KR102071066B1 - Deep-well pump control system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 일 실시예는 심정펌프 컨트롤시스템에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a deep well pump control system.
일반적으로 펌프 컨트롤러는 지하심정의 지하수를 지상의 저수조 내에 일정한 수위를 자동으로 조절하기 위하여 사용되는 장치이다.In general, a pump controller is a device used to automatically adjust a constant water level in an underground deep underground water tank.
이러한 장치에는 시공상의 편의로 심정의 배수용 파이프를 플라스틱 재질로 사용하고 있어서 기존의 모터 펌프 기동시나 정지시에 반발 충격력으로 모터펌프의 파손 또는 센서 단선으로 빈번하게 고장이 발생되고 있다.In these devices, the pipe for deep drainage is used as a plastic material for the convenience of construction, and the motor pump is damaged or the sensor is disconnected frequently due to a repulsive impact force when starting or stopping the existing motor pump.
또한, 지하심정의 갈수로 심정수위센서가 작동하여 모터펌프 감속 정지시에 인버터에서 발생되는 노이즈가 심정수위센서에 유도되어, 갈수상태에서도 모터펌프를 연속적으로 재가동하게 함으로써 모터펌프를 소손시키게 된다.In addition, the deep water level sensor is operated by the underground deep water drainage, and noise generated from the inverter is induced to the deep water level sensor when the motor pump decelerates and stops, thereby causing the motor pump to burn out by continuously restarting the motor pump even in the dry water state.
노이즈 발생은 인버터 감속시에 발생되며 이러한 노이즈가 심정수위센서에 유도되어 동작에 치명적이게 된다.Noise is generated when the inverter is decelerated, and this noise is induced to the deep water level sensor, which is fatal to the operation.
본 발명의 일 실시예는 인버터와 타이머기능을 통하여 모터펌프의 반발 충격을 상쇄시키고, 인버터 사용시 심정수위센서에 유도되는 노이즈문제를 해결할 수 있는 심정펌프 컨트롤시스템을 제공한다.An embodiment of the present invention provides a deep heart pump control system that can offset the repulsive impact of the motor pump through an inverter and a timer function, and solve the noise problem induced by the deep water level sensor when using the inverter.
본 발명의 일 실시예에 의한 심정펌프 컨트롤시스템은 심정수위 전극봉을 포함하는 지하심정과 탱크수위 전극봉을 포함하는 지상탱크를 연결하는 배수용 관로에 설치되어 용수를 이송하는 펌프; 상기 펌프에 공급되는 전력을 변환하는 인버터; 상기 지하심정에 설치되어 상기 지하심정의 수위를 측정하는 심정수위센서; 상기 지상탱크에 설치되어 상기 지상탱크의 수위를 측정하는 탱크수위센서; 및 상기 심정수위센서 및 탱크수위센서의 측정결과를 기초로, 상기 펌프의 동작 및 상기 인버터의 동작을 제어하되, 상기 심정수위센서에 의한 측정결과 상기 지하심정에 대한 갈수신호로 판단되는 경우 상기 인버터를 구동속도를 기준시간동안 단계적으로 감소시키는 제어부를 포함할 수 있다.A deep well pump control system according to an embodiment of the present invention includes a pump for transferring water installed in a drainage pipe connecting an underground deep well including a deep water level electrode and a ground tank including a tank water level electrode; An inverter that converts power supplied to the pump; A deep water level sensor installed in the underground deep well to measure the water level of the underground deep well; A tank level sensor installed in the ground tank to measure the water level of the ground tank; And the operation of the pump and the operation of the inverter based on the measurement results of the deep water level sensor and the tank water level sensor, but when the measurement result by the deep water level sensor is determined to be a water signal for the underground well, the inverter It may include a control unit for gradually reducing the driving speed for a reference time.
본 심정펌프 컨트롤시스템은 상기 펌프와 모터펌프 케이블을 통하여 상기 제어부와 연결되되, 상기 제어부에 의하여 상기 펌프 구동 또는 인버터 구동을 선택하는 스위칭부를 더 포함할 수 있다. The core pump control system is connected to the control unit through the pump and the motor pump cable, and may further include a switching unit for selecting the pump driving or the inverter driving by the control unit.
상기 펌프와 상기 심정수위센서 사이에 연결되는 심정수위센서 케이블과 상기 모터펌프 케이블은 하나의 배관 내에 설치되며, 상기 제어부는 상기 지하심정의 수위가 제1 레벨 이하이고, 상기 지상탱크의 수위가 제2 레벨 이상인 경우 상기 스위칭부를 통하여 상기 인버터를 구동시킬 수 있다.The deep water level sensor cable and the motor pump cable connected between the pump and the deep water level sensor are installed in a single pipe, and the control unit has a water level of the underground deep well below a first level and a water level of the ground tank. When the level is 2 or higher, the inverter may be driven through the switching unit.
상기 제어부는 상기 지상탱크의 수위가 상기 제1 레벨보다 높은 제3 레벨이고, 상기 지하심정의 수위가 제4 레벨 이하인 경우 상기 인버터의 구동을 미리 설정된 방식으로 단계적으로 감속시켜 정지시키되, 표시부를 통하여 상기 지상탱크가 만수위임을 출력할 수 있다.When the water level of the ground tank is a third level higher than the first level, and the water level of the underground deep well is less than or equal to the fourth level, the controller decelerates and stops the drive of the inverter step by step in a preset manner. It may output that the ground tank is full.
본 발명의 일 실시예에 따른 심정펌프 컨트롤시스템은 지상탱크 및 지하심정의 수위에 따라 인버터를 구동시켜 모터 펌프의 반발충격력을 최소화하면서 정상속도까지 가속하여 지상탱크로 급수하게 되고, 나아가 지상탱크가 만수위에 다다르고 지하심정이 저수위일 경우 미리 설정된 방식으로 상기 인터버를 반발력을 최소화하면서 감속 정지시켜 만수위표시를 하게 함으로써, 최적으로 전력으로 펌프를 제어하여 에너지 효율을 극대화하고, 펌프 및 인버터의 내구성을 향상시킬 수 있다.The deep well pump control system according to an embodiment of the present invention drives the inverter according to the level of the ground tank and the underground well, accelerates to a normal speed while minimizing the repulsive impact force of the motor pump, and supplies water to the ground tank. When the water level is reached and the underground well is at a low water level, the inverter is decelerated and stopped while minimizing the repulsive force in a preset manner to display the full water level, thereby optimizing energy efficiency by optimizing the pump's energy efficiency and controlling pump and inverter durability Improve it.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 심정펌프 컨트롤시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 심정펌프 컨트롤시스템의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 심정펌프 컨트롤시스템에 구비된 충전부를 이용한 급속/완속 충전을 위한 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 심정펌프 컨트롤시스템에 구비된 충전부의 동작중 급속/완속 충전 순서를 도시한 순서도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 심정펌프 컨트롤시스템에 구비된 충전부의 동작 중 급속 충전 시 온도 및 씨-레이트 프로파일의 일례를 도시한 그래프이다.1 is a view showing a heart pump control system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart showing the operation of the heart pump control system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration for rapid / slow charging using a charging unit provided in a core pump control system according to various embodiments of the present disclosure.
4 is a flow chart illustrating a rapid / slow charging sequence during operation of a charging unit provided in a deep-heart pump control system according to various embodiments of the present disclosure.
5A and 5B are graphs showing an example of a temperature and a seed-rate profile during rapid charging during operation of a charging unit provided in a core pump control system according to various embodiments of the present disclosure.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Terms used in the present specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terminology used in the present invention was selected from the general terms that are currently widely used while considering the functions in the present invention, but this may vary according to the intention or precedent of a person skilled in the art or the appearance of new technologies. In addition, in certain cases, some terms are arbitrarily selected by the applicant, and in this case, their meanings will be described in detail in the description of the applicable invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meanings of the terms and the contents of the present invention, not simply the names of the terms.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.When a part of the specification "includes" a certain component, this means that other components may be further included instead of excluding other components unless specifically stated otherwise. In addition, terms such as “... unit” and “module” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software. .
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains may easily practice. However, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 심정펌프 컨트롤시스템을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 심정펌프 컨트롤시스템의 동작을 나타내는 순서도이다.1 is a view showing a heart pump control system according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a flow chart showing the operation of a heart pump control system according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 심정펌프 컨트롤시스템(10)은 인버터와 타이머기능을 통하여 모터펌프의 반발 충격을 상쇄시키고, 인버터 사용시 심정수위센서에 유도되는 노이즈문제를 해결하기 위한 시스템으로서, 펌프(220), 인버터(미도시), 심정수위센서(230), 탱크수위센서(120), 스위칭부(400) 및 제어부(300)를 포함한다.As shown in Figure 1, the heart
여기서, 도 1에 도시된 바와 같이, 배수용 관로(130)는, 일반적으로 취수용 파이프가 적용될 수 있고, 지하수를 용수로 사용하는 경우, 파이프의 일단부는 지상에서 지하로 깊숙이 설치될 수 있고, 파이프의 타단부는 지상탱크(100)와 연결되어 용수를 지하에서 지상탱크(100)로 안내할 수 있다.Here, as shown in FIG. 1, the
상기 펌프(220)는 심정수위 전극봉(210)을 포함하는 지하심정(200)과 탱크수위 전극봉(110)을 포함하는 지상탱크(100)를 연결하는 배수용 관로(130)에 설치되어 용수를 이송하는 장치이다. 이러한 펌프(220)는 배수용 관로(130)에 설치되어 용수를 이송하는 것으로서, 배수용 관로(130)와 연결되는 원통 형상의 심정용 펌프가 적용될 수 있다.The
이때, 상기 지상탱크(100)는, 배수용 관로(130)와 연결되고, 펌프(220)에 의해 이송된 용수를 보관하는 것으로서, 일반적으로 지상의 고지대에 위치될 수 있고, 충분한 용수를 저장할 수 있도록 내부에 용수 수용 공간이 형성되는 것이다.At this time, the
상기 인버터는 펌프(220)에 공급되는 전력을 변환하는 장치로서, 주파수나 전류, 전압 등 전기적인 특성을 변환하여 펌프(220)에 전력을 제공할 수 있다.The inverter is a device for converting power supplied to the
도시되어 있지는 않지만, 전력 신호 간섭을 줄이기 위하여 상기 인버터는 펌프(220)에 착탈가능하게 설치되고, 제어부(300)는 사용자의 접근이 용이한 지상에 설치되고, 제어부(300)와 인버터 사이에 제어 라인이 배수용 관로(130)를 따라 연장되어 설치될 수도 있다.Although not shown, in order to reduce power signal interference, the inverter is detachably installed in the
여기서, 상기 제어 라인(C)은, 번개나 정전기 등 각종 서지 전력으로부터 보호될 수 있도록 광통신 방식이나 적외선 통신 방식의 광섬유 등을 이용할 수 있다.Here, the control line (C) may be used in the optical communication method or an infrared communication optical fiber to protect from various surge power such as lightning or static electricity.
따라서, 상기 제어부(300)에서 각종 제어신호를 인버터에 인가하면 인버터가 매우 짧은 경로로 펌프(220)에 전력을 직접 공급할 수 있기 때문에 펌프(220)의 회전 속도나 기동 및 중단 제어를 매우 정밀하게 할 수 있고, 예를 들어, 인버터와 펌프(220)에 미치는 각종 전자기파나, 낙뢰 등의 영향을 최소화할 수 있다.Therefore, when various control signals are applied from the
상기 심정수위센서(230)는 지하심정(200)에 설치되어 지하심정(200)의 수위를 측정하는 센서장치로서, 지하심정(200) 내부에 구비된 복수 개의 심정수위 전극봉(210)(E4, E5)을 통하여 감지된 지하심정(200)의 수위 정보를 감지하여 외부로 출력할 수 있다.The deep
이때, 상기 펌프(220)와 심정수위센서(230) 사이에 연결되는 심정수위센서 케이블(240)과 모터펌프 케이블(140)은 하나의 배관 내에 설치될 수 있다.At this time, the deep water
상기 탱크수위센서(120)는 지상탱크(100)에 설치되어 지상탱크(100)의 수위를 측정하는 센서장치로서, 지상탱크(100) 내부에 구비된 복수 개의 지상탱크 수위 전극봉(110)(E1, E2, E3)을 통하여 감지된 지상탱크(100)의 수위 정보를 감지하여 외부로 출력할 수 있다.The
이러한, 상기 심정수위센서(230) 및 탱크수위센서(120)를 이용하여 펌프(220) 및 인버터의 가동에 따른 지상탱크(100)의 수위 상승 및 물 사용량에 따른 지상탱크(100)의 수위 하강을 고려하여 제어부(300)가 펌프(220) 및 인버터에 전력 제어 신호를 인가할 수 있는 것이다.The water level rise of the
여기서, 상기 심정수위센서(230) 및 탱크수위센서(120)는, 용수의 수압을 측정하여 수위를 감지하는 압전소자(미도시)를 포함할 수도 있다.Here, the deep
상기 스위칭부(400)는 펌프(220)와 모터펌프 케이블(140)을 통하여 제어부(300)와 연결되되, 제어부(300)에 의하여 펌프 구동 또는 인버터 구동을 선택하는 장치이다. 이러한 스위칭부(400)는 펌프(220)구동을 위한 전자접촉기나 인버터를 선택할 수 있도록 설계되어 있다. The
상기 제어부(300)는 심정수위센서(230) 및 탱크수위센서(120)의 측정결과를 기초로, 펌프(220)의 동작 및 인버터의 동작을 제어하되, 심정수위센서(230)에 의한 측정결과 지하심정(200)에 대한 갈수신호로 판단되는 경우 인버터를 구동속도를 기준시간동안 단계적으로 감소시키도록 제어한다.The
이러한 제어부(300)는 각종 현장 배전반이나, 현장 제어반에 포함되어 설치될 수 있다.The
구체적으로, 상기 제어부(300)는 지하심정(200)의 수위가 제1 레벨 이하이고, 지상탱크(100)의 수위가 제2 레벨 이상인 경우 스위칭부(400)를 통하여 인버터를 구동시킬 수 있다.Specifically, the
또한, 상기 제어부(300)는 지상탱크(100)의 수위가 제1 레벨보다 높은 제3 레벨이고, 지하심정(200)의 수위가 제4 레벨 이하인 경우 인버터의 구동을 내부에 구비된 타이머 회로에 미리 설정된 방식으로 단계적으로 감속시켜 정지시키되, 표시부를 통하여 지상탱크(100)가 만수위임을 출력할 수 있다.In addition, when the water level of the
이를 위하여, 상기 제어부(300)는 마이크로 프로세서나 회로 기판에 설치되는 전기 소자들의 형태로 구현되거나 이외에도 일련의 과정을 자동으로 수행하는 프로그램이 저장된 저장 장치의 형태로도 구현될 수 있다.To this end, the
또한, 상기 제어부(300)는, 펌프(220) 또는 인버터에서 측정된 소요 전력이 펌프(220) 고장 기준치 이상으로 높아지면 디스플레이(D)에 펌프(220) 고장 알림 신호를 인가하는 알림 회로(미도시)를 더 구비할 수도 있다.In addition, the
여기서, 상술된 각종 회로들은, 마이크로 프로세서나 회로 기판에 설치되는 전기 소자들의 형태로 구현되거나 이외에도 일련의 과정을 자동으로 수행하는 프로그램이 저장된 저장 장치의 형태로도 구현될 수 있다.Here, the various circuits described above may be implemented in the form of microprocessors or electrical elements installed on a circuit board, or in addition, in the form of a storage device in which a program that automatically performs a series of processes is stored.
따라서, 상기와 같이 구성된 본 심정펌프 컨트롤시스템(10)은 펌프(220)의 가감속을 조절할 수 있는 인버터를 사용하여 펌프(220)의 반발 충격력을 상쇄시킬 수 있고, 인버터 사용시 심정수위 센서에 유도되는 노이즈 문제를 간단한 방법으로 해결할 수 있다. 보다 상세하게는, 본 심정펌프 컨트롤시스템(10)은 심정의 갈수 신호시 인버터의 감속정지시간(노이즈 발생시간)에 대응하는 타이머 회로를 추가하여 심정수위센서(230) 동작을 안정적으로 해결할 수 있고, 기동시에 정지시에 발생되는 반발충격력도 상쇄되고 심정수위센서(230)에 유도되는 노이즈를 차단함으로써 안정적인 동작, 펌프(220)의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.Therefore, the present heart
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 심정펌프 컨트롤시스템(10)의 동작을 저수위 급수기동시와 만수위 급수정지시 모드로 나누어 설명하기로 한다.As illustrated in FIG. 2, the operation of the deep well
본 심정펌프 컨트롤시스템(10)은 저수위 급수기동(모터펌프 기동) 동작 시에 다음과 같은 순서로 구동된다. The core
우선, 전원공급부(미도시)로부터 스위치로 입력전원이 공급(S10)되도록 선택한다. 그런 다음, 지상탱크(100)(급수조)의 레벨감지용 전극봉이 제1 레벨 이하(S20)가 되면 저수위상태가 된다. 이때, 지상탱크 수위센서가 제1 레벨 이하가 되면 저수위신호(급수요구)를 출력한다. 또한, 지하심정(200)(배수조)의 레벨감지용 전극봉이 제2 레벨 이상이 되면 만수위상태가 된다. 이때, 심정수위센서는 제2 레벨 이상(S30)이면 배수가능신호를 출력한다. 그런 다음, 제어부는 지상탱크(100) 수위가 제1 레벨 이하이고, 지하심정(200)의 수위가 제2 레벨 이상이면 인버터를 기동(S40)시킨다. 이에 따라, 인버터는 모터펌프를 반발충격력을 최소화하면서 정상속도까지 가속하여 지상탱크(100)로 급수하게 된다.First, the input power is selected from the power supply unit (not shown) to be supplied to the switch (S10). Then, when the electrode for level detection of the ground tank 100 (water supply tank) becomes lower than or equal to the first level (S20), it becomes a low water level state. At this time, when the ground tank water level sensor is below the first level, a low water level signal (water supply request) is output. In addition, when the electrode for level detection of the underground deep well 200 (drainage tank) reaches a second level or higher, the water level is reached. At this time, the deep water level sensor outputs a drainable signal if it is a second level or higher (S30). Then, the control unit starts the inverter (S40) if the level of the
또한, 본 심정펌프 컨트롤시스템(10)은 만수위급수정지/심정살수 정지(모터펌프 정지) 동작 시에 다음과 같은 순서로 구동된다. In addition, the core
우선, 지상탱크(100)(급수조)의 레벨감지용 전극봉이 제1 레벨을 지나(S60) 제3 레벨에 도달(S70)하면 만수위 상태가 된다. 이때, 지상탱크 수위센서는 만수위신호를 제어부로 보낸다. 그런 다음, 지하심정(200)(배수조)의 레벨감지용 전극봉이 제4 레벨 이하(S80)이면 저수위상태가 된다. 이때, 심정수위센서는 저수위신호를 출력한다. 그런 다음, 제어부는 지상탱크(100)(급수조)의 수위가 제3 레벨에 도달하고, 지하심정(200)(배수조)의 수위가 제4 레벨 이하이면 만수위 상태에서 인버터를 반발력을 최소화하면서 감속정지(S90)하며 만수위표시를 하게 된다.First, when the electrode for level detection of the ground tank 100 (water supply tank) passes the first level (S60) and reaches the third level (S70), the water level is reached. At this time, the ground tank water level sensor sends a full water level signal to the control unit. Then, if the electrode for detecting the level of the underground well 200 (drainage tank) is below the fourth level (S80), it is in a low water level. At this time, the deep water level sensor outputs a low water level signal. Then, when the water level of the ground tank 100 (water supply tank) reaches the third level, and the water level of the underground well 200 (water drainage tank) is less than or equal to the fourth level, the control unit minimizes the repulsive force of the inverter while at full water level. Deceleration stop (S90) is performed to display the full water level.
일반적으로 지하심정(200)(배수조)의 레벨감지용 전극봉이 제4 레벨 이하신호가 발생하면 저수위신호(심정갈수신호)를 제어부로 보내고, 이때에는 지상탱크(100)의 레벨신호에 상관없이 모터펌프를 정지시켜야 한다. 이때, 모터케이블과 심정수위센서 케이블은 동일 배관속에 배선되어 인버터의 감속시 발생되는 노이즈가 심정수위센서 케이블에 유도되어 심정 수위센서가 오동작을 일으키게 된다. 또한, 지하심정(200)(배수조)의 갈수 상태에서 모터펌프의 연속된 정지/기동 반복동작으로 모터펌프가 소손될 수 있다.In general, when the level sensing electrode of the underground well 200 (drain tank) generates a signal below the fourth level, a low water level signal (a deep water signal) is sent to the control unit, regardless of the level signal of the
따라서, 본 발명에서는 심정수위센서의 오동작을 방지하기 위하여 제어부에 타이머회로를 내장하여 인버터의 정지시간동안 발생되는 노이즈의 유입을 차단함으로써 심정수위센서의 동작에 안정성을 보장할 수 있다.Therefore, in the present invention, a timer circuit is built into the control unit to prevent malfunction of the deep water level sensor, thereby blocking the inflow of noise generated during the inverter stop time, thereby ensuring stability in the operation of the deep water level sensor.
한편, 본 심정펌프 컨트롤시스템(10)에 전원을 공급하는 전원 공급부(150)는 충전부를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the
일반적으로 리튬 이온 전지나 리튬 폴리머 전지와 같은 배터리에서, 충전 시간이 단축되도록 충전 씨-레이트가 증가하면, 음극 활물질 표면에서 리튬 이온이 석출(리튬 플레이팅)되고 또한 전해액 분해로 인해 배터리의 수명이 빠르게 단축되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 본 발명에서는 충전 시간을 단축(급속 충전)하면서도 배터리 열화 현상 및 수명 단축 현상을 억제할 수 있는 구성/방법에 대해 설명한다.In general, in a battery such as a lithium ion battery or a lithium polymer battery, when the charge seed-rate increases so that the charging time is shortened, lithium ions are precipitated (lithium plating) on the surface of the negative electrode active material, and the battery life is rapidly due to electrolyte decomposition. It is known to be shortened. Accordingly, the present invention describes a configuration / method capable of suppressing battery degradation and shortening of life while shortening the charging time (quick charging).
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 심정펌프 컨트롤시스템(10)에 구비된 충전부를 이용한 급속/완속 충전을 위한 구성을 도시한 블럭도이다.FIG. 3 is a block diagram showing a configuration for rapid / slow charging using a charging unit provided in the deep well
도 3에 도시된 바와 같이, 도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 심정펌프 컨트롤시스템(10)에 구비된 충전부는 열전 소자(125), 전류 조절부(126), 충전 모드 선택부(127), 충전 제어부(128) 및 저장부(메모리)(129)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3, FIG. 3 shows a charging unit provided in the deep-heart
열전 소자(125)는 배터리(124)의 표면에 설치되어, 충전 제어부(128)의 제어에 따라 주변 환경 온도에 따라 배터리(124)의 온도를 증가시키거나 감소시키는 역할을 한다. 이러한 열전 소자(125)는 전류의 흐름 방향에 따라 일면이 발열면이 되고 타면이 흡열면이 될 수 있음으로써, 전류의 흐름 방향 제어에 의해 간단하게 온열 소자로 동작하거나 또는 흡열 소자로 동작하도록 제어할 수 있다.The
전류 조절부(126)는 직류-직류 컨버터(123)와 배터리(124)의 사이에 설치되어, 충전 제어부(128)의 제어에 따라 배터리(124)에 공급되는 씨-레이트를 조절하는 역할을 한다. 이러한 전류 조절부(126)는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어되는 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor), FET(Field Effect Transistor) 또는 바이폴라 트랜지스터 등에 의해 구현될 수 있다.The
충전 모드 선택부(127)는 사용자에 의해 급속 충전 모드(예를 들면, 30분 급속 충전 모드) 또는 완속 충전 모드(예를 들면, 3시간 완속 충전 모드)를 선택받는 역할을 한다. 충전 모드 선택부(127)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 사용자가 특별히 충전 모드를 선택하지 않으면 기본적으로 완속 충전 모드를 선택하여 제어부(128)에 전달한다. 더불어, 이러한 충전 모드 선택부(127)는 키 또는 버튼 구조에 의해 구현될 수 있다.The charging
충전 제어부(128)는 사용자에 의해 선택받은 충전 모드에 대응하는 충전 시간당 및/또는 충전 용량당 배터리(124)의 온도 및/또는 씨-레이트의 프로파일을 로딩하여, 그 프로파일대로 배터리(124)의 온도 및/또는 씨-레이트를 제어하며 배터리(124)를 충전하는 역할을 한다. 물론, 이를 위해 충전 제어부(128)는 열전 소자(125) 및 전류 조절부(126)를 직접 제어한다.The charging
저장부(129)는 상술한 충전 제어부(128)의 동작 알고리즘(프로그램 또는 소프트웨어) 및 충전 모드에 따른 충전 시간당 및/또는 충전 용량당 배터리(124)의 온도 및/또는 씨-레이트의 프로파일을 저장한다. 이러한 배터리(124)의 온도 및/또는 씨-레이트의 프로파일은 배터리(124)의 제조 시 다수의 실험이나 시뮬레이션에 따라 미리 최적화된 값으로 저장된다.The
이와 같이하여, 충전 제어부(128)는 사용자에 의해 급속 충전 모드를 선택받았을 경우 충전 시간 경과에 따라 가장 높은 값으로부터 가장 낮은 값까지 배터리(124)의 온도 및 씨-레이트를 점차 감소시키도록 열전 소자(125) 및 전류 조절부(126)를 직접 제어함으로써, 충전 시간은 단축하면서도 배터리(124) 열화 현상 또는 수명 단축 현상을 최소화되도록 할 수 있다.In this way, when the fast charging mode is selected by the user, the charging
예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 충전 제어부(128)는 전류 조절부(126)를 제어하여 씨-레이트를 계단 형태로 점차 감소시킬 수 있는데, 특히 레벨이 달라지는 지점 및/또는 레벨이 같은 지점에서 적어도 하나의 충전 휴지 시간을 더 제공하여, 충전 시간을 더욱 단축할 수 있다. 즉, 연속적으로 충전 전류를 공급하는 것보다는, 불연속적으로 충전 전류를 공급하고, 또한 충전 전류량을 줄일 때, 배터리(124)의 내부 저항이 감소하고 안정화됨으로써, 충전 속도는 빨라지고 열화 현상은 작게 나타난다.For example, but not limited to, the charging
일례로, 한정하는 것은 아니지만, 충전 제어부(128)는 전류 조절부(126)를 제어하여 씨-레이트를 대략 5C로부터 1C까지 계단 형태로 점차 감소시키고, 이때 열전 소자(125)를 제어하여 온도를 50℃로부터 10℃까지 점차 감소시킬 수 있다. 여기서, 이러한 수치는 본 발명의 이해를 위한 일례에 불과하며, 이러한 수치 범위로 본 발명이 한정되지 않는다.For example, although not limited, the charging
한편, 다른 예로, 한정하는 것은 아니지만, 충전 제어부(128)는 사용자에 의해 완속 충전 모드가 선택되었을 경우 열전 소자(125)를 이용하여 배터리(124)의 온도를 대략 20℃~30℃로 유지시키고, 또한 전류 조절부(126)를 제어하여 씨-레이트를 대략 0.1C~0.5C로 유지시킬 수 있다. 즉, 이러한 온도 범위 및 씨-레이트에서 비록 충전 시간이 길어지지만 전지 열화율이나 수명 단축 현상이 가장 작게 나타나기 때문이다.On the other hand, as another example, although not limited, the charging
더불어, 비록 도면에 도시하지는 않았지만, 본 발명의 실시예에 따른 충전부는 배터리(124)의 온도를 센싱하기 위한 온도 센서와, 배터리(124)의 용량 추정을 위한 전압 센서 및/또는 전류 센서를 구비함은 당연하다. In addition, although not shown in the drawings, the charging unit according to an embodiment of the present invention includes a temperature sensor for sensing the temperature of the
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 심정펌프 컨트롤시스템(10)에 구비된 충전부의 동작중 급속/완속 충전 순서를 도시한 순서도이고, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 심정펌프 컨트롤시스템(10)에 구비된 충전부의 동작 중 급속 충전 시 온도 및 씨-레이트 프로파일의 일례를 도시한 그래프이다. 도 5a에서 X축은 배터리 용량(SOC,%)이고, Y축은 온도(℃)이다. 또한, 도 5b에서 X축은 배터리 용량(SOC,%)이고, Y축은 씨-레이트(C)이다.4 is a flowchart illustrating a rapid / slow charging sequence during operation of a charging unit provided in the deep well
도 4에 도시된 바와 같이, 무선 충전 방법은 급속 충전 모드인지 판단하는 단계(S1), 급속 충전용 온도 및 씨-레이트 파일 로딩 단계(S2), 완속 충전 모드인지 판단하는 단계(S3), 완속 충전용 온도 및 씨-레이트 프로파일 로딩 단계(S4), 만충전인지 확인하는 단계(S5), 충전 정지 단계(S6)를 포함한다.As illustrated in FIG. 4, the wireless charging method includes: determining whether it is a fast charging mode (S1), loading a temperature and seed rate for the rapid charging (S2), and determining whether it is a slow charging mode (S3); It includes a charging temperature and a sea-rate profile loading step (S4), checking whether the battery is fully charged (S5), and stopping charging (S6).
급속 충전 모드인지 판단하는 단계(S1)에서 충전 제어부(128)는, 충전 모드 선택부(127)를 통하여 사용자에 의해 급속 충전 모드가 선택되었는지 판단한다. 급속 충전 모드가 선택되면 단계(S2)를 수행하고 그렇지 않으면 단계(S3)를 수행한다.In step S1 of determining whether it is a rapid charging mode, the charging
급속 충전용 온도 및 씨-레이트 프로파일 로딩 단계(S2)에서 충전 제어부(128)는, 저장부(129)에 저장된 충전 시간당 및/또는 충전 용량당 급속 충전용 온도 및 씨-레이트 프로파일을 로딩한다.In the step S2 of loading the temperature and seed rate for rapid charging, the charging
예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 도 5a에 도시된 바와 같이, 충전 제어부(128)는 열전 소자(125)를 제어하여 충전 초기에 주변 온도에 관계없이 배터리(124)의 온도가 대략 30℃ 내지 50℃로 유지되도록 하고, 충전 시간이 경과 또는 충전 용량이 높아짐에 따라 열전 소자(125)를 제어하여 배터리(124)의 온도가 대략 20℃ 내지 30℃로 유지되도록 하는 프로파일을 로딩한다. 더욱이, 도 5b에 도시된 바와 같이, 충전 제어부(128)는 전류 조절부(126)를 제어하여 충전 초기에 배터리(124)의 씨-레이트가 대략 3C 내지 5C인 동시에 충전 휴지 시간을 갖는 펄스 형태로 전류가 배터리(124)에 공급되도록 하고, 충전 시간이 경과 또는 충전 용량이 높아짐에 따라 전류 조절부(126)를 제어하여 배터리(124)의 씨-레이트가 1C 내지 2C인 동시에 충전 휴지 시간을 갖는 펄스 형태로 전류가 배터리(124)에 공급되도록 하는 프로파일을 로딩한다.For example, although not limited, as illustrated in FIG. 5A, the charging
한편, 완속 충전 모드인지 판단하는 단계(S3)에서 충전 제어부(128)는, 충전 모드 선택부(127)를 통하여 사용자에 의해 완속 충전 모드가 선택되었는지 판단한다. 완속 충전 모드가 선택되면 단계(S4)를 수행한다.Meanwhile, in step S3 of determining whether the charging mode is slow, the charging
완속 충전용 온도 및 씨-레이트 프로파일 로딩 단계(S4)에서 충전 제어부(128)는, 저장부(129)에 저장된 충전 시간당 및/또는 충전 용량당 완속 충전용 온도 및 씨-레이트 프로파일을 로딩한다.In the step S4 of loading the temperature and seed rate for slow charging, the charging
예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 충전 제어부(128)는 열전 소자(125)를 제어하여 배터리(124)의 온도를 주변 온도에 관계없이 대략 20℃~30℃로 유지시키고, 또한 전류 조절부(126)를 제어하여 씨-레이트를 대략 0.1C~0.5C로 유지시키는 충전 프로파일을 로딩한다.For example, although not limited, the charging
만충전인지 확인하는 단계(S5)에서 충전 제어부(128)는, 현재의 배터리(124) 충전량이 만충전 상태인지 여부를 판단한다. 이러한 배터리(124)의 만충전 여부 판단은 배터리(124) 전압을 SOC(State of Charge)로 환산하거나 또는 배터리(124)에 주입된 총 전하량을 계량하여 수행할 수 있다. 배터리(124)의 만충전 여부 판단 방법은 당업자에게 이미 주지된 내용이므로 이에 대한 설명은 생략한다. In step S5 of checking whether the battery is fully charged, the charging
배터리(124)가 만충전된 것으로 확인되면, 단계(S6)를 수행하고, 그렇지 않으면 단계(S1)으로 복귀한다.If it is confirmed that the
충전 정지 단계(S6)에서 충전 제어부(128)는, 전류 조절부(126)를 제어하여 배터리(124)에 더 이상 전류가 공급되지 않도록 차단함으로써, 배터리(124)의 충전이 완료되도록 한다.In the charging stop step (S6), the charging
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에서는 배터리(124)의 용량이 낮은 영역에서 상대적으로 높은 배터리(124)의 온도와 상대적으로 높은 펄스 충전 전류를 공급함으로써, 리튬 이온의 석출 현상이 없고 전해액 분해가 없는 상태에서 신속한 배터리(124) 충전이 가능하도록 한다. 여기서, 배터리(124)의 온도가 대략 0℃ 이하인 상황에서 상대적으로 높은 펄스 충전 전류로 배터리(124)를 충전하게 되면 상술한 리튬 이온 석출 및 전해액 분해 현상이 발생하여 배터리(124)의 열화가 심하고 따라서 수명이 단축된다. 그러나, 본 발명에서와 같이 주변 온도에 관계없이 배터리의 초기 충전 시 배터리의 온도를 높이고 고율 충전하고, 배터리의 말기 충전 시 배터리의 온도를 낮추고 저율 충전하게 되면, 배터리의 충전 시간을 단축하면서도 배터리의 열화나 수명 단축 현상을 줄일 수 있다.In this way, in the embodiment of the present invention, by supplying the temperature of the relatively
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 심정펌프 컨트롤시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for implementing the deep pump control system according to the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment, and the subject matter of the present invention as claimed in the following claims Anyone who has ordinary knowledge in the field to which this invention belongs without departing will be said to have the technical spirit of the present invention to the extent that various changes can be implemented.
10: 심정펌프 컨트롤시스템 100: 지상탱크
110: 지상탱크 수위 전극봉 120: 탱크수위센서
130: 배수용 관로 140: 모터펌프 케이블
200: 지하심정 210: 심정수위 전극봉
220: 펌프 230: 심정수위센서
300: 제어부 400: 스위칭부10: deep pump control system 100: ground tank
110: ground tank water level electrode 120: tank water level sensor
130: drainage pipe 140: motor pump cable
200: underground deep well 210: deep water level electrode
220: pump 230: deep water level sensor
300: control unit 400: switching unit
Claims (4)
상기 펌프에 공급되는 전력을 변환하는 인버터;
상기 지하심정에 설치되어 상기 지하심정의 수위를 측정하는 심정수위센서;
상기 지상탱크에 설치되어 상기 지상탱크의 수위를 측정하는 탱크수위센서; 및
상기 심정수위센서 및 탱크수위센서의 측정결과를 기초로, 상기 펌프의 동작 및 상기 인버터의 동작을 제어하되, 상기 심정수위센서에 의한 측정결과 상기 지하심정에 대한 갈수신호로 판단되는 경우 상기 인버터의 구동속도를 기준시간동안 단계적으로 감소시키는 제어부를 포함하는 심정펌프 컨트롤시스템이고,
상기 펌프와 모터펌프 케이블을 통하여 상기 제어부와 연결되되, 상기 제어부에 의하여 상기 펌프 구동 또는 인버터 구동을 선택하는 스위칭부를 더 포함하며,
상기 펌프와 상기 심정수위센서 사이에 연결되는 심정수위센서 케이블과 상기 모터펌프 케이블은 하나의 배관 내에 설치되며,
상기 제어부는 상기 지하심정의 수위가 제1 레벨 이하이고, 상기 지상탱크의 수위가 제2 레벨 이상인 경우 상기 스위칭부를 통하여 상기 인버터를 구동시키고,
상기 심정수위센서 및 탱크수위센서는, 용수의 수압을 측정하여 수위를 감지하는 압전소자를 포함하며,
상기 심정펌프 컨트롤시스템에 전원을 공급하는 전원 공급부는 충전부를 더 포함하되,
상기 충전부는 배터리의 표면에 설치되어, 충전 제어부의 제어에 따라 주변 환경 온도에 따라 배터리의 온도를 증가시키거나 감소시키는 열전 소자와, 직류-직류 컨버터와 배터리의 사이에 설치되어 충전 제어부의 제어에 따라 배터리에 공급되는 씨-레이트를 조절하는 전류 조절부와, 사용자에 의해 급속 충전 모드 또는 완속 충전 모드를 선택받는 충전 모드 선택부와, 사용자에 의해 선택받은 충전 모드에 대응하는 충전 시간당 및 충전 용량당 배터리의 온도, 및 씨-레이트의 프로파일을 로딩하여, 그 프로파일대로 배터리의 온도 및 씨-레이트를 제어하며 배터리를 충전하는 충전 제어부와, 및 충전 제어부의 동작 알고리즘, 충전 모드에 따른 충전 시간당 및 충전 용량당 배터리의 온도, 및 씨-레이트의 프로파일을 저장하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 심정펌프 컨트롤시스템.
A pump which is installed in a drainage pipe connecting the underground deep well including the deep water level electrode and the ground tank including the water level electrode;
An inverter that converts power supplied to the pump;
A deep water level sensor installed in the underground deep well to measure the water level of the underground deep well;
A tank level sensor installed in the ground tank to measure the water level of the ground tank; And
Based on the measurement results of the deep water level sensor and the tank water level sensor, the operation of the pump and the operation of the inverter are controlled, but when the result of the measurement by the deep water level sensor is determined to be a water signal for the underground well, the inverter Deep-heart pump control system including a control unit for reducing the driving speed step by step during the reference time,
It is connected to the control unit through the pump and the motor pump cable, further comprising a switching unit for selecting the pump drive or inverter drive by the control unit,
The deep water level sensor cable and the motor pump cable connected between the pump and the deep water level sensor are installed in one pipe,
The control unit drives the inverter through the switching unit when the water level of the underground deep well is less than or equal to the first level, and the water level of the ground tank is greater than or equal to the second level,
The deep water level sensor and the tank water level sensor include a piezoelectric element that senses the water level by measuring the water pressure of the water,
The power supply for supplying power to the heart pump control system further includes a charging unit,
The charging unit is installed on the surface of the battery, is installed between the thermoelectric element to increase or decrease the temperature of the battery according to the ambient environment temperature under the control of the charging control unit, the DC-DC converter and the battery to control the charging control unit In accordance with the current control unit for adjusting the sea-rate supplied to the battery, the charging mode selector for selecting the fast charging mode or the slow charging mode by the user, and the charging hour and charging capacity corresponding to the charging mode selected by the user Loading the temperature of the battery and the profile of the sea-rate, and controlling the temperature and the sea-rate of the battery according to the profile, and the charging control unit for charging the battery, and the operation algorithm of the charging control unit, per charging time according to the charging mode and Including a storage unit that stores the temperature of the battery per charge capacity and the profile of the sea-rate Heart pump control system according to Jing.
상기 제어부는 상기 지상탱크의 수위가 상기 제1 레벨보다 높은 제3 레벨이고, 상기 지하심정의 수위가 제4 레벨 이하인 경우 상기 인버터의 구동을 미리 설정된 방식으로 단계적으로 감속시켜 정지시키되,
표시부를 통하여 상기 지상탱크가 만수위임을 출력하는 것을 특징으로 하는 심정펌프 컨트롤시스템.
According to claim 1,
When the water level of the ground tank is a third level higher than the first level, and the water level of the underground deep well is less than or equal to the fourth level, the controller decelerates and stops the driving of the inverter stepwise in a preset manner.
A deep well pump control system, characterized in that the ground tank outputs a full water level through a display unit.
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