KR20230039824A - 복수의 냉방 장치를 선택적으로 작동하는 철도 차량 공조 제어 장치 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 냉방 장치를 선택적으로 작동하는 철도 차량 공조 제어 장치에 관한 것으로, 기 설정된 알고리즘에 따라 상기 제1 냉방장치 및 제2 냉방장치를 선택적으로 작동하여 상기 철도 차량 내 기 설정된 냉방 상태가 유지되도록 상기 제1 냉방장치 또는 제2 냉방장치 중 적어도 하나의 출력을 제어함으로써, 효율적으로 냉방 시스템을 제공하고, 고장을 최소화할 수 있다.

Description

복수의 냉방 장치를 선택적으로 작동하는 철도 차량 공조 제어 장치 및 시스템 {Device and system for for air conditioning control of railway vehicles}

본 발명은 철도 차량의 공조 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 냉방 장치를 선택적으로 작동하는 철도 차량의 공조 제어 장치에 관한 것이다.

종래의 철도 차량의 공조 제어 방식은 Magnetic On-Off 방식이 이용되었으며, 스위치 방식으로 모터를 제어하고 압축기, 응축기, 증발기를 각각 제어하였다.

이러한 방식은 팬(Fan)을 사용하여 열을 강제로 배출하게 되는데, 팬의 고장이 잦고, 80°C 이상으로 온도가 상승하는 경우 고장의 주된 원인이 되고 있다.

이에, 높은 온도에서도 안정적으로 동작할 수 있는 공조 제어 기술이 필요한 실정이지만, 현재로서는 이러한 기술이 공개되어 있지 않은 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2013-0059747호, (2013.06.07)

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 통합 제어부가 복수 개의 냉방 장치가 선택적으로 작동하도록 제어하여 효율적으로 냉방 시스템을 제공하고, 고장을 최소화하고자 한다.

또한, 본 발명은 온도에 상관없이 성질을 유지함으로써 고온에서 IGBT보다 성능저하가 적은 SiC 인버터를 이용하는 철도 차량 공조 제어 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 냉방 장치의 교번 동작 중 기 설정된 임계 총 출력을 초과하는 경우, 복수 개의 냉방 장치를 동시에 작동시키고자 한다.

또한, 본 발명은 냉방 장치의 교번 동작 중 고장이 발생한 경우, 다른 냉방 장치를 작동시키고자 한다.

또한, 본 발명은 교번 동작 알고리즘을 이용하여 교번 동작 스케줄을 생성하고, 각 냉방장치의 임계 총 출력을 설정하고자 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량 공조 제어 장치는, 제1 SiC 인버터, 제1 압축기, 제1 BLDC 모터, 제1 응축기팬, 제1 압력센서 및 상기 제1 SiC 인버터, 제1 압축기, 제1 BLDC 모터, 제1 응축기팬 및 제1 압력센서의 작동을 제어하는 제1 제어부를 포함하는 제1 냉방장치; 제2 SiC 인버터, 제2 압축기, 제2 BLDC 모터, 제2 응축기팬, 제2 압력센서 및 상기 제2 SiC 인버터, 제2 압축기, 제2 BLDC 모터, 제2 응축기팬 및 제2 압력센서의 작동을 제어하는 제2 제어부를 포함하는 제2 냉방장치; 및 철도 차량을 운전하는 철도 운전 차량에 설치되며, 기 설정된 알고리즘에 따라 상기 제1 냉방장치 및 제2 냉방장치를 선택적으로 작동하여 상기 철도 차량 내 기 설정된 냉방 상태가 유지되도록 상기 제1 냉방장치 또는 제2 냉방장치 중 적어도 하나의 출력을 제어하는 통합 제어부를 포함한다.

또한, 상기 통합 제어부는, 기 설정된 교번 동작 스케줄에 기초하여 상기 제1 냉방장치 또는 제2 냉방장치가 선택적으로 작동하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 통합 제어부는, 상기 기 설정된 교번 동작 스케줄에서 상기 제1 냉방장치 및 제2 냉방장치 중 어느 하나가 고장난 경우, 상기 제1 냉방장치 및 제2 냉방장치 중 다른 하나를 작동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 통합 제어부는, 상기 제1 냉방 장치 또는 상기 제2 냉방 장치가 단일 냉방 장치의 한계 출력에 대하여 기 설정된 임계 출력 이상의 출력이 필요한 경우, 상기 제1 냉방장치 및 제2 냉방장치를 동시에 작동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 통합 제어부는, 상기 제1 냉방 장치 또는 상기 제2 냉방 장치의 연속 작동으로 누적되는 총 출력을 기반으로, 기 설정된 주기마다 상기 임계 출력을 재산출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 통합 제어부는, 상기 제1 냉방 장치 또는 상기 제2 냉방 장치의 상기 교번 동작 스케줄 내 총 출력을 기초로, 적어도 1회의 다음 교번 동작 스케줄을 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 통합 제어부는, 상기 제1 냉방장치 및 제2 냉방장치의 성능 정보, 최근 점검 일자 및 고장 발생 주기 중 적어도 하나를 기초로, 상기 어느 하나의 냉방 장치의 연속 작동으로 누적되는 총 출력으로 인한 고장 발생 예상 확률을 산출하고, 상기 고장 발생 예상 확률을 기반으로 상기 임계 총 출력을 설정하고, 상기 제1 냉방장치 또는 상기 제2 냉방장치 중 어느 하나의 교번 동작 스케줄 내 연속된 작동으로 누적되는 총 출력이 상기 임계 총 출력을 초과하는 경우, 상기 교번 동작 스케줄을 변경하여 다른 하나의 냉방장치를 작동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 통합 제어부는, 상기 제1 냉방장치 및 상기 제2 냉방장치가 동시에 작동된 경우, 상기 1 냉방장치 및 상기 제2 냉방장치 각각에 대하여 상기 산출된 고장 발생 예상 확률 및 상기 설정된 임계 총 출력을 기반으로, 상기 제1 냉방장치 및 상기 제2 냉방장치의 출력 분담률을 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 냉방장치 및 상기 제2 냉방장치는 하나의 증발기를 공유하며, 상기 제1 냉방장치 및 상기 제2 냉방장치 중 현재 동작 중인 냉방장치가 제3 BLDC 모터를 이용하여 상기 증발기를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 통합 제어부는, 기 설정된 기간 동안의 시간대별 날씨 정보 및 상기 철도 차량의 예상 탑승 인원을 고려하여 시간대별 예상 출력을 산출하고, 상기 산출된 시간대별 예상 출력을 기반으로 상기 교번 동작 스케줄을 설정하는 것을 특징으로 한다.

이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 방법, 다른 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 더 제공될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 온도에 상관없이 성질을 유지함으로써 고온에서 IGBT보다 성능저하가 적은 SiC 인버터를 이용하는 철도 차량 공조 제어 장치를 제공함으로써, 높은 온도에서도 안정적으로 동작할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 통합 제어부가 복수 개의 냉방 장치를 교번 동작하도록 제어하여 효율적으로 냉방 시스템을 제공하고, 고장을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 냉방 장치의 교번 동작 중 기 설정된 임계 총 출력을 초과하는 경우, 복수 개의 냉방 장치를 동시에 작동함으로써, 냉방 장치의 고장 발생률을 현저하게 낮출 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 교번 동작 알고리즘을 이용하여 교번 동작 스케줄을 생성하고, 각 냉방장치의 임계 총 출력을 설정함으로써, 냉방장치들을 체계적이고 효율적으로 관리할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 온도 변화에 따른 SiC의 특성을 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 냉방 장치를 선택적으로 작동하는 철도 차량 공조 제어 장치의 예시도이다.
도 3은 통합 제어부의 제어에 따른 타이밍도를 예시한 도면이다.
도 4는 기 설정된 알고리즘에 따라 객실 설정 온도를 제어하는 것을 예시한 도면이다.
도 5는 냉방 장치의 연속 동작에 따른 총 출력을 기반으로 임계 출력을 재산출하는 것을 예시한 도면이다.
도 6은 각각의 냉방 장치의 교번 동작 동안의 총 출력을 기반으로 다음 교번 동작 스케줄을 설정하는 것을 예시한 도면이다.
도 7은 냉방 장치의 총 출력에 대한 고장 발생 예상 확률을 산출하고, 이를 이용하여 임계 총 출력을 설정하고, 출력 분담률을 설정하는 것을 예시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 온도 변화에 따른 SiC의 특성을 도시한 그래프이다.

본 발명의 실시예에 따른 복수의 냉방 장치를 선택적으로 작동하는 철도 차량 공조 제어 장치(10)에 대하여 설명하기 전에 SiC(Silicon Carbide)의 특징과 장점에 대해서 설명하도록 한다.

SiC는 PWM(펄스폭 변조 방법) 제어에 의해 임의의 교류를 생성한다. 즉, 직류를 PWM 제어를 통해 스위칭하여 펄스 전압을 만들게 된다.

도 1을 참조하면, 첫째로 SiC는 고온에서 IGBT 보다 성능 저하가 덜하다.

상세하게는, Vd-Id 특성 그래프에서 SiC의 기울기 변화가 IGBT 보다 작은 것을 알 수 있으며, 이는 On 저항의 변화가 적다는 것을 의미하며 고온에서의 성능저하가 적으므로 이로 인해 열 설계가 용이하다.

둘째로, SiC는 IGBT에 비하여 스위칭 손실이 적다.

스위치 OFF 시의 파형을 보면, SiC는 원리적으로 테이프 전류가 흐르지 않는다. 그러나, IGBT는 구조상으로 테일전류가 흐르게 되고, 이러한 테일 전류는 전력 손실을 야기하는 것은 물론 테일 전류는 고온에서 더욱 커진다는 문제점이 있다.

또한, IGBT는 리커버리 전류로 인하여 스위치 ON 시 손실이 크고, 리커버리 전류도 고온에서 더 커진다.

셋째로, SiC는 IGBT에 비해 냉방에 들어가는 에너지가 적다.

이는, SiC는 IGBT에 비해 열전도도가 3배 정도 높기 때문에 냉방에 들어가는 에너지가 적기 때문이다.

넷째로, SiC는 고전압에서 스위칭 손실이 적다.

상세하게는, 절연 파괴 전계 강도가 IGBT에 비해 10배 정도 높기 때문에, 고압에서 고속 스위칭이 가능하여 스위칭 손실이 적기 때문이다.

이외에도, SiC 인터버를 이용함으로써, 냉방 장치의 안정적인 시동과 정지로 부드러운 동작이 가능하게 되며, 인버터의 보호 기능으로 유지 보수의 향상, 팬, 펌프 등의 저소음 특징 등이 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 냉방 장치를 선택적으로 작동하는 철도 차량 공조 제어 장치(10)의 예시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 철도 차량 공조 제어 장치(10)는 통합 제어부(20), 온도 센서(50), CO2 센서(60), 미세먼지 센서(70), 제3 BLDC 모터(30), 증발기(40), 및 냉방 장치(100, 200)를 포함한다.

이때, 냉방 장치(100, 200)는 제1 냉방 장치(100) 및 제2 냉방 장치(200)를 포함한다.

본 발명의 실시예에서 철도 차량 공조 제어 장치(10)는 2개의 냉방 장치(100, 200)를 포함하는 것으로 예시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 냉방 장치는 복수 개가 포함되어 운용될 수 있다.

몇몇 실시예에서 철도 차량 공조 제어 장치(10)는 도 2에 도시된 구성요소보다 더 적은 수의 구성요소나 더 많은 구성요소를 포함할 수도 있다.

제1 냉방 장치(100)는 제1 SiC 인버터(110), 제1 압축기(120), 제1 BLDC 모터(130), 제1 응축기팬(140), 제1 압력센서(150) 및 제1 제어부(160)를 포함한다.

제1 제어부(160)는 제1 SiC 인버터(110), 제1 압축기(120), 제1 BLDC 모터(130), 제1 응축기팬(140) 및 제1 압력센서(150)의 작동을 제어한다.

제2 냉방 장치(200)는 제2 SiC 인버터(210), 제2 압축기(220), 제2 BLDC 모터(230), 제2 응축기팬(240), 제2 압력센서(250) 및 제2 제어부(260)를 포함한다.

제2 제어부(260)는 제2 SiC 인버터(210), 제2 압축기(220), 제2 BLDC 모터(230), 제2 응축기팬(240) 및 제2 압력센서(250)의 작동을 제어한다.

통합 제어부(20)는 기 설정된 알고리즘에 따라 제1 냉방 장치(100) 및 제2 냉방 장치(200)를 선택적으로 작동하여 철도 차량 내 기 설정된 냉방 상태가 유지되도록 제1 냉방 장치(100) 또는 제2 냉방 장치(200) 중 적어도 하나의 출력을 제어한다.

본 발명의 실시예에서 냉방 장치의 출력이란, 냉방 장치가 에너지를 소모하여 객실에 냉방을 제공하는 것을 의미하며, 출력이 높을수록 더 많은 에너지를 사용하는 것을 의미한다. 즉, 냉방 장치의 출력은 일반적으로 사용되는 와트(W)가 적용될 수 있다.

그리고, 출력의 분담률이란 제1 냉방장치(100)와 제2 냉방장치(200)가 출력을 분담하는 확률을 의미하며, 50:50의 분담률로 설정된 경우 1000W의 출력이 필요하게 되면, 제1 냉방장치(100) 및 제2 냉방장치(200)이 각각 500W의 출력을 내도록 작동된다.

이때, 통합 제어부(20)는 기 설정된 알고리즘에 따라 제1 냉방 장치(100) 또는 제2 냉방 장치(200)를 교번 동작하도록 제어할 수 있으나, 반드시 어느 하나의 냉방 장치만 작동해야 하는 것은 아니다.

상세하게는, 제1 냉방 장치(100)와 제2 냉방 장치(200)가 항상 별개로 작동하는 것은 아니며, 특정 상황에서는 제1 냉방 장치(100)와 제2 냉방 장치(200)가 동시에 작동될 수 있다.

제1 제어부(160)는 각각 제1 SiC 인버터(110) 및 제1 냉방 장치(100) 전체를 제어하며, 제1 SiC 인버터(110)를 통해 2개의 제1 압축기(120), 제1 BLDC 모터(130), 제1 응축기팬(140) 및 증발기(40)를 제어한다.

제2 제어부(260)는 각각 제2 SiC 인버터(210) 및 제2 냉방 장치(200) 전체를 제어하며, 제2 SiC 인버터(210)를 통해 2개의 제2 압축기(220), 제2 BLDC 모터(230), 제2 응축기팬(240) 및 증발기(40)를 제어한다.

통합 제어부(20)는 철도 차량에 설치되는 2개의 냉방 장치를 통합 제어하게 된다.

철도 차량 공조 제어 장치(10)는 SiC 인버터와 RS-485, Ethernet (CAN) 통신 및 Analog 신호 (4~20mA)를 이용하여 증발기(40), 응축기, 압축기를 동작시키고, 인버터와 팬 속도를 제어하며, 환기가 필요한 경우 자동 환기 운전을 수행할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 철도 차량 공조 제어 장치(10)는 철도 차량 실내에 1개 이상의 실내 온도 센서(50), 1개 이상의 CO2 센서(60)를 구비하고 있으며, 실내/외에 별도 온도 센서(50)를 구비하고 있다.

또한, 철도 차량 공조 제어 장치(10)는 설정온도(SV)와 실내온도(PV)를 비교하여 반냉방, 전냉방, 환기운전 운전정지, TEST 운전, 자동운전을 제어할 수 있다.

도 3은 통합 제어부(20)의 제어에 따른 타이밍도를 예시한 도면이다.

일 실시예로, 통합 제어부(20)는 기 설정된 교번 동작 스케줄에 기초하여 제1 냉방 장치(100) 또는 제2 냉방 장치(200)를 교번 동작하도록 제어할 수 있다.

또한, 통합 제어부(20)는 기 설정된 교번 동작 스케줄에서 제1 냉방 장치(100) 및 제2 냉방 장치(200) 중 어느 하나가 고장난 경우, 다른 하나를 작동시킬 수 있다.

상세하게는, 통합 제어부(20)는 기 설정된 교번 동작 스케줄에 기초하여 제1 냉방 장치(100) 또는 제2 냉방 장치(200)를 작동시키되, 작동 중인 냉방 장치가 고장난 경우 다른 냉방 장치를 작동시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에서 제1 냉방 장치(100) 및 제2 냉방 장치(200)는 하나의 증발기(40)를 공유한다.

그리고, 제1 냉방 장치(100) 및 제2 냉방 장치(200) 중에서 현재 작동 중인 냉방 장치가 제3 BLDC 모터(30)를 이용하여 증발기(40)를 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 철도 차량 공조 제어 장치(10)는 복수 개의 냉방 장치(100, 200)을 포함하되, 이와 같이 하나의 증발기(40)를 공유함으로써 증발기(40)로 인한 공간을 절약할 수 있는 효과가 있다.

도 3에서 제1 출력은 제1 냉방 장치(100)에 의한 출력을 의미하고, 제2 출력은 제2 냉방 장치(200)에 의한 출력을 의미한다.

도 3에서 상태는 해당 시점에서 작동하고 있는 냉방 장치를 의미하며, 1은 제1 냉방 장치(100)만 작동 중이며, 2는 제2 냉방 장치(200)만 작동 중이고, 1, 2는 제1 냉방 장치(100) 및 제2 냉방 장치(200)가 동시에 작동 중인 것을 의미한다.

도 3에서는 전체출력이 50을 초과하여 필요한 경우, 제1 냉방 장치(100) 및 제2 냉방 장치(200)를 동시에 작동시키는 것으로 예시되어 있다.

본 발명에서 이와 같이 설정된 것을 임계 출력이라 한다.

또한, 제1 기간은 홀수일, 제2 기간은 짝수일을 의미하고, 제1 기간은 제1 냉방 장치(100)가 작동하고, 제2 기간은 제2 냉방 장치(200)가 작동하도록 교번 동작 스케줄이 설정되어 있다.

통합 제어부(20)는 제1 기간에서 제1 냉방 장치(100)를 작동시키고 있으며, 임계출력 50을 초과하는 60의 출력이 필요하게 되자 제2 냉방 장치(200)를 동시에 작동시켜 각각이 30의 출력을 분담하도록 제어하고 있다.

그리고, 다시 임계 출력 50 이하의 출력이 필요하게 되자 제2 냉방 장치(200)를 턴오프 하고, 제1 냉방 장치(100)만 작동시키는 것을 알 수 있다.

또한, 제1 기간 동안 제1 냉방 장치(100)가 작동 중이므로, 제1 냉방 장치(100)가 증발기(40)를 제어하고 있다.

제1 기간이 종료된 후 제2 기간이 시작되자 제2 냉방 장치(200)가 작동을 시작하였으나, 제2 냉방 장치(200)에 고장이 발생하였고 이에 제2 냉방 장치(200)를 대신하여 제1 냉방 장치(100)가 작동을 시작한 것을 알 수 있다.

그리고, 제2 기간 동안 증발기(40)의 제어는 제2 냉방 장치(200)의 담당이었으나, 제2 냉방 장치(200)의 고장으로 인하여 제1 냉방 장치(100)가 담당하는 것을 알 수 있다.

참고로, 통합 제어부(20)는 제2 기간 동안 임계 출력 이상이 필요한 경우 제1 냉방 장치(100)가 임계 출력까지 출력을 담당하도록 제어한다.

이는, 제2 냉방 장치(200)가 고장난 상황에서 제1 냉방 장치(100)를 임계 출력 이상으로 작동시키는 경우 제1 냉방 장치(100)까지 고장이 발생할 가능성이 있기 때문이다.

도 4는 기 설정된 알고리즘에 따라 객실 설정 온도를 제어하는 것을 예시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 통합 제어부(20)는 메모리에 저장된 철도 차량(전동차)의 객실 설정 온도 제어 알고리즘을 이용하여 설정 온도를 제어할 수 있다.

일 실시예로, 통합 제어부(20)는 실외온도 19°C 이하에서는 설정 온도를 22°C로 고정한다.

통합 제어부(20)는 19°C 이상에서는 설정 온도 결정식을 이용하여 1°C 단위로 최대 ±5°C까지 20°C~30°C까지 TCMS 통신(MVB, TRDP, HDLC 등)을 통해 입력된 설정 온도 가변값을 적용하여 결정하고, 각 차량별로 설정 온도의 값이 다른 경우에는 각 차량별로 설정 온도를 제어할 수 있다.

일 실시예로, 철도 차량 공조 제어 장치(10)는 냉방 장치의 시제품 제작이 완료되면 냉방 장치의 시험 운전을 하게 된다.

이때, 철도 차량 공조 제어 장치(10)는 냉방 효율에 따른 냉방 시험을 수행한 후, 반냉방 제어 및 전냉방 제어 운전 시험을 실시하고, 0~100% 시범 운전을 실시하여 냉방 장치의 시제품 제작을 완료한다.

또한, 철도 차량 공조 제어 장치(10)는 냉방기 작동시 SiC의 과부하를 방지하기 위해서 각 객식별로 정해진 구동지연 시간을 적용하여 정해진 시간에 의해 객실별로 순차기동을 제어할 수 있다.

이상으로 설명한 본 발명의 실시예에 따른 철도 차량 공조 제어 장치(10)는 통합 제어부(20)가 2개의 냉방 장치를 제어하며, 통상적으로는 교번 동작 스케줄에 기초하여 제1 냉방 장치(100)와 제2 냉방 장치(200)를 작동시킨다.

그리고, 교번 동작 스케줄에 따라 작동중인 냉방 장치에 고장이 발생한 경우에는 다른 냉방 장치를 가동함으로써, 공조 제어에 공백이 발생하지 않도록 하고, 필요한 최대 출력이 임계 출력 이상인 경우에는 2개의 냉방 장치를 동시에 작동시켜 냉방 장치의 과부하를 방지하게 된다.

아래에서는, 이러한 실시예에서 더 추가되는 구성들에 대해서 설명하도록 한다.

도 5는 냉방 장치의 연속 동작에 따른 총 출력을 기반으로 임계 출력을 재산출하는 것을 예시한 도면이다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 철도 차량 공조 제어 장치(10)는 특별한 이슈(고장, 임계 출력 이상이 필요 등)가 없다면, 교번 동작 스케줄에 따라 제1 냉방 장치(100) 또는 제2 냉방 장치(200)를 가동하게 된다.

이와 같이, 필요 출력이 기 설정된 임계 출력을 초과하는 경우 다른 냉방 장치를 동시에 작동시키게 되지만, 그럼에도 불구하고 다양한 원인으로 너무 많은 출력이 요구되어 교번 동작 스케줄 내 연속된 작동 중의 총 출력이 너무 높아지는 경우, 냉방 장치에 과부하가 발생할 수 있다. (예: 과도한 수의 승객 수, 날씨의 문제 등

이를 방지하게 위해서, 통합 제어부(20)는 제1 냉방 장치(100) 또는 제2 냉방 장치(200)의 연속 작동으로 누적되는 총 출력을 기반으로, 기 설정된 주기마다 임계 출력을 재산출할 수 있다.

예를 들어, 통합 제어부(20)는 제1 냉방 장치(100)의 임계 출력이 50으로 설정되어 있고, 제1 냉방 장치(100)가 작동 중인 상황에서 연속된 작동으로 누적된 총 출력이 너무 높다고 판단되는 경우, 제1 냉방 장치(100)의 임계 출력을 40으로 재산출하여 제1 냉방 장치(100)의 고장 발생 확률을 낮추게 된다.

철도 차량 공조 제어 장치(10)는 이러한 구성을 통해서, 냉방 장치가 교번 동작 스케줄 내 연속 작동이 종료될 때까지 냉방 장치의 총 출력이 과도하게 발생하지 않도록 조절해줌으로써, 냉방 장치를 보다 안정적으로 운영할 수 있게 된다.

도 6은 각각의 냉방 장치의 교번 동작 동안의 총 출력을 기반으로 다음 교번 동작 스케줄을 설정하는 것을 예시한 도면이다.

일 실시예로, 통합 제어부(20)는 제1 냉방 장치(100) 또는 제2 냉방 장치(200)의 교번 동작 스케줄 내 누적된 총 출력을 기초로, 적어도 1회의 다음 교번 동작 스케줄을 설정할 수 있다.

예를 들어, 제1 냉방 장치(100)의 금번 교번 동작 스케줄 내 작동에서 누적된 총 출력이 특정 기준보다 높고, 제2 냉방 장치(200)의 금번 교번 동작 스케줄 내 작동에서 누적된 총 출력이 특정 기준 또는 제1 냉방 장치(100)의 총 출력보다 낮은 경우, 통합 제어부(20)는 다음 교번 동작 스케줄에서 제2 냉방 장치(200)의 작동 시간이 제1 냉방 장치(100)의 작동 시간보다 길도록 교번 동작 스케줄을 설정할 수 있다.

따라서, 통합 제어부(20)는 교번 동작 스케줄에 따라 냉방 장치를 작동시키되, 교번 동작 스케줄 내 누적된 총 출력을 기반으로 다음 교번 동작 스케줄 내 작동 시간을 조절함으로써, 냉방 장치를 보다 안정적으로 운영할 수 있게 된다.

도 7은 냉방 장치의 총 출력에 대한 고장 발생 예상 확률을 산출하고, 이를 이용하여 임계 총 출력을 설정하고, 출력 분담률을 설정하는 것을 예시한 도면이다.

일 실시예로, 통합 제어부(20)는 제1 냉방 장치(100) 및 제2 냉방 장치(200)의 성능 정보, 최근 점검 일자 및 고장 발생 주기 중 적어도 하나를 기초로, 상기 어느 하나의 냉방 장치의 연속 작동으로 누적되는 총 출력으로 인한 고장 발생 예상 확률을 산출할 수 있다.

그리고, 통합 제어부(20)는 산출된 고장 발생 예상 확률을 기반으로, 임계 총 출력을 설정할 수 있다.

이러한 구성을 통해서, 철도 차량 공조 제어 장치(10)는 냉방 장치가 연속 작동에서 누적된 총 출력에 따라 고장이 발생할 확률을 예측할 수 있게 되며, 예측된 확률을 기반으로 임계 총 출력을 설정함으로써 냉방 장치의 과부하로 인한 고장 발생을 현저하게 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 통합 제어부(20)는 제1 냉방 장치(100) 또는 제2 냉방 장치(200) 중 어느 하나의 교번 동작 스케줄 내 연속된 작동으로 누적되는 총 출력이 임계 총 출력을 초과하는 경우, 교번 동작 스케줄을 변경하여 다른 하나의 냉방 장치를 작동시킬 수 있다.

예를 들어, 제1 냉방 장치(100)의 임계 총 출력이 1000으로 설정되어 있고, 교번 동작 스케줄 내 제1 냉방 장치(100)의 연속된 작동으로 누적된 총 출력이 1000을 초과하게 되는 경우, 통합 제어부(20)는 제1 냉방 장치(100)의 부담이 증가할 수 있으므로, 현재 실행 중인 교번 동작 스케줄을 변경하여 제2 냉방 장치(200)를 작동시키게 된다.

일 실시예로, 통합 제어부(20)는 제1 냉방 장치(100) 및 제2 냉방 장치(200)가 동시에 작동되는 경우, 제1 냉방 장치(100) 및 제2 냉방 장치(200) 각각에 대하여 산출된 고장 발생 예상 확률 및 설정된 임계 총 출력을 기반으로 제1 냉방 장치(100) 및 제2 냉방 장치(200)의 동시 작동에 대한 출력 분담률을 설정할 수 있다.

예를 들어, 도 2에서는 제1 냉방 장치(100)와 제2 냉방 장치(200)의 출력 분담률이 50:50으로 설정되어 작동되는 것이 예시되어 있다.

하지만, 냉방 장치의 오랜 사용과 총 출력 차이 등과 같은 다양한 원인들로 인하여 제1 냉방 장치(100)와 제2 냉방 장치(200)의 노후화가 다를 수도 있으며, 점검으로 인한 현재 컨디션이 다를 수도 있고, 고장 발생 확률도 다를 수 있다.

철도 차량 공조 제어 장치(10)는 이러한 점들을 고려하여, 제1 냉방 장치(100)와 제2 냉방 장치(200)를 동시에 작동시키는 상황이 발생하는 경우, 제1 냉방 장치(100)와 제2 냉방 장치(200)의 출력 분담률을 설정하여 냉방 장치의 출력 부담을 최소화하는 효과를 발휘하게 된다.

일 실시예로, 통합 제어부(20)는 기 설정된 기간 동안의 시간대별 날씨 정보 및 철도 차량의 예상 탑승 인원을 고려하여 시간대별 예상 출력을 산출할 수 있다.

그리고, 통합 제어부(20)는 산출된 시간대별 예상 출력을 기반으로, 교번 동작 스케줄을 설정할 수 있다.

철도 차량 공조 제어 장치는 이러한 실시예를 적용하는 경우, 향후 일정에서 예상되는 출력을 산출하여 교번 동작 스케줄을 설정하기 때문에, 교번 동작 스케줄 대로 냉방 장치가 작동될 확률이 높아지게 된다.

이상에서 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 하드웨어인 서버와 결합되어 실행되기 위해 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현되어 매체에 저장될 수 있다.

상기 전술한 프로그램은, 상기 컴퓨터가 프로그램을 읽어 들여 프로그램으로 구현된 상기 방법들을 실행시키기 위하여, 상기 컴퓨터의 프로세서(CPU)가 상기 컴퓨터의 장치 인터페이스를 통해 읽힐 수 있는 C, C++, JAVA, 기계어 등의 컴퓨터 언어로 코드화된 코드(Code)를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 상기 방법들을 실행하는 필요한 기능들을 정의한 함수 등과 관련된 기능적인 코드(Functional Code)를 포함할 수 있고, 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 소정의 절차대로 실행시키는데 필요한 실행 절차 관련 제어 코드를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 코드는 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 실행시키는데 필요한 추가 정보나 미디어가 상기 컴퓨터의 내부 또는 외부 메모리의 어느 위치(주소 번지)에서 참조되어야 하는지에 대한 메모리 참조관련 코드를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터의 프로세서가 상기 기능들을 실행시키기 위하여 원격(Remote)에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 통신이 필요한 경우, 코드는 상기 컴퓨터의 통신 모듈을 이용하여 원격에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 어떻게 통신해야 하는지, 통신 시 어떠한 정보나 미디어를 송수신해야 하는지 등에 대한 통신 관련 코드를 더 포함할 수 있다.

상기 저장되는 매체는, 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상기 저장되는 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 프로그램은 상기 컴퓨터가 접속할 수 있는 다양한 서버 상의 다양한 기록매체 또는 사용자의 상기 컴퓨터상의 다양한 기록매체에 저장될 수 있다. 또한, 상기 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장될 수 있다.

본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 철도 차량 공조 제어 장치
20: 통합 제어부
30: 제3 BLDC 모터
40: 증발기
50: 온도 센서
60: CO2 센서
70: 미세먼지 센서
100: 제1 냉방장치
110: 제1 SiC 인버터
120: 제1 압축기
130: 제1 BLDC 모터
140: 제1 응축기팬
150: 제1 압력센서
160: 제1 제어부
200: 제2 냉방장치
210: 제2 SiC 인버터
220: 제2 압축기
230: 제2 BLDC 모터
240: 제2 응축기팬
250: 제2 압력센서
260: 제2 제어부

Claims (10)

1. 제1 SiC 인버터, 제1 압축기, 제1 BLDC 모터, 제1 응축기팬, 제1 압력센서 및 상기 제1 SiC 인버터, 제1 압축기, 제1 BLDC 모터, 제1 응축기팬 및 제1 압력센서의 작동을 제어하는 제1 제어부를 포함하는 제1 냉방장치;
   제2 SiC 인버터, 제2 압축기, 제2 BLDC 모터, 제2 응축기팬, 제2 압력센서 및 상기 제2 SiC 인버터, 제2 압축기, 제2 BLDC 모터, 제2 응축기팬 및 제2 압력센서의 작동을 제어하는 제2 제어부를 포함하는 제2 냉방장치; 및
   철도 차량을 운전하는 철도 운전 차량에 설치되며, 기 설정된 알고리즘에 따라 상기 제1 냉방장치 및 제2 냉방장치를 선택적으로 작동하여 상기 철도 차량 내 기 설정된 냉방 상태가 유지되도록 상기 제1 냉방장치 또는 제2 냉방장치 중 적어도 하나의 출력을 제어하는 통합 제어부를 포함하는,
   철도 차량 공조 제어 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 통합 제어부는,
   기 설정된 교번 동작 스케줄에 기초하여 상기 제1 냉방장치 또는 제2 냉방장치가 선택적으로 작동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
   철도 차량 공조 제어 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 통합 제어부는,
   상기 기 설정된 교번 동작 스케줄에서 상기 제1 냉방장치 및 제2 냉방장치 중 어느 하나가 고장난 경우, 상기 제1 냉방장치 및 제2 냉방장치 중 다른 하나를 작동시키는 것을 특징으로 하는,
   철도 차량 공조 제어 장치.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 통합 제어부는,
   상기 제1 냉방 장치 또는 상기 제2 냉방 장치가 단일 냉방 장치의 한계 출력에 대하여 기 설정된 임계 출력 이상의 출력이 필요한 경우,
   상기 제1 냉방장치 및 제2 냉방장치를 동시에 작동시키는 것을 특징으로 하는,
   철도 차량 공조 제어 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 통합 제어부는,
   상기 제1 냉방 장치 또는 상기 제2 냉방 장치의 연속 작동으로 누적되는 총 출력을 기반으로, 기 설정된 주기마다 상기 임계 출력을 재산출하는 것을 특징으로 하는,
   철도 차량 공조 제어 장치.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 통합 제어부는,
   상기 제1 냉방 장치 또는 상기 제2 냉방 장치의 상기 교번 동작 스케줄 내 총 출력을 기초로, 적어도 1회의 다음 교번 동작 스케줄을 설정하는 것을 특징으로 하는,
   철도 차량 공조 제어 장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 통합 제어부는,
   상기 제1 냉방장치 및 제2 냉방장치의 성능 정보, 최근 점검 일자 및 고장 발생 주기 중 적어도 하나를 기초로, 상기 어느 하나의 냉방 장치의 연속 작동으로 누적되는 총 출력으로 인한 고장 발생 예상 확률을 산출하고, 상기 고장 발생 예상 확률을 기반으로 상기 임계 총 출력을 설정하고,
   상기 제1 냉방장치 또는 상기 제2 냉방장치 중 어느 하나의 교번 동작 스케줄 내 연속된 작동으로 누적되는 총 출력이 상기 임계 총 출력을 초과하는 경우, 상기 교번 동작 스케줄을 변경하여 다른 하나의 냉방장치를 작동시키는 것을 특징으로 하는,
   철도 차량 공조 제어 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 통합 제어부는,
   상기 제1 냉방장치 및 상기 제2 냉방장치가 동시에 작동된 경우,
   상기 1 냉방장치 및 상기 제2 냉방장치 각각에 대하여 상기 산출된 고장 발생 예상 확률 및 상기 설정된 임계 총 출력을 기반으로, 상기 제1 냉방장치 및 상기 제2 냉방장치의 출력 분담률을 설정하는 것을 특징으로 하는,
   철도 차량 공조 제어 장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1 냉방장치 및 상기 제2 냉방장치는 하나의 증발기를 공유하며,
   상기 제1 냉방장치 및 상기 제2 냉방장치 중 현재 동작 중인 냉방장치가 제3 BLDC 모터를 이용하여 상기 증발기를 제어하는 것을 특징으로 하는,
   철도 차량 공조 제어 장치.
   
10. 제2항에 있어서,
    상기 통합 제어부는,
    기 설정된 기간 동안의 시간대별 날씨 정보 및 상기 철도 차량의 예상 탑승 인원을 고려하여 시간대별 예상 출력을 산출하고,
    상기 산출된 시간대별 예상 출력을 기반으로 상기 교번 동작 스케줄을 설정하는 것을 특징으로 하는,
    철도 차량 공조 제어 장치.

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