KR101082001B1 - 하이브리드 전기철도차량의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 전기철도차량의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기철도차량의 주행 상태에 따라 에너지의 흐름을 각각 별개로 제어함으로써, 에너지 사용 효율을 극대화시키고, 전차선의 전압 변동을 억제하며, 차상 장치의 손상을 방지할 수 있는 하이브리드 전기철도차량의 제어방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명에 따른 하이브리드 전기철도차량은, 에너지 저장장치 및 에너지 생성용 엔진으로부터 구동 전원을 공급받는 하이브리드 전기철도차량이나, 에너지 저장장치 및 전차선으로부터 구동 전원을 공급받는 하이브리드 전기철도차량의 상태를 정차 시, 발차 시, 가속 시, 제동 시 및 타행 시 등의 주행 상태로 구분하고, 상기 각 주행 상태별로 에너지 저장장치에 충전된 전원을 구동 전원으로써 공급하거나, 생성된 회생 전원을 상기 에너지 저장장치에 충전하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

하이브리드, 전기철도차량, 주행 상태, 에너지 저장장치, 구동 전원, 회생 전원

Description

하이브리드 전기철도차량의 제어방법{Control method of hybrid eletric railway car}

본 발명은 하이브리드 전기철도차량의 제어방법에 관한 것으로, 특히 정차 시, 발차 시, 가속 시, 제동 시 및 타행 시 등 전기철도차량의 주행 상태에 따라 에너지의 흐름을 각각 별개로 제어함으로써 에너지 사용 효율을 극대화시키고, 전차선의 전압 변동을 억제하며, 차상 장치의 손상을 방지할 수 있는 하이브리드 전기철도차량의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기철도차량(electric railway car)은 회생 제동 방식을 채택하고 있으며, 회생 제동이라 함은 전동차의 주전동기를 발전기로 작동시킴으로써, 전기철도차량의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환해 회수하고 제동력을 발휘하는 전기 제동 방법을 일컫는다.

즉, 전기철도차량은 가속된 당해 전기철도차량이 주행 중 정차를 위해 감속을 할 때, 전기철도차량의 운동에너지를 이용하여 주전동기를 통해 발전을 하고, 이를 전차선으로 되돌리는 방식으로 회생 제동 방식을 이용한다.

따라서, 회생 제동 방식을 채용한 전기철도차량은 전체 시스템의 전력 소모량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 주전동기를 발전기로 사용시의 회전 저항(혹은, 발전 저항)을 제동력으로 이용함으로써 기계적 제동에 의한 소음 문제나 브레이크슈의 마모를 방지하는 등의 장점을 가지고 있다.

그러나, 종래에는 이상과 같은 전기철도차량의 발전 전기를 전차선(trolly wire)에 그대도 되돌리는 경우에, 회생 시 순간적으로 발생된 전기 에너지가 전차선의 전압을 변동시켜 당해 전기철도차량의 시스템을 불안정하게 한다는 문제점이 있었다.

이에, 이상과 같은 문제점을 해결하기 위해, 차상 장치에 의한 방법으로는 차량 하부에 회생 저항기를 설치하여 발전 전기를 방전하는 방법이 사용되고 있다.

그리고, 지상 장치에 의한 방법으로는 교류 급전 시스템의 경우 변전소에서 회생전력을 전원측으로 반환하고, 직류 급전 시스템의 경우 회생용 인버터를 설치하여 전차선의 전압을 교류로 전환하여 전원측으로 반환하거나 혹은 지상용 에너지저장시스템을 도입하여 회생 에너지를 재활용하는 방식이 사용되고 있다.

그러나, 상기 회생 저항기를 사용하는 방식의 경우에는 회생 에너지가 열로서 소모되므로 에너지 사용 효율이 낮다는 문제점이 있었다.

그리고, 교류 급전시스템 및 직류 시스템의 회생용 인버터를 사용하는 방식의 경우에는 여러 대의 전기철도차량에서 발생하는 회생전력이 아무런 여과 없이 전원측으로 반환되므로, 고조파에 의한 수용가의 피해가 발생하거나 혹은 철도 신 호설비의 주파수 간섭이 발생하는 등의 문제가 있었다.

나아가, 지상용 에너지저장시스템을 도입한 경우에는 전차선의 저항에 의해 회생 에너지가 열로서 소모되므로, 이 역시 에너지 사용 효율이 낮다는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 정차 시, 발차 시, 가속 시, 제동 시 및 타행 시 등 전기철도차량의 주행 상태에 따라 에너지의 흐름을 각각 별개로 제어함으로써 에너지 사용 효율을 극대화시키고, 전차선의 전압 변동을 억제하며, 차상 장치의 손상을 방지할 수 있는 하이브리드 전기철도차량의 제어방법을 제공하고자 한다.

이를 위해, 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법은, 에너지 저장장치 및 에너지 생성용 엔진으로부터 구동 전원을 공급받는 하이브리드 전기철도차량의 제어방법에 있어서, 상기 전기철도차량의 주행상태를 판단하는 단계; 및 상기 주행상태 판단결과, 상기 전기철도차량이 정차 시에는 상기 에너지 저장장치에 충전되어 있는 구동 전원을 보조전원장치로 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법은, 에너지 저장장치 및 전차선으로부터 구동 전원을 공급받는 하이브리드 전기철도차량의 제어방법에 있어서, 상기 전기철도차량의 주행상태를 판단하는 단계; 및 상기 주행상태 판단결과, 상기 전기철도차량이 정차 시에는 상기 에너지 저장장치에 충전되어 있는 구동 전원을 보조전원장치로 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으 로 한다.

이때, 상기 주행상태 판단결과, 상기 전기철도차량이 발차 시에는 상기 에너지 저장장치에 충전되어 있는 구동 전원을 이용하여 상기 전기철도차량의 주전동기를 구동시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 주행상태 판단결과, 상기 전기철도차량이 가속 시에는 상기 에너지 저장장치에 충전되어 있는 구동 전원과 상기 에너지 생성용 엔진을 통해 생성된 구동 전원을 이용하여 상기 전기철도차량의 주전동기를 구동시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 주행상태 판단결과, 상기 전기철도차량이 가속 시에는 상기 에너지 저장장치에 충전되어 있는 구동 전원과 상기 전차선을 통해 공급된 구동 전원을 이용하여 상기 전기철도차량의 주전동기를 구동시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 주행상태 판단결과, 상기 전기철도차량이 제동 시에는 상기 전기철도차량의 주전동기를 발전기로 사용하여 회생 전원을 생성시키고, 상기 생성된 회생 전원을 상기 에너지 저장장치 및 보조전원장치에 공급하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 주행상태 판단결과, 상기 전기철도차량이 타행 시에는 상기 전기철도차량의 타행력에 의해 구동되는 발전기에 의해 회생 전원을 생성시키고, 상기 생성된 회생 전원을 보조전원장치에 공급하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에너지 저장장치의 충전율이 낮은 경우에는, 상기 에너지 생성용 엔진에 의해 생성된 회생 전원을 상기 에너지 저장장치에 충전하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 주행상태 판단결과, 상기 전기철도차량이 타행 시에는 상기 전차선에서 공급되는 구동 전원을 보조전원장치에 공급하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에너지 저장장치의 충전율이 낮은 경우에는, 상기 전차선에서 공급되는 구동 전원을 상기 에너지 저장장치에 충전하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에너지 저장장치는 전체 용량의 50% 이상 60% 이하까지만 충전되는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법에 의하면, 정차 시, 발차 시, 가속 시, 제동 시 및 타행 시 등 전기철도차량의 주행 상태에 따라 에너지의 흐름을 각각 별개로 제어함으로써 에너지 사용 효율을 극대화 시킬 수 있게 한다.

또한, 전차선의 전압 변동을 억제함으로써 전기철도차량의 시스템의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있게 한다.

나아가, 고조파에 의한 차상 장치의 손상을 방지함으로써 차량의 정시성 및 유지보수를 용이하게 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법을 설명하기 위한 구성도이고, 도 2 내지 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법을 전기철도차량의 각 주행 상태별로 나타낸 것이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예가 적용되는 전기철도차량(100)은 전차선(혹은, '트롤리선' 이라고도 함)으로부터 구동 전원을 공급받아 운행되는 것이 아닌, 에너지 저장장치(140)에 충전되어 있는 구동 전원과 에너지 생성용 엔진(170)을 구동시킴으로써 발전기(160)에서 생성된 구동 전원을 공급받아 운행되는 것이다.

이를 위해, 상기 전기철도차량(100)은 차륜(110)과, 회전축을 통해 차륜(110)에 연결되어 상기 차륜(110)을 회전시키는 주전동기(120)와, 전력변환장치(130)의 하나로서 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터(131) 및 전력변환장치(130)의 다른 하나로서 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터(132)를 포함한다.

또한, 전기철도차량(100)의 주행에 사용되는 구동 전원이 충전 및 저장되는 에너지 저장장치(140)와, 차량에 설치된 출입문, 조명장치, 냉난방장치 및 방송장치 등과 같은 부대시설에 전원을 공급하는 보조전원장치(150)와, 구동용 전원을 생성하는 발전기(160) 및 디젤 혹은 연료전지(fuel cell) 등의 연료를 이용하여 구동됨으로써 상기 발전기(160)를 가동시키는 에너지 생성용 엔진(170)을 포함한다.

단, 상기 에너지 저장장치(140)는 차륜(110)에 연결된 플라이휠(fly wheel), 슈퍼캐패시터, 2차전지 및 초전도 자기에너지 저장장치(SMES: Superconducting Magnetic Energy Storage) 등과 같은 다양한 에너지 저장매체를 사용하여 구성될 수 있으며, 필요에 따라서는 이상과 같은 에너지 저장매체들을 서로 조합하여 구성될 수도 있다.

그리고, 상기 보조전원장치(150)로는 전동 발전기(미도시)가 사용될 수 있으나, 발열에 의해 차량 내부의 온도가 올라가는 것을 방지할 수 있도록 정지형 인버터(SIV: static inverter)로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법은 이상과 같은 전기철도차량(100)의 주행 상태를 정차 시, 발차 시, 가속 시, 제동 시 및 타행 시로 각각 구분하고, 상기 각 주행 상태별로 에너지 저장장치에 충전된 전원을 구동 전원으로써 공급하거나, 생성된 회생 전원을 상기 에너지 저장장치에 충전하도록 제어한다.

이를 위해, 본 발명은 전기철도차량(100)의 주행상태를 판단하는 단계 및 주 행상태 판단결과, 전기철도차량(100)이 정차 시에는 에너지 저장장치(140)에 충전되어 있는 구동 전원을 보조전원장치(150)로 공급하는 단계를 포함한다.

즉, 도 2와 같이, 전기철도차량(100)이 운행을 멈추고 정차 시에는 에너지 저장장치(140)에 충전되어 있는 전원을 보조전원장치(150)로 공급함으로써, 정차 시에도 출입문, 조명장치, 냉난방장치 및 방송장치 등과 같은 부대시설이 작동될 수 있게 한다.

그러므로, 본 발명은 전차선이나 그외 전력 공급장치 등으로부터 에너지를 공급받을 필요 없이, 회생 에너지가 충전되어 있는 에너지 저장장치의 전원을 부대시설의 작동에 사용함으로써, 에너지 사용 효율을 높일 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 주행상태 판단결과, 전기철도차량(100)이 발차 시에는 에너지 저장장치(140)에 충전되어 있는 구동 전원을 이용하여 전기철도차량(100)의 주전동기(120)를 구동시키는 단계를 포함한다.

즉, 도 3과 같이, 전기철도차량(100)이 발차 시에는 에너지 저장장치(140)에 충전되어 있던 직류 구동 전원이 인버터(131)로 공급되고, 인버터(131)는 공급된 직류 구동 전원을 교류 구동 전원으로 변환하여 주전동기(120)에 제공함으로써 주전동기(120)가 구동될 수 있도록 한다. 따라서, 차륜(110)이 주전동기(120)에 의해 회전하여 전기철도차량(100)이 주행을 시작할 수 있도록 한다.

단, 이러한 동작은 전기철도차량(100)의 발차 직후 약 25Km/h가 될 때까지 계속 유지되는 것이 바람직하다.

물론, 전기철도차량(100)의 발차 시에도 차량 내 각종 부대시설은 상술한 바와 같이 에너지 저장장치(140)로부터 전원을 공급받는 보조전원장치(150)에 의해 작동될 것이나, 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

또한, 본 발명은 주행상태 판단결과, 전기철도차량(100)이 가속 시에는 에너지 저장장치(140)에 충전되어 있는 구동 전원과 에너지 생성용 엔진(170)을 통해 생성된 구동 전원을 이용하여 상기 전기철도차량(100)의 주전동기(120)를 구동시키는 단계를 포함한다.

즉, 전기철도차량(100)의 가속 시에는 더욱 큰 구동 전원이 필요하게 된다. 그러므로, 도 4와 같이 에너지 저장장치(140)에 충전되어 있던 직류의 구동 전원을 인버터(131)를 통해 주전동기(120)에 제공한다. 아울러, 에너지 생성용 엔진(170)을 구동시키고, 그에 따라 발전기(160)가 가동되면서 발생한 교류 구동 전원을 컨버터(132)에 공급하고, 컨버터(132)는 교류 구동 전원을 직류로 변환하여 인버터(131)로 공급하여, 주전동기(120)에 추가적인 구동 전원이 제공되도록 함으로써, 차륜(110)의 회전을 더욱 가속 시킬 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 주행상태 판단결과, 전기철도차량(100)이 제동 시에는 전기철도차량(100)의 주전동기(120)를 발전기로 사용하여 회생 전원을 생성시키고, 그 생성된 회생 전원을 에너지 저장장치(140) 및 보조전원장치(150)에 공급하는 단계를 포함한다.

즉, 도 5와 같이, 제동 시에는 주전동기(120)를 발전기로 사용함으로써 전기철도차량(100)의 운동에너지가 전기에너지로 변환되고, 이를 통해 생성된 교류의 회생 전원을 인버터(131)에 공급하면, 인버터(131)는 교류의 회생 전원을 직류로 변환하여 에너지 저장장치(140)가 충전되도록 한다. 또한, 회생 전원을 보조전원장치(150)에 공급하여 그 회생 전원에 의해 각종 부대시설이 작동될 수 있게 한다.

따라서, 발전 저항에 의해 전기철도차량(100)의 제동이 이루어지므로 소음이 발생하는 것을 방지하거나 브레이크슈 등의 마모를 방지함은 물론, 회생 전원을 대지로 방전하는 것이 아닌 에너지 저장장치(140) 및 보조전원장치(150)에 공급하여 전원으로 사용할 수 있도록 함으로써 에너지 사용 효율을 높일 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 주행상태 판단결과, 상기 전기철도차량(100)이 타행(coasting) 시에는 타행력에 의해 구동되는 발전기(160)에 의해 전원을 생성시키고, 상기 생성된 회생 전원을 보조전원장치(150)에 충전하는 단계를 포함한다.

즉, 도 6과 같이, 전기철도차량(100)이 가속 중 가속 핸들을 사용하지 않고 관성(혹은, 타행력)에 의해 계속 주행하거나 언덕길을 내려가는 등의 타행 시에는 그때 발생된 타행력을 이용하여 발전기(160)를 구동시킨다.

그리고, 발전기(160)가 구동됨으로써 생성된 교류의 회생 전원이 컨버터(132)에 공급되면, 컨버터(132)는 교류의 회생 전원을 직류로 변환하여 보조전원장치(150)에 공급하도록 한다.

따라서, 타행 시 발생하는 회생 전원을 보조전원장치(150)에 공급하여 각종 부대시설을 작동시킬 수 있으므로, 회생 전원이 실효되는 것을 방지하고 에너지 사용 효율을 높일 수 있게 한다.

한편, 전원감시부(미도시)를 통해 감시된 에너지 저장장치(140)의 충전율이 낮은 경우에는, 타행 시 발전기(160)에 의해 생성된 전원을 보조전원장치(150)를 비롯하여 에너지 저장장치(140)에도 공급함으로써, 여분의 전원을 통해 에너지 저장장치(140)가 충전될 수 있도록 한다.

단, 타행 시 생성된 회생 전원을 에너지 저장장치(140)에 충전시에는 해당 에너지 저장장치(140)의 전체 용량의 50% 이상 60% 이하까지만 충전되도록 하는 것이 바람직한데, 이는 전기철도차량(100)의 제동 시에 생성된 회생 전원을 저장하기 위한 여유 공간을 확보하여 제동 시의 회생 전원 활용도를 높이기 위한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법을 설명하기 위한 구성도이고, 도 8 내지 도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법을 전기철도차량의 각 주행 상태별로 나타낸 것이다.

본 발명의 제2실시예는, 본 발명의 제1실시예의 전기철도차량이 전차선을 통해 구동 전원을 공급받지 않았음에 비해, 전기철도차량이 전차선으로부터 구동 전 원을 공급받는 구성을 예로 든 것이다.

또한, 이상과 같이 전차선으로부터 구동 전원을 공급받는 전기철도차량을 다시 전차선으로부터 교류 전력을 공급받는 교류 시스템 방식의 전기철도차량과 전차선으로부터 정류된 직류 전력을 공급받는 직류 시스템 방식의 전기철도차량으로 구분한 구성을 각각 예로 든 것이다.

먼저, 도 7의 (a)와 같이, 교류 시스템 방식의 전기철도차량(200a)은 차륜(210)과, 회전축을 통해 차륜(210)에 연결되어 있는 주전동기(220)와, 전력변환장치(230)로서 전차선(TL) 및 집전장치인 팬터그래프(P)를 통해 공급된 전력을 전기철도차량(200a)의 운행에 적당하게 변압하는 주변압기(231)와, 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터(232)와, 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터(233)와, 전기철도차량(200a)의 구동 전원이 충전 및 저장되는 에너지 저장장치(240) 및 차량에 설치된 각종 부대시설에 전원을 공급하는 보조전원장치(250)를 포함한다.

즉, 교류 시스템 방식의 전기철도차량(200a)은 에너지 저장장치(240)에 충전되어 있는 구동 전원과 전차선(TL)으로부터 공급된 교류 전력을 변압한 구동 전원을 그 운행에 사용한다.

그리고, 도 7의 (b)와 같이, 직류 시스템 방식의 전기철도차량(200b)은 차륜(210)과, 회전축을 통해 차륜(210)에 연결되어 있는 주전동기(220)와, 전력변환장치로서 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터(233)와, 전기철도차량(200b)의 구동 전원이 충전 및 저장되는 에너지 저장장치(240) 및 각종 부대시설에 전원을 공급하는 보조전원장치(250)를 포함한다.

즉, 직류 시스템 방식의 전기철도차량(200b)은 에너지 저장장치(240)에 충전되어 있는 구동 전원과 전차선(TL)으로부터 공급된 직류 전력을 구동 전원으로 사용한다.

한편, 이상과 같은 교류 시스템 방식 및 직류 시스템 방식의 전기철도차량(200a, 200b)에 있어서, 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법은 전기철도차량(200a, 200b)의 주행상태를 판단하는 단계 및 주행상태 판단결과, 전기철도차량(200a, 200b)이 정차 시에는 에너지 저장장치(240)에 충전되어 있는 구동 전원을 보조전원장치(250)로 공급하는 단계를 포함한다.

즉, 도 8의 (a) 및 (b)와 같이, 전기철도차량(200a, 200b)이 운행을 멈추고 정차 시에는 에너지 저장장치(240)에 충전되어 있는 전원을 보조전원장치(250)로 공급하여 상술한 각종 부대시설을 작동시킨다. 따라서, 상술한 바와 같이 에너지 사용 효율을 높일 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 주행상태 판단결과, 전기철도차량(200a, 200b)이 발차 시에는 에너지 저장장치(240)에 충전되어 있는 구동 전원을 이용하여 전기철도차량(200a, 200b)의 주전동기(220)를 구동시키는 단계를 포함한다.

즉, 도 9의 (a) 및 (b)와 같이, 전기철도차량(200a, 200b)이 발차 시에는 에너지 저장장치(240)에 충전되어 있던 직류의 구동 전원이 인버터(233)로 공급되고, 인버터(233)는 공급된 직류 구동 전원을 교류 구동 전원으로 변환하여 주전동기(220)에 제공함으로써 주전동기(220)가 구동될 수 있도록 한다.

따라서, 차륜(210)이 주전동기(220)에 의해 회전하며 전기철도차량(200a, 200b)이 주행을 시작할 수 있도록 한다.

단, 이러한 동작은 전기철도차량(200a, 200b)의 발차 직후 일정 속도(약 25Km/h)가 될 때까지 계속 유지되며, 이때 에너지 저장장치(240)에 충전되어 있는 전원을 보조전원장치(250)에 공급함은 이미 위에서 설명한 바 있다.

또한, 본 발명은 주행상태 판단결과, 전기철도차량(200a, 200b)이 가속 시에는 에너지 저장장치(240)에 충전되어 있는 구동 전원과 상기 전차선(TL)을 통해 공급된 구동 전원을 이용하여 전기철도차량(200a, 200b)의 주전동기(220)를 구동시키는 단계를 포함한다.

즉, 도 10의 (a)와 같이, 교류 시스템 방식에서는 에너지 저장장치(240)에 충전되어 있던 직류의 구동 전원을 인버터(233)를 통해 주전동기(220)에 공급한다. 아울러, 전차선(TL)으로부터 공급된 교류 전력을 주변압기(231)에서 변압하여 컨버터(232)로 공급하면, 컨버터(232)는 변압된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 인버터(233)로 공급하고, 인버터(233)는 직류 전원을 다시 교류 전원으로 변환하여 그 변환된 구동 전원을 주전동기(220)에 공급함으로써 차륜(210)의 회전을 더욱 가속 시킬 수 있게 한다.

그리고, 도 10의 (b)와 같이, 직류 시스템 방식에서는 에너지 저장장치(240) 에 충전되어 있던 직류의 구동 전원을 인버터(233)를 통해 주전동기(220)에 공급한다.

아울러, 전차선(TL)으로부터 공급된 직류 전력을 인버터(233)로 공급하고, 인버터(233)는 직류 전원을 다시 교류 전원으로 변환하여 주전동기(220)에 공급함으로써 차륜(210)의 회전을 더욱 가속 시킬 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 주행상태 판단결과, 전기철도차량(200a, 200b)이 제동 시에는 전기철도차량(200a, 200b)의 주전동기(220)를 발전기로 사용하여 회생 전원을 생성시키고, 그 생성된 회생 전원을 에너지 저장장치(240) 및 보조전원장치(250)에 공급하는 단계를 포함한다.

즉, 도 11의 (a) 및 (b)와 같이, 제동 시에는 주전동기(220)를 발전기로 사용함으로써 전기철도차량(200a, 200b)의 운동에너지를 전기에너지로 변환하고, 이를 통해 생성된 교류의 회생 전원을 인버터(233)에 공급하면, 인버터(233)는 교류의 회생 전원을 직류로 변환하여 에너지 저장장치(240) 및 보조전원장치(250)에 공급되도록 한다.

따라서, 회생 에너지를 최대한 활용함으로써, 제동시 소음이 발생하는 것을 방지하거나 브레이크슈 등의 마모를 방지함은 물론, 회생 전원을 에너지 저장장치(240) 및 보조전원장치(250)에 공급하여 재사용될 수 있도록 함으로써 에너지 사용 효율을 높일 수 있게 한다.

뿐만 아니라, 다수의 전기철도차량(200a, 200b)으로부터 생성된 회생 전원이 전차선(TL)으로 흘러들어가지 않게 되므로 전차선(TL)에 고조파가 유입되거나 전차선(TL)의 전압이 변동되는 것을 방지할 수도 있게 한다.

또한, 본 발명은 주행상태 판단결과, 전기철도차량(200a, 200b)이 타행 시에는 전차선(TL)에서 공급되는 구동 전원을 보조전원장치(250)에 공급하는 단계를 포함한다.

즉, 도 12의 (a)와 같이, 교류 시스템 방식에서는 전차선(TL) 및 팬터그래프(P)를 통해 공급된 교류 전력을 주변압기(231)에서 변압하여 컨버터(232)로 공급하고, 컨버터(232)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 보조전원장치(250)로 공급한다.

그리고, 도 12의 (b)와 같이, 직류 시스템 방식에서는 전차선(TL) 및 팬터그래프(P)를 통해 공급된 직류 전력을 보조전원장치(250)에 공급한다.

따라서, 종래에는 타행 시 실효되었던 전차선의 전원을 보조전원장치(250)로 공급하여 각종 부대시설을 작동시키는데 사용함으로써 에너지 사용 효율을 높일 수 있게 한다.

한편, 전원감시부(미도시)를 통해 감시된 에너지 저장장치(240)의 충전율이 낮은 경우에는, 전차선(TL)에서 공급되는 전원을 보조전원장치(250)를 비롯하여 에너지 저장장치(240)에도 공급되도록 함으로써, 여분의 회생 전원을 통해 에너지 저장장치(240)가 충전될 수 있도록 한다.

단, 타행 시 생성된 회생 전원을 에너지 저장장치(240)에 충전시에는 해당 에너지 저장장치(240)의 전체 용량의 50% 이상 60% 이하까지만 충전되도록 하는 것이 바람직함은 이미 위에서 설명한 바 있다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 하이브리드 전기철도차량의 제어방법은 에너지 사용 효율을 극대화시키고, 전기철도차량의 시스템의 동작 신뢰성을 향상시키며, 차량의 정시성 및 유지보수를 용이하게 한다.

따라서, 친환경적이면서도 운행 능력이 뛰어난 전기철도차량의 개발을 앞당길 수 있게 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법을 설명하기 위한 구성도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법 중 정차 시 제어방법을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법 중 발차 시 제어방법을 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법 중 가속 시 제어방법을 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법 중 제동 시 제어방법을 나타낸 것이다.

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법 중 타행 시 제어방법을 나타낸 것이다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법을 설명하기 위한 구성도이다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법 중 정차 시 제어방법을 나타낸 것이다.

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법 중 발차 시 제어방법을 나타낸 것이다.

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법 중 가속 시 제어방법을 나타낸 것이다.

도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법 중 제동 시 제어방법을 나타낸 것이다.

도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 전기철도차량의 제어방법 중 타행 시 제어방법을 나타낸 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110, 210: 차륜 120: 220: 주전동기

130, 230: 주변환장치 131, 233: 인버터

132, 232: 컨버터 140, 240: 에너지 저장장치

150, 250: 보조전원장치 160: 발전기

170: 에너지 생성용 엔지 231: 주변압기

TL: 전차선 P: 팬터그래프

Claims (11)

1. 에너지 저장장치 및 에너지 생성용 엔진으로부터 구동 전원을 공급받는 하이브리드 전기철도차량의 제어방법에 있어서,

   상기 전기철도차량의 주행상태를 판단하는 단계와;

   상기 주행상태 판단결과, 상기 전기철도차량이 정차 시에는 상기 에너지 저장장치에 충전되어 있는 구동 전원을 보조전원장치로 공급하는 단계; 및

   상기 주행상태 판단결과, 상기 전기철도차량이 발차 시에는 상기 에너지 저장장치에 충전되어 있는 구동 전원을 이용하여 상기 전기철도차량의 주전동기를 구동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기철도차량의 제어방법.
2. 에너지 저장장치 및 전차선(trolley wire)으로부터 구동 전원을 공급받는 하이브리드 전기철도차량의 제어방법에 있어서,

   상기 전기철도차량의 주행상태를 판단하는 단계와;

   상기 주행상태 판단결과, 상기 전기철도차량이 정차 시에는 상기 에너지 저장장치에 충전되어 있는 구동 전원을 보조전원장치로 공급하는 단계; 및

   상기 주행상태 판단결과, 상기 전기철도차량이 발차 시에는 상기 에너지 저장장치에 충전되어 있는 구동 전원을 이용하여 상기 전기철도차량의 주전동기를 구동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기철도차량의 제어방법.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 주행상태 판단결과, 상기 전기철도차량이 가속 시에는 상기 에너지 저장장치에 충전되어 있는 구동 전원과 상기 에너지 생성용 엔진을 통해 생성된 구동 전원을 이용하여 상기 전기철도차량의 주전동기를 구동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기철도차량의 제어방법.
5. 제2항에 있어서,

   상기 주행상태 판단결과, 상기 전기철도차량이 가속 시에는 상기 에너지 저장장치에 충전되어 있는 구동 전원과 상기 전차선을 통해 공급된 구동 전원을 이용하여 상기 전기철도차량의 주전동기를 구동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기철도차량의 제어방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 주행상태 판단결과, 상기 전기철도차량이 제동 시에는 상기 전기철도차량의 주전동기를 발전기로 사용하여 회생 전원을 생성시키고, 상기 생성된 회생 전원을 상기 에너지 저장장치 및 보조전원장치에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기철도차량의 제어방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 주행상태 판단결과, 상기 전기철도차량이 타행(coasting) 시에는 상기 전기철도차량의 타행력에 의해 구동되는 발전기에 의해 전원을 생성시키고, 상기 생성된 회생 전원을 보조전원장치에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기철도차량의 제어방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 에너지 저장장치의 충전율이 낮은 경우에는, 상기 발전기에 의해 생성된 전원을 상기 에너지 저장장치에 충전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기철도차량의 제어방법.
9. 제2항에 있어서,

   상기 주행상태 판단결과, 상기 전기철도차량이 타행 시에는 상기 전차선에서 공급되는 구동 전원을 보조전원장치에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기철도차량의 제어방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 에너지 저장장치의 충전율이 낮은 경우에는, 상기 전차선에서 공급되는 구동 전원을 상기 에너지 저장장치에 충전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기철도차량의 제어방법.
11. 제8항 또는 제10항에 있어서,

    상기 에너지 저장장치는 전체 용량의 50% 이상 60% 이하까지만 충전되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기철도차량의 제어방법.

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