KR102226877B1 - 선박 에너지 관리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박 에너지 관리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박에 공급되는 전기를 생산하는 전력생성부와, 생성된 전기를 저장하여 상시 사용 가능하도록 형성되는 전력저장부의 상태정보를 모니터링하고, 전력저장부의 잔류 전력에 따라 전력생성부를 구동하도록 제어할 수 있는 선박 에너지 관리 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 연료를 이용하여 선박 내 장비에 공급되는 전기를 생성하는 주전력생성원; 및 신재생에너지를 이용하여 전기를 생성하는 보조전력생성원;으로 구성되는 전력생성부; 상기 주전력생성원 및 상기 보조전력생성원과 연결되어 연동 충전 가능하도록 형성되는 전력저장부; 상기 전력생성부 및 상기 전력저장부의 상태정보를 모니터링하고, 상기 전력생성부의 제어가 가능하도록 형성되는 제어부;로 구성되어, 상기 제어부는 상기 전력저장부의 잔류전력이 기준치 이하로 내려가면 상기 전력생성부를 구동하여 상기 전력저장부에 전기를 공급하여 충전하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 관리 시스템이다.

Description

선박 에너지 관리 시스템{Energy management systems for vessel}
본 발명은 선박 에너지 관리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박에 공급되는 전기를 생산하는 전력생성부와, 생성된 전기를 저장하여 상시 사용 가능하도록 형성되는 전력저장부의 상태정보를 모니터링하고, 전력저장부의 잔류 전력에 따라 전력생성부를 구동하도록 제어할 수 있는 선박 에너지 관리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박 구조물의 경우 육상으로부터 전기의 공급이 용이하지 않으므로 자체적으로 전원 장치를 구비하여 선박 구조물에 필요한 전기를 생산하여 사용한다. 특히, 선박은 전력의 소비가 큰 장비들이 많아 짧은 시간동안 많은 전력을 소비할 수 있으므로 전력을 공급하는 전력공급부와 비상 상황을 대비하여 별도의 전력을 저장하는 전력저장부의 관리가 매우 중요하다.
그러나, 종래 선박의 전력 관리 시스템은 전력저장부를 항상 완충 상태로 구비하여 전력이 낭비되고, 비상 상황에만 사용함으로써 전력저장부의 효율성이 떨어짐과 동시에 배터리의 사용시간이 줄어드는 결과를 초래하였다.
또한, 별도의 연료를 사용하는 전력생성부가 선박 내의 전력저장부의 충전을 단독으로 수행하기 때문에, 전력생성부의 부하가 증가하고 그에 따라 사용되는 연료에 의해 환경오염물질이 배출되는 등의 문제점이 발생하였다.
그리고, 일반적으로 전력저장부의 충전을 균등 충전 방식으로 유지하고, 비상상황으로 인한 전력저장부의 잔류 전력이 기준치 이하일 경우에 부동 충전 방식을 이용하여 전력저장부를 충전함으로써 수명을 단축시키는 문제점 또한 발생하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 한국공개특허공보 제10-2015-0107258호(에너지 하베스팅을 적용한 선박의 배터리 모니터링 시스템)이 개시되어 있다.
한국공개특허공보 제10-2015-0107258호(에너지 하베스팅을 적용한 선박의 배터리 모니터링 시스템)은 하베스팅 센서, 에너지 저장부, 전력 관리부, PMS로 구성되어, 선박 배터리를 주 전력원으로 사용하는 선박에서 보조 전력원을 사용하고, 보조 전력원의 경우 하베스팅 에너지로 전력을 공급하는 모니터링 시스템에 관한 것으로 시스템 모니터링을 통해 효율적인 관리가 가능하다는 장점이 있으나, 선박에서 사용되는 배터리의 일반적인 소모량을 고려한 충전 시스템만이 적용되어 비상상황이 발생할 경우 안정적인 전기 공급이 어려울 수 있다는 단점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2015-0107258호(에너지 하베스팅을 적용한 선박의 배터리 모니터링 시스템)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 전력생성부와 전력저장부의 상태정보를 모니터링하여 충전 시기 및 충전 방식을 제어할 수 있는 선박 에너지 관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 신재생에너지를 활용하여 친환경 선박의 효율적인 전력 활용이 가능한 선박 에너지 관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 전력저장부를 모듈화 함으로써 개별 교체 및 수리가 가능한 충방전 시스템을 구비한 선박 에너지 관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
연료를 이용하여 선박 내 장비에 공급되는 전기를 생성하는 주전력생성원; 및 신재생에너지를 이용하여 전기를 생성하는 보조전력생성원;으로 구성되는 전력생성부; 상기 주전력생성원 및 상기 보조전력생성원과 연결되어 연동 충전 가능하도록 형성되는 전력저장부; 상기 전력생성부 및 상기 전력저장부의 상태정보를 모니터링하고, 상기 전력생성부의 제어가 가능하도록 형성되는 제어부;로 구성되어, 상기 제어부는 상기 전력저장부의 잔류전력이 기준치 이하로 내려가면 상기 전력생성부를 구동하여 상기 전력저장부에 전기를 공급하여 충전하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 관리 시스템을 본 발명의 요지로 한다.
상기 보조전력생성원은, 태양으로부터 빛을 입사하여 DC 전기를 생성하는 태양광 모듈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 관리 시스템으로 되는 것이 바람직하다.
상기 전력저장부는, 상기 전력저장부에 저장된 전기를 상시 사용 가능하도록 형성되어, 상기 주전력생성원의 부하를 감소시키는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 관리 시스템으로 되는 것이 바람직하다.
상기 제어부는, 상기 전력생성부의 발전정보, 상기 전력저장부의 개별정보, 충전전압, 전류정보 및 잔류전력 중 하나 이상을 포함하여 모니터링하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 관리 시스템으로 되는 것이 바람직하다.
상기 선박 에너지 관리 시스템은, BUCK BOOST 변환이 가능한 DC-DC 컨버터를 포함하여 구성되어, 상기 보조전력생성원으로부터 생성된 전기의 전압을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 관리 시스템으로 되는 것이 바람직하다.
본 발명은 전력생성부 및 전력저장부의 상태정보를 모니터링하여 충전시기 및 충전방식을 제어할 수 있는 선박 에너지 관리 시스템이 제공되는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 신재생에너지로 발전되는 보조전력생성원을 구비하여 주전력생성원의 부하를 감소시키고, 친환경 선박의 효율적인 전력 관리가 가능한 선박 에너지 관리 시스템이 제공되는 이점이 있다.
또한, 전력저장부를 모듈화하여 구성함으로써 개별적인 교체 및 수리가 가능한 선박 에너지 관리 시스템이 제공되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명인 선박 에너지 관리 시스템의 흐름을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명인 선박 에너지 관리 시스템의 BUCK BOOST 변환이 가능한 DC-DC 컨버터의 회로도이다.
도 3은 본 발명인 선박 에너지 관리 시스템의 충방전 흐름을 개략적으로 나타낸 블록도이다
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
아울러, 본 발명을 설명하는데 있어서, 방향을 지시하는 용어들은 당업자가 본 발명을 명확하게 이해할 수 있도록 기재된 것들로서, 상대적인 방향을 지시하는 것이므로, 이로 인해 권리범위가 제한되지는 않는다고 할 것이다.
도 1은 본 발명인 선박 에너지 관리 시스템의 흐름을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명인 선박 에너지 관리 시스템의 BUCK BOOST 변환이 가능한 DC-DC 컨버터의 회로도이고, 도 3은 본 발명인 선박 에너지 관리 시스템의 충방전 흐름을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 1 내지 도 3를 참조하면, 본 발명인 선박 에너지 관리 시스템은 크게 전력생성부(100), 전력저장부(200), 제어부(300)를 포함하여 구성된다.
전력생성부(100)는 선박 내의 주 전력공급장치로서, 디젤, 가스 등 화석연료를 이용하여 전기를 발전시키는 주전력생성원(110)과, 신재생에너지를 이용하여 전기를 발전시키는 보조전력생성원(120)으로 구성된다.
또한, 주전력생성원(110)은 AC 전기로 형성되며, AC-DC 컨버터(410)를 거져 전력저장부(200)에 전기를 충전하도록 형성되는 것이 바람직하다.
이때, AC-DC 컨버터(410)는 주전력생성원(110)으로부터 형성된 AC440V의 전기를 DC24V로 변환하여 전력저장부(200)를 충전하도록 형성될 수 있다.
그리고, 이러한 주전력생성원(110)은 엔진 및 터빈으로 구동될 수 있으며, 케이스, 회전자, 고정자 및 냉각팬 등을 포함하여 구성될 수 있다.
보조전력생성원(120)은 태양으로부터 빛을 입사하여 전기를 생성하는 태양광 모듈로 이루어질 수 있다.
이때, 보조전력생성원(120)은 태양광을 조사받아 전기에너지로 변환하기 위한 다수의 태양전지(Solar Cell)로 구성된 태양전지 어레이(PV Array)를 포함하여 구성될 수 있으며, 태양전지 어레이는 판상으로 이루어져 선박의 상부면에 배치될 수 있다.
또한, 보조전력생성원(120)은 태양광이 태양전지 어레이에 직각 조사되도록 수광각을 조절하는 장치를 별도로 구비할 수 있다.
이때, 보조전력생성원(120)으로부터 형성되는 DC 전기는 DC-DC 컨버터(420)를 거쳐 전력저장부(200)를 충전하도록 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명인 선박 관리 시스템(1000)에 적용되는 DC-DC 컨버터(420)는 태양광 발전의 환경 조건에 따라, 변동하는 입력 전압을 정류하기 위해 BUCK BOOST 모드가 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명인 선박 관리 시스템(1000)은, 전력저장부(200)의 전기적 특성을 확인하여 충방전을 제어하고, DC 전원 변동을 하여 선박의 DC 부하를 제어 관리하는 컨트롤러부(미도시)와, 시스템의 전원공급 및 비상시 절연이 가능하도록 구성되는 차단기 절연부(미도시), 절연 상태를 실시간으로 감시하여 안정성을 유지하는 절연감시부(미도시) 및 각종 배전을 관리하여 시스템 사용자에게 배선상태를 표시하는 배전부(미도시)를 포함할 수 있으며, 컨트롤러부는 전력저장부의 전기적 특성을 확인하여 충방전을 제어하고, DC 전원 변동을 하여 선박의 DC 부하를 제어할 수 있다.
전력저장부(200)는, 선박용 DC 24V 배터리로 이루어질 수 있으며, 모듈화 되어 개별 교체 및 보수가 용이하도록 형성될 수 있다.
이때, 전력저장부(200)는 주전력생성원(110) 및 보조전력생성원(120)에서 형성된 전기로 충전되며, 선박 내 24V 장비에 전기를 공급한다.
또한, 전력저장부(200)는 선박 내에 상시로 전기를 공급하며, 전력저장부(200)에 잔류 전기가 완충 상태의 50~60%에 도달하게 되면, 전력생성부(100)에 의해 충전될 수 있다.
제어부(300)는 전력생성부(100) 및 전력저장부(200)의 상태정보를 모니터링하고, 제어가 가능하도록 형성된다.
이때, 제어부(300)는 전력생성부(100) 및 전력저장부(200)의 상태정보를 사용자가 모니터링할 수 있도록 표시하는 표시부(미도시)를 포함할 수 있으며, 본 발명인 선박 에너지 관리 시스템(1000)을 사용하는 조작자는, 전력생성부(100) 및 전력저장부(200)에 대해 모니터링된 상태정보에 따라 구동 제어가 가능하도록 형성될 수 있다.
이때, 제어부(300)는 전력생성부(100)의 발전정보 및 고장여부, 전력저장부(200)의 개별정보, 충전전압, 전류정보 및 잔류전력 중 하나 이상을 포함하여 모니터링할 수 있다.
그리고, 본 발명인 선박 에너지 관리 시스템(1000)은 전력생성원(100)으로부터 생산된 AC 및 DC 전기를 변환하여 전력저장부(200)로 저장하는 블록 시스템이 구비될 수 있다.
실시예로서, 본 발명인 선박 에너지 관리 시스템(1000)의 주젼력생성원(110)으로부터 생산된 AC440V의 전기는 AC-DC 컨버터(410)를 거쳐 DC24V의 전기로 변환되어 27V의 전력저장부(200)에 충전되거나, 선박 내 24V 장비로 공급되어 방전될 수 있다.
이때, 제어부(300)는 전력저장부(200)에 충전되는 전기의 용량을 모니터링하여, 전력저장부(200)의 잔류 전력에 따라 전력생성부(100)의 구동시간 및 발전량, 충전방식을 설정 및 제어할 수 있다.
즉, 제어부(300)는 전력저장부(200)의 잔류전력이 기준치 이하로 내려가면 전력생성부(100)를 구동하여 전력저장부(200)에 전기를 공급하여 충전한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명인 선박 에너지 관리 시스템(1000)은 BUCK BOOST 변환이 가능한 DC-DC 컨버터(420)를 포함하여 구성될 수 있으며, DC-DC 컨버터(420)는 보조전력생성원(120)으로부터 생성된 전기의 전압을 일정하게 유지하여 전력저장부(200) 및 선박내 장비에 안정적으로 전기를 공급할 수 있다.
그리고, 주전력생성원(110) 및 보조전력생성원(120)이 전력저장부(200)에 연동충전 되도록 충방전 알고리즘이 선박 관리 시스템(1000)에 적용될 수 있다.
이때, 전력저장부(200)는 상시사용모드 또는 비상시사용모드가 구비되어 선택적으로 사용 가능하도록 형성될 수 있으며, 주전력생성원(110) 및 보조전력생성원(200)이 전력저장부(200)를 연동충전 함으로써 전력생성원(100)에 가해지는 부하량을 조절할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 기본적인 기술적 사상은 선박 관리 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 선박에 공급되는 전기를 생산하는 전력생성부와, 생성된 전기를 저장하여 상시 사용 가능하도록 형성되는 전력저장부의 상태정보를 모니터링하고, 전력저장부의 잔류 전력에 따라 전력생성부를 구동하도록 제어할 수 있는 선박 에너지 관리 시스템을 제공하는 것임을 알 수 있다.
이러한 본 발명의 기본적인 기술적 사상 범주 내에서 당업계의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형이 가능함은 물론이며, 따라서 본 발명의 범주는 다양한 변형 예들을 포함하도록 작성된 특허 청구범위 내에서 해석되어야 할 것이다.
100 : 전력생성부
110 : 주전력생성원
120 : 보조전력생성원
200 : 전력저장부
300 : 제어부
410 : AC-DC 컨버터
420 : DC-DC 컨버터

Claims (5)

  1. 연료를 이용하여 선박 내 장비에 공급되는 전기를 생성하는 주전력생성원(110); 및 태양으로부터 빛을 입사하여 DC 전기를 생성하는 태양광 모듈로 구성되어 전기를 생성하는 보조전력생성원(120);으로 구성되는 전력생성부(100);
    상기 주전력생성원(110) 및 상기 보조전력생성원(120)과 연결되어 연동 충전 가능하도록 형성되고, 저장된 전기를 상시 사용 가능하도록 형성되어 상기 주전력생성원(110)의 부하를 감소시키는 전력저장부(200);
    상기 전력생성부(100)의 발전정보, 상기 전력저장부(200)의 개별정보, 충전전압, 전류정보 및 잔류전력 중 하나 이상을 포함하여 모니터링하는 표시부를 포함하여 구성되며, 모니터링된 상태정보에 따라 상기 전력생성부(100)의 제어가 가능하도록 형성되는 제어부(300);로 구성되어,
    BUCK BOOST 변환이 가능하도록 형성되어 상기 보조전력생성원(120)으로부터 생성된 전기의 전압을 일정하게 유지시키는 DC-DC 컨버터(420)를 더 포함하여 구성되고,
    상기 제어부(300)는, 상기 전력저장부(200)의 잔류전력이 기준치 이하로 내려가면 상기 전력생성부(100)를 구동하여 상기 전력저장부(200)에 전기를 공급하여 충전하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 관리 시스템.
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