KR102138818B1 - Method of calculating the capacity of onboard energy storage system according to propulsion inverter cooling system - Google Patents

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Abstract

에너지저장매체와 컨버터를 포함하는 차상 에너지저장장치의 용량을 추진인버터 시스템 냉각방식에 따라 최적화할 수 있는 에너지저장장치의 용량산정 방법이 개시된다. 자연냉각방식 추진인버터 시스템을 고려한 차상 에너지저장장치 용량 산정은 우선 유가선 방식의 열차전기부하 특성곡선을 도출한다. 유가선 철도차량의 노선운행에 따른 전력변화곡선을 산정한다. 초기 에너지저장매체 및 컨버터의 용량을 산정하고 이에 따라 추가되는 질량을 업데이트 한다. 에너지저장매체와 컨버터가 철도차량에 내부에 설치된 정거장 급속충전 방식 철도차량의 열차전기부하 특성곡선을 도출한다. 노선운행을 완료했을 때 정거장간 이동에 따른 필요 에너지값이 가장 큰 값을 Eopt(k)로 저장하고, 이동중 추진전력과 회생전력, 정거장 충전 전력 중 가장 큰 전력크기값을 PPCS(k)로 저장한다. 이전값들과 비교하여 추가적인 반복연산에 따른 변화를 무시할 기준값 이내로 될 때까지 반복연산하여 도출된 에너지저장매체 용량과 컨버터 용량값을 최적 용량값으로 산정한다. 강제공랭식 추진인버터 시스템을 고려한 차상 에너지저장장치 용량 산정은 자연냉각방식 추진인버터 시스템을 고려한 차상 에너지저장장치 용량 산정 과정에 추진용 제어인버터를 냉각시키는 냉각팬을 일정한 전기부하로 추가 반영하여 산정한다. 이에 따라, 차상 에너지저장장치의 용량을 추진인버터 시스템 냉각방식에 따라 최적화하여 추가되는 무게증가를 최소화할 수 있다.
Disclosed is a capacity calculation method of an energy storage device capable of optimizing the capacity of an on-board energy storage device including an energy storage medium and a converter according to a propulsion inverter system cooling method. The calculation of the capacity of the onboard energy storage system considering the natural cooling type propulsion inverter system first derives the characteristic curve of the train electric load of the oil price line method. Calculate the power change curve according to the route operation of the oil price railroad vehicle. The capacity of the initial energy storage medium and converter is estimated and the added mass is updated accordingly. The energy storage medium and converter are installed inside the railway vehicle to derive the characteristic curve of the train's electric load of the railway vehicle. When the route operation is completed, the value with the largest required energy value according to the movement between stations is stored as E opt (k), and the largest power size value among the propulsive power, regenerative power, and charging power during movement is P PCS (k). Save as. Compared with the previous values, the energy storage medium capacity and converter capacity value derived by iterative calculation are calculated as the optimum capacity value until the change according to the additional iterations is within a negligible reference value. The calculation of the capacity of the onboard energy storage system considering the forced air-cooled propulsion inverter system is calculated by additionally reflecting the cooling fan cooling the control inverter for propulsion as a constant electric load in the process of estimating the capacity of the onboard energy storage system considering the natural cooling type propulsion inverter system. Accordingly, the capacity of the on-board energy storage device can be optimized according to the cooling method of the propulsion inverter system to minimize the additional weight increase.

Description

추진제어 인버터 시스템 냉각방식에 따른 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법{METHOD OF CALCULATING THE CAPACITY OF ONBOARD ENERGY STORAGE SYSTEM ACCORDING TO PROPULSION INVERTER COOLING SYSTEM}METHOD OF CALCULATING THE CAPACITY OF ONBOARD ENERGY STORAGE SYSTEM ACCORDING TO PROPULSION INVERTER COOLING SYSTEM}

본 발명은 추진제어 인버터 시스템의 냉각방식에 따른 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정거장 급속충전 방식 철도차량에 채용되고, 추진에 필요한 에너지를 저장하는 에너지저장매체와 에너지를 변환하는 컨버터를 포함하는 차상 에너지저장장치의 용량을 추진제어 인버터시스템의 냉각방식을 고려하여 최적화할 수 있는 에너지저장장치의 용량산정 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for estimating the capacity of an on-board energy storage device according to the cooling method of a propulsion control inverter system, and more specifically, an energy storage medium and energy that is employed in a rapid charging station railway vehicle and stores energy required for propulsion. It relates to a capacity calculation method of the energy storage device that can optimize the capacity of the on-board energy storage device including a converter for converting the capacity of the propulsion control inverter system in consideration of the cooling method.

최근 배터리 및 충전 기술이 발전함에 따라, 자동차는 물론 전동차에도 적용되고 있으며, 특히 배터리를 충전하여 정거장간을 운행하는 전동차에 관한 기술도 다수 개발되고 있다.2. Description of the Related Art With the recent development of battery and charging technology, it has been applied to electric vehicles as well as automobiles. In particular, many technologies related to electric vehicles that charge a battery and run between stations are being developed.

대한민국 등록특허 제10-1776008호(발명의 명칭 : 급속 충전을 통한 정거장 간 전동차 운행시스템)에서는 급속 충전을 통해 정거장과 정거장 간의 운행을 위한 최소의 에너지를 급속충전저장장치에 충전하여 전동차 주행시 별도의 충전 및 가선을 생략하고, 회생 제동시 발생하는 회생에너지를 모두 급속충전저장장치에 저장할 수 있어, 정거장간 운행에 필요한 에너지를 최소화하여 효율적인 전동차 운행을 가능하게 하는 기술을 개시하고 있다. In the Republic of Korea Registered Patent No. 10-1776008 (Invention name: electric vehicle operation system between stations through rapid charging), the minimum energy for operation between the station and the station through rapid charging is charged to the rapid charging storage device to separate the vehicle when driving. Disclosed is a technology that omits charging and wiring and can store all of the regenerative energy generated during regenerative braking in a rapid charging storage device, thereby minimizing the energy required for operation between stations and enabling efficient electric vehicle operation.

일반적인 유가선 전동차의 이동은 추진시스템을 통해 이루어지며 관련 전장품은 견인전동기 및 추진용 제어인버터로 구성된다. 정거장 급속충전 방식 철도차량은 정거장간 이동 중 전차선이 아닌 추가적으로 차내부에 설치되는 에너지저장매체와 컨버터로 구성된 에너지저장장치에서부터 추진 에너지를 공급받아 추진용 인버터를 통해 견인전동기를 구동하여 추진력을 발생시킨다. The movement of a general oil tanker train is carried out through a propulsion system, and the related electrical equipment is composed of a traction motor and a control inverter for propulsion. A rapid charging type railroad vehicle receives propulsion energy from an energy storage device composed of an energy storage medium and a converter that is installed inside the vehicle instead of a lane while moving between stations, and generates propulsion by driving a traction motor through a propulsion inverter. .

이때 추진용 제어인버터는 제어동작에 따라 열이 발생하므로 냉각이 필요하며 자연냉각 및 강제냉각 방식 등을 통해 냉각을 한다. 자연냉각 방식의 경우 추진에 필요한 에너지만 고려하면 되지만 강제냉각 방식 중 냉각팬을 이용하는 공랭식은 팬과 연계된 냉각팬용 인버터에 별도로 전력공급을 해야한다.At this time, since the control inverter for propulsion generates heat according to the control operation, cooling is required, and cooling is performed through natural cooling and forced cooling. In the case of the natural cooling method, only energy required for propulsion needs to be considered, but in the forced cooling method, the air cooling type using a cooling fan must separately supply power to an inverter for a cooling fan associated with the fan.

이처럼 급속충전 방식 철도차량은 정거장 간 기존의 유가선 전동차처럼 가선이 필요없음에 따라 전차선 건설 가격을 줄일 수 있는 장점이 있는 반면, 유가선 전동차와 비교하여 정거장 급속충전 방식 철도차량을 동일 노선에서 운행하기 위해 에너지저장매체와 컨버터와 같은 추가적인 차상(차량내부) 장치가 필요하다는 단점이 있다. As described above, the rapid charging type railroad vehicle has the advantage of reducing the construction cost of the tram line as there is no need for overhead lines like the existing oil-line trains between stations. The disadvantage is that an additional onboard (in-vehicle) device, such as an energy storage medium and a converter, is required to do so.

따라서, 이러한 차량 내부에 추가되어야 하는 장치의 용량을 최적으로 산출하여 차량 무게 증가를 최소화할 필요가 있다. Therefore, it is necessary to minimize the increase in vehicle weight by optimally calculating the capacity of the device to be added inside the vehicle.

0001)한국등록특허 제10-1776008호(2017. 09. 01.)(급속 충전을 통한 정거장 간 전동차 운행시스템)0001) Korea Registered Patent No. 10-1776008 (2017. 09. 01.) (electric vehicle operation system between stations through rapid charging) 0002)한국공개특허 제2018-0044561호(2018. 05. 03.)(독립형 마이크로그리드에서 에너지저장장치의 최적용량을 산정하기 위한 장치 및 그 방법)0002) Korea Patent Publication No. 2018-0044561 (2018. 05. 03.) (a device and method for estimating the optimal capacity of an energy storage device in a stand-alone microgrid) 0003)한국공개특허 제2017-0119863호(2017. 10. 30.)(에너지 저장 장치 용량 산정 방법 및 이를 이용하는 전력 관리 장치)0003) Korea Patent Publication No. 2017-0119863 (2017. 10. 30.) (Energy storage device capacity calculation method and power management device using the same)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 다음 정거장까지 운행에 필요한 추진용 에너지를 정거장에서 급속충전하는 정거장 급속충전 방식 철도차량 내부에 장착되는 차상 에너지저장장치 용량을 추진인버터시스템의 냉각방식을 고려하여 산정하기 위한 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, the technical problem of the present invention is to be conceived in this regard, and the object of the present invention is to provide the capacity of the on-board energy storage device mounted inside the railway vehicle for rapid charging of a station that rapidly charges propulsion energy required for operation to the next station. It is to provide a method for estimating the capacity of an on-board energy storage device for calculating in consideration of the cooling method of a propulsion inverter system.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 자연냉각 방식 추진제어 인버터시스템을 고려한 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법은, (i) 유가선 방식으로 운행되는 차량정보, 트랙정보 및 운행정보를 기반으로 노선의 모든 정거장 운행에 따른 유가선차량 전기부하특성 곡선을 도출하는 단계; (ii) 상기 유가선차량 전기부하특성 곡선에서 유가선 장치의 견인전동기를 구동하는 추진용 제어인버터에 에너지를 공급하는 에너지저장장치의 용량을 선정하는 단계; (iii) k번째(k는 자연수) 연산과정으로서 유가선 철도차량에 추가적으로 철도차량 내부에 장착되어야 하는 에너지저장매체 및 컨버터의 질량을 업데이트하는 단계; (iv) 기존열차와 동일한 노선에서 동일한 운행성능을 내기 위한 에너지저장매체와 컨버터가 철도차량에 설치된 정거장 급속충전 방식 철도차량의 무가선차량 전기부하특성 곡선을 도출하는 단계; (v) 상기 무가선 열차전기부하 특성곡선에서 유가선 장치의 견인전동기를 구동하는 추진용 제어인버터에 에너지를 공급하는 에너지저장장치의 용량을 선정하는 단계; (vi) k번째 연산과정에서 도출된 에너지저장매체의 용량(Eopt(k))과 (k-1)번째 연산과정에서 도출된 에너지저장매체의 용량(Eopt(k-1))의 차이값과 추가적인 반복연산에 따른 변화를 무시할 기준값과 비교하는 단계; (vii) 상기 단계(vi)에서 차이값이 기준값보다 크거나 같으면 k의 값을 1 증가시킨 후 단계(iii)으로 피드백하는 단계; 및 (viii) 상기 단계(vi)에서 차이값이 기준값보다 작으면 k번째 연산과정에서 도출된 에너지저장매체 용량(Eopt(k))과 k번째 연산 컨버터 용량(PPCS(k))을 최적 용량값으로 산정하는 단계를 포함한다. In order to realize the object of the present invention, the capacity calculation method of the on-board energy storage device considering the natural cooling type propulsion control inverter system according to an embodiment includes (i) vehicle information, track information, and operation operated by a gas line method Deriving an electric load characteristic curve of the oil tanker vehicle according to the operation of all stops on the route based on the information; (ii) selecting a capacity of an energy storage device for supplying energy to a propulsion control inverter for driving a traction motor of the oil line device from the electric load characteristic curve of the oil line vehicle; (iii) updating the mass of the energy storage medium and the converter to be installed inside the railway vehicle in addition to the oil priced railway vehicle as the kth (k is a natural number) calculation process; (iv) deriving an electric load characteristic curve of a lineless vehicle electric load characteristic of a rapid charging type railway vehicle with an energy storage medium and a converter installed on a railway vehicle in order to achieve the same operating performance on the same route as a conventional train; (v) selecting a capacity of an energy storage device that supplies energy to a propulsion control inverter that drives a traction motor of the oil line device from the characteristic curve of the overhead train electrical load; (vi) k the difference between the second calculated capacity of the energy storage medium obtained in step (E opt (k)) and (k-1) the capacity of the energy storage medium obtained in the second calculation process (E opt (k-1)) Comparing the value and the change according to the additional iteration with a reference value to be ignored; (vii) if the difference value in step (vi) is greater than or equal to the reference value, the value of k is increased by 1 and then fed back to step (iii); And (viii) when the difference value in step (vi) is smaller than the reference value, the energy storage medium capacity (E opt (k)) derived from the k-th calculation process and the k-th calculation converter capacity (P PCS (k)) are optimal. And calculating the dose value.

일실시예에서, 상기 단계(ii)는, 상기 유가선차량 전기부하특성 곡선에서 상기 에너지저장매체의 용량 초기값을 가정하고, 정거장에서의 에너지저장매체 완충을 고려한 노선운행을 완료했을 때 W*max(초기값-잔여 에너지저장매체 용량)에 따라 가장 큰 값을 초기 에너지저장매체 용량(Eopt(0))으로 저장하고, 이동중 추진전력과 회생전력 중 가장 큰 전력크기값을 초기 컨버터 용량(PPCS(0))으로 저장하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the step (ii), assuming the initial value of the capacity of the energy storage medium in the electric load characteristic curve of the oil tanker, W* when the route operation considering the buffering of the energy storage medium at the station is completed W* Depending on max (initial value-remaining energy storage medium capacity), the largest value is stored as the initial energy storage medium capacity (E opt (0)), and the largest power size value of the propulsive power and regenerative power during movement is the initial converter capacity ( P PCS (0)).

일실시예에서, 상기 단계(v)는, 상기 무가선차량 전기부하특성 곡선에서 정거장 급속충전 방식 철도차량이 상/하행 노선운행을 완료했을 때 W*max(Eopt(k-1)-잔여 에너지저장매체 용량)(여기서, W는 에너지저장매체의 특성을 고려하여 최대방전정도를 반영하기 위한 웨이팅 팩터, k는 자연수)에 따라 가장 큰 값을 k번째 연산 에너지저장매체 용량(Eopt(k))으로 저장하고, 이동중 추진전력과 회생전력, 정거장 충전 전력 중 가장 큰 전력크기값을 k번째 연산 컨버터 용량(PPCS(k))으로 저장하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the step (v) is W*max(E opt (k-1)-remaining when the railway vehicle of the station rapid charging method completes the up/down route operation in the electric load characteristic curve of the cable-free vehicle Energy storage medium capacity) (where W is the weighting factor to reflect the maximum discharge level considering the characteristics of the energy storage medium, k is a natural number), and calculate the largest value of the kth energy storage medium capacity (E opt (k )), and the largest power size value among propulsive power, regenerative power, and station charging power while on the move is stored as the k th operation converter capacity (P PCS (k)).

일실시예에서, 상기 단계(iii)는, (iii-1) 에너지저장매체의 (k-1)번째 연산과정에서 도출된 에너지량인 Eopt(k-1)과 단위 에너지 용량당 에너지저장매체 무게인 muESP[ton/kWh]을 곱하여 k번째 연산과정에서의 에너지저장매체의 무게를 구하는 단계; (iii-2) 컨버터의 (k-1)번째 연산과정에서 도출된 전력용량인 PPCS(k-1)을 컨버터 1대당 용량인 PuPCS으로 나누어 [ ]인 가우스 함수를 적용한 후 1을 더하고 이 값에 1대당 무게 muPCS[ton]을 곱하여 k번째 연산과정에서의 컨버터 무게를 구하는 단계; 및 (iii-3) 상기 단계(iii-1)에서 구한 에너지저장매체의 무게, 상기 단계(iii-2)에서 구한 컨버터 무게, 순수차량무게 및 승객무게를 합하여 k번째 연산과정에서의 전체무게가 산출하는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment, the step (iii), (iii-1) the energy storage medium E opt (k-1) derived from the (k-1) th calculation process of the energy storage medium and the energy storage medium per unit energy capacity Calculating the weight of the energy storage medium in the k-th calculation process by multiplying the weight m uESP [ton/kWh]; (iii-2) Divide the power capacity P PCS (k-1) derived from the (k-1) th operation process of the converter by the P uPCS capacity per converter, apply a Gaussian function of [], add 1, and add Calculating a converter weight in the k-th calculation process by multiplying the value by the weight per unit m uPCS [ton]; And (iii-3) the weight of the energy storage medium obtained in step (iii-1), the converter weight obtained in step (iii-2), the net vehicle weight and the passenger weight. And calculating.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 다른 실시예에 따른 강제공랭 방식 추진제어 인버터시스템을 고려한 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법은, (i) 유가선 방식으로 운행되는 차량정보, 트랙정보 및 운행정보를 기반으로 노선의 모든 정거장 운행에 따른 유가선차량 전기부하특성 곡선을 도출하는 단계; (ii) 상기 유가선차량 전기부하특성 곡선에서 유가선 장치의 견인전동기를 구동하는 추진용 제어인버터 및 냉각팬을 구동하는 냉각팬용 인버터에 에너지를 각각 공급하는 에너지저장장치의 용량을 선정하는 단계; (iii) k번째(k는 자연수) 연산과정으로서 유가선 철도차량에 추가적으로 철도차량 내부에 장착되어야 하는 에너지저장매체 및 컨버터의 질량을 업데이트하는 단계; (iv) 기존열차와 동일한 노선에서 동일한 운행성능을 내기 위한 에너지저장매체와 컨버터가 철도차량에 설치된 정거장 급속충전 방식 철도차량의 무가선차량 전기부하특성 곡선을 도출하는 단계; (v) 상기 무가선차량 전기부하특성 곡선에서 무가선 장치의 견인전동기를 구동하는 추진용 제어인버터 및 냉각팬을 구동하는 냉각팬용 인버터에 에너지를 각각 공급하는 에너지저장장치의 용량을 선정하는 단계; (vi) k번째 연산과정에서 도출된 에너지저장매체의 용량(Eopt(k))과 (k-1)번째 연산과정에서 도출된 에너지저장매체의 용량(Eopt(k-1))의 차이값과 추가적인 반복연산에 따른 변화를 무시할 기준값과 비교하는 단계; (vii) 상기 단계(vi)에서 차이값이 기준값보다 크거나 같으면 k의 값을 1 증가시킨 후 단계(iii)으로 피드백하는 단계; 및 (viii) 상기 단계(vi)에서 차이값이 기준값보다 작으면 k번째 연산과정에서 도출된 에너지저장매체 용량(Eopt(k))과 k번째 연산 컨버터 용량(PPCS(k))을 최적 용량값으로 산정하는 단계를 포함한다. In order to realize the object of the present invention, the method for calculating the capacity of the on-board energy storage device in consideration of the forced air-cooled propulsion control inverter system according to another embodiment includes (i) vehicle information, track information, and operation operated by a gas line method Deriving an electric load characteristic curve of the oil tanker vehicle according to the operation of all stops on the route based on the information; (ii) selecting the capacity of the energy storage device that supplies energy to the control control inverter for driving the traction motor of the oil line device and the cooling fan inverter for driving the cooling fan from the electric load characteristic curve of the oil tanker; (iii) updating the mass of the energy storage medium and the converter to be installed inside the railway vehicle in addition to the oil priced railway vehicle as the kth (k is a natural number) calculation process; (iv) deriving an electric load characteristic curve of a lineless vehicle electric load characteristic of a rapid charging type railway vehicle with an energy storage medium and a converter installed on a railway vehicle in order to achieve the same operating performance on the same route as a conventional train; (v) selecting the capacity of the energy storage device that supplies energy to the control control inverter for driving the traction motor of the cable-free device and the cooling fan inverter for driving the cooling fan from the electric load characteristic curve of the cable-free vehicle; (vi) k the difference between the second calculated capacity of the energy storage medium obtained in step (E opt (k)) and (k-1) the capacity of the energy storage medium obtained in the second calculation process (E opt (k-1)) Comparing the value and the change according to the additional iteration with a reference value to be ignored; (vii) if the difference value in step (vi) is greater than or equal to the reference value, the value of k is increased by 1 and then fed back to step (iii); And (viii) when the difference value in step (vi) is smaller than the reference value, the energy storage medium capacity (E opt (k)) derived from the k-th calculation process and the k-th calculation converter capacity (P PCS (k)) are optimal. And calculating the dose value.

일실시예에서, 상기 단계(ii)는, 상기 유가선차량 전기부하특성 곡선에서 상기 에너지저장매체의 용량 초기값을 가정하고, 정거장에서의 에너지저장매체 완충을 고려한 노선운행을 완료했을 때 W*[max(초기값-잔여 에너지저장매체 용량)+냉각팬 구동에너지]에 따라 가장 큰 값을 초기 에너지저장매체 용량(Eopt(0))으로 저장하고, 이동중 추진전력과 냉각전력의 전력합, 회생전력과 냉각전력의 전력합, 정거장 충전 전력과 냉각전력의 전력합 중 가장 큰 전력크기값을 초기 컨버터 용량(PPCS(0))으로 저장하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the step (ii), assuming the initial value of the capacity of the energy storage medium in the electric load characteristic curve of the oil tanker, W* when the route operation considering the buffering of the energy storage medium at the station is completed W* The maximum value is stored as the initial energy storage medium capacity (E opt (0)) according to [max (initial value-remaining energy storage medium capacity) + cooling fan drive energy], and the sum of the propulsive power and cooling power during movement, It is characterized by storing the largest power size value among the sum of the power of regenerative power and cooling power, the sum of the power of charging station and cooling power as the initial converter capacity (P PCS (0)).

일실시예에서, 상기 단계(v)는, 상기 무가선차량 전기부하특성 곡선에서 정거장 급속충전 방식 철도차량이 상/하행 노선운행을 완료했을 때 W*[max(Eopt(k-1)-잔여 에너지저장매체 용량)+냉각팬 구동에너지](여기서, W는 에너지저장매체의 특성을 고려하여 최대방전정도를 반영하기 위한 웨이팅 팩터, k는 자연수)에 따라 가장 큰 값을 k번째 연산 에너지저장매체 용량(Eopt(k))으로 저장하고, 이동중 추진전력과 냉각전력의 전력합, 회생전력과 냉각전력의 전력합, 정거장 충전 전력과 냉각전력의 전력합 중 가장 큰 전력크기값을 k번째 연산 컨버터 용량(PPCS(k))으로 저장하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the step (v) is W*[max(E opt (k-1)-) when the railway vehicle of the station rapid charging method completes the up/down route operation in the electric load characteristic curve of the cable-free vehicle. Residual energy storage medium capacity) + cooling fan driving energy] (where W is the weighting factor to reflect the maximum discharge degree in consideration of the characteristics of the energy storage medium, k is the natural number) and calculates the k-th computational energy. It is stored as medium capacity (E opt (k)), and the largest power size value among the sum of the propulsion power and cooling power, the sum of regenerative power and cooling power, and the sum of charging power and cooling power during movement is the kth. It is characterized in that it is stored in the operational converter capacity (P PCS (k)).

일실시예에서, 상기 단계(iii)는, (iii-1) 에너지저장매체의 (k-1)번째 연산과정에서 도출된 에너지량인 Eopt(k-1)과 단위 에너지 용량당 에너지저장매체 무게인 muESP[ton/kWh]을 곱하여 k번째 연산과정에서의 에너지저장매체의 무게를 구하는 단계 (iii-2) 컨버터의 (k-1)번째 연산과정에서 도출된 전력용량인 PPCS(k-1)을 컨버터 1대당 용량인 PuPCS으로 나누어 [ ]인 가우스 함수를 적용한 후 1을 더하고 이 값에 1대당 무게 muPCS[ton]을 곱하여 k번째 연산과정에서의 컨버터 무게를 구하는 단계 및 (iii-3) 상기 단계(iii-1)에서 구한 에너지저장매체의 무게, 상기 단계(iii-2)에서 구한 컨버터 무게, 순수차량무게 및 승객무게를 합하여 k번째 연산과정에서의 전체무게가 산출하는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment, the step (iii), (iii-1) the energy storage medium E opt (k-1) derived from the (k-1) th calculation process of the energy storage medium and the energy storage medium per unit energy capacity Multiplying the weight m uESP [ton/kWh] to obtain the weight of the energy storage medium in the kth calculation process (iii-2) P PCS (k, the power capacity derived from the (k-1)th calculation process of the converter Dividing -1) by P uPCS , which is the capacity per converter, apply a Gaussian function of [], add 1, and multiply this value by weight m uPCS [ton] per unit, to obtain the converter weight in the kth calculation process, and ( iii-3) The weight of the energy storage medium obtained in step (iii-1), the converter weight obtained in step (iii-2), the net vehicle weight and the passenger weight are summed to calculate the total weight in the k-th calculation process. It may include steps.

이러한 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법에 의하면, 유가선 전동차와 비교하여 정거장 급속충전 방식 철도차량을 동일 노선에서 운행하기 위해 에너지저장매체와 컨버터를 포함하는 차상 에너지저장장치의 용량을 추진인버터 시스템 냉각방식에 따라 최적화하여 추가되는 무게증가를 최소화할 수 있으므로 정거장 급속충전 방식 철도차량 적용에 따른 경제적 가치산정에 기여할 수 있다. According to the capacity calculation method of the onboard energy storage device, the capacity of the onboard energy storage device including the energy storage medium and the converter is cooled to drive the capacity of the onboard energy storage device, including the energy storage medium and the converter, in order to operate the railway vehicle on the same route as compared with the oil tanker electric vehicle. By optimizing according to the method, it is possible to minimize the additional weight increase, thus contributing to the economic value calculation according to the application of the railroad vehicle.

도 1은 정거장 급속충전 방식 철도차량을 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 차상 에너지저장장치의 용량을 산정하는 용량산정 장치를 설명하기 위한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자연냉각방식 추진인버터를 고려한 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 상행 운행되는 유가선 방식 철도차량의 열차전기부하 특성 곡선의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 4와 유사한 열차전기부하 특성 곡선에 대응하여 일례로 정거장 위치(거리)를 대입하여 나타낸 그래프이다.
도 6a는 상행 운행되는 유가선 방식 철도차량의 열차전기부하 특성 곡선과 에너지저장매체에 남아 있는 에너지량의 일례를 나타낸 그래프이고, 도 6b는하행 운행되는 유가선 방식 철도차량의 열차전기부하 특성 곡선과 에너지저장매체에 남아 있는 에너지량의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 7은 상행 운행되는 유가선 방식 철도차량의 열차전기부하 특성 곡선, 에너지저장매체에 남아 있는 에너지량, 정거장 급속충전 방식 철도차량의 열차전기부하특허 곡선의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예인 강제 공랭식 추진인버터를 고려한 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
1 is a configuration diagram for schematically explaining a rapid charging station railway vehicle.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a capacity estimating device for estimating the capacity of the on-board energy storage device shown in FIG. 1.
3 is a flowchart illustrating a method for calculating a capacity of an on-board energy storage device considering a natural cooling type propulsion inverter according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing an example of a train electric load characteristic curve of an oil-fuel-type railway vehicle operated upward.
FIG. 5 is a graph showing the location (distance) of a station as an example in response to a characteristic curve of a train electrical load similar to FIG. 4.
FIG. 6A is a graph showing an example of a train electric load characteristic curve and an amount of energy remaining in an energy storage medium of an upstream operated railway vehicle, and FIG. 6B is a train electric load characteristic curve of a downstream oil operated railway vehicle. It is a graph showing an example of the amount of energy remaining in the energy storage medium.
7 is a graph showing an example of a train electric load characteristic curve of an upstream oil tanker type railway vehicle, an amount of energy remaining in the energy storage medium, and an example of a train electric load patent curve of a rapid charging station railway vehicle.
8 is a flowchart illustrating a method for calculating a capacity of an on-board energy storage device considering a forced air-cooled propulsion inverter according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may be variously modified and may have various forms, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to specific disclosure forms, and it should be understood that all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention are included.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown to be enlarged than actual in order to clarify the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, the first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may be referred to as a first component. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In this application, the terms "comprises" or "have" are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, actions, elements, parts or combinations thereof described in the specification, one or more other features. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Also, unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms, such as those defined in a commonly used dictionary, should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.

정거장 급속충전 방식 철도차량의 정거장간 이동은 추진시스템을 통해 이루어지며 관련 전장품은 견인전동기 및 추진용 제어인버터를 포함한다. Rapid charging of stations The movement of railroad cars between stations is carried out through a propulsion system, and the related electrical equipment includes a traction motor and a control inverter for propulsion.

도 1은 정거장 급속충전 방식 철도차량을 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다. 1 is a configuration diagram for schematically explaining a rapid charging station railway vehicle.

도 1을 참조하면, 에너지저장매체(112)는 정거장에서 충전하는 에너지와 정거장 간 이동중 회생 제동을 수행할 때 발생하는 회생에너지를 저장한다. 따라서 정거장에서 정차 후 충전하는 에너지는 정거장 정차 전 회생 제동으로 인해 충전된 에너지에서부터 추가적으로 에너지를 급속으로 충전하면 된다. 에너지저장매체(112)는 슈퍼커패시터나 배터리 등 다양하게 구성될 수 있다. Referring to FIG. 1, the energy storage medium 112 stores energy charged at a station and regenerative energy generated when performing regenerative braking during movement between stations. Therefore, the energy to be charged after stopping at the station may be additionally rapidly charged from the energy charged due to the regenerative braking before the station is stopped. The energy storage medium 112 may be variously configured, such as a supercapacitor or a battery.

컨버터(114)는 충전시에는 정거장에서 충전되는 입력전압을 에너지저장매체(112)의 입력전압에 맞게 낮추는 역할을 하고, 추진시에는 에너지저장매체(112)의 출력전압을 추진용 제어인버터(122) 전압에 맞게 높이는 역할을 한다. VLine은 정거장 충전시에만 소스 전원으로 표시되며 정거장간 이동중에는 관련없다. 즉, 스위치가 정거장에서 에너지를 급속충전할 때만 닫혀있고 이후 정거장 간 이동중에는 오픈 상태이다. 충전을 위한 인터페이스는 기존의 철도차량과 같이 판토그래프(Pantograph)를 이용할 수도 있고, 제3 궤조(rail)를 이용할 수도 있다. The converter 114 serves to lower the input voltage charged at the station during charging to match the input voltage of the energy storage medium 112, and when driving, the control inverter 122 for driving the output voltage of the energy storage medium 112. ) It plays a role to increase according to the voltage. The VLine is displayed as the source power only when the station is charging and is not relevant while moving between stations. That is, the switch is closed only when the station rapidly charges energy, and then remains open while moving between stations. The interface for charging may use a pantograph like a conventional railway vehicle, or a third rail.

에너지저장매체(112)와 컨버터(114)로 구성된 에너지저장장치(110)에서 공급되는 에너지는 추진용 제어인버터(122)를 통해 견인전동기(124)를 구동하여 철도차량의 추진력을 발생시킨다. 이때 제어동작에 따라 추진용 제어인버터(122)에 열이 발생하므로 냉각이 필수적이며 자연냉각 및 강제냉각 방식 등을 통해 냉각을 한다. The energy supplied from the energy storage device 110 composed of the energy storage medium 112 and the converter 114 drives the traction motor 124 through the propulsion control inverter 122 to generate propulsion power of the railway vehicle. At this time, since heat is generated in the control inverter 122 for propulsion according to the control operation, cooling is essential, and cooling is performed through natural cooling and forced cooling.

자연냉각 방식의 경우 철도차량의 추진에 필요한 에너지만 고려하면 되지만, 강제냉각 방식 중 냉각팬(132)을 이용하는 강제공랭 방식은 팬과 연계된 냉각팬용 인버터(134)에 별도로 전력공급을 해야 한다. In the case of the natural cooling method, only energy required for the propulsion of the railway vehicle needs to be considered, but the forced air cooling method using the cooling fan 132 among the forced cooling methods must separately supply power to the cooling fan inverter 134 associated with the fan.

따라서, 차상 에너지저장장치(110)(즉, 철도차량에 설치되는 에너지저장매체(112) 및 컨버터(114))의 용량산정 방법 역시 철도차량 추진인버터 시스템의 냉각방식이 자연냉각 방식을 갖는 경우와 강제공랭 방식을 갖는 경우로 구분하여 수행될 수 있다. Therefore, the capacity calculation method of the onboard energy storage device 110 (ie, the energy storage medium 112 and the converter 114 installed in the railroad vehicle) also has a case where the cooling method of the railway vehicle propulsion inverter system has a natural cooling method. It can be carried out by dividing the case of having a forced air cooling method.

차상 에너지저장장치(110)의 용량을 산정할 때, 자연냉각 방식의 추진용 제어인버터(122)가 채용된 철도차량은 에너지 공급 대상으로서 추진용 제어인버터(122)와 견인전동기(124)만을 고려해야 하고, 강제공랭 방식의 추진용 제어인버터(122)가 채용된 철도차량은 에너지 공급 대상으로서 추진용 제어인버터(122)와 견인전동기(124)뿐 아니라 냉각팬(132)과 냉각팬용 인버터(134)까지 고려해야 한다. When estimating the capacity of the onboard energy storage device 110, the railroad car employing the natural cooling type propulsion control inverter 122 is considered as an energy supply object, and only the propulsion control inverter 122 and the traction motor 124 are considered. In addition, the railway vehicle in which the forced air-cooled propulsion control inverter 122 is employed is an energy supply target, as well as a propulsion control inverter 122 and a traction motor 124, as well as a cooling fan 132 and a cooling fan inverter 134. Should be considered.

철도차량 내부에 설치되는 에너지저장매체(112) 및 컨버터(114)의 용량이 증가하면, 철도차량 무게는 무거워지고 무거워진 만큼 다시 추진에 필요한 에너지는 증가하게 되는 것을 고려한 최적의 무게 산정이 필요하다. When the capacity of the energy storage medium 112 and the converter 114 installed inside the railway vehicle increases, the weight of the railway vehicle becomes heavy and heavy, so it is necessary to calculate the optimal weight considering that the energy required for propulsion increases again. .

에너지저장매체(112)의 용량(일률인 전력의 누적분인 일로 고려할 수 있으므로 전력량 단위인 kWh 적용)은 모든 정거장 급속충전방식 운행 구간을 고려하여 가장 많은 에너지량을 필요로 하는 정거장 간 이동구간에 맞게 용량을 선정해야 한다. The capacity of the energy storage medium 112 (applying kWh, which is the unit of power because it can be considered as the cumulative amount of power that is uniform) is applied to all the station's rapid charging method operating sections, and the interval between moving stations requiring the most energy is The capacity should be selected accordingly.

한편, 컨버터(114)의 용량(일률인 전력의 단위인 kW 적용) 역시 모든 운행 구간을 고려하여 가장 큰 전력을 필요로 하는 시점에 맞게 용량을 선정해야 한다. On the other hand, the capacity of the converter 114 (applying kW, which is a unit of power that is uniform), also needs to select a capacity according to a time point that requires the largest power in consideration of all driving sections.

정거장 급속충전 방식 철도차량에 적용되는 추진용 제어인버터(122)가 자연냉각 방식인지 강제 공랭 방식인지에 따라, 에너지저장매체(112) 및 컨버터(114)의 용량을 산정할 수 있다. The capacity of the energy storage medium 112 and the converter 114 may be calculated according to whether the control inverter 122 for propulsion applied to the station rapid charging method railway vehicle is a natural cooling method or a forced air cooling method.

도 2는 도 1에 도시된 차상 에너지저장장치의 용량을 산정하는 용량산정 장치를 설명하기 위한 블럭도이다. FIG. 2 is a block diagram illustrating a capacity estimating device for estimating the capacity of the on-board energy storage device shown in FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 차상 에너지저장장치(110)의 용량산정 장치는 기존 차량인 유가선차량 전기부하특성 곡선 도출부(210), 초기 에너지저장장치 용량 선정부(220), 질량 업데이트부(230), 무가선차량 전기부하특성 곡선 도출부(240), 무가선차량 차상에너지장치 용량 선정부(250), 비교부(260) 및 최적용량 산정부(270)를 포함한다. 본 실시예에서, 차상 에너지저장장치(110)의 용량산정 장치는 유가선차량 전기부하특성 곡선 도출부(210), 초기 에너지저장장치용량 선정부(220), 질량 업데이트부(230), 무가선차량 전기부하특성 곡선도출부(240), 무가선차량 차상에너지장치 용량 선정부(250), 비교부(260) 및 최적용량 산정부(270)로 구성된 것을 설명하였으나, 이는 설명의 편의를 위해 논리적으로 구분하였을 뿐 하드웨어적으로 구분한 것은 아니다. 1 and 2, the capacity calculation device of the on-board energy storage device 110 includes an electric vehicle load characteristic curve derivation unit 210, an initial energy storage device capacity selection unit 220, and a mass update It includes a unit 230, a curveless vehicle electric load characteristic curve derivation unit 240, a vehicleless vehicle on-board energy device capacity selection unit 250, a comparison unit 260, and an optimum capacity calculation unit 270. In this embodiment, the capacity estimating device of the onboard energy storage device 110 includes a wireline vehicle electric load characteristic curve derivation unit 210, an initial energy storage device capacity selection unit 220, a mass update unit 230, and a cordless cable It has been described that the vehicle electric load characteristic curve is derived from the 240, the vehicle vehicle energy device capacity selection unit 250, the comparison unit 260 and the optimum capacity calculation unit 270, which is logical for convenience of explanation. But not hardware.

유가선차량 전기부하특성 곡선 도출부(210)는 기존의 유가선 방식으로 운행되는 차량정보, 트랙정보 및 운행정보를 기반으로 운행노선의 모든 정거장 운행에 따른 열차전기부하 특성곡선을 도출한다. 여기서, 상기 차량정보는 중량, 모터 수, 가속도, 감속도, 최대 속도, 견인효율, 제동효율 등을 포함한다. 상기 트랙정보는 곡률, 구배, 정거장위치 등을 포함한다. 상기 운행정보는 정거장정차시간을 포함한다. 또한 이는 상행노선과 하행노선을 모두 운행한 결과를 도출해야 한다.The electric vehicle load characteristic curve deriving unit 210 derives a train electric load characteristic curve according to the operation of all stops on the driving route based on vehicle information, track information, and driving information operated in a conventional oil price line method. Here, the vehicle information includes weight, number of motors, acceleration, deceleration, maximum speed, traction efficiency, braking efficiency, and the like. The track information includes curvature, gradient, station location, and the like. The operation information includes the stop time. In addition, this should lead to the result of operating both the ascending and descending routes.

자연냉각 방식 추진용 제어인버터(122)에 에너지를 공급하는 차상 에너지저장장치(110)의 경우, 초기 에너지저장장치 용량 선정부(220)는 상기 열차전기부하 특성곡선에서 에너지저장매체(112)의 용량 초기값을 가정하고 정거장에서의 에너지저장매체 완충을 고려한 노선운행을 완료했을 때 W*max(초기값-잔여 에너지저장매체 용량)에 따라 가장 큰 값을 초기 에너지저장매체 용량(Eopt(0))으로 저장하고, 이동중 추진전력과 회생전력 중 가장 큰 전력크기값을 초기 컨버터 용량(PPCS(0))으로 저장한다. In the case of the on-board energy storage device 110 that supplies energy to the control inverter 122 for propulsion of the natural cooling method, the initial energy storage device capacity selection unit 220 of the energy storage medium 112 in the characteristic curve of the train electrical load Assuming the initial value of capacity and completing the route operation considering the buffer of the energy storage medium at the station, the largest value according to W*max (initial value-remaining energy storage medium capacity) is the initial energy storage medium capacity (E opt (0 )), and the largest power size value among propulsive power and regenerative power during movement is stored as the initial converter capacity (P PCS (0)).

강제공랭 방식 추진용 제어인버터(122)에 에너지를 공급하는 차상 에너지저장장치(110)의 경우, 초기 에너지저장장치 용량 선정부(220)는 상기 열차전기부하 특성곡선에서 에너지저장매체(112)의 용량 초기값을 가정하고 정거장에서의 에너지저장매체 완충을 고려한 노선운행을 완료했을 때 W*[max(초기값-잔여 에너지저장매체 용량)+냉각팬 구동에너지]에 따라 가장 큰 값을 초기 에너지저장매체 용량(Eopt(0))으로 저장하고, 이동중 추진전력과 냉각전력의 전력합과 회생전력과 냉각전력의 전력합 중 가장 큰 전력크기값을 초기 컨버터 용량(PPCS(0))으로 저장한다. In the case of the on-board energy storage device 110 that supplies energy to the control inverter 122 for the forced air-cooling method, the initial energy storage device capacity selection unit 220 of the energy storage medium 112 in the characteristic curve of the train electrical load Assuming the initial value of the capacity and completing the route operation considering the buffering of the energy storage medium at the station, the largest value is stored in the initial energy according to W* [max (initial value-remaining energy storage medium capacity) + cooling fan driving energy]. It is stored as medium capacity (E opt (0)), and the largest power size value among the sum of power of propulsion and cooling power and the sum of power of regenerative power and cooling power is stored as initial converter capacity (P PCS (0)) do.

질량 업데이트부(230)는 k번째 연산과정으로서 유가선 철도차량에 추가적으로 철도차량 내부에 장착되어야 하는 에너지저장매체(112) 및 컨버터의 질량을 업데이트한다. The mass update unit 230 updates the mass of the energy storage medium 112 and the converter that must be installed inside the railway vehicle in addition to the oil priced railway vehicle as the k-th calculation process.

무가선차량 전기부하 특성 곡선도출부(240)는 기존열차와 동일한 노선에서 동일한 운행성능을 내기 위한 에너지저장매체(112)와 컨버터가 철도차량에 설치된 정거장 급속충전 방식 철도차량의 무가선차량 전기부하특성 곡선을 도출한다. The electric load characteristic curve-free section 240 of the lineless vehicle has an energy storage medium 112 and a converter in which the converter is installed on a railroad car to provide the same operating performance on the same route as the existing train. Derive the characteristic curve.

자연냉각 방식 추진용 제어인버터(122)에 에너지를 공급하는 차상 에너지저장장치(110)의 경우, 무가선차량 차상에너지장치 용량 선정부(250)는 정거장 급속충전 방식 철도차량이 상/하행 노선운행을 완료했을 때 W*max(Eopt(k-1)-잔여 에너지저장매체 용량)(여기서, W는 웨이팅 팩터, k는 자연수)에 따라 가장 큰 값을 k번째 연산 에너지저장매체 용량(Eopt(k))으로 저장하고, 이동중 추진전력과 회생전력, 정거장 충전 전력 중 가장 큰 전력크기값을 k번째 연산 컨버터 용량(PPCS(k))으로 저장한다. In the case of the on-board energy storage device 110 that supplies energy to the control inverter 122 for propulsion of the natural cooling system, the capacity selection unit 250 for the on-board vehicle on-board vehicle runs the up/down route of the railway vehicle on the rapid charging of the station. Completion of the largest value according to W*max(E opt (k-1)-remaining energy storage medium capacity) (where W is the weighting factor and k is a natural number) calculates the kth computational energy storage medium capacity (E opt (k)), and the largest power size value among propulsive power, regenerative power, and station charging power while moving is stored as the kth operational converter capacity (P PCS (k)).

강제공랭 방식 추진용 제어인버터(122)에 에너지를 공급하는 차상 에너지저장장치(110)의 경우, 무가선차량 차상에너지장치 용량 선정부(250)는 정거장 급속충전 방식 철도차량이 상/하행 노선운행을 완료했을 때 W*[max(Eopt(k-1)-잔여 에너지저장매체 용량)+냉각팬 구동에너지](여기서, W는 웨이팅 팩터, k는 자연수)에 따라 가장 큰 값을 k번째 연산 에너지저장매체 용량(Eopt(k))으로 저장하고, 이동중 추진전력과 냉각전력의 전력합, 회생전력과 냉각전력의 전력합, 정거장 충전 전력과 냉각전력의 전력합 중 가장 큰 전력크기값을 k번째 연산 컨버터 용량(PPCS(k))으로 저장한다. In the case of the on-board energy storage device 110 that supplies energy to the control inverter 122 for forced air-cooled propulsion, the capacity selection unit 250 for the on-vehicle vehicle on-board vehicle runs the up/down route of the railway vehicle at the station rapid charging method Calculate the largest value according to W*[max(E opt (k-1)-capacity of remaining energy storage medium) + cooling fan drive energy] (where W is the weighting factor and k is the natural number) It is stored as the energy storage medium capacity (E opt (k)), and the largest power size value among the sum of propulsion power and cooling power, the sum of regenerative power and cooling power, and the sum of charging power and cooling power during moving It is stored as the kth operational converter capacity (P PCS (k)).

비교부(260)는 k번째 연산과정에서 도출된 에너지저장매체(112)의 용량(Eopt(k))과 (k-1)번째 연산과정에서 도출된 에너지저장매체(112)의 용량(Eopt(k-1))의 차이값과 추가적인 반복연산에 따른 변화를 무시할 기준값을 비교한다. The comparator 260 includes the capacity (E opt (k)) of the energy storage medium 112 derived from the k-th calculation process and the capacity (E) of the energy storage medium 112 derived from the (k-1)-th calculation process. Compare the difference value of opt (k-1)) with the reference value to ignore the change due to the additional iteration.

최적용량 산정부(270)는 차이값이 기준값보다 작으면 k번째 연산과정에서 도출된 에너지저장매체 용량(Eopt(k))과 k번째 연산 컨버터 용량(PPCS(k))을 최적 용량값으로 산정한다. When the difference value is smaller than the reference value, the optimum capacity calculation unit 270 calculates the energy storage medium capacity (E opt (k)) and the kth calculation converter capacity (P PCS (k)) derived from the kth calculation process. Is calculated.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 특히, 자연냉각 방식 추진용 제어인버터(122)에 에너지를 공급하는 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법이 도시된다. 3 is a flowchart illustrating a method for calculating a capacity of an on-board energy storage device according to an embodiment of the present invention. In particular, a method for calculating a capacity of an on-board energy storage device for supplying energy to a control inverter 122 for propulsion of a natural cooling method is illustrated.

도 3을 참조하면, 기준이 필요하므로 유가선 방식으로 운행되는 차량정보, 트랙정보 및 운행정보를 기반으로 노선의 모든 정거장 운행에 따른 유가선차량 전기부하특성 곡선을 도출한다(단계 110). 여기서, 상기 차량정보는 중량, 모터 수, 가속도, 감속도, 최대 속도, 견인효율, 제동효율 등을 포함한다. 상기 트랙정보는 곡률, 구배, 정거장위치 등을 포함한다. 상기 운행정보는 정거장 정차시간을 포함한다. 또한 이는 상행노선과 하행노선을 모두 운행한 결과를 도출해야 한다. Referring to FIG. 3, since a reference is required, an electric load characteristic curve for a gas line vehicle according to all stops of a route is derived based on vehicle information, track information, and operation information operated in a oil price line method (step 110 ). Here, the vehicle information includes weight, number of motors, acceleration, deceleration, maximum speed, traction efficiency, braking efficiency, and the like. The track information includes curvature, gradient, station location, and the like. The operation information includes the stop time. In addition, this should lead to the result of operating both the ascending and descending routes.

도 4는 상행 운행되는 유가선 방식 철도차량의 열차전기부하 특성 곡선의 일례를 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing an example of a characteristic curve of a train electric load of an oil-fuel-type railway vehicle operated upward.

도 4를 참조하면, X축을 따라 시간정보가 표시되고, Y축을 따라 전력정보가 표시된다. 전력이 양수인 부분은 철도차량의 가속에 따라 전력을 소모하고 있는 부분이며, 전력이 0인 부분은 타행을 하고 있는 부분이고, 전력이 음수인 부분은 회생 제동을 하는 부분이다. 정거장 간을 이동하기 위해서는 여러 번의 가속과 타행, 제동을 수행할 수도 있다. Referring to FIG. 4, time information is displayed along the X axis, and power information is displayed along the Y axis. The part with positive power is the part that consumes power according to the acceleration of the railroad car, the part with zero power is the part doing the other, and the part with the negative power is the part with regenerative braking. In order to move between stations, it is possible to perform several accelerations, coasting, and braking.

도 5는 도 4와 유사한 열차전기부하 특성 곡선에 대응하여 일례로 정거장 위치(거리)를 대입하여 나타낸 그래프이다. FIG. 5 is a graph showing the location (distance) of a station as an example in response to a characteristic curve of a train electrical load similar to FIG. 4.

도 5를 참조하면, (k-1)번째 정거장에서 정지상태에서 출발한 철도열차는 가속을 해야 하므로 가장 높은 전력(예를 들어, 7,000kW)을 사용하는 것을 확인할 수 있다. 그 후 회생 제동과 낮은 전력 사용, 타행 등의 과정을 통해 k번째 정거장에 도달한다. k번째 정거장에 도달한 철도열차는 정지상태를 유지하다가 출발시 가속과정을 통해 가장 높은 전력(예를 들어, 7,000kW)을 사용하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 과정을 통해 컨버터의 초기 용량을 도출할 수 있다. Referring to FIG. 5, it can be seen that the railway train starting from the stationary state at the (k-1)th stop needs to accelerate, so that the highest power (for example, 7,000 kW) is used. After that, it reaches the k-th stop through the process of regenerative braking, low power use, and other banking. It can be seen that the railroad train that reached the k-th station remains stationary and uses the highest power (for example, 7,000 kW) through the acceleration process at departure. Through this process, the initial capacity of the converter can be derived.

도 3을 다시 참조하면, 에너지저장매체의 용량 초기값(예를 들어, 100kWh)을 가정하고 노선운행을 완료했을 때 W*max(초기값-잔여 에너지저장매체 용량)에 따라 가장 큰 값을 초기 에너지저장매체 용량(Eopt(0))으로 저장하고, 이동중 추진전력과 회생전력 중 가장 큰 전력크기값에 필요한 운행전 컨버터 용량(PPCS(0))으로 저장한다(단계 120). 여기서, W는 에너지저장매체의 특성을 고려하여 최대방전정도를 반영하기 위한 웨이팅 팩터이다. 예를 들어, 슈퍼커패시터 기반의 에너지저장매체를 전체 용량의 3/4까지만 쓰고 그 이상은 사용하지 않도록 운행 토폴로지를 정하면, 필요한 슈퍼커패시터 기반 에너지저장매체의 전체용량을 계산하기 위해서는 역수인 W=4/3를 대입해야 한다. Referring back to FIG. 3, assuming the initial value of the capacity of the energy storage medium (for example, 100 kWh), when the route operation is completed, the largest value is initialized according to W*max (initial value-remaining energy storage medium capacity). It is stored as the energy storage medium capacity (E opt (0)), and is stored as the pre-operation converter capacity (P PCS (0)) required for the largest power size value of the propulsive power and the regenerative power during movement (step 120). Here, W is a weighting factor for reflecting the maximum discharge degree in consideration of the characteristics of the energy storage medium. For example, if the operating topology is determined such that only 3/4 of the total capacity of the supercapacitor-based energy storage medium is used and no more is used, the inverse W=4 is used to calculate the total capacity of the required supercapacitor-based energy storage medium. /3 must be substituted.

도 6a는 상행 운행되는 유가선 방식 철도차량의 유가선차량 전기부하특성 곡선과 정거장에서의 에너지저장매체 완충을 고려했을 때 에너지저장매체에 남아 있는 에너지량의 변화 일례를 나타낸 그래프이고, 도 6b는 하행 운행되는 유가선 방식 철도차량의 유가선차량 전기부하특성 곡선과 에너지저장매체에 남아 있는 에너지량의 일례를 나타낸 그래프이다. Figure 6a is a graph showing an example of the change in the amount of energy remaining in the energy storage medium when considering the electric load characteristic curve and the energy storage medium buffer at the station of the oil tanker type railroad car running upward; It is a graph showing an example of the electric load characteristic curve and the amount of energy remaining in the energy storage medium for the oil price of the oil price line-type railway vehicle operated in a downward direction.

도 6a 및 도 6b 각각에서, 점선은 에너지저장매체에 남아 있는 에너지량을 의미한다. 정거장간 이동을 위해 줄어들다가 회생 제동으로 일정부분 충전되고 정거장 정차 후 남은 에너지를 모두 충전하여 다시 에너지저장매체에 가정한 초기값인100kWh가 되도록 하는 것을 반복하고 있다. 상행 운행 중 정거장간 이동을 위해 56.54kWh를 소모하여 가장 많이 에너지를 사용하였으므로 4/3*56.54 =75.4kWh가 운행전 에너지저장매체 용량(Eopt(0))으로 저장된다. 또한, 이동중 추진전력과 회생전력 중 가장 큰 전력크기값은 하행 노선에서 600~700초 사이에 발생한 5.49MW가 되고 이는 필요한 운행전 컨버터 용량(PPCS(0))으로 저장된다 In each of FIGS. 6A and 6B, the dotted line indicates the amount of energy remaining in the energy storage medium. It is reduced for the movement between stations, and it is repeatedly charged to a certain extent by regenerative braking, and the remaining energy is recharged after stopping the station so that it becomes 100 kWh, the initial value assumed for the energy storage medium again. 4/3*56.54 = 75.4 kWh is stored as the energy storage medium capacity (E opt (0)) before operation because 56.54 kWh was used for the movement between stations and the most energy was used. In addition, the largest power size value of the propulsion power and regenerative power during movement is 5.49 MW generated between 600 and 700 seconds on the descending route, which is stored as the required pre-operation converter capacity (P PCS (0)).

도 3을 다시 참조하면, 에너지저장매체 및 컨버터 질량을 업데이트한다(단계 S130). 즉, 단계 S110 및 단계 120의 과정을 통해 유가선 철도차량의 노선운행에 따른 필요 에너지량과 필요 전력을 산정하였으므로 이를 기반으로 정거장 급속충전 방식 철도차량에 적용해야 한다. 이를 위해 일반적인 기존의 유가선 철도차량에 추가적으로 철도차량 내부에 장착되어야 하는 에너지저장매체와 컨버터의 용량에 따른 무게가 추가되어야 한다. 이때, ms(k)는 k번째 연산과정에서의 전체무게, mveh는 순수 차량무게, mpsn은 승객무게, mPCS(k)는 k번째 연산과정에서 컨버터의 무게, mESP(k)는 k번째 연산과정에서의 에너지저장매체 무게가 된다. 무게에 대한 업데이트 식 및 과정은 다음과 같다. Referring back to FIG. 3, the energy storage medium and the converter mass are updated (step S130). That is, since the required energy amount and required electric power according to the route operation of the oil tanker railroad vehicle were calculated through the process of step S110 and step 120, it should be applied to the rapid charging station railway vehicle based on this. To this end, in addition to the general existing oil-fired railroad cars, the weight according to the capacity of the energy storage medium and the converter that must be installed inside the railroad cars must be added. In this case, m s (k) is the total weight in the kth calculation process, m veh is the pure vehicle weight, m psn is the passenger weight, m PCS (k) is the weight of the converter in the kth calculation process, m ESP (k) Is the weight of the energy storage medium in the k-th calculation process. The updated equation and process for weight are as follows.

[식 1][Equation 1]

Figure 112018109220254-pat00001
Figure 112018109220254-pat00001

즉, 에너지저장매체의 (k-1)번째 연산과정에서 도출된 에너지량인 Eopt(k-1)과 단위 에너지 용량당 에너지저장매체 무게인 muESP[ton/kWh]을 곱하여 k번째 연산과정에서의 에너지저장매체의 무게를 구할 수 있다. That is, the k th calculation process is multiplied by E opt (k-1), the amount of energy derived from the (k-1) th calculation process of the energy storage medium, and m uESP [ton/kWh], the weight of the energy storage medium per unit energy capacity. It is possible to find the weight of the energy storage medium in.

[식 2][Equation 2]

Figure 112018109220254-pat00002
Figure 112018109220254-pat00002

즉, 컨버터의 (k-1)번째 연산과정에서 도출된 전력용량인 PPCS(k-1)을 컨버터 1대당 용량인 PuPCS으로 나누어 [ ]인 가우스 함수를 적용한 후 1을 더하고, 이 값에 1대당 무게 muPCS[ton]을 곱하여 k번째 연산과정에서의 컨버터 무게를 구할 수 있다. That is, after dividing the power capacity P PCS (k-1) derived from the (k-1) th operation process of the converter by P uPCS per capacity of the converter, apply a Gaussian function of [], add 1, and add to this value. The weight per unit m uPCS [ton] can be multiplied to obtain the converter weight in the k-th calculation process.

이는 일반적으로 컨버터의 1대당 용량은 정해져 있으므로 이를 반영하여 컨버터를 몇 대 적용해야 되고 이에 따른 무게를 도출하기 위한 식이다. 예를 들어, 컨버터 한 대당 용량이 1000kW이고 PPCS(0)가 5.49MW=5490kW라면 이를 식에 대입하면 5490kW/1000kW=5.49가 되며 이 값에 [ ]인 가우스 함수를 적용하면 5가 된다. 1을 더해 6대의 컨버터가 필요한 것으로 산정되며, 6대의 컨버터에 대해 1대당 컨버터 무게를 곱하면 된다. k번째 연산과정에서의 컨버터 무게가 구해진다. This is a formula for deriving the weight according to which several converters should be applied to reflect this, since the capacity per converter is generally determined. For example, if the capacity per converter is 1000 kW and P PCS (0) is 5.49 MW = 5490 kW, substituting this into 5490 kW/1000 kW = 5.49, and applying a Gaussian function of [] to this value will result in 5. It is estimated that 6 converters are required by adding 1, and the converter weight per unit is multiplied by 6 converters. The converter weight in the kth calculation process is obtained.

[식 3][Equation 3]

Figure 112018109220254-pat00003
Figure 112018109220254-pat00003

식 1에서 도출된 k번째 연산과정에서의 에너지저장매체의 무게값, 식 2에서 도출된 k번째 연산과정에서의 컨버터 무게값, 순수차량무게 및 승객무게를 합하여 k번째 연산과정에서의 전체무게가 산출된다. The weight of the energy storage medium in the k-th calculation process derived from Equation 1, the converter weight in the k-th calculation process derived from Equation 2, the net vehicle weight, and the passenger weight are added up to give the total weight in the k-th calculation process. Is calculated.

이어, 기존 유가선 열차와 동일한 노선에서 동일한 운행성능을 내기 위한 에너지저장매체와 컨버터가 철도차량에 설치된 정거장 급속충전 방식 철도차량의 무가선차량 전기부하특성 곡선을 도출한다(단계 S140). Subsequently, an electric load characteristic curve of a lineless vehicle electric load characteristic of a rapid charging type railway vehicle with an energy storage medium and a converter installed on a railway vehicle is derived to produce the same operating performance on the same route as a conventional oil tanker train (step S140).

도 7은 상행 운행되는 유가선 방식 철도차량의 유가선차량 전기부하특성 곡선, 에너지저장매체에 남아 있는 에너지량, 정거장 급속충전 방식 철도차량의 열차전기부하특허 곡선의 일례를 나타낸 그래프이다. FIG. 7 is a graph showing an example of an electric load characteristic curve of an oil tanker type railway vehicle running upward, an amount of energy remaining in an energy storage medium, and an example of a train electric load patent curve of a rapid charging station railway vehicle.

도 7에서, 추가된 이점쇄선으로 표시된 그래프는 정거장 급속충전 방식 철도차량의 열차전기부하 특성곡선이 될 수 있다. 정거장에서만 충전을 하므로 이점쇄선으로 표시된 그래프는 모두 정거장에서의 충전과정을 보여준다. 충전방식에 따라 모든 정거장에서 동일 전류로 충전할 수도 있고 동일 시간 동안 충전할 수도 있다. 충전 방식에 따라 정거장 급속충전 방식 철도차량의 열차전기부하 특성곡선은 달라진다. 도 6에 도시된 예시는 동일시간 충전하는 예시로 정거장 이동 때 마다 소요되는 에너지량이 다르지만 충전전류를 조절하여 정거장에서 완충에 소요되는 시간은 모두 동일하다. In FIG. 7, the graph indicated by the added double-dashed line may be a characteristic curve of a train electric load of a rapid-stop type railway vehicle. Since only the station is charged, all graphs marked with dashed lines show the charging process at the station. Depending on the charging method, all stations can be charged with the same current or can be charged for the same time. Depending on the charging method, the characteristic curve of the train's electric load on the railway station's rapid charging system varies. The example shown in FIG. 6 is an example of charging at the same time, and the amount of energy required for each movement of the station is different, but the time required for buffering at the station is the same by adjusting the charging current.

도 3을 다시 참조하면, k가 1부터 시작된 연산과정으로 정거장 급속충전 방식 철도차량이 상/하행 노선운행을 완료했을 때 W*max(Eopt(k-1)-잔여 에너지저장매체 용량)에 따라 가장 큰 값을 k번째 연산과정에서 도출된 에너지저장매체 용량(Eopt(k))으로 저장하고, 이동중 추진전력과 회생전력, 정거장 충전 전력 중 가장 큰 전력크기값을 k번째 연산과정에서 도출된 컨버터 용량(PPCS(k))으로 저장한다(단계 S150). 여기서, W는 에너지저장매체의 특성을 고려하여 최대방전정도를 반영하기 위한 웨이팅팩터이다. 단계 S120의 과정과 다른 부분은 정거장 충전 전력이 추가되었다는 점이다. 이는 정거장 급속충전 방식 철도차량이기 때문에 기존 유가선 차량에 비해 후보값들 대상이 늘어난 것이다. Referring to FIG. 3 again, when k is a calculation process starting from 1, when the railway vehicle of the station is rapidly charged and has completed the up/down route operation, W*max (E opt (k-1)-residual energy storage medium capacity) Accordingly, the largest value is stored as the energy storage medium capacity (E opt (k)) derived from the kth calculation process, and the largest power size value among the propulsive power, regenerative power, and station charging power during movement is derived from the kth calculation process. It is stored as the converted converter capacity (P PCS (k)) (step S150). Here, W is a weighting factor for reflecting the maximum discharge degree in consideration of the characteristics of the energy storage medium. The difference from the process of step S120 is that the station charging power has been added. This is because the station is fast-charging type railroad cars, so the candidates are increasing in number compared to the existing oil tankers.

이어, k번째 연산과정에서 도출된 에너지저장매체의 용량과 (k-1)번째 연산과정에서 도출된 에너지저장매체의 용량과의 차이값과 기준값을 비교한다(단계 S160). 단계 S160에서 차이값이 기준값 보다 차이가 크면 다시 추가 반복연산(k=k+1)을 수행하고, 차이값이 기준값보다 작으면 추가적인 반복연산이 의미가 없다고 판단한 것이므로 이때의 에너지저장매체 용량과 컨버터 용량값이 최적 용량값이 된다. Subsequently, a difference value and a reference value between the capacity of the energy storage medium derived in the k-th calculation process and the capacity of the energy storage medium derived in the (k-1)-th calculation process are compared (step S160). In step S160, if the difference value is greater than the reference value, the additional iterative operation (k=k+1) is performed again. If the difference value is smaller than the reference value, it is determined that the additional iterative operation is meaningless. The capacity value becomes the optimum capacity value.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 특히, 강제공랭 방식 추진용 제어인버터에 에너지를 공급하는 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법이 도시된다.8 is a flowchart illustrating a method for calculating a capacity of an on-board energy storage device according to another embodiment of the present invention. In particular, a method for calculating a capacity of an on-board energy storage device for supplying energy to a control inverter for forced air cooling is illustrated.

도 8을 참조하면, 도 3과 비교할 때 대부분의 과정은 동일하나 단계 S220와 단계 S250만 다르다. 즉, 추진용 제어인버터를 냉각시키는 냉각팬은 대부분 일정한 전기부하로 고려가능하므로 상수처럼 고려하여 단계 S220와 단계 S250에 추가되었다. Referring to FIG. 8, most of the processes are the same as in FIG. 3, but only steps S220 and S250 are different. That is, since the cooling fan for cooling the control inverter for propulsion is mostly considered as a constant electric load, it is added to steps S220 and S250 in consideration of a constant.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 유가선 전동차와 비교하여 정거장 급속충전 방식 철도차량을 동일 노선에서 운행하기 위해 에너지저장매체와 컨버터를 포함하는 차상 에너지저장장치의 용량을 최적화하여 추가되는 무게증가를 최소화할 수 있다. 차상 에너지저장장치의 용량을 최적화하여 추가되는 무게증가를 최소화시킬 수 있으므로 정거장 급속충전 방식 철도차량 적용에 따른 경제적 가치산정에 기여할 수 있다. As described above, according to the present invention, the capacity of an on-board energy storage device including an energy storage medium and a converter is added by optimizing the capacity of an on-board energy storage device in order to operate a station rapid-charging railroad vehicle on the same route as compared to a gas-line electric vehicle. Weight gain can be minimized. By optimizing the capacity of the onboard energy storage device to minimize the additional weight increase, it can contribute to the economic value calculation according to the application of a rapid charging station railway vehicle.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to examples, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand.

110 : 에너지저장장치 112 : 에너지저장매체
114 : 컨버터 122 : 추진용 제어인버터
124 : 견인전동기 132 : 냉각팬
134 : 냉각팬용 인버터
210 : 유가선차량 전기부하특성 곡선 도출부
220 : 초기 에너지저장장치 용량 선정부
230 : 질량 업데이트부
240 : 무가선차량 전기부하특성 곡선 도출부
250 : 무가선차량 차상에너지장치 용량 선정부
260 : 비교부 270 : 최적용량 산정부
110: energy storage device 112: energy storage medium
114: converter 122: control inverter for propulsion
124: traction motor 132: cooling fan
134: Inverter for cooling fan
210: derive curve of electric load characteristic of oil tanker
220: initial energy storage capacity selection unit
230: mass update unit
240: deriving the electric load characteristic curve of the overhead vehicle
250: capacity selection unit for the onboard energy device of the overhead vehicle
260: comparison unit 270: optimum capacity calculation

Claims (8)

(i) 유가선 방식으로 운행되는 차량정보, 트랙정보 및 운행정보를 기반으로 노선의 모든 정거장 운행에 따른 유가선차량 전기부하특성 곡선을 도출하는 단계;
(ii) 상기 유가선차량 전기부하특성 곡선에서 유가선 장치의 견인전동기를 구동하는 추진용 제어인버터에 에너지를 공급하는 에너지저장장치의 용량을 선정하는 단계;
(iii) k번째(k는 자연수) 연산과정으로서 유가선 철도차량에 추가적으로 철도차량 내부에 장착되어야 하는 에너지저장매체 및 컨버터의 질량을 업데이트하는 단계;
(iv) 기존열차와 동일한 노선에서 동일한 운행성능을 내기 위한 에너지저장매체와 컨버터가 철도차량에 설치된 정거장 급속충전 방식 철도차량의 무가선차량 전기부하특성 곡선을 도출하는 단계;
(v) 상기 무가선차량 전기부하특성 곡선에서 유가선 장치의 견인전동기를 구동하는 추진용 제어인버터에 에너지를 공급하는 에너지저장장치의 용량을 선정하는 단계;
(vi) k번째 연산과정에서 도출된 에너지저장매체의 용량(Eopt(k))과 (k-1)번째 연산과정에서 도출된 에너지저장매체의 용량(Eopt(k-1))의 차이값과 추가적인 반복연산에 따른 변화를 무시할 기준값과 비교하는 단계;
(vii) 상기 단계(vi)에서 차이값이 기준값보다 크거나 같으면 k의 값을 1 증가시킨 후 단계(iii)으로 피드백하는 단계; 및
(viii) 상기 단계(vi)에서 차이값이 기준값보다 작으면 k번째 연산과정에서 도출된 에너지저장매체 용량(Eopt(k))과 k번째 연산 컨버터 용량(PPCS(k))을 최적 용량값으로 산정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자연냉각방식 추진제어인버터 시스템을 고려한 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법.
(i) deriving the electric load characteristic curve of the oil tanker vehicle according to the operation of all the stops of the route based on the vehicle information, track information, and driving information operated by the oil price line method;
(ii) selecting a capacity of an energy storage device for supplying energy to a propulsion control inverter for driving a traction motor of the oil line device from the electric load characteristic curve of the oil line vehicle;
(iii) updating the mass of the energy storage medium and the converter to be installed inside the railway vehicle in addition to the oil priced railway vehicle as the kth (k is a natural number) calculation process;
(iv) deriving an electric load characteristic curve of a lineless vehicle electric load characteristic of a rapid charging type railway vehicle with an energy storage medium and a converter installed on a railway vehicle in order to achieve the same operating performance on the same route as a conventional train;
(v) selecting a capacity of an energy storage device that supplies energy to a propulsion control inverter that drives a traction motor of a wireline device from the electric load characteristic curve of the cable car;
(vi) k the difference between the second calculated capacity of the energy storage medium obtained in step (E opt (k)) and (k-1) the capacity of the energy storage medium obtained in the second calculation process (E opt (k-1)) Comparing the value and the change according to the additional iteration with a reference value to be ignored;
(vii) if the difference value in step (vi) is greater than or equal to the reference value, the value of k is increased by 1 and then fed back to step (iii); And
(viii) If the difference value in step (vi) is smaller than the reference value, the optimal capacity is the energy storage medium capacity (E opt (k)) and the kth operational converter capacity (P PCS (k)) derived from the kth calculation process. A method for estimating the capacity of an on-board energy storage device considering a natural cooling type propulsion control inverter system, comprising the step of calculating by value.
제1항에 있어서, 상기 단계(ii)는,
상기 유가선차량 전기부하특성 곡선에서 상기 에너지저장매체의 용량 초기값을 가정하고,
정거장에서의 에너지저장매체 완충을 고려한 노선운행을 완료했을 때 W*max(초기값-잔여 에너지저장매체 용량)에 따라 가장 큰 값을 초기 에너지저장매체 용량(Eopt(0))으로 저장하고,
이동중 추진전력과 회생전력 중 가장 큰 전력크기값을 초기 컨버터 용량(PPCS(0))으로 저장하는 것을 특징으로 하는 자연냉각방식 추진제어인버터 시스템을 고려한 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법.
The method of claim 1, wherein the step (ii),
Assume the initial value of the capacity of the energy storage medium in the electric load characteristic curve of the oil tanker vehicle,
When the route operation considering the buffering of the energy storage medium at the station is completed, the largest value is stored as the initial energy storage medium capacity (E opt (0)) according to W*max (initial value-remaining energy storage medium capacity),
A method for estimating the capacity of an on-board energy storage system considering a natural cooling propulsion control inverter system characterized by storing the largest power size value during propulsion and regenerative power on the move as the initial converter capacity (P PCS (0)).
제1항에 있어서, 상기 단계(v)는,
상기 무가선차량 전기부하특성 곡선에서 정거장 급속충전 방식 철도차량이 상/하행 노선운행을 완료했을 때 W*max(Eopt(k-1)-잔여 에너지저장매체 용량)(여기서, W는 에너지저장매체의 특성을 고려하여 최대방전정도를 반영하기 위한 웨이팅 팩터, k는 자연수)에 따라 가장 큰 값을 k번째 연산 에너지저장매체 용량(Eopt(k))으로 저장하고,
이동중 추진전력과 회생전력, 정거장 충전 전력 중 가장 큰 전력크기값을 k번째 연산 컨버터 용량(PPCS(k))으로 저장하는 것을 특징으로 하는 자연냉각방식 추진제어인버터 시스템을 고려한 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법.
The method of claim 1, wherein the step (v),
W*max(E opt (k-1)-remaining energy storage medium capacity) (when W is energy storage) when the railway vehicle in the rapid charging system of the station completes the up/down route operation in the electric load characteristic curve of the cable-free vehicle. Considering the characteristics of the medium, the largest value according to the weighting factor to reflect the maximum discharge degree, k is a natural number) is stored as the kth computational energy storage medium capacity (E opt (k)),
Of the on-board energy storage system considering the natural cooling propulsion control inverter system, characterized in that the largest power size value of the propulsion power, regenerative power, and station charging power during movement is stored as the kth operation converter capacity (P PCS (k)). Dose calculation method.
제1항에 있어서, 상기 단계(iii)는,
(iii-1) 에너지저장매체의 (k-1)번째 연산과정에서 도출된 에너지량인 Eopt(k-1)과 단위 에너지 용량당 에너지저장매체 무게인 muESP[ton/kWh]을 곱하여 k번째 연산과정에서의 에너지저장매체의 무게를 구하는 단계;
(iii-2) 컨버터의 (k-1)번째 연산과정에서 도출된 전력용량인 PPCS(k-1)을 컨버터 1대당 용량인 PuPCS으로 나누어 [ ]인 가우스 함수를 적용한 후 1을 더하고 이 값에 1대당 무게 muPCS[ton]을 곱하여 k번째 연산과정에서의 컨버터 무게를 구하는 단계; 및
(iii-3) 상기 단계(iii-1)에서 구한 에너지저장매체의 무게, 상기 단계(iii-2)에서 구한 컨버터 무게, 순수차량무게 및 승객무게를 합하여 k번째 연산과정에서의 전체무게가 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자연냉각방식 추진제어인버터 시스템을 고려한 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법.
The method of claim 1, wherein the step (iii),
(iii-1) E opt (k-1), the amount of energy derived from the (k-1) th calculation process of the energy storage medium, multiplied by m uESP [ton/kWh], the weight of the energy storage medium per unit energy capacity, k Calculating the weight of the energy storage medium in the first calculation process;
(iii-2) Divide the power capacity P PCS (k-1) derived from the (k-1) th operation process of the converter by the P uPCS capacity per converter, apply a Gaussian function of [], add 1, and add Calculating a converter weight in the k-th calculation process by multiplying the value by the weight per unit m uPCS [ton]; And
(iii-3) The total weight in the kth calculation process is calculated by adding the weight of the energy storage medium obtained in step (iii-1), the converter weight obtained in step (iii-2), and the net vehicle weight and passenger weight. A method for calculating a capacity of an onboard energy storage device considering a natural cooling type propulsion control inverter system, comprising the step of
(i) 유가선 방식으로 운행되는 차량정보, 트랙정보 및 운행정보를 기반으로 노선의 모든 정거장 운행에 따른 유가선차량 전기부하특성 곡선을 도출하는 단계;
(ii) 상기 유가선차량 전기부하특성 곡선에서 유가선 장치의 견인전동기를 구동하는 추진용 제어인버터 및 냉각팬을 구동하는 냉각팬용 인버터에 에너지를 각각 공급하는 에너지저장장치의 용량을 선정하는 단계;
(iii) k번째(k는 자연수) 연산과정으로서 유가선 철도차량에 추가적으로 철도차량 내부에 장착되어야 하는 에너지저장매체 및 컨버터의 질량을 업데이트하는 단계;
(iv) 기존열차와 동일한 노선에서 동일한 운행성능을 내기 위한 에너지저장매체와 컨버터가 철도차량에 설치된 정거장 급속충전 방식 철도차량의 무가선차량 전기부하특성 곡선을 도출하는 단계;
(v) 상기 무가선차량 전기부하특성 곡선에서 무가선 장치의 견인전동기를 구동하는 추진용 제어인버터 및 냉각팬을 구동하는 냉각팬용 인버터에 에너지를 각각 공급하는 에너지저장장치의 용량을 선정하는 단계;
(vi) k번째 연산과정에서 도출된 에너지저장매체의 용량(Eopt(k))과 (k-1)번째 연산과정에서 도출된 에너지저장매체의 용량(Eopt(k-1))의 차이값과 추가적인 반복연산에 따른 변화를 무시할 기준값과 비교하는 단계;
(vii) 상기 단계(vi)에서 차이값이 기준값보다 크거나 같으면 k의 값을 1 증가시킨 후 단계(iii)으로 피드백하는 단계; 및
(viii) 상기 단계(vi)에서 차이값이 기준값보다 작으면 k번째 연산과정에서 도출된 에너지저장매체 용량(Eopt(k))과 k번째 연산 컨버터 용량(PPCS(k))을 최적 용량값으로 산정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강제공랭방식 추진제어인버터 시스템을 고려한 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법.
(i) deriving the electric load characteristic curve of the oil tanker vehicle according to the operation of all the stops of the route based on the vehicle information, track information, and driving information operated by the oil price line method;
(ii) selecting the capacity of the energy storage device that supplies energy to the control control inverter for driving the traction motor of the oil line device and the cooling fan inverter for driving the cooling fan from the electric load characteristic curve of the oil tanker;
(iii) updating the mass of the energy storage medium and the converter to be installed inside the railway vehicle in addition to the oil priced railway vehicle as the kth (k is a natural number) calculation process;
(iv) deriving an electric load characteristic curve of a lineless vehicle electric load characteristic of a rapid charging type railway vehicle with an energy storage medium and a converter installed on a railway vehicle in order to achieve the same operating performance on the same route as a conventional train;
(v) selecting the capacity of the energy storage device that supplies energy to the control control inverter for driving the traction motor of the cable-free device and the cooling fan inverter for driving the cooling fan from the electric load characteristic curve of the cable-free vehicle;
(vi) k the difference between the second calculated capacity of the energy storage medium obtained in step (E opt (k)) and (k-1) the capacity of the energy storage medium obtained in the second calculation process (E opt (k-1)) Comparing the value and the change according to the additional iteration with a reference value to be ignored;
(vii) if the difference value in step (vi) is greater than or equal to the reference value, the value of k is increased by 1 and then fed back to step (iii); And
(viii) If the difference value in step (vi) is smaller than the reference value, the optimal capacity is the energy storage medium capacity (E opt (k)) and the kth operational converter capacity (P PCS (k)) derived from the kth calculation process. A method for estimating the capacity of an on-board energy storage device considering a forced air-cooled propulsion control inverter system, comprising calculating the value.
제5항에 있어서, 상기 단계(ii)는,
상기 유가선차량 전기부하특성 곡선에서 상기 에너지저장매체의 용량 초기값을 가정하고,
정거장에서의 에너지저장매체 완충을 고려한 노선운행을 완료했을 때 W*[max(초기값-잔여 에너지저장매체 용량)+냉각팬 구동에너지]에 따라 가장 큰 값을 초기 에너지저장매체 용량(Eopt(0))으로 저장하고,
이동중 추진전력과 냉각전력의 전력합, 회생전력과 냉각전력의 전력합, 정거장 충전 전력과 냉각전력의 전력합 중 가장 큰 전력크기값을 초기 컨버터 용량(PPCS(0))으로 저장하는 것을 특징으로 하는 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법.
The method of claim 5, wherein step (ii),
Assume the initial value of the capacity of the energy storage medium in the electric load characteristic curve of the oil tanker vehicle,
When the route operation considering the buffering of the energy storage medium at the station is completed, the largest value according to W* [max (initial value-remaining energy storage medium capacity) + cooling fan driving energy] is the initial energy storage medium capacity (E opt ( 0)),
It is characterized by storing the largest power size value among the sum of the propulsion power and cooling power on the move, the sum of the regenerative power and cooling power, and the sum of the charging power of the station and the cooling power as the initial converter capacity (P PCS (0)). Capacity calculation method for on-board energy storage device.
제5항에 있어서, 상기 단계(v)는,
상기 무가선차량 전기부하특성 곡선에서 정거장 급속충전 방식 철도차량이 상/하행 노선운행을 완료했을 때 W*[max(Eopt(k-1)-잔여 에너지저장매체 용량)+냉각팬 구동에너지](여기서, W는 에너지저장매체의 특성을 고려하여 최대방전정도를 반영하기 위한 웨이팅 팩터, k는 자연수)에 따라 가장 큰 값을 k번째 연산 에너지저장매체 용량(Eopt(k))으로 저장하고,
이동중 추진전력과 냉각전력의 전력합, 회생전력과 냉각전력의 전력합, 정거장 충전 전력과 냉각전력의 전력합 중 가장 큰 전력크기값을 k번째 연산 컨버터 용량(PPCS(k))으로 저장하는 것을 특징으로 하는 강제공랭방식 추진제어인버터 시스템을 고려한 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법.
The method of claim 5, wherein step (v),
W*[max(E opt (k-1)-residual energy storage medium capacity) + cooling fan drive energy] when the railway vehicle in the rapid charging system of the station completes the up/down route operation in the electric load characteristic curve of the cable-free vehicle. (W is the weighting factor for reflecting the maximum discharge degree in consideration of the characteristics of the energy storage medium, k is a natural number), and the largest value is stored as the kth computational energy storage medium capacity (E opt (k)). ,
To store the largest power size value among the sum of propulsion power and cooling power on the move, the sum of regenerative power and cooling power, and the sum of charging and cooling power of the station as the kth operation converter capacity (P PCS (k)) Characterized in that the method for estimating the capacity of the on-board energy storage system considering the forced air-cooled propulsion control inverter system.
제5항에 있어서, 상기 단계(iii)는,
(iii-1) 에너지저장매체의 (k-1)번째 연산과정에서 도출된 에너지량인 Eopt(k-1)과 단위 에너지 용량당 에너지저장매체 무게인 muESP[ton/kWh]을 곱하여 k번째 연산과정에서의 에너지저장매체의 무게를 구하는 단계;
(iii-2) 컨버터의 (k-1)번째 연산과정에서 도출된 전력용량인 PPCS(k-1)을 컨버터 1대당 용량인 PuPCS으로 나누어 [ ]인 가우스 함수를 적용한 후 1을 더하고 이 값에 1대당 무게 muPCS[ton]을 곱하여 k번째 연산과정에서의 컨버터 무게를 구하는 단계; 및
(iii-3) 상기 단계(iii-1)에서 구한 에너지저장매체의 무게, 상기 단계(iii-2)에서 구한 컨버터 무게, 순수차량무게 및 승객무게를 합하여 k번째 연산과정에서의 전체무게가 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강제공랭방식 추진제어인버터 시스템을 고려한 차상 에너지저장장치의 용량산정 방법.
The method of claim 5, wherein step (iii),
(iii-1) E opt (k-1), the amount of energy derived from the (k-1) th calculation process of the energy storage medium, multiplied by m uESP [ton/kWh], the weight of the energy storage medium per unit energy capacity, k Calculating the weight of the energy storage medium in the first calculation process;
(iii-2) Divide the power capacity P PCS (k-1) derived from the (k-1) th operation process of the converter by the P uPCS capacity per converter, apply a Gaussian function of [], add 1, and add Calculating a converter weight in the k-th calculation process by multiplying the value by the weight per unit m uPCS [ton]; And
(iii-3) The total weight in the kth calculation process is calculated by adding the weight of the energy storage medium obtained in step (iii-1), the converter weight obtained in step (iii-2), and the net vehicle weight and passenger weight. Capacity calculation method of the on-board energy storage device considering the forced air-cooled propulsion control inverter system, comprising the step of.
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