KR102254088B1

KR102254088B1 - 잠수함 및 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법

Info

Publication number: KR102254088B1
Application number: KR1020197027095A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더 얀케; 노르베르트 단넨베르크
Original assignee: 티쎈크로프 마리네 지스템스 게엠베하; 티센크룹 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2021-05-20
Also published as: WO2018162602A1; KR20190119623A; DE102017002112A1; EP3592597B1; EP3592597A1; ES2952021T3

Abstract

잠수함들은 전기 드라이브에 공급하기 위한 추진 네트워크 (10) 를 갖는다. 복수의 병렬 배터리 스트링들 (11, 12) 이 연속적인 에너지 공급을 위해 추진 네트워크 (10) 와 연관된다. 배터리 스트링들 (11, 12) 의 병렬 연결은, 균등한 전류들이 배터리 스트링들 (11, 12) 사이에서 흐를 수 있기 때문에, 문제가 있다. DC-DC 컨버터들 (13, 14) 에 의한 균등한 전류들의 회피는 개개의 스트링들 (11, 12) 의 과충전 및 심방전을 야기할 수 있다. 본 발명은 잠수함 및 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법에 관한 것이며, 여기서 추진 네트워크 (10) 의 적어도 2 개의 배터리 스트링들 (11, 12) 의 충전 상태들 (SOC) 은, 배터리 스트링들 (11, 12) 의 개별의 충전 상태들이 개별의 배터리 관리 시스템들 (BMS들) (19) 에 의해 측정되고 배터리 스트링들 (11, 12) 의 개별의 스트링 전압들이 개별의 측정된 충전 상태들에 따라 개별의 DC-DC 컨버터들 (13, 14) 에 의해 설정되는 점에서 동기화된다.

Description

잠수함 및 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법{Submarine and method for operating a drive system of a submarine}

본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따른 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 청구항 11 의 전제부에 따른 잠수함에 관한 것이다.

드라이브 뿐 아니라, 에어-컨디셔닝 시스템들 또는 통신 시스템들과 같은 다른 소비체 (consumer) 들에도 공급하기 위하여, 잠수함들은 적어도 하나의 DC 전압 네트워크 또는 적어도 하나의 트랙션 (traction) 네트워크를 갖는다. 이 트랙션 네트워크는 내연 기관, 배터리들 및/또는 연료 셀들에 의해 공급된다.

수중 이동 시를 포함하여 전기 소비체들이 충분한 전기 에너지를 공급받는 것이 잠수함에 있어서 절대적으로 필수적이기 때문에, 구동 시스템은 내연 기관에 독립적으로 동작될 수 있어야 한다. 이 목적으로, 적어도 하나의 트랙션 네트워크에는 에너지 저장 유닛들로서 기능하는 복수의 병렬 배터리 뱅크들이 할당될 수 있다. 이들 배터리 뱅크들은 각각 직렬로 연결된 복수의 배터리 모듈들 및/또는 배터리 셀들을 갖는다. 보통, 잠수함의 구동 시스템은 하나 이상의 트랙션 네트워크들에 걸쳐 분배될 수 있는 60 개까지의 배터리 뱅크들을 갖는다. 이 맥락에서는, DE 10 2015 216 097 A1 을 인용하는 것이 적절하다.

일반적으로, 수면 위를 이동할 때, 배터리 뱅크들은 내연 기관에 의해 충전되고 수중 이동 중에 그 뱅크들은 전기 소비체들에 에너지를 공급하는 것으로 인해 방전된다. 그러나, 배터리 뱅크들이 연료 셀들에 의해 또는 드라이브 자체에 의해 충전되는 것을 또한 생각할 수 있다.

잘 알려진 바와 같이, 상이한 속성들 또는 배터리 충전 상태들로 인해, 균등한 전류들이 개개의 배터리 뱅크들 사이에서 흐를 수 있기 때문에, 배터리들의 병렬 연결이 결코 문제가 없는 것은 아니다 (by no means unproblematic). 따라서, 병렬 배터리 뱅크들은, 예를 들어 DC-DC 컨버터들에 의하여, 서로 디커플링된다. 그러나, 개개의 뱅크들의 충전 상태 또는 "잔여 용량들" 이 얼마나 높은지에 상관없이 충전 및 방전이 일어나기 때문에, DC-DC 컨버터들을 사용한 병렬 배터리 뱅크들의 이러한 디커플링 조차도 개개의 배터리 뱅크들의 로딩 (loading) 을 야기한다. 그러나, 충전 상태를 고려하지 않은 방전 또는 충전 프로세스는 심방전 (deep discharge) 또는 과충전 (overcharging) 을 야기할 수 있으며, 따라서 배터리들에 회복불가능한 손상을 야기할 수 있다. 이 맥락에서는, DE 10 2014 109 092 A1 을 인용하는 것이 적절하다.

이를 방지하기 위해, 충전 및 방전 프로세스에 관련된 모든 배터리 뱅크들은 맞춤형 조절 스킴 또는 통신 디바이스를 사용하여 조정될 필요가 있을 것이다. 그러나 이것은, 개개의 뱅크들 사이의 증가된 통신 및 제어 노력이 필요하고 이들 필수적인 제어 또는 통신 시스템들의 고장의 이벤트에서는 배터리 뱅크들의 균일한 방전이 더 이상 보장될 수 없다는 단점을 수반한다. 특히, 많은 수들의 사이클들의 경우에, 즉, 배터리들의 빈번한 충전 및 방전의 이벤트에서, 비-균일한 충전 및 방전이 다시 개개의 뱅크들의 과충전 및 심방전을 야기할 수 있다. 이들 타입들의 손상은 배터리들의 단축된 수명을 초래하며, 이는 특히 잠수함들의 동작에 대해 심각한 영향을 미칠 수 있다.

본 발명의 기초가 되는 목적은, 그러면 균일한 방식으로 개개의 배터리 뱅크들의 방전을 가능하게 하는, 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법과 잠수함 양자 모두를 생성하는 것이다.

이 목적을 달성하기 위한 방법은 청구항 1 에서 특정된 조치들을 포함한다. 이에 따르면, 트랙션 네트워크의 적어도 2 개의 배터리 뱅크들의 개별의 충전 상태들 (SOC) 은, 각각의 배터리 뱅크의 SOC들이 배터리 관리 시스템 (BMS) 에 의해 각각의 경우에서 측정되고 각각의 배터리 뱅크의 뱅크 전압이 측정된 SOC 에 의존하는 개별의 배터리 뱅크에 대한 특성 곡선에 근거하여 개별의 DC-DC 컨버터에 의해 설정되는 것에 의해, 서로 동기화되는 것이 규정된다. 각각의 배터리 뱅크의 결정된 SOC 및 이에 따른 나머지 배터리 용량 및 뱅크 전압의 대응하는 세팅에 기초하여, 트랙션 네트워크에서의 전압은 변경 또는 증가된다. 가장 높은 SOC 를 가진 배터리 뱅크는 가장 높은 전압을 설정하고 그 결과 가장 높은 전력을 출력한다. 그 측정의 결과로서, 더 낮은 SOC 를 가진 배터리 뱅크들은, 내부 특성 곡선에 의한 그들 자신의 SOC 에 근거하여 뱅크 전압으로서 설정되는 것보다 더 높은 트랙션 네트워크 전압의 존재를 검출한다. 이 경우에, 더 낮은 전력 출력이 더 낮은 SOC 레벨을 가진 배터리 뱅크로부터 설정된다. 측정된 트랙션 네트워크 전압과 뱅크의 뱅크 전압 간의 차이가 클수록, 이 뱅크로부터의 전력 출력은 낮아진다. 따라서, 어떤 배터리 뱅크도 과충전 또는 심방전되지 않는 것이 보장될 수 있다. 그와는 반대로, DC-DC 컨버터들을 통한 뱅크 전압들의 의존적 조절 (dependent regulation) 및 SOC 의 결정에 의해, 개개의 배터리 뱅크들의 용량 또는 충전 상태는 서로 균등화 또는 동기화될 수 있다. 충전 상태들을 동기화함으로써, 균일한 방전이 수행될 수 있다. 병렬 배터리 뱅크들의 균일한 방전에 의해, 균일한 충전이 또한 동일한 방식으로 수행될 수 있으며, 그 결과 개개의 배터리들의 수명이 증가될 수 있다.

뱅크 전압은 DC-DC 컨버터를 통해 트랙션 네트워크 상에서 측정될 전기 전압을 의미하는 것으로 이해된다. 일반적으로, 뱅크 전압은 트랙션 네트워크 전압과 대략 동일해야 한다. 그러나 트랙션 네트워크의 전기적 구성으로 인해, 트랙션 네트워크에서의 전압은 국부적으로 상이할 수도 있다.

특히, 뱅크 전압들은 개별의 배터리 뱅크에 대한 특성 곡선에 근거하여 DC-DC 컨버터에 의해 설정되는 것이 규정된다. 개별의 배터리 뱅크에 특유한 특성 곡선에 근거하여 뱅크 전압을 제어함으로써, 배터리 뱅크의 방전 또는 충전은 특히 효과적으로 그리고 비-공격적으로 수행될 수 있다. 특성 곡선들에 대한 DC-DC 컨버터들의 배향 (orientation) 으로 인해, 배터리들이 특히 신뢰가능하게 그리고 일관적으로 기능하는 특성 곡선 상의 정확한 영역은 뱅크 전압들에 대해 설정될 수 있다. 각각의 DC-DC 컨버터에 대해 상이한 특성 곡선이 제공되는 것이 바람직하다.

본 발명은 바람직하게는, 배터리 뱅크들의 상이한 부하 전류들에 대한 전류 한계 값들 및 부하-의존적 특성 곡선들이 DC-DC 컨버터들에 저장될 수 있고, 배터리 뱅크들의 뱅크 전압들이 부하에 의존하여 DC-DC 컨버터들에 의해 설정될 수 있다는 것을 규정할 수 있다. 예를 들어, 트랙션 네트워크의 엄청나게 높은 로딩 하에서, 배터리 뱅크들의 동작을 위한 수정된 부하-의존적 특성 곡선이 정상 동작을 위한 특성 곡선보다 더 효율적으로 작용하는 것을 생각할 수 있다. 특히, 20% 보다 낮은 SOC 의 동작의 경우, 배터리 뱅크들은 수정된 특성 곡선에 근거하여 동작되는 것이 규정될 수 있다. 구동 시스템의 개별의 부하 상황에 대한 특성 곡선의 이 적응은, 극단적인 상황들에서도 배터리들의 심방전 또는 과충전이 일어나지 않거나, 또는 심방전이 감소될 수 있음을 보장할 수 있다.

특히, 각각의 DC-DC 컨버터에서, 트랙션 네트워크에 대한 전력 출력은 뱅크 전압에 따라 설정되는 것이 규정될 수도 있다. 각각의 배터리 뱅크에 대한 전압-전류 특성 곡선은 바람직하게는 각각의 DC-DC 컨버터에 저장된다.

본 발명의 추가 유리한 예시적인 실시형태는, 동일한 트랙션 네트워크의 병렬 배터리 뱅크의 경우에서보다 더 높은 SOC 가 측정된 배터리 뱅크가, 더 낮은 SOC 가 측정된 배터리 뱅크보다, 특히 전류 한계에 도달할 때까지, 더 높은 전류를 트랙션 네트워크에 공급하는 것을 규정할 수 있다. 병렬 배터리 뱅크들 간의 동일하지 않은 SOC들은 잠수함의 긴 유휴 주기 후에 또는 개개의 배터리들의 교체 후에 일어날 수 있다. 본 발명에 따라 구동 시스템 또는 트랙션 네트워크를 시동함으로써, 배터리 뱅크들의 SOC들은 서로 균등화된다. 그러나, 우선, 전류가 더 높은 용량 또는 더 높은 SOC 를 가진 배터리 뱅크에 의해 트랙션 네트워크로 공급되어, 개개의 배터리 뱅크들의 SOC 레벨들이 시간에 걸쳐 균등화한다.

더욱이, 더 높은 SOC 를 가진 배터리 뱅크의 전류 한계에 도달할 때 또는 SOC 의 감소 시에, 트랙션 네트워크 전압이 감소되는 것이 규정될 수 있다. 트랙션 네트워크 전압은 다른 배터리 뱅크들이 그들의 전력 출력을 증가시킬 때까지 계속 감소될 수 있다. 바람직하게는, 트랙션 네트워크 전압은 다음으로 더 낮은 SOC 를 가진 배터리 뱅크의 전압으로 제한된다. 대안적으로, 배터리 뱅크의 트랙션 네트워크 전압은 가장 낮은 SOC 를 가진 전압으로 제한될 수 있어, 이 높은 부하 경우에 있어, 부하가 하나의 트랙션 네트워크의 배터리 뱅크들에 걸쳐 고르게 분배된다. 동일하게, 복수의 트랙션 네트워크들의 트랙션 네트워크 전압들은 균등화되거나 또는 동기화되는 것이 규정될 수 있다. SOC 레벨의 이 균등화는 모든 배터리 뱅크들의 균일한 방전이 일어나게 한다.

본 발명의 추가 예시적인 실시형태는 바람직하게는, 트랙션 네트워크 전압이 특히 SOC 의 100% (예를 들어 700 V) 와 20% (예를 들어 650 V) 사이의 전압 범위에서 DC-DC 컨버터들에 의해 조절되는 것을 규정할 수 있다. 바람직하게는, 개개의 배터리 뱅크들의 뱅크 전압 또는 트랙션 네트워크 전압은, 거의 완전히 선형적으로 거동하는 범위에서 조절되어, 소비체들이 거의 일정한 전류 또는 전압을 공급받게 한다. 이 선형 범위는, 모든 소비체들이 일정한 전기 에너지를 공급받기 때문에, 그 모든 소비체들에 대해 특히 방어적이다. 추가로, 구동 시스템에 의해 요구되는 에너지를 생성하기 위하여 전압들의 어떤 일정한 조정 또는 폐루프 제어도 필요하지 않다.

추가로, 바람직하게는, 트랙션 네트워크 상의 스위칭-유도 전압 점프들이 측정된 전압 입력 신호의 필터들, 바람직하게는 디지털 또는 아날로그 입력 필터들에 의해 평활화되는 것이 규정된다. 이것은, 예를 들어, 로우-패스 필터에 의하여 구현될 수 있다. 이것은 트랙션 네트워크의 관성 때문에 DC-DC 컨버터들이 배터리 뱅크들의 모든 전압 변동에 응답하지 않는 상황을 방지할 수 있다. 특히, 예를 들어, 전기 소비체들을 온 또는 오프로 스위칭하는 것 뿐 아니라, 부하 차단 (load shedding) 에 의해서도 야기될 수 있는 부하의 단기 변동들은 트랙션 네트워크에 의해 인터셉트되어야 하는 전압 변동들을 야기할 수 있다. 필터들은 바람직하게는 작은 전압 변동들을 없애는데 사용된다.

특히, 추가적으로, 배터리 뱅크들의 방전 전압의 특성이 그의 특성 곡선의 기울기에 의해 선형화되는 것이 규정될 수도 있다. 특성 곡선의 이 SOC-의존적 적응은, 낮은 SOC 값들에서도, 배터리 뱅크들의 특히 효과적이고 신뢰가능한 동작이 달성될 수 있게 한다.

추가로, 배터리 뱅크들은 발전기 (generator) 에 의해 특성 곡선에서의 미리결정된 전압 레벨에 도달할 때 DC-DC 컨버터들에 의해 충전 모드로 전환되는 것이 규정된다. 따라서 충전 모드로 전환하기 위한 미리결정된 전압 레벨은 유리하게는, 방전이 일어나는 가장 높은 전압보다 높을 수 있고, 따라서 배터리들이 풀로 충전될 때 뱅크 전압은 100% SOC 에 대응한다. 트랙션 네트워크 및/또는 배터리 뱅크들이 충전 모드로 변경하는 것이 에너지적으로 더 유리해지면, 대응하는 배터리 뱅크들은 구동 시스템에 의해 최대 SOC 까지 충전된다. 이 모드 변경은 BMS 및/또는 DC-DC 컨버터들에 의해 자동적으로 실행될 수 있다.

상기 특정된 목적을 달성하기 위한 잠수함은 청구항 11 의 피처들을 갖는다. 따라서, 배터리 뱅크들의 충전 상태들 (SOC) 은 배터리 관리 시스템 (BMS) 에 의해 결정될 수 있고 각각의 배터리 뱅크의 뱅크 전압들은, 개개의 배터리 뱅크들의 SOC들이 서로 동기화되는 것과 같은 방식으로, 측정된 SOC 에 의존하여 개별의 DC-DC 컨버터에 의해 설정될 수 있다는 것이 규정된다. 각각의 배터리 뱅크에 대한 BMS 에 의한 SOC 및 이에 따른 잔여 용량의 결정에 의해, 배터리 뱅크들은 과충전 또는 심방전되는 것이 방지될 수 있다. DC-DC 컨버터들을 통한 뱅크 전압들의 의존적 조절 및 SOC들의 결정에 의해, 개개의 배터리 뱅크들의 용량들 또는 충전 상태들이 서로 균등화 또는 동기화될 수 있다. 충전 상태들의 이 동기화는 배터리 뱅크들의 균일한 방전이 달성되게 한다. 병렬 배터리 뱅크들의 균일한 방전에 의해, 균일한 충전이 또한 유사한 방식으로 수행될 수 있다.

바람직하게는, 배터리 뱅크들의 상이한 부하 전류들에 대한 전류 한계 값들 및 부하-의존적 특성 곡선들은 DC-DC 컨버터들에 저장될 수 있고, 그 곡선들의 도움으로, 배터리 뱅크들의 뱅크 전압들은 구동 시스템 상의 부하에 의존하여 DC-DC 컨버터들에 의해 설정될 수 있다는 것이 규정될 수 있다. 이 부하-의존적 제어는 전체 구동 시스템으로 튜닝되는 방식으로 개별적으로 개개의 배터리 뱅크들이 효율적으로 방전 및/또는 재충전되게 한다.

추가로, 배터리 뱅크들은 복수의 리튬-이온 배터리들을 갖는 것이 추가적으로 규정될 수 있다. 각각의 뱅크의 리튬-이온 배터리들의 수를 가변시킴으로써, 용량은 요구에 따라 결정될 수 있다. 그러나, 다른 타입들의 배터리들이 배터리 뱅크들에서 사용될 수 있는 것을 또한 생각할 수 있다.

바람직한 예시적인 실시형태가 도면들의 도움으로 이하에 더 상세히 논의될 것이다.
도 1 은 2 개의 DC-DC 컨버터들을 가진 구동 시스템의 상세 (detail) 를 도시한다.
도 2 는 SOC 특성 곡선을 도시한다.
도 3 은 SOC 특성 곡선을 도시한다.

도 1 은 잠수함의 구동 시스템의 트랙션 네트워크 (10) 의 상세를 도시한다. 트랙션 네트워크 (10) 에는 2 개의 병렬 배터리 뱅크들 (11, 12) 이 할당된다. 이들 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 각각은 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀들 (18), 바람직하게는 리튬-이온 배터리들을 갖는다.

개개의 배터리 뱅크들 (11, 12) 은 DC-DC 컨버터 (13, 14) 에 의해 트랙션 네트워크 (10) 에 각각 링크된다. 본 발명에 따르면, 구동 시스템은 1 초과의 트랙션 네트워크 (10) 를 가질 수 있고 그 트랙션 네트워크 (10) 에 복수의 추가 병렬 배터리 뱅크들 (11, 12) 이 차례로 할당되는 것을 또한 생각할 수 있다는 것을 이 시점에서 명시적으로 지적해야 한다. 보통, 일반적인 구동 시스템은 30 내지 60 개의 배터리 뱅크들 (11, 12) 을 가져, 복수의 배터리 뱅크들 (11, 12) 이 각각의 트랙션 네트워크 (10) 에 할당된다.

본 발명에 따르면, 각각의 배터리 뱅크 (11, 12) 는 적어도 하나의 배터리 관리 시스템 (BMS) (19) 을 갖는다. 이 BMS (19) 는 각각의 배터리 뱅크 (11, 12) 의 충전 상태 (SOC) 를 결정한다. 각각의 뱅크 (11, 12) 에 대해 결정된 SOC 는 그 후 BMS (19) 로부터 제어 시스템 (20) 을 통해 대응하는 DC-DC 컨버터 (13, 14) 에 송신된다. 그 결과, 각각의 배터리 뱅크 (11, 12) 의 뱅크 전압은 SOC 에 의존하여 DC-DC 컨버터 (13, 14) 에 의해 설정된다.

도 2 에 묘사된 그래프는 배터리의 SOC 에 따른 배터리 전압 (U) 을 도시한다. 도 2 에 도시된 곡선 (15) 으로부터, 배터리 전압 (U) 은 SOC 의 20% 에서 100% 까지의 범위에서 거의 일정하다는 것이 명백하다. 따라서, SOC 의 20% 와 100% 사이의 이 범위는, 여기서 개개의 배터리 뱅크들 (11, 12) 에 의해 제공된 전기 에너지가 상대적으로 일정하기 때문에, 잠수함의 구동 시스템의 동작을 위한 바람직한 동작 범위를 나타낸다.

BMS (19) 에 의하여 각각의 배터리 뱅크 (11, 12) 의 개개의 SOC들을 결정함으로써, DC-DC 컨버터들 (13, 14) 은, 이들 뱅크들 (11, 12) 의 각각이 바람직하게는 이 선형 범위에서 동작되는 것과 같은 방식으로, 개개의 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 뱅크 전압들을 제어한다. 100% 의 값보다 높은 SOC 가 검출되면, 이 뱅크 (11, 12) 는, 100% 이하의 적절한 값의 SOC 에 도달할 때까지, 전기 에너지가 우선 이 뱅크 (11, 12) 에 의해 트랙션 네트워크 (10) 에 공급되는 그러한 방식으로 제어된다. 유사하게, SOC 가 20% 에 근접하거나 또는 그 보다 낮은 배터리 뱅크 (11, 12) 는 전기 소비체로부터 디커플링되어, 그 전기 소비체는 나머지 배터리 뱅크들 (11, 12) 에 의해 전기 전력을 공급받는다.

따라서 시간에 걸쳐, 트랙션 네트워크 (10) 의 모든 배터리 뱅크들 (11, 12) 에서 동일성의 SOC 가 설정되어야 한다. 개개의 배터리 뱅크들의 서로와의 이 동기화로 인해, 뱅크들 (11, 12) 은 특히 효과적으로 그리고 긴 시간 주기에 걸쳐 사용될 수 있다.

배터리 뱅크들 (11, 12) 의 뱅크 전압들의 제어 및/또는 동기화는 BMS (19) 를 통해 또는 DC-DC 컨버터들 (13, 14) 을 통해 자동적으로 수행된다. 트랙션 네트워크 (10) 상에 특히 높은 전기 부하가 존재하면, 배터리 뱅크들 (11, 12) 에 대한 저장된 특성 곡선 및 전류 한계 값들이 가변될 수 있어, 증가된 부하 하에서도 배터리 뱅크들 (11, 12) 은 특성 곡선 (16) (도 3) 의 바람직하게 상대적으로 선형 영역에서 동작될 수 있다.

소정의 상황들을 위해, 특히 수중 이동을 위해, 배터리 뱅크들 (11, 12) 은, 20% 보다 낮은 SOC 에서도, 여전히 전기 에너지를 트랙션 네트워크 (10) 에 효율적으로 그리고 신뢰가능하게 공급하는 것이 필수적일 수도 있다. 배터리 뱅크들 (11, 12) 에 대해 20% 보다 낮은 SOC 가 BMS (19) 에 의해 결정되자마자, 배터리 뱅크들 (11, 12) 은 이 경우에 대해 저장된 특성 곡선 (17) (도 3) 에 따라 동작된다. 낮은 SOC 에서 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 이 타겟팅된 동작에 의하여, 개개의 배터리 셀들의 심방전은 감소 또는 방지될 수 있다.

10 : 트랙션 네트워크
11 : 배터리 뱅크
12 : 배터리 뱅크
13 : DC-DC 컨버터
14 : DC-DC 컨버터
15 : 곡선
16 : 특성 곡선
17 : 특성 곡선
18 : 배터리 셀들
19 : 배터리 관리 시스템 (BMS)
20 : 제어 시스템
21 : 뱅크 전압
22 : 배터리 뱅크 전압
23 : 배터리 뱅크 전류

Claims

적어도 하나의 소비체 (consumer) 에 전기 에너지를 공급하기 위한 적어도 하나의 전기 트랙션 (traction) 네트워크 (10) 를 가진 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법으로서,
DC-DC 컨버터 (13, 14) 에 의해 상기 트랙션 네트워크 (10) 에 각각 링크되는 적어도 2 개의 병렬 배터리 뱅크들 (11, 12) 은 각각의 트랙션 네트워크 (10) 에 할당되고,
트랙션 네트워크 (10) 의 상기 적어도 2 개의 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 개별의 충전 상태들 (SOC) 은, 각각의 배터리 뱅크 (11, 12) 의 상기 SOC 가 배터리 관리 시스템 (BMS) (19) 에 의해 각각의 경우에서 측정되고, 각각의 배터리 뱅크 (11, 12) 의 뱅크 전압 (21) 이 측정된 상기 SOC 에 의존하는 개별의 배터리 뱅크 (11, 12) 에 대한 특성 곡선에 근거하여 개별의 DC-DC 컨버터 (13, 14) 에 의해 설정되는 것에 의해, 서로 동기화되고,
동일한 트랙션 네트워크 (10) 의 병렬 배터리 뱅크 (11, 12) 의 경우에서보다 더 높은 SOC 가 측정된 배터리 뱅크 (11, 12) 는, 더 낮은 SOC 가 측정된 배터리 뱅크 (11, 12) 보다, 더 높은 전류를 상기 트랙션 네트워크 (10) 로 공급하고,
상기 더 높은 SOC 를 가진 배터리 뱅크 (11, 12) 의 전류 한계에의 도달 시 또는 상기 SOC 의 감소 시, 트랙션 네트워크 전압이 감소되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 상이한 부하 전류들에 대한 전류 한계 값들 및 부하-의존적 특성 곡선들 (16) 은 상기 DC-DC 컨버터들 (13, 14) 에 저장되고 상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 뱅크 전압들은 부하에 의존하여 상기 DC-DC 컨버터들 (13, 14) 에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 DC-DC 컨버터들 (13, 14) 은 상기 뱅크 전압 (21) 에 따라 상기 트랙션 네트워크 (10) 에 대한 전력 출력을 설정하거나, 또는 전압-전류 특성 곡선이 상기 DC-DC 컨버터들에 저장되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동일한 트랙션 네트워크 (10) 의 병렬 배터리 뱅크 (11, 12) 의 경우에서보다 더 높은 SOC 가 측정된 배터리 뱅크 (11, 12) 는, 더 낮은 SOC 가 측정된 배터리 뱅크 (11, 12) 보다 더 높은 전류를 전류 한계에 도달할 때까지 상기 트랙션 네트워크 (10) 로 공급하는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 더 높은 SOC 를 가진 배터리 뱅크 (11, 12) 의 전류 한계에의 도달 시 또는 상기 SOC 의 감소 시, 상기 트랙션 네트워크 전압은, 다른 배터리 뱅크들 (11, 12) 이 그들의 전력 출력을 증가시킬 때까지 감소되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 배터리 뱅크 (11, 12) 의 상기 트랙션 네트워크 전압은 다음으로 더 낮은 또는 가장 낮은 SOC 를 가진 전압으로 감소되어, 부하가 하나의 트랙션 네트워크 (10) 의 상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 에 걸쳐 고르게 분배되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
하나의 배터리 뱅크 (11, 12) 의 뱅크 전압들은 100% (또는 700 V) 와 20% (또는 650 V) 의, 특정 전압 범위에서, 또는 특정 SOC 범위에서 상기 개별의 DC-DC 컨버터들 (13, 14) 에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 트랙션 네트워크 (10) 상의 측정된 입력 신호의 스위칭-관련 전압 점프들은, 필터들, 또는 디지털 또는 아날로그 입력 필터들에 의해, 또는 로우-패스 필터들에 의해 평활화되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 개개의 배터리 모듈들의 또는 상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 방전 전압의 특성은 상기 특성 곡선의 기울기에 의해 선형화되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 은, 발전기 (generator) 에 의해 상기 특성 곡선에서의 미리결정된 전압 레벨에 도달할 때 상기 DC-DC 컨버터들 (13, 14) 에 의해 충전 모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
적어도 2 개의 병렬 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 충전 상태들 (SOC) 을 동기화하기 위한 회로를 갖는 잠수함으로서,
상기 적어도 2 개의 병렬 배터리 뱅크들 (11, 12) 은 상기 잠수함의 공통 트랙션 네트워크 (10) 에 할당되고, 각각의 배터리 뱅크 (11, 12) 는 적어도 하나의 배터리 관리 시스템 (BMS) (19) 을 갖고 2 개의 배터리 뱅크들 (11, 12) 은 각각 DC-DC 컨버터 (13, 14) 를 통해 상기 트랙션 네트워크 (10) 에 링크되고,
상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 각각의 배터리 뱅크의 상기 SOC 는 BMS (19) 에 의해 결정될 수 있고 각각의 배터리 뱅크 (11, 12) 의 뱅크 전압들은, 개개의 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 SOC들이 서로 동기화되는 것과 같은 방식으로, 측정된 SOC 에 의존하여 개별의 DC-DC 컨버터 (13, 14) 에 의해 설정될 수 있고,
상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 상이한 부하 전류들에 대한 전류 한계 값들 및 부하-의존적 특성 곡선들 (16, 17) 은 상기 DC-DC 컨버터들 (13, 14) 에 저장될 수 있고, 상기 곡선들의 도움으로, 상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 상기 뱅크 전압들은 부하에 의존하여 상기 DC-DC 컨버터들 (13, 14) 에 의해 설정될 수 있고,
측정된 상기 트랙션 네트워크 전압과 배터리 뱅크의 상기 뱅크 전압 간의 차이가 클수록 이 배터리 뱅크로부터의 전력 출력은 낮아지도록, 더 낮은 전력 출력이 더 낮은 SOC 레벨을 가진 상기 배터리 뱅크로부터 설정되는 것을 특징으로 하는 잠수함.
제 11 항에 있어서,
상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 은 복수의 리튬-이온 배터리들을 갖는 것을 특징으로 하는 잠수함.
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