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KR102879406B1 - 철도차량용 전원공급장치 - Google Patents

철도차량용 전원공급장치

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Publication number
KR102879406B1
KR102879406B1 KR1020220190790A KR20220190790A KR102879406B1 KR 102879406 B1 KR102879406 B1 KR 102879406B1 KR 1020220190790 A KR1020220190790 A KR 1020220190790A KR 20220190790 A KR20220190790 A KR 20220190790A KR 102879406 B1 KR102879406 B1 KR 102879406B1
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KR
South Korea
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power
unit
battery
power supply
module
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김재문
최준범
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국립한국교통대학교산학협력단
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Publication date
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Abstract

본 발명은 철도차량용 전원공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도차량 내 각 전장품에 연결되는 전원공급장치 내의 출력단에 별도의 배터리부를 형성하여 비상시 전장품에 대한 전원의 공급이 가능하도록 함으로써, 주전원, 축전지로부터 전원 공급이 차단되는 경우에도 각 전장품으로의 전원 공급이 가능하도록 하여 승객의 대피, 비상 구동 등 비상상황에 대한 대처가 이루어질 수 있도록 하고, 전원공급장치 내에 전력을 변환하는 주회로부 외에 주회로부와 동일한 구성의 부회로부를 추가로 형성하도록 하며, 주회로부의 고장시 부회로부로 스위칭하여 전력의 변환이 이루어지도록 함으로써, 회로부의 고장시에도 전장품에 대한 전력의 공급을 보장할 수 있도록 하는 철도차량용 전원공급장치에 관한 것이다.

Description

철도차량용 전원공급장치{A Switching Mode Power Supply for Rolling Stock}
본 발명은 철도차량용 전원공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도차량 내 각 전장품에 연결되는 전원공급장치 내의 출력단에 별도의 배터리부를 형성하여 비상시 전장품에 대한 전원의 공급이 가능하도록 함으로써, 주전원, 축전지로부터 전원 공급이 차단되는 경우에도 각 전장품으로의 전원 공급이 가능하도록 하여 승객의 대피, 비상 구동 등 비상상황에 대한 대처가 이루어질 수 있도록 하고, 전원공급장치 내에 전력을 변환하는 주회로부 외에 주회로부와 동일한 구성의 부회로부를 추가로 형성하도록 하며, 주회로부의 고장시 부회로부로 스위칭하여 전력의 변환이 이루어지도록 함으로써, 회로부의 고장시에도 전장품에 대한 전력의 공급을 보장할 수 있도록 하는 철도차량용 전원공급장치에 관한 것이다.
철도차량에는 고객의 요구를 충족시키기 위하여 방송장치, 표시장치, CCTV, 영상기록장치, 조명장치 등의 전장품이 사용되며, 철도시장 규모의 증가, 고객 편의 요구의 증가에 따라 전장품의 설치가 증가하고 있다.
철도차량에서 사용되는 전장품들은 보통 12V의 입력전압을 사용하는데, 철도차량으로 공급되는 100V의 전압을 12V로 변환하여 전장품에 공급되도록 하기 위해 스위치 제어 방식의 전원공급장치(SMPS, Switching Mode Power Supply)가 사용되고 있다.
한편, 철도차량에는 아래 특허문헌과 같이 고장시 또는 비상시에 활성화되는 보조전원장치(축전지)를 별도로 구비하고 있으며, 고장, 사고 등의 발생시에 다수 승객의 안전 확보를 위해 방송장치, 표시장치 등의 작동이 필수적으로 요구되는바, 30분 정도의 작동이 가능한 축전지의 구비가 법으로 강제되고 있다.
그러나 철도차량에 축전지가 구비되는 경우에도 사고 등의 발생시 축전지와 전원공급장치와의 연결이 끊어질 수 있으며, 이러한 경우 방송장치. 표시장치, 조명장치 등의 전장품에 전원을 공급할 수 없게 되어 승객들의 대피가 이루어질 수 없게 되는 문제가 발생한다.
(특허문헌) 등록특허공보 제10-1686673호(2016. 12. 08. 등록)"전동차 보조전원 공급 시스템 및 방법"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명은 철도차량 내 각 전장품에 연결되는 전원공급장치 내의 출력단에 별도의 배터리부를 형성하여 비상시 전장품에 대한 전원의 공급이 가능하도록 함으로써, 주전원, 축전지로부터 전원 공급이 차단되는 경우에도 각 전장품으로의 전원 공급이 가능하도록 하여 승객의 대피, 비상 구동 등 비상상황에 대한 대처가 이루어질 수 있도록 하는 철도차량용 전원공급장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 배터리부가 슈퍼 캐패시터로 형성되도록 하여 비상시 신속하고 충분한 전원의 공급, 전원공급장치의 소형화, 배터리부의 반영구적 사용이 가능하도록 하는 철도차량용 전원공급장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 배터리부의 저장된 전력이 사용되는 경우 자동으로 충전이 이루어지도록 하여 비상시 전원 공급을 위한 장치로의 지속적 사용이 가능하도록 하는 철도차량용 전원공급장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 전원공급장치 내에 전력을 변환하는 주회로부 외에 주회로부와 동일한 구성의 부회로부를 추가로 형성하도록 하고, 주회로부의 고장시 부회로부로 스위칭하여 전력의 변환이 이루어지도록 함으로써, 회로부의 고장시에도 전장품에 대한 전력의 공급을 보장할 수 있도록 하는 철도차량용 전원공급장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 주회로부의 스위칭 장치, 정류 다이오드, 트랜지스터 등 각 구성중 고장발생률이 적은 구성에 대해서는 부회로부와 공유하여 회로를 형성하도록 함으로써, 부회로부의 형성에도 회로의 구성을 간소화하고 전원공급장치의 부피를 최소화할 수 있도록 하는 철도차량용 전원공급장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 철도차량용 전원공급장치는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 회로를 형성하는 회로부와, 상기 회로부의 출력단에 형성되어 비상시 저장된 전력을 전장품에 공급하는 배터리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 철도차량용 전원공급장치에 있어서, 상기 배터리부는 슈퍼 캐패시터로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 철도차량용 전원공급장치는 상기 배터리부로부터 전장품에 대한 전력의 공급을 조절하는 방전조절부를 포함하고, 상기 방전조절부는 전장품에 대한 작동을 제어하는 정보를 감지하는 제어정보감지모듈과, 전장품의 작동 개시후 전장품으로의 전원 공급을 측정하는 전원공급측정모듈과, 전장품으로 전원이 공급되지 않는 경우 배터리부로부터 전장품에 전력을 공급하도록 하는 전력공급모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 철도차량용 전원공급장치는 상기 배터리부에 대한 충전 작동을 조절하는 충전조절부를 포함하고, 상기 충전조절부는 전원공급장치를 통과하는 전장품에 대한 전원의 공급을 감지하는 전원공급감지모듈과, 상기 배터리부의 잔여 전력량을 감지하는 잔여량감지모듈과, 배터리부의 잔여 전력량이 설정값 미만인 경우 전원공급장치를 통과하는 전력을 이용하여 배터리부를 자동으로 충전하는 자동충전모듈과, 배터리부의 완충 후 배터리부와의 연결을 해제하는 연결해제모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 철도차량용 전원공급장치에 있어서, 상기 방전조절부는 상기 배터리부에 저장된 전력이 소진되는 것을 감지하는 전력소진감지모듈과, 배터리부의 전력이 소진되는 경우 철도차량의 별도 축전지로부터 전장품으로 전력이 공급되도록 하는 자동공급전환모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 철도차량용 전원공급장치는 상기 배터리부와 철도차량에 별도로 배치되는 축전지의 잔여수명에 따라 비상시 전장품으로 전력을 공급할 축전지 또는 배터리부를 선택하여 결정하는 사용결정부를 포함하고, 상기 사용결정부는 축전지 및 배터리부의 잔여 수명을 산출하는 수명산출모듈과, 축전지 및 배터리부의 잔여 수명을 비교하는 잔여수명비교모듈과, 잔여 수명이 긴 축전지 또는 배터리부로부터 전장품에 전력을 공급하도록 하는 공급결정모듈을 포함하며, 상기 수명산출모듈은 축전지 및 배터리부의 수명 주기 동안 사용할 수 있는 전력량 정보를 저장하는 전체전력량저장모듈과, 현재까지 사용한 축전지 및 배터리부의 사용 전력량 정보를 수집하는 사용량수집모듈과, 전체 사용 가능 전력량에 대한 현재까지 사용한 전력량의 비율을 이용하여 잔여 수명을 계산하는 잔여수명연산모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 철도차량용 전원공급장치에 있어서, 상기 회로부는 평상시 전장품으로 전력을 공급하는 주회로부와, 상기 주회로부의 고장시 연결되어 전장품에 전력을 공급하는 부회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 철도차량용 전원공급장치는 상기 회로부의 연결을 조절하는 회로제어부를 포함하고, 상기 회로제어부는 상기 주회로부의 고장시 부회로부로 연결을 전환하는 고장전환부를 포함하며, 상기 고장전환부는 전장품의 작동을 제어하는 정보를 감지하는 작동감지모듈과, 상기 주회로부로의 전력 공급이 중단되는 고장정보를 감지하는 고장정보감지모듈과, 주회로부로의 전력 공급이 중단되는 경우 자동으로 부회로부로 회로의 연결을 전환하는 회로전환모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 철도차량용 전원공급장치는 상기 주회로부에 의한 출력이 저하되는 것을 감지하여 점검이 이루어지도록 하는 점검전환부를 포함하고, 상기 점검전환부는 주회로부의 출력 저하를 감지하는 출력저하감지모듈과, 출력이 저하되는 정도를 누적 저장하여 저하지수를 산정하는 저하지수산정모듈과, 저하지수를 설정된 한계값과 비교하는 한계값비교모듈과, 저하지수가 한계값을 초과하는 경우 주회부로의 연결을 부회로부로 전환하는 연결전환모듈과, 연결의 전환과 함께 주회로부의 점검을 지시하는 점검지시모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 철도차량용 전원공급장치에 있어서, 상기 부회로부는 상기 주회로부의 구성 중 설정된 기간동안 고장 발생 횟수가 설정된 횟수 미만인 구성을 주회로부와 공유하여 사용하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 철도차량 내 각 전장품에 연결되는 전원공급장치 내의 출력단에 별도의 배터리부를 형성하여 비상시 전장품에 대한 전원의 공급이 가능하도록 함으로써, 주전원, 축전지로부터 전원 공급이 차단되는 경우에도 각 전장품으로의 전원 공급이 가능하도록 하여 승객의 대피, 비상 구동 등 비상상황에 대한 대처가 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 배터리부가 슈퍼 캐패시터로 형성되도록 하여 비상시 신속하고 충분한 전원의 공급, 전원공급장치의 소형화, 배터리부의 반영구적 사용이 가능하도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 배터리부의 저장된 전력이 사용되는 경우 자동으로 충전이 이루어지도록 하여 비상시 전원 공급을 위한 장치로의 지속적 사용이 가능하도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 전원공급장치 내에 전력을 변환하는 주회로부 외에 주회로부와 동일한 구성의 부회로부를 추가로 형성하도록 하고, 주회로부의 고장시 부회로부로 스위칭하여 전력의 변환이 이루어지도록 함으로써, 회로부의 고장시에도 전장품에 대한 전력의 공급을 보장할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 주회로부의 스위칭 장치, 정류 다이오드, 트랜지스터 등 각 구성중 고장발생률이 적은 구성에 대해서는 부회로부와 공유하여 회로를 형성하도록 함으로써, 부회로부의 형성에도 회로의 구성을 간소화하고 전원공급장치의 부피를 최소화할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량용 전원공급장치의 설치 상태를 나타내는 참고도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량용 전원공급장치의 구성회로도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량용 전원공급장치의 작동제어부의 구성을 나타내는 블럭도
도 4는 도 3의 수명산출모듈의 구성을 나타내는 블럭도
도 5는 종래 축전지의 설치상태를 나타내는 참고도
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 철도차량용 전원공급장치의 구성회로도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 철도차량용 전원공급장치의 회로제어부의 구성을 나타내는 블럭도
이하에서는 본 발명에 따른 철도차량용 전원공급장치의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 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 있는 것을 의미하고, 또한 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량용 전원공급장치를 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 상기 철도차량용 전원공급장치(P)는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 회로를 형성하는 회로부(1)와, 상기 회로부(1)의 출력단에 형성되어 비상시 저장된 전력을 전장품에 공급하는 배터리부(2)와, 상기 배터리부(2)로부터 전장품에 대한 전력의 공급을 조절하는 방전조절부(31)를 포함한다.
본 발명에 따른 철도차량용 전원공급장치(P)는 철도차량에 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 조명장치, 방송장치, 표시장치, CCTV, 영상기록장치 등의 전장품에 공급하는 구성으로, 스위치 제어 방식의 전원공급장치(SMPS, Switching Mode Power Supply)로 형성될 수 있다.
특히, 상기 철도차량용 전원공급장치(P)는 전장품에 전력을 공급하는 출력단에 별도의 배터리부(2)를 형성하여 사고, 고장 등의 발생에 의한 주전원 또는 축전지(100)로부터의 전원 공급이 차단되는 경우에도 배터리부(2)를 통해 전장품에 대한 전력의 공급이 가능하도록 한다.
다시 말해, 종래 철도차량은 앞서 배경기술에서 살펴본 바와 같이 선로에 의한 주전원의 공급이 차단되는 비상시를 대비하여 축전지(100)의 설치가 의무화되고 있는데, 도 5에 도시된 바와 같이 축전지(100)로부터 각 차량의 전장품을 연결하여 비상시 전원을 공급하도록 하고 있었다. 따라서, 종래에는 사고 등의 발생에 의해 철도차량 사이가 단선되거나 연결계통에 고장이 발생하는 경우 축전지(100)를 통해서도 전장품에 대한 전력의 공급이 어려워 비상시 승객들의 대피나 철도차량의 비상 구동이 이루어지지 못하는 문제가 있었다. 이에 따라, 본 발명에서는 각 전장품에 연결되는 전원공급장치(P) 내에 별도의 배터리부(2)를 형성하여 사고, 고장 등의 비상시에도 전장품에 대한 전력의 공급을 보장하도록 함으로써, 비상시 신속한 대처와 피해의 최소화가 가능하도록 한다.
상기 회로부(1)는 전원공급장치(P) 내에 형성되어 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 회로를 형성하는 구성으로, 종래 SMPS 장치와 같이 스위칭 장치, 정류 다이오드, 트랜지스터 등의 구성을 포함할 수 있다. 특히, 상기 회로부(1)의 출력단에는 별도의 배터리부(2)가 형성되어 주전원 또는 축전지(100)로부터의 전력 공급이 차단되는 경우에도 전장품에 대한 전력의 공급이 가능하도록 한다.
상기 배터리부(2)는 회로부(1)의 출력단에 형성되어 비상시 전장품에 대한 전력을 공급하는 구성으로, 전장품의 작동 제어에도 주전원 또는 축전지(100)에 의해 전력이 공급되지 않는 경우 연결되어 전장품에 전력을 공급하도록 할 수 있다. 상기 배터리부(2)는 충방전이 가능한 배터리로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 전력 밀도가 높고 충방전 속도가 빠르며, 기존 배터리에 비해 압도적으로 높은 횟수의 충방전이 가능한 슈퍼 캐패시터(Super Capacitor)가 사용될 수 있다. 따라서, 비상시에만 사용되는 배터리부(2)의 반영구적인 사용이 가능하며, 비상시에 빠른 속도로 전장품에 충분한 전력을 공급할 수 있어 비상시에도 안정적인 전력 확보가 가능하도록 한다.
상기 작동제어부(3)는 배터리부(2)를 통한 전력의 공급을 조절하는 구성으로, 전원공급장치(P)와 연결된 전장품의 작동 제어에도 전력이 공급되지 않는 경우 배터리부(2)를 통해 전장품으로 전력을 공급하도록 할 수 있다. 또한, 상기 작동제어부(3)는 배터리부(2)의 사용이 이루어져 저장된 전력이 감소되는 경우 비상 상황이 해소되고 다시 정상적인 전력 공급이 개시될 때 자동으로 충전이 이루어지도록 하여 별도의 조치 없이도 배터리부(2)의 지속적인 사용이 가능하도록 한다. 또한, 상기 작동제어부(3)는 주전원 및 축전지(100) 모두로부터 전력 공급이 중단되는 경우에만 배터리부(2)를 통해 전력의 공급이 이루어지도록 할 수 있으나, 배터리부(2)가 슈퍼 캐패시터로 형성되는 경우에는 기존 축전지(100)보다 수명이 압도적으로 길고 순간적인 방전량이 높으므로 비상시 축전지(100)에 우선하여 사용되도록 할 수도 있다. 또한, 상기 작동제어부(3)는 축전지(100)와 배터리부(2)의 잔여 수명을 비교하여 잔여 수명이 많은 쪽부터 먼저 사용이 이루어지도록 하여 축전지(100) 및 배터리부(2)를 고르게 사용하도록 할 수도 있다. 이를 위해, 상기 작동제어부(3)는 방전조절부(31), 충전조절부(33), 사용결정부(35)를 포함할 수 있다.
상기 방전조절부(31)는 배터리부(2)를 통한 전장품으로의 전력 공급을 조절하는 구성으로, 제어정보감지모듈(311), 전원공급측정모듈(312), 전력공급모듈(313), 전력소진감지모듈(314), 자동공급전환모듈(315)을 포함할 수 있다.
상기 제어정보감지모듈(311)은 전장품의 작동에 대한 제어정보를 감지하는 구성으로, 전장품의 작동 상태가 on으로 제어되는 정보를 감지하도록 할 수 있다.
상기 전원공급측정모듈(312)은 전장품에 대한 전력의 공급을 측정하는 구성으로, 전원공급장치(P)를 통해 전장품으로 공급되는 전류, 전압을 측정하도록 할 수 있다.
상기 전력공급모듈(313)은 배터리부(2)로부터 전장품으로 전력이 공급되도록 하는 구성으로, 스위치 등을 통해 배터리부(2)를 연결하여 전장품으로 전력이 공급되도록 한다. 상기 전력공급모듈(313)은 비상시 주전원 또는 축전지(100)로부터 전장품에 전력이 공급되지 않는 경우 작동하도록 할 수 있으며, 상기 제어정보감지모듈(311)에 의해 전장품을 작동시키는 정보가 감지되었으나, 전원공급측정모듈(312)에 의해 전장품으로의 전력 공급이 측정되지 않는 경우 비상시로 판단하여 전력이 공급되도록 할 수 있다. 또한, 상기 전력공급모듈(313)은 축전지(100)보다 우선하여 배터리부(2)로부터 비상시 전력이 공급되도록 할 수도 있다. 따라서, 이러한 경우 주전원으로부터 전장품에 전력 공급이 되지 않으면, 바로 배터리부(2)를 연결하여 전장품으로 전력이 공급되도록 할 수 있으며, 배터리부(2)의 잔여 전력량이 일정 한계값까지 소진되면, 자동으로 전력공급원을 축전지(100)로 전환하여 공급하도록 할 수 있다.
상기 전력소진감지모듈(314)은 배터리부(2)의 잔여 전력량이 설정된 한계값까지 소진되는 것을 감지하는 구성으로, 비상시 축전지(100)보다 우선하여 배터리부(2)로부터 전력이 공급되도록 하는 경우 작동하도록 할 수 있다.
상기 자동공급전환모듈(315)은 전력소진감지모듈(314)에 의해 배터리부(2)의 잔여 전력량이 설정된 한계값 이하로 소진되는 것이 감지되는 경우 배터리부(2)와의 연결을 해제하고 축전지(100)로부터 전력이 공급되도록 하는 구성으로, 배터리부(2)의 우선 작동시 배터리부(2)에 저장된 전력이 소진되는 경우 자동으로 축전지(100)로부터 전력 공급이 이루어지도록 하여 비상시 전장품에 대한 전력 공급이 유지되도록 할 수 있다.
상기 충전조절부(33)에 배터리부(2)에 대한 전력의 충전을 조절하는 구성으로, 전원공급장치(P)로 외부 전력의 공급이 개시되는 경우 자동으로 배터리부(2)에 대한 충전이 이루어지도록 하여 배터리부(2)의 지속적인 사용이 가능하도록 한다. 이를 위해, 상기 충전조절부(33)는 전원공급감지모듈(331), 잔여량감지모듈(332), 자동충전모듈(333), 연결해제모듈(334)을 포함할 수 있다.
상기 전원공급감지모듈(331)은 전원공급장치(P)를 통과하는 전장품에 대한 전력의 공급을 감지하는 구성으로, 외부 주전원 또는 축전지(100)로부터 전원공급장치(P)로 교류 전원의 공급되는 것을 감지하도록 한다.
상기 잔여량감지모듈(332)은 배터리부(2)의 잔여 전력량을 감지하는 구성으로, 배터리부(2)가 조금이라도 사용된 상태 또는 설정된 잔여 전력량 이하로 내려가는 것을 감지하도록 할 수 있다.
상기 자동충전모듈(333)은 배터리부(2)를 연결하여 자동으로 충전이 이루어지도록 하는 구성으로, 잔여량감지모듈(332)에 의해 배터리부(2)가 조금이라도 사용된 것이 감지되는 경우 또는 설정된 잔여량 이하로 내려가는 것이 감지되는 경우 외부로부터 공급되는 전력에 의해 배터리부(2)를 충전하도록 할 수 있다.
상기 연결해제모듈(334)은 배터리부(2)와의 연결을 해제하는 구성으로, 배터리부(2)가 완충되는 경우 배터리부(2)와의 연결을 자동으로 해제하여 배터리부(2)가 과충전되는 것을 막고 전장품으로 원활한 전력 공급이 이루어지도록 한다.
상기 사용결정부(35)는 축전지(100) 또는 배터리부(2)의 사용을 선택적으로 결정하도록 하는 구성으로, 주전원으로부터 전장품으로의 전력 공급이 차단되는 경우 축전지(100) 또는 배터리부(2) 중 하나를 우선적으로 작동시키지 않고 각각의 잔여 수명을 고려하여 작동을 선택하도록 할 수 있다. 이러한 경우 축전지(100) 또는 배터리부(2)가 잔여 수명에 따라 고르게 사용되어 균형적인 사용을 통해 축전지(100) 및 배터리부(2)의 사용 수명을 연장하도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 사용결정부(35)는 수명산출모듈(351), 잔여수명비교모듈(352), 공급결정모듈(353)을 포함할 수 있다.
상기 수명산출모듈(351)은 축전지(100), 배터리부(2)의 잔여 수명을 산출하는 구성으로, 전체전력량저장모듈(351a), 사용량수집모듈(351b), 잔여수명연산모듈(351c)을 포함할 수 있다.
상기 전체전력량저장모듈(351a)은 축전지(100), 배터리부(2) 각각이 수명주기 동안 충방전될 수 있는 전체 전력량 정보를 저장하는 구성으로, 축전지(100), 배터리부(2)의 사양에 따라 미리 설정된 사용 가능한 전체 전력량 정보를 저장하도록 한다.
상기 사용량수집모듈(351b)은 축전지(100), 배터리부(2) 각각에 대해 충방전되는 전력량 정보를 수집하는 구성으로, 축전지(100), 배터리부(2) 각각으로부터 충전 및 방전되는 전력량을 누적 합산하여 사용정보를 수집하도록 한다.
상기 잔여수명연산모듈(351c)은 축전지(100), 배터리부(2) 각각에 대한 전체 사용 가능한 충방전 전력량 대비 현재 사용한 충방전 전력량의 비율에 따라 잔여 수명을 계산하는 구성으로, 전체 사용 가능한 전력량에서 사용?h 전력량을 차감하여 전체 전력량 대비 비율에 따라 잔여 수명을 계산하도록 할 수 있다.
상기 잔여수명비교모듈(352)은 상기 잔여수명산출모듈(351)에 의해 산출된 축전지(100), 배터리부(2) 각각의 잔여 수명을 비교하는 구성으로, 주전원으로부터 전장품으로 전력이 공급되지 않는 비상 상황이 발생하는 경우 발생시점의 축전지(100), 배터리부(2) 각각에 대한 잔여 수명을 비교하도록 한다.
상기 공급결정모듈(353)은 비상시 전장품으로 전력을 공급할 장치를 결정하는 구성으로, 잔여수명비교모듈(352)에 의한 비교 결과에 따라 잔여 수명이 많은 축전지(100) 또는 배터리부(2)를 선택하도록 한다. 따라서, 잔여 수명이 많이 남은 축전지(100) 또는 배터리부(2)로부터 사용이 이루어져 축전지(100), 배터리부(2)의 고른 사용이 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 철도차량용 전원공급장치(P')를 도 6 내지 도 7를 참조하여 설명하면, 상기 전원공급장치(P')는 회로부(1)가 주회로부(11) 및 부회로부(13)를 포함하도록 할 수 있으며, 회로제어부(4)를 통해 회로부(1)의 연결을 조절하도록 할 수 있다.
본 발명은 일 실시예에서 살펴본 바와 같이 전원공급장치(P') 내에 배터리부(2)를 추가로 형성하여 비상시 전장품에 대한 전력의 공급을 보장하도록 하는데, 회로부(1)의 고장이 발생할 경우 전원공급장치(P')가 그 기능을 할 수 없어 전장품에 대한 전력의 공급이 이루어질 수 없게 된다.
따라서, 본 발명에서는 회로부(1)를 동일한 회로 구성을 갖는 주회로부(11)와 부회로부(13)로 나뉘어 구성되도록 하고, 평상시 주회로부(11)를 통해 전장품으로 전력이 공급되도록 하면서, 주회로부(11)의 고장이 발생하는 경우 부회로부(13)로 연결을 전환하여 전장품으로 전력의 공급이 이루어지도록 함으로써 주회로부(11)의 고장에도 비상시 전련 공급을 보장할 수 있도록 한다.
상기 회로부(1)는 앞서 일 실시예에서 살펴본 바와 같으며, 주회로부(11) 및 부회로부(13)도 스위칭 장치, 정류 다이오드, 트랜지스터 등의 동일한 구성을 갖는다. 다만, 회로부(1)의 구성을 간소화하고 전원공급장치(P')의 부피를 최소화하기 위해 주회로부(11) 및 부회로부(13)가 일부 구성을 공유하도록 구성할 수도 있다. 이를 위해, 상기 회로부(1)의 고장 발생시마다 고장이 발생된 부위를 검출하여 그 횟수를 파악하도록 할 수 있으며, 설정된 기간 동안 설정된 횟수 미만으로 고장이 발생하는 구성에 대해서는 주회로부(11) 및 부회로부(13)의 구성시 서로 공유하여 동일한 구성을 사용하도록 할 수 있다. 따라서, 고장이 적게 발생하는 회로 구성에 대해서는 주회로부(11) 및 부회로부(13)가 하나의 구성을 서로 공유하도록 하여 전원공급장치(P')의 부피를 최소화하도록 할 수 있다.
상기 회로제어부(4)는 회로부(1)의 연결을 조절하는 구성으로, 주회로부(11) 및 부회로부(13)의 연결을 조절하도록 한다. 상기 회로제어부(4)는 주회로부(11)의 고장이 발생하는 경우 부회로부(13)로 연결을 전환하여 전장품에 대한 전력 공급을 확보하도록 할 수 있으며, 이에 더해 주회로부(11)를 통한 전원공급장치(P')로부터의 출력이 반복하여 저하되는 경우에도 부회로부(13)로 연결을 전환하면서 주회로부(11)에 대한 점검이 이루어지도록 하여 회로부(1)의 관리가 효율적으로 이루어지도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 회로제어부(4)는 고장전환부(41) 및 점검전환부(43)를 포함할 수 있다.
상기 고장전환부(41)는 주회로부(11)의 고장이 발생하는 경우 부회로부(13)로 연결을 전환하는 구성으로, 작동감지모듈(411), 고장정보감지모듈(412), 회로전환모듈(413)을 포함할 수 있다.
상기 작동감지모듈(411)은 전장품이 작동되는 정보를 감지하는 구성으로, 전장품에 대한 제어정보를 수신하여 ON 상태로 제어되는 정보를 감지하도록 할 수 있다.
상기 고장정보감지모듈(412)은 주회로부(11)의 고장이 발생하는 것을 감지하는 구성으로, 전원공급장치(P')로 공급되는 전력과 전원공급장치(P')에서 전장품으로 공급되는 전력을 측정하여 전원공급장치(P')로 전력이 공급되었으나 전장품으로 전력이 공급되지 않는 상태를 고장 상태로 감지하도록 한다.
상기 회로전환모듈(413)은 주회로부(11)의 연결을 부회로부(13)로 전환시키는 구성으로, 작동감지모듈(411)에 의해 전장품이 ON 상태로 제어되는 것을 감지하였으나, 고장정보감지모듈(412)에 의해 주회로부(11)의 고장 상태가 감지되는 경우 회로의 연결을 전환하여 부회로부(13)를 통해 전장품으로 전력이 공급되도록 한다.
상기 점검전환부(43)는 주회로부(11)의 고장이 발생하지는 않았으나, 주회로부(11)를 통한 출력이 저하되는 상태가 반복되는 경우 이를 감지하여 주회로부(11)의 기능이 저하된 상태를 알리고, 회로의 연결을 부회로부(13)로 전환시켜 주회로부(11)에 대한 점검이 이루어질 수 있도록 한다. 따라서, 상기 점검전환부(43)는 주회로부(11)에 대한 고장 상태 뿐만 아니라 기능이 저하되는 상태도 감지할 수 있어 회로부(1)의 고장이 발생하기 전에 미리 점검이 이루어지도록 할 수 있으므로 효율적인 관리가 가능하도록 한다. 상기 점검전환부(43)는 출력저하감지모듈(431), 저하지수산정모듈(432), 한계값비교모듈(433), 연결전환모듈(434), 점검지시모듈(435)을 포함할 수 있다.
상기 출력저하감지모듈(431)은 주회로부(11)를 통과하여 전장품으로 공급되는 출력이 저하되는 것을 감지하는 구성으로, 설정된 정상 출력보다 낮아지는 것을 감지하도록 한다.
상기 저하지수산정모듈(432)은 출력저하감지모듈(431)에 의해 감지되는 정상 출력보다 낮아지는 정도를 누적 저장하여 주회로부(11)의 출력이 저하되는 정도인 저하지수를 산정하는 구성으로, 정상출력에서 저하되는 정도를 누적 합산하여 저하지수를 산정하도록 한다.
상기 한계값비교모듈(433)은 산정된 저하지수를 설정된 한계값과 비교하는 구성으로, 주회로부(11)의 기능 저하로 판단할 수 있는 저하지수를 한계값으로 설정하여 비교가 이루어지도록 한다.
상기 연결전환모듈(434)은 한계값비교모듈(433)에 의한 비교결과 저하지수가 한계값을 초과하는 경우 주회로부(11)의 연결을 부회로부(13)로 전환하는 구성으로, 주회로부(11)에 대한 연결을 해제하여 점검이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 점검지시모듈(435)은 연결전환모듈(434)에 의해 주회로부(11)의 연결이 해제되는 경우 주회로부(11)에 대한 점검을 지시하는 구성으로, 별도의 관리자단말기를 통해 점검을 지시하여 기능이 저하된 주회로부(11)에 대한 회로 점검이 이루어지도록 할 수 있다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
1: 회로부 11: 주회로부
13: 부회로부 2: 배터리부
3: 작동제어부 31: 방전조절부
33: 충전조절부 35: 사용결정부
4: 회로제어부 41: 고장전환부
43: 점검전환부
100: 축전지

Claims (10)

  1. 교류전원을 직류전원으로 변환하여 철도차량 내 전장품에 공급하는 전원공급장치에 있어서,
    교류전원을 직류전원으로 변환하는 회로를 형성하는 회로부와, 상기 회로부의 출력단에 형성되어 비상시 저장된 전력을 전장품에 공급하는 배터리부와, 상기 배터리부와 철도차량에 별도로 배치되는 축전지의 잔여수명에 따라 비상시 전장품으로 전력을 공급할 축전지 또는 배터리부를 선택하여 결정하는 사용결정부와, 상기 회로부의 연결을 조절하는 회로제어부를 포함하고,
    상기 사용결정부는,
    축전지 및 배터리부의 잔여 수명을 산출하는 수명산출모듈과, 축전지 및 배터리부의 잔여 수명을 비교하는 잔여수명비교모듈과, 잔여 수명이 긴 축전지 또는 배터리부로부터 전장품에 전력을 공급하도록 하는 공급결정모듈을 포함하며,
    상기 수명산출모듈은,
    축전지 및 배터리부의 수명 주기 동안 사용할 수 있는 전력량 정보를 저장하는 전체전력량저장모듈과, 현재까지 사용한 축전지 및 배터리부의 사용 전력량 정보를 수집하는 사용량수집모듈과, 전체 사용 가능 전력량에 대한 현재까지 사용한 전력량의 비율을 이용하여 잔여 수명을 계산하는 잔여수명연산모듈을 포함하고,
    상기 회로부는 ,
    평상시 전장품으로 전력을 공급하는 주회로부와, 상기 주회로부의 고장시 연결되어 전장품에 전력을 공급하는 부회로부를 포함하며,
    상기 회로제어부는 상기 주회로부의 고장시 부회로부로 연결을 전환하는 고장전환부를 포함하며,
    상기 고장전환부는,
    전장품의 작동을 제어하는 정보를 감지하는 작동감지모듈과, 상기 주회로부로의 전력 공급이 중단되는 고장정보를 감지하는 고장정보감지모듈과, 주회로부로의 전력 공급이 중단되는 경우 자동으로 부회로부로 회로의 연결을 전환하는 회로전환모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 전원공급장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 배터리부는
    슈퍼 캐패시터로 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 전원공급장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전원공급장치는
    상기 배터리부로부터 전장품에 대한 전력의 공급을 조절하는 방전조절부를 포함하고,
    상기 방전조절부는,
    전장품에 대한 작동을 제어하는 정보를 감지하는 제어정보감지모듈과, 전장품의 작동 개시후 전장품으로의 전원 공급을 측정하는 전원공급측정모듈과, 전장품으로 전원이 공급되지 않는 경우 배터리부로부터 전장품에 전력을 공급하도록 하는 전력공급모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 전원공급장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전원공급장치는
    상기 배터리부에 대한 충전 작동을 조절하는 충전조절부를 포함하고,
    상기 충전조절부는,
    전원공급장치를 통과하는 전장품에 대한 전원의 공급을 감지하는 전원공급감지모듈과, 상기 배터리부의 잔여 전력량을 감지하는 잔여량감지모듈과, 배터리부의 잔여 전력량이 설정값 미만인 경우 전원공급장치를 통과하는 전력을 이용하여 배터리부를 자동으로 충전하는 자동충전모듈과, 배터리부의 완충 후 배터리부와의 연결을 해제하는 연결해제모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 전원공급장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 방전조절부는
    상기 배터리부에 저장된 전력이 소진되는 것을 감지하는 전력소진감지모듈과, 배터리부의 전력이 소진되는 경우 철도차량의 별도 축전지로부터 전장품으로 전력이 공급되도록 하는 자동공급전환모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 전원공급장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전원공급장치는
    상기 주회로부에 의한 출력이 저하되는 것을 감지하여 점검이 이루어지도록 하는 점검전환부를 포함하고,
    상기 점검전환부는,
    주회로부의 출력 저하를 감지하는 출력저하감지모듈과, 출력이 저하되는 정도를 누적 저장하여 저하지수를 산정하는 저하지수산정모듈과, 저하지수를 설정된 한계값과 비교하는 한계값비교모듈과, 저하지수가 한계값을 초과하는 경우 주회부로의 연결을 부회로부로 전환하는 연결전환모듈과, 연결의 전환과 함께 주회로부의 점검을 지시하는 점검지시모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 전원공급장치.
  10. 삭제
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