(57)【要約】      （修正有）【課題】船舶における燃費性能を向上させるハイブリッドパワーシステムを提供する。【解決手段】ハイブリッドパワーシステム１０は、主に船舶内に設けられる。ハイブリッドパワーシステム１０内のエンジン２０１、クラッチ２０２、モータ２０３、ギアボックス２０４及びプロペラ２０５は、同軸で回転する。かつ船舶のクランク軸の回転数閾値とメインバッテリー１０１のＳＯＣ範囲に基づき各部品・モジュールの作動状態とエネルギー分配ストラテジーを決定する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
メインバッテリーと、前記メインバッテリーに接続された内部電源コンバータと前記内部電源コンバータに接続されたバックアップバッテリーと、前記メインバッテリーに接続された外部電源コンバータと、を含む配電モジュールと、
前記内部電源コンバータ及び前記バックアップバッテリーに接続されたエンジンと、前記エンジンに接続されたクラッチと、前記クラッチに分離可能に接続されたモータと、前記モータに接続されたギアボックスと、前記ギアボックスに接続されたプロペラと、前記モータ及び前記メインバッテリーに接続されたモータードライバと、を各々含み、前記配電モジュールに接続された少なくとも１個の推進モジュールと、
を備え、船舶内に設けられるハイブリッドパワーシステムであって、
前記エンジン、前記クラッチ、前記モータ、前記ギアボックス及び前記プロペラは、同軸で回転するハイブリッドパワーシステム。
【請求項２】
前記メインバッテリーの電圧は、３５０ボルト（Ｖ）である請求項１に記載のハイブリッドパワーシステム。
【請求項３】
前記バックアップバッテリーの電圧は、１２ボルト（Ｖ））である請求項１に記載のハイブリッドパワーシステム。
【請求項４】
前記内部電源コンバータは、単方向ＤＣ／ＤＣコンバータである請求項１に記載のハイブリッドパワーシステム。
【請求項５】
外部電源コンバータは、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータある請求項１に記載のハイブリッドパワーシステム。
【請求項６】
前記外部電源コンバータは、陸上電力（Ｓｈｏｒｅ  Ｐｏｗｅｒ）、少なくとも１つのペイロード（Ｈｏｔｅｌ  Ｌｏａｄ）又はそれらの組み合わせと接続する請求項５に記載のハイブリッドパワーシステム。
【請求項７】
前記エンジンと前記クラッチとの間には、衝撃吸収装置がさらに設けられる請求項１に記載のハイブリッドパワーシステム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、ハイブリッドパワーシステムに関し、特に、エンジン、クラッチ、モータ、ギアボックス及びプロペラが同軸で回転し、かつ船舶のクランク軸の回転数閾値とメインバッテリーのＳＯＣ範囲に基づき各部品・モジュールの作動状態とエネルギー分配ストラテジーを決定するハイブリッドパワーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化の激化に伴い、世界中の国々は工業、商業及び運輸業活動の二酸化炭素の排出量をさらに管理している。環境保全意識の高まりとともに、燃料需要のある様々な産業が優先的に関連の視野に取り入れられている。
【０００３】
交通運輸産業は、現在各種活動が燃料に最も直接関連している産業の一つと言える。このため、この業種の特殊性を考慮し、現在、燃費量の節約に向けて発展を進めている。しかしながら、従来の燃費によってもたらされる動力は、実際には電流によってもたらされる動力よりもはるかに高い。技術的な問題のため、現在大型運搬具では、まだ純粋に電気エネルギーだけで駆動させることができなかった。
【０００４】
また船舶から言うと、運航又は海上観光や海洋性レクリエーション活動も船舶の科学技術の使用に依存している。このため、様々な水上運航の動力需要を満たすという前提において、様々なハイブリッドパワー船がまるで雨後の竹の子ように誕生してきた。ただし現在のハイブリッドパワー船は、改善すべき多くの欠点があり、例えば現在のハイブリッドパワー船の運用は、電力と燃費を効果的にハードウェア内に統合できない。
【０００５】
現在、ハードウェアと制御ストラテジーの判定を統合したメカニズムを見ると、メカニズムが複雑すぎるため、問題が発生すると、関連する技術者が点検修理することは容易ではなく、かつ問題の発生箇所を迅速に見つけることは容易ではない。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
先行技術内で言及された従来の船舶のハイブリッドパワーシステムのソフト・ハードウェアの統合が悪く、かつシステムが複雑すぎるという問題を解決するため、本考案は、ハイブリッドパワーシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記ハイブリッドパワーシステムは、船舶内に設けられる。前記ハイブリッドパワーシステムは、配電モジュールと、少なくとも１個の推進モジュールと、を含む。前記配電モジュールは、メインバッテリーと、内部電源コンバータと、バックアップバッテリーと、外部電源コンバータと、を含む。前記少なくとも１個の推進モジュールは、前記配電モジュールと接続し、各推進モジュールがエンジンと、クラッチと、モータと、ギアボックスと、プロペラと、モータードライバと、を含む。
【０００８】
前記内部電源コンバータは、前記メインバッテリーと接続し、前記バックアップバッテリーが前記内部電源コンバータと接続し、前記外部電源コンバータが前記メインバッテリーと接続する。前記エンジンは、前記内部電源コンバータ及び前記バックアップバッテリーと接続し、前記クラッチが前記エンジンと接続し、前記モータが前記クラッチと分離可能に接続する。前記ギアボックスは、前記モータと接続し、前記プロペラが前記ギアボックスと接続し、最後に、前記モータードライバが前記モータ及び前記メインバッテリーと接続する。ここで、前記エンジン、前記クラッチ、前記モータ、前記ギアボックス及び前記プロペラは、同軸で回転する。
【０００９】
上記本考案の概要は、本考案の幾つかの態様及び技術的特徴に対して基本的な説明を行うことを目的とする。考案の概要は、本考案の詳細な説明ではないため、その目的は特別に本考案のキーとなる或いは重要要素を挙げることなく、本考案の範囲を画定するために用いられることはなく、単に本考案のいくつかの概念を簡潔に開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本考案の一実施例に係るハイブリッドパワーシステムのシステム構成図である。
【図２】本考案の一実施例に係るハイブリッドパワーシステム作動方法のフローチャートである。
【考案を実施するための形態】
【００１１】
本考案の技術的特徴及び実用効果を理解し、明細書の内容に基づいて実施することができるように、以下、好ましい実施例を、添付図面を参照しながら説明する。
【００１２】
まず、図１を参照すると、図１は、本考案の一実施例に係るハイブリッドパワーシステムのシステム構成図である。図１に示すように、本実施例内のハイブリッドパワーシステム１０は、船舶内に設置することができる。前記船舶は、海洋性レクリエーション活動用の船舶又は輸送船等であり得、本考案は限定されない。
【００１３】
本実施例のハイブリッドパワーシステム１０は、主に配電モジュール１００及び少なくとも１個の推進モジュール２００で構成される。実際、推進モジュール２００の数は、各種の異なる船舶のニーズに応じて並列で増設でき、本考案は制限されない。ツインスクリュー式ハイブリッドパワー船を例にとると、前記タイプの船舶は、通常２組の推進モジュール２００を設け、その後もこの例によるものとする。
【００１４】
本実施例において、配電モジュール１００は、メインバッテリー１０１と、内部電源コンバータ１０２と、バックアップバッテリー１０３と、外部電源コンバータ１０４と、を含む。推進モジュール２００は、配電モジュール１００と接続し、本実施例内の各推進モジュール２００がエンジン２０１と、クラッチ２０２と、モータ２０３と、ギアボックス２０４と、プロペラ２０５と、モータードライバ２０６と、を含む。
【００１５】
内部電源コンバータ１０２は、メインバッテリー１０１と接続する。本実施例において、メインバッテリー１０１の電圧は、３５０ボルト（Ｖ）である。さらに、本実施例のメインバッテリー１０１は、複数のリチウム鉄バッテリー或いはアルミニウムバッテリーを直列に接続してから成るものを選択できる。
【００１６】
バックアップバッテリー１０３は、内部電源コンバータ１０２と接続する。本実施例において、バックアップバッテリー１０３の電圧は、１２ボルト（Ｖ）である。前記バックアップバッテリー１０３は、エンジン２０１によって変換された電力を受け取り、貯蔵することができる鉛酸バッテリー等を選択できる。
【００１７】
外部電源コンバータ１０４は、同様にメインバッテリー１０１と接続する。本実施例の前記内部電源コンバータ１０２は、単方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり得る。外部電源コンバータ１０４は、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ（「インバータ」とも呼ばれる）であり得る。
【００１８】
内部電源コンバータ１０２を通じて、メインバッテリー１０１の高電圧をより低い電圧に容易に変換して、高電圧や大電流状態がモータ２０３にのみ使用されるのを確保することができる。本実施例では、内部電源コンバータ１０２とするＤＣ／ＤＣ電源コンバータは、３３０〜３５０ボルト（Ｖ）の直流電源を１２ボルト（Ｖ）の直流電源に変換できる。
【００１９】
外部電源コンバータ１０４は、陸上電力３０１（Ｓｈｏｒｅ  Ｐｏｗｅｒ）の交流電源を直流電源に変換した後、メインバッテリー１０１の充電用に供給できる。メインバッテリー１０１から放電した直流電源を交流電源に変換した後、船舶上のペイロード（Ｈｏｔｅｌ  Ｌｏａｄ）用に供給でき、本考案は制限されない。
【００２０】
本実施例において、エンジン２０１は、内部電源コンバータ１０２及びバックアップバッテリー１０３と接続し、クラッチ２０２がエンジン２０１と接続する。モータ２０３は、クラッチ２０２に分離可能に接続される。本実施例の上述のエンジン２０１、クラッチ２０２とモータ２０３の共連結構造に基づき、エンジン２０１は、頻繁にクラッチ２０２とモータ２０３を噛合又は分離させるため、本実施例のエンジン２０１とクラッチ２０２との間に衝撃吸収装置がさらに設けられる。
【００２１】
前記衝撃吸収装置は、任意のダンバー材料或いはバネショックアブソーバー等の衝撃吸収装置であってもよく、船舶の航行モードの頻繁な切り替えによるクラッチ２０２が頻繁にモータ２０３を解放又は噛合する衝撃を低減し、さらにハイブリッドパワーシステム１０の修理可能性とリスクを軽減するために用いられる。
【００２２】
これにより、本実施例のギアボックス２０４は、モータ２０３と接続し、モータ２０３に速度調整をより一層選択させることができる。プロペラ２０５は、ギアボックス２０４と接続し、船舶の推進力を具体的に提供する。最後に、モータードライバ２０６は、モータ２０３及びメインバッテリー１０１と接続し、メインバッテリー１０１から供給される直流電源がモータードライバ２０６内の操作方法を通じてモータ２０３の運転モードを切り替えるようにする。
【００２３】
本実施例において、エンジン２０１、クラッチ２０２、モータ２０３、ギアボックス２０４及びプロペラ２０５は、同軸で回転する。このハードウェア構成を通じて、本実施例のハイブリッドパワーシステム１０は、モータ２０３と一緒にプロペラ２０５の推進力を供給することをエンジン２０１に介入させるかどうかをいつでも決定することができる。これにより、本実施例のハイブリッドパワーシステム１０作動方法に関しては、図２を参照されたい。
【００２４】
図２を参照すると、図２は、本考案の実施例に係るハイブリッドパワーシステム作動方法のフローチャートである。図２に示すように、図２内の実施例は、図１内の実施例をアーキテクチャとする場合において作動する。したがって、ステップ（ａ）は、ハイブリッドパワーシステムを用意する。本実施例においてハイブリッドパワーシステムとは、図１内に示すハイブリッドパワーシステム１０である。
【００２５】
次に、前記船舶のクランク軸回転数がクランク軸の回転数閾値よりも大きいか、等しいか、又は小さいかを判断するステップ（ｂ）を実施する。かつすぐ前記船舶の前記メインバッテリーのＳＯＣ範囲を判断するステップ（ｃ）を実施する。ステップ（ｂ）において、船舶のクランク軸回転数は、前記ハイブリッドパワーシステム１０を搭載した船舶を主とする。船舶のクランク軸回転数の計算方法は、エンジン２０１のタコメーターの情報から取得されるだけではなく、船舶に搭載される複数の加速度センサー、液体抵抗センサー、傾斜計、ジャイロスコープ又はＧＰＳ測位信号の計算支援を通じて取得することもできる。
【００２６】
ステップ（ｃ）内のメインバッテリー１０１の充電状態がどのＳＯＣ範囲にあるかどうかは、メインバッテリー１０１の温度（温度センサー）、電流、電圧又は重量を測定することにより推定することができる。言い換えれば、船舶の各場所に取り付けられた様々な前記センサーは、それらのデータを総合してモータードライバ２０６、クラッチ２０２及びエンジン２０１の運転ストラテジーを決定する。
【００２７】
次に、前記クランク軸の回転数閾値及び前記ＳＯＣ範囲に基づき航行モードの種類を決定するステップ（ｄ）を実施する。本実施例において、前記航行モードは、純粋な電気航行モード、発電航行モード、加速航行モード及び高速航行モードを含む。もちろん、本実施例は、手動モードをさらに増設して、経験を持つ操船者に航行モードを自ら調整させることができる。緊急モードを増設して、バックアップバッテリー１０３に危険な時、メインバッテリー１０１に替わり一定時間使用するか、船舶の生命維持機能を有するペイロード（Ｈｏｔｅｌ  Ｌｏａｄ）の一部に供給させることができる。
【００２８】
最後に、前記クランク軸の回転数閾値及び前記ＳＯＣ範囲の変化をリアルタイムで検出し、前記航行モードの種類をリアルタイムで切り替えるステップ（ｅ）を実施する。本実施例において、実質的にステップ（ｅ）は、ステップ（ｂ）〜（ｄ）の繰り返しサイクルであり、船舶が任意の作業或いは航行需要がなくなるまで、エネルギーを節約するためスタンバイモードに入る。
【００２９】
本実施例において、クランク軸の回転数閾値は、基準点として１５００回転／分間（ｒ．ｐ．ｍ．）を選択する。ＳＯＣ範囲は、第１のＳＯＣ範囲、第２のＳＯＣ範囲及び第３のＳＯＣ範囲がある。ここで、第１のＳＯＣ範囲は、０〜２０％で、第２のＳＯＣ範囲が２０〜８０％で、第３のＳＯＣ範囲が８０％〜１００％である。
【００３０】
本実施例の前記クランク軸の回転数閾値は、船舶の実クランク軸回転数を根拠とする。実クランク軸回転数は、船舶の推進回転数、出力及び船舶が受けた抵抗を総合判断した後で得られるデータであり、エンジン２０１のタコメーターだけでは判断されない。
【００３１】
したがって、ステップ（ｂ）〜（ｃ）内で前記船舶のクランク軸回転数を判断する時、船舶に取り付けられたセンターが総合的に測定した船舶のクランク軸回転数は、前記クランク軸の回転数閾値よりも小さくかつ前記ＳＯＣ範囲が２のＳＯＣ範囲（２０〜８０％）の端点にあるが等しくない場合、一律で前記純粋な電気航行モードに切り替わる。
【００３２】
純粋な電気航行モードにおいて、エンジン２０１は、決して作動せず、クラッチ２０２も切断状態のままである。この時、メインバッテリー１０１のみがモータードライバ２０６に電力を供給し、次に電力をモータ２０３内に供給させて、船舶を前進させる。非手動切替の状態では、純粋な電気航行モードは船舶速度を継続的に増加させる。
【００３３】
船舶のクランク軸回転数が前記クランク軸の回転数閾値より大きいか又は等しい場合、非手動切替の航行モード状態において、前記船舶のＳＯＣ範囲がどのＳＯＣ範囲にあるかがチェックされる。前記のように、船舶のＳＯＣ範囲が前記第１のＳＯＣ範囲（０〜２０％）端点にあるが等しくない場合、前記発電航行モードに切り替える。
【００３４】
発電航行モードにおいて、この状態は、メインバッテリー１０１にモータードライバ２０６及びモータ２０３を作動させるために供給する電力がほとんどないことを意味する。これにより、発電航行モードにおいて、船舶の航行速度の上限を管理し、かつ全過程を通じてエンジン２０１のみがオンになり、モータ２０３がオンにならない。
【００３５】
ただし、本実施例のハイブリッドパワーシステム１０の作動時、クラッチ２０２を介してエンジン２０１の燃料動力をモータ２０３に継合することで作動して船舶に推進力を得させることができる。このため、クラッチ２０２の継合動作を通じて、定速度の上限を維持する船舶の航行速度（すなわち、定速度のクランク軸回転数）に合わせることで、速度の上限を超えるエンジン２０１の運転エネルギーをモータ２０３の逆発電の形でエンジン２０１から生成する電力をメインバッテリー１０１又はバックアップバッテリー１０３（図１モータードライバ２０６の横にある二重線矢印によって示されるように）に逆充電してメインバッテリー１０１の充電状態を回復させる。
【００３６】
同様に、手動又は自動を問わず、船舶が有自低速から迅速に高いクランク軸回転数（例：４０００回転／分間（ｒ．ｐ．ｍ））に急速に加速する必要がある場合、メインバッテリー１０１のＳＯＣ範囲が前記第２のＳＯＣ範囲（２０〜８０％）の端点にあるが等しないことを優先的に判断する。はいの場合、前記加速航行モードに切り替えることができる。加速航行モードの初期段階において、船舶のクランク軸回転数がまだ高いクランク軸回転数の需要（例：４０００回転／分間（ｒ．ｐ．ｍ））に達していないので、マニピュレータに対する操船者の操作状況に従ってエンジン２０１とモータ２０３を同時に起動させることで、短時間内で船舶のクランク軸回転数を極めて高い効率で加速させることができる。
【００３７】
最後に、船舶のＳＯＣ範囲が前記第３のＳＯＣ範囲（８０％から１００％）の端点より等しい或いは大きい場合、前記高速航行モードに切り替わる。高速航行モードにおいて、先にモータ２０３を通じて最高回転数で一定の船速（例：クランク軸の回転数閾値１５００回転／分間（ｒ．ｐ．ｍ））まで駆動された後、モータ２０３はすぐにオフになり、エンジン２０１が最高速度で始動する。これにより、エンジン２０１を安定させて、最小限の燃費で船舶の超高速運転を維持させることができる。
【００３８】
上記を総合すると、本実施例はクランク軸の回転数閾値１５００回転／分間（ｒ．ｐ．ｍ）、第１のＳＯＣ範囲（０〜２０％）、第２のＳＯＣ範囲（２０〜８０％）及び第３のＳＯＣ範囲（８０％〜１００％）等の最良のパラメータを用い、モータ２０３が運転し、２５００回転／分間（ｒ．ｐ．ｍ．）まで回転する時に続いて運転できるエンジン２０１に最良の燃費性能を有するため、二酸化炭素排出量を削減する目的を達成する。
【００３９】
ただし、上記は本考案の好ましい実施例に過ぎず、本考案の実施範囲は、そのような実施形態に限定されるものではなく、すなわち、本考案の実用新案登録請求の範囲及び明細書の内容に従って行われる簡単な変更や修飾を加えるものは、本考案の保護範囲内に網羅される。
【符号の説明】
【００４０】
１００ 配電モジュール
１０ ハイブリッドパワーシステム
１０１ メインバッテリー
１０２ 内部電源コンバータ
１０３ バックアップバッテリー
１０４ 外部電源コンバータ
２００ 推進モジュール
２０１ エンジン
２０２ クラッチ
２０３ モータ
２０４ ギアボックス
２０５ プロペラ
２０６ モータードライバ
３０１ 陸上電力
３０２ ペイロード
（ａ）〜（ｅ） ステップ
【図１】
0003230878.tif 000003
【図２】
0003230878.tif 000004