KR20190110263A - 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템 - Google Patents

자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자가진단기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 외부전원 감지부(125)와, 제어부(120)로부터 입력되는 스위칭 제어신호에 따라서 입력되는 외부전력을 LED모듈(130)로 스위칭하거나 또는 충전배터리(150) 전원 공급을 LED모듈(130)로 스위칭하는 전원 스위칭부(115)와, LED모듈(130)과, 충전배터리(150)와, 외부 전원이 입력되지 않는 경우에는 충전배터리(150)의 전원이 LED모듈(130)로 공급되도록 스위칭하는 제어부(120)와, 운영자 컴퓨터(200)를 포함하여 구성되되, 제어부(120)에 기준 전압상승변화값이 저장되어 있고, 제어부(120)는 철도차량이 운행되는 동안 충전배터리(150)의 전압상승변화값을 산출하고, 산출한 전압상승변화값을 상기 운영자 컴퓨터(200)로 전송하며, 운영자 컴퓨터(200)는 제어부(120)로부터 수신한 운행 중의 전압상승변화값에 기초하여서 충전배터리의 잔류 수명을 산출하는 것을 특징으로 하며, 이에 의하면, 충전배터리의 수명을 예측할 수 있는 이점이 있다.

Description

자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템{emergency lighting system with self-diagnostic function for railway vehicle}
본 발명은 철도차량용 조명등에 관한 것으로, 특히 철도차량에 설치되는 비상등의 충전배터리의 잔류 수명, LED의 이상 유무 확인 및 LED의 잔류 수명을 원격에서 확인할 수 있도록 함으로써, 주로 객실의 천장에 매입 설치되는 비상등의 관리를 원격에서 편리하게 수행할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 철도차량에서 화재가 발생한 경우에 여객 및 승무원들이 신속하고 안전하게 탈출할 수 있도록 대피설비와 구조를 갖추도록 규정하고 있으며, 이러한 목적에 따라 축전지 전원으로 작동되도록 규정되어 있는 장치들 중에 비상조명등이 포함되어 있다.
비상조명등은 객실, 화장실, 비상출구 주변의 출입문 등에 설치되며, 이중화 구조로 구성하고, 축전지 전원에 의하여 바닥을 기준으로 10룩스 이상의 밝기로 30분 이상 작동되도록 하고 있다.
따라서 국내 철도차량에 설치 운영되고 있는 비상조명등은 운전실(고속 철도차량은 객차에도 장착됨)에 장착된 축전지에 연결되어 있으며, 다른 여러 조명 시스템과 함께 운전실에 설치된 차상 컴퓨터 장치의 제어에 따라 동작된다.
철도차량의 실내 조명 시스템은 객실 측면등(상단, 하단), 객실 독서등, 화장실등, 수유실등, 출입문 복도등, 배전반 복도등, 화장실 복도등, 갱웨이등, 승무원실등, 행선표시기등, 스텝등으로 구성되며, 축전지 전원 공급 상태, 충전기 이상 여부 및 주변 비상상태 발생 여부 등의 조건에 따라 운전실에 설치된 차상 컴퓨터는 운영 모드(최대, 감소, 안전, 최소 모드)를 정하여 점등 제어를 하게 된다.
비상조명등이 축전지의 전원에 연결되어 차상 컴퓨터의 제어에 따라 점등되도록 운영되고 있지만, 화재나 충돌, 탈선, 전복 등으로 인해 전원선 또는 통신선로에 문제가 발생하게 되면 비상상태임에도 불구하고 비상조명등이 점등되지 못하는 경우가 생길 수 있게 된다. 따라서 어떠한 상황 하에서도 승객들이 안전하게 대피할 수 있도록 시야를 확보해 줄 수 있는 추가적인 보완 대책이 반드시 필요하다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 개발된 기술이 본원발명의 출원인에 의해서 출원되고 특허등록된 등록특허 제10-1774386호(공고일: 2017년 09월 05일)에 의한 "열차의 비상조명시스템"이 개시되어 있다.
위 등록특허 제10-1774386호에 의한 "열차의 비상조명시스템"은 그 등록공보에 잘 개시된 바와 같이, 제어부, 센서부, 전원부, 축전지부, 조명부로 구성되어서, 비상시에 복수의 센서들을 통해 철도차량 내부의 승객의 존재 여부를 검지하여 개별 조명장치에 포함된 축전지로부터 승객의 대피를 위한 최소의 조명을 확보할 수 있는 비상조명시스템을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 하고 있다.
그러나, 상기와 같은 등록특허 제10-1774386호에 의한 "열차의 비상조명시스템"은 다음과 같은 문제점이 있었다.
등록특허 제10-1774386호에 의한 "열차의 비상조명시스템"에 의한 제어부는 외부공급전원을 감시하고, 센서부로부터 발생된 신호를 통해 비상상태이 발생된 것으로 판단되면 전원부를 제어하여 축전지부으로 조명부가 점등되도록 동작된다.
대부분의 일반 조명등과 마찬가지로 비상등의 조명부를 제외한 나머지 부분은 천장 안쪽으로 위치되어 있어서 외부에서 볼 수 없게 된다. 따라서 비상조명시스템을 구성하고 있는 축전지부와 제어부 등의 상태를 확인하기 위해서는 일일이 탈거하여 측정장비로 측정해야 한다. 그러나 이러한 작업은 많은 시간과 비용이 소요된다. 그럼에도 불구하고 구성품의 잔류 수명은 장비를 통해 측정할 수 없기 때문에 별도의 방안이 동원되어야 한다.
비상조명시스템은 비상상태이 발생했을 때를 대비한 장치이기 때문에 정상 상태를 유지하고 구성품의 수명이 일정 기간 이내 보장될 수 있는 것이 매우 중요하지만, 이에 대한 특별한 대책이 없다는 문제점이 있었다.
문헌1: 등록특허공보 제10-1774386호(공고일: 2017년 09월 05일) 문헌2: 등록실용신안공보 제20-0450358호(공고일: 2010년 09월 28일)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로 본 발명에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템의 목적은,
첫째, 철도차량에 설치되는 비상등의 충전배터리의 잔류 수명, LED의 이상 유무 확인 및 LED의 잔류 수명을 원격에서 확인할 수 있도록 함으로써, 주로 객실의 천장에 매입 설치되는 비상등의 관리를 원격에서 편리하게 수행할 수 있도록 하고,
둘째, 충전배터리 또는 LED모듈의 상태를 스스로 진단하여 이상 유무뿐 아니라 잔류 수명을 원격에 있는 운영자가 알 수 있도록 함으로서 비상조명시스템의 유지보수 및 관리 효율을 획기적으로 높일 수 있도록 하며,
셋째, 충전배터리는 차량의 운행과 정차에 따라 충전과 방전을 반복하기 때문에 어느 정도의 수명이 남았는지에 대한 예측이 필요하므로 이 잔류 수명에 대한 예측을 할 수 있도록 하며,
넷째, LED모듈의 잔류 수명을 예측할 수 있도록 함으로써 비상조명등으로서의 본연의 역할을 항상 유지할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템은, 철도차량이 전복, 전력차단, 화재 또는 충돌을 포함하는 비상상태(이하, 비상상태)에 외부전력이 정상적으로 철도차량에 구비된 객실등으로 공급되지 못하는 경우 철도차량에 조명을 공급하는 철도차량용 비상조명 시스템에 있어서, 외부전원공급부로부터 외부 전력이 공급되는지 여부를 감지하는 외부전원 감지부와, 제어부로부터 입력되는 스위칭 제어신호에 따라서 입력되는 외부전력을 LED모듈로 스위칭하거나 또는 충전배터리 전원 공급을 LED모듈로 스위칭하는 전원 스위칭부와, 철도차량에 설치되어 비상상태 시에 철도차량에 조명을 제공하는 LED모듈과, 철도차량으로 정상적으로 외부전력이 공급되고 있을 때는 축전하고, 외부의 전력공급이 차단된 경우 상기 LED모듈로 전원을 공급하는 충전배터리와, 상기 외부전원 감지부가 검출한 전압값을 수신하고, 이 수신한 전압값을 기초로 외부전원으로부터 전력이 공급되는지 여부를 판단하고, 외부 전원이 입력되는 경우에는 상기 전원 스위칭부가 외부전원이 LED모듈로 공급되도록 스위칭하고, 외부 전원이 입력되지 않는 경우에는 충전배터리의 전원이 LED모듈로 공급되도록 스위칭하는 제어부와, 철도차량의 운전실에 구비되는 운영자 컴퓨터를 포함하여 구성되되, 상기 제어부와 운영자 컴퓨터 중의 적어도 어느 하나에는 기준 전압상승변화값이 저장되어 있고, 상기 제어부에 기준 전압상승변화값이 저장된 경우에는 상기 제어부는 상기 저장된 전압상승변화값을 운영자 컴퓨터로 전송하며, 상기 제어부는 철도차량이 운행되는 동안 상기 충전배터리의 전압을 주기적으로 검출하여서 상기 검출된 충전배터리의 전압값에 의해서 상기 충전배터리의 각 주기에서의 전압상승변화값을 산출하고, 상기 산출한 전압상승변화값을 상기 운영자 컴퓨터로 전송하며, 상기 운영자 컴퓨터는 제어부로부터 수신한 운행 중의 전압상승변화값에 기초하여서 충전배터리의 잔류 수명을 산출하는 것을 특징으로한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명인 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 철도차량에 설치되는 비상등의 충전배터리의 잔류 수명, LED의 이상 유무 확인 및 LED의 잔류 수명을 원격에서 확인할 수 있고, 그 결과 주로 객실의 천장에 매입 설치되는 비상등의 관리를 원격에서 편리하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 충전배터리 또는 LED모듈의 상태를 스스로 진단하여 이상 유무뿐 아니라 잔류 수명을 원격에 있는 운영자가 알 수 있는 효과가 있고, 그 결과 비상조명시스템의 유지보수 및 관리 효율을 획기적으로 높일 수 있는 효과가 있다.
셋째, 충전배터리는 차량의 운행과 정차에 따라 충전과 방전을 반복하기 때문에 어느 정도의 수명이 남았는지에 대한 예측이 필요하므로 이 잔류 수명에 대한 예측을 할 수 있는 효과가 있다.
넷째, LED모듈의 잔류 수명을 예측할 수 있도록 함으로써 비상조명등으로서의 본연의 역할을 항상 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 도 1의 요부 상세 구성도이다.
도 3은 LED모듈(130)의 요부 예시 구성도이다.
다음은 본 발명인 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템은, 철도차량의 복수의 객실 내부에서 AC일반등 및 DC등과 함께 배치되며, 철도차량이 전복, 전력차단, 화재 또는 충돌을 포함하는 비상상태(이하, 비상상태)에 외부전력이 정상적으로 철도차량에 구비된 객실등으로 공급되지 못하는 경우 철도차량의 객실에 조명을 공급하는 철도차량용 비상조명 시스템에 있어서, 외부전원 감지부(125)와 전원 스위칭부(115)와 LED모듈(130)과 충전배터리(150)와 제어부(120)와 철도차량의 운전실(미도시)에 구비되는 운영자 컴퓨터(200)를 포함하여 구성된다.
상기 외부전원 감지부(125)는 외부전원공급부(미도시)로부터 외부 전력이 공급되는지 여부를 감지하는 구성이다. 상기 외부전원 감지부(125)는 예컨대 전압 감지에 의해서 외부전원이 공급되는지 여부를 감지할 수 있다.
상기 전원 스위칭부(115)는 제어부(120)로부터 입력되는 스위칭 제어신호에 따라서 입력되는 외부전력을 LED모듈(130)로 스위칭하거나 또는 충전배터리(150) 전원 공급을 LED모듈(130)로 스위칭하는 구성이다.
상기 LED모듈(130)은 철도차량의 객실 내부(천장이나 측벽)에 설치되어 비상상태 시에 철도차량에 조명을 제공한다.
상기 충전배터리(150)는 철도차량으로 정상적으로 외부전력이 공급되고 있을 때는 축전하고, 비상상태와 같이 외부의 전력공급이 차단된 경우 상기 LED모듈(130)로 전원을 공급하는 구성이다.
상기 제어부(120)는 외부전원 감지부(125)가 검출한 전압값을 수신하고, 이 수신한 전압값을 기초로 예컨대 철도차량 비상상태인지 즉 외부전원으로부터 전력이 공급되는지 여부를 판단하고, 외부 전원이 입력되는 경우에는 상기 전원 스위칭부(115)가 외부전원이 LED모듈(130)로 공급되도록 스위칭하고, 외부 전원이 입력되지 않는 경우에는 충전배터리(150)의 전원이 LED모듈(130)로 공급되도록 스위칭하는 구성이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템은, 제어부(120)에서 출력되는 데이터값을 원격의 운영자 컴퓨터(200)로 전송하기 위한 통신모듈(160)이 더 포함되어서 구성된다. 상기 통신모듈(160)과 운영자 컴퓨터(200)는 예컨대 RS-485 통신 규격에 의해서 통신될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템은, 상기 제어부(120)와 운영자 컴퓨터(200) 중의 적어도 어느 하나에는 기준 전압상승변화값이 저장되어 있고, 상기 제어부(120)에 기준 전압상승변화값이 저장된 경우에는 상기 제어부(120)는 상기 저장된 전압상승변화값을 운영자 컴퓨터(200)로 전송하며, 이때 운영자 컴퓨터(200)는 제어부(120)로부터 수신한 기준 전압상승변화값을 내부 메모리에 저장하며, 상기 제어부(120)는 철도차량이 운행되는 동안 상기 충전배터리(150)의 전압을 주기적으로 즉, 일정 시간 간격으로 검출하여서 상기 검출된 충전배터리(150)의 전압값에 의해서 상기 충전배터리(150)의 해당 주기(일정 시간 동안)의 전압상승변화값을 산출하고, 상기 산출한 전압상승변화값을 상기 운영자 컴퓨터(200)로 전송하며, 상기 운영자 컴퓨터(200)는 제어부(120)로부터 수신한 운행 중의 전압상승변화값에 기초하여서 충전배터리의 잔류 수명을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 운영자 컴퓨터(200)는 철도차량의 전체를 제어하는 TCMS(Train Control Management System)인 것을 특징으로 한다.
외부공급전원(미도시)은 상기 전원부(300)에 전력을 공급하여 상기 철도차량이 주행하도록 하고, 상기 철도차량이 비상상태를 맞이한 경우 차단될 가능성이 높다.
본 발명의 일 실시예에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템은, 실시예에 따라서는, 외부에서 공급되는 전원(AC 전원 또는 DC 전원)을 직류의 기준 전압으로 강하하는 전압변환부(111)와, LED모듈(130)의 전단에 구비되고, LED모듈(130)의 각 LED()가 동작하기 위한 동작전압으로 승압하고 정전류로 출력하는 승압 및 정전류부(112)와, 상기 충전배터리(150)에 충전되는 전류를 제어하여 과충전을 막는 충전회로부(152)가 더 포함되어서 구성될 수도 있다.
상기 전압변환부(111), 승압 및 정전류부(112), 외부전원 감지부(125), 전원 스위칭부(115), 제어부(120), LED전압 측정부(142), 배터리전압 측정부(144), 전압검출 스위칭부(146), 충전회로부(152), 충전배터리(150)와 통신모듈(160)은 철도차량용 비상조명등(100)에 구비된다.
철도차량용 비상조명등(100)은 예컨대 비상상태 등으로 인해 전원선이 손상되어 철도차량으로부터 전원 공급을 받을 수 없을 때 충전배터리(150)의 전원을 LED모듈(130)에 연결하여 조명을 제공하는 램프로서, 철도차량의 객실의 주로 천장에 설치되고, 실시예에 따라서는 객실의 벽면에 설치될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템은, 크게 보면 상기 철도차량용 비상조명등(100)과 운영자 컴퓨터(200)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템에 의하면, 충전배터리(150)의 잔류 수명을 예측할 수 있는데, 이는 충전배터리(150)의 수명이 다할수록 초기 충전전압이 낮아지고, 충전 상승 시간이 짤아져서 전압 상승 변화값이 커진다는 실험적 고찰의 결과이다.
이를 수신한 운영자 컴퓨터(200)는 충전배터리(150)의 잔류 수명이 얼마 남지 않았다고 판단하고 이를 표시부를 통해서 표시한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템에 있어서, 상기 운영자 컴퓨터(200)에는, 충전배터리(150)의 전압상승변화값과 충전배터리(150)의 잔류 수명이 테이블값으로 일대일로 대응되어서 저장되어 있는 배터리 잔류 수명 데이터베이스(211)가 구비되어 있고, 상기 운영자 컴퓨터(200)는 충전 중인 상태에서의 전압상승변화값을 상기 제어부(120)로부터 수신하면, 제어부(120)로부터 수신한 전압상승변화값에 일대일로 매칭된 잔류수명데이터를 추출하고, 이 추출한 잔류수명데이터를 표시부(미도시)에 표시하는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리 잔류 수명 데이터베이스(211)에는 전압상승변화값이 얼마일 때 수명이 몇 시간 남았는지를 통계 테이블값으로 저장하고 있다.
전압상승변화값에 일대일로 대응된 배터리수명시간을 테이블값으로 저장한 통계데이터값이 운영자 컴퓨터(200)에 저장되어 있고, 전압상승변화값이 제어부로()부터 전달되면, 운영자 컴퓨터(200)는 이 수신한 전압상승변화값에 일대일로 매칭된 잔류 수명데이터를 읽어들이고, 이 읽어들인 수명값을 운영자 컴퓨터의 화면표시부에 표시하는 방식으로 운영된다.
예컨대, 비상상태가 발생하여 충전배터리(150)로 1시간 이상 LED모듈(130)을 점등시키는 경우를 제외하고는 대체로 충전배터리(150) 충전 시 초기 전압은 12V 이상이고 완만한 상승 곡선을 보일 것이다. 그러나 수명이 다하게 되면 초기 전압이 12V 미만으로 되고, 14V까지 도달하는 시간이 현격하게 짧아지게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템에 있어서, 상기 제어부(120)와 운영자 컴퓨터(200) 중의 적어도 어느 하나에는 비상조명등(100) 설치될 시의 초기의 충전배터리(150)가 완충전되었을 때의 전압값(이하, 기준 충전전압값)이 저장되어 있고, 상기 기준 충전전압값이 상기 제어부(120)에 저장된 경우에는 상기 제어부(120)는 상기 저장된 기준 충전전압값을 운영자 컴퓨터(200)로 전송하며, 상기 제어부(120)는 상기 검출한 충전배터리(150)의 전압값과 산출한 전압상승변화값을 함께 상기 운영자 컴퓨터(200)로 전송하며, 상기 운영자 컴퓨터(200)는 제어부(120)로부터 수신한 운행 중의 충전 전압값과 전압상승변화값에 기초하여서 충전배터리(150)의 잔류 수명을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템에 있어서, 상기 운영자 컴퓨터(200)에는, 전압상승변화값과 충전배터리(150)의 잔류 수명이 테이블값으로 일대일로 대응되어서 저장되어 있는 배터리 잔류 수명 데이터베이스(211)가 구비되어 있고, 상기 운영자 컴퓨터(200)는, 상기 제어부(120)로부터 수신한 충전배터리(150)가 충전 중인 상태에서의 충전전압이 기준 충전전압값 미만인 경우, 상기 제어부(120)로부터 수신한 전압상승변화값에 일대일로 매칭된 잔류수명데이터를 추출하여서 표시부(미도시)에 표시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템에 있어서, 상기 제어부(120)는 충전 중의 전압 상승변화값이 상기 기준 전압상승변화값보다 큰 경우에는, 알람 신호를 운영자 컴퓨터(200)로 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템에 있어서, 상기 제어부(120)는 충전배터리(150)가 충전 중인 상태에서의 충전전압이 기준 충전전압값 미만이고, 충전 중인 상태의 전압상승변화값이 상기 기준 전압상승변화값보다 큰 경우에 알람 신호를 운영자 컴퓨터(200)로 전송하는 것을 특징으로 한다. 이를 수신한 운영자 컴퓨터(200)는 충전배터리(150)의 잔류 수명이 얼마 남지 않았다고 판단한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템에 있어서, 상기 제어부(120)와 충전배터리(150) 사이에 연결되고, 상기 제어부(120)가 충전배터리(150)의 전압을 검출하도록 하는 배터리전압 측정부(144)와, 상기 제어부(120)로부터 스위칭제어신호가 수신하는 경우에는 제어부(120)와 충전배터리(150)를 스위칭 온하여서 접속시키고, 스위칭제어신호가 수신되지 않는 경우에는 제어부(120)와 충전배터리(150)를 스위칭 오프하는 전압검출 스위칭부(146)가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 배터리전압 측정부(144)는 2 개의 저항소자(R1,R2)로 구성되는 전압분배기로 구성되고, 상기 전압검출 스위칭부(146)는 릴레이로 구성되는 것을 특징으로 한다.
철도차량이 정상 상태에서 전원이 공급되면 배터리를 충전한다. 이때, 제어부(120)는 릴레이(146')에 인에이블 신호(스위칭 제어신호)를 보내서 릴레이(146') 연결을 제2 스위칭단자(b)로 변경시키고, 분배 저항에 의해 전압 분배된 전압을 제어부(120)가 감지하도록 동작한다.
제어부(120)는 전압 감지가 끝나면 릴레이(146')에 신호를 보내 릴레이(146') 연결을 제1 스위칭단자(a)로 변경함으로서 충전배터리(150)가 계속 충전할 수 있게 한다.
이에 의하면, 충전배터리(150)는 계속 충전할 수 있는 상태를 유지하면서도, 릴레이(146')가 충전배터리(150)의 충전과는 무관하게 연결되므로, 충전배터리(150)의 전력 소모를 최소로 할 수 있는 이점이 있다.
즉, 상기와 같이 릴레이(146')를 채택하고, 제어부(120)가 충전배터리(150)의 전압을 측정할 때만 릴레이(146')를 연결하는 구성에 의하여, 충전배터리(150) 전원이 분배저항(R1,R2)에 의해 계속 방전되기 때문에 불필요한 방전을 막을 수 있는 것이다.
제어부(120)는 일정 시간(예컨대 20분 주기)이 되면 릴레이(146')에 인에이블 신호(스위칭 제어신호)를 발생시켜 충전 중인 충전배터리(150)를 분배저항(R1,R2)에 연결한 후 검출이 끝나면 릴레이(146') 연결을 오프하는 것이다.
다음은 LED모듈(130)의 상태를 점검하는 기술적 구성에 대해서 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템에 있어서, 상기 제어부(120)는, 상기 LED모듈(130)의 양단의 전압 또는 전류를 주기적으로 측정하고, 이 측정한 LED모듈(130)의 전압이나 전류값을 상기 운영자 컴퓨터(200)로 전송하며, 상기 운영자 컴퓨터(200)는, 수신한 LED모듈(130)의 전압이나 전류값이 내부 메모리에 저장된 기준 전압이나 전류의 범위를 초과하거나 미달하는 경우에는 LED모듈(130)이 이상상태라고 판정하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 운영자 컴퓨터(200)는, 수신한 LED모듈(130)의 전압이나 전류값이 내부 메모리(미도시)에 저장된 기준 전압이나 전류값을 초과하는 경우에는, LED모듈(130)에 구비된 복수의 LED 중에서 적어도 하나 이상이 개방된 상태라고 판정하는 것을 특징으로 한다.
밝기의 측정에 의해서 LED모듈(130)의 상태를 확인하는 것은 조도센서가 필요할 뿐 아니라 회로가 매우 복잡해지기 때문에 제작 원가제작 원가는 문제가 있으나, 전압이나 전류의 변화만 가지고도 이상 유무를 판단할 수 있으므로 간단한 구성에 의해서 LED모듈(130)의 이상 유무를 즉시 확인할 수 있는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템에 있어서, 상기 운영자 컴퓨터(200)는, 수신한 LED모듈(130)의 전압값이 내부에 저장된 기준 전압값보다 작은 경우에는, LED모듈(130)에 구비된 복수의 LED 중에서 적어도 하나 이상이 단락된 상태라고 판정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템은, LED모듈(130)의 양단의 전압을 측정하기 위한 LED전압 측정부(142)가 더 포함되어서 구성되고, 상기 제어부(120)는 LED전압 측정부(142)가 측정한 전압값을 수신하여서 LED모듈(130)의 전압값을 인식하게 된다.
다음으로 LED의 수명을 예측하는 기술적 구성에 대해서 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템에 있어서, 상기 제어부(120)는 상기 LED모듈(130)이 발광동작하는 동작임계전압값(Vf)을 검출하고, 이 검출한 LED모듈(130)의 동작임계전압값을 상기 운영자 컴퓨터(200)로 전송한다.
상기 운영자 컴퓨터(200)에는, LED모듈(130)의 동작임계전압값과 LED모듈(130)의 잔류 수명이 테이블값으로 일대일로 대응되어서 저장되어 있는 LED 잔류 수명 데이터베이스(212)가 구비되어 있으며, 상기 운영자 컴퓨터(200)는 동작임계전압값(Vf)을 상기 제어부(120)로부터 수신하면, 제어부(120)로부터 수신한 동작임계전압값(Vf)에 일대일로 매칭된 LED 잔류수명데이터를 추출하고, 이 추출한 LED 잔류수명데이터를 표시부에 표시하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하면, LED모듈(130)의 동작임계전압값의 측정에 의해서 LED모듈의 남아 있는 잔류 수명을 예측할 수 있게 된다.
다음으로 본 발명의 일 실시예에 의한 자가진단 기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템의 충전배터리의 잔류 수명 예측 방법과 LED모듈의 이상유무 확인 방법에 대해서 설명한다.
먼저, 충전배터리의 잔류 수명을 판정하는 동작에 대해서 설명한다.
상기 제어부(120)에는 조명등이 설치되는 초기 충전배터리(150)가 완충전되었을 때의 전압값(기준 충전전압값)과 충전되고 있을 때의 전압상승 변화값(기준 전압상승변화값)이 저장되어 있고,
차량이 정상적으로 운행될 때는 차량용 전원이 공급되므로 배터리가 충전상태이다. 이때 제어부(120)는 주기적(예를 들면 20분 간격)으로 전압을 측정하여 전압상승변화폭 데이터를 운영자 컴퓨터에 전송한다. 충전배터리가 충전 전압 상승변화폭이 기준치를 벗어날 경우에는 알람 신호를 같이 보낸다.
제어부(120)에서 운영자컴퓨터로 보내는 데이터는 배터리 완충전 시 전압값과 충전 시 전압상승변화 값에 대한 초기 셋팅 값, 차량이 운영되는 동안 주기적으로 측정되는 전압과 전압상승변화 값, 그리고 알람 신호이다.
다음으로 LED모듈의 이상 유무를 확인하는 방법에 대해서 설명한다.
철도차량에서 비상조명등으로 사용되는 LED모듈(130)은, 여러 개의 LED를 조합하여 구성한다. LED를 다양한 구성으로 조합할 수 있으나, 도 3은 33개의 LED를 3개씩 병렬로 연결하고 11개를 다시 직렬로 구성한 예를 보인 것이다. 구성되는 LED중 어느 하나가 손상되더라도 조명이 어느 정도 유지될 수 있다는 것과 LED 동작에 필요한 전압을 낮출 수 있다는 장점을 가지고 있어서 객실등에 이런 직병렬 구성이 많이 사용된다.
LED는 사용 중에 전기적인 충격(서지, 과전압, 과전류 등)이나 수명이 다해 감에 따라 광학적 특성과 전기적인 특성이 변하게 된다. 따라서 이들 특성을 분석해보면 LED의 상태를 알 수 있다.
그러나 여러 개의 LED로 모듈을 구성하게 되면 개별 LED의 특성을 파악하는 것이 어려울 뿐 아니라 큰 의미를 갖지 못하지만 LED모듈(130) 단위의 특성을 진단하는 것은 필요하다. LED가 전기적인 충격을 받으면 내부 회로가 끊어지거나(open), 단락(short) 상태가 된다.
예를 들어서 도 3에 도시된 LED모듈의 경우, LED모듈(130)에서 적어도 어느 하나의 LED가 개방(open)되면 당초 3개의 병렬로 분산되던 전류가 2개로 나뉘어 흐르기 때문에 정상적인 LED에 많은 전류가 흐름으로 인해 밝기와 전압이 증가하게 된다.
도 3에서, LED모듈(130)의 (+)단자를 통해 600mA 전류를 보내면, 병렬 연결된 LD1, LD12, LD23에 각각 200mA 전류가 흐르게 되는데, 만일 LED(D1)이 오픈(open)되면 전류가 LED(D12)와 LED(D23)로 흘러야하기 때문에 각각 100mA씩 증가된 300mA의 전류가 흐름으로 인해 밝기와 전압이 증가하게 되는 것이다.
반면, LED(D1)이 단락된 경우, 모든 전류는 단락된 LED(D1)으로 흐르게 되어 LED(D12)와 LED(D23)은 소등된다. 이때 3개의 병렬 연결된 LED에는 전압이 거의 나타나지 않게 되는 것이다.
이러한 전기적인 특성 변화를 통해 LED의 상태를 감시할 수 있다. 따라서 LED+와 LED- 간 전압을 주기적으로 점검하여 데이터를 저장하고 이들 데이터의 통계적 변화를 분석하여 자가 진단을 수행할 수 있는 것이다.
이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것은 해당 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람에게는 자명한 것이다.
그러므로, 상술한 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 비상조명등
111 : 전압변환부
112 : 승압 및 정전류부
115 : 전원 스위칭부
120 : 제어부
125 : 외부전원 감지부
130 : LED모듈
142 : LED전압 측정부
144 : 배터리전압 측정부
146 : 전압검출 스위칭부
150 : 충전배터리
152 : 충전회로부
160 : 통신모듈
200 : 운영자 컴퓨터
211 : 배터리 잔류 수명 데이터베이스
212 : LED 잔류 수명 데이터베이스

Claims (4)

  1. 철도차량이 전복, 전력차단, 화재 또는 충돌을 포함하는 비상상태(이하, 비상상태)에 외부전력이 정상적으로 철도차량에 구비된 객실등으로 공급되지 못하는 경우 철도차량에 조명을 공급하는 철도차량용 비상조명 시스템에 있어서,
    외부전원공급부로부터 외부 전력이 공급되는지 여부를 감지하는 외부전원 감지부(125)와,
    제어부(120)로부터 입력되는 스위칭 제어신호에 따라서 입력되는 외부전력을 LED모듈(130)로 스위칭하거나 또는 충전배터리(150) 전원 공급을 LED모듈(130)로 스위칭하는 전원 스위칭부(115)와,
    철도차량에 설치되어 비상상태 시에 철도차량에 조명을 제공하는 LED모듈(130)과,
    철도차량으로 정상적으로 외부전력이 공급되고 있을 때는 축전하고, 외부의 전력공급이 차단된 경우 상기 LED모듈(130)로 전원을 공급하는 충전배터리(150)와,
    상기 외부전원 감지부(125)가 검출한 전압값을 수신하고, 이 수신한 전압값을 기초로 외부전원으로부터 전력이 공급되는지 여부를 판단하고, 외부 전원이 입력되는 경우에는 상기 전원 스위칭부(115)가 외부전원이 LED모듈(130)로 공급되도록 스위칭하고, 외부 전원이 입력되지 않는 경우에는 충전배터리(150)의 전원이 LED모듈(130)로 공급되도록 스위칭하는 제어부(120)와,
    철도차량의 운전실에 구비되는 운영자 컴퓨터(200)를 포함하여 구성되되,
    상기 제어부(120)와 운영자 컴퓨터(200) 중의 적어도 어느 하나에는 기준 전압상승변화값이 저장되어 있고,
    상기 제어부(120)에 기준 전압상승변화값이 저장된 경우에는 상기 제어부(120)는 상기 저장된 전압상승변화값을 운영자 컴퓨터(200)로 전송하며,
    상기 제어부(120)는 철도차량이 운행되는 동안 상기 충전배터리(150)의 전압을 주기적으로 검출하여서 상기 검출된 충전배터리(150)의 전압값에 의해서 상기 충전배터리(150)의 각 주기에서의 전압상승변화값을 산출하고, 상기 산출한 전압상승변화값을 상기 운영자 컴퓨터(200)로 전송하며,
    상기 운영자 컴퓨터(200)는 제어부(120)로부터 수신한 운행 중의 전압상승변화값에 기초하여서 충전배터리의 잔류 수명을 산출하는 것을 특징으로 하는 자가진단기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(120)는 충전 중의 전압 상승변화값이 상기 기준 전압상승변화값보다 큰 경우에는, 알람 신호를 운영자 컴퓨터(200)로 전송하는 것을 특징으로 하는 자가진단기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 운영자 컴퓨터(200)에는,
    충전배터리(150)의 전압상승변화값과 충전배터리(150)의 잔류 수명이 테이블값으로 일대일로 대응되어서 저장되어 있는 배터리 잔류 수명 데이터베이스(211)가 구비되어 있고,
    상기 운영자 컴퓨터(200)는 충전 중인 상태에서의 전압상승변화값을 상기 제어부(120)로부터 수신하면, 제어부(120)로부터 수신한 전압상승변화값에 일대일로 매칭된 잔류수명데이터를 추출하고, 이 추출한 잔류수명데이터를 표시부에 표시하는 것을 특징으로 하는 자가진단기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(120)와 운영자 컴퓨터(200) 중의 적어도 어느 하나에는 비상조명등(100) 설치될 시의 초기의 충전배터리(150)가 완충전되었을 때의 전압값(이하, 기준 충전전압값)이 저장되어 있고,
    상기 기준 충전전압값이 상기 제어부(120)에 저장된 경우에는 상기 제어부(120)는 상기 저장된 기준 충전전압값을 운영자 컴퓨터(200)로 전송하며,
    상기 제어부(120)는 상기 검출한 충전배터리(150)의 전압값과 산출한 전압상승변화값을 함께 상기 운영자 컴퓨터(200)로 전송하며,
    상기 운영자 컴퓨터(200)는 제어부(120)로부터 수신한 운행 중의 충전 전압값과 전압상승변화값에 기초하여서 충전배터리의 잔류 수명을 산출하는 것을 특징으로 하는 자가진단기능이 구비된 철도차량용 비상조명 시스템.
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