KR20180092203A - 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치 - Google Patents

철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치는, 전원으로부터 공급되는 직류 전압을 소정 주파수의 교류 전압으로 변환해주는 지상 인버터와, 지상 권선 코일부를 가지며, 지상 인버터로부터 출력되는 교류 전압에 따른 전류를 상기 지상 권선 코일부에 흘려 자기장을 형성하는 급전 선로와, 급전 선로의 지상 권선 코일부에 대응하는 차상 권선 코일부를 가지며, 지상 권선 코일부에 의해 형성된 자기장에 의한 전자기 유도 현상에 의해 차상 권선 코일부에 유도 기전력(교류 전압)을 생성하는 픽업장치와, 픽업장치에 의해 생성된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류기와, 정류기에 의해 변환된 직류 전압을 다른 크기의 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터를 구비하는 철도차량용 무선 급전장치의 상기 DC/DC 컨버터와 전기적으로 연결되어 무선 급전전력을 안정화시키기 위한 에너지 저장장치로서, 철도차량의 하면부 또는 상면부에 설치되며, 무선 급전 또는 회생시에는 상기 DC/DC 컨버터에 의해 변환된 직류 전압을 충전수단에 충전하고, 철도차량의 운행시에는 상기 충전수단에 충전된 전압을 공급(방전)함으로써, 무선 급속 충/방전 시의 전력을 안정화시킨다.

Description

철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치{Energy storage apparatus to stabilize power based on wireless power supply for railway vehicles}
본 발명은 철도차량용 에너지 저장장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 철도차량에 적용되는 대전력 무선 전력전송을 위한 급전 시스템의 구현을 위해 무선 급속 충/방전 시의 전력을 안정화시킬 수 있는 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치에 관한 것이다.
무선급전 기술은 차량에 전력을 전송하기 위하여 전선을 사용하지 않고 지상과 차상에 형성되어 있는 코일에 의해 전력을 유도하여 전력을 공급하는 기술이다. 즉, 무선급전 기술은 1차 측 권선 코일에서 2차 측 권선 코일로 전력을 전달하는 변압기와 같이, 전자기유도 원리를 이용하며, 변압기의 1, 2차 측 사이에 공극이 존재하는 구조로 구성된다. 현재 사용 중인 무선급전 기술은 용량이 작은 소형 전자제품에만 일부 적용되고 있다. 이는 고주파 대전력 전력변환장치의 기술 개발에 막대한 비용이 수반되어 상대적으로 고주파 대전력 전력변환장치에 대한 기술 개발이 부족하기 때문이다. 따라서 대전력 무선 전력전송을 위한 급전 시스템 및 집전 시스템과, 고효율 저가형 구조 등의 개발이 절실히 필요하다.
현재 우리나라에서 운행중인 전동차는 대부분 회생제동을 사용하여 제동력을 전기에너지로 변환하지만, 변환된 에너지 중 극히 일부만 재사용하여 그 효율이 낮은 실정이다. 따라서 회생에너지를 최대로 활용하기 위해 차상에서 직접 전기에너지를 저장할 수 있는 시스템 개발이 필요하다.
최근 국내에서는 스마트폰, 태블릿 PC 등 휴대기기 부문에서 무선급전 기술의 연구 및 상용화가 진행 중이며, 외국에서는 미국과 일본을 중심으로 소형 가전기기 분야에 적용 가능한 무선급전 기술에 대해 연구가 진행 중이다.
한편, 공개특허공보 제10-2016-0047074호(특허문헌 1)에는 "철도차량 무선급전시스템 및 무선급전방법"이 개시되어 있는바, 이에 따른 철도차량 무선급전시스템은, 외부전원으로부터 직류전력을 인가받아 교류전력으로 변환하는 복수의 인버터; 및 철도차량의 저면으로부터 하방으로 이격되고, 상기 철도차량의 주행 방향을 따라 서로 이격 배치되며, 상기 복수의 인버터로부터 상기 교류전력을 인가 받아 자기장을 형성함으로써 상기 교류전력을 상기 철도차량에 공급하는 복수의 급전 세그먼트;를 포함하고, 상기 복수의 인버터 각각은 상기 복수의 급전 세그먼트 중 2개 이상의 급전 세그먼트에 교류전력을 인가하되, 상기 2개 이상의 급전 세그먼트는 서로 이웃하지 않으며, 상기 인버터는 2개로 마련되고, 일측 인버터는 상기 복수의 급전 세그먼트 중 홀수 번째 급전 세그먼트에, 타측 인버터는 짝수 번째 급전 세그먼트에 교류전력을 각각 공급하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 특허문헌 1의 경우, 복수의 급전 세그먼트 위를 주행하는 철도차량에 전력을 끊김 없이 공급할 수 있는 장점이 있을지는 모르겠으나, 무선 급전시의 전력의 안정화를 위한 수단이 마련되어 있지 않아 무선 급전시 셀 전압, 전류의 불균형 발생으로 전력이 불안정해지는 문제를 내포하고 있다.
공개특허공보 제10-2016-0047074호(2016.05.02.)
본 발명은 이상과 같은 상황을 종합적으로 감안하여 창출된 것으로서, 철도차량에 적용되는 60kHz에서 동작하는 대전력 무선 전력전송을 위한 급전 시스템의 구현을 위해 무선 급속 충/방전 시의 전력을 안정화시킬 수 있는 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치는, 지상에 설치되어 전원을 무선으로 공급하는 것으로서 전원으로부터 공급되는 직류 전압을 소정 주파수의 교류 전압으로 변환해주는 지상 인버터와, 지상 권선 코일부를 가지며, 지상 인버터로부터 출력되는 교류 전압에 따른 전류를 상기 지상 권선 코일부에 흘려 자기장을 형성하는 급전 선로를 구비하는 지상설비와; 철도차량의 하면부에 설치되어 지상설비로부터 공급되는 전원을 무선으로 수전하는 것으로서 상기 급전 선로의 지상 권선 코일부에 대응하는 차상 권선 코일부를 가지며, 상기 지상 권선 코일부에 의해 형성된 자기장에 의한 전자기 유도 현상에 의해 상기 차상 권선 코일부에 유도 기전력(교류 전압)을 생성하는 픽업장치와, 픽업장치에 의해 생성된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류기와, 정류기에 의해 변환된 직류 전압을 다른 크기의 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터를 구비하는 차상설비를 포함하는 철도차량용 무선 급전장치의 상기 DC/DC 컨버터와 전기적으로 연결되어 무선 급전전력을 안정화시키기 위한 에너지 저장장치로서,
철도차량의 하면부 또는 상면부에 설치되며, 무선 급전 또는 회생시에는 상기 DC/DC 컨버터에 의해 변환된 직류 전압을 충전수단에 충전하고, 철도차량의 운행시에는 상기 충전수단에 충전된 전압을 공급(방전)함으로써, 무선 급속 충/방전 시의 전력을 안정화시키는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 에너지 저장장치(제1 실시예)는 지속적인 충/방전을 위한 배터리와, 급속 충/방전을 위한 슈퍼 커패시터로 구성될 수 있다.
또한, 상기 에너지 저장장치(제2 실시예)는 지속적인 충/방전을 위한 제1 배터리와, 급속 충/방전을 위한 제2 배터리로 구성될 수 있다.
또한, 상기 에너지 저장장치(제3 실시예)는 급속 충/방전을 위한 제1 배터리 및 제2 배터리로 구성될 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 각 배터리의 팩에는 해당 배터리의 상태를 확인하고, 철도차량에의 무선급전 또는 철도차량의 운행에 따라 충전과 방전이 이루어질 수 있도록 하며, 해당 배터리의 각 셀의 전압, 전류, 온도를 모니터링하여 배터리 셀 간에 불균형이 발생하지 않도록 관리하는 BMS(Battery Management System)가 설치될 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 각 배터리 팩 중 임의의 배터리 팩에는 상기 각 배터리 팩에 설치되어 있는 BMS와 연결되며, 각 배터리에 대한 상태를 확인하고, 각 배터리가 균등하게 충/방전이 이루어질 수 있도록 조정하는 메인 BMS가 더 설치될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 무선 급전 또는 회생시에는 직류 전압을 충전수단에 충전하고, 차량의 운행시에는 충전수단에 충전된 전압을 공급(방전)함으로써, 무선 급속 충/방전 시의 전력을 안정화시킬 수 있으며, 이에 따라 철도차량에 적용되는 60kHz에서 동작하는 대전력 무선 전력전송을 위한 급전 시스템을 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치가 적용된 철도차량용 무선 급전장치의 개략적인 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치가 적용된 철도차량용 무선 급전장치의 개략적인 시스템 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치가 적용된 철도차량용 무선 급전장치의 개략적인 시스템 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치가 적용된 철도차량이 A역에서 B역까지 이동할 때, 차량속도 및 전력 분배 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치의 배터리 팩에 설치된 BMS를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치가 적용된 철도차량의 급전 및 제어 시스템을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치가 DC-DC 컨버터 없이 철도차량용 무선 급전장치에 적용된 예를 나타낸 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치가 적용된 철도차량용 무선 급전장치의 개략적인 시스템 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치(160)는, 지상에 설치되어 전원을 무선으로 공급하는 것으로서 전원(예컨대, DC 800V)으로부터 공급되는 직류 전압을 소정 주파수(예를 들면, 60Hz)의 교류 전압으로 변환해주는 지상 인버터(110)와, 지상 권선 코일부를 가지며, 지상 인버터 (110)로부터 출력되는 교류 전압에 따른 전류를 상기 지상 권선 코일부에 흘려 자기장을 형성하는 급전 선로(120)를 구비하는 지상설비와; 철도차량의 하면부에 설치되어 지상설비로부터 공급되는 전원을 무선으로 수전하는 것으로서 상기 급전 선로(120)의 지상 권선 코일부에 대응하는 차상 권선 코일부를 가지며, 상기 지상 권선 코일부에 의해 형성된 자기장에 의한 전자기 유도 현상에 의해 상기 차상 권선 코일부에 유도 기전력(교류 전압)을 생성하는 픽업장치(130)와, 그 픽업장치(130)에 의해 생성된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류기(140)와, 그 정류기(140)에 의해 변환된 직류 전압을 다른 크기의 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터(150)를 구비하는 차상설비를 포함하는 철도차량용 무선 급전장치(100)의 상기 DC/DC 컨버터(150)와 전기적으로 연결되어 무선 급전전력을 안정화시키기 위한 에너지 저장장치로서, 철도차량의 하면부 또는 상면부에 설치되며, 무선 급전 또는 회생시에는 상기 DC/DC 컨버터(150)에 의해 변환된 직류 전압을 충전수단에 충전하고, 철도차량의 운행시에는 상기 충전수단에 충전된 전압을 공급(방전)함으로써, 무선 급속 충/방전 시의 전력을 안정화시킨다. 이와 같이 에너지 저장장치(160)는 무선 급속 충/방전 시의 전력을 안정화시킴으로써 철도차량의 운행이 원활하도록 해주는 역할을 한다.
여기서, 상기 급전 선로(120)의 지상 권선 코일부와 픽업장치(130)의 차상 권선 코일부는 각각 변압기의 1차측 코일과 2차측 코일의 역할을 수행하는 것으로 볼 수 있다. 또한, 상기 정류기(140)로는 브리지 다이오드가 사용될 수 있다.
또한, 이상과 같은 에너지 저장장치(160)는 제1 실시예로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 지속적인 충/방전을 위한 배터리(160a)와, 급속 충/방전을 위한 슈퍼 커패시터(160c)로 구성될 수 있다. 이때, 슈퍼 커패시터(160c)로는 다음의 표 1과 같은 사양(specification)을 가지는 것이 사용될 수 있다.
Figure pat00001
위의 표 1에서와 같이, 슈퍼 커패시터는 최대 전류 200A, 용량 165[F], 전력 밀도 2600 Wh/kg 등과 같은 값을 가지는 것이 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치가 적용된 철도차량용 무선 급전장치의 개략적인 시스템 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치(160)는 지속적인 충/방전을 위한 제1 배터리(160a)와, 급속 충/방전을 위한 제2 배터리(160b)로 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치가 적용된 철도차량용 무선 급전장치의 개략적인 시스템 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치(160)는 급속 충/방전을 위한 제1 배터리(160d) 및 제2 배터리(160d')로 구성될 수 있다. 이때, 제2 배터리(160d')는 제1 배터리(160d)와 동일한 것이 사용될 수 있다.
이상과 같은 급속 충/방전을 위한 배터리(160b, 160d, 160d')로는 다음의 표 2 및 3과 같은 사양(specification)을 가지는 것이 사용될 수 있다.
Figure pat00002
위의 표 2는 LTO 배터리의 사양을 나타낸 것으로서, 충전방식은 정전류/정전압 방식이고, 구동 전압범위는 배터리팩 당 396.0∼712.8V, 사용 충전전류 및 방전전류는 모듈 및 배터리팩 당 모두 120A, 충전전압은 배터리팩 당 660±0.2[V], 최대 방전전류는 배터리팩 당 300A(10초 이내) 등의 값을 갖는다.
Figure pat00003
위의 표 3은 NSC 배터리의 사양을 나타낸 것으로서, 사용 가능한 동작 전압 범위는 570∼880V, 최대 지속 충전전류는 600A, 최대 펄스 충전전류는 900A(10초), 최대 지속 방전전류는 900A, 300A(5초)에서의 펄스 충전 및 방전은 1000,000 싸이클 이상 등의 값을 갖는다.
한편, 도 4는 본 발명에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치가 적용된 철도차량이 A역에서 B역까지 이동할 때, 차량속도 및 전력 분배 상태를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, ①번 및 ①②번 구간(황색 및 녹색 구간)은 차량이 A역에 정차한 상태에서 무선 급전이 이루어짐과 아울러 차량이 서서히 기동하여 출발하게 된다. 이때, 차량이 역에 정차하는 약 20∼30초, 기동 중 일부의 전력을 공급받는 약 20∼25초를 고려하여 짧은 시간 내에 급속 충전(약 10C rate)이 이루어진다. 또한, 정상속도에 이르기 직전까지 전력은 최고치에 이르게 된다.
이후 ②③번 구간(분홍색 구간)은 차량이 정상 속도에 올라 정상적으로 운행되는 구간으로서 차량이 B역에 도착하기까지 전력은 서서히 감소한다. 이때, 차량의 운행에 필요한 전압은 배터리에 충전된 전압으로부터 공급된다.
④번 구간(청색 구간)은 차량이 B역으로부터 일정 지점에 도달했을 때, 감속 운행을 위해 제동을 거는 구간으로 일시적으로 전력은 급감하게 된다. 이때, 차량의 제동시 회생 제동 시스템을 가동하게 되며, 이에 따라 일시적으로 회생 제동에 따른 전력이 회생되어 배터리에 충전된다.
도 5는 본 발명에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치의 배터리 팩에 설치된 BMS를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 위에서 설명한 제1∼제3 실시예의 에너지 저장장치(160)의 배터리들(160a,160b,160d,160d')에 있어서, 각 배터리의 팩(510,520,540)에는 해당 배터리의 상태를 확인하고, 철도차량에의 무선급전 또는 철도차량의 운행에 따라 충전과 방전이 이루어질 수 있도록 하며, 해당 배터리의 각 셀의 전압, 전류, 온도를 모니터링하여 배터리 셀 간에 불균형이 발생하지 않도록 관리하는 BMS(Battery Management System)(510B,520B,540B)가 설치될 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 각 배터리 팩 중 임의의 배터리 팩(예컨대, 510)에는 상기 각 배터리 팩(510,520,540)에 설치되어 있는 BMS(510B,520B,540B)와 연결되며, 각 배터리에 대한 상태를 확인하고, 각 배터리가 균등하게 충/방전이 이루어질 수 있도록 조정하는 메인 BMS(510M)가 더 설치될 수 있다.
이때, 상기 메인 BMS(510M)는 DC/DC 컨버터(150)와 연결되며, 배터리의 전체적인 상태에 따른 충/방전을 조정하고, 배터리 상태를 도 6에 도시된 바와 같은 TCMS(Train Control & Monitoring System; 열차 제어 관리 시스템)(620)에 전달하여 철도차량이 운행할 수 있도록 한다. 도 6에서 참조번호 610은 지상 인버터, 630은 픽업장치, 640은 정류기, 650은 DC/DC 컨버터, 660은 전원안정화장치로서의 에너지 저장장치를 각각 나타낸다.
한편, 도 7은 본 발명에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치가 DC-DC 컨버터 없이 철도차량용 무선 급전장치에 적용된 예를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 이는 이상의 설명에서와 같은 본 발명에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치(160)가 DC-DC 컨버터 없이 철도차량용 무선 급전장치(100)에 적용된 경우를 나타낸 것이다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치(160)는, 지상에 설치되어 전원을 무선으로 공급하는 것으로서 전원(예컨대, DC 800V)으로부터 공급되는 직류 전압을 소정 주파수(예를 들면, 60Hz)의 교류 전압으로 변환해주는 지상 인버터(110)와, 지상 권선 코일부를 가지며, 지상 인버터 (110)로부터 출력되는 교류 전압에 따른 전류를 상기 지상 권선 코일부에 흘려 자기장을 형성하는 급전 선로(120)를 구비하는 지상설비와; 철도차량의 하면부에 설치되어 지상설비로부터 공급되는 전원을 무선으로 수전하는 것으로서 상기 급전 선로(120)의 지상 권선 코일부에 대응하는 차상 권선 코일부를 가지며, 상기 지상 권선 코일부에 의해 형성된 자기장에 의한 전자기 유도 현상에 의해 상기 차상 권선 코일부에 유도 기전력(교류 전압)을 생성하는 픽업장치(130)와, 그 픽업장치(130)에 의해 생성된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류기(140)를 구비하는 차상설비를 포함하는 철도차량용 무선 급전장치(100)의 상기 정류기(140)의 출력단과 전기적으로 연결되어 무선 급전전력을 안정화시키기 위한 에너지 저장장치로서, 철도차량의 하면부 또는 상면부에 설치되며, 무선 급전시에는 상기 정류기(140)에 의해 변환된 직류 전압을 충전수단에 충전하고, 회생시에는 모터 구동용 인버터(VVVF)(도 6 참조)에 의해 변환된 직류 전압을 충전수단에 충전하며, 철도차량의 운행시에는 상기 충전수단에 충전된 전압을 공급(방전)함으로써, 무선 급속 충/방전 시의 전력을 안정화시킨다. 이 경우에도 마찬가지로 에너지 저장장치(160)가 무선 급속 충/방전 시의 전력을 안정화시킴으로써 철도차량의 운행이 원활하도록 해주는 역할을 한다.
이때, 또한 마찬가지로 에너지 저장장치(160)는 위의 도 1 내지 도 3에서 설명한 바와 같이, 지속적인 충/방전을 위한 배터리(160a)와 급속 충/방전을 위한 슈퍼 커패시터(160c)나, 지속적인 충/방전을 위한 제1 배터리(160a)와 급속 충/방전을 위한 제2 배터리(160b), 또는 급속 충/방전을 위한 제1 배터리(160d) 및 제2 배터리(160d')로 구성될 수 있다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치는 무선 급전 또는 회생시에는 직류 전압을 충전수단에 충전하고, 차량의 운행시에는 충전수단에 충전된 전압을 공급(방전)함으로써, 무선 급속 충/방전 시의 전력을 안정화시킬 수 있으며, 이에 따라 철도차량에 적용되는 60kHz에서 동작하는 대전력(예를 들면, 120MW) 무선 전력전송을 위한 급전 시스템을 구현할 수 있는 장점이 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110,610: 지상 인버터 120: 급전 선로
130,630: 픽업장치 140,640: 정류기
150,650: DC/DC 컨버터 160,660: 에너지 저장장치
160a: 지속 충전용 배터리 160c: 슈퍼 커패시터
160b,160d,160d': 급속 충전용 배터리
510,520,540: 배터리팩 510B,520B,540B: BMS
510M: 메인 BMS 620: TCMS

Claims (10)

  1. 지상에 설치되어 전원을 무선으로 공급하는 것으로서 전원으로부터 공급되는 직류 전압을 소정 주파수의 교류 전압으로 변환해주는 지상 인버터와, 지상 권선 코일부를 가지며, 지상 인버터로부터 출력되는 교류 전압에 따른 전류를 상기 지상 권선 코일부에 흘려 자기장을 형성하는 급전 선로를 구비하는 지상설비와; 철도차량의 하면부에 설치되어 지상설비로부터 공급되는 전원을 무선으로 수전하는 것으로서 상기 급전 선로의 지상 권선 코일부에 대응하는 차상 권선 코일부를 가지며, 상기 지상 권선 코일부에 의해 형성된 자기장에 의한 전자기 유도 현상에 의해 상기 차상 권선 코일부에 유도 기전력(교류 전압)을 생성하는 픽업장치와, 픽업장치에 의해 생성된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류기와, 정류기에 의해 변환된 직류 전압을 다른 크기의 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터를 구비하는 차상설비를 포함하는 철도차량용 무선 급전장치의 상기 DC/DC 컨버터와 전기적으로 연결되어 무선 급전전력을 안정화시키기 위한 에너지 저장장치로서,
    철도차량의 하면부 또는 상면부에 설치되며, 무선 급전 또는 회생시에는 상기 DC/DC 컨버터에 의해 변환된 직류 전압을 충전수단에 충전하고, 철도차량의 운행시에는 상기 충전수단에 충전된 전압을 공급(방전)함으로써, 무선 급속 충/방전 시의 전력을 안정화시키는 것을 특징으로 하는 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장장치는 지속적인 충/방전을 위한 배터리와, 급속 충/방전을 위한 슈퍼 커패시터로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장장치는 지속적인 충/방전을 위한 제1 배터리와, 급속 충/방전을 위한 제2 배터리로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장장치는 급속 충/방전을 위한 제1 배터리 및 제2 배터리로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치.
  5. 제2항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 배터리의 팩에는 해당 배터리의 상태를 확인하고, 철도차량에의 무선급전 또는 철도차량의 운행에 따라 충전과 방전이 이루어질 수 있도록 하며, 해당 배터리의 각 셀의 전압, 전류, 온도를 모니터링하여 배터리 셀 간에 불균형이 발생하지 않도록 관리하는 BMS(Battery Management System)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 각 배터리 팩 중 임의의 배터리 팩에는 상기 각 배터리 팩에 설치되어 있는 BMS와 연결되며, 각 배터리에 대한 상태를 확인하고, 각 배터리가 균등하게 충/방전이 이루어질 수 있도록 조정하는 메인 BMS가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치.
  7. 지상에 설치되어 전원을 무선으로 공급하는 것으로서 전원으로부터 공급되는 직류 전압을 소정 주파수의 교류 전압으로 변환해주는 지상 인버터와, 지상 권선 코일부를 가지며, 상기 지상 인버터로부터 출력되는 교류 전압에 따른 전류를 상기 지상 권선 코일부에 흘려 자기장을 형성하는 급전 선로를 구비하는 지상설비와; 철도차량의 하면부에 설치되어 상기 지상설비로부터 공급되는 전원을 무선으로 수전하는 것으로서 상기 급전 선로의 지상 권선 코일부에 대응하는 차상 권선 코일부를 가지며, 상기 지상 권선 코일부에 의해 형성된 자기장에 의한 전자기 유도 현상에 의해 상기 차상 권선 코일부에 유도 기전력(교류 전압)을 생성하는 픽업장치와, 상기 픽업장치에 의해 생성된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류기를 구비하는 차상설비를 포함하는 철도차량용 무선 급전장치의 상기 정류기의 출력단과 전기적으로 연결되어 무선 급전전력을 안정화시키기 위한 에너지 저장장치로서, 철도차량의 하면부 또는 상면부에 설치되며, 무선 급전시에는 상기 정류기에 의해 변환된 직류 전압을 충전수단에 충전하고, 회생시에는 모터 구동용 인버터에 의해 변환된 직류 전압을 충전수단에 충전하며, 철도차량의 운행시에는 상기 충전수단에 충전된 전압을 공급(방전)함으로써, 무선 급속 충/방전 시의 전력을 안정화시키는 것을 특징으로 하는 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 에너지 저장장치는 지속적인 충/방전을 위한 배터리와, 급속 충/방전을 위한 슈퍼 커패시터로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 에너지 저장장치는 지속적인 충/방전을 위한 제1 배터리와, 급속 충/방전을 위한 제2 배터리로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 에너지 저장장치는 급속 충/방전을 위한 제1 배터리 및 제2 배터리로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 무선 급전전력 안정화를 위한 에너지 저장장치.
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