KR20220115655A - 팬터그래프 접촉저항 측정 장치 - Google Patents

팬터그래프 접촉저항 측정 장치 Download PDF

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Abstract

팬터그래프 접촉저항 측정 장치가 개시된다. 본 발명의 팬터그래프 접촉저항 측정 장치는 전력공급부; 상기 전력공급부로부터 인가된 전류가 팬터그래프의 급전전극과 전기자동차의 수전전극이 각각 접촉되는 제1접촉점과 제2접촉점을 모두 경유하는 전류 패스를 형성하는 전류 패스 형성부; 상기 제1접촉점과 상기 제2접촉점의 양단에 접속되어 상기 제1접촉점과 상기 제2접촉점의 양단 전압을 측정하는 양단 전압 측정부; 및 상기 양단 전압 측정부에 의해 측정된 양단 전압을 이용하여 상기 제1접촉점과 상기 제2접촉점의 접촉저항을 측정하는 접촉저항 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

팬터그래프 접촉저항 측정 장치{APPARATUS MEASURING CONTACT RESISTANCE OF PANTOGRAPH}
본 발명은 팬터그래프 접촉저항 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 팬터그래프의 급전전극과 전기자동차의 수전전극이 접촉되는 두 접촉점의 양단 전압을 측정하여 두 접촉점의 접촉저항을 측정하는 팬터그래프 접촉저항 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전기버스와 같은 대형 전기차량을 충전시키기 위해, 팬터그래프 방식이 이용될 수 있다. 팬터그래프는 상향식과 하향식이 있다. 상향식 팬터그래프는 팬터그래프가 전기버스 지붕에 장착되어 충전시 위로 올라가는 방식이다. 하향식 팬터그래프는 팬터그래프가 지상의 고정 구조물에 장착되고 버스 지붕에는 수전 전극만 설치되어, 충전시 반대로 팬터그래프가 내려오는 방식이다. 전기열차 혹은 트램버스와 같이 움직이면서 수전을 해야 하는 경우에는 상향식을 쓸 수밖에 없지만 전기버스의 경우는 정지된 상태에서만 충전을 하게 되므로 하향식을 사용하는 것이 원가 절감에 더 유리할 수 있다.
팬터그래프는 도체 접속부의 면적이 넓어 큰 전류를 인가할 수 있고 케이블이 고정되어 있으므로 필요에 따라 굵은 케이블을 사용하더라도 별다른 문제가 없다는 장점이 있다.
다만, 팬터그래프는 충전시에 급전전극과 수전전극이 잘 접촉되어야 하는데 사용기간이 길어지다 보면 급전전극과 수전전극 간의 접촉 상태가 나빠져서 접촉저항이 증가할 수 있다. 접촉저항이 증가하게 되면 충전 시에 전극 접촉 부분에서 열이 과다하게 발생하고 심한 경우 화재로 이어질 수 있다. 특히 접지전극에서 접촉불량이 발생하면 감전 등의 사고가 발생할 수 있어 매우 위험하다. 따라서, 급전전극과 수전전극 간의 접촉 상태가 양호한지 판단하기 위해, 접촉저항을 측정할 필요성이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 10-1026716호(2011.03.28)의 '전기철도 차량용 판토그라프'에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 전력공급부로부터 인가된 전류가 팬터그래프의 급전전극과 전기자동차의 수전전극이 접촉되는 두 접촉점의 양단 전압을 측정하여 두 접촉점의 접촉저항을 측정하는 팬터그래프 접촉저항 측정 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 팬터그래프 접촉저항 측정 장치는 전력공급부; 상기 전력공급부로부터 인가된 전류가 팬터그래프의 급전전극과 전기자동차의 수전전극이 각각 접촉되는 제1접촉점과 제2접촉점을 모두 경유하는 전류 패스를 형성하는 전류 패스 형성부; 상기 제1접촉점과 상기 제2접촉점의 양단에 접속되어 상기 제1접촉점과 상기 제2접촉점의 양단 전압을 측정하는 양단 전압 측정부; 및 상기 양단 전압 측정부에 의해 측정된 양단 전압을 이용하여 상기 제1접촉점과 상기 제2접촉점의 접촉저항을 측정하는 접촉저항 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전류 패스 형성부는 일단이 상기 전력공급부에 연결되고 타단이 상기 제1접촉점에 연결되는 제1릴레이; 일단이 상기 전력공급부에 연결되고 타단이 상기 제2접촉점에 연결되는 제2릴레이; 및 일단이 상기 제2접촉점에 연결되고 타단이 접지와 연결되는 제3릴레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전류 패스 형성부는 상기 제3릴레이와 상기 접지 사이에 연결되어 과전류를 차단하는 과전류 보호 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 접촉저항 측정시에는 상기 제1릴레이와 상기 제3릴레이가 턴온되고 상기 제2릴레이가 턴오프되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전기자동차 충전시에는, 상기 제1릴레이와 상기 제2릴레이는 턴온되고 상기 제3릴레이는 턴오프되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 양단 전압 측정부는 차동 증폭기; 일단이 상기 제1접촉점에 연결되고 타단이 상기 차동 증폭기의 비반전 단자에 연결되는 제4릴레이(Rly4); 및 일단이 상기 제2접촉점에 연결되고 타단이 상기 차동 증폭기의 반전 단자에 연결되는 제5릴레이(Rly5)를 포함하고, 상기 차동 증폭기는 비반전 단자와 반전 단자의 전압차를 증폭시켜 양단 전압을 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 접촉저항 측정부는 상기 양단 전압 측정부에 의해 측정된 양단 전압에서 기 설정된 설정전압을 차감하여 접촉저항을 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 설정전압은 상기 제1접촉점과 상기 제2접촉점 사이의 수극단자의 저항으로 검출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 팬터그래프의 급전전극과 전기자동차의 수전전극이 접촉되는 두 접촉점의 양단 전압을 측정하여 두 접촉점의 접촉저항을 손쉽게 측정할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 팬터그래프 접촉저항 측정 장치는 팬터그래프측과 전기자동차측에 별도의 프로브를 설치하지 않고도 접촉점의 접촉저항을 측정할 수 있다.
도 1 은 본 발명이 적용될 수 있는 팬터그래프의 설치 예시도이다.
도 2 는 도 1 의 팬터그래프측 급전전극과 전기자동차측 수전전극을 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 접촉저항 측정 장치의 회로도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 접촉저항 측정 장치의 접촉저항 측정시 스위칭 상태를 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 접촉저항 측정 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명이 적용될 수 있는 팬터그래프의 설치 예시도이고, 도 2 는 도 1 의 팬터그래프측 급전전극과 전기자동차측 수전전극을 나타낸 도면이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 접촉저항 측정 장치의 회로도이고, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 접촉저항 측정 장치의 접촉저항 측정시 스위칭 상태를 나타낸 도면이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명이 적용될 수 있는 팬터그래프(30)는 전기자동차(10)의 횡방향으로 이동하면서 전기자동차(10)의 수전전극과 전기적으로 접촉되어 전기자동차(10)에 전력을 공급한다. 전기자동차(10)는 전기버스일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
팬터그래프(30)는 이송 스테이션(20)에 설치된다. 이송 스테이션(20)은 팬터그래프(30)가 전기자동차(10)의 횡방향으로 이동될 수 있도록 가이드한다. 또한, 팬터그래프(30)는 이송 스테이션(20)에 의해 전기자동차(10)의 횡방향으로 이동하면서 전기자동차(10) 각각에 전력을 공급할 수 있다.
도 2 를 참조하면, 팬터그래프(30)는 전기자동차(10)에 전력을 공급하기 위해 전기적으로 접촉된다. 팬터그래프(30)의 급전전극은 전기자동차(10)의 수전전극과 접촉된다. 팬터그래프(30)의 급전전극으로 양극단자(31)와 음극단자(32)가 2개씩 구비되며, 팬터그래프(30)의 양극단자(31)와 음극단자(32) 각각은 팬터그래프(30)의 이동방향과 수직한 방향으로 나란하게 배치된다.
전기자동차(10)의 수전전극은 전기자동차(10)의 지붕에 설치되며 외부로 노출된다. 전기자동차(10)의 수전건극으로 양극단자(11)와 음극단자(12)가 구비되며, 전기자동차(10)의 양극단자(11)와 음극단자(12)는 전기자동차(10)의 횡방향으로 나란하게 배치된다.
한편, 팬터그래프(30)의 급전전극은 수직방향으로 승하강될 수 있다. 급전시 팬터그래프(30)가 하강하여 팬터그래프(30)의 양극단자(31)가 전기자동차(10)의 양극단자(11)와 접촉되고, 팬터그래프(30)의 음극단자(32)가 전기자동차(10)의 음극단자(12)와 접촉된다.
한편, 팬터그래프(30)의 양극단자(31)와 음극단자(32)는 2개씩 구비되면서 팬터그래프(30)의 이동방향으로 수직한 방향으로 나란하게 배치된다. 따라서, 팬터그래프(30)의 2개의 양극단자(31)와 전기자동차(10)의 양극단자(11)가 제1 접촉점(C1)과 제2접촉점(C2)에서 접촉될 수 있으므로, 이들 제1 접촉점(C1)과 제2접촉점(C2)에서 접촉저항(RC1,RC2)이 측정될 수 있다. 또한, 팬터그래프(30)의 2개의 음극단자(32)와 전기자동차(10)의 음극단자(12)가 제1 접촉점(C1)과 제2접촉점(C2)에서 접촉될 수 있으므로, 이들 제1 접촉점(C1)과 제2접촉점(C2)에서 접촉저항(RC1,RC2)이 측정될 수 있다.
본 실시예에서는 팬터그래프(30)의 2개의 양극단자(31)와 전기자동차(10)의 양극단자(11)의 접촉점의 접촉저항(RC1,RC2)을 예시로 설명한다. 그러나, 본 발명의 기술적 범위는 팬터그래프(30)의 2개의 음극단자(32)와 전기자동차(10)의 음극단자(12)의 접촉점의 접촉저항(RC1,RC2)에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 3 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 접촉저항 측정 장치는 전력공급부(200), 전류 패스 형성부(100), 양단 전압 측정부(300), 및 접촉저항 측정부(400)를 포함한다.
전력공급부(200)는 전력을 공급하는 것으로서, 접촉저항 측정을 위한 정전류를 전류 패스 형성부(100)에 인가한다. 전력공급부(200)는 전기자동차(10)에 전력을 공급하는 전력소스일 수 있다.
전류 패스 형성부(100)는 전력공급부(200)로부터 인가된 전류가 팬터그래프(30)의 급전전극과 전기자동차(10)의 수전전극이 각각 접촉되는 제1접촉점(C1)과 제2접촉점(C2)을 모두 경유하는 전류 패스를 형성한다. 제1접촉점(C1)과 제2접촉점(C2)은 팬터그래프(30)의 2개의 양극단자와 전기자동차(10)의 양극단자의 접촉점이다.
전류 패스 형성부(100)는 제1릴레이(Rly1), 제2릴레이(Rly2), 및 제3릴레이(Rly3)를 포함한다.
제1릴레이(Rly1)는 일단이 전력공급부(200)에 연결되고 타단이 팬터그래프(30)의 양극단자를 통해 제1접촉점(C1)에 연결된다. 제1릴레이(Rly1)는 전기자동차(10) 충전시와 접촉저항 측정시에 모두 턴온된다.
제2릴레이(Rly2)는 일단이 전력공급부(200)에 연결되고 타단이 팬터그래프(30)의 양극단자를 통해 제2접촉점(C2)에 연결된다.
전력공급부(200)로부터 전류를 인가하는 전력공급라인이 분기되어 제1릴레이(Rly1)와 제2릴레이(Rly2)에 연결될 수 있다. 이때, 제1릴레이(Rly1)와 제2릴레이(Rly2)는 병렬 연결된다.
제2릴레이(Rly2)는 전기자동차(10) 충전시에는 턴온되고, 접촉저항 측정시에는 턴오프된다.
제3릴레이(Rly3)는 일단이 제2접촉점(C2)에 연결되고 타단이 접지와 연결된다. 제3릴레이(Rly3)는 제2릴레이(Rly2)와 병렬 연결된다. 제3릴레이(Rly3)는 전기자동차(10) 충전시에는 턴오프되고, 접촉저항 측정시에는 턴온된다.
먼저, 전기차동차 충전시에는 제1릴레이(Rly1)와 제2릴레이(Rly2)는 모두 턴온된다. 이때, 전력공급부(200)를 통해 인가되는 전류는 분기되며, 분기된 전류는 제1릴레이(Rly1)와 제2릴레이(Rly2), 팬터그래프(30)의 양극단자, 제1접촉점(C1)과 제2접촉점(C2), 및 전기자동차(10)의 양극단자를 통해 전기자동차(10)의 배터리로 인가된다.
접촉저항 측정시에는, 제1릴레이(Rly1)는 턴온되고 제2릴레이(Rly2)는 턴오프되며, 제3릴레이(Rly3)는 턴온된다. 이에 따라, 전력공급부(200)로부터 인가된 전류가 제1릴레이(Rly1)와 팬터그래프(30)의 양극단자, 제1접촉점(C1), 전기자동차(10)의 양극단자, 제2접촉점(C2), 및 제3릴레이(Rly3)를 경유하는 전류 패스가 형성된다.
양단 전압 측정부(300)는 제1접촉점(C1)과 제2접촉점(C2)의 양단에 접속되어 제1접촉점(C1)과 제2접촉점(C2)의 양단 전압을 측정한다.
양단 전압 측정부(300)는 차동 증폭기(AMP), 제4릴레이(Rly4), 및 제5릴레이(Rly5)를 포함한다.
제4릴레이(Rly4)는 일단이 제1접촉점(C1)에 연결되고 타단이 차동 증폭기(AMP)의 비반전 단자에 연결된다. 제4릴레이(Rly4)는 전기자동차(10) 충전시에는 턴오프되고 접촉저항 측정시에는 턴온된다.
제5릴레이(Rly5)는 일단이 제2접촉점(C2)에 연결되고 타단이 차동 증폭기(AMP)의 반전 단자에 연결된다. 제5릴레이(Rly5)는 전기자동차(10) 충전시에는 턴오프되고 접촉저항 측정시에는 턴온된다.
차동 증폭기(AMP)는 제4릴레이(Rly4)를 통해 인가된 비반전 단자의 전압과 제5릴레이(Rly5)를 통해 인가된 반전 단자의 전압차를 증폭시켜 양단 전압을 출력한다.
도 4 를 참조하면, 접촉저항 측정시, 제1릴레이(Rly1)가 턴온되고 제2릴레이(Rly2)가 턴오프되며 제3릴레이(Rly3)는 턴온된다. 이에 따라, 제1릴레이(Rly1)와 팬터그래프(30)의 양극단자, 제1접촉점(C1), 전기자동차(10)의 양극단자, 제2접촉점(C2), 및 제3릴레이(Rly3)로 형성된 전류 패스가 형성된다.
또한, 접촉저항 측정시, 제4릴레이(Rly4)와 제5릴레이(Rly5)가 턴온된다. 이에 따라, 제1접촉점(C1)에 인가된 전압과 제2접촉점(C2)에 인가된 전압이 차동 증폭기(AMP)에 입력되어 양단 전압이 측정되게 된다.
접촉저항 측정부(400)는 양단 전압 측정부(300)에 의해 측정된 양단 전압을 이용하여 제1접촉점(C1)과 제2접촉점(C2)의 접촉저항(RC1,RC2)을 측정한다. 이 경우, 접촉저항 측정부(400)는 양단 전압 측정부(300)에 의해 측정된 양단 전압에서 기 설정된 설정전압을 차감하여 접촉저항(RC1,RC2)을 측정한다. 전기자동차(10)의 양극단자의 내부저항(R2)과 전력공급부(200)로부터 인가된 전류는 사전에 설정된다.
설정전압은 전기자동차(10)의 양극단자의 내부저항(R2)과 전력공급부(200)로부터 인가된 전류의 곱이다. 양극단자의 내부저항(R2)과 전력공급부(200)로부터 인가된 전류는 사전에 설정된다.
즉, 접촉저항 측정부(400)는 양단 전압 측정부(300)에 의해 측정된 양단 전압에서 설정전압을 차감하여 제1접촉점(C1)과 제2접촉점(C2)의 전압을 검출하고, 이 전압을 전류공급부로부터 인가된 전류로 나누어 제1접촉점(C1)과 제2접촉점(C2)의 접촉저항(RC1,RC2)을 검출한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프(30)의 급전전극과 전기자동차(10)의 수전전극이 접촉되는 제1접촉점(C1)과 제2접촉점(C2)의 양단 전압을 측정하여 제1접촉점(C1)과 제2접촉점(C2)의 접촉저항(RC1,RC2)을 손쉽게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 접촉저항 측정 장치는 팬터그래프(30)측과 전기자동차(10)측에 별도의 프로브를 설치하지 않고도 접촉점의 접촉저항을 측정할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 전기자동차 20: 이송 스테이션
30: 팬터그래프 100: 전류 패스 형성부
200: 전력공급부 300: 양단 전압 측정부
400: 접촉저항 측정부

Claims (8)

  1. 전력공급부;
    상기 전력공급부로부터 인가된 전류가 팬터그래프의 급전전극과 전기자동차의 수전전극이 각각 접촉되는 제1접촉점과 제2접촉점을 모두 경유하는 전류 패스를 형성하는 전류 패스 형성부;
    상기 제1접촉점과 상기 제2접촉점의 양단에 접속되어 상기 제1접촉점과 상기 제2접촉점의 양단 전압을 측정하는 양단 전압 측정부; 및
    상기 양단 전압 측정부에 의해 측정된 양단 전압을 이용하여 상기 제1접촉점과 상기 제2접촉점의 접촉저항을 측정하는 접촉저항 측정부를 포함하는 팬터그래프 접촉저항 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 패스 형성부는
    일단이 상기 전력공급부에 연결되고 타단이 상기 제1접촉점에 연결되는 제1릴레이(Rly1);
    일단이 상기 전력공급부에 연결되고 타단이 상기 제2접촉점에 연결되는 제2릴레이(Rly2); 및
    일단이 상기 제2접촉점에 연결되고 타단이 접지와 연결되는 제3릴레이(Rly3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 접촉저항 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전류 패스 형성부는
    상기 제3릴레이(Rly3)와 상기 접지 사이에 연결되어 과전류를 차단하는 과전류 보호 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 접촉저항 측정 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 접촉저항 측정시에는 상기 제1릴레이(Rly1)와 상기 제3릴레이(Rly3)가 턴온되고 상기 제2릴레이(Rly2)가 턴오프되는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 접촉저항 측정 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 전기자동차 충전시에는, 상기 제1릴레이(Rly1)와 상기 제2릴레이(Rly2)는 턴온되고 상기 제3릴레이(Rly3)는 턴오프되는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 접촉저항 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 양단 전압 측정부는
    차동 증폭기;
    일단이 상기 제1접촉점에 연결되고 타단이 상기 차동 증폭기의 비반전 단자에 연결되는 제4릴레이(Rly4); 및
    일단이 상기 제2접촉점에 연결되고 타단이 상기 차동 증폭기의 반전 단자에 연결되는 제5릴레이(Rly5)를 포함하고,
    상기 차동 증폭기는 비반전 단자와 반전 단자의 전압차를 증폭시켜 양단 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 접촉저항 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 접촉저항 측정부는
    상기 양단 전압 측정부에 의해 측정된 양단 전압에서 기 설정된 설정전압을 차감하여 접촉저항을 측정하는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 접촉저항 측정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 설정전압은
    상기 제1접촉점과 상기 제2접촉점 사이의 수극단자의 저항으로 검출되는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 접촉저항 측정 장치.
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