KR101261843B1 - Method for managing a battery state of charge of the catenary free low floor trams - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무가선 저상 트램의 에너지 효율을 높일 수 있도록 하기 위하여 차량 제동시에 발생하는 회생에너지를 완전히 회수할 수 있도록 함과 동시에 회수한 회생에너지를 차량 추진 또는 SIV(Static Inverter; 보조 전원 인버터)와 같은 차량 내 보조부하의 동작을 위해 사용할 수 있도록 하는 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태(SOC; State of Charge) 관리방법에 관한 것이다.
본 발명은 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법에 있어서, 배터리의 충전상태(SOC) 정도에 따라 무가선 구간과 유가선 구간을 구분하여 배터리의 충전상태를 능동적으로 관리함으로써 회생에너지를 완전히 회수할 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method of managing the state of charge of a battery of a wireless low-phase tram, and more particularly, to recover the regenerative energy generated during braking of the vehicle in order to improve the energy efficiency of the wireless low-phase tram. A method of managing a state of charge (SOC) of a wireless low-floor tram that allows the recovered regenerative energy to be used for propulsion of a vehicle or operation of an auxiliary load in a vehicle such as a static inverter (SIV). will be.
The present invention is a method for managing the state of charge of a battery of a low-wireless tram, the recovery of the regenerative energy by actively managing the state of charge of the battery by dividing the unwired section and the wired section according to the degree of charge (SOC) of the battery It characterized in that the control so that.

Description

무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법 {Method for managing a battery state of charge of the catenary free low floor trams}Method for managing a battery state of charge of the catenary free low floor trams}

본 발명은 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무가선 저상 트램의 에너지 효율을 높일 수 있도록 하기 위하여 차량 제동시에 발생하는 회생에너지를 완전히 회수할 수 있도록 함과 동시에 회수한 회생에너지를 차량 추진 또는 SIV(Static Inverter; 보조 전원 인버터)와 같은 차량 내 보조부하의 동작을 위해 사용할 수 있도록 하는 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태(SOC; State of Charge) 관리방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of managing the state of charge of a battery of a wireless low-phase tram, and more particularly, to recover the regenerative energy generated during braking of the vehicle in order to improve the energy efficiency of the wireless low-phase tram. A method of managing a state of charge (SOC) of a wireless low-floor tram that allows the recovered regenerative energy to be used for propulsion of a vehicle or operation of an auxiliary load in a vehicle such as a static inverter (SIV). will be.

최근 들어, 유가의 급격한 상승 등의 요인으로 인해 대중교통을 이용하는 승객들이 증가하고 있다.Recently, passengers using public transportation have increased due to factors such as a sharp rise in oil prices.

또한, 전 세계적으로 환경에 대한 관심이 증가하면서, 환경오염을 방지하기 위한 다양한 노력이 시행되고 있는데, 국내에서는 '저탄소 녹생성장'이라는 슬로건 아래 교통분야에서도 하이브리드 차량을 개발하는 등의 탄소의 발생을 줄이기 위한 노력을 하고 있다.In addition, with increasing interest in the environment around the world, various efforts are being made to prevent environmental pollution.In Korea, carbon generation, such as the development of hybrid vehicles in the transportation sector under the slogan of 'Low Carbon Green Growth' Is trying to reduce.

그리고, 이와 같이 배터리를 이용하는 차량의 경우 배터리의 특성상 한정된 용량의 에너지만 저장/방출할 수 있으므로, 차량의 속도를 감소시키는 마찰제동시 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 버려지는 에너지를 회수, 재사용할 수 있도록 하는 회생에너지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.In the case of a vehicle using a battery as described above, only a limited amount of energy can be stored / discharged due to the characteristics of the battery. Thus, when the frictional braking which reduces the speed of the vehicle converts the kinetic energy into electrical energy, The research on regenerative energy to make it possible is being actively conducted.

이 중, 대한민국 등록특허공보 제10-0579298호에는 환경 차량의 보조 배터리 충전 제어방법이 개시되어 있는데, 그 주요 기술적 구성은 도 1에 나타낸 바와 같이, 시동 온이 유지되면 차량 제어기는 메인 배터리 및 보조 배터리의 전력 용량을 산출하는 과정과, 브레이크 작동에 따른 회생 제동 발전이 실행되고 있는지 판단하는 과정과, 회생 제동 발전이 실행되고 있지 않으면 보조 배터리의 전력 상태를 판단하는 과정과, 상기 보조 배터리의 전력 상태에 따라 DC/DC 컨버터를 온/오프 제어하여 보조 배터리의 충전을 제어하는 과정과, 회생 제동 발전이 실행되고 있는 상태이면 메인 배터리 및 보조 배터리의 전력값으로부터 산출되는 회생 제동 명령값을 산출한 후 DC/DC 컨버터를 온 제어하여 보조 배터리의 충전을 제어하는 과정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.Among these, Korean Patent Publication No. 10-0579298 discloses an auxiliary battery charging control method for an environmental vehicle. The main technical configuration thereof is shown in FIG. Calculating a power capacity of the battery; determining whether regenerative braking power generation is performed according to the brake operation; determining power state of the auxiliary battery if the regenerative braking power generation is not performed; Controlling the charging of the auxiliary battery by controlling the DC / DC converter on / off according to the state; and calculating the regenerative braking command value calculated from the power values of the main battery and the auxiliary battery when the regenerative braking power generation is being performed. And controlling the charging of the auxiliary battery by controlling the DC / DC converter after It shall be.

하지만, 상기와 같은 구성은 차량의 회생 제동시 발생하는 회생에너지를 100% 저장할 수 없으므로 에너지 효율적인 측면에서 효과적이지 못한 문제점이 있다.However, the above configuration has a problem in that it is not effective in terms of energy efficiency because it cannot store 100% of regenerative energy generated during regenerative braking of the vehicle.

즉, 일반적으로 배터리는 특성상 한정된 용량의 에너지만 저장/방출할 수 있으므로, 회생에너지가 발생한다 하더라도 배터리가 만충전 상태이거나, 발생하는 회생에너지를 모두 흡수할 수 없을 경우에는 회생에너지를 사용할 수 없는 문제점이 있는 것이다.That is, in general, a battery can store / discharge only a limited amount of energy due to its characteristics. Therefore, even when a regenerative energy is generated, the regenerative energy cannot be used when the battery is fully charged or cannot absorb all of the generated regenerative energy. There is a problem.

이러한 경우, 예를 들어 가선이 있는 경우에는 가선을 통해 회생에너지를 전송하여 근처의 차량이 사용하도록 하거나 지상에 탑재되는 에너지 저장장치에 저장시키는 방법 등이 사용될 수 있으나, 이러한 방법은 가선저항에 의한 손실 등이 발생하게 되어 회생에너지를 100% 배터리에 저장하는 것에 비해 에너지 효율이 떨어지게 되는 단점이 있었다.
In this case, for example, when there is a live wire, a method of transmitting the regenerative energy through a live wire to be used by a nearby vehicle or storing it in an energy storage device mounted on the ground may be used. There is a disadvantage in that energy loss is reduced compared to storing the regenerative energy in the battery 100%.

대한민국 등록특허공보 제10-0579298호Republic of Korea Patent Publication No. 10-0579298

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 무가선 저상 트램의 에너지 효율을 높일 수 있도록 하기 위하여 차량 제동시에 발생하는 회생에너지를 완전히 회수할 수 있도록 함과 동시에 회수한 회생에너지를 차량 추진 또는 SIV와 같은 차량 내 보조부하의 동작을 위해 사용할 수 있도록 하는 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법을 제공함에 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to recover the recovery energy generated at the time of braking the vehicle completely to recover the energy at the same time to increase the energy efficiency of the wireless low-rise tram The present invention provides a method for managing the state of charge of a battery of a low-wireless tram that can be used for driving a vehicle or driving an auxiliary load in a vehicle such as an SIV.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법에 있어서, 배터리의 충전상태(SOC) 정도에 따라 무가선 구간과 유가선 구간을 구분하여 배터리의 충전상태를 능동적으로 관리함으로써 회생에너지를 완전히 회수할 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In the method of managing the battery charge state of a wireless low-phase tram, the wireless state is classified according to the degree of charge (SOC) of the battery to actively recover the regenerative energy by actively managing the battery charge state. It is characterized by controlling.

이때, 상기 배터리의 충전상태는 크리티컬 하이 영역, 하이 영역, 노멀 영역, 로우 영역 및 크리티컬 로우 영역의 5개 영역으로 구분하여 관리되는 것을 특징으로 한다.At this time, the state of charge of the battery is characterized in that the management is divided into five areas of the critical high region, the high region, the normal region, the low region and the critical low region.

또한, 상기 크리티컬 하이 영역과, 하이 영역의 경계 부분을 최대 충전상태로 설정하고, 로우 영역과 크리티컬 로우 영역의 경계 부분을 최저 충전상태로 설정하며, 상기 저상 트램의 운행 상황에 따른 회생에너지 흡수 추정치를 추정하여 상기 최대 충전상태에서 회생에너지 흡수 추정치를 뺀 만큼을 목표 충전상태로 설정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the boundary between the critical high region and the high region is set to the maximum state of charge, the boundary between the low region and the critical low region is set to the lowest state of charge, and an estimate of regenerative energy absorption according to the driving conditions of the low-phase tram is provided. It is characterized by setting the target charge state by subtracting the regenerative energy absorption estimate from the maximum charge state.

그리고, 저상트램의 가선 구간 주행 중 배터리 충전상태가 크리티컬 하이 영역일 경우, 가선을 통해 회생에너지를 전송하거나, 저항기를 이용하여 회생에너지 및 배터리 전원을 강제적으로 소모시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.When the state of charge of the battery while the low phase tram is running in the live line section is a critical high region, the regenerative energy may be transmitted through the live line, or the regenerative energy and battery power may be forcibly consumed using a resistor.

또한, 저상트램의 가선 구간 주행 중 배터리 충전상태가 하이 영역일 경우, 가속 및 타행시에는 차량 추진 및 보조 전원 인버터(SIV)의 동작에 배터리 전력을 사용하여 배터리 충전상태가 목표 충전상태에 이르도록 하고, 제동시에는 회생에너지를 이용하여 최대 충전상태까지 배터리를 충전시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, when the battery charging state is a high region while the low-floor tram is running in the wire section, the battery charging state is reached to reach the target charging state by using battery power for vehicle propulsion and operation of the auxiliary power inverter (SIV) during acceleration and rudder driving. And, during braking, it is characterized in that the control to charge the battery to the maximum state of charge using the regenerative energy.

또한, 저상트램의 가선 구간 주행 중 배터리 충전상태가 노멀 영역일 경우, 가속 및 타행시에는 가선을 통한 전력을 사용하고, 제동시에는 회생에너지를 이용하여 최대 충전상태까지 배터리를 충전시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, when the battery charging state of the low-rise tram in the normal section of the low-rise tram when the battery charge state is normal, using the power through the wire when accelerating and running, and regenerative energy when braking to control to charge the battery to the maximum charge state It is characterized by.

또한, 저상트램의 가선 구간 주행 중 배터리 충전상태가 로우 영역 또는 크리티컬 로우 영역일 경우, 가속 및 타행시에는 가선을 통한 전력을 사용하고, 제동시에 발생하는 회생에너지 및 가선을 통한 전력을 이용하여 배터리를 충전시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, when the battery charging state is a low region or a critical low region while the low-phase tram is running in the wire section, the battery is powered by using the power through the wire during acceleration and the other run, and by using the regenerative energy generated during braking and the power through the wire. It characterized in that the control to charge.

한편, 저상트램의 무가선 구간 주행 중 배터리 충전상태가 크리티컬 하이 영역일 경우, 배터리 보호를 위하여 저항기를 이용하여 회생에너지 및 배터리 전원을 강제적으로 소모시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, when the battery charge state of the low phase tram in the wireless section of the critical section, the critical high region, by using a resistor to protect the battery characterized in that the control to forcibly consume the regenerative energy and battery power.

그리고, 저상트램의 무가선 구간 주행 중 배터리 충전상태가 하이 영역일 경우, 가속 및 타행시에는 차량 추진 및 보조 전원 인버터(SIV)의 동작에 배터리 전력을 사용하여 배터리 충전상태가 목표 충전상태에 이르도록 하고, 제동시에는 회생에너지를 이용하여 최대 충전상태까지 배터리를 충전시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.When the state of charge of the low-rise tram is in the high range while driving in the wireless section, the battery charge state reaches the target state of charge by using the battery power for the operation of the vehicle propulsion and the auxiliary power inverter (SIV) during acceleration and other driving. When braking, the regenerative energy is used to control the battery to be charged to the maximum state of charge.

또한, 저상트램의 무가선 구간 주행 중 배터리 충전상태가 노멀 영역 또는 로우 영역일 경우, 가속 및 타행시에는 배터리 전력을 사용하고, 제동시에는 회생에너지를 이용하여 배터리를 충전시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, when the battery charging state of the low phase tram in the wireless section of the normal section or the low region, the battery power is used for acceleration and rudder, and the regenerative energy is used to charge the battery during braking. It is done.

또한, 저상트램의 무가선 구간 주행 중 배터리 충전상태가 크리티컬 로우 영역일 경우, 제동시에는 회생에너지를 이용하여 배터리를 충전시키고, 가속 및 타행 필요시에는 배터리 보호를 위하여 배터리 전력의 사용을 금지하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
In addition, when the battery charging state is a critical low region while the low-floor tram is running in a wireless section, the battery is charged by using regenerative energy when braking, and when battery acceleration is required, the use of battery power is prohibited to protect the battery. It is characterized by controlling.

본 발명에 따른 무가선 저상 트램의 배터리 충전 방법에 의하면, 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태(SOC)를 효율적으로 관리하여 차량 제동시에 발생하는 회생에너지를 완전히 회수할 수 있도록 함으로써 무가선 저상 트램의 에너지 효율을 높일 수 있는 뛰어난 효과를 갖는다.
According to the method for charging a battery of a low-wireless low tram according to the present invention, it is possible to efficiently manage the state of charge (SOC) of a low-wireless low-phase tram so as to completely recover the regenerative energy generated when the vehicle is braked. It has an excellent effect to increase energy efficiency.

도 1은 종래의 보조 배터리 충전 실행에 대한 일실시예를 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법 중 배터리의 충전 상태를 영역별로 구분하여 나타낸 도면.
도 3은 가선 구간에서의 배터리 충전상태에 따른 배터리 충,방전 여부를 나타낸 도면.
도 4는 무가선 구간에서의 배터리 충전상태에 따른 배터리 충,방전 여부를 나타낸 도면.1 is a flow diagram illustrating one embodiment of a conventional secondary battery charging run.
Figure 2 is a diagram showing the state of charge of the battery divided by area of the method for managing the state of charge of the low-wireless tram according to the present invention.
3 is a view showing whether the battery is charged or discharged according to the state of charge of the battery in the line section.
4 is a view showing whether the battery charge or discharge according to the state of charge of the battery in the wireless section.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the method for managing the state of charge of the battery of the wireless low-phase tram according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법 중 배터리의 충전 상태를 영역별로 구분하여 나타낸 도면이고, 도 3은 가선 구간에서의 배터리 충전상태에 따른 배터리 충,방전 여부를 나타낸 도면이며, 도 4는 무가선 구간에서의 배터리 충전상태에 따른 배터리 충,방전 여부를 나타낸 도면이다.
FIG. 2 is a diagram showing the state of charge of a battery divided by area in the method of managing a state of charge of a low-wireless tram according to the present invention, and FIG. 3 shows whether a battery is charged or discharged according to a state of charge of a battery in a live line section. 4 is a view showing whether the battery is charged or discharged according to the state of charge of the battery in the wireless section.

본 발명은 무가선 저상 트램의 에너지 효율을 높일 수 있도록 하기 위하여 차량(저상 트램) 제동시에 발생하는 회생에너지를 완전히 회수할 수 있도록 함과 동시에 회수한 회생에너지를 차량 추진 또는 SIV(Static Inverter; 보조 전원 인버터)와 같은 차량 내 보조부하의 동작을 위해 사용할 수 있도록 하는 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태(SOC; State of Charge) 관리방법에 관한 것으로, 본 발명에서의 무가선 저상 트램은 무가선과 가선구간을 혼용 운행하는 것이 가능한 교통수단을 의미한다.The present invention is to recover the regenerative energy generated during braking of the vehicle (low-floor tram) in order to improve the energy efficiency of the wireless low-phase tram and at the same time to recover the regenerated energy recovered by vehicle propulsion or SIV (Static Inverter; auxiliary) The present invention relates to a method of managing a state of charge (SOC) of a wireless low-phase tram that can be used for the operation of an auxiliary load in a vehicle such as a power inverter. Means a means of transportation that can be used to run the section.

보다 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법은 저상 트램의 주행, 즉 제동시에 발생하는 회생에너지를 100% 회수할 수 있도록 배터리의 충전상태 정도에 따라 저상 트램의 주행시 소모되는 전력을 제어함으로써 배터리의 충전상태를 능동적으로 관리할 수 있도록 한 것에 특징이 있는 것으로, 저상 트램의 무가선 구간 주행시와 가선 구간 주행시 사용할 수 있는 전력에 차이가 있으므로 무가선 구간 주행시와 가선 구간 주행시를 구분하여 배터리의 충전상태를 관리하게 된다.In more detail, the method for managing the state of charge of a low-cost tram according to the present invention is a method of managing a low-level tram according to the state of charge of the battery to recover 100% of the regenerative energy generated during braking. It is characterized by actively managing the state of charge of the battery by controlling the power consumption.There is a difference between the power available in the run-in of the low-end tram and the run-in of the wireline. It manages the state of charge of battery by classifying driving.

이때, 도 2에 나타낸 바와 같이, 보다 효율적인 배터리의 충전상태 관리를 위하여 배터리의 충전상태를 크리티컬 하이(critical High) 영역(10), 하이(High) 영역(20), 노멀(Normal) 영역(30), 로우(Low) 영역(40) 및 크리티컬 로우(Critical Low) 영역(50)의 5개 영역으로 구분하여 관리하게 되는데 이와 같은 배터리의 충전상태는 운전자가 실시간으로 용이하게 파악할 수 있도록 하기 위하여 운전석에 디스플레이 될 수 있도록 구성된다.In this case, as shown in FIG. 2, the state of charge of the battery is changed to a critical high region 10, a high region 20, and a normal region 30 for more efficient management of the state of charge of the battery. ), The low area 40 and the critical low area 50 are divided into five areas, and the driver's seat can be easily identified in real time. It is configured to be displayed on.

배터리의 충전상태에 따른 영역 구분Area classification according to the state of charge of the battery 구분division 설명Explanation 비고Remarks 크리티컬 하이Critical High 배터리 수명을 고려한 사용금지 영역Prohibited area for battery life Ex) SOC 90% ~100%Ex) SOC 90% ~ 100% 하이Hi 회생에너지 흡수를 위하여 남겨둬야 하는 영역Area to be left for regenerative energy absorption -- 노멀normal 효율적인 회생에너지 흡수가 가능한 영역Efficient regenerative energy absorption -- 로우low 배터리 충전이 필요한 영역Area requiring battery charging -- 크리티컬 로우Critical Row 배터리 수명을 고려한 사용금지 영역Prohibited area for battery life Ex) SOC 0% ~10%Ex) SOC 0% ~ 10%

보다 상세히 설명하면, 표 1에 나타낸 바와 같이, 상기 크리티컬 하이 영역(10) 및 크리티컬 로우 영역(50)은 배터리의 수명을 고려한 사용금지 영역으로, 배터리가 수시로 완전충전 또는 완전방전될 경우 배터리의 수명에 악영향을 미쳐 에너지 저장능력 및 출력 성능이 감소하게 되므로, 이를 방지하기 위하여 배터리의 충전상태가 아주 높거나(예를 들면 90%이상) 아주 낮은(예를 들면, 10%이하) 영역을 각각 크리티컬 하이 영역(10) 및 크리티컬 로우 영역(50)으로 설정하여 배터리의 충전상태가 크리티컬 영역(10)(50)에 진입하지 못하도록 제어하는 것이다.In more detail, as shown in Table 1, the critical high region 10 and the critical low region 50 are prohibited areas in consideration of battery life, and the battery life when the battery is fully charged or discharged from time to time This will adversely affect the energy storage capacity and output performance, so in order to prevent this, the battery charge state is very critical (e.g. 90% or more) or very low (e.g. 10% or less). By setting the high region 10 and the critical low region 50, the state of charge of the battery is prevented from entering the critical regions 10 and 50.

다음, 상기 하이 영역(20)은 배터리의 수명에 영향을 미치지 않는 가용영역이지만, 차량의 제동시 발생하는 회생에너지를 100% 흡수하지 못하는 영역을 의미하는 것이다.Next, the high region 20 is an available region that does not affect the life of the battery, but means a region that does not absorb 100% of the regenerative energy generated when the vehicle is braked.

즉, 상기 크리티컬 하이 영역(10)은 배터리의 수명 연장을 위해 사용이 금지되는 영역이므로 크리티컬 하이 영역(10)과 하이 영역(20)의 경계부분이 배터리의 사용이 가능한 최대 충전상태(SOC_max)가 되는데, 배터리의 충전상태가 최대 충전상태에 있는 경우에는 회생에너지가 발생하더라도 배터리에 충전시킬 공간이 부족하게 되므로 이러한 영역을 하이 영역(20)으로 구분한 것이다.That is, since the critical high region 10 is a region which is prohibited from being used for extending the life of the battery, the boundary between the critical high region 10 and the high region 20 has a maximum state of charge (SOC_max) at which the battery can be used. If the state of charge of the battery is in the state of maximum charge, even if the regenerative energy is generated, since the space for charging the battery is insufficient, such a region is divided into the high region 20.

한편, 상기한 바와 같이, 배터리의 충전상태가 하이 영역(20)에 있어 저상트램의 회생제동시 발생하는 회생에너지를 모두 저장할 수 없게 되는 현상을 방지하기 위해서는 저상트램의 주행과정 중 발생되는 회생에너지를 미리 예측하여 배터리의 충전상태가 회생에너지를 100% 충전할 수 있는 상태를 유지할 수 있도록 제어하는 것이 바람직한데, 이와 같이 저상트램의 주행과정 중 발생되는 회생에너지를 미리 예측한 값을 회생에너지 흡수 추정치(Er)라 하고, 배터리의 최대 충전상태(SOC-max)에서 회생에너지 흡수 추정치(Er)를 뺀 값을 목표 충전상태(Target_SOC)라 한다.Meanwhile, in order to prevent a phenomenon in which the state of charge of the battery cannot store all the regenerative energy generated during regenerative braking of the low phase tram in the high region 20, the regenerative energy generated during the driving process of the low phase tram. It is preferable to control the state of charge of the battery to maintain the state capable of charging 100% of the regenerative energy in advance.In this way, the regenerative energy absorbs the value that predicts the regenerative energy generated during the driving of the low-floor tram in advance. The estimated value Er is a value obtained by subtracting the regenerative energy absorption estimate Er from the maximum state of charge SOC-max of the battery and is called a target state of charge TARget_SOC.

즉, 상기 노멀 영역(30)은 배터리의 충전상태가 목표 충전상태를 유지하기 위한 빈번한 충,방전이 발생하지 않게 되는 중간 영역으로 저상 트램의 주행 중 배터리의 충전상태는 항상 노멀 영역(30)을 유지하도록 제어되는 것이다.That is, the normal region 30 is an intermediate region in which the state of charge of the battery does not occur frequently in order to maintain the target state of charge. The state of charge of the battery during driving of the low-floor tram always includes the normal region 30. It is controlled to maintain.

다음, 상기 로우 영역(40)은 노멀 영역(30)과 크리티컬 로우 영역(50)의 중간 영역으로 저상 트램의 제동시 발생되는 회생에너지를 100% 흡수할 수 있는 영역이지만, 저상 트램이 무가선 구간으로 진입하는 경우에는 배터리의 에너지 만을 사용하여야 하므로 배터리의 충전이 이루어져야 하는 영역이다.Next, the low region 40 is an intermediate region between the normal region 30 and the critical low region 50, which is capable of absorbing 100% of the regenerative energy generated during braking of the low phase tram. In case of entering the battery, only the energy of the battery should be used, and thus the battery should be charged.

이때, 상기 로우 영역(40)과 크리티컬 로우 영역(50)의 경계 부분은 최저 충전상태(SOC_min)가 되어 저상 트램의 주행 중 배터리의 충전 상태가 최저 충전상태(SOC_min) 이하로 내려가지 않도록 제어하게 된다.
At this time, the boundary between the low region 40 and the critical low region 50 becomes the lowest state of charge SOC_min so that the state of charge of the battery does not fall below the minimum state of charge SOC_min while the low tram is running. do.

한편, 전술한 바와 같이 저상 트램의 주행 과정에서 가선 구간과 무가선 구간을 주행하는 경우 사용할 수 있는 전력에 차이가 있으므로 가선 구간과 무가선 구간 주행 시 배터리의 충전상태를 관리하는 방법에 있어서도 차이가 나게 되는데, 먼저 도 3을 참고로 하여 가선에 의해 공급되는 전력과, 배터리로부터 공급되는 전력을 모두 활용할 수 있는 가선 구간 주행시의 배터리의 충전상태에 따른 저상 트램의 운행을 살펴보면 다음과 같다.Meanwhile, as described above, since there is a difference in power available when driving the wired section and the wireless section in the process of driving the low-floor tram, there is a difference in the method of managing the state of charge of the battery when the line section and the wireless section run. First, referring to FIG. 3, the operation of the low-floor tram according to the state of charge of the battery during the run of the wire section, which may utilize both the power supplied by the wire and the power supplied from the battery, is as follows.

배터리의 충전상태가 크리티컬 하이 영역(10)에 있는 경우에는 우선적으로 배터리 보호를 위하여 배터리의 충전상태를 강제적으로 낮추는 제어를 한다.When the state of charge of the battery is in the critical high region 10, the control is performed to forcibly lower the state of charge of the battery for battery protection.

즉, 저상 트램의 가속 및 타행 운행시에는 가선에 의해 공급되는 전력이 아닌 배터리 전력을 이용한 차량 구동 및 보조 전원 인버터(SIV)의 구동을 하여 배터리를 방전시키는데, 이때 배터리의 방전은 배터리 충전상태가 목표 충전상태(Target_SOC)에 다다를 때까지 지속한다.In other words, when the low-floor tram is accelerated or traveling, the vehicle is discharged by driving a vehicle and an auxiliary power inverter (SIV) using battery power instead of the power supplied by the live line. Continue until the target charge state (Target_SOC) is reached.

한편, 저상 트램의 제동시에 발생하는 회생에너지는 배터리의 보호를 위하여 1차적으로 가선을 통해 전송하고, 회생에너지의 전송이 불가능할 경우에는 저상 트램 내에 설치되는 저항기를 이용하여 전력을 소모하거나 마찰제동을 이용하여 차량을 제동시킴으로써 전력을 소모시키게 된다.On the other hand, the regenerative energy generated during braking of the low phase tram is first transmitted through wires for protection of the battery. When the regenerative energy cannot be transmitted, power is consumed or friction braking is performed using a resistor installed in the low phase tram. Power consumption by braking the vehicle.

다음, 배터리의 충전상태가 하이 영역(20)일 경우에는 기본적으로 배터리의 충전상태가 노멀 영역(30)으로 진입하도록 제어하게 되는데, 먼저 저상 트램의 가속 및 타행 운행시에는 차량 구동 및 보조 전원 인버터(SIV)의 구동에 배터리 전력을 사용하고, 차량 제동시에는 회생에너지를 이용하여 최대 충전상태(SOC_max)까지 배터리를 충전시킨다. 이때, 회생에너지의 충전과정에서 최대 충전상태(SOC-max)에 도달하게 되면 전술한 크리티컬 하이 영역(10)에서와 마찬가지 방법에 의해 배터리를 방전시키게 된다.Next, when the state of charge of the battery is the high region 20, basically, the state of charge of the battery is controlled to enter the normal region 30. First, the vehicle driving and auxiliary power inverters during acceleration and other driving of low-floor trams are performed. The battery power is used to drive the SIV and the battery is charged to the maximum state of charge SOC_max by using regenerative energy when the vehicle is braked. At this time, when the maximum state of charge (SOC-max) is reached during the charging of the regenerative energy, the battery is discharged by the same method as in the critical high region 10 described above.

다음, 배터리의 충전상태가 노멀 영역(30)일 경우에는 저상 트램의 가속 및 타행 운행시 가선을 통해 공급되는 전력과 배터리의 전력을 모두 사용할 수 있지만, 가선을 통해 공급되는 전력을 이용한 차량 및 보조 전원 인버터 구동의 효율이 높으므로 주로 배터리의 전력보다는 가선을 통해 공급되는 전력을 사용하도록 제어한다.Next, when the state of charge of the battery is the normal region 30, both the power supplied through the cable and the power of the battery may be used during the acceleration and the other operation of the low-floor tram, but the vehicle and the assistance using the power supplied through the cable Since the power inverter drive efficiency is high, it is mainly controlled to use the power supplied through the wire rather than the power of the battery.

또한, 차량 제동시에는 회생에너지를 이용하여 최대 충전상태(SOC_max)까지 배터리를 충전시킨다.In addition, when the vehicle is braked, the battery is charged to the maximum state of charge SOC_max using the regenerative energy.

다음, 배터리의 충전상태가 로우 영역(40)일 경우, 배터리의 수명에는 영향이 없지만, 무가선 구간에서의 주행을 위해 차량의 가속 및 타행 운행시에 가선으로부터 공급되는 전력을 이용하여 배터리를 충전시키고, 차량의 회생 제동시에도 회생에너지를 이용하여 배터리를 충전시킨다. 이때, 차량의 가속 및 타행 운행시에 가선으로부터 공급되는 전력을 사용함은 물론이다.Next, when the state of charge of the battery is in the low region 40, the life of the battery is not affected, but the battery is charged by using the power supplied from the wire when the vehicle is accelerated and the other side for driving in the wireless section. The battery is charged using regenerative energy even when regenerative braking of the vehicle is performed. At this time, of course, the electric power supplied from the household wire during the acceleration and the other operation of the vehicle is of course used.

다음, 배터리의 충전상태가 크리티컬 로우 영역(50)일 경우에는 기본적으로 배터리의 보호를 위해 배터리의 전력을 사용하는 것을 금지하는 제어를 하게 된다.Next, when the state of charge of the battery is the critical low region 50, the control is basically prohibited from using the power of the battery to protect the battery.

즉, 저상 트램의 주행에 필요한 모든 전력은 가선을 통해 공급되는 전력을 사용하게 되고, 차량의 가속 및 타행 운행시에 가선으로부터 공급되는 전력을 이용하여 배터리를 충전시키며, 차량의 회생 제동시에는 가선으로부터 공급되는 전력과 회생에너지를 동시에 배터리에 충전시키게 된다.That is, all the power required to drive the low-floor tram uses the power supplied through the cable, and the battery is charged by using the power supplied from the cable when the vehicle is accelerated and the other running, and the cable is supplied when the vehicle is regenerative braking. Power and regenerative energy supplied from the battery will be charged at the same time.

한편, 저상 트램이 무가선 구간을 주행하는 경우에는 사용할 수 있는 전력이 배터리로부터 공급되는 전력밖에 없고, 충전할 수 있는 전력도 저상 트램의 제동시 발생하는 회생에너지 밖에 없으므로 배터리의 충전상태 관리도 그에 맞도록 이루어져야 한다. On the other hand, when the low-floor tram travels in the wireless section, only the power available from the battery can be used, and only the regenerative energy generated during braking of the low-phase tram is available. It must be made to fit.

보다 상세히 설명하면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 먼저 배터리의 충전상태가 크리티컬 하이 영역(10)에 있는 경우에는 기본적으로 배터리를 방전시켜 크리티컬 하이 영역(10)을 벗어나도록 제어하게 되는데, 저상트램의 가속 및 타행 운행시에는 배터리의 전력을 이용하고, 차량의 제동시에는 배터리 보호를 위해 차량에 탑재된 저항기를 이용하여 회생전력을 소모함과 동시에 배터리를 방전시키는 제어를 하게 된다.In more detail, as shown in FIG. 4, first, when the state of charge of the battery is in the critical high region 10, the battery is basically discharged to control the critical high region 10 from the low phase tram. When accelerating and navigating, the battery power is used, and when the vehicle is braked, a resistor mounted in the vehicle is used to protect the battery while consuming regenerative power and discharging the battery.

다음, 배터리의 충전상태가 하이 영역(20)인 경우에는, 저상트램의 가속 및 타행 운행시에 배터리의 전력을 이용하여 주행하여 배터리를 방전시킴으로써 회생제동시 발생하는 회생에너지를 완전히 충전할 수 있도록 준비하게 되고, 차량의 제동시에는 회생에너지를 이용하여 배터리를 최대 충전상태(SOC_max)까지 충전시키도록 제어한다.Next, when the state of charge of the battery is the high region 20, the battery is discharged by driving by using the battery power during acceleration and other operation of the low-floor tram so that the regenerative energy generated during regenerative braking can be fully charged. In the braking of the vehicle, the regenerative energy is used to control the battery to be charged to the maximum state of charge SOC_max.

다음, 배터리의 충전상태가 노멀 영역(30) 및 로우 영역(40)인 경우에는 마찬가지로, 저상트램의 가속 및 타행 운행시에는 배터리 전력을 이용하여 주행하게 되고, 차량의 제동시에는 회생에너지를 이용하여 배터리를 충전시킨다.Next, when the state of charge of the battery is the normal region 30 and the low region 40, similarly, the low-floor tram is driven by battery power during acceleration and other driving, and the regenerative energy is used when braking the vehicle. To charge the battery.

다음, 배터리의 충전상태가 크리티컬 로우 영역(50)인 경우에는 기본적으로 배터리의 보호를 위하여 배터리 전력의 사용을 금지하도록 제어한다.Next, when the state of charge of the battery is the critical low region 50, the control is basically prohibited to use the battery power to protect the battery.

즉, 차량의 제동시에는 회생에너지를 이용하여 배터리를 충전하지만, 가속 및 타행 주행 필요시에는 배터리 전력의 사용을 금지함으로써 더 이상의 배터리 방전이 이루어지지 않도록 제어하는 것이다.In other words, the battery is charged using the regenerative energy when the vehicle is braked, but when the acceleration and the other driving are required, the battery is prevented from being discharged by prohibiting the use of battery power.

따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 무가선 저상 트램의 배터리 관리 방법에 의하면 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태(SOC)를 5가지 영역으로 분리하여 효율적 및 능동적으로 관리할 수 있도록 함으로써 차량 제동시에 발생하는 회생에너지를 완전히 회수할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 그에 따라 무가선 저상 트램의 에너지 효율을 높일 수 있는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.
Therefore, according to the battery management method of the wireless low-phase tram according to the present invention as described above, the battery charge state (SOC) of the wireless low-phase tram can be divided into five areas to efficiently and actively manage the vehicle during braking. Not only can it recover the generated regenerative energy completely, but also has various advantages, such as to increase the energy efficiency of the wireless low-phase tram.

전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
Although the above embodiments have been described with respect to the most preferred examples of the present invention, it is not limited to the above embodiments, and it will be apparent to those skilled in the art that various modifications are possible without departing from the technical spirit of the present invention.

본 발명은 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무가선 저상 트램의 에너지 효율을 높일 수 있도록 하기 위하여 차량 제동시에 발생하는 회생에너지를 완전히 회수할 수 있도록 함과 동시에 회수한 회생에너지를 차량 추진 또는 SIV(Static Inverter; 보조 전원 인버터)와 같은 차량 내 보조부하의 동작을 위해 사용할 수 있도록 하는 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태(SOC; State of Charge) 관리방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of managing the state of charge of a battery of a wireless low-phase tram, and more particularly, to recover the regenerative energy generated during braking of the vehicle in order to improve the energy efficiency of the wireless low-phase tram. A method of managing a state of charge (SOC) of a wireless low-floor tram that allows the recovered regenerative energy to be used for propulsion of a vehicle or operation of an auxiliary load in a vehicle such as a static inverter (SIV). will be.

10 : 크리티컬 하이 영역 20 : 하이 영역
30 : 노멀 영역 40 : 로우 영역
50 : 크리티컬 로우 영역10: critical high area 20: high area
30: normal area 40: low area
50: critical row area

Claims (11)

무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법에 있어서,
배터리의 충전상태(SOC) 정도에 따라 무가선 구간과 유가선 구간을 구분하여 배터리의 충전상태를 관리함으로써 회생에너지를 완전히 회수할 수 있도록 제어하되,
상기 배터리의 충전상태는 크리티컬 하이 영역, 하이 영역, 노멀 영역, 로우 영역 및 크리티컬 로우 영역의 5개 영역으로 구분하여 관리되며,
상기 크리티컬 하이 영역과, 하이 영역의 경계 부분을 최대 충전상태로 설정하고, 로우 영역과 크리티컬 로우 영역의 경계 부분을 최저 충전상태로 설정하며, 상기 저상 트램의 운행 상황에 따른 회생에너지 흡수 추정치를 추정하여 상기 최대 충전상태에서 회생에너지 흡수 추정치를 뺀 만큼을 목표 충전상태로 설정하는 것을 특징으로 하는 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법.
In the battery charging state management method of the wireless low-phase tram,
By controlling the charging state of the battery by separating the unwired section and the wired section according to the degree of SOC (battery state) of the battery control to recover the regeneration energy completely,
The state of charge of the battery is managed by dividing into five areas of a critical high area, a high area, a normal area, a low area, and a critical low area.
The boundary between the critical high region and the high region is set to the maximum state of charge, the boundary between the low region and the critical low region is set to the lowest state of charge, and an estimate of regenerative energy absorption according to the driving conditions of the low-phase tram is estimated. And setting as much as the target charge state by subtracting the regenerative energy absorption estimate from the maximum charge state.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
저상트램의 가선 구간 주행 중 배터리 충전상태가 크리티컬 하이 영역일 경우, 가선을 통해 회생에너지를 전송하거나, 저항기를 이용하여 회생에너지 및 배터리 전원을 강제적으로 소모시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법.
The method of claim 1,
When the state of charge of the low phase tram is in the critical high region while driving the wire section, the wireless low phase characterized in that the regenerative energy is transmitted through the wire or by using a resistor to control the regenerative energy and battery power to be forcibly How to manage the battery charge of the tram.
제 1항에 있어서,
저상트램의 가선 구간 주행 중 배터리 충전상태가 하이 영역일 경우, 가속 및 타행시에는 차량 추진 및 보조 전원 인버터(SIV)의 동작에 배터리 전력을 사용하여 배터리 충전상태가 목표 충전상태에 이르도록 하고, 제동시에는 회생에너지를 이용하여 최대 충전상태까지 배터리를 충전시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법.
The method of claim 1,
When the battery charging state is high during the low-rise tram, the battery charging state is used to drive the vehicle and the auxiliary power inverter (SIV) to reach the target charging state during acceleration and other driving. The method of controlling the state of charge of the wireless low-phase tram, characterized in that the control to charge the battery to the maximum state of charge by using the regenerative energy during braking.
제 1항에 있어서,
저상트램의 가선 구간 주행 중 배터리 충전상태가 노멀 영역일 경우, 가속 및 타행시에는 가선을 통한 전력을 사용하고, 제동시에는 회생에너지를 이용하여 최대 충전상태까지 배터리를 충전시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법.
The method of claim 1,
When the battery charging state of the low-floor tram is in the normal area, the power is charged through the wire when accelerating and navigating, and the regenerative energy is used to control the battery to be charged to the maximum charge state when braking. How to manage the state of charge of the battery of the low-wireless tram.
제 1항에 있어서,
저상트램의 가선 구간 주행 중 배터리 충전상태가 로우 영역 또는 크리티컬 로우 영역일 경우, 가속 및 타행시에는 가선을 통한 전력을 사용하고, 제동시에 발생하는 회생에너지 및 가선을 통한 전력을 이용하여 배터리를 충전시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법.
The method of claim 1,
If the battery is in the low or critical low area while the low-floor tram is running in the wire section, the battery is charged using the power through the cable when accelerating and navigating, and the battery is charged using the regenerative energy generated during braking and the power through the cable. How to control the state of charge of the battery of the wireless low-phase tram, characterized in that the control to make.
제 1항에 있어서,
저상트램의 무가선 구간 주행 중 배터리 충전상태가 크리티컬 하이 영역일 경우, 배터리 보호를 위하여 저항기를 이용하여 회생에너지 및 배터리 전원을 강제적으로 소모시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법.
The method of claim 1,
When the battery charging state is a critical high region while the low phase tram is in the wireless section, the battery charging of the low wire tram is characterized by controlling the consumption of regenerative energy and battery power by using a resistor to protect the battery. State management method.
제 1항에 있어서,
저상트램의 무가선 구간 주행 중 배터리 충전상태가 하이 영역일 경우, 가속 및 타행시에는 차량 추진 및 보조 전원 인버터(SIV)의 동작에 배터리 전력을 사용하여 배터리 충전상태가 목표 충전상태에 이르도록 하고, 제동시에는 회생에너지를 이용하여 최대 충전상태까지 배터리를 충전시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법.
The method of claim 1,
When the battery charge state is high in the wireless section of the low-floor tram, the battery charge state is used to reach the target state of charge by using battery power for vehicle propulsion and the operation of the auxiliary power inverter (SIV) during acceleration and other driving. , When the braking using the regenerative energy to control the battery charge state of the wireless low-level tram, characterized in that for controlling to charge the battery to the maximum charge state.
제 1항에 있어서,
저상트램의 무가선 구간 주행 중 배터리 충전상태가 노멀 영역 또는 로우 영역일 경우, 가속 및 타행시에는 배터리 전력을 사용하고, 제동시에는 회생에너지를 이용하여 배터리를 충전시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법.
The method of claim 1,
When the battery charging state of the low phase tram in the wireless section of the normal region or the low region, the battery power is used to accelerate and the other time, the braking using regenerative energy during braking characterized in that the control to charge the battery How to manage the battery charge status of the wireless low-end tram.
제 1항에 있어서,
저상트램의 무가선 구간 주행 중 배터리 충전상태가 크리티컬 로우 영역일 경우, 제동시에는 회생에너지를 이용하여 배터리를 충전시키고, 가속 및 타행 필요시에는 배터리 보호를 위하여 배터리 전력의 사용을 금지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무가선 저상 트램의 배터리 충전상태 관리방법.



The method of claim 1,
When the battery charging state is a critical low region while driving the low-phase tram in the wireless section, the battery is charged by using regenerative energy when braking, and when the acceleration and other strokes are required, the battery power is prevented from being used to protect the battery. How to manage the state of charge of the battery of the wireless low-phase tram, characterized in that.



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KR20160027459A (en) 2014-08-29 2016-03-10 도로교통공단 TRAM safe driving system

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