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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 연료전지 스택 및 냉각수 온도 센서에 대한 해석적 중복 방법 중에 하나인 패러티(parity) 방정식을 적용한 모델 기반 센서 고장 기법을 제안하였다. 연료전지 스택 온도 모델은 비선형 연료전지 온도 모델을 기반으로 상태공간 함수를 이용한 잔차 (residual)를 생성하였으며, 고장 시나리오는 고착고장(stuck), 오프셋고장 (offset), 및 스케일링고장(scaling)의 세 경우를 적용하였다.
- 본 연구에서는 연료전지 모델을 이용하여 스택 및 냉각수 입구 온도 센서 고장진단 기법을 개발하였다. 고장 시나리오는 고착고장, 오프셋고장, 스케 일링고장을 적용하여 고장 신호를 감지하였다.
가설 설정
- 스택 내에서 발생된 열은 스택으로 유입되는 냉각수와 라디에이터 팬에 의해서 대기로 열교환이 되며, 에너지 보존 법칙을 적용하면 스택의 온도 모델을 얻을 수 있다. 스택의 온도 모델은 계산부하를 줄이기 위해 집중용량 모델로 가정하였으며, 다음과 같다.
- 라디에이터에 의해 냉각된 냉각수는 레저버에 유입이 되며, 다시 스택 내로 유입되 연료전지의 방열을 담당하게 된다. 따라서 본 연구에서는 레저버를 단열 용기로 가정하였으며, 레저버에서 유출되는 냉각수 온도가 스택 내로 유입되는 냉각수 의 온도와 같다고 가정하였다. 또한, 차량용 연료 전지의 경우 워터재킷을 가지고 있다.
- 본 연구에서는 스택의 온도 센서와 냉각수 입구 온도 센서의 고장에 대한 잔차 생성을 확인하기 위해 고착고장, 오프셋고장, 그리고 스케일링 고장 시나리오를 각각 적용하였다. 각각의 고장은 고장이 발생한 후 30초 후 정상 상태로 회복된다고 가정하여 적용하였다. 제약조건은 각각 전류 0.
- 4, 5, 6은 스택 및 냉각수 입구 온도 센서의 고착고장이 발생하였을 경우 잔차, 온도 및 냉각 수 계통 시스템의 응답을 나타낸 것이다. 고장은 160초와 210초 사이에 10k의 고착현상이 발생하였고, 380초와 410초 사이에 -15k에 해당하는 고착현상이 각각 발생하였다고 가정하였다.
- 7, 8, 9는 스택 및 냉각수 입구 온도 센서의 오프셋고장의 잔차, 온도 및 냉각수 계통 시스템의 응답을 나타낸 것이다. 고장은 160초와 190초 사이에 15k의 오프셋 현상이 발생하였고, 380초와 410초 사이에 -25k에 해당하는 오프셋현상이 각각 발생하였다고 가정하였다.
- 10, 11, 12는 스택 및 냉각수 입구 온도 센서의 스케일링고장의 잔차, 온도 및 냉각수 계통 시스템의 응답을 나타낸 것이다. 스케일링고장은 160초와 190초 사이, 그리고 380초와 410초 사이에 스케일링현상이 각각 발생하였다고 가정하였다.
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