KR20190091881A - Hybrid propulsion system for small ships using PTO of main engines - Google Patents

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KR20190091881A
KR20190091881A KR1020180010983A KR20180010983A KR20190091881A KR 20190091881 A KR20190091881 A KR 20190091881A KR 1020180010983 A KR1020180010983 A KR 1020180010983A KR 20180010983 A KR20180010983 A KR 20180010983A KR 20190091881 A KR20190091881 A KR 20190091881A
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김종백
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Abstract

The present invention relates to a hybrid propulsion system for a vessel using a power take-off (PTO, 10) of a main engine (1), to attain mileage improvement and zero-emission at light source operation of a high-speed vessel. According to the present invention, the hybrid propulsion system for a vessel using a PTO of an engine comprises: the PTO coupled to a power transmission shaft of the engine (1) mounted on the vessel to divide and withdraw power; a power supply system (20) including a generator (230), a converter (240, 410), and a battery (310, 430); a motor driving system (30) including an inverter (320, 420) and a permanent magnet synchronous motor (PMSM) (330); and a power integration system (40) using power supplied from the power supply system (20) to control the power supply to various kinds of power devices and vessel driving control devices used in the vessel.

Description

엔진 PTO 출력을 이용한 선박용 하이브리드 추진시스템 {Hybrid propulsion system for small ships using PTO of main engines}Hybrid propulsion system for small ships using PTO of main engines}

본 발명은, 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전기모터의 동력과 내연기관의 동력을 추진 동력으로 선택 적용할 수 있는 하이브리드 추진장치를 구비하는 선박에 관한 것이다.The present invention relates to a ship, and more particularly, to a ship having a hybrid propulsion device capable of selectively applying the power of an electric motor and the power of an internal combustion engine as propulsion power.

환경 규제의 강화나 원유가 상승 등의 요인으로 환경성능이나 연비가 좋은 선박에 대한 요구가 증가되는 추세이다. 이는 결국 화석연료 사용을 축소하기 위한 노력으로 이어지고 있으나, 태양광, 풍력, 연료전지를 접목한 하이브리드 추진 기술은 아직 초기 단계에 있다.The demand for ships with good environmental performance and fuel economy is increasing due to tightening environmental regulations and rising oil prices. This has led to efforts to reduce fossil fuel use, but hybrid propulsion technologies incorporating solar, wind and fuel cells are still in their infancy.

이외에 하이브리드 선박과 관련되어 참조할 수 있는 선행 기술 문헌으로서 한국 공개특허공보 제2014-0137677호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1258941호(선행 문헌 2) 등이 알려져 있다.In addition, Korean Patent Application Publication No. 2014-0137677 (Prior Document 1), Korean Patent Publication No. 1258941 (Prior Document 2), and the like are known as prior art documents that can be referred to in relation to a hybrid vessel.

선행 문헌 1은 보기엔진(1) 발전부와 샤프트축 발전부에서 각각 생산하는 전력을 선택 또는 병합하여 상기 부하에 공급함으로써, 메인엔진(1)의 샤프트축 회전력을 이용함과 동시에 샤프트축의 다양한 회전수 영역에서 전력 공급이 가능하도록 하고, 또한 보기엔진(1) 발전부와 샤프트축 발전부의 상호 보완으로 전력 공급의 효율성과 안정성을 향상시키는 효과를 기대한다.Prior Art 1 selects or merges the electric power produced by the bogie engine 1 and the shaft shaft power generator, respectively, and supplies the load to the load, thereby utilizing the shaft shaft rotational force of the main engine 1 and at the same time various rotation speeds of the shaft shaft. It is expected to enable the power supply in the area, and to improve the efficiency and stability of the power supply by complementing the bogie engine (1) power generation unit and the shaft shaft power generation unit.

선행 문헌 2는 추력축이 통과되어 결합되며, 추력축에 회전동력을 제공하는 전기모터(330); 전기모터(330)와는 이격된 위치에서 추력축과 연결되며, 추력축에 회전동력을 제공하는 내연기관 엔진(1); 및 추력축, 전기모터(330) 및 내연기관엔진(1)과 연결되며, 제공되는 회전동력을 선택적으로 전환시키는 회전동력 전환유닛을 포함한다. 이에 따라, 단순한 구조를 가지기 때문에 효율적으로 설치할 수 있고 내연기관 엔진(1)을 갖는 기존선에 적용 시 개조가 용이한 효과를 기대한다.Prior art document 2 is the electric motor 330 is coupled to the thrust shaft is passed, providing a rotational power to the thrust shaft; An internal combustion engine engine 1 connected to the thrust shaft at a position spaced apart from the electric motor 330 and providing rotational power to the thrust shaft; And a rotational power conversion unit connected to the thrust shaft, the electric motor 330 and the internal combustion engine engine 1, and selectively converting the provided rotational power. Accordingly, since it has a simple structure, it can be efficiently installed, and when applied to an existing ship having an internal combustion engine engine 1, it is expected that the retrofit is easy.

그러나, 상기한 선행 문헌에 의하면 추력 샤프트에서 발생한 전력으로 부하를 구동하거나 추력 샤프트에 복수의 동력을 선택적으로 인가하는 일방향 방식이므로 각종 부하변동에 따른 하이브리드 효율성을 높이기에 한계성을 가진다는 문제점이 있다.However, according to the above-mentioned prior document, there is a problem in that it has a limitation in increasing hybrid efficiency according to various load variations because it is a one-way method of driving a load with power generated from a thrust shaft or selectively applying a plurality of powers to the thrust shaft.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 주기관(main engine)의 동력인출장치인 PTO(10)를 기반으로 한 축계 발전시스템과 각종 부하 조건에 대응한 축전지 고효율 충전시스템, 그리고 이 축전지의 전기에너지를 이용한 전기모터 구동의 하이브리드 추진 선박을 제공함으로써 고속 선박의 저속 운전시 연비 향상 및 제로 에미션(zero emission)을 달성하는 데 있다.An object of the present invention for improving the conventional problems as described above, the storage system high-efficiency charging system corresponding to various load conditions and shaft-based power generation system based on the PTO (10) power take-off device of the main engine, In addition, the present invention provides a hybrid propulsion vessel driven by an electric motor using the electric energy of the battery to achieve fuel efficiency improvement and zero emission during low speed operation of a high speed vessel.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 메인엔진(1)의 동력인출장치(PTO(10), power take off)와 결합하는 선박용 하이브리드 추진시스템에 있어서, 선박에 장착된 엔진(1)의 동력전달축과 결합하여 동력의 일부를 분기하여 인출하는 동력인출장치(PTO(10), power take off)와; 상기 동력인출장치와 결합하는 유압펌프(210)와 유압모터(220) 그리고 상기 유압모터(220)의 회전동력을 교류전원으로 변환시키는 제네레이터(230)와, 발생된 교류전원을 직류전원으로 변환시키는 컨버터(240, 410)와, 컨버터(240, 410)에서 변환된 직류전원을 저장하는 배터리(310, 430)를 포함하여 구성되는 전력공급시스템(20)과; 상기 배터리(310, 430)의 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 인버터(320, 420)와, 상기 인버터(320, 420)에 공급되는 동력으로 선박에 추진동력을 제공하는 영구자석형동기모터(330)(pmsm, permanent magnet synchronous motor)를 포함하여 구비되는 모터구동시스템(30)과; 상기 전력공급시스템(20)에서 공급되는 전원을 이용하여, 선박내에서 사용되는 각종 전원장치 및 선박구동 제어장치류에 교류와 직류전원을 구비된 인버터(320, 420)와 컨버터(240, 410)를 제어하여 전력을 변환하고 이의 공급을 제어하는 전력통합시스템(40);을 포함하여 구성된다.In order to achieve the above object, the present invention is a hybrid propulsion system for ships coupled to the power take-off device (PTO 10, power take off) of the main engine 1, the power of the engine 1 mounted on the ship A power take-off unit (PTO (10), power take off) which is coupled with the transmission shaft to branch out part of the power; The generator 230 converts the rotational power of the hydraulic pump 210 and the hydraulic motor 220 and the hydraulic motor 220 coupled to the power take-off device, and converts the generated AC power to DC power. A power supply system 20 including a converter (240, 410) and batteries (310, 430) for storing the DC power converted by the converter (240, 410); Inverters 320 and 420 for converting the DC power of the batteries 310 and 430 into alternating current and permanent magnet synchronous motors 330 to provide propulsion power to the ship by the power supplied to the inverters 320 and 420. a motor driving system 30 including a permanent magnet synchronous motor (pmsm); Inverters 320 and 420 and converters 240 and 410 provided with AC and DC power in various power supply devices and ship driving control devices used in the ship by using the power supplied from the power supply system 20. It is configured to include; power control system 40 for converting the power by controlling the control and supply thereof.

이때, 상기 동력인출장치는, 상기 동력인출장치가 동력전달축과 동일 위치에 구비되는 경우에는 상기 전력공급시스템(20)의 유압펌프(210)와 직렬 결합을 하고, 동력전달축의 반대 위치에 구비되는 경우에는 상기 전력시스템의 유압펌프(210)와 풀리 결합을 통해서 동력을 전달하는 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.At this time, the power take-off device, when the power take-off device is provided at the same position as the power transmission shaft is coupled in series with the hydraulic pump 210 of the power supply system 20, provided in the opposite position of the power transmission shaft. If it is characterized in that it has a configuration for transmitting power through the hydraulic pump 210 and the pulley coupling of the power system.

그리고, 상기 전력통합시스템(40)은, 상기 제네레이터(230)에서 공급받은 전력을 운전 상황에 따라 필요한 곳으로 선택적으로 공급하는 파워버스와, 상기 파워버스로부터 공급받는 전력을 직류전원으로 변환하여 배터리(310, 430)로 전송 및 수신이 가능한 양방향 컨버터(240, 410)와, 상기 컨버터(240, 410)로부터 전송되는 직류전원을 저장한 후, 직류전원을 소모하는 부하로 전송하는 배터리(310, 430)부, 상기 컨버터(240, 410)로부터 공급되는 전원을 교류전원으로 변환하여 교류전원을 소모하는 부하로 공급하는 인버터(320, 420)를 포함하여 구성되는 엔진(1) PTO(10)출력을 이용한 선박용 하이브리드 추진시스템을 구성한다.In addition, the power integration system 40, a power bus for selectively supplying the power supplied from the generator 230 to the required place according to the driving situation, and converts the power supplied from the power bus into a DC power source to the battery Bi-directional converters 240 and 410 capable of transmitting and receiving to and from the batteries 310 and 430, and a battery 310 storing DC power transmitted from the converters 240 and 410 and transmitting the DC power to a load consuming DC power. 430, the output of the engine (1) PTO (10) comprising an inverter (320, 420) for converting the power supplied from the converter (240, 410) to an AC power supply to a load consuming AC power Construct a hybrid propulsion system for ships.

이때, 선박의 저속운전모드에서는, 상기 파워버스를 거쳐 모터구동시스템(30)의 인버터(320, 420)로 직접 전원을 전송하는 것을 특징으로 한다.At this time, in the low speed operation mode of the ship, it is characterized in that the power is directly transmitted to the inverters 320 and 420 of the motor drive system 30 via the power bus.

한편, 선박의 고속운전모드에서는, 상기 컨버터(240, 410)로만 전원을 전송하고, 상기 모터구동시스템(30)의 전원공급은 차단하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, in the high speed operation mode of the ship, the power is transmitted only to the converters 240 and 410, characterized in that the power supply to the motor drive system 30 is cut off.

그리고, 선박의 저속운전모드에서는, 상기 전력시스템의 양방향 컨버터(240, 410)에서 배터리(310, 430)의 직류전원을 상기 파워 버스를 거쳐 교류(단상) 컨버터(420)를 통해 교류전력을 교류부하에 전달하는 것이 가능하다.In the low speed operation mode of the ship, the AC power is exchanged through the AC (single phase) converter 420 from the bidirectional converters 240 and 410 of the power system via the DC power of the batteries 310 and 430 via the power bus. It is possible to deliver to the load.

또한, 상기 전력통합시스템(40)에는 중앙제어처리부가 더 구비되어, 선박의 운용상황에 따라 교류-직류 변환, 직류-직류 변환 그리고 직류-교류의 변환을 제어하며, 배터리(310, 430)의 충전상태에 따라 완충시에는 충전스위치를 오프시키고, 전류, 전압 및 주파수의 변동을 감지하는 기능을 수행하게 된다.In addition, the power integrated system 40 is further provided with a central control processor, and controls the AC-DC conversion, DC-DC conversion and DC-AC conversion in accordance with the operating conditions of the vessel, the battery 310, 430 When fully charged, the charging switch is turned off and the current, voltage, and frequency changes are detected.

본 발명의 실시 예들은, 배출가스에 대한 환경 규제가 엄격한 항해 구간 또는 저속운전이 필수적으로 요구되는 상황에서는 전기모터(330)의 동력으로 추진하고, 환경 규제가 없는 지역 또는 고속운전 상황에서는 내연기관 엔진(1)의 동력으로 추진할 수 있는 등 추진 동력을 선택할 수 있으며, 특히 단순한 구조를 가지기 때문에 효율적으로 설치할 수 있고 내연기관 엔진(1)을 갖는 기존선에 적용 시 개조가 용이하다는 장점이 있다.Embodiments of the present invention, when the environmental regulations for exhaust gas is strictly required in the voyage section or low speed operation is required by the electric motor 330 power, the internal combustion engine engine in the region or high speed operation situation without environmental regulation The propulsion power can be selected, such as being able to propel with the power of (1), and in particular, since it has a simple structure, it can be efficiently installed and can be easily adapted when applied to an existing ship having an internal combustion engine engine (1).

뿐만 아니라, 본 발명은 주기관이 설치된 기관실이 협소한 소형 선박의 경우, 전원 공급을 위한 보조발전기를 별도로 설치할 필요가 없어 공간 효율을 높일 수 있다. 또한 저속 운전시의 불완전 연소로 인한 오염가스 배출을 근원적으로 차단하고, 연비 저하에 따른 연료비 상승을 방지할 수 있어 연료비 절감에 크게 기여한다.In addition, the present invention, in the case of a small vessel having a narrow engine room in which the main engine is installed, there is no need to install a separate generator for power supply can increase the space efficiency. In addition, it is possible to fundamentally block the emission of polluting gases due to incomplete combustion during low-speed operation, and to prevent fuel cost increase due to lower fuel consumption, thereby greatly reducing fuel costs.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 메인엔진에 구비되는 PTO(10)를 기반으로 하여 각종 전기ㆍ기계적 부하조건에 대응한 하이브리드 선박 추진의 효율성을 높이는 효과를 기대할 수 있다.According to the present invention as described above, based on the PTO (10) provided in the main engine can be expected to increase the efficiency of the hybrid ship propulsion efficiency corresponding to various electrical and mechanical load conditions.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 엔진(1) PTO(10)출력을 이용한 선박용 하이브리드 추진시스템의 전체 개념 및 각 구성을 나타내는 도면이다.
특히, 도 1과 도 2는 워트젯(water-jet)과 같은 주 추진기 이외에 보조 추진기를 갖는 2축 추진시스템에로의 적용을, 도 3과 도 4는 단일 축 프로펠러(propeller) 추진시스템에 적용할 경우의 실시 예를 각각 나타낸다.1 to 6 are views showing the overall concept and each configuration of the marine hybrid propulsion system using the engine (1) PTO (10) output according to an embodiment of the present invention.
In particular, FIGS. 1 and 2 apply to a two-axis propulsion system having an auxiliary propeller in addition to a main propeller such as a water-jet, and FIGS. 3 and 4 apply to a single shaft propeller propulsion system. Each embodiment is shown.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments presented, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can easily suggest other embodiments within the scope of the same idea.

본 발명은 메인엔진(1)과 전기모터를 추진동력원으로 하는 하이브리드 추진선박에 관하여 제안한다. 메인엔진(1)은 샤프트를 통하여 프로펠러를 구동하는 추진용 기관이다. 하이브리드 선박은 하이브리드 자동차의 모터(330)/배터리(310, 430) 운용방식에 착안하면서 최적의 운용시스템을 통한 에너지 효율향상을 도모한다. 메인엔진(1)은 2행정 기관 또는 4행정 기관에 모두 적용된다.The present invention proposes a hybrid propulsion ship having a main engine (1) and an electric motor as a propulsion power source. The main engine 1 is a propulsion engine for driving a propeller through a shaft. Hybrid vessels are focused on the motor 330 / battery (310, 430) operating method of the hybrid vehicle to improve the energy efficiency through the optimal operating system. The main engine 1 applies to both two-stroke or four-stroke engines.

본 발명에 따르면, 상기 메인엔진(1)이 고속 운전시 주된 동력 전달축(main shaft)에 연결된 추진기를 통해 선박을 추진함과 동시에 PTO(10)에 연결된 제네레이터(230)를 통해 전력을 생산하여 배터리(310, 430)에 저장한다. 상기 메인엔진(1)을 저속으로 운전할 상황이 발생시에는 메인엔진(1)을 정지하고 배터리(310, 430)에 저장된 전력을 이용하여 전기모터(330)만을 구동하여 이를 동력원으로 하여 추진기를 회전, 선박을 추진시킨다. According to the present invention, while the main engine 1 propels the ship through a propeller connected to the main shaft (main shaft) during high speed operation at the same time to produce power through the generator 230 connected to the PTO (10) Stored in the batteries (310, 430). When the main engine 1 is driven at a low speed, the main engine 1 is stopped and only the electric motor 330 is driven using the power stored in the batteries 310 and 430 to rotate the propeller using the power source. Promote the ship.

발전 기능은 PTO(10)(Power Take Out) 모드에서 전력을 생산하고, 모터(330) 기능은 PTI(Power Take In)모드에서 샤프트에 동력을 인가한다. 발전기 전력은 후술하는 배터리(310, 430)에 저장되고, 모터(330)의 동력은 배터리(310, 430)에 저장된 전력을 사용하는 시스템으로 구성된다.The power generation function produces power in the PTO 10 (Power Take Out) mode, and the motor 330 function applies power to the shaft in the PTI (Power Take In) mode. The generator power is stored in the batteries 310 and 430, which will be described later, and the power of the motor 330 is configured as a system using the power stored in the batteries 310 and 430.

도 1 내지 6은 본 발명의 실시 예에 따른 엔진(1)의 PTO(10)출력을 이용한 선박용 하이브리드 추진시스템의 전체 개념 및 각 구성을 나타내는 도면이다.1 to 6 are views showing the overall concept and each configuration of the marine hybrid propulsion system using the PTO (10) output of the engine 1 according to an embodiment of the present invention.

살펴보면, 본 발명에 실시 예에 의한 메인엔진(1)의 동력인출장치(PTO(10), power take off)와 결합하는 선박용 하이브리드 추진시스템에 있어서, 선박에 장착된 엔진(1)의 동력전달축과 결합하여 동력의 일부를 분기하여 인출하는 동력인출장치(PTO(10), power take off)와; 상기 동력인출장치와 결합하는 유압펌프(210)와 유압모터(220) 그리고 상기 유압모터(220)의 회전동력을 교류전원으로 변환시키는 제네레이터(230)와, 발생된 교류전원을 직류전원으로 변환시키는 컨버터(240, 410)와, 컨버터(240, 410)에서 변환된 직류전원을 저장하는 배터리(310, 430)를 포함하여 구성되는 전력공급시스템(20)과; 상기 배터리(310, 430)의 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 인버터(320, 420)와, 상기 인버터(320, 420)에 공급되는 동력으로 선박에 추진동력을 제공하는 영구자석형동기모터(330)(pmsm, permanent magnet synchronous motor)를 포함하여 구비되는 모터구동시스템(30)과; 상기 전력공급시스템(20)에서 공급되는 전원을 이용하여, 선박 내에서 사용되는 각종 전원장치 및 선박구동 제어장치류에 교류와 직류전원을 구비된 인버터(320, 420)와 컨버터(240, 410)를 제어하여 전력을 변환하고 이의 공급을 제어하는 전력통합시스템(40);을 포함하여 구성된다.Looking at, in the marine hybrid propulsion system coupled to the power take-off device (PTO (10), power take off) of the main engine 1 according to an embodiment of the present invention, the power transmission shaft of the engine 1 mounted on the vessel And a power take-off device (PTO 10) for powering off and drawing part of the power in combination with the power take-off; The generator 230 converts the rotational power of the hydraulic pump 210 and the hydraulic motor 220 and the hydraulic motor 220 coupled to the power take-off device, and converts the generated AC power to DC power. A power supply system 20 including a converter (240, 410) and batteries (310, 430) for storing the DC power converted by the converter (240, 410); Inverters 320 and 420 for converting the DC power of the batteries 310 and 430 into alternating current and permanent magnet synchronous motors 330 to provide propulsion power to the ship by the power supplied to the inverters 320 and 420. a motor driving system 30 including a permanent magnet synchronous motor (pmsm); Inverters 320 and 420 and converters 240 and 410 provided with AC and DC power in various power supply devices and ship driving control devices used in the ship by using the power supplied from the power supply system 20. It is configured to include; power control system 40 for converting the power by controlling the control and supply thereof.

이때, 상기 동력인출장치는, 상기 동력인출장치가 동력전달축과 동일 위치에 구비되는 경우에는 상기 전력공급시스템(20)의 유압펌프(210)와 직렬 결합을 하고, 동력전달축의 반대 위치에 구비되는 경우에는 상기 전력시스템의 유압펌프(210)와 풀리 결합을 통해서 동력을 전달하는 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.At this time, the power take-off device, when the power take-off device is provided at the same position as the power transmission shaft is coupled in series with the hydraulic pump 210 of the power supply system 20, provided in the opposite position of the power transmission shaft. If it is characterized in that it has a configuration for transmitting power through the hydraulic pump 210 and the pulley coupling of the power system.

그리고, 상기 전력통합시스템(40)은, 상기 제네레이터(230)에서 공급받은 전력을 운전 상황에 따라 필요한 곳으로 선택적으로 공급하는 파워버스와, 상기 파워버스로부터 공급받는 전력을 직류전원으로 변환하여 배터리(310, 430)로 전송 및 수신이 가능한 양방향 컨버터(240, 410)와, 상기 컨버터(240, 410)로부터 전송되는 직류전원을 저장한 후, 직류전원을 소모하는 부하로 전송하는 배터리(310, 430)부, 상기 컨버터(240, 410)로부터 공급되는 전원을 교류전원으로 변환하여 교류전원을 소모하는 부하로 공급하는 인버터(320, 420)를 포함하여 구성되는 엔진(1) PTO(10)출력을 이용한 선박용 하이브리드 추진시스템을 구성한다.In addition, the power integration system 40, a power bus for selectively supplying the power supplied from the generator 230 to the required place according to the driving situation, and converts the power supplied from the power bus into a DC power source to the battery Bi-directional converters 240 and 410 capable of transmitting and receiving to and from the batteries 310 and 430, and a battery 310 storing DC power transmitted from the converters 240 and 410 and transmitting the DC power to a load consuming DC power. 430, the output of the engine (1) PTO (10) comprising an inverter (320, 420) for converting the power supplied from the converter (240, 410) to an AC power supply to a load consuming AC power Construct a hybrid propulsion system for ships.

이때, 선박의 저속운전모드에서는, 상기 파워버스가 모터구동시스템(30)의 인버터(320, 420)로 직접 전원을 전송하는 것을 특징으로 한다.At this time, in the low speed operation mode of the ship, the power bus is characterized in that the direct transmission of power to the inverters 320 and 420 of the motor drive system 30.

한편, 선박의 고속운전모드에서는, 상기 컨버터(240, 410)로만 전원을 전송하고, 상기 모터구동시스템(30)으로만 전원공급을 차단하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, in the high speed operation mode of the ship, it is characterized in that the power is transmitted only to the converter (240, 410), and the power supply is cut off only to the motor drive system (30).

그리고, 선박의 저속운전모드에서는, 상기 전력시스템의 양방향 컨버터(240, 410)에서도 배터리(310, 430)에서 상기 파워 버스로 전력을 송신하는 것이 가능하다.In the low speed operation mode of the ship, it is possible to transmit power from the batteries 310 and 430 to the power bus even in the bidirectional converters 240 and 410 of the power system.

또한, 상기 전력통합시스템(40)에는 중앙제어처리부가 더 구비되어, 선박의 운용 상황에 따라 교류-직류 변환, 직류-직류 변환 그리고 직류-교류의 변환을 제어하며, 배터리(310, 430)의 충전상태에 따라 완충시에는 충전스위치를 오프시키고, 전류, 전압 및 주파수의 변동을 감지하는 기능을 수행하게 된다.In addition, the power integration system 40 is further provided with a central control processor, and controls the AC-DC conversion, DC-DC conversion and DC-AC conversion in accordance with the operating conditions of the vessel, the battery 310, 430 of When fully charged, the charging switch is turned off and the current, voltage, and frequency changes are detected.

이와 같이, 본 실시 예에 따르면, 배출가스에 대한 환경 규제가 엄격한 항해 구간에는 전기모터(330)의 동력으로 추진하고, 환경 규제가 없거나 엄격하지 않은 지역에서는 내연기관 엔진(1)의 동력으로 추진할 수 있는 등 추진 동력을 필요에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 특히 간단하고도 단순한 구조를 가지기 때문에 기존선의 개조 탑재가 쉬울 뿐만 아니라 설치 공간도 대폭 줄일 수 있게 된다.As such, according to the present exemplary embodiment, the electric motor 330 may be driven in a voyage section in which environmental regulations for exhaust gas are strict, and may be driven by the power of the internal combustion engine 1 in an area where there is no environmental regulation or is not strict. The propulsion power can be selected according to the needs, and in particular, the simple and simple structure makes it easy to retrofit existing ships and greatly reduces the installation space.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.As described above, the present invention is not limited to the described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the present invention, which will be apparent to those skilled in the art. Therefore, such modifications or variations will have to be belong to the claims of the present invention.

1. 엔진 10. PTO
20. 전력공급시스템 210. 유압펌프
220. 유압모터 230. 제네레이터
240. 컨버터 30. 모터구동시스템
310. 배터리 320. 인버터
330. 모터 40. 전력통합시스템
410. 컨버터 420. 인버터
430. 배터리Engine 10. PTO
20. Power supply system 210. Hydraulic pump
220. Hydraulic motor 230. Generator
240. Converter 30. Motor Drive System
310. Battery 320. Inverter
330. Motor 40. Power Integration System
410. Converter 420. Inverter
430. Battery

Claims (7)

메인엔진(1)의 동력인출장치(PTO(10), power take off)와 결합하는 선박용 하이브리드 추진시스템에 있어서,
선박에 장착된 엔진(1)의 동력전달축과 결합하여 동력의 일부를 분기하여 인출하는 동력인출장치(PTO(10), power take off)와;
상기 동력인출장치와 결합하는 유압펌프(210)와 유압모터(220) 그리고 상기 유압모터(220)의 회전동력을 교류전원으로 변환시키는 제네레이터(230)와, 발생된 교류전원을 직류전원으로 변환시키는 컨버터(240, 410)와, 컨버터(240, 410)에서 변환된 직류전원을 저장하는 배터리(310, 430)를 포함하여 구성되는 전력공급시스템(20)과;
상기 배터리(310, 430)의 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 인버터(320, 420)와, 상기 인버터(320, 420)에 공급되는 동력으로 선박에 추진동력을 제공하는 영구자석형동기모터(330)(pmsm, permanent magnet synchronous motor)를 포함하여 구비되는 모터구동시스템(30)과;
상기 전력공급시스템(20)에서 공급되는 전원을 이용하여, 선박 내에서 사용되는 각종 전원장치 및 선박 구동 제어장치류에 교류와 직류전원을 구비된 인버터(320, 420)와 컨버터(240, 410)를 제어하여 전력을 변환하고 이의 공급을 제어하는 전력통합시스템(40);을 포함하여 구성되고, 상기 모터구동시스템(30)은 선박이 소정의 정해진 속도 이하의 조건에서만 동작하는 것을 특징으로 하는 엔진(1) PTO(10)출력을 이용한 선박용 하이브리드 추진시스템.
In the marine hybrid propulsion system coupled with the power take-off (PTO 10, power take off) of the main engine (1),
A power take-off device (PTO 10) which is coupled to the power transmission shaft of the engine 1 mounted on the ship to branch out part of the power;
The generator 230 converts the rotational power of the hydraulic pump 210 and the hydraulic motor 220 and the hydraulic motor 220 coupled to the power take-off device, and converts the generated AC power to DC power. A power supply system 20 including a converter (240, 410) and batteries (310, 430) for storing the DC power converted by the converter (240, 410);
Inverters 320 and 420 for converting the DC power of the batteries 310 and 430 into alternating current and permanent magnet synchronous motors 330 to provide propulsion power to the ship by the power supplied to the inverters 320 and 420. a motor driving system 30 including a permanent magnet synchronous motor (pmsm);
Inverters 320 and 420 and converters 240 and 410 provided with alternating current and direct current power to various power supply devices and ship driving control devices used in the ship by using the power supplied from the power supply system 20. It is configured to include a; power integration system 40 for converting the power by controlling the control and supply thereof, the motor drive system 30 is an engine, characterized in that the vessel operates only under a predetermined speed or less (1) Hybrid propulsion system for ships using PTO (10) output.
제 1항에 있어서,
상기 동력인출장치는,
상기 동력인출장치가 동력전달축과 동일 위치에 구비되는 경우에는 상기 전력공급시스템(20)의 유압펌프(210)와 직렬 결합을 하고,
동력전달축의 반대 위치에 구비되는 경우에는 상기 전력시스템의 유압펌프(210)와 풀리 결합을 통해서 동력을 전달하는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 엔진(1) PTO(10)출력을 이용한 선박용 하이브리드 추진시스템.
The method of claim 1,
The power take-off device,
When the power take-off unit is provided at the same position as the power transmission shaft, the power take-off system is coupled in series with the hydraulic pump 210 of the power supply system 20,
When provided in the opposite position of the power transmission shaft, a hybrid propulsion system for ships using the engine (1) PTO (10) output, characterized in that it has a configuration for transmitting power through the hydraulic pump 210 and the pulley coupling of the power system. .
제 1항에 있어서,
상기 전력통합시스템(40)은,
상기 제네레이터(230)에서 공급받은 전력을 운전 상황에 따라 필요한 곳으로 선택적으로 공급하는 파워버스와,
상기 파워버스로부터 공급받는 전력을 직류전원으로 변환하여 배터리(310, 430)로 전송 및 수신이 가능한 양방향 컨버터(240, 410)와,
상기 컨버터(240, 410)로부터 전송되는 직류전원을 저장한 후, 직류전원을 소모하는 부하로 전송하는 배터리(310, 430)부,
상기 컨버터(240, 410)로부터 공급되는 전원을 교류전원으로 변환하여 교류전원을 소모하는 부하로 공급하는 인버터(320, 420)를 포함하여 구성되는 엔진(1) PTO(10)출력을 이용한 선박용 하이브리드 추진시스템.
The method of claim 1,
The power integration system 40,
A power bus for selectively supplying power supplied from the generator 230 to a required place according to a driving situation;
A bidirectional converter 240 and 410 capable of transmitting and receiving the battery 310 and 430 by converting the power supplied from the power bus into a DC power source;
Battery (310, 430) unit for storing the DC power transmitted from the converters 240, 410, and transmits the DC power to the load consuming DC power,
Marine hybrid using the output of the engine (1) PTO (10) comprising an inverter (320, 420) for converting the power supplied from the converter (240, 410) to AC power to supply a load consuming AC power Propulsion system.
제 3항에 있어서,
선박의 저속운전모드에서는,
상기 파워버스가 모터구동시스템(30)의 인버터(320, 420)로 직접 전원을 전송하는 것을 특징으로 하는 엔진(1) PTO(10)출력을 이용한 선박용 하이브리드 추진시스템.
The method of claim 3, wherein
In the ship's low speed mode,
The power bus is a hybrid propulsion system for ships using the output of the engine (1) PTO (10), characterized in that the power transmission directly to the inverter (320, 420) of the motor drive system (30).
제 3항에 있어서,
선박의 고속운전모드에서는,
상기 컨버터(240, 410)로만 전원을 전송하고, 상기 모터구동시스템(30)으로만 전원 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 엔진(1) PTO(10)출력을 이용한 선박용 하이브리드 추진시스템.
The method of claim 3, wherein
In the ship's high speed mode,
The hybrid propulsion system for ships using the output of the engine (1) PTO (10), characterized in that to transmit power only to the converter (240, 410), and cut off the power supply only to the motor drive system (30).
제 4항에 있어서,
선박의 저속운전모드에서는,
상기 전력시스템의 양방향 컨버터(240, 410)에서도 배터리(310, 430)에서 상기 파워 버스로 전력을 송신하는 것을 특징으로 하는 엔진(1) PTO(10)출력을 이용한 선박용 하이브리드 추진시스템.
The method of claim 4, wherein
In the ship's low speed mode,
The hybrid propulsion system for ships using the engine (1) PTO (10) output, characterized in that the power transmission from the battery (310, 430) to the power bus in the bidirectional converter (240, 410) of the power system.
제 3항에 있어서,
상기 전력통합시스템(40)에는 중앙제어처리부가 더 구비되어,
선박의 운용상황에 따라 교류-직류 변환, 직류-직류 변환 그리고 직류-교류의 변환을 제어하며, 배터리(310, 430)의 충전상태에 따라 완충시에는 충전스위치를 오프시키고, 전류, 전압 및 주파수의 변동을 감지하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 엔진(1) PTO(10)출력을 이용한 선박용 하이브리드 추진시스템.The method of claim 3, wherein
The power integration system 40 is further provided with a central control processing unit,
It controls AC-DC conversion, DC-DC conversion and DC-AC conversion according to the operation status of the ship, and turns off the charging switch when fully charged according to the state of charge of the batteries 310 and 430, and turns off the current, voltage and frequency. Hybrid propulsion system for ships using the engine (1) PTO (10) output, characterized in that to perform the function of detecting the fluctuation of the.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210112211A (en) * 2020-03-04 2021-09-14 한국조선해양 주식회사 Ship propulsion system
CN115009498A (en) * 2022-06-10 2022-09-06 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 Diesel-electric hybrid power propulsion system and control method

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KR20210112211A (en) * 2020-03-04 2021-09-14 한국조선해양 주식회사 Ship propulsion system
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