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문제 정의
- 이때 모아진 저수조탱크의 수질을 위해 모터를 통해 정기적으로 일정 양의 소독액을 저수조탱크에 보내 소독을 실시하게 된다. 이와 같은 목적으로 설치된 무인 소독약 자동 주입 장치의 전원으로 사용되는 축전지의 안정적인 사용을 위해 완전방전을 방지할 목적으로 축전지 완전방전 방지 장치 즉, 축전지 세이버를 설계 및 제작하였다. Fig.
제안 방법
- 2) 축전지 단자 전압이 10.5[V]가 되면 전원을 차단하도록 하였고, 11.1[V]가 되면 완전충전상태임을 나타내도록 회로를 설계 제작하였다.
- 2는 고안한 축전지 세이버 회로를 나타낸다. 간단한 회로구성 및 저가로 제작하기 위해 하나의 연산증폭기, 릴레이, TR 및 다수의 저항, 콘덴서, 제너 다이오드로 설계하였다. WHITE(+12)와 BLUE(-) 단자로 축전지로부터 전원이 공급되며, 이 전압의 높낮이에 따라 LED와 릴레이가 동작한다.
- 계통전력이 닿지 않으며, 수돗물이 공급되지 않는 지역에서 자연상태로 집수된 저수조탱크내의 물을 소독하여 가정에 공급할 목적으로 태양광발전을 응용하여 소독약 자동 주입장치와 축전지의 과 방전 방지시스템을 구성하여 동작실험을 한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 5[V]이상으로 그 기준으로 삼아 실험을 하고 있다(한 등, 2004; 김 등, 2009). 따라서 본 논문에서도 축전지의 전원 차단 전압을 10.5[V]를 기준으로 하여, 이 이하의 전압이 되면 축전지에서 부하로 가는 전원이 차단되도록 하였다.
- 또 하나의 방법은 축전지의 단자 전압을 측정하는 것으로 축전지는 방전할 때 전압이 거의 변하지 않다가 축적된 전하가 어느 시점에 도달하면 급격히 전압이 감소하고, 이 상태에서 계속방전을 하게 되면 완전 방전되게 된다. 본 논문에서는 다양한 축전지 잔존량 측정법 중 인적 관리가 적고, 저 비용으로 구현할 수 있는 단자전압 측정법을 응용하였다. 축전지의 단자전압을 측정하여 비교기를 통하여 기준전압과 비교한 후 일정전압 이하가 되면 축전지의 전원을 차단하고 축전지를 보호하는 회로, 즉 축전지의 완전방전을 방지할 수 있는 세이버를 제안하였다.
- Photo 1은 소독약 자동 주입 장치의 와관을 보여주는 사진을 나타내고 있다. 주입 장치 본체의 크기는 높이 60 cm, 가로 48cm, 깊이 25 cm로 이동설치가 용이하도록 제작되었으며, 태양전지 셀의 경우 태양의 위치에 따라 높이 및 회전이 가능토록 하였다.
- 축전지는 UNIKOR사의 제품을 사용하였고, 용량은 12 V 7Ah 20 HR을 사용하고 있으며, 여기에 본 논문에서 설계한 축전지의 완전방전을 방지하기 위해 배터리 세이버를 설치하여, 축전지가 방전되어 일정 전압 이하로 떨어지면 릴레이를 동작시켜 모터로 가는 전원을 차단함으로써 충전지의 완전 방전을 방지하게 된다. 모터는 10 W급의 자동차용 워셔액 펌프모터를 원액케이스에 잠수시켜 사용하였고, 모터 동작은 소독할 저수조탱크의 용량에 따라 정해진다.
- 본 논문에서는 다양한 축전지 잔존량 측정법 중 인적 관리가 적고, 저 비용으로 구현할 수 있는 단자전압 측정법을 응용하였다. 축전지의 단자전압을 측정하여 비교기를 통하여 기준전압과 비교한 후 일정전압 이하가 되면 축전지의 전원을 차단하고 축전지를 보호하는 회로, 즉 축전지의 완전방전을 방지할 수 있는 세이버를 제안하였다. 또한 시작품을 제작 후 인적이 드문 간이 상수도 계통내의 저수조탱크에 주기적으로 액체 소독액을 주입하는 소독약 자동 주입 장치의 모터구동 및 타이머 전원으로 사용되는 축전지에 설치하여 그 동작실험을 하고 유용함을 확인하였다.
- 그래프의 음영처리가 된 상단부분은 실제 오실로스코프 측정파형을 나타내고, 하단의 파형이 상단의 백색 구간만 확대한 파형을 나타낸다. 회로 동작의 반복적인 테스트를 위해 공급되는 외부전원은 축전지가 아니라 전원장치를 통해 실험을 실시하였다. 그래프의 ①번 파형이 축전지의 단자전압을 나타내고 있으며, ②번 파형은 비교기 U1A의 출력단자 1번을 ③번 파형은 비교기 U1B의 출력단자 7번을 나타낸다.
대상 데이터
- 축전지는 UNIKOR사의 제품을 사용하였고, 용량은 12 V 7Ah 20 HR을 사용하고 있으며, 여기에 본 논문에서 설계한 축전지의 완전방전을 방지하기 위해 배터리 세이버를 설치하여, 축전지가 방전되어 일정 전압 이하로 떨어지면 릴레이를 동작시켜 모터로 가는 전원을 차단함으로써 충전지의 완전 방전을 방지하게 된다. 모터는 10 W급의 자동차용 워셔액 펌프모터를 원액케이스에 잠수시켜 사용하였고, 모터 동작은 소독할 저수조탱크의 용량에 따라 정해진다. 약 20톤의 저수조탱크 용량을 기준으로 2시간에 한 번씩 타이머에 의해 20～30 cc의 소독액을 주입하여 자동 소독을 하게 된다.
- 사용된 태양전지 셀은 105 mm×105 mm 단결정 태양전지 셀을 가로와 세로(3×2=6개)로 직렬 또는 병렬로 연결하여 DC 12V, 10 W 용량의 셀을 사용하고 있으며, 태양전지 셀 외부 전체 크기는 대략 349×240 mm이다.
성능/효과
- 1) 축전지의 과 방전 방지 회로 구성은 비교기, 릴레이, 정밀저항, 컨덴서, 다이오드, 제너다이오드 등으로 매우 간단한 아날로그회로로 구성하였다.
- 3) 각 전압의 상태는 LED 램프를 통하여 시각적으로 확인할 수 있도록 하여 외부에서 축전지의 전압 상태를 파악할 수 있다.
- 4) 축전지 성능이 급속히 나빠지는 10.5[V] 이하로 축전지 단자전압이 낮아지는 것을 방지함으로써, 축전지의 수명단축을 막고 안정적인 사용이 가능하여 전체적인 시스템의 유지 보수가 수월함을 알 수 있었다.
- ①번 파형은 축전지의 단자전압을 ②번 파형은 릴레이의 온-오프 파형을 나타내고 있다. 그래프에서 보는 바와 같이 릴레이가 온에서 오프 동작시중인 C위치에서 약 0.6[V] 정도의 오버슛이 발생하였으나 곧 안정한 상태를 유지하여 원활하게 릴레이가 잘 동작함을 확인할 수 있었다.
- 축전지의 단자전압을 측정하여 비교기를 통하여 기준전압과 비교한 후 일정전압 이하가 되면 축전지의 전원을 차단하고 축전지를 보호하는 회로, 즉 축전지의 완전방전을 방지할 수 있는 세이버를 제안하였다. 또한 시작품을 제작 후 인적이 드문 간이 상수도 계통내의 저수조탱크에 주기적으로 액체 소독액을 주입하는 소독약 자동 주입 장치의 모터구동 및 타이머 전원으로 사용되는 축전지에 설치하여 그 동작실험을 하고 유용함을 확인하였다.
- 본 논문에서는 태양광발전 시스템을 응용하였으며, 이와 같은 태양광발전 시스템에서 사용되는 축전지의 충전량은 외부 기후 변화에 의해서 좌우되고, 과충전, 부족충전이 발생하기 쉬우며(김과 강, 1990) 특히 부족 충전상태에서 축전지가 과 방전되었을 때 수명이 급속히 감소한다는데 있다. 따라서 축전지의 과 방전을 방지하기 위한 장치를 설치하면 많은 곳에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
- 그 크기는 가로×세로(70 mm×70 mm)이고, 좌측의 4개의 케이블은 축전지의 단자전압과 연결되는 2개의 선과 릴레이 출력단자에 연결되는 2개 선들을 나타내며, 우측의 케이블은 3개의 LED 램프에 연결되는 선들이다. 제작한 기판을 시스템으로 구성하여 동작시킨 결과 잘 동작함을 확인하였다.
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