KR102114124B1 - 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템 - Google Patents

동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선전력전송 무가선 트램 시스템은 무선전력전달되는 에너지를 저장하는 배터리 시스템; 무가선 트램을 구동하는 구동부; 회생제동발전부; 전력변환부; 및 동적충전 알고리즘, 정적충전 알고리즘 및 충전량 보정 알고리즘이 프로그램밍되어 임베딩된 제어부;로 구성되며, 상기 제어부는 상기 배터리 시스템의 충전량과 구동부의 속도를 센싱하여 전력변환부에 상기 동적충전 알고리즘, 정적충전 알고리즘, 충전량 보정 알고리즘에 따른 신호를 입력시켜 구동부를 구동케 하여 트램의 속도를 제어하거나, 전력변환부가 2차코일부로 무선전달되는 전력을 상기 배터리 시스템에 충전되도록 하는 변환, 상기 회생제동발전부로부터 전달되는 전력을 상기 배터리 시스템에 충전되도록 하는 변환, 상기 배터리 시스템으로부터 방전되는 전력을 구동부가 이용할 수 있는 전력으로 변환시키는 것을 제어하는 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템에 관한 것이다.

Description

동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템{Wireless Power Transmission Wirless Trolley Applied Speed Control Algorithm For Meeting The Charge Amount In The Dynamic Charge Interval And The Static Charge Interval}
본 발명은 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선전력전송 무가선 트램 시스템은 무선전력전달되는 에너지를 저장하는 배터리 시스템; 무가선 트램을 구동하는 구동부; 회생제동발전부; 전력변환부; 및 동적충전 알고리즘, 정적충전 알고리즘 및 충전량 보정 알고리즘이 프로그램밍되어 임베딩된 제어부;로 구성되며, 상기 제어부는 상기 배터리 시스템의 충전량과 구동부의 속도를 센싱하여 전력변환부에 상기 동적충전 알고리즘, 정적충전 알고리즘, 충전량 보정 알고리즘에 따른 신호를 입력시켜 구동부를 구동케 하여 트램의 속도를 제어하거나, 전력변환부가 2차코일부로 무선전달되는 전력을 상기 배터리 시스템에 충전되도록 하는 변환, 상기 회생제동발전부로부터 전달되는 전력을 상기 배터리 시스템에 충전되도록 하는 변환, 상기 배터리 시스템으로부터 방전되는 전력을 구동부가 이용할 수 있는 전력으로 변환시키는 것을 제어하는 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템에 관한 것이다.
최근 철도분야에서 LRT(Light Rail Transit)를 중심으로 대전력 무선전력전송 기술을 접목한 철도운송 시스템이 연구 중에 있다.
철도전기는 전철.전력, 정보통신, 신호제어 부분으로 구성되어 상호지원과 보완을 통해 철도라는 운송시스템을 운영하는데 기반이 될 뿐 아니라 응용 및 발전되어 철도운영에 적용되고 있다.
보통의 열차는 철도차량 상부 기기인 판토그래프와 전차선이 접촉하여 전력을 급전 받아 운행하는 접촉식 전력공급시스템을 사용한다.
그러나 접촉식 전력공급 시스템은 건설비 및 유지보수 비용이 높고, 신뢰성 및 안전성이 낮으며, 환경친화성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.
현재 유럽과 일본 등 교통선진국을 중심으로 운영되는 저상 트램은 도시 환경과 에너지 효율화의 지속적인 요구에 부합하기 위하여 기존 철도시스템기술에 별도의 전력 공급 장치를 결합하여 운영하는 첨단기술 연구가 진행 중이다.
그에 대한 연구 성과로는 먼저 " 무가선트램용 60kHz 무선전력전송 시스템"[한국철도학회 철도저널 16권 1호 p8-11, 이병송, 홍순만, 김재희 외](2013)에서는 60kHz급 철도 전용 무선전력 전송 모듈을 개발하여 집전효율을 측정한 결과 정차 중과 주행 중에 대해서 약84%로 높은 효율을 가지는 것을 확인한 바 있고, " 전기자동차용 무선충전 시스템 최적 설계 및 통합 제어 기법"[성균관대학교 일반대학원 , 전자 및 전기 공학과 박사 논문, 우동균](2015)에서는 다양한 설계 고려사항들을 반영한 IPT(Inductive Power Transfer) 시스템 최적 설계 과정을 제안하여 EV용 무선충전기 프로토타입의 시험 결과와 송수신 파워 패드 손실 분석 시뮬레이션 결과에 근거하여 약 88% 이상의 전력전달 효율 성능을 달성할 수 있음을 확인하였고, "전송거리 향상을 위한 전기 자동차용 무선전력전송 양방향 충·방전기 회로에 관한 연구"[명지대학교 대학원 , 전기 공학과 박사 논문, 유광민](2014)에서는 전송거리 향상을 위한 전기자동차용 무선전력전송 양방향 배터리 충, 방전기 회로는 기존의 전도형 충전 또는 방전 방식에서 무선전력전송 기술을 이용하여 대용량의 전력을 무선으로 전달하는 새로운 방식을 고안한바, 이는 12cm 전송거리에서 최대 효율 96%, 단상계통연계 인버터 96.5%, 역률은 0.998로 측정되었으며 전송거리 20cm 까지 6.6KW 무선전력전송 실험을 진행하여 유용성을 확인한 바 있다.
하지만 무가선 트램에 대한 상기의 연구는 모두 무선전력전송에 있어서 배터리 충전효율 또는 충전장치에 집중된 것이 대부분으로서, 무가선 트램의 실제 운행 즉 플랫폼간의 운행, 운행시의 동적 충전과 정지시의 정적 충전에 있어서의 최적화된 충전율 및 그 운행방법, 에너지가 저장되는 배터리의 운행시 유지관리시 방법에 대해서는 연구가 전무한 실정이다.
본 발명에 따른 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템은 다음과 같은 해결과제를 가진다.
(1) 본 발명은 무가선 트램의 실제 운행시에 적합한 배터리의 충전량을 유지하면서 동적 충전 및 정적 충전을 하는 무선전력전송 무가선 트램 시스템을 제안함을 목적으로 한다.
(2) 본 발명은 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘을 제안함을 또다른 목적으로 한다.
(3) 상기 속도 제어 알고리즘은 전체 평균 속도를 변형하지 않고, 동적 충전 구간과 동적 충적 공간 사이의 운행 속도만을 변형하도록 함을 목적으로 한다.
(4) 본 발명은 트램이 정지시, 즉 정적 충전에 대한 충전을 최적화 하는 알고리즘을 제공함을 목적으로 한다.
(5) 본 발명은 트램에 탑재된 배터리 시스템에 있어서, 동적 충전 및 정적 충전 과정에 있어서, 충전량 보정 알고리즘을 제공함을 목적으로 한다.
(6) 상기 무가선 트램 시스템에는 회생제동 충전이 가능하도로 한다.
(7) 무가선 트램 시스템을 구성하는 배터리부는 하이브리드 배터리를 사용하도록 한다.
본 발명인 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템(100)은 플랫폼의 트랙에 설치되는 1차코일로부터 트램의 하부에 설치되어 있는 2차코일부로 무선전력전달이 되어 구동되는 무선전력전송부(200)를 갖추되, 무선전력전달되는 에너지를 저장하는 배터리 시스템(BS); 무가선 트램을 구동하는 구동부(140); 회생제동발전부(160); 전력변환부(130); 및 동적충전 알고리즘, 정적충전 알고리즘 및 충전량 보정 알고리즘이 프로그램밍되어 임베딩된 제어부(110);로 구성된다.
상기 제어부(110)는 상기 배터리 시스템(BS)의 충전량과 구동부(140)의 속도를 센싱하여 전력변환부(130)에 상기 동적충전 알고리즘, 정적충전 알고리즘, 충전량 보정 알고리즘에 따른 신호를 입력시켜 구동부(140)를 구동케 하여 트램의 속도를 제어하거나, 전력변환부(130)가 2차코일부로 무선전달되는 전력을 상기 배터리 시스템(BS)에 충전되도록 하는 변환, 상기 회생제동발전부(160)로부터 전달되는 전력을 상기 배터리 시스템(BS)에 충전되도록 하는 변환, 상기 배터리 시스템(BS)으로부터 방전되는 전력을 구동부(140)가 이용할 수 있는 전력으로 변환시키는 것을 제어함을 특징으로 한다.
상기 배터리 시스템(BS)은 직병렬로 연결된 복수의 배터리셀로 구성되는 배터리군(Bat)이 직렬로 연결되어 있는 주배터리부(120); 및 직병렬로 연결된 복수의 배터리셀로 구성된 배터리군 1개로 구성되되, 상기 주배터리부(120)를 구성하는 배터리군보다 전위가 상대적으로 더 높은 보조배터리부(150);로 구성된다.
상기 주배터리부(120)의 각 배터리군(Bat)은 보조배터리부(150)와 양극은 양극끼리, 음극은 음극끼리 연결되되, 상기 주배터리부(120)의 각 배터리군(Bat)의 양극과 보조배터리부(150)의 양극 사이에는 보조배터리부(150) 양극에서 상기 주배터리부(120)의 각 배터리군의 양극 방향으로 도통되는 반도체 스위치나 마그네틱 스위치 중 어느하나를 사용하는 스위치(S)가 각각 연결되어 있으며, 상기 스위치의 온 또는 오프 신호는 상기 제어부(110)로부터 인가된다.
상기 보조배터리부(150)의 양극과 상기 스위치 사이에는 다이오드(D)가 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 스위치는 프리휠링 다이오드를 포함하지 않는 3단자 소자임이 바람직하다.
상기 동적충전 알고리즘은
상기 제어부에 의해 동적 충전이 시작되는 출발시에 주배터리부와 보조배터리부의 충전량을 센싱하는 충전량 센싱 단계(SD100); 주배터리부와 보조배터리부의 충전량 충족여부를 판단하는 주배터리부와 보조배터리부의 충전량 충족여부 판단 단계(SD200); 주배터리부와 보조배터리부의 충전량이 충족된 것으로 판단되는 경우 평상시 각각 연결된 플랫폼간의 거리, 동적 충전 시간에 따라 미리 계산되어 입력된 평균속도테이블에 따른 트램의 속도에 따라 동적 충전이 되는 평균속도테이블의 트램 속도에 따른 동적 충전 단계(SD300); 보조배터리부에 의해 주배터리부를 구성하는 배터리군중에서 가장 낮은 SOC값을 갖는 배터리군을 충전하는 알고리즘을 적용하는 충전량 보정 알고리즘 적용 단계(SD400); 주배터리부나 보조배터리부의 충전량이 미달된 것으로 판단되는 경우 각 플랫폼에서 출발할 때의 동적 충전 구간에서의 평균속도를 -△V하고, 다음 플랫폼에서의 도착할 때의 동적충전 구간에서의 평균속도테이블상의 평균속도를 -△V" 하여 운행하되, 플랫폼사이의 충전이 이루어지지 않는 구간에서의 속도는 +△V' 하여 운행하여 동적 충전이 되는 속도 보상치에 따른 동적 충전 단계(SD500); 다음 플랫폼에 도착과 정지여부를 판단하는 플랫폼 도착과 정지 여부 판단 단계(SD600); 및 플랫폼에 도착과 정지되었다고 판단되는 경우 상기 정적 충전 알고리즘을 적용하는 정적 충전 알고리즘 적용단계(SD700);로 구성된다.
상기 정적충전 알고리즘은
상기 제어부에 의해 동적 충전이 시작되는 출발시에 주배터리부와 보조배터리부의 충전량을 센싱하는 충전량 센싱 단계(SS100); 주배터리부와 보조배터리부의 충전량 충족여부를 판단하는 주배터리부와 보조배터리부의 충전량 충족여부 판단 단계(SS200); 주배터리부와 보조배터리부의 충전량이 충족된 것으로 판단되는 경우 충전량 보정 알고리즘이 적용되는 충전량 보정 알고리즘 적용 단계(SS300); 각 플랫폼에서의 도착과 출발까지의 시간을 정한 타임테이블에 따른 출발시간 도달여부를 판단하는 타임테이블 따른 출발시간 도달 여부 판단 단계(SS400); 주배터리부와 보조배터리부의 충전량이 충족된 것으로 미달된 것으로 판단되되, 후속 트램과의 거리차가 임계거리내인지를 판단하는 후속 트램 임계거리 이내 여부 판단 단계(SS500); 후속 트램과의 거리차가 임계거리내가 아닌 경우 각 플랫폼에서의 도착과 출발까지의 시간을 정한 타임테이블에 시간보상치를 더하여 적용하고 더해진 시간보상치를 중앙관제시스템에 이를 알리는 시간보상치 적용 및 중안관제시스템에 시간보상치 송출 단계(SS600); 각 플랫폼에서 트램이 머무를 수 있는 최대시간에 도달된 것인지를 판단하는 플랫폼 체류 최대시간 도달 여부 판단 단계(SS700); 및 타임테이블 따른 출발시간에 도달되었거나, 플랫폼 체류 최대시간에 도달된 경우 트램을 평균속도 테이블에 따라 출발시켜 동적 충전 알고리즘을 적용하는 동적 충전 알고리즘 적용 단계(SS800);로 구성된다.
상기 충전량 보정 알고리즘은
주배터리부를 구성하는 각각의 배터리군 SOC 값을 추정하는 주배터리부 구성 배터리군 SOC값 추정 단계(SC100); 최하 SOC값을 갖는 배터리군을 지정하는 최하 SOC값 갖는 배터리군 지정 단계(SC200); 보조배터리부에 의해 최하 SOC값 갖는 배터리군을 충전하는 보조배터리에 의한 최하 SOC값 갖는 배터리군 충전 단계(SC300); 및 충전받고 있는 배터리군의 SOC값이 전체 배터리군에서 최하값인지를 판단하는 충전중인 배터리군의 SOC값의 최하값 유지 여부 판단 단계(SC400);로 구성된다.
상기 평균속도테이블에 따른 트램 속도에 따른 동적 충전 단계 및 속도 보상치에 따른 동적 충전 단계에 있어 플랫폼에서 출발한 순간부터 다음 플랫폼에서 정지할 때까지의 평균속도는 서로 동일한 것이 바람직하다.
회생제동발전부(160)에 의한 충전의 경우에 상기 배터리 시스템 대신에 울트라캐패시터에 충전하는 함이 바람직하다.
상기 배터리군의 SOC를 추정하는 방식은 배터리 군의 전압을 센싱하여 추정하는 방식 혹은 출력 전류를 센싱하여 추정하는 전류 적산 방식 중 어느 하나인 것을 사용함이 바람직하다.
본 발명에 따른 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.
(1) 본 발명은 무가선 트램의 실제 운행시에 적합한 배터리의 충전량을 유지하면서 효율적으로 동적 충전 및 정적 충전을 할 수 있도록 하는 알고리즘을 제공하여 최적의 무선전력전송 무가선 트램시스템을 제공할 수 있다.
(2) 본 발명은 무선전력전송 무가선 트램 시스템에 있어서, 운행에 적합한 충전량을 플랫폼에서 출발할 때마다 검측하여 이에 따른 충전 혹은 속도 제어알고리즘을 제안하여 최적의 충전이 될 수 있도록 하여 배터리부의 충전률이 운행할 수 없는 최악의 상황을 회피할 수 있도록 한다.
(3) 상기 속도 제어 알고리즘은 전체 평균 속도를 변형하지 않고, 동적 충전 구간과 동적 충적 공간 사이의 운행 속도만을 변형하므로, 트램의 운행시간이 더 빨라지거나 연착됨이 없이 그대로 유지되도록 한다.
(4) 상기 무가선 트램 시스템에서도 회생제동 충전이 가능하도록 하는 한편 배터리부외에 울트라커패시터를 보조충전부로 활용하여 배터리의 충전횟수를 줄여 내구연한이 유지되도록 한다.
(5) 본 발명은 트램이 정지시, 즉 정적 충전에 대한 충전을 최적화 하는 알고리즘을 제공하여 정적 충전을 최적화한다.
(6) 본 발명은 트램에 탑재된 배터리 시스템에 있어서, 동적 충전 및 정적 충전 과정에 있어서, 배터리군간에 발란싱을 위해 충전량 보정을 하여 배터리의 활용을 극대화할 수 있다.
(7) 상기 무가선 트램 시스템에는 회생제동 충전이 가능하도로 한다.
(8) 배터리 시스템을 구동부를 위한 주배터리부와 주배터리부의 충전량 보정을 위한 보조배터리부로 나눠 전체 배터리 시스템의 활용을 최적화할 수 있다.
도 1은 무선전력전송 무가선 트램시스템에서 트램이 운행 될 때 동적 충전이 되는 경우와 정적 충전이 되는 경우를 나누어 표시한 개략도이다.
도 2는 본 발명인 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템을 개략적으로 표시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 구성요소중의 하나인 배터리 시스템의 스키메틱을 표현한 도면이다.
도 4는 무선전력전송 무가선 트램시스템에서 트램이 동적충전될 때 적용되는 동적충전 알고리즘을 나타낸 순서도이다.
도 5는 무선전력전송 무가선 트램시스템에서 트램이 정적충전될 때 적용되는 정적충전 알고리즘을 나타낸 순서도이다.
도 6은 무선전력전송 무가선 트램시스템을 구성하는 하나의 요소인 배터리시스템에 적용되는 충전량 보정 알고리즘을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명인 무선전력전송 무가선 트램시스템이 동적충전될 때 충전량이 충족된 경우와 되지 않은 경우를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 8은 트램이 회차할 때의 두종류의 회차선인 X선과 Y선을 구별하여 나타낸 도면이다.
도 9는 무선전력전송 무가선 트램 시스템에서 시 종착역이 Y 트랙인 경우 동적충전과 정적 충전이 되는 경우를 나누어 표시한 개략도이다.
도 10은 무선전력전송 무가선 트램 시스템에서 시 종착역이 X 트랙인 경우 동적충전과 정적 충전이 되는 경우를 나누어 표시한 개략도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해 플랫폼, 트램의 가정된 사양을 보여주기 위한 도면이다.
먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라 질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템"을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 무선전력전송 무가선 트램시스템에서 트램이 운행 될 때 동적 충전이 되는 경우와 정적 충전이 되는 경우를 나누어 표시한 개략도이고, 도 2는 본 발명인 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템을 개략적으로 표시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 구성요소중의 하나인 배터리 시스템의 스키메틱을 표현한 도면이고, 도 4는 무선전력전송 무가선 트램시스템에서 트램이 동적충전될 때 적용되는 동적충전 알고리즘을 나타낸 순서도이며, 도 5는 무선전력전송 무가선 트램시스템에서 트램이 정적충전될 때 적용되는 정적충전 알고리즘을 나타낸 순서도이고, 도 6은 무선전력전송 무가선 트램시스템을 구성하는 하나의 요소인 배터리시스템에 적용되는 충전량 보정 알고리즘을 나타낸 순서도이며, 도 7은 본 발명인 무선전력전송 무가선 트램시스템이 동적충전될 때 충전량이 충족된 경우와 되지 않은 경우를 비교하여 나타낸 도면이고, 도 8은 트램이 회차할 때의 두종류의 회차선인 X선과 Y선을 구별하여 나타낸 도면이며, 도 9는 무선전력전송 무가선 트램 시스템에서 시 종착역이 Y 트랙인 경우 동적충전과 정적 충전이 되는 경우를 나누어 표시한 개략도이고, 도 10은 무선전력전송 무가선 트램 시스템에서 시 종착역이 X 트랙인 경우 동적충전과 정적 충전이 되는 경우를 나누어 표시한 개략도이며, 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해 플랫폼, 트램의 가정된 사양을 보여주기 위한 도면이다.
본 발명인 무가선 트램 시스템은 플랫폼의 트랙에 설치되는 1차코일부로부터 트램의 하부에 설치되어 있는 2차코일부로 무선전력전달이 됨을 전제로 한다.
도 1을 참조하면 하나의 플랫폼에서 트램 차량 개수에 따라 동적 충전 및 정적 충전이 어떠한 영역, 즉 충전 영역에서 어떻게 발생하는지를 알 수 있도록 하는데, 특히 트램이 도착할 때와 출발할 때의 충전 형태인 동적 충전과 트램이 정차할 때의 충전 형태인 정적 충전을 구별케 하고 있다.
도 2를 참조하면 본 발명인 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템(100)은 플랫폼의 트랙에 설치되는 1차코일로부터 트램의 하부에 설치되어 있는 2차코일부로 무선전력전달이 되어 구동되는 무선전력전송부(200)를 갖추되, 무선전력전달되는 에너지를 저장하는 배터리 시스템(BS); 무가선 트램을 구동하는 구동부(140); 회생제동발전부(160); 전력변환부(130); 및 동적충전 알고리즘, 정적충전 알고리즘 및 충전량 보정 알고리즘이 프로그램밍되어 임베딩된 제어부(110);로 구성된다.
도 2를 참조하면 상기 제어부(110)는 상기 배터리 시스템(BS)의 충전량과 구동부(140)의 속도를 센싱하여 전력변환부(130)에 상기 동적충전 알고리즘, 정적충전 알고리즘, 충전량 보정 알고리즘에 따른 신호를 입력시켜 구동부(140)를 구동케 하여 트램의 속도를 제어하거나, 전력변환부(130)가 2차코일부로 무선전달되는 전력을 상기 배터리 시스템(BS)에 충전되도록 하는 변환, 상기 회생제동발전부(160)로부터 전달되는 전력을 상기 배터리 시스템(BS)에 충전되도록 하는 변환, 상기 배터리 시스템(BS)으로부터 방전되는 전력을 구동부(140)가 이용할 수 있는 전력으로 변환시키는 것을 제어함을 특징으로 한다.
도 3을 참조하면 상기 배터리 시스템(BS)은 직병렬로 연결된 복수의 배터리셀로 구성되는 배터리군(Bat)이 직렬로 연결되어 있는 주배터리부(120); 및 직병렬로 연결된 복수의 배터리셀로 구성된 배터리군 1개로 구성되되, 상기 주배터리부(120)를 구성하는 배터리군보다 전위가 상대적으로 더 높은 보조배터리부(150);로 구성된다.
도 3을 참조하면 상기 주배터리부(120)의 각 배터리군(Bat)은 보조배터리부(150)와 양극은 양극끼리, 음극은 음극끼리 연결되되, 상기 주배터리부(120)의 각 배터리군(Bat)의 양극과 보조배터리부(150)의 양극 사이에는 보조배터리부(150) 양극에서 상기 주배터리부(120)의 각 배터리군의 양극 방향으로 도통되는 반도체 스위치나 마그네틱 스위치 중 어느하나를 사용하는 스위치(S)가 각각 연결되어 있으며, 상기 스위치의 온 또는 오프 신호는 상기 제어부(110)로부터 인가된다.
상기 보조배터리부(150)의 양극과 상기 스위치 사이에는 다이오드(D)가 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 스위치는 프리휠링 다이오드를 포함하지 않는 3단자 소자임이 바람직하다.
도 4를 참조하면 상기 동적충전 알고리즘은
상기 제어부에 의해 동적 충전이 시작되는 출발시에 주배터리부와 보조배터리부의 충전량을 센싱하는 충전량 센싱 단계(SD100); 주배터리부와 보조배터리부의 충전량 충족여부를 판단하는 주배터리부와 보조배터리부의 충전량 충족여부 판단 단계(SD200); 주배터리부와 보조배터리부의 충전량이 충족된 것으로 판단되는 경우 평상시 각각 연결된 플랫폼간의 거리, 동적 충전 시간에 따라 미리 계산되어 입력된 평균속도테이블에 따른 트램의 속도에 따라 동적 충전이 되는 평균속도테이블의 트램 속도에 따른 동적 충전 단계(SD300); 보조배터리부에 의해 주배터리부를 구성하는 배터리군중에서 가장 낮은 SOC값을 갖는 배터리군을 충전하는 알고리즘을 적용하는 충전량 보정 알고리즘 적용 단계(SD400); 주배터리부나 보조배터리부의 충전량이 미달된 것으로 판단되는 경우 각 플랫폼에서 출발할 때의 동적 충전 구간에서의 평균속도를 -△V하고, 다음 플랫폼에서의 도착할 때의 동적충전 구간에서의 평균속도테이블상의 평균속도를 -△V" 하여 운행하되, 플랫폼사이의 충전이 이루어지지 않는 구간에서의 속도는 +△V' 하여 운행하여 동적 충전이 되는 속도 보상치에 따른 동적 충전 단계(SD500); 다음 플랫폼에 도착과 정지여부를 판단하는 플랫폼 도착과 정지 여부 판단 단계(SD600); 및 플랫폼에 도착과 정지되었다고 판단되는 경우 상기 정적 충전 알고리즘을 적용하는 정적 충전 알고리즘 적용단계(SD700);로 구성된다.
아래에서는 동적 충전 및 정적 충전에서의 충전율 분석을 위해 각 변수의 수학적 모델을 다음과 같이 표기하도록 한다.
1차코일의 길이 : pl
플랫폼에서의 1차코일의 시작점 : pf
플랫폼에서의 1차코일의 끝나는 점 : pe
2차 코일 : s1, s2, s3, ....,Sn
트램의 길이 : l
플랫폼에서의 트램의 정지 위치 : ts
플랫폼에 트램이 도착할 때의 충전거리 :sarr 1, sarr 2,.....sarr n
플랫폼에서 트램이 출발할 때의 충전거리 : sdep 1, sdep 2,.....sdep n
플랫폼에 트램이 도착할 때의 pe에서 Sn까지의 거리 : pSn e
플랫폼에 트램이 출발할 때의 pf에서 Sn까지의 거리 : pSn f
트램의 배터리부 용량 : β
배터리부 충전 효율 : η
트램의 가속도 : a
트램의 감속도 : d
동적 충전을 고려할 때 열차가 정거장에 도착할 때와 열차가 정거장에서 출발할 때 열차하부에 설치된 2차코일과 정거장 선로에 설치된 1차코일의 접점을 통해 유도기전력이 발생되어 충전이 이루어 진다.
열차의 가속도 및 감속도, 차량 및 1차코일의 길이 등에 따라 차량 하부에 있는 각 2차코일이 충전 시간은 다르다.
이에 따라 동적 및 정적 충전에 대한 수학적 모형은 다음과 같다.
(1)
Figure 112018114165933-pat00001
(2)
Figure 112018114165933-pat00002
(3)
Figure 112018114165933-pat00003
(4)
Figure 112018114165933-pat00004
상기 (1) 수식은 트램이 플랫폼에 도착할 때 2차 코일이 충전되는 거리이고, (2) 수식은 트램이 플랫폼에 출발할 때 2차 코일이 충전되는 거리이다.
상기 (3) 수식은 트램이 플랫폼에 도착할 때 2차 코일의 충전시간이고, (4) 수식은 트램이 플랫폼에 출발할 때 2차 코일의 충전시간이다.
(5)
Figure 112018114165933-pat00005
(6)
Figure 112018114165933-pat00006
상기 (5) 수식은 트램이 플랫폼에 도착할 때의 총 충전량이고, (6) 수식은 트램이 플랫폼에서 출발할 때의 총충전량을 의미한다.
(7)
Figure 112018114165933-pat00007
(8)
Figure 112018114165933-pat00008
상기 (7) 수식은 동적충전에 대한 총 충전량이고, 플랫폼에서 트램이 정차할 때의 정적충전에 대한 총 충전량에 대한 수식은 상기 (8) 수식과 같다.
(9)
Figure 112018114165933-pat00009
따라서 한 플랫폼에서 충전되는 총 충전량은 상기 수식 (9)와 같다.
결국 동적 충전 혹은 정적 충전을 불문하고 충전량은 충전영역에 머무는 시간과 밀접한 관련이 있다는 것을 알수 있고, 특히 동적 충전은 트램이 움직이는 경우이므로 트램의 속도를 늦추면 충전량이 증가함을 알 수 있다.
상기 평균속도테이블은 타임테이블의 형태로도 물론 가능하다.
따라서 상기 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘은 어느 한 플랫폼에서 출발할 때에 충전량을 검측을 하고 검측된 충전량이 최적 충전량 이상인지 미만인지에 따라 일반적인 타임테이블에 따른 속도로 운행을 하거나, 변형된 속도로 운행을 한다는 것이다.
일반적으로 평균속도 테이블 혹은 타임테이블은 실제 플랫폼과의 거리, 곡선 트랙의 존재 및 수, 트랙의 고저차, 트램의 사양(최고속도, 기어비, 구동력, 제동력 사양등)등에 의해 구체적으로 정해진다.
하기에서는 타임테이블 형태로 설명하되, 시 종착역은 설명 편의상 표에서 표기하지 않고(즉 제외하고) 설명한다.
또한 도8에서와 같이 표에서 적용되는 트램은 3량으로 하고, 전체 충전용량은 500kW로 가정하였다.
배터리부의 충전효율은 90%이고, 트램의 3량으로서 전체 길이는 60m이고, 플랫폼 길이는 전 후방 5m의 과주 여유거리를 두어 70m로 가정한다.
또한 1차 코일은 80m, 2차 코일은 트램 하부에 10m 길이 3개가 설치되어 플랫폼에 들어설때 자기유도방식으로 전류가 공급되어 트램 내의 배터리가 충전되는 것으로 설정한다.
트램사양은 하기의 표 1과 같다.
출발시 최대 가속도 1.07m/s^2
제동시 최대 감속도 2.8 m/s^2
평시 감속도 1.3 m/s^2
최대 속도 70km/h
바퀴 직경 0.820m
기어비 99/14
구동력 620kW
먼저 표 2는 검측충전량이 최적충전량을 상회하므로 평균속도테이블에 따른 트램 속도에 따라 동적충전이 되는 것을 보여준다.
플랫폼 거리(km) 시간(초) km/h 충전량(kW) kwh[소요]
동적충전[출발] 사이 동적충전[도착] 동적충전[출발] 사이 동적충전[도착] 동적충전[출발] 사이 동적충전[도착] 정적충전량 최적충전량 검측충전량
A B 0.04 0.92 0.04 15 112 15 4 42.43 4 11.2 60 62 21.33
B C 0.04 0.98 0.04 15 120 15 4 42.43 4 11.2 60 61 22.21
C D 0.04 1.14 0.04 15 136 15 4 42.43 4 11.2 58 60 24.33
D E 0.04 1.22 0.04 15 142 15 4 42.43 4 11.2 58 59 26.18
E F 0.04 0.98 0.04 15 120 15 4 42.43 4 11.2 56 58 21.45
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표 3에서는 플랫폼 B-C 구간에서 검측충전량이 최적충전량보다 낮은 값을 가짐에 따라 속도보정치가 적용됨에 따라 플랫폼 B,C의 동적충전 영역에서 속도가 느려짐에 따라 충전시간이 각 2초씩 늘어나고, 대신에 플랫폼 사이에서 속도가 빨라지는 것을 알 수 있다.
이 때 각 구간에서의 속도 보상치 △V, △V‘, △V“는 트램의 사양, 플랫폼 사이의 트랙 형태 및 거리에 따라 정해지는 것으로서, 일률적으로 하나의 값만 가지는 것이 아니고, 여러 선택가능한 속도보상치를 가지게 되어 이를 선택할 수 있도록 함이 바람직하다.
다만 어떠한 속도보상치를 적용하든 플랫폼간의 운행소요시간은 동일하게 설정되고 이에 따라 운행하게 된다.
이러한 속도 제어 알고리즘은 운행을 하는 운행자에 의해 수동으로 제어될 수도 있고, 자동으로 제어될 수 있다.
수동으로 제어되는 경우에는 플랫폼마다 최적 충전량과 검측된 충전량이 운행자에게 디스플레이되는 시스템이 갖추는 것이 바람직하다.
플랫폼 거리(km) 시간(초) km/h 충전량(kW) kwh[소요]
동적충전[출발] 사이 동적충전[도착] 동적충전[출발] 사이 동적충전[도착] 동적충전[출발] 사이 동적충전[도착] 정적충전량 최적충전량 검측충전량
A B 0.04 0.92 0.04 15 112 15 4 42.43 4 11.2 60 62 21.33
B C 0.04 0.98 0.04 17 116 17 3.2 44.24 3.2 11.2 60 59 22.21
C D 0.04 1.14 0.04 15 136 15 4 42.43 4 11.2 58 60 24.33
D E 0.04 1.22 0.04 15 142 15 4 42.43 4 11.2 58 59 26.18
E F 0.04 0.98 0.04 15 120 15 4 42.43 4 11.2 56 58 21.45
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도 7을 참조하면 A역 플랫폼에서 출발할 때부터 B역에 도착할 때까지의 속도를 보여주고 있는바, 실제로는 속도 곡선이 직선으로는 되지 않음이 일반적이나 설명의 편의에 의해 속도 곡선을 직선으로 하여 하기와 같이 설명한다.
충전량을 만족한 경우와 충전량이 부족하여 속도보상치가 적용된 경우 모두 속도 곡선이 X축과의 관계에서 이루는 면적은 거리를 의미하는 바 위 아래 곡선에서의 면적은 같아야 한다.
속도곡선상 위에 푸른선은 트램이 낼 수 있는 정격 최대 속도를 의미하는 것으로서, 본 발명에 따른 속도제어 알고리즘은 상기 정격 최대 속도를 초과하는 것을 금지하고 있다.
다만 아래 속도곡선에 의하면 동적충전 구간에서의 속도가 평시에 비해 느려지는 바 동적충전 구간은 상대적으로 길어지는 것으로 보이나, 이는 어디까지나 시간에 따른 속도가 어떻게 변하는가를 보여주는 곡선에 따른 것이므로 그에 따라 동적충전 구간을 더 넓게 보이도록 한 것에 불과하다.
도 5를 참조하면 상기 정적충전 알고리즘은
상기 제어부에 의해 동적 충전이 시작되는 출발시에 주배터리부와 보조배터리부의 충전량을 센싱하는 충전량 센싱 단계(SS100); 주배터리부와 보조배터리부의 충전량 충족여부를 판단하는 주배터리부와 보조배터리부의 충전량 충족여부 판단 단계(SS200); 주배터리부와 보조배터리부의 충전량이 충족된 것으로 판단되는 경우 충전량 보정 알고리즘이 적용되는 충전량 보정 알고리즘 적용 단계(SS300); 각 플랫폼에서의 도착과 출발까지의 시간을 정한 타임테이블에 따른 출발시간 도달여부를 판단하는 타임테이블 따른 출발시간 도달 여부 판단 단계(SS400); 주배터리부와 보조배터리부의 충전량이 충족된 것으로 미달된 것으로 판단되되, 후속 트램과의 거리차가 임계거리내인지를 판단하는 후속 트램 임계거리 이내 여부 판단 단계(SS500); 후속 트램과의 거리차가 임계거리내가 아닌 경우 각 플랫폼에서의 도착과 출발까지의 시간을 정한 타임테이블에 시간보상치를 더하여 적용하고 더해진 시간보상치를 중앙관제시스템에 이를 알리는 시간보상치 적용 및 중안관제시스템에 시간보상치 송출 단계(SS600); 각 플랫폼에서 트램이 머무를 수 있는 최대시간에 도달된 것인지를 판단하는 플랫폼 체류 최대시간 도달 여부 판단 단계(SS700); 및 타임테이블 따른 출발시간에 도달되었거나, 플랫폼 체류 최대시간(PSMT:Platform Stay Max Time)에 도달된 경우 트램을 지연된 평균속도 테이블에 따라 출발시켜 동적 충전 알고리즘을 적용하는 동적 충전 알고리즘 적용 단계(SS800);로 구성된다.
상기 후속 트램 임계거리라 함은 본 알고리즘이 적용되는 트램과 후행하는 트램과의 거리로서, 충돌의 위험이 있을 수 있는 거리로서 최소한도로 트램과 트램사이에 가져야할 거리를 의미한다.
상기 시간보상치는 플랫폼에서의 도착시간과 출발시간을 정해놓은 타임테이블에서 출발시간을 시간보상치 만큼 지연시켜 배터리 시스템의 충전시간을 늘리는 것을 의미한다.
이때의 시간보상치는 초단위로 정해지는 것으로서, 경우에 따라 짧게는 1초에서 60초 이상까지 설정될 수 있음이 바람직하다.
이때의 시간보상치는 결국 플랫폼에서의 출발시간을 지연하는 것이므로 지연되는 시간을 중앙관제 시스템에 알려야 함은 당연하다.
도 6을 참조하면 상기 충전량 보정 알고리즘은
주배터리부를 구성하는 각각의 배터리군 SOC 값을 추정하는 주배터리부 구성 배터리군 SOC값 추정 단계(SC100); 최하 SOC값을 갖는 배터리군을 지정하는 최하 SOC값 갖는 배터리군 지정 단계(SC200); 보조배터리부에 의해 최하 SOC값 갖는 배터리군을 충전하는 보조배터리에 의한 최하 SOC값 갖는 배터리군 충전 단계(SC300); 및 충전받고 있는 배터리군의 SOC값이 전체 배터리군에서 최하값인지를 판단하는 충전중인 배터리군의 SOC값의 최하값 유지 여부 판단 단계(SC400);로 구성된다.
도 3을 예로 들어 설명하면 주배터리부를 이루는 배터리군중에서 배터리군1(Bat1)이 SOC(State Of Charge) 값이 가장 낮게 추정되었을 때, 제어부가 스위치 1(S1)에 도통신호를 인가하여 도통시키면, 보조배터리부는 배터리군1과 회로적으로 연결된 상태가 되고, 다이오드는 배터리군의 전압보다 보조배터리부가 높게 세팅되어 있으므로 문턱전압보다 높으면 도통되어 결국 보조배터리부에 의해 배터리군1이 충전된다.
상기 충전량 보정 알고리즘이 계속 적용되면, 가장 낮은 SOC값을 갖는 배터리군을 추정하여 추정된 배터리군에 계속적으로 보조배터리부가 충전하게 되어 주배터리부가 방전할 수 있는 한계치가 계속 높아지는 결과, 주배터리부의 성능이 비약적으로 높아지고, 부분적으로 주배터리부의 밸런싱을 맞추는 효과까지 있게 된다.
도 7을 참조하면 상기 평균속도테이블에 따른 트램 속도에 따른 동적 충전 단계 및 속도 보상치에 따른 동적 충전 단계에 있어 플랫폼에서 출발한 순간부터 다음 플랫폼에서 정지할 때까지의 평균속도는 서로 동일한 것이 바람직하다.
회생제동발전부(160)에 의한 충전의 경우에 상기 배터리 시스템 대신에 울트라캐패시터(미도시)에 충전하는 함이 바람직하다.
상기 배터리군의 SOC를 추정하는 방식은 배터리 군의 전압을 센싱하여 추정하는 방식 혹은 출력 전류를 센싱하여 추정하는 전류 적산 방식 중 어느 하나인 것을 사용함이 바람직하다.
상기 무선전력전송 무가선 트램 시스템에서의 무선전력전송 방식은 자기유도 방식을 사용함이 바람직하다.
상기 주배터리부와 보조배터리부를 이루는 배터리군은 단주기형과 장주기형이 혼합된 하이브리드 배터리를 사용함이 바람직하다.
본 발명에 따른 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.
(1) 본 발명은 무가선 트램의 실제 운행시에 적합한 배터리의 충전량을 유지하면서 효율적으로 동적 충전 및 정적 충전을 할 수 있도록 하는 알고리즘을 제공하여 최적의 무선전력전송 무가선 트램시스템을 제공할 수 있다.
(2) 본 발명은 무선전력전송 무가선 트램 시스템에 있어서, 운행에 적합한 충전량을 플랫폼에서 출발할 때마다 검측하여 이에 따른 충전 혹은 속도 제어알고리즘을 제안하여 최적의 충전이 될 수 있도록 하여 배터리부의 충전률이 운행할 수 없는 최악의 상황을 회피할 수 있도록 한다.
(3) 상기 속도 제어 알고리즘은 전체 평균 속도를 변형하지 않고, 동적 충전 구간과 동적 충적 공간 사이의 운행 속도만을 변형하므로, 트램의 운행시간이 더 빨라지거나 연착됨이 없이 그대로 유지되도록 한다.
(4) 상기 무가선 트램 시스템에서도 회생제동 충전이 가능하도록 하는 한편 배터리부외에 울트라커패시터를 보조충전부로 활용하여 배터리의 충전횟수를 줄여 내구연한이 유지되도록 한다.
(5) 본 발명은 트램이 정지시, 즉 정적 충전에 대한 충전을 최적화 하는 알고리즘을 제공하여 정적 충전을 최적화한다.
(6) 본 발명은 트램에 탑재된 배터리 시스템에 있어서, 동적 충전 및 정적 충전 과정에 있어서, 배터리군간에 발란싱을 위해 충전량 보정을 하여 배터리의 활용을 극대화할 수 있다.
(7) 상기 무가선 트램 시스템에는 회생제동 충전이 가능하도로 한다.
(8) 배터리 시스템을 구동부를 위한 주배터리부와 주배터리부의 충전량 보정을 위한 보조배터리부로 나눠 전체 배터리 시스템의 활용을 최적화할 수 있다.
100 : 무가선 트램 시스템 110 : 제어부
120 : 주배터리부 130 : 전력변환장치
140 : 구동부 150 : 보조배터리부
160 : 회생제동발전부 200 : 무선전력전송부
BS : 배터리 시스템 Bat1,2,3,4 : 배터리군 1,2,3,4
S1,2,3,4 : 스위치 D : 다이오드
SD100 : 주배터리부와 보조배터리부 충전량 센싱 단계
SD200 : 주배터리부와 보조배터리부 충전량 충족여부 판단 단계
SD300 : 평균속도테이블 트램속도에 따른 동적 충전 단계
SD400 : 충전량 보정 알고리즘 적용 단계
SD500 : 속도보상차에 따른 동적 충전 단계
SD600 : 스테이션 도착과 정지여부 판단 단계
SD700 : 정적 충전 알고리즘 적용 단계
SS100 : 주배터리부와 보조배터리부 충전량 센싱 단계
SS200 : 주배터리부와 보조배터리부 충전량 충족여부 판단 단계
SS300 : 충전량 보정 알고리즘 적용 단계
SS400 : 타임테이블 따른 출발시간 도달 여부 판단 단계
SS500 : 후속 전철 임계거리 이내 여부 판단 단계
SS600 : 시간 보상차 적용 및 중안관계시스템에 지연시간 송출 단계
SS700 : SSMT 도달 여부 판단 단계
SS800 : 평균속도 테이블 따른 출발 및 동적충전 알고리즘 적용 단계
SC100 : 주배터리부 구성 배터리군 SOC 값 추정 단계
SC200 : 최하 SOC값 갖는 배터리군 지정 단계
SC300 : 보조배터리부에 의한 최하 SOC값 갖는 배터리군 충전 단계
SC400 : 충전받고 있는 배터리군 SOC 값의 최하 유지 여부 판단 단계

Claims (9)

  1. 플랫폼의 트랙에 설치되는 1차코일로부터 트램의 하부에 설치되어 있는 2차코일부로 무선전력전달이 되어 구동되는 무선전력전송부를 갖춘 무가선 트램 시스템에 있어서,
    상기 무가선 트램 시스템은
    무선전력전달되는 에너지를 저장하는 배터리 시스템; 무가선 트램을 구동하는 구동부; 회생제동발전부; 전력변환부; 및 동적충전 알고리즘, 정적충전 알고리즘 및 충전량 보정 알고리즘이 프로그램밍되어 임베딩된 제어부;로 구성되며,
    상기 제어부는 상기 배터리 시스템의 충전량과 구동부의 속도를 센싱하여 전력변환부에 상기 동적충전 알고리즘, 정적충전 알고리즘, 충전량 보정 알고리즘에 따른 신호를 입력시켜 구동부를 구동케 하여 트램의 속도를 제어하거나, 전력변환부가 2차코일부로 무선전달되는 전력을 상기 배터리 시스템에 충전되도록 하는 변환, 상기 회생제동발전부로부터 전달되는 전력을 상기 배터리 시스템에 충전되도록 하는 변환, 상기 배터리 시스템으로부터 방전되는 전력을 구동부가 이용할 수 있는 전력으로 변환시키는 것을 제어하며,
    상기 배터리 시스템은 직병렬로 연결된 복수의 배터리셀로 구성되는 배터리군이 직렬로 연결되어 있는 주배터리부; 및 직병렬로 연결된 복수의 배터리셀로 구성된 배터리군으로 1개로 구성되되, 상기 주배터리부를 구성하는 배터리군보다 전위가 상대적으로 더 높은 보조배터리부;로 구성되되,
    상기 주배터리부의 각 배터리군은 보조배터리부와 양극은 양극끼리, 음극은 음극끼리 연결되되, 상기 주배터리부의 각 배터리군의 양극과 보조배터리부의 양극 사이에는 보조배터리부 양극에서 상기 주배터리부의 각 배터리군의 양극 방향으로 도통되는 반도체 스위치나 마그네틱 스위치 중 어느하나를 사용하는 스위치가 각각 연결되어 있으며, 상기 스위치의 온 또는 오프 신호는 상기 제어부로부터 인가되며,
    상기 보조배터리부의 양극과 상기 스위치 사이에는 다이오드가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체 스위치는 프리휠링 다이오드를 포함하지 않는 3단자 소자로써 제어부에 의한 온오프 신호에 따라 도통 비도통 됨을 특징으로 하는 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 동적충전 알고리즘은
    상기 제어부에 의해 동적 충전이 시작되는 출발시에 주배터리부와 보조배터리부의 충전량을 센싱하는 충전량 센싱 단계;
    주배터리부와 보조배터리부의 충전량 충족여부를 판단하는 주배터리부와 보조배터리부의 충전량 충족여부 판단 단계;
    주배터리부와 보조배터리부의 충전량이 충족된 것으로 판단되는 경우 평상시 각각 연결된 플랫폼간의 거리, 동적 충전 시간에 따라 미리 계산되어 입력된 평균속도테이블에 따른 트램의 속도에 따라 동적 충전이 되는 평균속도테이블의 트램 속도에 따른 동적 충전 단계;
    보조배터리에 의해 주배터리부를 구성하는 배터리군중에서 가장 낮은 SOC값을 갖는 배터리군을 충전하는 알고리즘을 적용하는 충전량 보정 알고리즘 적용 단계;
    주배터리부나 보조배터리부의 충전량이 미달된 것으로 판단되는 경우 각 플랫폼에서 출발할 때의 동적 충전 구간에서의 평균속도를 -△V하고, 다음 플랫폼에서의 도착할 때의 동적충전 구간에서의 평균속도테이블상의 평균속도를 -△V" 하여 운행하되, 플랫폼사이의 충전이 이루어지지 않는 구간에서의 속도는 +△V' 하여 운행하여 동적 충전이 되는 속도 보상치에 따른 동적 충전 단계;
    다음 플랫폼에 도착과 정지여부를 판단하는 플랫폼 도착과 정지 여부 판단 단계; 및
    플랫폼에 도착과 정지되었다고 판단되는 경우 상기 정적 충전 알고리즘을 적용하는 정적 충전 알고리즘 적용단계;로
    구성되는 것을 특징으로 하는 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 정적충전 알고리즘은
    상기 제어부에 의해 동적 충전이 시작되는 출발시에 주배터리부와 보조배터리부의 충전량을 센싱하는 충전량 센싱 단계;
    주배터리부와 보조배터리부의 충전량 충족여부를 판단하는 주배터리부와 보조배터리부의 충전량 충족여부 판단 단계;
    주배터리부와 보조배터리부의 충전량이 충족된 것으로 판단되는 경우 충전량 보정 알고리즘이 적용되는 충전량 보정 알고리즘 적용 단계;
    각 플랫폼에서의 도착과 출발까지의 시간을 정한 타임테이블에 따른 출발시간 도달여부를 판단하는 타임테이블 따른 출발시간 도달 여부 판단 단계;
    주배터리부와 보조배터리부의 충전량이 충족된 것으로 미달된 것으로 판단되되, 후속 트램과의 거리차가 임계거리내인지를 판단하는 후속 트램 임계거리 이내 여부 판단 단계;
    후속 트램과의 거리차가 임계거리내가 아닌 경우 각 플랫폼에서의 도착과 출발까지의 시간을 정한 타임테이블에 시간보상치를 더하여 적용하고 더해진 시간보상치를 중앙관제시스템에 이를 알리는 시간보상치 적용 및 중안관제시스템에 시간보상치 송출 단계;
    각 플랫폼에서 트램이 머무를 수 있는 최대시간에 도달된 것인지를 판단하는 플랫폼 체류 최대시간 도달 여부 판단 단계; 및
    타임테이블 따른 출발시간에 도달되었거나, 플랫폼 체류 최대시간에 도달된 경우 트램을 평균속도 테이블에 따라 출발시켜 동적 충전 알고리즘을 적용하는 동적 충전 알고리즘 적용 단계;로
    구성된 것을 특징으로 하는 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전량 보정 알고리즘은
    주배터리부를 구성하는 각각의 배터리군 SOC 값을 추정하는 주배터리부 구성 배터리군 SOC값 추정 단계;
    최하 SOC값을 갖는 배터리군을 지정하는 최하 SOC값 갖는 배터리군 지정 단계;
    보조배터리부에 의해 최하 SOC값 갖는 배터리군을 충전하는 보조배터리에 의한 최하 SOC값 갖는 배터리군 충전 단계; 및
    충전받고 있는 배터리군의 SOC값이 전체 배터리군에서 최하값인지를 판단하는 충전중인 배터리군의 SOC값의 최하값 유지 여부 판단 단계;로
    구성된 것을 특징으로 하는 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 평균속도테이블에 따른 트램 속도에 따른 동적 충전 단계 및 속도 보상치에 따른 동적 충전 단계에 있어 플랫폼에서 출발한 순간부터 다음 플랫폼에서 정지할 때까지의 평균속도는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 회생제동발전부에 의한 충전의 경우에 상기 배터리 시스템 대신에 울트라캐패시터에 충전하는 것을 특징으로 하는 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 주배터리부의 배터리군의 SOC를 추정하는 방식은 배터리 군의 전압을 센싱하여 추정하는 방식 혹은 출력 전류를 센싱하여 추정하는 전류 적산 방식 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 동적충전 구간과 정적충전 구간에서의 충전량 충족을 위한 속도 제어 알고리즘이 적용된 무선전력전송 무가선 트램 시스템.
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