KR101631150B1 - 선박용 전력 관리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박용 전력 관리 방법에 관한 것으로서, 연료전지의 느린 응답특성을 개선하기 위한 전력계통을 구성함에 있어 부하의 변동에 따른 출력전압의 신뢰성을 확보하는 것을 목적으로 하며, 이러한 목적 달성을 위한 본 발명은, 선박 내에서 인버터의 수요전력이 발생하는지를 확인하는 단계(S100)와; 상기 인버터의 수요전력이 발생하면 연료전지 발전을 시작하는 단계(S300)와; 상기 인버터의 수요전력에 따른 사용전력을 확인하는 단계(S500)와; 시간 카운터를 이용하여 지정된 시간 내에 상기 사용전력이 기설정된 범위를 초과하는지의 여부를 판단하는 단계(S700)와; 상기 지정된 시간 내에 상기 사용전력이 기설정된 범위를 초과하지 않을 때, 양방향 DC-DC 컨버터를 승압 동작시킨 후(S810), 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력을 비교하여(S820), 상기 연료전지 발전전력이 상기 사용전력보다 작은 경우엔, 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 승압동작을 일정시간 유지시킨 후(S830), 축전지의 충전량(SOC)을 기지정된 최소값(VL) 및 최대값(VH)과 비교하여(S850), 상기 축전지의 충전량이 상기 최소값보다 작으면 DC-DC 컨버터를 감압동작시켜 발전수단을 통해 상기 축전지의 충전을 시작하고, 상기 축전지의 충전량이 상기 최대값보다 크면 상기 축전지의 충전을 종료하고 나서 상기 S820단계로 피드백되고, 상기 연료전지 발전전력이 상기 사용전력보다 큰 경우엔, 상기 축전지의 충전량이 상기 최소값보다 작으면 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 감압동작시켜 발전수단을 통해 상기 축전지의 충전을 시작하고, 상기 축전지의 충전량이 상기 최대값보다 크면 상기 축전지의 충전을 종료한 후, 상기 S820단계로 피드백되는 단계와; 상기 지정된 시간 내에 상기 사용전력이 기설정된 범위를 초과할 때, 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기를 비교하여(S910), 상기 연료전지 발전전력이 상기 사용전력보다 작은 경우엔 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 승압동작시킨 후(S930), 상기 양방향 DC-DC 컨버터가 승압동작을 유지함에 따라 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일해졌는지를 확인하여(S990), 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일하면 상기 S100단계로 피드백되고, 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일하지 않으면 상기 S910단계로 피드백되며, 상기 연료전지 발전전력이 상기 사용전력보다 큰 경우엔 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 감압동작시키고(S940), 상기 연료전지의 발전전력을 상기 축전지에 충전시킨 후(S960), 상기 연료전지의 발전전력이 상기 축전지에 충전됨에 따라 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일해졌는지를 확인하여(S990), 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일하면 상기 S100단계로 피드백되고, 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일하지 않으면 상기 S910단계로 피드백되는 단계;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다.

Description

선박용 전력 관리 방법{POWER CONTROL METHOD FOR SHIP}
본 발명은 선박용 전력 관리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지, 축전지, 재생에너지의 출력 특성을 운전환경에 적합하게 운영하여 충전 및 방전(출력) 상태를 최적으로 관리할 수 있도록 하는 선박용 전력 관리 방법에 관한 것이다.
선박용 전력관리시스템은 재생에너지, 연료전지, 축전지를 부하의 변동에 따라 능동적으로 대응한다. 이러한 전력관리시스템의 재생에너지는 발전되는 전력을 축전지로 공급하고, 축전지는 연료전지의 느린 응답특성을 보완하기 위해 이용되며, 연료전지는 선박의 주전력공급원으로 이용된다.
한편, 연료전지는 전기화학적 에너지 변환장치로, 연료인 수소의 화학에너지를 전기에너지로 변환한다.
이와 같은 연료전지를 사용하는 선박의 전력계통은, 도1에 도시된 바와 같이, 연료전지와 DC/DC 컨버터, 인버터와 추진전동기, 선내 설비, 중앙제어기기, 제어기에 전력을 공급하는 DC/DC 컨버터, 교류 선내 전원에 전력을 공급하는 DC/AC 컨버터, 육상전원을 통해 연료전지 선박에 설치되는 소형 축전지를 충전할 수 있는 육상전원 입력부로 구성되어 있다.
일반적으로 연료전지는 선내 수용전력에 따라 일정하게 전력을 발전하지만, 선내 수요전력은 연료전지의 발전전력량 변화보다 빠르게 변화한다. 도2는 연료전지의 I-P 곡선 그래프이고, 도3은 수요전력에 따른 발전전력의 변화를 나타내는 그래프이다.
이러한 연료전지의 느린 응답특성은 연료전지 선박의 부하에서 요구되는 수요 전력이 급변할 경우 발전전력이 수요 전력을 충족할 때까지의 시간차를 발생시킨다. 즉, 연료전지는 특성상 부하의 추종이 느려 부하가 급변할 경우 급변하는 만큼의 부하를 따라가지 못해 장비의 고장 및 손상을 발생시킬 우려가 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 종래에 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0104770호 '선박용 전원 공급 시스템'이 제안된 바 있다.
상기 종래의 선박용 전원 공급 시스템은, 연료전지시스템; 상기 연료전지시스템의 느린 부하 추종 성능을 보완하기 위해 배터리 또는 부하기로 구성되는 전력추종장치; 및 상기 연료전지시스템으로부터 생산된 전력을 선박의 각소에 분배하는 배전반을 포함한다.
이와 같은 종래의 선박용 전원 공급 시스템은 연료전지와 선박 전력 계통 사이에 전력추종장치를 설치하여 연료전지시스템을 안전하게 운용할 수 있도록 하고, 고효율 장비인 연료전지시스템의 적용으로 인한 연료비를 절감할 수 있도록 한다.
그러나, 상기와 같은 종래의 선박용 전원 공급 시스템은, 배터리 또는 부하기로 이루어지는 전력추종장치가 도4에 도시된 바와 같이 구성될 경우, 전력변환장치의 전위를 맞추기 위해 다수의 배터리를 직렬로 연결해야 한다. 이에 따라, 설비의 과다 용적, 장기간 사용시 발생하는 셀 간의 전압 불균형 발생 등 신뢰성 및 비용 측면에서 문제가 발생한다. 또한, 배터리 특성상 충전과 방전 동작이 원활하지 않아 배터리의 제어가 어려우며 연료전지의 이용 효율이 낮아지는 문제점이 있다.
KR 10-2012-0104770 A KR 10-1117306 B1
앞선 배경기술에서 도출된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 연료전지의 느린 응답특성을 개선하기 위한 전력계통을 구성함에 있어, 부하의 변동에 따른 출력전압의 신뢰성을 확보하고 연료전지의 효율을 극대화할 수 있도록 하는 선박용 전력 관리 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, 연료전지의 출력단에 연결되어 직류전압을 승압시키는 단방향 DC-DC 컨버터와, 상기 단방향 DC-DC 컨버터의 출력단에 연결되어 직류를 교류로 변환하여 부하에 전원을 제공하는 인버터와, 상기 단방향 DC-DC 컨버터와 상기 인버터 사이에 병렬 연결되어 상기 연료전지의 공급전력과 상기 부하의 수요전력 차이만큼의 전력을 보전하는 축전지와, 상기 축전지의 출력단에 연결되어 직류전압을 승압 또는 감압시켜 상기 축전지를 방전 또는 충전시키는 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 선박용 전력 관리 방법에 있어서, 선박 내에서 상기 인버터의 수요전력이 발생하는지를 확인하는 단계(S100)와; 상기 인버터의 수요전력이 발생하면 상기 연료전지 발전을 시작하는 단계(S300)와; 상기 인버터의 수요전력에 따른 사용전력을 확인하는 단계(S500)와; 시간 카운터를 이용하여 지정된 시간 내에 상기 사용전력이 기설정된 범위를 초과하는지의 여부를 판단하는 단계(S700)와; 상기 지정된 시간 내에 상기 사용전력이 기설정된 범위를 초과하지 않을 때, 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 승압 동작시킨 후(S810), 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력을 비교하여(S820), 상기 연료전지 발전전력이 상기 사용전력보다 작은 경우엔, 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 승압동작을 일정시간 유지시킨 후(S830), 상기 축전지의 충전량(SOC)을 기지정된 최소값(VL) 및 최대값(VH)과 비교하여(S850), 상기 축전지의 충전량이 상기 최소값보다 작으면 DC-DC 컨버터를 감압동작시켜 발전수단을 통해 상기 축전지의 충전을 시작하고, 상기 축전지의 충전량이 상기 최대값보다 크면 상기 축전지의 충전을 종료하고 나서 상기 S820단계로 피드백되고, 상기 연료전지 발전전력이 상기 사용전력보다 큰 경우엔, 상기 축전지의 충전량이 상기 최소값보다 작으면 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 감압동작시켜 발전수단을 통해 상기 축전지의 충전을 시작하고, 상기 축전지의 충전량이 상기 최대값보다 크면 상기 축전지의 충전을 종료한 후, 상기 S820단계로 피드백되는 단계와; 상기 지정된 시간 내에 상기 사용전력이 기설정된 범위를 초과할 때, 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기를 비교하여(S910), 상기 연료전지 발전전력이 상기 사용전력보다 작은 경우엔 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 승압동작시킨 후(S930), 상기 양방향 DC-DC 컨버터가 승압동작을 유지함에 따라 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일해졌는지를 확인하여(S990), 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일하면 상기 S100단계로 피드백되고, 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일하지 않으면 상기 S910단계로 피드백되며, 상기 연료전지 발전전력이 상기 사용전력보다 큰 경우엔 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 감압동작시키고(S940), 상기 연료전지의 발전전력을 상기 축전지에 충전시킨 후(S960), 상기 연료전지의 발전전력이 상기 축전지에 충전됨에 따라 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일해졌는지를 확인하여(S990), 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일하면 상기 S100단계로 피드백되고, 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일하지 않으면 상기 S910단계로 피드백되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 전력 관리 방법에 의해 달성된다.
상기한 실시예에 따른 본 발명에 의하면, 양방향 DC-DC 컨버터를 통해 연료전지의 느린 응답특성을 용이하게 보완할 수 있게 되므로 부하의 변동에 따른 출력전압의 신뢰성을 확보하여 연료전지의 이용 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 양방향 DC-DC 컨버터를 적용하여 최소 규모의 축전지로 설비 용적을 최소화할 수 있으므로 비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.
도1은 일반적인 연료전지 선박의 전력계통도를 도시하는 블록도이고,
도2는 연료전지의 I-P 곡선을 나타내는 그래프이고,
도3은 수요전력에 따른 발전전력의 변화를 나타내는 그래프이고,
도4는 종래의 선박용 전원 공급 시스템을 나타내는 블록도이고,
도5는 본 발명의 실시예에 따라 적용될 수 있는 회로도이고,
도6은 본 발명의 실시예에 따른 선박용 전력 관리 방법을 설명하기 위한 순서도이고,
도7은 본 발명의 실시예에 따른 일반 운전모드를 설명하기 위한 순서도이고,
도8은 본 발명의 실시예에 따른 전력보상 운전모드를 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 선박용 전력 관리 방법은, 도5에 도시된 바와 같이, 연료전지(1)의 출력단에 연결되어 직류전압을 승압시키는 단방향 DC-DC 컨버터(4)와, 상기 단방향 DC-DC 컨버터(4)의 출력단에 연결되어 직류를 교류로 변환하여 부하에 전원을 제공하는 인버터(5)와, 상기 단방향 DC-DC 컨버터(4)와 상기 인버터(5) 사이에 병렬 연결되어 상기 연료전지(1)의 공급전력과 상기 부하의 수요전력 차이만큼의 전력을 보전하는 축전지(2)와, 상기 축전지(2)의 출력단에 연결되어 직류전압을 승압 또는 감압시켜 상기 축전지(2)를 방전 또는 충전시키는 양방향 DC-DC 컨버터(6)를 이용하는 것을 전제로 한다.
상기 연료전지(fuel cell)는 수소 또는 메탄올 등의 연료가 산화할 때 생기는 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 것으로, 화학적 반응에 의해 전기를 발생시킨다는 점에서 통상의 배터리와 비슷하지만 연료전지는 반응 물질인 수소와 산소를 외부로부터 공급받으므로 배터리와는 달리 충전이 필요 없고, 연료가 공급되는 한 전기를 지속적으로 발생시킨다. 즉, 한 번 쓰고 버리는 1차 전지나 여러 번 재충전이 가능한 2차 전지와는 달리, 별도의 전원 충전 없이 연료 카트리지를 계속 교체하는 한 영구적으로 사용할 수 있는 저공해, 고효율의 차세대 에너지원으로, 일반적인 전지와는 명확히 구분되어야 하는 것은 자명하다.
상기 단방향 DC-DC 컨버터(4)는 상기 연료전지(1)에서 생성되는 낮은 전압(본 실시예에서는 94V)의 전력원을 인버터에서 요구하는 높은 전압(본 실시예에서는 270V~340V)의 전력원으로 승압시키는 역할을 수행한다. 이때 상기 단방향 DC-DC 컨버터(4)는 전압 제어를 위해 펄스폭변조(PWM) 방식을 이용할 수 있다. 특히. 상기 연료전지(1)의 출력단에 단방향 DC-DC 컨버터(4)가 연결되는 것은 역전류를 방지하여 전력을 부하로만 공급되게 하기 위해서이다.
본 발명에서의 DC-DC 컨버터는 어떤 전압의 직류전원에서 다른 전압의 직류전원으로 변환하는 전자회로 장치를 말하며, 넓은 뜻으로는 직류발전기를 기계적으로 결합한 것도 포함된다. 이와 같은 DC-DC 컨버터를 사용하는 이유는 직류에서 변압기를 사용할 수 없기 때문이다. 이러한 DC-DC 컨버터는 직류전원에서 발진회로에 의해 전력용량이 큰 교류를 발생시켜 변압기를 통해 다른 전압의 교류로 변환하고, 다시 정류해서 직류를 얻는다.
상기 양방향 DC-DC 컨버터(6)는 수십~수백[Watt/min]의 매우 낮은 응답속도를 가지는 연료전지(1)를 보완하기 위한 축전지(2)의 충전 및 방전을 용이하게 제어하기 위한 것으로, 상기 축전지(2)의 충전 및 방전은 사용자가 지정한 전압 범위 내에서 이루어질 수 있다. 이러한 양방향 DC-DC 컨버터(6)는 연료전지(1)의 초기 기동시 승압 동작으로 축전지(1)를 방전시켜 부하의 동작에 필요한 전력을 공급한다. 그리고 연료전지(1)가 부하의 수요전력을 충족할 수 있을 만큼의 발전량을 낼 경우 감압 동작으로 축전지(2)를 충전한다.
한편, 상기 축전지(2)에는 재생에너지 발전장치와 같은 발전수단(3)이 직접 연결될 수 있으며, 상기 재생에너지 발전장치는 해상 환경에 적합한 발전 방식으로 전력을 생산하여 상기 양방향 DC-DC 컨버터(6)의 감압 동작시 상기 축전지(2)를 충전시킬 수 있도록 한다.
그리고, 도시하고 있지는 않으나, 상기한 구성들을 전기적 신호로 제어하기 위한 제어부가 포함되어야 함은 주지의 사실이며, 상기 제어부는 통상의 단말기 형태로 사용자에 의해 조작되거나 칩 형태로 내장된 형태일 수 있다. 이러한 제어부에는 기억소자가 장착되어 있어 본 발명의 실시예에 따른 방법이 알고리즘화되어 저장된다.
상술한 구성들을 이용하여, 본 발명의 실시예에 따른 선박용 전력 관리 방법은, 도6에 도시된 바와 같이, 선박 내에서 상기 인버터의 수요전력이 발생하는지를 확인하는 단계(S100)와, 상기 인버터의 수요전력이 발생하면 상기 연료전지 발전을 시작하는 단계(S300)와, 상기 인버터의 수요전력에 따른 사용전력을 확인하는 단계(S500)와, 시간 카운터를 이용하여 지정된 시간 내에 상기 사용전력이 기설정된 범위를 초과하는지의 여부를 판단하는 단계(S700)와, 상기 지정된 시간 내에 상기 사용전력이 기설정된 범위를 초과하지 않으면 상기 연료전지의 발전전력 레벨을 상기 인버터의 수요전력 레벨에 맞추는 일반 운전모드(S800)로 동작하고, 상기 지정된 시간 내에 상기 사용전력이 기설정된 범위를 초과하면 상기 축전지를 충전 또는 방전시켜 전력보상을 실시하는 전력보상 운전모드(S900)로 동작하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 일반 운전모드 또는 전력보상 운전모드가 모두 수행되고 나면 다시 (S100)단계로 피드백된다.
상기 (S100)단계에서 인버터의 수요전력은 선박에서 발생하는 모든 부하가 소비하는 전력이다.
상기 (S500)단계에서 사용전력은 선박의 부하와 전기적으로 연결된 계량기 등을 통해 실시간 측정되며, 측정된 사용전력 데이터는 제어부의 기억소자에 실시간 저장되어 본 실시예에 이용된다.
상기 (S700)에서 기설정된 범위라 함은 선박의 종류나 크기 또는 사용 목적에 따라 달라질 수 있다.
도7은 본 발명의 실시예에 따른 일반 운전모드를 설명하기 위한 순서도이다.
상기 일반 운전모드(S800)는 상기 지정된 시간 내에 상기 사용전력이 기설정된 범위를 초과하지 않을 때 수행되는 동작 모드로서, 도7에 도시된 바와 같이, 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 승압 동작시킨 후(S810), 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력을 비교하여(S820), 상기 연료전지 발전전력이 상기 사용전력보다 작은 경우엔, 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 승압동작을 일정시간 유지시킨 후(S830), 상기 축전지의 충전량(SOC, State Of Charge)을 기지정된 최소값(VL, Voltage Low) 및 최대값(VH, Voltage High)과 비교하여(S850), 상기 축전지의 충전량이 상기 최소값보다 작으면 DC-DC 컨버터를 감압동작시켜 발전수단을 통해 상기 축전지의 충전을 시작하고, 상기 축전지의 충전량이 상기 최대값보다 크면 상기 축전지의 충전을 종료하고 나서 상기 S820단계로 피드백되고, 상기 연료전지 발전전력이 상기 사용전력보다 큰 경우엔, 상기 축전지의 충전량이 상기 최소값보다 작으면 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 감압동작시켜 발전수단을 통해 상기 축전지의 충전을 시작하고, 상기 축전지의 충전량이 상기 최대값보다 크면 상기 축전지의 충전을 종료한 후, 상기 S820단계로 피드백된다.
상기 (S810)단계에서는 상기 양방향 DC-DC 컨버터의 승압동작으로 인해 상기 축전지를 방전시킬 수 있으므로 상기 연료전지 발전전력을 상기 사용전력의 레벨에 맞출 수 있다.
여기서, 상기 축전지는 신,재생에너지 등과 같은 발전수단 및 연료전지 출력이 양방향 DC-DC 컨버터와 직접 연결되어 충전된다.
삭제
도8은 본 발명의 실시예에 따른 전력보상 운전모드를 설명하기 위한 순서도이다.
연료전지는 응답특성이 매우 느리기 때문에 급격하게 변화하는 선박의 부하를 실시간으로 추정할 수 없다. 따라서 선박에 장착된 축전지의 충전 및 방전을 이용하여 전력보상을 실시할 수 있다.
상기 전력보상 운전모드(S900)는 상기 지정된 시간 내에 상기 사용전력이 기설정된 범위를 초과할 때 수행되는 동작 모드로서, 도8에 도시된 바와 같이, 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기를 비교하여(S910), 상기 연료전지 발전전력이 상기 사용전력보다 작은 경우엔 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 승압동작시킨 후(S930), 상기 양방향 DC-DC 컨버터가 승압동작을 유지함에 따라 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일해졌는지를 확인하여(S990), 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일하면 상기 S100단계로 피드백되어 전력보상 운전모드를 종료될 수 있도록 하고, 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일하지 않으면 상기 S910단계로 피드백되며, 상기 연료전지 발전전력이 상기 사용전력보다 큰 경우엔 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 감압동작시키고(S940), 상기 연료전지의 발전전력을 상기 축전지에 충전시킨 후(S960), 상기 연료전지의 발전전력이 상기 축전지에 충전됨에 따라 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일해졌는지를 확인하여(S990), 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일하면 상기 S100단계로 피드백되고, 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일하지 않으면 상기 S910단계로 피드백되어 전력보상 운전모드가 유지될 수 있도록 한다.
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지금까지 설명한 본 발명에 따르면, 연료전지의 느린 응답특성을 용이하게 보완할 수 있게 되므로 부하의 변동에 따른 출력전압의 신뢰성을 확보하여 연료전지의 이용 효율을 향상시킬 수 있도록 한다. 또한, 양방향 DC-DC 컨버터를 적용하여 최소 규모의 축전지로 설비 용적을 최소화할 수 있으므로 비용을 크게 절감할 수 있도록 한다.
전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 상술한 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내라면 하기에서 기술되는 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.
1: 연료전지
2: 축전지
3: 발전수단
4: 단방향 DC-DC 컨버터
5: 인버터
6: 양방향 DC-DC 컨버터

Claims (5)

  1. 연료전지의 출력단에 연결되어 직류전압을 승압시키는 단방향 DC-DC 컨버터와, 상기 단방향 DC-DC 컨버터의 출력단에 연결되어 직류를 교류로 변환하여 부하에 전원을 제공하는 인버터와, 상기 단방향 DC-DC 컨버터와 상기 인버터 사이에 병렬 연결되어 상기 연료전지의 공급전력과 상기 부하의 수요전력 차이만큼의 전력을 보전하는 축전지와, 상기 축전지의 출력단에 연결되어 직류전압을 승압 또는 감압시켜 상기 축전지를 방전 또는 충전시키는 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 선박용 전력 관리 방법에 있어서,
    선박 내에서 상기 인버터의 수요전력이 발생하는지를 확인하는 단계(S100);
    상기 인버터의 수요전력이 발생하면 상기 연료전지 발전을 시작하는 단계(S300);
    상기 인버터의 수요전력에 따른 사용전력을 확인하는 단계(S500);
    시간 카운터를 이용하여 지정된 시간 내에 상기 사용전력이 기설정된 범위를 초과하는지의 여부를 판단하는 단계(S700);
    상기 지정된 시간 내에 상기 사용전력이 기설정된 범위를 초과하지 않을 때, 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 승압 동작시킨 후(S810), 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력을 비교하여(S820), 상기 연료전지 발전전력이 상기 사용전력보다 작은 경우엔, 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 승압동작을 일정시간 유지시킨 후(S830), 상기 축전지의 충전량(SOC)을 기지정된 최소값(VL) 및 최대값(VH)과 비교하여(S850), 상기 축전지의 충전량이 상기 최소값보다 작으면 DC-DC 컨버터를 감압동작시켜 발전수단을 통해 상기 축전지의 충전을 시작하고, 상기 축전지의 충전량이 상기 최대값보다 크면 상기 축전지의 충전을 종료하고 나서 상기 S820단계로 피드백되고, 상기 연료전지 발전전력이 상기 사용전력보다 큰 경우엔, 상기 축전지의 충전량이 상기 최소값보다 작으면 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 감압동작시켜 발전수단을 통해 상기 축전지의 충전을 시작하고, 상기 축전지의 충전량이 상기 최대값보다 크면 상기 축전지의 충전을 종료한 후, 상기 S820단계로 피드백되는 단계; 및
    상기 지정된 시간 내에 상기 사용전력이 기설정된 범위를 초과할 때, 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기를 비교하여(S910), 상기 연료전지 발전전력이 상기 사용전력보다 작은 경우엔 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 승압동작시킨 후(S930), 상기 양방향 DC-DC 컨버터가 승압동작을 유지함에 따라 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일해졌는지를 확인하여(S990), 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일하면 상기 S100단계로 피드백되고, 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일하지 않으면 상기 S910단계로 피드백되며, 상기 연료전지 발전전력이 상기 사용전력보다 큰 경우엔 상기 양방향 DC-DC 컨버터를 감압동작시키고(S940), 상기 연료전지의 발전전력을 상기 축전지에 충전시킨 후(S960), 상기 연료전지의 발전전력이 상기 축전지에 충전됨에 따라 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일해졌는지를 확인하여(S990), 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일하면 상기 S100단계로 피드백되고, 상기 연료전지 발전전력과 상기 사용전력의 크기가 동일하지 않으면 상기 S910단계로 피드백되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 전력 관리 방법.
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