KR101172732B1 - 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차 - Google Patents

차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차에 관한 것으로; 집전장치를 통해 공급받는 가선의 전력을 충전하는 배터리 모듈이 구비되는 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차에 있어서, 상기 차량모듈 실내의 모서리에 사각기둥형상으로 이루어지며 다수의 상기 배터리 모듈이 수용되는 배터리 박스를 수직으로 배치한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 장거리를 무가선 주행이 가능하도록 저상 노면전차의 중간부분의 차량모듈에 대용량의 배터리를 원활하게 탑재할 수는 배터리 박스를 설치하면서도 효율적으로 공간 배치를 할 수 있어 승객들로 하여금 배터리 탑재되지 않는 차량과 동일한 개방감과 편리성을 제공하는 장점이 있다.

Description

차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차 {Low floor trams having on-board batteries and being capable of catenary-less drive}
본 발명은 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 차량 바닥의 높이를 낮추어 승객들의 접근성이 뛰어나고 유모차 이용자, 고령자 등 교통 약자들에게 고품질 서비스를 제공하면서도 도심 내에서 가선을 설치하지 않아도 주행할 수 있어서 도시 미관을 향상하고 안전한 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차에 관한 것이다.
일반적으로 노면 전차(路面電車) 또는 시가 전차(市街電車, tram, tramcar, trolley 또는 streetcar)는 교통수단의 하나로, 주로 도로상에 부설된 레일을 따라 움직이는 전동차를 일컫는다.
이와 같은 노면전차는 초창기에는 차량 바닥이 1.2m 정도로 높은 고상 차량이었으나, 최근에는 장애인, 유모차, 노약자 등의 교통약자 탑승에 대한 편의성 향상을 위하여 차량 바닥을 낮춘 저상 노면전차가 운행되고 있다.
또한, 기존에는 가선을 통한 전기 공급에 의해서만 운행되었던 노면전차에서 가선을 통한 전기 공급 없이 차량에 탑재한 2차 전지의 충전된 전기에너지를 이용하여 추진되는 노면전차의 개발이 이루어지고 있는 실정이다.
이와 같은 저상 노면전차는 차체 바닥에서 지상까지의 높이가 300mm 내외이므로 차량 바닥의 공간이 협소해 전차의 주행에 필수적인 대차 등의 주행 장치만을 차체의 하부에 구비하고 그 밖의 전기장치들은 차량의 윗부분인 지붕에 주로 탑재된 구조로 이루어진다.
한편, 현재까지의 기술은 가선 없이 수십 km를 주행할 수 있는 추진에너지를 낼 수 있는 대용량의 2차 전지는 부피가 크고 무게가 많이 나가 다소 많은 공간을 차지한다.
물론, 무가선(無架線) 주행이 가능한 노면전차에서 추진에너지를 얻기 위한 대용량 2차 전지를 전차내에 탑재하기 위한 다양한 방식이 제시된 바 있다.
일 예로 일본 공개특허공보 특개2008-62680호가 있으며, 이는 도 1에 도시한 바와 같이 종래에는 승객이 앉는 의자를 진행방향의 수직으로 차벽 쪽에 배치하고 의자 아래에 길게 두는 방식으로서, 좀더 상세하게는 일본 가와사키(Kawasaki) 중공업에서 개발하고 있는 SWIMO 차량에 대한 것으로 대용량 2차전지를 탑재하는데 승객이 앉는 의자를 진행방향의 수직으로 차벽쪽에 배치하고 의자 아래에 길게 두는 방식이다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 전지를 차량의 지붕에 탑재하는 방식으로 이는 봄바르디어(Bombardier) 사의 노면전차로서, 슈퍼캐퍼시터로 구성된 에너지저장장치를 차량의 지붕에 배치하고 있다.
또 다른 예로 미국 특허공개공보 US2007/0188127A1호가 있으며, 이는 도 3에 도시된 바와 같이 유가선(有架線) 차량에서 가선에 의한 전력 공급이 중단되었을 경우 배터리로 구동할 수 있도록 구성된 것으로, 이는 배터리를 차량의 차체 하부의 바닥 아래에 구비한다.
그런데 상술한 종래 전차들은 다음과 같은 문제점들이 있다.
도 1에 도시된 일본 공개특허공보 특개2008-62680호의 차량에서는 승객 의자 하부에 배터리를 길게 배치함에 따라 의자 배치가 차벽에 수직으로 길게 배치되어야만 하는 의자 배치 상의 제약이 따른다. 즉, 최근의 신형 노면전차에서 보이는 다양한 의자 배치를 통한 실내 디자인에 어려움이 따른다.
또한, 배터리가 여러 모듈에 나누어 탑재되므로 관련 전선 등 부품이 함께 적재되게 되므로 무가선 차량을 유가선 차량으로 변경 설계하는데 수월하지 못한 문제점도 있다.
그리고, 도 2에 도시된 종래 차량에서는 지붕 위에 배터리가 배치되는데 지붕 위에 있는 다른 전장품의 공간을 잠식하여 많은 배터리를 탑재하기가 어렵고, 또한 대용량의 배터리를 탑재할 경우 그 무게로 인해 지지하는 차체의 강성을 증가시켜야 하는 등 차량 구조 설계상의 어려움이 따른다. 즉, 대용량의 배터리를 탑재하기에 원활하지 못한 구조적인 문제점이 있다.
또한, 도 3에 도시된 차량의 경우에는 배터리를 차 외부의 바닥 아래에 두고 있어서 배터리가 위치하는 차내의 바닥 높이가 높아지는 단점이 있다. 또한 저상차량일 경우 차량 외부 바닥에서 배터리를 탑재할 공간을 확보하기가 어려운 구조적인 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술들의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 전지를 탑재하고 저장 또는 충전된 전기 에너지를 이용하여 주행할 수 있도록 하여 복잡한 도심지 내의 미관 향상 및 고압선에 의한 안전사고 예방에 기여하면서도 공간활용을 극대화할 수 있도록 효율적으로 전지를 배치 및 활용할 수 있도록 설계된 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 장거리를 무가선 주행이 가능하도록 대용량의 배터리를 원활하게 탑재하면서도 차량 내부의 의자 또는 문 등의 공간 배치의 자율성을 최대한 확보하고 유지보수가 용이한 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차를 제공하는데 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
집전장치를 통해 공급받는 가선의 전력을 충전하는 배터리 모듈이 구비되는 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차에 있어서, 상기 차량모듈 실내의 모서리에 사각기둥형상으로 이루어지며 다수의 상기 배터리 모듈이 수용되는 배터리 박스를 수직으로 배치한 것을 특징으로 하는 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차를 제공한다.
이때, 상기 차량모듈은 집전장치가 지붕에 설치된 차량모듈인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 배터리 박스는 내부에 일정한 수용공간이 확보되는 직육면체 형상의 케이스 일면에 개폐가 가능한 도어가 구비되고, 상기 케이스의 수용공간에는 다수의 배터리 모듈이 구비되어서 이루어진 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 배터리 박스의 도어에는 잠금장치가 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 케이스의 타측면에는 케이스 내부에 구비되는 상기 배터리 모듈에서 발생하는 열을 방출하기 위한 환기구가 구비된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 배터리 모듈은 프레임에 다수가 적재된 상태로 상기 케이스 내부에 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 프레임은 상기 배터리 모듈이 삽입될 수 있는 다수의 수용부가 일정간격을 유지하며 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 프레임의 중앙에는 외부공기가 순환될 수 있는 공기순환로가 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 프레임의 상측에는 배터리에서 발생하는 열을 냉각하기 위한 송풍기가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 장거리를 무가선 주행이 가능하도록 저상 노면전차의 중간부분의 차량모듈에 대용량의 배터리를 원활하게 탑재할 수는 배터리 박스를 설치하면서도 효율적으로 공간 배치를 할 수 있어 승객들로 하여금 배터리가 탑재되지 않는 차량과 동일한 개방감과 편리성을 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 배터리 박스 내에는 수십 개로 구성된 배터리 모듈을 장착과 탈착이 용이하도록 프레임에 적재하여 유지보수가 용이하며, 내부에 송풍기와 환기구를 설치하여 열 냉각이 원활할 뿐만 아니라, 배터리 박스가 설치되는 차량모듈을 배터리 박스가 설치되지 않은 중간 모듈로 대체하는 경우 최소한의 변경에 의해 기존의 노면전차에서와 같은 유가선 차량을 쉽게 구현할 수 있고, 여러개의 차량모듈로 편성된 무가선 주행 가능한 노면전차를 구성하는 데에도 용이하다.
특히, 본 발명에 의한 무가선 저상 노면전차로 인하여 차량 바닥의 높이를 낮추어 승객들의 접근성이 뛰어나고 유모차 이용자, 고령자 등 교통 약자들에게 고품질 서비스를 제공하면서도, 도심 내에서 가선을 설치하지 않아도 주행할 수 있어서 도시 미관을 향상하고 안전한 도시철도를 제공하는 장점이 있다.
도 1 내지 도 3은 종래의 일반적인 노면전차의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면들이다.
도 4는 본 발명에 따른 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차의 정면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차의 평단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차의 중간에 설치되는 차량모듈의 차량 내부 배치도이다.
도 8은 도 7의 차량모듈의 차량 내부에서 배터리 박스를 탑재하지 않은 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 배터리 박스 내에 설치되는 프레임 및 그 프레임에 설치되는 배터리모듈을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차의 다양한 변형 예를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차를 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차의 정면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차의 평단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차의 중간에 설치되는 차량모듈의 차량 내부 배치도이고, 도 8은 도 7의 차량모듈의 차량 내부에서 배터리 박스를 탑재하지 않은 상태를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 배터리 박스 내에 설치되는 프레임 및 그 프레임에 설치되는 배터리모듈을 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차의 다양한 변형 예를 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 9에 의하면, 본 발명에 따른 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차(100)는 승객의 승하차 편의성을 위하여 차량 바닥을 낮춘 교통수단으로, 가선이 없는 도심지 내에서도 무가선으로 운행이 가능하도록 배터리 모듈(112) 등의 대용량 전지, 특히 충전이 가능한 2차 전지를 용이하게 탑재할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차(100)는 가선이 설치된 노선을 달릴 때 중간의 차량모듈(102)에 설치되어 있는 집전장치인 판토그래프(106)를 통해 가선으로부터 노면전차(100)의 이동시 작동이 필요한 모터(미도시됨)를 구동하기 위한 전력을 받거나 또는 배터리 모듈(112)을 충전하는데 이용할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 노면전차(100)는 다수의 차량모듈(102,103,104)이 연속적으로 연결되어 곡선 주행이 원활하게 이루어질 수 있으며 각각의 차량모듈(102,103,104)의 내부에서 승객이 이동할 수 있도록 갱웨이(105) 및 연결장치로 연결된다.
특히, 상기 노면전차(100)는 전후단에 운전실(103a)이 구비되는 차량모듈(103)이 구비되고, 중앙에는 집전장치인 판토그래프(106)가 지붕 상측에 구비되는 차량모듈(102)이 구비되며, 필요에 따라 운전실(103a)이 구비되는 차량모듈(103)과 판토그래프(106)가 구비되는 차량모듈(102)의 사이에는 충분한 승객 탑승을 위해 추가로 연결되는 차량모듈(104)이 더 연결된다.
한편, 본 발명에 따른 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차는 차량모듈(102)내에 다수의 배터리 모듈(112)이 집약된 배터리박스(110)를 효율적으로 배치하여 차량모듈(102)내의 공간활용을 극대화하고 배터리박스(110)의 설치로 인한 승객의 불편을 최소화하기 위해 다수의 차량모듈(102,103,104)로 이루어진 저상 노면전차(100)에서 중간의 판토그래프(106)가 구비되는 차량모듈(102)의 갱웨이(gangway)(105) 옆으로 차실(102a)내의 네 모서리에 배터리 박스(110)를 수직으로 배치하여 고정한다.
이를 위해 상기 배터리 박스(110)는 전체적으로 사각기둥형상으로 이루어지며, 배터리 박스(110)의 배치는 본 발명에 따른 노면전차(100)의 주행시 동적인 균형을 유지하기 위해 가급적이면 차량모듈(102,103,104)의 좌우측에 그 형상이나 무게가 대칭을 이루도록 배치한다.
즉, 도시된 바와 같이 배터리 박스(110)는 높이 방향으로 길게 하여 공간을 확보하고 내부에는 다수의 배터리 모듈(112)을 적재하여서 이루어지는데, 이때 무가선 주행 가능한 거리를 늘릴 수 있도록 다수의 대용량의 배터리 모듈(112)을 탑재한다.
이와 같은 배터리 박스(110)는 내부에 일정한 수용공간이 확보되는 직육면체 형상의 케이스(111) 일면에 개폐가 가능하되 관리자만이 개폐할 수 있는 공지(公知)의 잠금장치(113a)가 구비되는 도어(113)가 구비되며, 상기 케이스(111)의 수용공간에는 다수의 배터리 모듈(112)이 구비된다. 특히 도어(113)는 차량모듈(102)의 실내측에서 개방할 수 있도록 실내측을 향해 개폐가 가능하도록 구비됨이 바람직하다.
따라서, 상기 배터리 박스(111)의 도어(113)는 본 발명의 저상 노면전차(100)가 일반적인 운행 중에는 승객들이 배터리 모듈(112)에 접근할 수 없도록 잠금상태를 유지하며, 배터리 박스(110)의 케이스(111) 내에 구비되는 배터리 모듈(112)의 교환이나 유지보수 등의 작업을 수행할 때에는 도어(113)를 개방해 배터리 박스(110) 내부로 접근 가능하도록 한다.
또한, 상기 케이스(111)의 타측면에는 케이스(111) 내부에 구비되는 배터리 모듈(112)에서 발생하는 열을 방출하기 위한 환기구(114)를 구비하여 차량모듈(102)의 외부 공기를 배터리 박스(110)의 내부 수용공간으로 순환시키게 된다. 이때, 차량모듈(102)의 외부 공기가 배터리 박스(110)의 내부로의 순환을 유도하기 위해 상기 환기구(114)는 차량모듈(102)의 차벽 측과 닿는 면에 형성함이 바람직하다.
이와 같이 중간에 위치하는 차량모듈(102)을 제외한 배터리 박스(110)가 탑재되지 않은 나머지 차량모듈들(103,104) 내에서는 배터리 박스(110)의 탑재 여부에 관계없이 차량모듈의 내부 의자 또는 문 등의 공간 배치를 할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 상기 배터리 박스(110)는 설치 및 분리가 용이해 무가선 주행이 필요 없는 가선에 의한 급전만을 이용하는 기존의 노면전차가 요구되는 경우에는 배터리 박스(110)가 설치되는 중간의 차량모듈(102)을 배터리 박스(110)를 설치하지 않은 차량모듈로 대치할 경우 최소한의 변경을 통해 가선을 통한 급전을 이용하는 노면전차로 쉽게 변환할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 배터리 박스(110)는 케이스(111) 내부에 다수의 배터리 모듈(112)이 적재되는데, 본 발명의 저상 노면전차(100)의 구동을 위해 필요한 전압과 용량을 충족하기 위하여 일정 크기의 전압을 내는 단전지 셀을 묶어 배터리 모듈(112)을 구성하며, 그와 같은 배터리 모듈(112) 다수를 일정 크기의 프레임(115)에 적재하여 상기 케이스(111) 내부에 구비한다.
이때, 각각의 배터리 모듈(112)은 양극과 음극 등의 단자(미도시됨)를 하나씩 가지고 있어 상기 프레임(115)에 장착과 탈착이 용이하다.
또한, 상기 프레임(115)은 배터리 모듈(112)을 설치하거나 유지보수시에 쉽게 교환할 수 있도록 배터리 모듈(112)이 삽입될 수 있는 수용부(115a)가 일정간격을 유지하며 형성된다.
특히, 상기 프레임(115)의 중앙에는 외부공기가 순환될 수 있으며 케이스(111)의 환기구(114)와 연통되는 공기순환로(115b)가 형성되고, 상기 프레임(115)의 상측에는 배터리 모듈(112)에서 발생하는 열을 효율적으로 냉각하기 위한 송풍기(116)가 구비된다.
한편, 본 발명에 따른 저상 노면전차(100)는 도 10에 도시된 바와 같이 5개의 차량모듈(102,103,104)로 이루어진 노면전차뿐만 아니라 중간 연결용 차량모듈을 생략하여 3개의 차량모듈(102,103)로 이루어진 노면전차로 구성하거나, 또는 2개를 추가로 연결하여 총 7개의 차량모듈(102,103,104,107)로 구성함도 가능하며, 도시되어 있지 않지만 이와 유사하게 9개 또는 11개의 차량모듈이나 그 이상의 모듈로 구성된 노면전차로 구성함도 가능하다.
특히, 본 발명에 따른 저상 노면전차(100)를 7개 이상의 차량모듈(102,103,104,107)로 구성하는 경우 요구되는 전력 용량에 따라 각각의 중간에 연결되는 차량모듈에 배터리 박스(110)를 선택적으로 설치할 수 있다.
아울러, 상기 예에서와 같은 대차 구성과 모듈 구성이 아니라 하더라도 중간의 차량모듈에 배터리 박스(110)를 탑재하는 방식은 유사하게 적용가능 하며, 노면전차가 아닌 철도차량에서 배터리 탑재 시에도 적용함도 가능하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
100: 저상 노면전차 102,103,104,107,108: 차량모듈
105: 갱웨이 106: 판토그래프
110: 배터리 박스 111: 케이스
112: 배터리 모듈 113: 도어
114: 환기구 115: 프레임
116: 송풍기

Claims (9)

  1. 차량모듈이 연속적으로 연결되고, 집전장치를 통해 공급받는 가선의 전력을 충전하는 배터리 모듈이 구비되는 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차에 있어서,
    상기 차량모듈 실내의 모서리에 사각기둥형상으로 이루어지며 다수의 상기 배터리 모듈이 수용되는 배터리 박스를 수직으로 배치한 것을 특징으로 하는 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 차량모듈은 집전장치가 지붕에 설치된 차량모듈인 것을 특징으로 하는 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 박스는, 내부에 일정한 수용공간이 확보되는 직육면체 형상의 케이스 일면에 개폐가 가능한 도어가 구비되고, 상기 케이스의 수용공간에는 다수의 배터리 모듈이 구비되어서 이루어진 것을 특징으로 하는 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 배터리 박스의 도어에는 잠금장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 케이스의 타측면에는 케이스 내부에 구비되는 상기 배터리 모듈에서 발생하는 열을 방출하기 위한 환기구가 구비된 것을 특징으로 하는 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 프레임에 다수가 적재된 상태로 상기 케이스 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 프레임은 상기 배터리 모듈이 삽입될 수 있는 다수의 수용부가 일정간격을 유지하며 형성되는 것을 특징으로 하는 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 프레임의 중앙에는 외부공기가 순환될 수 있는 공기순환로가 형성되는 것을 특징으로 하는 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 프레임의 상측에는 배터리에서 발생하는 열을 냉각하기 위한 송풍기가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 차상 전지가 구비된 무가선 주행 가능한 저상 노면전차.
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