KR20210092020A - 전기추진선박의 전원제어장치 - Google Patents

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강민주
권민관
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천종민
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한국전기연구원
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Abstract

본 발명은 배터리와 모터제어기와 모터와 외부입력수단을 구비한 전기추진선박의 이상동작시 전기추진선박의 전원을 차단하도록 제어하는 전기추진선박의 전원제어장치에 관한 것으로서, 전기추진선박의 운행상태를 측정하는 측정부와, 이 측정부의 측정결과에 의거해서 전기추진선박의 전원을 차단하도록 제어하는 제어부와, 배터리와 모터제어기 사이에 설치되어 제어부의 제어와 배터리의 전원상태에 따라 모터에 공급되는 전력을 차단하는 차단부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 측정부의 측정결과에 따라 제어부에 의해 차단부가 배터리에서 모터로의 전원공급을 차단하도록 제어함으로써, 사용자의 조작에 상관없이 전기추진선박의 구동을 제어하는 동시에 입력 전원을 제어하기 때문에 다양한 상용 추진기에도 장착할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

전기추진선박의 전원제어장치{APPARATUS FOR CONTROLING POWER OF ELECTRIC PROPULSION SHIP}
본 발명은 전기추진선박의 전원제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리와 모터제어기와 모터와 외부입력수단을 구비한 전기추진선박의 이상동작시 전기추진선박의 전원을 차단하도록 제어하는 전기추진선박의 전원제어장치에 관한 것이다.
일반적인 선박은 후미에 장착된 프로펠러를 구동시키기 위한 동력추진장치를 구비하고 있다. 동력추진장치로는 여러 종류의 것들이 있으나, 대표적으로는 스팀터빈 시스템(Steam Turbine System)과 전기추진 시스템(Electric Propulsion System)이 있다.
스팀터빈 시스템은 회전식 증기력 원동기로, 보일러에서 발생한 고압의 증기를 노즐로부터 분출시켜 고속의 증기분류를 만들고, 이를 회전하는 날개차에 분사함으로써 동력을 얻는 외연기관의 일종이다.
이러한 스팀터빈 시스템은 진동이 적고 능률이 좋을 뿐만 아니라, 고속 및 대용량의 추진력을 얻을 수 있기 때문에 화력발전은 물론 선박의 추진기관에 널리 적용되고 있다. 그러나, 스팀터빈 시스템은 소음이 심하고 규모가 지나치게 커서 선박의 무게를 불필요하게 증가시키는 단점이 있다.
이러한 단점을 개선하기 위한 것으로 스팀터빈 시스템에 비해 소음이 적고 오염정도가 적으며 추진력이 강한 전기모터를 이용한 전기추진 시스템이 적용되고 있다.
선박의 전기추진 시스템은 말단에 프로펠러가 연결된 추진축을 추진용 전기 모터에 의해 구동시켜 선박을 추진하는 것으로서, LNG 운반선, 유람선, 시추선 등 다양한 종류의 선박에서 전기추진 시스템을 적용하고 있다.
이와 같은 발전기 기반의 전기추진 시스템이 갖는 에너지 효율 문제를 보완하기 위해 축전지 기반의 전기추진 시스템이 개발되고 있다. 그러나, 이제까지 개발된 축전지 기반의 전기추진 시스템은 단순히 추진 전동기와 축전지를 연결한 형태에 불과하여 실제로 실용화되기까지는 전력관리 제어반을 비롯하여 추가적인 연구개발이 이루어져야 할 부분이 많다.
또한, 연납축전지와 같은 저용량의 축전지를 사용하기 때문에 선박의 기동저항이 커지는 문제점이 있다. 뿐만 아니라 고효율 및 고용량의 전기추진선박을 구현하기 위해 비용과 환경문제를 고려해야 하는 과제가 남아 있다.
따라서, 고효율 및 고용량의 축전지와 고효율 추진전동기를 이용하고, 전기에너지원에서 추진 전동기를 구동하도록 단일화된 장비에서 배전 및 스위칭 기능을 제공하여 최적의 효율로 추진할 수 있는 고효율 고용량 전기추진선박의 전력관리제어시스템에 대한 개발 필요성이 대두된다.
이러한 종래의 전기추진선박은, 도 1에 나타낸 바와 같이 배터리(10)와 모터제어기(20)와 모터(30)와 외부입력수단(40)을 구비하고, 안전 기능으로는 비상정지 버튼 또는 자석 키 등이 있으나 안전 기능이 동작하면 추진기의 전원이 차단되어 동작을 정지시키게 된다.
이러한 종래의 전기추진선박은, 사용자가 의식이 없거나 비상정지 버튼을 누를 수 없는 상황에서는 안전장치가 제기능을 못하는 문제가 있고, 안전 자석 키를 사용하는 제품의 경우에 사용자가 안전 키를 항시 손목에 걸고 있어야 하지만 걸지 않고 조작하는 사람이 대부분이라 비상상황에 대처가 어렵다는 문제도 있었다.
특히, 무인운전선박에서는 이러한 안전기능은 조작할 수 없으므로, 채택이 어려울 뿐만 아니라 안전 기능이 작동하지 않을 경우 선박 손상되거나 인명 사고가 발생하는 등의 피해가 매우 크게 되는 문제도 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1117306호 (2012년02월28일) 대한민국 등록특허 제10-1431429호 (2014년08월18일) 대한민국 등록특허 제10-1712474호 (2017년03월07일)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 측정부의 측정결과에 따라 제어부에 의해 차단부가 배터리에서 모터로의 전원공급을 차단하도록 제어함으로써, 사용자의 조작에 상관없이 전기추진선박의 구동을 제어하는 동시에 입력 전원을 제어하기 때문에 다양한 상용 추진기에도 장착할 수 있는 전기추진선박의 전원제어장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 측정부로서 GPS와 가속도 센서와 지자기 센서를 구비함으로써, 사용자의 부주의 뿐만 아니라 비상상황을 센서에 의해 판단하여 비상상황을 판별하도록 전기추진선박의 위치 변화와, 가속 여부 및 요(Yaw)값을 수신할 수 있는 전기추진선박의 전원제어장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 제어부에서 전기추진선박의 위치변화와 속도 및 위치와 기울기를 전기추진선박의 정상동작 상태와 비교함으로써, 측정부에 의해 전기추진선박의 비이상적인 회전 가속이나 비상상황을 감지할 경우에 차단부의 릴레이를 제어하여 전력 공급을 차단할 수 있는 전기추진선박의 전원제어장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 차단부로서 퓨즈와 릴레이를 구비함으로써, 배터리에서 공급되는 전원의 이상동작시 뿐만 아니라 제어부의 제어에 따라 전원공급을 차단하여 부주의에 의한 안전사고를 예방하는 동시에 무인 운전 선박이나 비상상황시에 적용가능하고 추진기 변경 또는 업그레이드를 하지 않더라도 안전 기능 추가가 가능할 수 있는 전기추진선박의 전원제어장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배터리와 모터제어기와 모터와 외부입력수단을 구비한 전기추진선박의 이상동작시 전기추진선박의 전원을 차단하도록 제어하는 전기추진선박의 전원제어장치로서, 전기추진선박의 운행상태를 측정하는 측정부(50); 상기 측정부(50)에 연결되어, 상기 측정부(50)의 측정결과에 의거해서 전기추진선박의 전원을 차단하도록 제어하는 제어부(60); 및 배터리와 모터제어기 사이에 설치되어, 상기 제어부(60)의 제어와 배터리의 전원상태에 따라 모터에 공급되는 전력을 차단하는 차단부(70);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 태양광이나 풍력에 의해 발전하여 상기 제어부(60)와 배터리에 전력을 공급하는 충전부(80);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 측정부(50)는, 위성에서 보내는 신호를 수신해서, 상기 전기추진선박의 위치변화를 측정하는 GPS(Global Positioning System); 상기 전기추진선박의 속도와 위치를 계산하도록 초기 위치정보로부터 가속도를 측정하는 가속도 센서; 및 상기 전기추진선박의 기울기를 계산하도록 중력가속도를 측정하는 지자기 센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어부(60)는, 상기 측정부(50)에서 측정된 전기추진선박의 위치변화와 속도 및 위치와 기울기를 전기추진선박의 정상동작 상태와 비교하여, 전기추진선반의 이상동작을 판단해서 상기 차단부(70)에 의해 전원을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 차단부(70)는, 배터리에서 공급되는 전원의 이상동작시 전원을 차단하는 퓨즈; 및 상기 제어부(60)의 제어에 따라 전원을 차단하는 릴레이;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 측정부의 측정결과에 따라 제어부에 의해 차단부가 배터리에서 모터로의 전원공급을 차단하도록 제어함으로써, 사용자의 조작에 상관없이 전기추진선박의 구동을 제어하는 동시에 입력 전원을 제어하기 때문에 다양한 상용 추진기에도 장착할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 측정부로서 GPS와 가속도 센서와 지자기 센서를 구비함으로써, 사용자의 부주의 뿐만 아니라 비상상황을 센서에 의해 판단하여 비상상황을 판별하도록 전기추진선박의 위치 변화와, 가속 여부 및 요(Yaw)값을 수신할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 제어부에서 전기추진선박의 위치변화와 속도 및 위치와 기울기를 전기추진선박의 정상동작 상태와 비교함으로써, 측정부에 의해 전기추진선박의 비이상적인 회전 가속이나 비상상황을 감지할 경우에 차단부의 릴레이를 제어하여 전력 공급을 차단할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 차단부로서 퓨즈와 릴레이를 구비함으로써, 배터리에서 공급되는 전원의 이상동작시 뿐만 아니라 제어부의 제어에 따라 전원공급을 차단하여 부주의에 의한 안전사고를 예방하는 동시에 무인 운전 선박이나 비상상황시에 적용가능하고 추진기 변경 또는 업그레이드를 하지 않더라도 안전 기능 추가가 가능할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 종래의 전기추진선박의 전원제어장치를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기추진선박의 전원제어장치를 나타내는 구성도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기추진선박의 전원제어장치의 설치상태를 나타내는 구성도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기추진선박의 전원제어장치를 나타내는 구성도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기추진선박의 전원제어장치의 설치상태를 나타내는 구성도이다.
도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의한 전기추진선박의 전원제어장치는, 측정부(50), 제어부(60), 차단부(70) 및 충전부(80)를 포함하여 이루어져, 배터리(10)와 모터제어기(20)와 모터(30)와 외부입력수단(40)을 구비한 전기추진선박의 이상동작시 전기추진선박의 전원을 차단하도록 제어하는 전기추진선박의 전원제어장치이다.
이러한 전기추진선박에는, 선박의 추진기에 구동원으로 사용되는 모터(30)에 전력을 제공하는 배터리(10)와, 배터리(10)와 모터(30) 사이에 연결되어 모터(30)의 구동을 제어하는 모터제어기(20)와, 모터제어기(20)에 접속되어 선박의 추진기에 구동력을 제공하는 모터(30)와, 모터제어기(20)에 연결되어 모터(30)의 제어신호를 제공하는 외부입력수단(40)을 포함하여 이루어져 있다.
측정부(50)는, 전기추진선박의 운행상태를 측정하는 측정수단으로서, GPS(Global Positioning System), 가속도 센서 및 지자기 센서를 포함하여 이루어져, 전기추진선박의 비이상적인 회전 가속이나 제자리에서 회전을 감지하여 비상상황에 대한 데이터를 제공하게 된다.
GPS(Global Positioning System)는 GPS 위성에서 보내는 신호를 수신해서 전기추진선박의 위치변화를 측정하는 측정수단으로서, 전기추진선박의 현재 위치를 GPS 위성에서 보내는 신호를 수신해서 산출하게 되고 전기추진선박의 이동시에 현재 위치에 대한 위치변화도 인식할 수 있게 된다.
또한, GPS 뿐만 아니라 운동의 관성력을 검출하여 측정 대상인 움직이는 물체의 가속도, 속도, 방향, 거리 등 다양한 항법 관련 정보를 제공하는 센서로서 INS(Inertial Navigation System)를 사용하는 것도 가능함은 물론이다.
가속도 센서는, 전기추진선박의 속도와 위치를 계산하도록 초기 위치정보로부터 가속도를 측정하는 측정수단으로서, 전기추진선박의 현재 위치에서 속도 변화를 측정하여 전후방향, 상하방향, 좌우방향 등에 대한 가속도에 의한 진동이나 요동을 산출하도록 각축의 이동량을 산출할 수 있게 된다.
지자기 센서는, 전기추진선박의 기울기를 계산하도록 중력가속도를 측정하는 측정수단으로서, 전기추진선박의 현재 위치에서 중력가속도의 변화를 측정하여 전후방향, 상하방향, 좌우방향 등에 대한 중력가속도에 의한 진동이나 요동을 산출하도록 각축의 회전 값(Roll, Pitch, Yaw)을 산출할 수 있게 된다.
제어부(60)는, 측정부(50)에 연결되어 측정부(50)의 측정결과에 의거해서 전기추진선박의 전원을 차단하도록 제어하는 제어수단으로서, 측정부(50)에서 측정된 전기추진선박의 위치변화와 속도 및 위치와 기울기를 전기추진선박의 정상동작 상태와 비교하여, 전기추진선반의 회전 가속 등과 같은 이상동작을 판단해서 차단부(70)에 의해 전원을 제어하게 된다.
차단부(70)는, 배터리(10)와 모터제어기(20) 사이에 설치되어 제어부(60)의 제어와 배터리(10)의 전원상태에 따라 모터에 공급되는 전력을 차단하는 차단수단으로서, 퓨즈와 릴레이 등과 같은 차단수단으로 이루어져 있다.
퓨즈는, 배터리(10)에서 공급되는 전원의 이상동작시 전원을 차단하는 차단수단으로서, 배터리(10)에서 공급되는 전원이나 충전부(80)에서 공급되는 전원이 과전압이나 과전류 등과 같이 이상동작시 배터리(10)와 모터제어기(20) 또는 모터(30) 사이에 연결된 전원케이블을 단속하여 배터리(10)의 전원공급을 차단하도록 제어하게 된다.
릴레이는, 제어부(60)의 제어에 따라 전원을 차단하는 차단수단으로서, 입력이 소정값에 도달하였을 때작동하여 다른 회로를 개폐하도록 접점이 구비된 개폐수위치로 이루어지며, 서멀(thermal) 릴레이, 압력 릴레이, 광 릴레이 등과 같이 다양한 스위치가 사용될 수 있다.
따라서, 전기추진선박가 비이상적인 회전 가속을 할 경우에, 이러한 릴레이 스위치를 사용하여 제어부(60)의 제어신호에 따라 배터리(10)와 모터제어기(20) 또는 모터(30) 사이에 연결된 전원케이블을 단속하여 배터리(10)의 전원공급을 차단하도록 제어하게 된다.
충전부(80)는, 태양광이나 풍력에 의해 발전하여 제어부(60)와 배터리(10)에 전력을 공급하는 충전수단으로서, 태양전지 패널이나 풍력발전기 등에 의한 신재생에너지를 제공받아 배터리(10)와 제어부(60)에 전원으로 사용하여 충전하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 측정부의 측정결과에 따라 제어부에 의해 차단부가 배터리에서 모터로의 전원공급을 차단하도록 제어함으로써, 사용자의 조작에 상관없이 전기추진선박의 구동을 제어하는 동시에 입력 전원을 제어하기 때문에 다양한 상용 추진기에도 장착할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 측정부로서 GPS와 가속도 센서와 지자기 센서를 구비함으로써, 사용자의 부주의 뿐만 아니라 비상상황을 센서에 의해 판단하여 비상상황을 판별하도록 전기추진선박의 위치 변화와, 가속 여부 및 요(Yaw)값을 수신할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 제어부에서 전기추진선박의 위치변화와 속도 및 위치와 기울기를 전기추진선박의 정상동작 상태와 비교함으로써, 측정부에 의해 전기추진선박의 비이상적인 회전 가속이나 비상상황을 감지할 경우에 차단부의 릴레이를 제어하여 전력 공급을 차단할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 차단부로서 퓨즈와 릴레이를 구비함으로써, 배터리에서 공급되는 전원의 이상동작시 뿐만 아니라 제어부의 제어에 따라 전원공급을 차단하여 부주의에 의한 안전사고를 예방하는 동시에 무인 운전 선박이나 비상상황시에 적용가능하고 추진기 변경 또는 업그레이드를 하지 않더라도 안전 기능 추가가 가능할 수 있는 효과를 제공한다.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
10: 배터리 20: 모터제어기
30: 모터 40: 외부입력수단
50: 측정부 60: 제어부
70: 차단부 80: 충전부

Claims (5)

  1. 배터리와 모터제어기와 모터와 외부입력수단을 구비한 전기추진선박의 이상동작시 전기추진선박의 전원을 차단하도록 제어하는 전기추진선박의 전원제어장치로서,
    전기추진선박의 운행상태를 측정하는 측정부(50);
    상기 측정부(50)에 연결되어, 상기 측정부(50)의 측정결과에 의거해서 전기추진선박의 전원을 차단하도록 제어하는 제어부(60); 및
    배터리와 모터제어기 사이에 설치되어, 상기 제어부(60)의 제어와 배터리의 전원상태에 따라 모터에 공급되는 전력을 차단하는 차단부(70);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기추진선박의 전원제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    태양광이나 풍력에 의해 발전하여 상기 제어부(60)와 배터리에 전력을 공급하는 충전부(80);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기추진선박의 전원제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정부(50)는,
    위성에서 보내는 신호를 수신해서, 상기 전기추진선박의 위치변화를 측정하는 GPS(Global Positioning System);
    상기 전기추진선박의 속도와 위치를 계산하도록 초기 위치정보로부터 가속도를 측정하는 가속도 센서; 및
    상기 전기추진선박의 기울기를 계산하도록 중력가속도를 측정하는 지자기 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기추진선박의 전원제어장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부(60)는, 상기 측정부(50)에서 측정된 전기추진선박의 위치변화와 속도 및 위치와 기울기를 전기추진선박의 정상동작 상태와 비교하여, 전기추진선반의 이상동작을 판단해서 상기 차단부(70)에 의해 전원을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기추진선박의 전원제어장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단부(70)는,
    배터리에서 공급되는 전원의 이상동작시 전원을 차단하는 퓨즈; 및
    상기 제어부(60)의 제어에 따라 전원을 차단하는 릴레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기추진선박의 전원제어장치.
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KR102507731B1 (ko) * 2022-09-26 2023-03-10 (주)비알이디 배터리를 포함하는 전기추진 선박

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