KR20240044944A - 커패시터 수명 예측 시스템 - Google Patents

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KR20240044944A
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Abstract

본 발명은 회로 내 커패시터의 임피던스를 측정한 결과를 해당 커패시터의 데이터시트와 비교하여 잔여 수명을 비교 및 예측하고, 커패시터의 컨디션 분석 결과를 토대로 교체 시기를 권고함으로써, 예상치 못한 시점에서 커패시터의 폭발 및 내부회로 소손의 위험성을 미연에 방지할 수 있도록 하는 커패시터 수명 예측 시스템에 관한 것이다.

Description

커패시터 수명 예측 시스템{A SYSTEM FOR PREDICTING THE LIFE OF A CAPACITOR}
본 발명은 커패시터 수명 예측 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 회로 내 커패시터의 임피던스를 측정한 결과를 해당 커패시터의 데이터시트와 비교하여 잔여 수명을 비교 및 예측하고, 커패시터의 컨디션 분석 결과를 토대로 교체 시기를 권고함으로써, 예상치 못한 시점에서 커패시터의 폭발 및 내부회로 소손의 위험성을 미연에 방지할 수 있도록 하는 커패시터 수명 예측 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 기존 전력변환장치, 컨버터, 전동기, 시동기 등은 필수적으로 내부에 DC링크 및 커패시터를 보유하고 있다. 이때, 커패시터 수명은 장비 사용에 따라 지속적으로 감소하며 특정 이하로 수명이 저하될 경우 굉음과 함께 폭발하는 경향이 있다.
이를 해결하기 위하여, 종래에는 커패시터에 흐르는 전압, 전류 및 온도를 측정하여 경향을 파악하였는데, 이를 통해서는 정확한 커패시터 잔여수명을 실시간으로 확인하기 어렵다는 점과, 장비 해체후 커패시터의 용량을 측정해봐야 잔여수명을 확인 가능하다는 한계점이 있었다. 또한, 종래의 이러한 방식은 다른 장비를 측정하는 방식을 상용하거나, 교체주기 횟수를 카운팅해서 임의적으로 교체를 진행하여야 한다는 문제점도 있었다.
이러한 점에서, 종래의 방식은 커패시터의 수명저하여부를 알지 못하여 언제 굉음과 함께 터질지 알지 못하고 수동적으로 대응하여야 하고, 커패시터가 수명저하로 폭발할 경우 장치 내부에서 주변 회로의 부품도 손상시킬 수 있으며, 커패시터의 경우에는 상황에 따라 전기적으로 충격을 받는 에너지량이 달라 하드웨어적으로 쉽게 파손이 야기되는 문제점이 있었다.
한국등록특허 제10-2122580호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 회로 내 커패시터의 임피던스를 측정한 결과를 해당 커패시터의 데이터시트와 비교하여 잔여 수명을 비교 및 예측하고, 커패시터의 컨디션 분석 결과를 토대로 교체 시기를 권고함으로써, 예상치 못한 시점에서 커패시터의 폭발 및 내부회로 소손의 위험성을 미연에 방지할 수 있도록 하는 커패시터 수명 예측 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 수명 예측 시스템은 회로 상에 포함된 커패시터의 양측 단부에 연결되는 임피던스 측정기(110), 상기 임피던스 측정기(110)로부터 발생되는 주파수를 토대로 파형을 파악하고, 파악된 파형에 의해 출력되는 임피던스를 판단하는 임피던스 판단부(120) 및 기 저장된 데이터시트를 토대로 상기 커패시터의 잔여 수명을 예측하는 수명 예측부(130)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 상기 수명 예측부(130)를 통해 예측한 결과, 상기 커패시터의 잔여 수명이 기 설정된 교체 시기에 도래하는 것으로 판단하는 경우 교체 알람을 생성 및 출력하는 교체 알람부(140)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 임피던스 측정기(110)는 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 측정 장비일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 임피던스 판단부(120)를 통해 판단되는 커패시터의 임피던스와, 커패시터의 데이터시트는 클라우드 서버에 저장될 수 있다.
본 발명에 따르면, 회로 내 커패시터의 임피던스를 측정한 결과를 해당 커패시터의 데이터시트와 비교하여 잔여 수명을 비교 및 예측하고, 커패시터의 컨디션 분석 결과를 토대로 교체 시기를 권고함으로써, 예상치 못한 시점에서 커패시터의 폭발 및 내부회로 소손의 위험성을 미연에 방지할 수 있는 이점을 가진다.
또한 본 발명에 따르면, 기동, 정지 시마다 프리차징, 디스차징 회로 작동 시 데이터를 실시간으로 잔여 커패시터 용량을 측정하고 교체 권고함으로써, 예상치 못한 시점에 커패시터 폭발 및 내부회로 소손 되는 것을 사전에 방지할 수 있는 이점을 가진다.
또한 본 발명에 따르면, 오프셋 조절 장치를 포함하기 때문에 다양한 전압값에 대해서도 대응이 가능한 이점을 가진다.
또한 본 발명에 따르면, 기존의 시간단위의 교체방식이 아닌, 현재 상태에 따른 교체 방식으로 주기적인 점검이 불필요하여 경제적인 효과를 발생시키는 이점을 가진다.
또한 본 발명에 따르면, 대용량의 커패시터를 다수 측정하는 경우에 대해서 편리하고 경제적으로 측정이 가능한 이점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 수명 예측 시스템(100)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 임피던스 측정기(110)가 회로 상의 커패시터에 연결된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 임피던스 측정기(110)로부터 출력되는 파형을 나타낸 그래프이다.
도 4는 임피던스 판단부(120)에서 기 출력된 파형에 의해 출력되는 임피던스를 나타낸 그래프이다.
도 5는 각 커패시터에 대하여 기 저장되는 데이터시트의 예시이다.
도 6은 수명 예측부(130)에서 커패시터의 잔여 수명을 예측하는 과정을 일련의 순서대로 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하는 것을 의미할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 수명 예측 시스템(100)의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 임피던스 측정기(110)가 회로 상의 커패시터에 연결된 상태를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 살펴보면, 본 발명에 일 실시예에 커패시터 수명 예측 시스템(100)은 크게 임피던스 측정기(110), 임피던스 판단부(120) 및 수명 예측부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 일 실시예에서 본 발명은 수명 예측부(130)를 통해 예측한 결과, 커패시터의 잔여 수명이 기 설정된 교체 시기에 도래하는 것으로 판단하는 경우 교체 알람을 생성 및 출력하는 교체 알람부(140)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 임피던스 측정기(110)는 회로 상에 포함된 커패시터의 양측 단부에 연결되어, 커패시터의 전류 도통에 따라 주파수를 발생시켜 임피던스를 측정하는 역할을 한다. 이때 임피던스 측정기(110)는 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)을 이용하는 측정 장비가 적용될 수 있다.
도 2(a)는 디스차징 회로에서의 임피던스를 측정하는 과정이고, 도 2(b)s느 프리차징 회로에서의 임피던스를 측정하는 과정이다.
후술되는 임피던스 판단부(120)는 이렇게 임피던스 측정기(110)에서 발생되는 주파수를 이용하여 해당 커패시터에 대한 데이터를 확보하게 되는 것이다.
다음으로 임피던스 판단부(120)는 앞서 임피던스 측정기(110)로부터 발생되는 주파수를 토대로 파형을 파악하고, 파악된 파형에 의해 출력되는 임피던스를 판단하는 역할을 한다. 이에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 임피던스 측정기(110)로부터 출력되는 파형을 나타낸 그래프이고, 도 4는 임피던스 판단부(120)에서 기 출력된 파형에 의해 출력되는 임피던스를 나타낸 그래프이다.
도 3 및 도 4를 살펴보면, 임피던스 판단부(120)는 앞서 임피던스 측정기(110)로부터 발생되는 주파수의 파형을 도 3의 그래프와 같이 가시화하여 출력할 수 있다. 또한 임피던스 판단부(120)는 이렇게 출력되는 파형을 토대로 임피던스를 파악하고, 이를 도 4의 그래프와 같이 가시화하여 출력하게 된다.
이때, N주파수부터 K주파수까지 임피던스 측정기(110)에서 주파수가 발생되는데, 만약 커패시터가 노화되어 교체 시기가 도래할 경우에는 그래프가 우측으로 이동하게 된다. 따라서, 이러한 그래프 변화를 통해 커패시터의 노화 상태를 시각적으로 파악할 수 있는 것이다.
또한, 종래의 임피던스 분광법(EIS)와 동일하게, 임피던스 판단부(120)는 해당 커패시터에 일정 주파수를 가하여 커패시터의 파라미터를 확보하고, 이를 클라우드 서버 형식의 데이터베이스에 저장하게 된다.
또한, 이러한 클라우드 서버 형식의 데이터베이스에는 해당 커패시터에 대하여 업체에서 제공하는 데이터시트(Datasheet) 또한 저장될 수 있는데, 이에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 5는 각 커패시터에 대하여 기 저장되는 데이터시트의 예시이다.
도 5를 살펴보면, 커패시터에 대하여 업체에서 제공하는 데이터시트는 온도, 전류에 따른 커패시터의 권장 사용 시간을 제시하고 있으며, 후술되는 수명 예측부(130)에서는 앞서 판단된 커패시터의 임피던스와 데이터시트 상 데이터를 서로 비교함으로써, 현재 커패시터의 상황, 상태를 파악할 수 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.
수명 예측부(130)는 기 저장된 데이터시트를 토대로 상기 커패시터의 잔여 수명을 예측하는 역할을 한다.
보다 구체적으로, 수명 예측부(130)는 앞서 판단된 커패시터의 임피던스와 데이터시트 상 데이터를 서로 비교함으로써, 현재 커패시터의 상황, 상태를 파악하여, 이를 클라우드 서버에 저장 및 데이터를 축적하게 되고, 이는 다른 위치에 마련되는 타 임피던스 측정기에 대해 자료를 공유하는 역할을 할 수도 있다.
수명 예측부(130)에서 커패시터의 잔여 수명을 예측하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
도 6은 수명 예측부(130)에서 커패시터의 잔여 수명을 예측하는 과정을 일련의 순서대로 나타낸 순서도이다.
도 6을 살펴보면, 먼저 수명 예측부(130)는 클라우드 서버에서 업체에서 제공하는 데이터시트를 불러오게 된다(S601). 이 데이터시트에는 업체에서 권장하는 해당 커패시터의 교체 파라미터 값이 포함되어 있다.
다음으로, 수명 예측부(130)는 해당 데이터시트에서 업체에서 권장하는 사용 권장 횟수를 파악한 후(S602), 임피던스 측정기(110) 및 임피던스 판단부(120)를 통해 해당 커패시터의 임피더스 판단이 시작된다(S603).
이때, G는 초기 커패시터의 파라미터 값이고, U는 교체 시기에 해당하는 파라미터 값이다.
측정이 시작되고 교체할때의 X 파라미터값이 G파라미터값에 투입되고(S604), 수명 예측부(130)는 이때 G파라미터값이 U파라미터값에 해당하는지 여부를 파악한다(S605).
만약 U파라미터값에 해당할 경우 해당 커패시터의 수명이 교체 시기에 도래한 것으로 판단하여 교체 알람부(140)를 통해 교체 알람을 생성 및 출력되도록 하고(S606, 만약 U파라미터값에 해당하지 않을 경우에는 임피던스 판단 과정을 반복진행하여 반복 진행횟수를 증가시키게 된다(S607).
만약, 증가된 반복 진행횟수가 업체에서 요구하는 사용 권장 횟수인 R값 보다 작을 경우에는 앞서 살펴본 단계S603이 다시 진행되고 만약 R값에 해당하거 R값을 초과할 경우에는 임피던스 판단이 종료된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 커패시터 수명 예측 시스템
110: 임피던스 측정기
120: 임피던스 판단부
130: 수명 예측부
140: 교체 알람부

Claims (4)

  1. 회로 상에 포함된 커패시터의 양측 단부에 연결되는 임피던스 측정기(110);
    상기 임피던스 측정기(110)로부터 발생되는 주파수를 토대로 파형을 파악하고, 파악된 파형에 의해 출력되는 임피던스를 판단하는 임피던스 판단부(120); 및
    기 저장된 데이터시트를 토대로 상기 커패시터의 잔여 수명을 예측하는 수명 예측부(130);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 커패시터 수명 예측 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수명 예측부(130)를 통해 예측한 결과, 상기 커패시터의 잔여 수명이 기 설정된 교체 시기에 도래하는 것으로 판단하는 경우 교체 알람을 생성 및 출력하는 교체 알람부(140);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 커패시터 수명 예측 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 임피던스 측정기(110)는,
    전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 측정 장비인 것을 특징으로 하는, 커패시터 수명 예측 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 임피던스 판단부(120)를 통해 판단되는 커패시터의 임피던스와, 커패시터의 데이터시트는 클라우드 서버에 저장되는 것을 특징으로 하는, 커패시터 수명 예측 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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