초록
철도차량의 안정성과 신뢰성을 위해 상시 자가진단 시스템의 필요성이 높아지고 있다. 통상적으로 이러한 모니터링 시스템에는 유선 센서가 쓰여 왔는데, 설치 장소의 제약이 적은 무선 센서의 활용과 유지보수의 문제를 위해서는 무선 센서의 전원 문제를 해결하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 고속으로 주행하는 차량 주변의 에너지를 활용하여 친환경적이면서 반영구적인 자가 발전의 방편으로 열전 발전의 적용성을 검토하였다. 차량의 주행 조건에 따라 열전 발전 모듈이 설치될 차축 베어링 커버의 온도 차이에 대한 측정이 먼저 이루어졌고, 여기에 상용 열전 소자 모듈을 장착하여 그 성능을 테스트 하였다. 주어진 조건에서 출력을 높이기 위해 부하 저항 및 열전 소자 전용 회로를 적용하여 효과를 분석한 결과, 저온부의 효과적인 냉각 및 열손실의 최소화를 통해 열전 발전을 통한 무선 센서 전원 공급이 가능할 것으로 판단된다.
There has been intense research on self-diagnosis systems in railway applications, since stability and reliability have become more and more significant issues. Wired sensors have been widely used in the railway vehicles, but because of the difficulty in their maintenance and accessibility, they ar not considered for self-diagnosis systems. To have a self-monitoring system, wireless data transmission and self-powered sensors are required. For this purpose, a thermoelectric energy harvesting module that can generate electricity from temperature gradient between the bogie axle box and ambient environment was introduced in this work. The temperature gradient was measured under actual operation conditions, and the behavior of the thermoelectric module with an external load resistance and booster circuits was studied. The proposed energy harvesting system can be applied for wireless sensor nodes in railroad vehicles with optimization of thermal management.
