차량 주행 간 진동에너지를 이용한 에너지하베스팅 시스템

소개

본 연구에서는 자동차가 노면을 주행 시 발생되는 진동에너지를 수집하여 전기에너지로 변환시키는 ‘에너지하베스팅 시스템’의 가능성을 확인하였다. 본 연구에서는 압전소자를 이용하여 진동에너지를 전기에너지로 변환하고 저장할 수 있는 회로와 진동수 조절이 가능한 가진기를 제작하여 압전소자에 가해지는 진동에너지를 조절하는 실험을 진행했고, 조절된 진동수에 따라 생산되는 전력량의 정도를 데이터화함으로서 진동수와 전력생성량간의 상관관계를 확인했다. 이를 토대로 차량에서 가장 많은 진동이 발생하는 ‘현가장치’를 CATIA를 이용하여 모델링한 후 ANSYS프로그램을 이용한 구조해석을 통해 가장 강한 하중이 가해지는 부분을 찾아내어 보다 정확한 장착위치를 파악하였다. 본 연구를 통해 최근 뜨거운 화제로 떠오르는 에너지하베스팅을 자동차에 접목시킨다면 에너지산업에 많은 도움을 줄 것으로 보인다.

목차

초록(Abstract)

1. 서론(Introduction)
1.1 사회 경제적 연관성
1.2 압전효과를 이용한 에너지 하베스팅

2.본론
2.1 회로설계 및 설명
2.1.1 압전소자를 사용한 축전지 회로 설계
2.1.2 회로의 구성 및 기능

2.2 가진기 설계 및 설명
2.2.1 가진기 회로 설계

2.3 진동수에 따른 에너지하베스팅 실험
2.3.1 실험 설명
2.3.2 데이터 분석
2.3.3 데이터 결론 도출

2.4.1 모델링 해석
2.4.2 구조 해석

3. 결론 도출

참고문헌

본문내용

1.1 사회 경제적 연관성
약 65억 명의 인구가 지구라는 한정된 공간에 살아가게 되면서 한정적인 자원으로 인류는 점점 증가하는 수요를 감당해야 하는 상황에 이르렀다. 때문에 증가하는 수요를 감당하기 위해 근 한 세기 동안, 다양한 종류의 에너지 공급원들의 개발이 이루어져 왔다. 그 결과 인류는 화력발전(Thermal power generation), 수력발전(hydropower generation), 원자력발전(nuclear power generation), 지열발전(geothermal power generation), 풍력발전(wind power generation), 바이오에너지(bio energy), 태양열발전(solar power generation)등 다양한 에너지 공급처를 개발하여 그 수요를 충족시켜왔다. 그러나 점점 새로운 에너지개발이 제한됨에 따라 버려지는 에너지를 수확(harvesting) 또는 이용(scavenge)하여 에너지를 재생산하는 기술인 ‘에너지 하베스팅’(Energy-Harvesting) 기술은 점점 범지구적 화제로 떠오르고 있다. 또한, 가솔린과 디젤 조금더 나아가서는 천연가스등을 연료로 하던 자동차 산업 역시 점차 전기에너지와 기존의 연소기관등을 혼용한 하이브리드형 자동차 개발에 뛰어든지 오래다. 이미 화학에너지 활용의 범주에서 벗어난 완전 전기자동차가 양산화의 단계에 들어서서 실제 소비자들에게 판매되고 있으며, 이러한 현 상황에 따라 자동차 내부의 전기계통 관련 기술의 개선 및 발전이 요구되는 것이 시장의 현실이다.

1.2 압전효과를 이용한 에너지 하베스팅
‘에너지 하베스팅’은 기본적으로 에너지발생, 에너지변환, 에너지 저장 그리고 에너지소비의 단계로 구분된다. 본 논문에서는 진동에너지를 에너지소스로 선정하고, 압전효과를 이용하여 진동에너지를 전기에너지로 변환, 축전지에 저장하는 간소화된 시스템을 고안하여 향후 자동차가 노면을 주행 시 발생하는 진동에너지를 이용한 ‘에너지 하베스팅’ 기술의 실현가능성 판단여부를 다룬다.

참고자료

· 이태근, 김병삼 (2005). 자동차 진동해석을 위한 자동차 현가계의 모델링. 한국소음진동공학회논문집, 15(2), 135-147.
· Huang, H.B., Huang, X.R., Yang, M.L., Lim, T.C., Ding, W.P. (2018). Identification of vehicle interior noise sources based on wavelet transform and partial coherence analysis. Mechanical Systems and Signal Processing, 109, pp. 247-267
· 조재웅, 권오범, 한문식 (2010). 자동차 현가장치의 구조 강도 해석. 한국생산제조학회지, 19(1), 89-93