KR102547093B1 - 하이브리드 선박용 전원장비 관리장치 및 이를 포함하는 전원관리시스템 - Google Patents

하이브리드 선박용 전원장비 관리장치 및 이를 포함하는 전원관리시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박으로 목적지까지의 운항경로에 대한 운항경로 정보를 제공하는 운항 관리서버, 복수의 선박과 통신을 통해 정보를 업데이트하여, 선종별로 운항경로에 따른 소비전력 데이터를 누적시켜 저장하는 빅데이터 관리서버, 선박에 구비되고, 선박 내 발전기, 연료전지 및 배터리를 포함하는 전원장비의 성능 상태를 모니터링할 수 있는 전원장비 매핑 테이블을 관리하는 전원장비 관리장치 및 선박에 구비되고, 운항경로 정보와 누적된 운항경로의 소비전력 데이터를 이용하여, 선박의 운항경로에 따른 소비전력을 예측하고, 예측된 정보를 이용하여 운항에 필요한 전기에너지를 생산하되, 전원장비 매핑 테이블에 기초하여, 발전기, 연료전지 및 배터리의 성능 상태에 따라 동작 비율을 가변시키는 전원 제어장치를 포함하는 하이브리드 선박용 전원관리시스템을 제공한다.

Description

하이브리드 선박용 전원장비 관리장치 및 이를 포함하는 전원관리시스템{A POWER EQUIPMENT MANAGEMENT APPARATUS FOR HYBRID SHIP AND POWER MANAGEMENT SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 하이브리드 선박용 전원장비 관리장치 및 이를 포함하는 전원관리시스템에 관한 것으로서, 전기추진 선박의 운항 시, 운항경로의 구간별로 추진기와 부하장비에서 소비되는 전력을 예측하고, 전원장비의 동작을 효율적으로 제어할 수 있는 하이브리드 선박용 전원장비 관리장치 및 이를 포함하는 전원관리시스템에 관한 것이다.
최근 온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO)의 규제가 강화됨에 따라, 조선 및 해운 업계에는 중유 또는 디젤유를 연료로 이용하는 선박을 대체하여, 복수의 전원장비를 통해 생산되는 전기에너지로 추진하는 하이브리드 선박이 널리 사용되고 있는 추세이다.
하이브리드 선박은 발전기, 연료전지 및 배터리 등의 복수의 전원장비를 이용하여 선체 후미의 추진기를 동작시킴으로써 추진 동력을 발생시킬 수 있다.
이러한 하이브리드 선박은 복수의 전원장비를 통해 생산되는 전기에너지를 추진기 및 선박 내 부하장비로 공급하여 이를 소비함으로써 운용되고 있는데, 전기에너지의 생산과 공급 제어를 위해 전원관리시스템을 구비할 수 있다.
그런데, 종래의 선박에 구비된 전원관리시스템은 전원장비에서 생산되는 전기에너지를 선박 내 추진기와 부하장비에 공급하거나 차단하는 제어 동작만 수행함으로써, 전기 계통이 정전되지 않도록 보호하는 단순 기능만을 수행할 뿐, 선박의 이동 환경에 따른 선박 추진기와 부하장비의 소비전력 변화나 전원장치의 성능 상태에 대응하여 전기에너지를 생산하고 공급하는 관리 기능이 없어, 선박 내 전원 관리의 효율성이 떨어지는 단점이 있었다.
등록특허 제10-2015543호(등록일: 2019.08.22) "배터리 관리 시스템을 포함하는 선박 전원 공급 장치"
본 발명에서는 하이브리드 선박용 전원장비 관리장치 및 이를 포함하는 전원관리시스템, 구체적으로는 선박의 운항경로에 따른 구간별 소비전력을 예측하고, 예측된 정보를 이용하여 운항경로의 구간별로 필요한 전기에너지를 사전에 생산할 수 있도록 구성되어, 선박 내 구비된 발전기 또는 연료전지를 효율적으로 가동할 수 있으며, 선박 내 발전기, 연료전지 및 배터리 등의 전원장비의 가동 시, 성능 상태를 모니터링하고 성능 상태에 기반하여 전기에너지를 생산하고, 전원장비의 고장 여부를 점검할 수 있는 하이브리드 선박용 전원장비 관리장치 및 이를 포함하는 전원관리시스템을 제공하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 선박으로 목적지까지의 운항경로에 대한 운항경로 정보를 제공하는 운항 관리서버, 복수의 선박과 통신을 통해 정보를 업데이트하여, 선종별로 운항경로에 따른 소비전력 데이터를 누적시켜 저장하는 빅데이터 관리서버, 선박에 구비되고, 선박 내 발전기, 연료전지 및 배터리를 포함하는 전원장비의 성능 상태를 모니터링할 수 있는 전원장비 매핑 테이블을 관리하는 전원장비 관리장치 및 선박에 구비되고, 운항경로 정보와 누적된 운항경로의 소비전력 데이터를 이용하여, 선박의 운항경로에 따른 소비전력을 예측하고, 예측된 정보를 이용하여 운항에 필요한 전기에너지를 생산하되, 전원장비 매핑 테이블에 기초하여, 발전기, 연료전지 및 배터리의 성능 상태에 따라 동작 비율을 가변시키는 전원 제어장치를 포함하는 하이브리드 선박용 전원관리시스템을 제공한다.
또한, 선박 내에 구비되어, 전원장비의 실시간 성능 상태를 검출하는 센서부를 더 포함하고, 전원장비 관리장치는, 전원장비의 성능 기준값, 센서부에 의해 검출된 전원장비의 실시간 성능 상태, 유지보수 정보 및 담당자 정보를 포함하여 전원장비 매핑 테이블을 생성하고, 전원장비의 성능 기준값과, 전원장비의 실시간 성능 상태를 비교하여, 전원장비의 성능에 이상 여부를 판단하는 하이브리드 선박용 전원관리시스템을 제공한다.
또한, 센서부는, 전원장비에 대해 온도, 압력 및 전압 등을 포함하는 장비 상태를 실시간으로 검출하고, 전원장비 관리장치는, 전원장비의 장비 상태 기준값 및 센서부에 의해 검출된 전원장비의 실시간 장비 상태를 더 포함하여 전원장비 매핑 테이블을 생성하고, 전원장비의 장비 상태 기준값과, 전원장비의 실시간 장비 상태를 비교하여, 전원장비의 고장 여부를 판단하는 하이브리드 선박용 전원관리시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 선박용 전원장비 관리장치 및 이를 포함하는 전원관리시스템은, 운항 관리서버와 빅데이터 관리서버를 통해 제공되는 정보를 이용하여, 선박의 운항경로에 따른 구간별 소비전력을 예측하고, 예측된 정보를 이용하여 운항경로의 구간별로 필요한 전기에너지를 사전에 생산할 수 있도록 선박 내 구비된 발전기 또는 연료전지를 효율적으로 가동할 수 있다.
또한, 벤더서버로부터 제공되는 전원장비 정보와, 선박 내 센서부를 통해 전원장비의 상태를 검출한 실시간 상태 정보를 이용하여, 선박 내 발전기, 연료전지 및 배터리 등의 전원장비에 대한 성능 상태와 장비 상태를 모니터링할 수 있는 전원장비 매핑 테이블을 생성할 수 있다.
또한, 생성된 전원장비 매핑 테이블을 이용하여 선박 내 전원장비의 성능 상태와 장비 상태를 점검하고, 이에 맞추어 발전기, 연료전지 및 배터리의 동작을 효율적으로 제어할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 선박을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 선박용 전원관리시스템의 구성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원장비 매핑 테이블을 도시한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 표현은 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 선박을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 선박용 전원관리시스템(100)의 구성을 도시한 것이다.
설명에 앞서, 본 실시예에서는 하이브리드 선박의 일 예로써, 복수의 전원장비(10,20,30)에서 공급되는 전원을 선택적으로 이용하여 선체 후미의 추진기(40)를 동작시킴으로써 추진되는 하이브리드 전기추진 선박(1)에 대해 설명하며, 전원장비(10,20,30)로는 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30) 등을 이용할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 하이브리드 선박용 전원관리시스템(100)은, 선박(1)의 운항 시, 운항 관리서버(110) 및 빅데이터 관리서버(120)로부터 제공되는 정보를 이용하여, 전원 제어장치(150)에서 운항경로의 구간별로 추진기(40)와 부하장비(50)에서 소비되는 전력을 예측하고, 전원장비(10,20,30)의 동작을 효율적으로 제어할 수 있다.
특히, 벤더서버(200)로부터 제공되는 전원장비 정보와, 선박 내 센서부(130)를 통해 전원장비(10,20,30)의 상태를 검출한 실시간 상태 정보를 이용하여, 전원장비 관리장치(140)에서 선박 내 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30) 등의 전원장비(10,20,30)에 대한 성능 상태를 모니터링할 수 있는 전원장비 매핑 테이블을 생성하고 관리함으로써, 전원 제어장치(150)에서 전원장비 매핑 테이블을 이용하여 전원장비(10,20,30)의 성능 상태에 따라 동작 비율을 가변시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 하이브리드 전기추진 선박(1)은, 전원장비(10,20,30)로서, 엔진(미도시)의 동력을 이용하여 전기에너지를 생산하는 발전기(10)와, 연료탱크(미도시)로부터 연료를 공급받아 전기에너지를 생산하는 연료전지(20)와, 발전기(10) 및 연료전지(20)로부터 생산된 전기에너지를 저장하기 위한 배터리(30)를 포함할 수 있다.
또한, 선체의 후미에는 전기에너지를 통해 구동하여 선박을 추진시키는 추진기(40)가 구비되고, 선체 내에는 전기에너지를 소비하는 각종 부하장비(50)가 구비될 수 있다.
또한, 선체에는 외부와 통신하기 위한 통신부(60)가 구비되고, 통신부(60)를 통해 후술되는 운항 관리서버(110), 빅데이터 관리서버(120) 및 벤더서버(200)와 통신할 수 있다.
더불어, 선체 내에는 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30) 등의 전원장비(10,20,30)의 성능 상태를 모니터링하여 관리하는 전원장비 관리장치(140)와, 전원장비(10,20,30)의 효율적인 전원 관리를 위한 전원 제어장치(150)가 구비될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 선박용 전원관리시스템(100)은, 운항 관리서버(110), 빅데이터 관리서버(120), 센서부(130), 전원장비 관리장치(140) 및 전원 제어장치(150)를 포함할 수 있다.
운항 관리서버(110)는 전기추진 선박(1)을 관리하는 서버로서, 전기추진 선박(1)으로 목적지까지의 운항경로 정보, 기상 정보 및 전기추진 선박(1)의 선종 정보 등을 제공할 수 있다.
구체적으로, 운항 관리서버(110)는 목적지까지의 경로, 속도, 도착 예정 시간 또는 연비 등을 고려한 최적의 운항경로에 대한 운항경로 정보를 제공할 수 있다.
이때, 운항 관리서버(110)에서 전기추진 선박(1)으로 운항경로 정보를 제공함에 있어서는, 출발지에서 목적지까지의 경로를 복수의 구간으로 나누어 설정하되, 구간별로 속도 및 연비 등을 고려한 최적의 경로를 설정함으로써, 목적지까지 복수의 구간으로 이루어진 최적의 운항경로를 설정할 수 있으며, 이러한 운항경로 정보를 전기추진 선박(1)으로 제공할 수 있다.
또한, 운항 관리서버(110)는 실시간 기상 정보와, 해당 전기추진 선박(1)에 대한 선종 정보를 제공할 수 있다.
빅데이터 관리서버(120)는 선종별로 선박의 운항경로에 따른 구간별 소비전력 데이터를 누적시켜 저장하고, 운항 중인 전기추진 선박(1)과 통신하여 소비전력 데이터를 업데이트할 수 있다.
또한, 선종별로 발전기(10) 또는 연료전지(20)의 출력에 따른 전력생산량과 발전 효율에 대한 발전 데이터를 누적시켜 저장하고, 운항 중인 전기추진 선박(1)과 통신하여 발전 데이터를 업데이트할 수 있다.
구체적으로, 빅데이터 관리서버(120)는 복수의 선박으로부터 운항경로에 따른 구간별 소비전력 데이터를 전달받아 선종별로 구분하여 저장하는 제1 데이터베이스(121)와, 복수의 선박으로부터 발전기(10) 또는 연료전지(20)의 출력에 따른 전력생산량과 발전 효율에 대한 발전 데이터를 전달받아 선종별로 구분하여 저장하는 제2 데이터베이스(122)를 포함할 수 있다.
일 예로써, 전기추진 선박(1)이 운항경로 정보를 이용하여, 출발지로부터 목적지까지 제1 내지 제3 구간으로 설정된 운항경로를 따라 운항하는 경우, 전기추진 선박(1)은 제1 구간 운항 시 소비전력 데이터, 제2 구간 운항 시 소비전력 데이터 및 제3 구간 운항 시 소비전력 데이터를 빅데이터 관리서버(120)로 전송할 수 있고, 빅데이터 관리서버(120)는 해당 데이터를 구분하여 제1 데이터베이스(121)에 저장할 수 있다.
또한, 일 예로써, 전기추진 선박(1)에서 발전기(10)와 연료전지(20)를 가동하는 경우, 발전기(10)와 연료전지(20)의 동작 비율에 따른 전력생산량 및 발전 효율에 대한 발전 데이터를 빅데이터 관리서버(120)로 전송할 수 있고, 빅데이터 관리서버(120)는 해당 데이터를 구분하여 제2 데이터베이스(122)에 저장할 수 있다.
센서부(130)는 전기추진 선박(1)에서 소비되는 소비전력과, 전원장비(10,20,30)를 통해 생산되는 전력량을 실시간으로 검출하고, 검출된 센싱 정보를 통신부(60)를 통해 실시간으로 빅데이터 관리서버(120)로 전송할 수 있다.
또한, 센서부(130)는 전원장비(10,20,30)의 가동 시 실시간 상태를 검출하고, 검출된 정보를 후술되는 전원장비 관리장치(140)로 전송할 수 있다.
구체적으로, 센서부(130)는 선박 내 추진기(40)와 각종 부하장비(50)에 각각 구비되어 소비전력을 측정하는 복수의 제1 센서(131)와, 선박 내 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30)에 각각 구비되어 생산전력, 발전 효율 및 실시간 상태 등을 측정하는 제2 센서(132)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 전기추진 선박(1)이 운항경로를 따라 운항 시, 운항경로의 구간별로 추진기(40)와 부하장비(50)에서 소비되는 전력을 각각 제1 센서(131)를 통해 측정하여, 측정된 구간별 소비전력 데이터를 빅데이터 관리서버(120)로 전송할 수 있다.
또한, 해당 전기추진 선박(1)에서는 발전기(10)와 연료전지(20)에서 각각 생산되는 전력과 발전 효율을 제2 센서(132)를 통해 측정하여, 측정된 발전 데이터를 빅데이터 관리서버(120)로 전송할 수 있다.
더불어, 제2 센서를 통해 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30)의 가동 시 실시간 상태를 검출하고, 검출된 센싱 정보를 전원장비 관리장치(140)로 전송할 수 있는데, 일 예로써, 제2 센서를 통해 전원장비(10,20,30)의 종류에 따라 측정 가능한 상태 즉, 온도, 압력, 전압, 레벨 및 속도 등을 선택적으로 검출할 수 있고, 더불어 발전기(10)의 출력 대비 전력생산량, 연료전지(20)의 출력 대비 전력생산량 및 배터리(30)의 저장용량 등의 성능 상태를 검출할 수 있다.
한편, 전원장비 관리장치(140)는 전기추진 선박(1)에 구비되고, 전원장비(10,20,30)의 공급업체인 벤더서버(200)로부터 제공되는 전원장비 정보와, 선박 내 센서부(130)를 통해 전원장비(10,20,30)의 상태를 검출한 실시간 상태 정보를 이용하여, 선박 내 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30) 등의 전원장비(10,20,30)를 관리할 수 있는 전원장비 매핑 테이블을 생성할 수 있다.
여기서, 벤더서버(200)로부터 제공되는 전원장비 정보로는 일 예로써, 전원장비의 성능 기준값, 장비 상태 기준값, 세부 부품 정보, 유지보수 정보 및 공급업체 정보 등을 포함할 수 있다.
더불어, 전원장비 관리장치(140)에 의해 생성되는 전원장비 매핑 테이블에는 선박 내 전원장비(10,20,30)를 담당하는 담당자 정보가 더 포함될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원장비 매핑 테이블을 도시한 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 일 예로써, 전원장비 매핑 테이블에는 벤더서버(200)로부터 제공되는 전원장비의 성능 기준값, 장비 상태 기준값, 세부 부품 정보, 유지보수 정보 및 공급업체 정보 등의 전원장비 정보와, 센서부(130)에 의해 검출되는 전원장비의 실시간 성능 상태 및 장비 상태와, 선박 내 전원장비의 담당자 정보 등이 업데이트될 수 있다.
여기서, 전원장비 매핑 테이블에 업데이트되는 전원장비의 성능 기준값은 전원장비 공급업체에서 제공하는 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30)에 대한 정상 범위의 성능을 나타낸 기준값이고, 장비 상태 기준값은 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30)에 대한 정상 범위의 온도, 압력 및 전압 등의 장비 상태를 나타낸 기준값이며, 이러한 성능 기준값과 장비 상태 기준값은 운항 선박 또는 전원장비의 환경에 맞추어 변동될 수 있다.
더불어, 전원장비 매핑 테이블에 업데이트되는 전원장비의 실시간 성능 상태는 센서부(130)에 검출되는 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30)의 실시간 성능 상태이고, 장비 상태는 센서부(130)에 검출되는 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30)의 온도, 압력 및 전압 등의 실시간 장비 상태를 말한다.
전원장비 관리장치(140)는 전원장비 매핑 테이블을 이용하여, 전원장비의 성능 기준값과, 센서부(130)에 의해 검출된 선박 내 전원장비의 실시간 성능 상태를 비교하여, 선박의 운항 환경에 적합하도록 전원장비의 성능 기준값을 업데이트할 수 있고, 더불어 전원장비(10,20,30)의 성능에 이상이 있는지 판단할 수 있다.
일 예로써, 전원장비(10,20,30) 중 발전기(10)의 성능 상태(예: 출력 대비 전력생산량)가 벤더서버(200)에서 제공하는 발전기의 성능 기준값에 비해 좋게 나타나는 경우, 해당 발전기의 성능 상태에 맞추어 성능 기준값을 변경하고, 변경된 성능 기준값을 전원장비 매핑 테이블에 업데이트할 수 있다.
또한, 다른 예로써, 해당 발전기(10)의 성능이 소폭 저하되었을 뿐 정상적으로 동작하는 경우에도, 해당 발전기의 성능 상태에 맞추어 성능 기준값을 변경하고, 변경된 성능 기준값을 전원장비 매핑 테이블에 업데이트할 수 있다.
이때에는, 선박 내 전원장비(10,20,30) 중 연료전지(20)의 동작 비율을 높여 발전기(10)의 성능을 보완할 수 있다
이에 따라, 선박 운항 환경에 적합하게 활용될 수 있는 전원장비 매핑 테이블을 제공할 수 있고, 후술되는 전원 제어장치(150)에서 전원장비 매핑 테이블을 이용하여 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30)의 성능 상태에 따라 동작 비율을 가변시킬 수 있다.
또한, 선박 내 전원장비의 실시간 성능 상태가 전원장비의 성능 기준값을 훨씬 벗어나는 경우, 전원장비의 성능에 이상이 있는지 판단할 수 있는데, 일 예로써, 전원장비(10,20,30) 중 발전기(10)의 성능에 이상이 있다고 판단되는 경우, 해당 발전기(10)를 담당하는 담당자를 호출하여 현장 점검을 요청할 수 있다.
이때, 전원장비 관리장치(140)는 장비정보 매핑 테이블에 반영된 전원장비의 유지보수 정보와, 각각의 전원장비(10,20,30)를 담당하는 담당자 정보을 이용하여, 전원장비의 이상 발생 시 담당자를 호출할 수 있고, 전원장비의 유지보수 정보를 제공할 수 있다.
또한, 전원장비 관리장치(140)는 전원장비 매핑 테이블을 이용하여, 전원장비의 장비 상태 기준값과, 센서부(130)에 의해 검출된 선박 내 전원장비의 실시간 장비 상태를 비교하여, 전원장비(10,20,30)의 고장 여부를 판단할 수 있다.
즉, 전원장비 관리장치(140)는 선박 내 전원장비의 실시간 장비 상태 즉, 각각의 전원장비(10,20,30)의 실시간 온도, 압력 및 전압 등의 상태를 분석하고, 장비 상태 기준값을 기준으로하여 각 전원장비(10,20,30)의 상태가 정상인지 또는 고장인지를 판단할 수 있다.
일 예로써 발전기(10)의 경우, 전원장비 매핑 테이블에서 해당 발전기의 장비 상태 기준값에 나타난 적정 온도, 압력, 전압 및 속도 등의 상태 기준값과, 선박 내 발전기(10)의 실시간 온도, 압력, 전압 및 속도 등의 현재 상태를 비교하여, 발전기(10)의 고장 여부를 판단할 수 있다.
이 과정에서, 해당 발전기(10)에 고장이 의심되는 것으로 판단되면, 전원장비 관리장치(140)는 전원장비 매핑 테이블에서 해당 발전기(10)와 대응하는 담당자 정보와 유지보수 정보를 추출하여, 해당 발전기(10)를 관리 담당하는 담당자에게 점검을 요청하는 동시에, 해당 발전기(10)에 대한 유지보수 정보를 제공할 수 있다.
이때, 해당 발전기(10)에 대한 담당자의 현장 점검 결과, 발전기(10)의 상태가 고장으로 판단되었음에도 불구하고, 현장에서는 해당 발전기(10)가 정상적으로 동작하고 있는 경우, 전원장비 관리장치(140)는 해당 발전기(10)의 장비 상태 기준값을 완화하고, 완화된 장비 상태 기준값을 전원장비 매핑 테이블에 업데이트할 수 있다.
또한, 해당 발전기(10)에 대한 담당자의 현장 점검 결과, 해당 발전기(10)가 비정상적으로 동작하거나 고장이 발생한 경우, 유지보수 정보를 이용하여 해당 발전기(10)의 유지보수를 수행할 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 전원 제어장치(150)는 전기추진 선박(1)에 구비되고, 운항 관리서버(110) 및 빅데이터 관리서버(120)로부터 제공되는 정보를 이용하여, 전기추진 선박(1)이 운항경로를 따라 운항 시, 사전에 필요한 구간별 소비전력을 예측하고 전원장비(10,20,30)의 동작을 효율적으로 제어할 수 있다.
이와 같은 전원 제어장치(150)는, 선박의 운항경로에 따른 구간별 소비전력을 예측하고, 예측된 정보를 이용하여 발전기(10) 또는 연료전지(20)를 선제적으로 가동시켜 초기 전력을 미리 생산하여 확보할 수 있으며, 선박의 운항 중에도, 다음 구간에서 소비되는 소비전력을 이전 구간에서 미리 생산하여 저장할 수 있어, 전원 관리를 효율적으로 수행할 수 있다.
이때, 전원 제어장치(150)는 전원장비 매핑 테이블을 이용하여 전원장비(10,20,30)의 성능 상태를 파악할 수 있고, 전원장비(10,20,30)의 성능 상태에 맞추어 동작을 제어할 수 있다.
구체적으로, 전원 제어장치(150)는 소비전력 예측부(151), 전원장비 제어부(152) 및 공급 제어부(153)를 포함할 수 있다.
여기서, 소비전력 예측부(151)는 운항 관리서버(110) 및 빅데이터 관리서버(120)로부터 제공되는 정보를 이용하여 선박의 운항경로에 따른 구간별 소비전력을 예측할 수 있다.
일 예로써, 소비전력 예측부(151)는 운항 관리서버(110)로부터 제공되는 해당 전기추진 선박(1)의 운항경로 정보와 선종 정보 등을 이용하여, 빅데이터 관리서버(120)에서 해당 전기추진 선박(1)과 대응하는 선종인 동시에, 대응하는 운항경로를 운항한 선박들의 누적된 구간별 소비전력 데이터를 선별하여 추출하고, 추출된 구간별 소비전력 데이터를 이용하여, 해당 전기추진 선박(1)의 운항경로에 따른 구간별 소비전력을 예측할 수 있다.
더불어, 소비전력 예측부(151)는 해당 전기추진 선박(1)의 운항경로에 따른 구간별 소비전력을 예측하는데 있어, 기상 정보 또는 전원장비의 성능 정보 등을 적용하여, 보다 정확하게 해당 전기추진 선박(1)의 소비전력을 예측할 수 있다.
또한, 전원장비 제어부(152)는 예측된 전기추진 선박(1)의 소비전력 정보에 대응하여 전력을 생산할 수 있도록 발전기(10) 및 연료전지(20)의 동작을 제어할 수 있다.
이때에는, 빅데이터 관리서버(120)에서 해당 전기추진 선박(1)과 대응하는 선종의 발전 데이터를 선별하여 추출하고, 추출된 발전 데이터를 참고하여, 해당 전기추진 선박(1)에 구비된 발전기(10) 및 연료전지(20)를 효율적으로 동작시킬 수 있다.
즉, 전원장비 제어부(152)는 빅데이터 관리서버(120)로부터 추출된 발전 데이터에 포함된 발전기(10)와 연료전지(20)의 동작 비율에 따른 전력생산량과 발전 효율에 기초하여, 해당 전기추진 선박(1)에 구비된 발전기(10) 및 연료전지(20)의 동작 비율을 상황에 따라 가변하여 효율적으로 동작시킬 수 있다.
또한, 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30)를 동작시키는 과정에서 있어, 전원장비 제어부(152)는 전원장비 관리장치(140)로부터 제공되는 전원장비 매핑 테이블을 이용하여, 선박 내 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30)의 성능 상태에 따라 동작 비율을 가변시킬 수 있다.
이때에는, 소비전력 예측부(151)에 의해 예측된 소비전력 정보에 대응하여 운항에 필요한 전기에너지를 생산하되, 선박 내 전원장비(10,20,30)의 성능 상태에 맞추어 업데이트되는 전원장비 매핑 테이블에 기초하여, 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30)의 동작 비율을 가변시킬 수 있다.
또한, 공급 제어부(153)는 차단기를 통해 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30) 중 적어도 하나로부터 공급되는 전력을 선택적으로 추진기(40) 또는 부하장비(50)로 공급하도록 제어할 수 있다.
한편, 이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 실시예에 따른 하이브리드 선박용 전원관리시스템(100)을 이용하여 운항 구간별로 전원장비(10,20,30)를 동작시키는 과정을 예로 설명한다.
일 예로써, 전기추진 선박(1)이 운항경로 정보를 이용하여, 출발지로부터 목적지까지 제1 내지 제3 구간으로 설정된 운항경로를 따라 운항하는 경우, 전기추진 선박(1) 내 전원 제어장치(150)에서는 운항경로에 따른 구간별 소비전력을 예측하고, 예측된 정보를 이용하여 발전기(10) 또는 연료전지(20)를 선제적으로 가동시켜 초기 전력을 미리 생산하여 배터리(30)에 저장할 수 있다.
이때, 전원 제어장치(150)는 운항 관리서버(110)와 빅데이터 관리서버(120)로부터 제공되는 정보를 이용하여 선박의 운항경로에 따른 구간별 소비전력을 예측할 수 있고, 예측된 정보에 대응하여 발전기(10) 및 연료전지(20)를 상황에 따라 가변하여 효율적으로 동작시킬 수 있다.
일 예로써, 전원 제어장치(150)에서는 전기추진 선박(1)의 운항 시 운항경로의 제1 구간에서 추진기(40) 및 부하장비(50)를 통해 소비되는 예측 소비전력에 대한 정보를 이용하여, 운항 전에 발전기(10)와 연료전지(20)를 사전 가동하여 초기 전력을 생산하고 생산된 전력을 배터리(30)에 저장할 수 있다.
이 경우, 선박의 출항 시에 발전기(10) 및 연료전지(20)를 구동하는 것에 비해 발전 효율을 더욱 높일 수 있다.
또한, 전기추진 선박(1)이 운항경로를 따라 제1 구간 내지 제3 구간을 운항 중에는, 구간별 소비전력을 예측한 정보와 발전 데이터를 이용하여, 발전기(10)와 연료전지(20)를 동작시킬 수 있는데, 일 예로써, 제1 구간을 운항 중에, 다음 제2 구간에서 추진기(40)의 고출력이 요구되는 경우, 사전에 발전기(10)와 연료전지(20)를 이용한 전력생산량을 늘려, 제2 구간에서 사용할 수 있는 전기에너지를 배터리(30)에 저장할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 전기추진 선박(1) 내 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30)의 가동 중에는, 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30)의 성능 상태와 장비 상태가 전원장비 관리장치(140)의 전원장비 매핑 테이블에 실시간으로 업데이트될 수 있다.
이에, 전원장비 관리장치(140)에서는 전원장비 매핑 테이블을 이용하여, 선박 내 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30) 등의 전원장비(10,20,30)에 대한 성능 상태와 장비 상태를 실시간으로 모니터링하고 관리할 수 있다.
구체적으로, 전원장비 관리장치(140)는 전원장비 매핑 테이블을 이용하여, 전원장비의 성능 기준값과, 센서부(130)에 의해 검출된 선박 내 전원장비(10,20,30)의 실시간 성능 상태를 비교하고, 선박 내 전원장비(10,20,30)의 성능 상태에 맞추어 성능 기준값을 업데이트할 수 있다.
일 예로써, 전원장비(10,20,30) 중 배터리(30)의 성능 상태(예: 저장효율 등)가 벤더서버(200)에서 제공하는 배터리의 성능 기준값에 비해 좋게 나타나는 경우, 해당 배터리의 성능 상태에 맞추어 성능 기준값을 변경하고, 변경된 성능 기준값을 전원장비 매핑 테이블에 업데이트할 수 있다.
또한, 다른 예로써, 전원장비(10,20,30) 중 발전기(10)의 성능이 소폭 저하된 경우에도, 해당 발전기의 성능 상태에 맞추어 성능 기준값을 변경하고, 변경된 성능 기준값을 전원장비 매핑 테이블에 업데이트할 수 있으며, 소비전력 예측부(151)에 의해 예측된 소비전력 정보에 대응하는 전력을 문제 없이 생산할 수 있도록 발전기(10)에 비해 연료전지(20)의 동작 비율을 높여, 발전기(10)의 성능을 보완할 수 있다.
또한, 전원장비 관리장치(140)는 전원장비 매핑 테이블에 업데이트된 전원장비의 성능 기준값과, 선박 내 전원장비(10,20,30)의 실시간 성능 상태를 비교하여, 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30)의 성능 이상 여부를 판단할 수 있고, 더불어, 전원장비의 장비 상태 기준값과, 선박 내 전원장비(10,20,30)의 실시간 장비 상태를 비교하여, 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30)의 고장 여부를 판단할 수 있다.
이때, 전원장비 관리장치(140)는 전원장비(10,20,30)에 성능 이상이나 고장이 발생하였다고 판단되는 경우, 전원장비 매핑 테이블을 이용하여 담당자를 호출하고 현장 점검을 요청할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 선박용 전원관리시스템(100)은, 운항 관리서버(110)와 빅데이터 관리서버(120)를 통해 제공되는 정보를 이용하여, 선박의 운항경로에 따른 구간별 소비전력을 예측하고, 예측된 정보를 이용하여 운항경로의 구간별로 필요한 전기에너지를 사전에 생산할 수 있도록 선박 내 구비된 발전기(10) 또는 연료전지(20)를 효율적으로 가동할 수 있다.
또한, 벤더서버(200)로부터 제공되는 전원장비 정보와, 선박 내 센서부(130)를 통해 전원장비(10,20,30)의 상태를 검출한 실시간 상태 정보를 이용하여, 선박 내 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30) 등의 전원장비(10,20,30)에 대한 성능 상태와 장비 상태를 모니터링할 수 있는 전원장비 매핑 테이블을 생성할 수 있다.
또한, 생성된 전원장비 매핑 테이블을 이용하여 선박 내 전원장비(10,20,30)의 성능 상태와 장비 상태를 점검하고, 이에 맞추어 발전기(10), 연료전지(20) 및 배터리(30)의 동작을 효율적으로 제어할 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 전기추진 선박 10 : 발전기
20 : 연료전지 30 : 배터리
40 : 추진기 50 : 부하장비
60 : 통신부 100 : 전원관리시스템
110 : 운항 관리서버 120 : 빅데이터 관리서버
130 : 센서부 140 : 전원장비 관리장치
150 : 전원 제어장치 200 : 벤더서버

Claims (3)

  1. 선박으로 목적지까지 복수의 구간으로 이루어진 최적 운항경로에 대한 운항경로 정보를 제공하는 운항 관리서버;
    복수의 선박과 통신을 통해 정보를 업데이트하여, 선종별로 운항경로에 따른 구간별 소비전력 데이터를 누적시켜 저장하는 빅데이터 관리서버;
    선박에 구비되고, 상기 선박 내 발전기, 연료전지 및 배터리를 포함하는 전원장비의 성능 상태를 모니터링할 수 있는 전원장비 매핑 테이블을 관리하는 전원장비 관리장치; 및
    선박에 구비되고, 상기 운항경로 정보와 상기 누적된 운항경로의 소비전력 데이터를 이용하여, 상기 선박의 운항경로에 따른 구간별 소비전력을 예측하고, 예측된 정보를 이용하여 선박 운항 시 다음 구간에서 소비되는 전력을 이전 구간에서 미리 생산하되, 상기 전원장비 매핑 테이블에 기초하여, 상기 발전기, 연료전지 및 배터리의 성능 상태에 따라 최적의 효율을 내도록 동작 비율을 가변시키는 전원 제어장치를 포함하는 하이브리드 선박용 전원관리시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    선박 내에 구비되어, 상기 전원장비의 실시간 성능 상태를 검출하는 센서부를 더 포함하고,
    상기 전원장비 관리장치는,
    전원장비의 성능 기준값, 상기 센서부에 의해 검출된 전원장비의 실시간 성능 상태, 유지보수 정보 및 담당자 정보를 포함하여 상기 전원장비 매핑 테이블을 생성하고, 상기 전원장비의 성능 기준값과, 상기 전원장비의 실시간 성능 상태를 비교하여, 전원장비의 성능에 이상 여부를 판단하는 하이브리드 선박용 전원관리시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 전원장비에 대해 온도, 압력 및 전압 등을 포함하는 장비 상태를 실시간으로 검출하고,
    상기 전원장비 관리장치는,
    전원장비의 장비 상태 기준값 및 상기 센서부에 의해 검출된 전원장비의 실시간 장비 상태를 더 포함하여 상기 전원장비 매핑 테이블을 생성하고, 상기 전원장비의 장비 상태 기준값과, 상기 전원장비의 실시간 장비 상태를 비교하여, 전원장비의 고장 여부를 판단하는 하이브리드 선박용 전원관리시스템.
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