KR102093106B1 - 철도 차량용 배터리 시스템 - Google Patents

철도 차량용 배터리 시스템 Download PDF

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김윤환
이민정
안양임
노지호
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Abstract

본 발명은 철도 차량용 배터리 시스템에 관한 것으로, 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈을 충전하기 위한 충전기 모듈; 상기 배터리 모듈을 수납할 수 있는 배터리 모듈 수납부와 상기 충전기 모듈을 수납할 수 있는 충전기 모듈 수납부가 교대로 복수 개 형성된 수납 함체; 및 상기 수납 함체의 후면에 설치되어 하나의 배터리 모듈과 하나의 충전기 모듈을 전기적으로 연결시키는 회로 보드를 포함한다.

Description

철도 차량용 배터리 시스템{Battery System for Railroad Vehicle}
본 발명은 철도 차량용 배터리 시스템에 관한 것으로, 특히 운영기관이나 철도 차량의 종류가 다르더라도 배터리 호환을 가능하게 함으로써 유지 보수 및 교체 비용을 줄일 수 있는 철도 차량용 배터리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 철도차량에는 철도차량을 구동하는 주전원장치(Power Inverter)와 주전원장치로부터 공급된 전원을 변환하여 차량 실내에 구비된 각종 전자기기들을 구동시키는 보조전원장치(SIV, Stactic Inverter)가 구비된다.
이때, 보조전원장치는 주전원장치에서 공급하는 수백 볼트의 직류 전원을 정류 및 감압하여 100볼트의 직류전원으로 변환하여 철도 차량 내에 설치된 각종 전자기기에 공급하는데, 판토그래프를 통해 외부전원이 공급되지 않거나 그 외의 문제에 의해 보조전원에서 전원이 공급되지 않은 상황을 대비하여 보조전원장치에는 직류의 보조전원 전압을 공급받아 충전하는 배터리가 구비된다.
이러한, 배터리는 철도 차량 운영기관과 철도 차량 종류에 따라 서로 다른 용량이 필요한데, 이렇게 다양한 용량에 맞추기 위해 철도 차량별로 전용 배터리를 제작하여 설치하기 때문에 제작 비용이 많이 소요되는 문제가 발생 된다.
또한, 배터리는 제조사에 따라 배터리 설치 구조와 패킹 구조가 상이하여 최초 배터리 제조사에서만 배터리 제조가 가능하기 때문에 유지보수와 노후화로 인한 배터리 교체 시 해당 배터리만 소량으로 다시 제작해야 하기 때문에 제조 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 운영기관이나 철도 차량별 요구사항이나 구조가 상이하기 때문에 배터리 호환이 불가능하여 유지 보수 및 교체 비용이 매우 높은 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 운영기관이나 철도 차량의 종류가 다르더라도 배터리 호환을 가능하게 함으로써 유지 보수 및 교체 비용을 줄일 수 있는 철도 차량용 배터리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈을 충전하기 위한 충전기 모듈; 상기 배터리 모듈을 수납할 수 있는 배터리 모듈 수납부와 상기 충전기 모듈을 수납할 수 있는 충전기 모듈 수납부가 교대로 복수 개 형성된 수납 함체; 및 상기 수납 함체의 후면에 설치되어 하나의 배터리 모듈과 하나의 충전기 모듈이 한 쌍을 이루도록 전기적으로 연결시킴과 아울러 상기 배터리 모듈 숫자 조절을 통해 배터리 전체 용량 조절이 가능하도록 복수 개의 배터리 모듈들을 전기적으로 연결시키는 회로 보드를 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 충전기 모듈의 양측 면 중 적어도 어느 한 측면에 충전기 가이드 레일이 설치되고, 상기 충전기 가이드 레일과 대응되는 곳의 충전기 모듈 수납부 양측면 중 적어도 어느 한 면에 상기 충전기 가이드 레일과 슬라이딩 가능하게 끼움 결합되는 충전기 슬라이더가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 수납 함체는, 상기 배터리 모듈 수납부의 양측에 설치되는 배터리 가이드 레일; 상기 배터리 모듈이 안착되는 가이드 판; 및 상기 가이드 판이 상기 배터리 가이드 레일을 따라 슬라이딩 되도록 상기 가이드 판의 양측에 설치된 배터리 슬라이더를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 가이드 판과 배터리 모듈 사이의 여유 공간을 잡아주어 진동과 충격에 의한 배터리 모듈의 손상을 방지하기 위해 상기 배터리 모듈의 측면과 하면에 설치된 볼 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 배터리 모듈의 전면과, 좌측면 및 우측면에는 배터리 모듈의 이동을 위한 손잡이가 설치되고, 상기 손잡이는 상기 배터리 모듈을 향해 매립되는 매립형 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 배터리 시스템.
본 발명에 따르면, 상기 배터리 모듈과 충전기 모듈의 전면에는 상기 배터리 모듈과 충전기 모듈의 상태를 표시하는 상태 표시등이 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 배터리 모듈 및 충전기 모듈을 외부 환경으로부터 보호하기 위해 상기 수납 함체를 감싸도록 형성된 함체 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 서랍과 같이 배터리 모듈을 전면에서 뽑아 내거나 삽입하기 때문에 무거운 배터리 모듈을 들어올릴 필요가 없어 철도 차량용 배터리 시스템의 유지 보수가 용이하고, 동일한 용량을 갖는 배터리 모듈을 이용하여 수납되는 배터리 모듈 숫자를 조절함으로써 배터리 용량을 조절하기 때문에 철도 차량의 종류에 상관없이 배터리 모듈의 호환이 가능해지므로 배터리 모듈의 생산 비용 및 철도 차량용 배터리 시스템의 제작 비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 무거운 배터리 모듈을 가이드 판 위에 올려 수납 함체에 수납시키기 때문에 배터리 모듈의 수납 시 별도의 위치 조절을 하지 않더라도 정확한 위치에 수납이 가능할 뿐만 아니라 배터리 모듈의 수납 및 제거를 쉽게 할 수 있고, 배터리 모듈의 하부와 좌측면 및 우측면에 설치된 볼 롤러가 가이드 판과 배터리 모듈 사이의 여유 공간을 잡아주기 때문에 진동과 충격에 의해 배터리 모듈에 손상이 발생 되는 것을 방지할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시 예에 따른 철도 차량용 배터리 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 배터리 모듈을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 충전기를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 충전기의 후면을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 수납 함체의 정면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예의 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 이외에 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시 예에 따른 철도 차량용 배터리 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 배터리 모듈을 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1에 도시된 충전기를 나타내는 도면이다. 또한, 도 4는 도 3에 도시된 충전기의 후면을 나타내는 도면이고, 도 5는 도 1에 도시된 수납 함체의 정면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 철도 차량용 배터리 시스템은 복수 개의 배터리 모듈(10), 복수 개의 충전기 모듈(30), 배터리 모듈(10)과 충전기 모듈(30)이 교대로 수납되는 수납 함체(50) 및 수납 함체(50)의 후면에 설치되어 배터리 모듈(10)과 충전기 모듈(30)을 전기적으로 연결시키는 회로 보드(40)를 포함한다.
배터리 모듈(10)은 철도 차량 내부에 설치된 각종 전자기기들에 공급될 직류 전원이 저장되고, 회로 보드(40)를 통해 연결된 충전기 모듈(30)에 의해 충전된다.
이러한, 배터리 모듈(10)은 배터리 모듈(10)의 상태를 측정하여 외부로 출력하는 제어모듈이 배터리 모듈(10)의 전면에 설치되고, 제어모듈을 외부 기기와 연결하기 위한 제1 연결단자(16a)가 배터리 모듈(10)의 전면에 설치되며, 배터리 모듈(10)의 후면에는 회로 보드(40)와의 연결을 위한 제2 연결단자(16b)가 설치된다.
한편, 배터리 모듈(10)에는 도 2a 및 도 2b와 같이 배터리 모듈(10)을 이동시키기 위한 손잡이(12)가 배터리 모듈(10)의 전면, 좌측면 및 우측면에 각각 형성되는데, 손잡이(12)에 의해 배터리 모듈(10)의 전체 크기가 커지는 것을 방지하고, 배터리 모듈(10)을 수납 함체(50)에 수납시킬 때 손잡이(12)에 의한 배터리 모듈 수납부(520)의 크기가 커지는 것을 방지하기 위해 손잡이(12)는 배터리 모듈(10) 내부로 매립되는 매립형 형태로 형성된다.
또한, 배터리 모듈(10)의 좌측면, 우측면 및 하면에는 볼 롤러(14)가 설치되는 데, 이러한 볼 롤러(14)는 배터리 모듈(10)이 가이드 판(526)에 올려진 상태로 수납 함체(50)에 삽입되거나 수납 함체(50)에서 배터리 모듈(10)을 이탈(즉, 빼낼 때)시킬 때 가이드 판(526)과 배터리 모듈(10) 사이의 마찰력을 최소화시킴과 아울러 가이드 판(526)과 배터리 모듈(10) 사이의 여유 공간을 잡아주어 배터리 모듈(10)이 진동과 충격에 견딜 수 있도록 해준다.
충전기 모듈(30)은 배터리 모듈(10)을 충전시키기 위한 것으로, 하나의 충전기 모듈(30)이 하나의 배터리 모듈(10)과 한 쌍을 이루도록 형성되어 배터리 모듈(10)과 교대로 배치되게 수납 함체(50)에 설치되고, 도 4와 같이 후면에 설치된 제3 연결단자(32)를 통해 회로 보드(40)와 연결된다.
다시 말해, 수납 함체(50)에 배터리 모듈(10)이 1개 설치되는 경우에는 충전기 모듈(30)도 1개 설치되고, 배터리 모듈(10)이 5개 설치되는 경우에는 충전기 모듈(30)도 5개 설치된다.
이러한, 충전기 모듈(30)의 양측면 중 적어도 어느 한 면에는 충전기 모듈(30)을 수납 함체(50)에 삽입시키거나 수납 함체(50)에서 충전기 모듈(30)을 제거할 때 충전기 모듈(30)과 수납 함체(50) 사이의 마찰력을 최소화하고, 수납 함체(50)에 수납되는 충전기 모듈(30)의 위치를 특정 위치에 고정시키기 위한 충전기 가이드 레일(34)이 설치된다.
이때, 충전기 가이드 레일(34)은 수납 함체(50)의 충전기 모듈 수납부(510)의 양측 중 상기 충전기 가이드 레일(34)과 인접한 측면에 형성된 충전기 슬라이더(512)에 슬라이딩 가능하게 결합된다.
한편, 충전기 가이드 레일(34)은 충전기 모듈(30)의 양측면 중 어느 한 면이 아닌 충전기 모듈 수납부(510)의 양측면 중 어느 한 면에 설치될 수도 있다.
다시 말해, 충전기 모듈(30)의 양측면 중 어느 한 면에 충전기 가이드 레일(34) 대신 충전기 슬라이더(512)가 설치되고, 충전기 모듈 수납부(510)의 양측면 중 어느 한 면에는 충전기 슬라이더(512) 대신 충전기 가이드 레일(34)이 설치될 수도 있다.
수납 함체(50)는 내부에 배터리 모듈(10)과 충전기 모듈(30)이 설치되는 곳으로, 배터리 모듈(10)이 설치되는 배터리 모듈 수납부(520)와 충전기 모듈(30)이 설치되는 충전기 모듈 수납부(510)가 교대로 배치되게 형성된다.
배터리 모듈 수납부(520)는 배터리 모듈(10)이 수납되는 곳으로, 무거운 배터리 모듈(10)의 수납 및 제거를 용이하게 하기 위해 배터리 모듈 수납부(520)의 양측에 배터리 가이드 레일(524)이 설치되고, 배터리 모듈(10)이 안착 되는 가이드 판(526)의 양측에 가이드 판(526)이 배터리 가이드 레일(524)을 따라 슬라이딩 되도록 배터리 슬라이더(522)가 배터리 가이드 레일(524)과 슬라이딩 가능하게 결합 된다.
충전기 모듈 수납부(510)는 충전기 모듈(30)이 수납되는 곳으로, 충전기 모듈 수납부(510)의 양측면 중 적어도 어느 한 면에 충전기 모듈(30)에 설치된 충전기 가이드 레일(34)이 슬라이딩 가능하게 결합되는 충전기 슬라이더(512)가 설치된다.
한편, 수납 함체(50)에는 배터리 모듈(10)과 충전기 모듈(30)을 외부 환경으로부터 보호하기 위해 수납 함체(50)를 감싸도록 함체 커버(52)가 설치된다.
회로 보드(40)는 배터리 모듈(10)과 충전기 모듈(30)을 전기적으로 연결시키는 것으로, 수납 함체(50)의 후면에 설치된다.
이러한, 회로 보드(40)에는 배터리 모듈(10)의 제2 연결단자(16b) 및 충전기 모듈(30)의 제3 연결단자(32)와 각각 대응되는 곳에 연결단자(도시하지 않음)가 형성되는데, 제2 연결단자(16b)와 제3 연결단자(32)가 플러그 형태로 형성되는 경우 회로 보드(40)의 연결단자는 제2 연결단자(16b)와 제3 연결단자(32)가 끼워지는 소켓 형태로 형성되고, 제2 연결단자(16b)와 제3 연결단자(32)가 소켓 형태로 형성되는 경우에는 회로 보드(40)의 연결단자가 제2 연결단자(16b)와 제3 연결단자(32)에 끼워지는 플러그 형태로 형성된다.
상술한 구성의 본 발명의 실시 예에 따른 철도 차량용 배터리 시스템에서 배터리 모듈(10)과 충전기 모듈(30)의 전면에는 배터리 모듈(10)과 충전기 모듈(30)의 상태를 표시하는 상태 표시등(19)이 각각 설치되고, 상태 표시등(19)으로는 LED가 사용된다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 철도 차량용 배터리 시스템은 서랍과 같이 배터리 모듈(10)을 전면에서 뽑아 내거나 삽입하기 때문에 무거운 배터리 모듈(10)을 들어올릴 필요가 없어 철도 차량용 배터리 시스템의 유지 보수가 용이하고, 동일한 용량을 갖는 배터리 모듈(10)을 이용하여 수납되는 배터리 모듈(10) 숫자를 조절함으로써 배터리 용량을 조절하기 때문에 철도 차량의 종류에 상관없이 배터리 모듈(10)의 호환이 가능해지므로 배터리 모듈(10)의 생산 비용 및 철도 차량용 배터리 시스템의 제작 비용을 줄일 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 철도 차량용 배터리 시스템은 무거운 배터리 모듈(10)을 가이드 판(526) 위에 올려 배터리 모듈(10)을 수납 함체(50)에 수납시키기 때문에 배터리 모듈(10)의 수납 시 별도의 위치 조절을 하지 않더라도 정확한 위치에 수납이 가능할 뿐만 아니라 배터리 모듈(10)의 수납 및 제거를 쉽게 할 수 있고, 배터리 모듈(10)의 하부와 좌측면 및 우측면에 볼 롤러(14)가 설치되기 때문에 배터리 모듈(10)이 가이드 판(526)에 수납될 때 배터리 모듈(10)과 가이드 판(526) 사이의 마찰력을 최소화할 수 있어 배터리 모듈(10)의 수납 및 제거가 용이할 뿐만 아니라 볼 롤러(14)가 가이드 판(526)과 배터리 모듈(10) 사이의 여유 공간을 잡아주기 때문에 진동과 충격에 의해 배터리 모듈(10)에 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관해서 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 모방이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져선 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 배터리 모듈 12: 손잡이
14: 볼 롤러 16a, 16b, 32: 연결단자
19: 상태 표시등 30: 충전기 모듈
34: 충전기 가이드 레일 40: 회로 보드
50: 수납 함체 52: 함체 커버
510: 충전기 모듈 수납부 512: 충전기 슬라이더
520: 배터리 모듈 수납부 522: 배터리 슬라이더
524: 배터리 가이드 레일 526: 가이드 판

Claims (7)

  1. 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈을 충전하기 위한 충전기 모듈;
    상기 배터리 모듈을 수납할 수 있는 배터리 모듈 수납부와 상기 충전기 모듈을 수납할 수 있는 충전기 모듈 수납부가 교대로 복수 개 형성된 수납 함체; 및
    상기 수납 함체의 후면에 설치되어 하나의 배터리 모듈과 하나의 충전기 모듈이 한 쌍을 이루도록 전기적으로 연결시킴과 아울러 상기 배터리 모듈 숫자 조절을 통해 배터리 전체 용량 조절이 가능하도록 복수 개의 배터리 모듈들을 전기적으로 연결시키는 회로 보드를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 배터리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전기 모듈의 양측 면 중 적어도 어느 한 측면에 충전기 가이드 레일이 설치되고, 상기 충전기 가이드 레일과 대응되는 곳의 충전기 모듈 수납부 양측면 중 적어도 어느 한 면에 상기 충전기 가이드 레일과 슬라이딩 가능하게 끼움 결합되는 충전기 슬라이더가 설치되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 배터리 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 수납 함체는,
    상기 배터리 모듈 수납부의 양측에 설치되는 배터리 가이드 레일;
    상기 배터리 모듈이 안착되는 가이드 판; 및
    상기 가이드 판이 상기 배터리 가이드 레일을 따라 슬라이딩 되도록 상기 가이드 판의 양측에 설치된 배터리 슬라이더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 배터리 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가이드 판과 배터리 모듈 사이의 여유 공간을 잡아주어 진동과 충격에 의한 배터리 모듈의 손상을 방지하기 위해 상기 배터리 모듈의 측면과 하면에 설치된 볼 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 배터리 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 모듈의 전면과, 좌측면 및 우측면에는 배터리 모듈의 이동을 위한 손잡이가 설치되고, 상기 손잡이는 상기 배터리 모듈을 향해 매립되는 매립형 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 배터리 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 모듈과 충전기 모듈의 전면에는 상기 배터리 모듈과 충전기 모듈의 상태를 표시하는 상태 표시등이 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 배터리 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 모듈 및 충전기 모듈을 외부 환경으로부터 보호하기 위해 상기 수납 함체를 감싸도록 형성된 함체 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 배터리 시스템.
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