KR102120693B1 - 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 급전장치의 급전판과 부스바(busbar)의 접촉상태를 확인하여 완전하게 접한 상태가 아닐 경우 급전이 개시되지 않도록 하여 안전사고를 예방할 뿐만 아니라, 급전장치와 부스바의 상대 위치를 확인하여 차량을 정위치에 이동시킬 수 있게 하는 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차량에 설치되는 부스바(busbar)를 포함하는 수전부와, 선로주변에 설치되되, 상기 부스바와 접하도록 구비되는 역팬터그래프를 포함하는 급전장치로 이루어지고, 상기 부스바는 전단과 후단에 구배부재가 상부로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치{a safety interface apparatus for mass quick charging system}
본 발명은 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 급전장치의 급전판과 부스바(busbar)의 접촉상태를 확인하여 완전하게 접한 상태가 아닐 경우 급전이 개시되지 않도록 하여 안전사고를 예방할 뿐만 아니라, 급전장치와 부스바의 상대 위치를 확인하여 차량을 정위치에 이동시킬 수 있게 하는 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치에 관한 것이다.
최근 차량이 설정된 궤도 위를 주행하는 교통 시스템에 있어서, 가선으로부터 전력을 공급받지 않고 주행하는 차량을 사용한 무가선 교통 시스템이 제안되고 있는데, 이러한 무가선 교통 시스템의 차량은 축전장치를 탑재하고 있다.
이러한 무가선 교통 시스템에 사용되는 배터리 충전 시스템은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 선로 연변에 설치되어 계통전력을 차량으로 전달하기 위한 역팬터그래프 기구부와 차량 상부에 설치되어 전력을 배터리로 전달하기 위한 busbar로 구성된다.
여기서, 차량의 충전을 위한 절차를 살펴보면, 차량의 충전이 필요한 경우 운전자의 시계판단에 의해 충전용 정차 위치로 이동하여 정위치 정차를 확인하고, 정위치 확인 후 충전을 개시하면 선로 연변에 설치된 역팬터그래프가 하강하여 차량 상부의 busbar와 접촉하게 되며, 접촉 검지 후 계통의 전력이 역팬터그래프 및 busbar를 통하여 차내 배터리로 공급하게 된다.
그런데, 기존 충전시스템은 단순한 운전자의 시계 판단에 의한 정위치 정차를 가정하여 이후의 충전절차가 진행되므로, 사용자의 오판단 혹은 장치의 오작동에 의해, 도 3에 도시된 바와 같이, 접촉면적이 확보되지 못한 상태에서 충전 준비 및 급전 개시가 진행될 경우 접촉 면적의 편차가 발생 될 수 있으며, 접촉 면적이 감소 될 경우, 충전시에 발열이 발생하는 등, 충전시 안전상의 문제를 야기할 수 있는 문제점이 있다.
한국공개특허 10-2017-0070078 한국등록특허 10-0993159
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 선로주변(선로연변)에 설치되는 급전장치는 승강장치의 하부에 구비되는 역팬터그래프를 포함하여 이루어지고, 차량에 설치되는 수전부는 상기 역팬터그래프의 집전판이 접하는 부스바(busbar)를 포함하여 이루어져 전력을 전송받는데, 부스바의 전단과 후단에는 각각 상부로 돌출되는 구배부재를 형성하여 차량이 정위치 정차되지 않을 경우 상기 구배부재에 의해 급전판이 기울어지도록 하여, 급전장치의 제어부에서 급전판의 기울어짐을 감지할 경우 전력 전송을 수행하지 않도록 하여 안전사고를 예방하도록 하는 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치를 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 차량이 정위치 정차가 되지 않을 경우 부스바의 양단에 형성되는 구배부재에 의해 급전판이 기울어지게 되는데, 급전장치를 구성하는 역팬터그래프는 부스바와 접하는 급전판과 승강장치를 연결하는 연결암으로 이루어져, 급전판 및 연결암의 기울기를 측정하고 구배부재의 높이와 부스바의 길이를 대입하게 되면, 역팬터그래프와 부스바의 상대위치를 확인할 수 있어 차량의 운전자가 이를 통하여 정확한 위치로 이동할 수 있게 하여 안전사고를 방지하도록 하는 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치를 제공하는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;
차량에 설치되는 부스바(busbar)를 포함하는 수전부와, 선로주변에 설치되되, 상기 부스바와 접하도록 구비되는 역팬터그래프를 포함하는 급전장치로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 부스바는 전단과 후단에 구배부재가 상부로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 역팬터그래프는 상기 부스바와 접하여 전력을 전송하는 급전판과, 상기 급전판의 상부에 회동가능하게 구비되는 연결암으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 급전판에는 기울기 센서가 구비되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 급전장치에는 제어부가 구비되되, 상기 제어부는 급전판의 기울기가 설정된 각도 범위를 벗어날 경우, 급전판과 부스바의 연결이 불완전하다고 판단하여 급전을 진행하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부에는 구배부재의 높이 및 부스바의 길이를 고려하여, 상기 급전판의 기울기 정보에 따라 부스바와 역팬터그래프의 상대위치를 계산한 환산 테이블이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결암에는 기울기 센서가 더 구비되되, 상기 환산 테이블은 연결암의 기울기까지 고려하여 부스바와 역팬터그래프의 상대위치를 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 선로주변(선로연변)에 설치되는 급전장치는 승강장치의 하부에 구비되는 역팬터그래프를 포함하여 이루어지고, 차량에 설치되는 수전부는 상기 역팬터그래프의 집전판이 접하는 부스바(busbar)를 포함하여 이루어져 전력을 전송받는데, 부스바의 전단과 후단에는 각각 상부로 돌출되는 구배부재를 형성하여 차량이 정위치 정차되지 않을 경우 상기 구배부재에 의해 급전판이 기울어지도록 하여, 급전장치의 제어부에서 급전판의 기울어짐을 감지할 경우 전력 전송을 수행하지 않도록 하여 안전사고를 예방하도록 하는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 차량이 정위치 정차가 되지 않을 경우 부스바의 양단에 형성되는 구배부재에 의해 급전판이 기울어지게 되는데, 급전장치를 구성하는 역팬터그래프는 부스바와 접하는 급전판과 승강장치를 연결하는 연결암으로 이루어져, 급전판 및 연결암의 기울기를 측정하고 구배부재의 높이와 부스바의 길이를 대입하게 되면, 역팬터그래프와 부스바의 상대위치를 확인할 수 있어 차량의 운전자가 이를 통하여 정확한 위치로 이동할 수 있게 하여 안전사고를 방지하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 충전 시스템을 보여주는 정면 개념도이다.
도 2는 종래의 충전 시스템을 보여주는 측면 개념도이다.
도 3은 종래의 충전 시스템에서 충전을 위하여 정차한 상태를 보여주는 상태도이다.
도 4는 본 발명에 따른 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치의 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치에서 급전판과 부스바가 잘못 연결된 상태의 상태도이다.
도 6은 본 발명에 따른 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치에서 기울기 센서가 설치된 상태의 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치의 상태도이다.
도 8은 도 7의 파라미터에 대응되도록 설정된 환산 테이블의 개념도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치의 측면도이다.
도 10은 도 9의 실시 예에 따른 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치의 부분 정면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.
도 4는 본 발명에 따른 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치의 개념도이고, 도 5는 본 발명에 따른 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치에서 급전판과 부스바가 잘못 연결된 상태의 상태도이고, 도 6은 본 발명에 따른 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치에서 기울기 센서가 설치된 상태의 개념도이고, 도 7은 본 발명에 따른 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치의 상태도이고, 도 8은 도 7의 파라미터에 대응되도록 설정된 환산 테이블의 개념도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치의 측면도이고, 도 10은 도 9의 실시 예에 따른 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치의 부분 정면도이다.
본 발명은 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치에 관한 것으로 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이 그 구성은 선로의 주변에 설치되는 급전장치(부호 미도시)와 차량에 구비되어 상기 급전장치(부호 미도시)로부터 전력을 전송받는 수전부(200)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 급전장치(부호 미도시)는 수전부(200)와 접하여 직접 전력을 전송하기 위한 역팬터그래프(110)와 상기 역팬터그래프(110)를 승하강시키는 승강장치(미도시)와 각 구성들을 제어하기 위한 제어부(미도시)를 포함하여 이루어지며, 상기 수전부(200)는 역팬터그래프(110)와 접하여 전력을 전송받는 부스바(busbar, 210)를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 역팬터그래프(110)는 상기 부스바(210)와 접하도록 형성되는 급전판(130)과 상기 급전판(130)의 상부에 회동가능하도록 힌지결합으로 결합되는 연결암(120)으로 이루어진다.
그래서, 차량이 충전을 위하여 정차할 경우, 상기 승강장치를 통하여 역팬터그래프(110)가 하강하여, 역팬터그래프(110)의 급전판(130)과 부스바(210)가 접하여 전력을 전송받아 차량의 내부에 구비된 충전장치에 저장되게 된다.
그리고, 상기 부스바(210)는 차량의 길이방향을 따라 형성되며, 부스바(210)의 전단과 후단에 상부로 돌출되도록 구배부재(220)가 형성된다.
여기서, 상기 역팬터그래프(110)를 구성하는 급전판(130)은 연결암(120)의 하단에 각도 조절이 가능하게 설치되며, 상기 급전판(130)에는 기울기 센서(140)가 구비된다.
이때, 충전을 위하여 차량이 정차하게 되면, 상기 승강장치에 의해 역팬터그래프(110)가 하강하게 되어 상기 급전판(130)이 부스바(210)의 상면과 접하게 되는데, 도 5에 도시된 바와 같이, 차량이 정위치에 정차하지 않고 더 이동하거나 덜 이동했을 경우에는 상기 급전판(130)이 부스바(210)와 수평을 이루지 않고 상기 구배부재(220)에 의해 기울어지게 된다.
따라서, 상기 급전판(130)에 설치되는 기울기 센서(140)는 급전판(130)이 기울어진 정도를 판단하여 제어부로 전송하게 되며, 상기 제어부는 수신된 기울기 정보가 수평상태의 오차 범위의 기울기인지를 판단하여 오차를 벗어날 경우에는 급전판(130)과 부스바(220)의 연결이 불완전한 것으로 판단하게 된다.
또한, 상기 제어부는 급전판(130)과 부스바(220)의 연결이 불완전한 것으로 판단할 경우 급전장치(부호 미도시)가 수전부(200)로 전력을 전송할 수 없도록 제어하여 안전사고를 예방하도록 한다.
즉, 전력을 전송할 때, 급전판(130)과 부스바(210)의 접촉 면적이 충분하지 않을 경우에는 충전시에 발열이 발생하는 등, 안전상의 문제를 야기할 수 있는데, 본 발명에서는 전력을 전송하기 전에 급전판(130)과 부스바(210)의 연결상태를 미연에 감지하여 완전한 연결이 이루어지지 않을 경우에는 전력의 전송이 진행되지 않도록 함으로써, 안전사고를 방지하게 한다.
그리고, 상기 역팬터그래프(110)는 급전판(130)과 연결암(120)로 이루어지는데, 상기 연결암(120)은 하나의 바 형태로 형성될 수도 있고, 도면에 도시된 바와 같이 상부에 위치하는 승하강장치와 연결되는 제1링크부재(122)와 제1링크부재(122)와 급전판(130)을 연결하는 제2링크부재(124)로 이루어질 수도 있다.
여기서, 상기 제1,2링크부재(122,124)는 모두 힌지 결합으로 결합되며, 각 관절부에는 원상태로 복원을 위한 리턴스프링을 구비하여 역팬터그래프(110)가 승강장치에 의해 상부로 이동할 경우 제1,2링크부재(122,124)는 완전히 펼쳐지게 되고, 급전판(130)은 제2링크부재(124)와 수직을 이루게 된다.
한편, 상기 제어부에는 부스바(210)와 역팬터그래프(110)의 상대위치가 계산된 환산 테이블이 구비되는데, 상기 환산 테이블은 부스바(210)의 전체 길이 및 구배부재(220)의 높이를 고려하여 상기 기울기 센서(140)를 통하여 감지한 급전판(130)의 기울기 정보에 따라 부스바(210)와 역팬터그래프(110)의 상대위치가 계산되어 테이블 형태로 저장되게 된다.
그래서, 상기 제어부는 급전판(130)의 기울어진 각도만을 확인하면 부스바(210)의 중심부를 기준으로 역팬터그래프(110)가 어느쪽으로 얼마만큼 치우쳐있는 지를 확인할 수 있고, 이를 운전자에게 통보하여 운전자가 안정적으로 정위치에 차량을 정차할 수 있게 한다.
그리고, 상기 역팬터그래프(110)를 구성하는 연결암(120)에도 기울기 센서(140)가 더 구비될 수 있는데, 이럴 경우 상기 제어부에 구비되는 환산 테이블은 연결암(120)의 기울기까지 고려하여 부스바(210)와 역팬터그래프(110)의 상대위치를 계산하여 설정하게 된다.
따라서, 상기 환산 테이블은 연결암(120)의 기울기까지 고려하여 부스바(210)와 역팬터그래프(110)의 상대위치를 계산하게 됨으로써, 보다 정확하게 상대위치를 계산할 수 있어 정확한 정위치 제어를 가능하게 하며, 그에 따라 보다 안정적으로 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예로 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 역팬터그래프(110)를 구성하는 급전판(130)의 전부와 후부의 측면에는 각각 근접센서(150)가 구비되고, 상기 부스바(210)의 양측에는 상부로 돌출되는 측판(230)이 형성된다.
여기서, 상기 근접센서(150)는 근접한 위치에 있는 물체를 감지하게 되는데, 상기 측판(230)의 높이는 구배부재(220)의 높이보다 낮게 형성됨으로써, 도 5에 도시된 바와 같이 급전판(130)이 기울어질 경우, 급전판(130)의 전부에 위치하는 근접센서(150)는 측판(230)을 감지하지 못하고, 후부에 위치하는 근접센서(150)만이 측판(230)을 감지하게 된다.
이때, 상기 급전판(130)의 기울기가 반대일 경우에는 전부의 근접센서(150)는 측판(230)을 감지하는데, 후부의 근접센서(150)는 측판(230)을 감지하지 못하게 된다.
따라서, 상기 급전장치(부호 미도시)에 구비되는 제어부는 상기 급전판(130)에 구비되는 한 쌍의 근접센서(150)가 모두 측판(230)을 감지할 경우에는 급전판(130)과 부스바(210)의 연결이 완전하다고 판단하게 되고, 한 쌍의 근접센서(150) 중 어느 하나만이 측판(230)을 감지할 경우에는 급전판(130)과 부스바(210)의 연결이 불완전하다고 판단하여 전력을 전송할 수 없도록 제어하게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
본 발명은 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 급전장치의 급전판과 부스바(busbar)의 접촉상태를 확인하여 완전하게 접한 상태가 아닐 경우 급전이 개시되지 않도록 하여 안전사고를 예방할 뿐만 아니라, 급전장치와 부스바의 상대 위치를 확인하여 차량을 정위치에 이동시킬 수 있게 하는 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치에 관한 것이다.
110 : 역팬터그래프
120 : 연결암 122 : 제1링크부재
124 : 제2링크부재 130 : 급전판
140 : 기울기 센서 200 : 수전부
210 : 부스바 220 : 구배부재

Claims (9)

  1. 차량에 설치되는 부스바(busbar)를 포함하는 수전부와,
    선로주변에 설치되되, 상기 부스바와 접하도록 구비되는 역팬터그래프를 포함하는 급전장치로 이루어지되,
    상기 부스바는 전단과 후단에 구배부재가 상부로 돌출되도록 형성되고,
    상기 역팬터그래프는 상기 부스바와 접하여 전력을 전송하는 급전판과,
    상기 급전판의 상부에 회동가능하게 구비되는 연결암으로 이루어지고,
    상기 급전판에는 기울기 센서가 구비되며,
    상기 급전장치에는 제어부가 구비되되,
    상기 제어부는 급전판의 기울기가 설정된 각도 범위를 벗어날 경우, 급전판과 부스바의 연결이 불완전하다고 판단하여 급전을 진행하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치.
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  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부에는 구배부재의 높이 및 부스바의 길이를 고려하여, 상기 급전판의 기울기 정보에 따라 부스바와 역팬터그래프의 상대위치를 계산한 환산 테이블이 구비되는 것을 특징으로 하는 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연결암에는 기울기 센서가 더 구비되되,
    상기 환산 테이블은 연결암의 기울기까지 고려하여 부스바와 역팬터그래프의 상대위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 부스바의 양측에는 상부로 돌출되는 측판이 형성되고,
    상기 급전판의 전후단 측면에는 상기 측판을 감지하기 위한 근접센서가 구비되는 것을 특징으로 하는 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 급전장치에는 제어부가 구비되되,
    상기 제어부는 상기 급전판의 전부와 후부에 설치되는 근접센서 중 일측에서 측판을 감지하지 못할 경우, 급전판과 부스바의 연결이 불완전하다고 판단하여 급전을 진행하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 대용량 급속 충전 시스템을 위한 안전 인터페이스 장치.
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