩이 설치되고 있다. 연료전지 스택에서 생성된 물은 연료전지 스택의 설계 구조상 중력에 의해 아래로 떨어지게 되어 있으며, 아래로 떨어진 물은 워터 트랩 장치에 모이게 된다.

이러한 워터 트랩 장치는 응축수를 모았다가 일정 수위 이상이 되면 워터 트랩의 일단에 설치된 드레인 밸브등을 통하여 외부로 배출하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 연료전지 스택에서 발생된 물이 중력에 의하여 낙하되어 워터 트랩 내에 일정량 이상의 물이 저장되면, 이를 최고수위 감지센서에서 감지하여 워터 트랩 바닥쪽 드레인 밸브의 개방에 의해, 물이 외부로 배출된다.

이러한, 정전용량형 수위센서는 온도를 비롯한 외부조건에 매우 민감하다. 또한, 연료전지시스템을 장기간 운행 시 스택 내의 MEA/분리판 등에서 나오는 환경적 이물질이 정전용량형 수위센서에 영향을 미친다. 이러한 외부 요인은 시간이 지날수록 정전용량형 수위센서의 정전용량 값에 영향을 주어 수위 측정에 오류가 발생되는 경우가 있을 수 있다.

본 발명의 기술적 과제는 외부 요인에 의해 영향을 최소화하여 신뢰성 높은 현재 수위를 감지할 수 있는 정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법을 제공하는 것이다.

일 예에 의하여, 정전용량 값을 정규화하는 단계는 상기 최소값 및 상기 최대값을 이용하여 정전용량의 변동량을 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 최소값 내지 상기 최대값이 정의하는 범위를 벗어나는 새로운 정전용량 값이 측정되면, 상기 제어부는 상기 새로운 정전용량 값을 기준으로 정전용량 값을 정규화한다.

일 예에 의하여, 상기 가결정 수위 전극을 감지하는 단계는, 상기 최하부에 배치된 전극부터 상기 가결정 수위 전극까지 정전용량의 변동량을 감지하고, 상기 가결정 수위 전극은 상기 특정 전극과 동일한 전극이거나 상기 특정 전극보다 하부에 배치된 전극이다.

일 예에 의하여, 상기 제1 기준값은 상기 제2 기준값보다 큰 값이다.

일 예에 의하여, 상기 가결정 수위 전극을 통해 도출된 수위가 현재 수위인지를 결정하는 단계는, 상기 특정 전극과 상기 가결정 수위 전극이 동일한 경우, 상기 가결정 수위 전극을 통해 도출된 수위가 현재 수위인 것으로 결정하는 단계를 포함한다.

일 예에 의하여, 상기 가결정 수위 전극을 통해 도출된 수위가 현재 수위인지를 결정하는 단계는, 상기 특정 전극과 상기 가결정 수위 전극이 동일하지 않은 경우, 이전 수위와 상기 가결정 수위 전극을 통해 도출된 가결정 수위를 비교하여 제1 방향을 결정하고, 상기 이전 수위와 상기 특정 전극을 통해 도출된 특정 수위를 비교하여 제2 방향을 결정하는 단계 및 상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 일치하는지 여부에 기초하여 현재 수위를 도출하는 단계를 포함한다.

일 예에 의하여, 상기 제1 방향은 상기 이전 수위를 기준으로 상기 가결정 수위가 상부에 위치하는지 하부에 위치하는지에 따라 결정되고, 상기 제2 방향은 상기 이전 수위를 기준으로 상기 특정 수위가 상부에 위치하는지 하부에 위치하는지에 따라 결정된다.

일 예에 의하여, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 동일한 경우 상기 제어부는 상기 가결정 수위를 상기 현재 수위로 결정한다.

일 예에 의하여, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 상이한 경우는 상기 제어부는 수위 감지에 오류가 발생된 것으로 판단한다.

일 예에 의하여, 상기 특정 전극보다 하부에 배치된 전극의 정전용량 변동량이 상기 제2 기준값보다 큰 경우, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 반대 방향이다.

일 예에 의하여, 응축수가 유입되는 제1 전극보다 상부에 배치되는 제2 전극의 정전용량 변동량이 상기 제1 기준값보다 큰 경우, 상기 제2 전극은 상기 특정 전극으로 결정되고, 상기 가결정 수위 전극을 감지하는 단계에서 상기 응축수의 유입에 따라 상기 제1 전극의 정전용량 변동량이 상기 제2 기준값보다 크므로 상기 제1 전극은 상기 가결정 수위 전극으로 결정되고, 상기 제1 기준값은 상기 제2 기준값보다 크다.

일 예에 의하여, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 일치하는지 여부에 기초하여 상기 현재 수위를 도출하는 단계는 상기 제1 전극으로부터 도출되는 수위를 상기 현재 수위로 도출하는 것을 포함하고, 상기 제1 방향은 상기 제2 방향과 동일하고, 상기 제어부는 상기 가결정 수위를 상기 현재 수위로 결정한다.

일 예에 의하여, 응축수가 유입되는 제1 전극보다 하부에 배치되는 제2 전극의 정전용량 변동량이 상기 제1 기준값보다 큰 경우, 상기 제2 전극은 상기 특정 전극으로 결정되고, 상기 가결정 수위 전극을 감지하는 단계에서 상기 응축수의 유입에 따라 상기 제2 전극의 정전용량 변동량이 상기 제2 기준값보다 크므로 상기 제2 전극은 상기 가결정 수위 전극으로 결정되고, 상기 제1 기준값은 상기 제2 기준값보다 크다.

일 예에 의하여, 상기 제1 방향은 상기 이전 수위를 기준으로 상기 제2 전극을 통해 도출되는 수위를 향하는 방향이고, 상기 제2 방향은 상기 이전 수위를 기준으로 상기 제1 전극을 통해 도출되는 수위를 향하는 방향이고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 일치하지 않고, 상기 제어부는 수위 감지에 오류가 발생된 것으로 판단한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전극들이 출력하는 정전용량 값의 범위가 달라지더라도 실시간으로 감지된 정전용량 값을 기준으로 정규화가 수행될 수 있고, 제어부는 정규화에 의해 도출된 표준 범위를 기초로 수위를 감지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법은 외부 요인(전극의 열화, 노후 등)에 의해 영향을 받지 않고 신뢰성 높은 수위 감지 결과를 도출할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법은 외부 요인에 의한 영향을 최소화하여 신뢰성 높은 수위 감지를 구현할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 수위 출력 방법은 1차적으로 특정 전극과 가결정 수위 전극이 동일한지 여부에 기초하여 현재 수위를 결정할 수 있고, 특정 전극과 가결정 수위 전극이 동일하지 않은 경우에는 기준 수위, 2차적으로 가결정 수위 전극 및 특정 전극을 기초로 결정된 제1 방향과 제2 방향이 동일한지 여부에 기초하여 현재 수위를 결정할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 인접 전극과의 비교 방식이 아닌 절대적인 표준 범위와 실시간으로 감지된 정전용량의 변동량을 비교하여 수위를 감지할 수 있으므로 외부 요인에 의한 영향이 최소화될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복수개의 전극을 포함하는 정전용량형 수위센서의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극들 각각의 정전용량 값을 정규화하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량의 변동량을 이용하여 현재 수위를 결정하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 현재 수위를 결정하는 방법에 대한 구체적인 예를 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 현재 수위를 결정하는 방법에 대한 구체적인 예를 설명하는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 현재 수위를 결정하는 방법에 대한 구체적인 예를 설명하는 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 본 명세서에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 기술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복수개의 전극을 포함하는 정전용량형 수위센서의 구성을 도시한 도면이다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 정전용량형 수위센서는 복수개의 전극(100)을 포함할 수 있다. 복수개의 전극(100)은 나란히 배치될 수 있으며, 바람직하게는 중력방향을 따라 일렬로 배치될 수 있다. 연료 전지 시스템의 구성 중 스택으로부터 생성된 물이 배출되는 부분의 구성에 대하여 살펴보면, 스택에서 생성되는 응축수를 포집할 수 있도록 스택과 연결되는 워터 트랩(10) 및 워터 트랩(10)의 일단, 바람직하게는 하단부에 외부로 연결될 수 있는 드레인 밸브(미도시)가 연료 전지 시스템에 존재할 수 있다.

워터 트랩(10)은 스택에서 생성된 응축수를 일시적으로 저장하였다가 한번에 외부로 배기하기 위한 구성일 수 있다. 드레인 밸브(미도시)가 개방됨에 따라, 중력에 의해 워터 트랩(10) 내부의 물이 외부로 배기될 수 있다. 다만, 드레인 밸브(미도시)를 개방하는 주기 및/또는 빈도는 연료전지 시스템 전체의 효율에 영향을 미칠 수 있으므로, 드레인 밸브(미도시)의 개방이 실제로 필요한 정확한 시점에 밸브를 개방하는 것이 중요하다.

다시 말하자면, 워터 트랩(10) 내부에 물(응축수)이 없는 경우에 드레인 밸브(미도시)가 개방된다면, 연료 전지 시스템 내의 수소가 드레인 밸브를 통해 불필요하게 외부로 배기될 수 있으므로, 차량의 연료 효율에 부정적 영향을 미칠 수 있다. 또한, 워터 트랩(10) 내부에 다량의 물이 생성되었음에 불구하고 외부로 배출되지 않는다면, 스택의 수분 과다 및 플러딩 현상(flooding)에 의해 연료 전지 시스템에 손상이 발생할 수 있다.

따라서, 워터 트랩(10)에는 내부의 수위를 측정하기 위한 센서가 워터 트랩 내부의 일면에 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 트랩은 정전용량형 수위센서를 구비할 수 있으며, 바람직하게는 복수개의 전극(100)을 포함하는 정전용량형 수위센서가 워터 트랩 내벽 일면에 구비될 수 있다.

특히, 본 발명에서의 정전용량형 수위센서는 센서 내부에 다수의 전극을 가지며, 다수의 전극으로부터 n개의 정전용량 데이터를 수집할 수 있도록 구성될 수 있다. 따라서, 이러한 정전용량형 수위센서에서는 각 전극이 위치한 높이까지 물이 차게 되는 경우 해당 전극의 정전용량 변화가 발생하게 되고, 이 정전용량의 변화량, 즉 전극의 출력 변화량을 검출함에 따라 수위를 측정할 수 있도록 구성될 수 있다. 여기서, 전극의 출력 변화량은 해당 전극의 현재 출력값과 해당 전극 출력에 대하여 미리 설정된 출력 기준값의 차이로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량형 수위센서는 제어부(Micro control unit, MCU)(110)를 포함할 수 있다. 제어부(110)는 각 전극(100)에서 측정되는 정전용량의 값(출력 값) 및 이와 관계된 값들을 수집하고, 상기 출력 값에 기반하여 현재 수위를 결정할 수 있다. 제어부(110)가 현재 수위를 결정하는 구체적인 방법에 대해서는 후술하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극들 각각의 정전용량 값을 정규화하는 방법을 설명하는 순서도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제어부(110)는 복수개의 전극들(100) 각각의 정전용량 값을 측정할 수 있다. 정전용량형 수위센서의 최초 구동 시에는 전극들(100) 각각의 정전용량의 최소값 및 최대값이 미리 제어부(110)에 저장될 수 있다. 구체적으로, 제어부(110)는 복수개의 전극들(100) 출력 값의 변동량을 일정 주기 간격으로 지속적으로 측정할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 변동량을 측정하는 일회의 실시 시간은 일정 시간으로 지정된 짧은 시간으로써 매우 짧은 시간 구간(간격)을 의미할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 일정 시간 동안 변동량을 측정하며, 해당 측정을 일정 주기 간격으로 반복, 지속적으로 실시할 수 있다(S110).

제어부(110)는 미리 저장된 전극들(100) 각각의 정전용량의 최소값 및 최대값을 이용하여 정전용량 값을 정규화(normalize)할 수 있다. 정규화는 전극들(100)이 출력하는 서로 다른 정전용량 값의 범위를 하나의 기준으로 표준화하는 작업을 의미할 수 있다. 따라서, 정규화를 위해서는 정전용량 값의 최소값과 최대값이 필요할 수 있다(S120).

제어부(110)는 응축수의 유출입 및 외부 요인에 의해 영향을 받는 전극들(100) 각각의 정전용량의 변동량을 실시간으로 측정할 수 있다(S130).

제어부(110)는 측정된 정전용량의 변동량이 기설정된 정전용량의 최소값 내지 최대값으로 결정되는 범위를 벗어나는지를 판단할 수 있다. 실시간으로 측정된 정전용량의 변동량이 미리 설정된 최소값 내지 최대값으로 결정되는 범위 내인 경우, 제어부(110)는 새롭게 정전용량 값의 정규화를 수행하지 않을 수 있다(S140).

실시간으로 측정된 정전용량의 변동량이 미리 설정된 최소값 내지 최대값으로 결정되는 범위를 벗어나는 경우, 제어부(110)는 새롭게 정전용량 값의 정규화를 수행할 수 있다. 기설정된 최소값보다 작거나 기설정된 최대값보다 큰 정전용량값이 측정되는 경우, 기존의 정규화 과정에 의해 설정된 표준 범위는 새롭게 업데이트되어야 한다. 따라서, 제어부(110)는 정전용량의 최소값 및 최대값을 업데이트하고, 새롭게 측정된 최소값 및 최대값을 기초로 정규화 과정을 수행할 수 있다(S150).

상기와 같은 정규화 과정은 연료전지 시스템 내의 수위를 감지하는 도중에 수행될 수 있다. 즉, 연료저지 시스템 내의 응축수 유입 및 외부 요인에 의해 전극들(100) 각각이 출력하는 정전용량 값이 변동될 수 있고, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(110)는 새롭게 측정된 정전용량 값이 기설정된 범위 밖의 값인 경우에 이를 기초로 새롭게 표준 범위를 설정할 수 있다. 표준 범위는 후술하는 수위 감지를 위한 방법에서 사용될 수 있다.

외부 요인(전극의 열화, 노후, 방치에 의한 온도 저하 등)에 의해 전극들(100)이 출력하는 정전용량 값의 범위는 달라질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 전극들(100)이 출력하는 정전용량 값의 범위가 달라지더라도 실시간으로 감지된 정전용량 값을 기준으로 정규화가 수행될 수 있고, 제어부(110)는 정규화에 의해 도출된 표준 범위를 기초로 수위를 감지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법은 외부 요인에 의해 영향을 받지 않고 신뢰성 높은 수위 감지 결과를 도출할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량의 변동량을 이용하여 현재 수위를 결정하는 방법을 설명하는 순서도이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 제어부(110)는 전극들(100) 각각의 정전용량 값을 실시간으로 감지할 수 있다. 일반적으로, 전극들(100)에 응축수가 유입되면, 정전용량 값이 크게 변동되고, 응축수와 접촉하는 않는 전극들(100)은 정전용량 값의 변동이 상대적으로 적을 수 있다. 제어부(110)는 정전용량의 변동량이 제1 기준값보다 큰 전극을 감지할 수 있고, 정전용량의 변동량이 제1 기준값보다 큰 전극은 특정 전극으로 정의될 수 있다. 이 때, 제1 기준값은 응축수의 유입에 의해 전극(100)이 출력하는 정전용량 값을 변동량을 의미할 수 있다. 또한, 전극들의 정전용량의 변동량은 정규화된 표준 범위와 대비된 값을 의미할 수 있다. 즉, 이미 정규화 과정을 통해 표준 범위가 설정되었으므로 실시간으로 측정된 전극들(100) 각각의 정전용량의 변동량은 표준 범위와 매칭될 수 있고, 표준 범위와 매칭된 정전용량의 변동량은 절대적인 수치로 사용될 수 있다. 따라서, 전극들(100) 각각의 정전용량의 변동량은 특정 수치를 의미하는 제1 기준값과 비교될 수 있다(S110).

제어부(110)는 최하부 전극에서 최상부 전극까지 정전용량의 변동량을 감지할 수 있다. 일 예로, 전극들(100)은 10개가 제공될 수 있고, ① 전극이 최하부 전극일 수 있고, ⑩ 전극이 최상부 전극일 수 있다. 제어부(110)는 ① 전극부터 ⑩ 전극까지 순차적으로 정전용량의 변동량을 감지할 수 있다(S120).

제어부(110)는 i 번째 전극의 정전용량 변동량이 제2 기준값보다 큰지를 판단할 수 있다. 제2 기준값은 제1 기준값보다 작을 수 있다. 일 예로, 제어부(110)는 ① 전극의 정전용량 변동량이 제2 기준값보다 작은 경우 ② 전극의 정전용량 변동량이 제2 기준값보다 큰지를 판단할 수 있다(S230).

순차적으로 제어부(110)는 전극들(100)의 정전용량 변동량이 제2 기준값보다 큰지를 판단할 수 있고, 정전용량의 변동량이 제2 기준값보다 큰 전극을 가결정 수위 전극으로 결정할 수 있다. 가결정 수위 전극을 통해 도출되는 수위는 가결정 수위일 수 있다. 가결정 수위 전극은 특정 전극과 동일하거나 특정 전극보다 하부에 배치된 전극일 수 있다. 특정 전극은 정전용량의 변동량이 제1 기준값보다 큰 전극일 수 있다. 따라서, 제어부(110)는 순차적으로 전극들(100)의 정전용량 변동량을 감지하는 과정에서 특정 전극보다 상부에 위치하는 전극을 가결정 수위 전극으로 결정할 수 없다. 이는, 특정 전극의 정전용량 변동량은 제2 기준값보다 항상 크기 때문이다(S240).

제어부(110)는 가결정 수위 전극이 특정 전극과 동일한 전극인지를 판단할 수 있다. 제어부(110)는 특정 전극과 가결정 수위 전극이 동일한지 여부에 기초하여 가결정 수위 전극을 통해 도출된 수위가 현재 수위인지를 결정할 수 있다(S250).

가결정 수위 전극이 특정 전극과 동일한 경우 제어부(110)는 수위 감지에 오류가 발생되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이 대, 제어부(110)는 가결정 수위를 현재 수위로 결정할 수 있다(S260).

가결정 수위 전극이 특정 전극과 동일하지 않은 경우, 제어부(110)는 기존 수위, 가결정 수위 전극, 특정 전극을 기초로 제1 방향 및 제2 방향을 결정할 수 있다. 구체적으로, 제어부(110)는 이전 수위와 가결정 수위 전극을 통해 도출된 가결정 수위를 비교하여 제1 방향을 결정하고, 이전 수위와 특정 전극을 통해 도출된 특정 수위를 비교하여 제2 방향을 결정할 수 있다. 제1 방향은 이전 수위를 기준으로 가결정 수위가 상부에 위치하는지 하부에 위치하는지에 따라 결정될 수 있다. 제2 방향은 이전 수위를 기준으로 특정 수위가 상부에 위치하는지 하부에 위치하는지에 따라 결정될 수 있다. 이전 수위는 수위를 감지하는 프로세서에 의해 판단된 수위를 의미하는 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법은 이전 수위를 기초로 수위가 상승하였는지 하강하였는지를 판단할 수 있다. 제1 방향과 제2 방향은 수위 감지에 오류가 있는지 여부를 판단하는 지표로써 외부 요인이 수위 감지 시스템에 영향을 주는 것을 최소화하기 위해 사용될 수 있다(S270).

제어부(110)는 제1 방향과 제2 방향이 일치하는지 여부에 기초하여 현재 수위를 결정할 수 있다. 제1 방향과 제2 방향이 일치하는 경우, 제어부(110)는 가결정 수위 전극에 의해 도출되는 가결정 수위를 현재 수위로 결정할 수 있다. 즉, 제1 방향과 제2 방향이 일치하는 경우에는 외부 요인에 의해 정전용량 값의 변동이 발생하여도 수위 감지에 오류가 발생되지 않을 수 있다. 제1 방향과 제2 방향이 상이한 경우, 제어부(110)는 수위 감지에 오류가 발생된 것으로 판단할 수 있다. 제1 방향과 제2 방향이 일치하지 않는다는 것은 특정 전극보다 하부에 배치되는 전극이 외부 요인에 의해 영향을 받았다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 특정 전극보다 하부에 배치된 전극의 정전용량 변동량이 제2 기준값보다 큰 경우, 제1 방향과 제2 방향은 서로 반대 방향일 수 있다. 따라서, 외부 요인에 의해 수위 감지에 오류가 발생되는 것을 방지하기 위해 제어부(110)는 제1 방향과 제2 방향이 일치하지 않으면 수위 감지를 위한 프로세스를 다시 수행할 수 있다. 또한, 금번 프로세스를 통해 도출된 데이터는 수위 감지에 사용되지 않을 수 있다(S280).

본 발명의 실시예에 따르면, 제어부(110)는 특정 전극과 가결정 수위 전극을 결정하는 2단계 과정을 통해 1차적으로 현재 수위를 결정할 수 있다. 1차적으로 현재 수위를 결정하는 과정에서는 특정 전극과 가결정 수위 전극이 동일해야 한다. 2단계 과정을 통해 현재 수위를 결정하므로, 외부 요인에 의해 정전용량 값이 크게 변동되어 수위 감지에 오류가 발생되는 것이 방지될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제어부(110)는 제1 방향과 제2 방향이 동일한지 여부에 기초하여 2차적으로 현재 수위를 결정할 수 있다. 제1 방향과 제2 방향이 동일한 경우에는 제어부(110)는 신뢰성 높은 현재 수위를 도출할 수 있고, 제1 방향과 제2 방향이 동일하지 않은 경우에는 제어부(110)는 오류가 발생된 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법은 외부 요인에 의한 영향을 최소화하여 신뢰성 높은 수위 감지를 구현할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 인접 전극과의 비교 방식이 아닌 절대적인 표준 범위와 실시간으로 감지된 정전용량의 변동량을 비교하여 수위를 감지할 수 있으므로 외부 요인에 의한 영향이 최소화될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 현재 수위를 결정하는 방법에 대한 구체적인 예를 설명하는 순서도이다. 도 4는 수위 감지에 오류가 발생되지 않고, 현재 수위 도출이 가능한 경우를 설명하는 도면이다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 연료전지 스택의 반응에 의해 응축수가 워터 트랩 내로 유입될 수 있고, 유입된 응축수는 전극들(100)과 접촉할 수 있다. 구체적으로 본 실시예를 설명하기 위해 도 1의 전극들(100)의 배치를 참조하도록 한다. 본 실시예에서 응축수의 유입에 의해 ⑤번 전극까지는 응축수가 차있고, 추가적으로 응축수가 유입되어 ⑥번 전극까지 수위가 상승되는 경우에 관한 것이다. 이 때, ⑤번 전극을 통해 도출되는 수위가 이전 수위일 수 있다.

응축수 유입으로 ⑥번 전극까지 물이 차게 되어 ⑥번 전극의 정전용량 값이 크게 변동될 수 있다. ⑥번 전극의 정전용량 변동량은 제1 기준값보다 크므로 ⑥번 전극은 특정 전극으로 정의될 수 있다(S310).

제어부(110)는 ①번 번극부터 ⑩번 전극까지 순차적으로 정전용량의 변동량을 측정할 수 있다(S320). 이 때, 외부 요인에 의해 전극들(100)이 영향을 받지 않으면, ①번 내지 ⑤번 전극은 이미 응축수와 접촉한 상태에 있으므로 출력하는 정전용량의 변동량이 제2 기준값보다 클 수 없다(S330). ⑥번 전극이 출력하는 정전용량의 변동량은 이미 제1 기준값보다 크기 때문에 제2 기준값보다도 큰 값을 가질 수 있다. 제1 기준값은 제2 기준값보다 클 수 있다. 제어부(110)는 ⑥번 전극을 가결정 수위 전극으로 결정할 수 있다(S340).

제어부(110)는 가결정 수위 전극과 특정 전극이 ⑥번 전극으로 동일한 것을 파악할 수 있다(S350). 따라서, 제어부(110)는 ⑥번 전극을 통해 도출된 수위를 현재 수위로 결정할 수 있다. 즉, 가결정 수위가 현재 수위로 결정될 수 있다(S360).

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 현재 수위를 결정하는 방법에 대한 구체적인 예를 설명하는 순서도이다. 도 5는 수위 감지에 오류가 발생되었고, 현재 수위 도출이 불가능한 경우를 설명하는 도면이다.

도 1, 도 3 및 도 5를 참조하면, 연료전지 스택의 반응에 의해 응축수가 워터 트랩 내로 유입될 수 있고, 유입된 응축수는 전극들(100)과 접촉할 수 있다. 응축수가 유입되는 제1 전극보다 하부에 배치되는 제2 전극의 정전용량 변동량이 제1 기준값보다 큰 경우, 제2 전극은 상기 특정 전극으로 결정될 수 있다. 제1 전극 및 제2 전극은 전극들(100) 중 임의의 전극을 의미할 수 있다. 가결정 수위 전극을 감지하는 단계에서 응축수의 유입에 따라 제2 전극의 정전용량 변동량이 제2 기준값보다 크므로 제2 전극은 가결정 수위 전극으로 결정될 수 있다. 이 때, 제1 방향은 이전 수위를 기준으로 제2 전극을 통해 도출되는 수위를 향하는 방향이고, 제2 방향은 이전 수위를 기준으로 제1 전극을 통해 도출되는 수위를 향하는 방향일 수 있다. 본 실시예에서는 제1 방향과 제2 방향은 일치하지 않을 수 있고, 제어부(110)는 수위 감지에 오류가 발생된 것으로 판단할 수 있다.

구체적으로 본 실시예를 설명하기 위해 도 1의 전극들(100)의 배치를 참조하도록 한다. 본 실시예에서 응축수의 유입에 의해 ⑤번 전극까지는 응축수가 차있고, 추가적으로 응축수가 유입되어 ⑥번 전극까지 수위가 상승되는 경우에 관한 것이다. 이 때, ⑤번 전극을 통해 도출되는 수위가 이전 수위일 수 있다.

응축수 유입으로 ⑥번 전극까지 물이 차게 되어 ⑥번 전극의 정전용량 값이 크게 변동될 수 있다. ⑥번 전극의 정전용량 변동량은 제1 기준값보다 크므로 ⑥번 전극은 특정 전극으로 정의될 수 있다(S410).

제어부(110)는 ①번 번극부터 ⑩번 전극까지 순차적으로 정전용량의 변동량을 측정할 수 있다(S420). 이 때, 외부 요인에 의해 전극들(100)이 영향을 받아 ②번 전극이 출력하는 정전용량의 변동량이 제2 기준값보다 큰 경우가 발생될 수 있다. 다만, 이 경우에도 실제 수위는 ⑥번 전극을 통해 도출되는 수위일 것이다. 제어부(110)는 ②번 전극을 가결정 수위 전극으로 결정할 수 있다(S430).

제어부(110)는 특정 전극은 ⑥번 전극이고 가결정 수위 전극은 ②번 전극으로 파악할 수 있다. 특정 전극과 가결정 수위 전극이 동일하지 않으므로 제어부(110)는 방향성 판단을 진행할 수 있다(S440). 제1 방향은 이전 수위와 관련된 전극인 ⑤번 전극에서 특정 전극인 ⑥번 전극을 향하는 방향일 수 있다. 제2 방향은 이전 수위와 관련된 전극인 ⑤번 전극에서 가결정 수위 전극인 ②번 전극을 향하는 방향일 수 있다. 따라서, 제1 방향과 제2 방향은 서로 일치하지 않을 수 있다(S450).

제어부(110)는 제1 방향과 제2 방향은 서로 일치하지 않으므로 수위 검지에 오류가 발생된 것으로 판단할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 현재 수위를 결정하는 방법에 대한 구체적인 예를 설명하는 순서도이다. 도 5는 수위 감지에 오류가 발생되었지만 현재 수위 도출이 가능한 경우를 설명하는 도면이다.

도 6을 참조하면, 연료전지 스택의 반응에 의해 응축수가 워터 트랩 내로 유입될 수 있고, 유입된 응축수는 전극들(100)과 접촉할 수 있다. 응축수가 유입되는 제1 전극보다 상부에 배치되는 제2 전극의 정전용량 변동량이 제1 기준값보다 큰 경우, 제2 전극은 특정 전극으로 결정될 수 있다. 제1 전극 및 제2 전극은 전극들(100) 중 임의의 전극을 의미할 수 있다. 가결정 수위 전극을 감지하는 단계에서 응축수의 유입에 따라 제1 전극의 정전용량 변동량이 제2 기준값보다 크므로 제1 전극은 상기 가결정 수위 전극으로 결정될 수 있다. 제1 방향과 제2 방향이 일치하는지 여부에 기초하여 현재 수위를 도출하는 단계는 상제1 전극으로부터 도출되는 수위를 현재 수위로 도출하는 것을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 방향과 제2 방향은 동일할 수 있고, 제어부(110)는 가결정 수위를 현재 수위로 결정할 수 있다.

응축수 유입으로 ⑥번 전극까지 물이 차게 되어 ⑥번 전극의 정전용량 값이 크게 변동될 수 있다. 이 때, 외부 요인에 의해 ⑦번 전극이 영향을 받아 제1 기준값보다 큰 정전용량 변동량을 출력할 수 있다. 이 때, 제어부(110)는 ⑦번 전극을 특정 전극이라고 결정할 수 있다. 다만, 이 경우에도 실제 수위는 ⑥번 전극을 통해 도출되는 수위일 것이다(S510).

제어부(110)는 ①번 번극부터 ⑩번 전극까지 순차적으로 정전용량의 변동량을 측정할 수 있다(S520). 이 때, 외부 요인에 의해 ⑥번 전극보다 하부에 배치된 전극들(100)이 영향을 받지 않으면, ①번 내지 ⑤번 전극은 이미 응축수와 접촉한 상태에 있으므로 출력하는 정전용량의 변동량이 제2 기준값보다 클 수 없다. 실제로 응축수가 유입되는 ⑥번 전극이 출력하는 정전용량의 변동량은 이미 제1 기준값보다 크기 때문에 제2 기준값보다도 큰 값을 가질 수 있다. 제1 기준값은 제2 기준값보다 클 수 있다. 이 때, 제어부(110)는 ⑥번 전극을 가결정 수위 전극으로 결정할 수 있다(S530).

제어부(110)는 특정 전극은 ⑦번 전극이고 가결정 수위 전극은 ⑥번 전극으로 파악할 수 있다. 특정 전극과 가결정 수위 전극이 동일하지 않으므로 제어부(110)는 방향성 판단을 진행할 수 있다(S540).

제1 방향은 이전 수위와 관련된 전극인 ⑤번 전극에서 특정 전극인 ⑦번 전극을 향하는 방향일 수 있다. 제2 방향은 이전 수위와 관련된 전극인 ⑤번 전극에서 가결정 수위 전극인 ⑥번 전극을 향하는 방향일 수 있다. 따라서, 제1 방향과 제2 방향은 서로 일치할 수 있다(S550).

제어부(110)는 가결정 수위 전극인 ⑥번 전극을 통해 도출된 가결정 수위를 현재 수위로 결정할 수 있다. 본 실시예에서는 외부 요인에 의해 응축수와 접촉하지 않는 ⑦번 전극이 특정 전극으로 결정되었으나, 가결정 수위 전극을 도출하는 프로세스와 방향성을 판단하는 프로세스를 통해 제어부(110)는 실제 수위를 정확하게 도출할 수 있다(S560).

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims

정전용량 측정을 위한 복수개의 전극들을 포함하는 정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법에 있어서,
제어부를 이용하여 상기 전극들 각각에 대한 정전용량의 최소값 및 최대값을 기초로 정전용량 값을 정규화(normalize)하는 단계;
상기 전극들 중 정전용량의 변동량이 제1 기준값보다 큰 특정 전극을 감지하는 단계;
상기 전극들 중 최하부에 배치된 전극에서 최상부에 배치된 전극까지 순차적으로 정전용량의 변동량을 감지하여 정전용량의 변동량이 제2 기준값보다 큰 가결정 수위 전극을 감지하는 단계; 및
상기 제어부를 이용하여 상기 특정 전극과 상기 가결정 수위 전극이 동일한지 여부에 기초하여 상기 가결정 수위 전극을 통해 도출된 수위가 현재 수위인지를 결정하는 단계를 포함하는,
정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법.
제1 항에 있어서,
정전용량 값을 정규화하는 단계는 상기 최소값 및 상기 최대값을 이용하여 정전용량의 변동량을 계산하는 단계를 더 포함하고,
상기 최소값 내지 상기 최대값이 정의하는 범위를 벗어나는 새로운 정전용량 값이 측정되면, 상기 제어부는 상기 새로운 정전용량 값을 기준으로 정전용량 값을 정규화화는,
정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법.
제1 항에 있어서,
상기 가결정 수위 전극을 감지하는 단계는,
상기 최하부에 배치된 전극부터 상기 가결정 수위 전극까지 정전용량의 변동량을 감지하고,
상기 가결정 수위 전극은 상기 특정 전극과 동일한 전극이거나 상기 특정 전극보다 하부에 배치된 전극인,
정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법.
제3 항에 있어서,
상기 제1 기준값은 상기 제2 기준값보다 큰 값인,
정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법.
제1 항에 있어서,
상기 가결정 수위 전극을 통해 도출된 수위가 현재 수위인지를 결정하는 단계는,
상기 특정 전극과 상기 가결정 수위 전극이 동일한 경우, 상기 가결정 수위 전극을 통해 도출된 수위가 현재 수위인 것으로 결정하는 단계를 포함하는,
정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법.
제1 항에 있어서,
상기 가결정 수위 전극을 통해 도출된 수위가 현재 수위인지를 결정하는 단계는,
상기 특정 전극과 상기 가결정 수위 전극이 동일하지 않은 경우, 이전 수위와 상기 가결정 수위 전극을 통해 도출된 가결정 수위를 비교하여 제1 방향을 결정하고, 상기 이전 수위와 상기 특정 전극을 통해 도출된 특정 수위를 비교하여 제2 방향을 결정하는 단계; 및
상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 일치하는지 여부에 기초하여 현재 수위를 도출하는 단계를 포함하는,
정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법.
제6 항에 있어서,
상기 제1 방향은 상기 이전 수위를 기준으로 상기 가결정 수위가 상부에 위치하는지 하부에 위치하는지에 따라 결정되고,
상기 제2 방향은 상기 이전 수위를 기준으로 상기 특정 수위가 상부에 위치하는지 하부에 위치하는지에 따라 결정되는,
정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법.
제6 항에 있어서,
상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 동일한 경우 상기 제어부는 상기 가결정 수위를 상기 현재 수위로 결정하는,
정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법.
제6 항에 있어서,
상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 상이한 경우는 상기 제어부는 수위 감지에 오류가 발생된 것으로 판단하는,
정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법.
제6 항에 있어서,
상기 특정 전극보다 하부에 배치된 전극의 정전용량 변동량이 상기 제2 기준값보다 큰 경우, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 반대 방향인,
정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법.
제6 항에 있어서,
응축수가 유입되는 제1 전극보다 상부에 배치되는 제2 전극의 정전용량 변동량이 상기 제1 기준값보다 큰 경우, 상기 제2 전극은 상기 특정 전극으로 결정되고,
상기 가결정 수위 전극을 감지하는 단계에서 상기 응축수의 유입에 따라 상기 제1 전극의 정전용량 변동량이 상기 제2 기준값보다 크므로 상기 제1 전극은 상기 가결정 수위 전극으로 결정되고,
상기 제1 기준값은 상기 제2 기준값보다 큰,
정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법.
제11 항에 있어서,
상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 일치하는지 여부에 기초하여 상기 현재 수위를 도출하는 단계는 상기 제1 전극으로부터 도출되는 수위를 상기 현재 수위로 도출하는 것을 포함하고,
상기 제1 방향은 상기 제2 방향과 동일하고,
상기 제어부는 상기 가결정 수위를 상기 현재 수위로 결정하는,
정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법.
제6 항에 있어서,
응축수가 유입되는 제1 전극보다 하부에 배치되는 제2 전극의 정전용량 변동량이 상기 제1 기준값보다 큰 경우, 상기 제2 전극은 상기 특정 전극으로 결정되고,
상기 가결정 수위 전극을 감지하는 단계에서 상기 응축수의 유입에 따라 상기 제2 전극의 정전용량 변동량이 상기 제2 기준값보다 크므로 상기 제2 전극은 상기 가결정 수위 전극으로 결정되고,
상기 제1 기준값은 상기 제2 기준값보다 큰,
정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법.
제13 항에 있어서,
상기 제1 방향은 상기 이전 수위를 기준으로 상기 제2 전극을 통해 도출되는 수위를 향하는 방향이고,
상기 제2 방향은 상기 이전 수위를 기준으로 상기 제1 전극을 통해 도출되는 수위를 향하는 방향이고,
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 일치하지 않고,
상기 제어부는 수위 감지에 오류가 발생된 것으로 판단하는,
정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법.