KR102323702B1 - 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템 - Google Patents

선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템 Download PDF

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Abstract

본 명세서의 일 실시예에 따라, 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 서버의 동작 방법에 있어서, 배터리 시스템 및 수소 연료 전지 시스템 중 적어도 어느 하나에 기초하여 전력 제어 시스템을 구동하는 단계, 구동된 전력 제어 시스템에 기초하여 전동기에 전력을 공급하는 단계 및 전동기에 기초하여 선박을 주행시키는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 배터리 시스템은 배터리를 구비하고, 배터리는 외부 배터리 충전시설에 기초하여 충전되고, 수소 연료 전지 시스템은 수소 저장탱크를 포함하고, 수소 저장탱크는 외부 수소 충전시설에 기초하여 충전될 수 있다.

Description

선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템{HYDROGEN-ELECTRIC PLUG-IN HYBRID SYSTEM FOR MARINE}
실시예들은 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템을 구비한 선박에 전력을 공급하여 동작하는 시스템에 대한 것이다.
선외기는 중소형 어선 및 레저보트 후미에 설치되는 선박 외부 추진장치로 기존에는 가솔린 엔진을 주로 사용하여 선박이 주행되도록 하였다. 다만, 가솔린 엔진의 경우 환경오염 물질 및 온실가스 배출이 많으며, 이에 따라 환경오염 등의 문제가 지속적으로 발생하고 있는 실정이다. 또한, 국내 중소형 선박 중 많은 선박들이 현재 가솔린 엔진에 기초한 선외기를 사용하고 있으며, 이에 따른 환경오염이 많이 발생하고 있다.
상술한 점을 고려하여 친환경 선외기를 도입하고자 하는 니즈가 증가하고 있다. 나아가 선외기의 효율을 높여 선박이 장시간 안정적으로 주행하도록 하는 니즈가 커지고 있다. 하기에서는 친환경 선외기로써 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템에 기초하여 동작하는 선외기 및 선박에 대해 서술한다.
한국특허등록 제 10-2020-0067668호
본 명세서는 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템에 대한 것이다.
본 명세서는 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템에 기초하여 동작하는 선외기 및 선박에 대한 것이다.
본 명세서는 수소 연료 전지 시스템 및 배터리 시스템을 모두 구비한 선박에 대한 것이다.
본 명세서는 주변 환경을 고려하여 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템이 동작하는 방법에 대한 것이다.
본 명세서의 해결하고자 하는 과제는 상술한 바에 한정되지 아니하고, 하기에서 설명하는 발명의 실시예들에 의해 도출될 수 있는 다양한 사항들로 확장될 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따라, 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 서버의 동작 방법에 있어서, 배터리 시스템 및 수소 연료 전지 시스템 중 적어도 어느 하나에 기초하여 전력 제어 시스템을 구동하는 단계, 구동된 전력 제어 시스템에 기초하여 전동기에 전력을 공급하는 단계 및 전동기에 기초하여 선박을 주행시키는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 배터리 시스템은 배터리를 구비하고, 배터리는 외부 배터리 충전시설에 기초하여 충전되고, 수소 연료 전지 시스템은 수소 저장탱크를 포함하고, 수소 저장탱크는 외부 수소 충전시설에 기초하여 충전될 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시예에 따라, 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 서버는 네트워크를 통해 외부 데이터를 수신하는 트랜시버, 선박 외부 환경 정보를 센싱하는 센서, 선박의 위치 정보를 획득하는 GPS 및 공급 전력 관련 정보를 디스플레이하는 디스플레이 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시예에 따라, 서버는 배터리 시스템 및 수소 연료 전지 시스템 중 어느 하나의 시스템을 통해서 전력 제어 시스템에 전력을 공급하여 구동시키고, 선박이 전동기에 기초하여 주행 중인 경우, 선박은 제 1 구간에서 배터리 시스템에 기초하여 전력을 공급받아 주행하고, 제 2 구간에서 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 전력을 공급받아 주행하되, 제 1 구간 및 제 2 구간은 센서를 통해 획득한 외부 온도 정보, 배터리 온도 정보, 수소 저장탱크의 온도 정보, 선박의 움직임 정도 정보, 선박의 기울기 정도 정보 및 해수 깊이 정보 중 적어도 어느 하나의 정보와 트랜시버를 통해 획득한 외부 데이터를 이용하여 결정될 수 있다
또한, 본 명세서의 일 실시예에 따라, 선박은 센서로부터 센싱한 정보에 기초하여 외부 온도가 임계 값보다 작은 경우에는 선박에 배터리 시스템에 기초하여 전력을 공급하는 제 1 구간을 지속적으로 설정할 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시예에 따라, 선박이 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 외부 수소 충전 시설로 수소를 충전하고자 함을 디텍트한 경우, 선박은 GPS 정보에 기초하여 선박의 위치 정보 및 외부 수소 충전 시설의 위치 정보를 획득하고, 선박의 이동 예상 거리 및 이동 예상 시간에 기초하여 선박이 외부 수소 충전 시설에 도달하는 시점에서 수소 저장탱크의 수소 잔량이 0으로 설정되도록 배터리 시스템 및 수소 연료 전지 시스템을 제어할 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시예에 따라, 수소 연료 전지 시스템은 수전해 장치와 연결되고, 선박이 일반상황인 경우, 배터리 시스템 및 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 전력을 공급받고, 선박이 비상상황인 경우, 수전해 장치는 물에 대한 전기 분해에 기초하여 수소 저장탱크로 수소를 공급하여 선박에 전력을 공급할 수 있다.
본 명세서는 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템을 제공할 수 있다.
본 명세서는 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템에 기초하여 효율적으로 선외기 및 선박을 동작시키는 효과가 있다.
본 명세서는 수소 연료 전지 시스템 및 배터리 시스템을 모두 구비한 선박을 통해 친환경적으로 동작하는 선박을 제공할 수 있다.
본 명세서는 주변 환경을 고려하여 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템이 동작하도록 하는 방법을 제공할 수 있다.
본 명세서는 배터리가 전체 출력을 부스팅함으로써 수소연료전지의 최대 출력을 낮추어 비용 절감 효과를 가질 수도 있다.
명세서의 효과는 상술한 바에 한정되지 아니하고, 하기에서 설명하는 발명의 실시예들에 의해 도출될 수 있는 다양한 사항들로 확장될 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일실시예에 따라 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 명세서의 일실시예에 있어서 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템에 기초하여 전력을 공급하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 명세서의 일실시예에 있어서 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템에 기초하여 전력을 공급하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 명세서의 일실시예에 있어서 전기 제어 유닛의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 명세서의 일실시예에 있어서 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템을 구비한 선박의 동작을 나타낸 도면이다.
도 6a는 본 명세서의 일실시예에 있어서 수소 연료 시스템과 배터리 시스템이 상호 보완적으로 동작하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 6b는 본 명세서의 일실시예에 있어서 수소 연료 시스템과 배터리 시스템이 상호 보완적으로 동작하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 명세서의 일실시예에 있어서 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
본 명세서의 실시예를 설명함에 있어서 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 도면에서 본 명세서의 실시예에 대한 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서의 실시예에 있어서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소와 "연결", "결합" 또는 "접속"되어 있다고 할 때, 이는 직접적인 연결관계뿐만 아니라, 그 중간에 또 다른 구성요소가 존재하는 간접적인 연결관계도 포함할 수 있다. 또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소를 "포함한다" 또는 "가진다"고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서의 실시예에 있어서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 특별히 언급되지 않는 한 구성요소들 간의 순서 또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 따라서, 본 명세서의 실시예의 범위 내에서 실시예에서의 제1 구성요소는 다른 실시예에서 제2 구성요소라고 칭할 수도 있고, 마찬가지로 실시예에서의 제2 구성요소를 다른 실시예에서 제1 구성요소라고 칭할 수도 있다.
본 명세서의 실시예에 있어서, 서로 구별되는 구성요소들은 각각의 특징을 명확하게 설명하기 위함이며, 구성요소들이 반드시 분리되는 것을 의미하지는 않는다. 즉, 복수의 구성요소가 통합되어 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있고, 하나의 구성요소가 분산되어 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있다. 따라서, 별도로 언급하지 않더라도 이와 같이 통합된 또는 분산된 실시예도 본 명세서의 실시예의 범위에 포함된다.
본 명세서에서 네트워크는 유무선 네트워크를 모두 포함하는 개념일 수 있다. 이때, 네트워크는 디바이스와 시스템 및 디바이스 상호 간의 데이터 교환이 수행될 수 있는 통신망을 의미할 수 있으며, 특정 네트워크로 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 기술된 실시예는 전적으로 하드웨어이거나, 부분적으로 하드웨어이고 부분적으로 소프트웨어이거나, 또는 전적으로 소프트웨어인 측면을 가질 수 있다. 본 명세서에서 "부(unit)", "장치" 또는 "시스템" 등은 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 또는 소프트웨어 등 컴퓨터 관련 엔티티(entity)를 지칭한다. 예를 들어, 본 명세서에서 부, 모듈, 장치 또는 시스템 등은 실행중인 프로세스, 프로세서, 객체(object), 실행 파일(executable), 실행 스레드(thread of execution), 프로그램(program), 및/또는 컴퓨터(computer)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 컴퓨터에서 실행중인 애플리케이션(application) 및 컴퓨터의 양쪽이 모두 본 명세서의 부, 모듈, 장치 또는 시스템 등에 해당할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일실시예에 따라 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 선박(100)은 연료 전지 선외기(110), 수소 저장탱크(120-1, 120-2) 및 배터리 시스템(130)을 포함할 수 있다. 이때, 연료전지 선외기(110)는 가솔린 엔진이 아닌 배터리 시스템 및 수소 연료 시스템에 기초하여 동작하는 선외기일 수 있다. 보다 상세하게는, 연료 전지 선외기(110)는 선박 전력 제어시스템에 기초하여 전동기를 구동시켜 선박의 주행 동력을 제공할 수 있다. 여기서, 연료 전지 선외기(110)는 수소 연료 전지 시스템과 배터리 시스템(130)에 연결될 수 있다. 일 예로, 배터리 시스템(130)은 배터리를 포함할 수 있으며, 배터리는 충전이 가능한 형태의 배터리로 리튬이온 배터리나 그 밖의 배터리를 포함할 수 있으며, 특정 형태로 한정되지 않는다. 여기서, 배터리 시스템(130)은 외부 배터리 충전 시설(150)과 연결되어 충전될 수 있으며, 이에 기초하여 선박에 동력을 공급할 수 있다.
또 다른 일 예로, 배터리 시스템(130)은 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 선박이 이동하는 경우, 충전될 수 있다. 즉, 배터리 시스템(130)은 외부 배터리 충전시설(150)이나 선박의 이동에 의해 충전이 가능한 시스템일 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
또한, 일 예로, 수소 연료 전지 시스템은 수소 저장탱크(120-1, 120-2)와 연결되어 수소 연료를 기반으로 동력을 생산하고, 이를 연료 전지 선외기(110)로 전달하는 시스템일 수 있다. 일 예로, 선박은 두 개의 수소 저장탱크(120-1, 120-2)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아닐 수 있으며, 수소 저장탱크(120-1, 120-2)의 수 및 용량은 변동될 수 있다. 보다 구체적인 일 예로, 소형 선박에서 수소 저장탱크의 용량이 적을 수 있고, 중형 또는 대형 선박일수록 수소 저장탱크의 용량이 클 수 있다. 또 다른 일 예로, 수소 저장탱크는 배터리 시스템에 기초하여 배터리 용량을 고려하여 설계될 수 있다.
일 예로, 배터리 용량이 크고, 동력 공급의 높은 비중을 배터리가 차지하는 경우, 수소 저장탱크 용량을 줄여 선박의 크기를 줄일 수 있다. 반면, 배터리 용량이 작고, 동력 공급의 높은 비중이 수소 연료 전지 시스템에 의존하는 경우, 수소 저장탱크 용량이 커질 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다. 이때, 수소 저장탱크는 외부의 수소 충전시설(140)을 통해 수소가 충전될 수 있다. 일 예로, 수소 연료 전지 시스템은 수소 저장탱크에 저장된 수소를 이용하여 동력을 생성할 수 있으며, 이를 통해 선박이 이동할 수 있다. 여기서, 상술한 배터리 시스템 및 수소 연료 전지 시스템을 제어하는 시스템은 연료 전지 선외기(110) 내의 선박 전력 제어 시스템일 수 있다. 이때, 선박 전력 제어 시스템은 특정 장치 형태로 선박에 부착 또는 장착될 수 있다. 또한, 선박 전력 제어 시스템은 네트워크를 통해 외부 망과 연결될 수 있다. 보다 구체적인 일 예로, 선박 전력 제어 시스템은 상술한 배터리 시스템 및 수소 연료 전지 시스템을 제어하기 위한 인트라 네트워크와 외부 망과 데이터 통신을 수행하는 인터 네트워크를 구비할 수 있다. 즉, 선박 전력 제어 시스템은 각각의 네트워크를 통해 내부 구성요소를 제어하고, 나아가 외부 데이트를 활용하여 전력 공급을 조절할 수 있다. 이때, 외부 네트워크의 통신망(일례로, 이동통신망, 유선 인터넷, 무선 인터넷, 방송망, 위성망 등)을 활용하는 통신 방식뿐만 아니라 기기들 간의 근거리 무선 통신 역시 포함될 수 있다. 일 예로, 네트워크는, 객체와 객체가 네트워킹 할 수 있는 모든 통신 방법을 포함할 수 있으며, 유선 통신, 무선 통신, 3G, 4G, 5G, 혹은 그 이외의 방법으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 유선 및/또는 네트워크는 LAN(Local Area Network), MAN(Metropolitan Area Network), GSM(Global System for Mobile Network), EDGE(Enhanced Data GSM Environment), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), W-CDMA(Wideband Code Division Multiple Access), CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 와이-파이(Wi-Fi), VoIP(Voice over Internet Protocol), LTE Advanced, IEEE802.16m, WirelessMAN-Advanced, HSPA+, 3GPP Long Term Evolution (LTE), Mobile WiMAX (IEEE 802.16e), UMB (formerly EV-DO Rev. C), Flash-OFDM, iBurst and MBWA (IEEE 802.20) systems, HIPERMAN, Beam-Division Multiple Access (BDMA), Wi-MAX(World Interoperability for Microwave Access) 및 초음파 활용 통신으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 통신 방법에 의한 통신 네트워크를 지칭할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 상술한 바를 통해, 선박 전력 제어 시스템은 선박의 전력을 제어하기 위해 외부 데이터를 수신하고, 내부 구성들을 제어할 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다.
도 2는 본 명세서의 일실시예에 있어서 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템에 기초하여 전력을 공급하는 방법을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 상술한 수소 충전 시설(140)은 수소 충전을 수소 저장탱크(120-1, 120-2)에 제공할 수 있다.(S211) 그 후, 수소 저장탱크(120-1, 120-2)는 수소 연료 전지 시스템으로 수소를 공급할 수 있다.(S212) 이때, 수소 연료 전지 시스템은 공급된 수소를 이용하여 전력을 생성할 수 있으며, 생성된 전력은 DC-DC 컨버터를 통해(S213), 선박 전력 제어 시스템으로 전달될 수 있다. (S214)
또한, 일 예로, 배터리 충전 시설(150)은 AC-DC 컨버터를 통해(S221) 배터리 시스템(130)으로 전력을 공급하여 충전을 수행할 수 있다.(S222) 이때, 배터리 시스템(130)은 충전된 전력을 선박 전력 제어시스템으로 전달할 수 있다.(S223) 즉, 선박 전력 제어시스템은 배터리 시스템(130) 및 수소 연료 전지 시스템 중 적어도 어느 하나로부터 전력을 공급 받을 수 있다. 그 후, 선박 전력 제어시스템은 공급받은 전력에 기초하여 전동기를 구동하여 선박을 이동시킬 수 있다.(S224)
도 3은 본 명세서의 일실시예에 있어서 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 시스템에 기초하여 전력을 공급하는 방법을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 상술한 도 1 및 도 2에 기초하여 동작하는 선박의 각 구성 간의 관계를 나타낸 도면이다. 일 예로, 도 3을 참조하면, 수소 연료 전지 시스템(310)은 수소 저장탱크(311), 연료 셀 시스템(312) 및 DC-DC 컨버터(313)를 포함할 수 있다. 여기서, 수소 연료 전지 시스템(310)은 도 1 및 도 2에서 상술한 바와 같이 수소 충전시설을 통해 수소 저장탱크(311)가 충전되고, 충전된 수소를 통해 연료 셀 시스템(312)에서 전력을 생성하여 DC-DC 컨버터(313)를 이용하여 선박 전력 제어 시스템(330)으로 전력을 공급할 수 있다. 여기서, 일 예로, 수소 연료 전지 시스템(310)은 수전해 장치(340)과 더 연결될 수 있다. 수전해 장치(340)는 물의 전기 분해에 기초하여 수소를 생성하는 장치일 수 있으며, 수전해 장치(340)는 수소 저장탱크(311)와 연결될 수 있다. 즉, 수소 연료 전지 시스템(310)에서 수소는 수소 충전시설을 통해 충전될뿐만 아니라 수전해 장치(340)를 통해서도 충전될 수 있다.
다만, 일 예로, 수전해 장치(310)로 공급하는 수소의 양은 한계가 존재할 수 있다. 상술한 점을 고려하여, 수전해 장치(310)는 비상시에만 수소를 공급하도록 설정될 수 있다. 구체적인 일 예로, 배터리 시스템(320) 및 수소 연료 전지 시스템(310)에 의해 선박의 이동 가능 거리 및 이동 가능 시간이 결정될 수 있다. 일 예로, 선박의 이동 가능 거리 및 이동 가능 시간은 배터리 시스템(320)에 기초하여 배터리 용량 및 수소 연료 전지 시스템(310)에 기초하여 수소 저장탱크의 수소량에 기초하여 결정될 수 있다. 또 다른 일 예로, 선박의 이동 가능 거리 및 이동 가능 시간은 주변 환경 정보를 더 고려할 수 있다. 일 예로, 선박은 바다 또는 강과 같이 수면 위에서 이동하기 때문에 기상이나 해상 상태에 많은 영향을 받을 수 있다. 일 예로, 기상 상태가 좋은 경우, 선박의 이동 가능 거리 및 이동 가능 시간은 증가할 수 있고, 기상 상태가 좋지 않은 경우, 선박의 이동 가능 거리 및 이동 가능 시간은 감소할 수 있다. 일 예로, 선박은 센서를 포함할 수 있으며, 이에 기초하여 주변 환경 정보를 획득하여 선박의 이동 가능 거리 및 이동 가능 시간을 계산할 수 있다. 이때, 일 예로, 배터리 시스템(320) 및 수소 연료 전지 시스템(310)에 기초하여 선박의 이동 가능 거리 및 이동 가능 시간이 크지 않은 경우로써 임계 값보다 작은 경우를 고려할 수 있다. 여기서, 선박이 정박 중이거나 배터리 충전 시설 또는 수소 충전 시설과 인접한 경우라면 수전해 장치(310)에 기초하여 수소가 공급되지 않을 수 있다. 반면, 선박의 이동 가능 거리 및 이동 가능 시간이 임계 값보다 작고, 선박의 현재 위치가 배터리 충전 시설 또는 수소 충전 시설과 기 설정된 거리 이상인 경우, 선박 전력 제어 시스템(330)은 수전해 장치(310)를 제어하여 수소 저장탱크(311)로 수소를 공급하도록 할 수 있으며, 이를 통해 비상 상황을 대비할 수 있다.
또한, 일 예로, 선박에는 배터리 시스템(320)이 구비될 수 있으며, 배터리 시스템(320)은 AC-DC 컨버터(321) 및 온 보드 배터리(322)를 포함할 수 있다. 이때, AC-DC 컨버터(321)는 배터리 시스템(320)이 배터리 충전 시설에 연결되어 충전되는 경우, 배터리 충전을 위한 컨버터일 수 있다.
또한, 온 보드 배터리(322)는 배터리 충전 시설에 기초하여 충전되고, 선박의 전력을 공급하여 방전되는 장치일 수 있다. 즉, 배터리(322)는 충전을 통해 선박에 전력을 공급할 수 있다. 여기서, 일 예로, 배터리(322)는 선박의 이동 동력을 통해 충전이 수행될 수 있다.
보다 상세하게는, 선박이 수소 연료 전지 시스템(310)에 기초하여 전력을 공급받아 이동하는 경우, 선박의 이동에 의한 동력이 배터리 시스템(320)에 전달될 수 있으며, 이를 통해 배터리(322)를 충전시킬 수 있으며, 이를 통해 선박의 전력 효율을 높일 수 있다. 또한, 선박은 선박 전력 제어 시스템(330)을 구비할 수 있다. 선박 전력 제어 시스템(330)은 전기 제어 유닛(331) 및 전기 모터(332)를 구비할 수 있다. 이때, 전기 제어 유닛(331)은 수소 연료 전지 시스템(310) 및 배터리 시스템(320) 중 적어도 어느 하나에 기초하여 전력을 공급받아서 전기 모터(332)에 동력을 제공하는 장치일 수 있다. 여기서, 일 예로, 전기 제어 유닛(331)은 컴퓨팅 장치에 기초하여 구현될 수 있으며, 이를 통해 전력 제어 시스템(330)을 포함한 각각의 시스템을 제어할 수 있다.
구체적인 일 예로, 도 4는 본 명세서의 일실시예에 있어서 전기 제어 유닛의 구성을 나타낸 도면이다. 일 예로, 도 4를 참조하면, 전기 제어 유닛(331)은 프로세서(411), 트랜시버(412), 센서(413), GPS(414) 및 디스플레이(415) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 예로, 상술한 바와 같이, 전기 제어 유닛(331)은 컴퓨팅 장치일 수 있다. 일 예로, 프로세서(411)는 전기 제어 유닛(331)의 각각의 구성들을 제어하는 구성일 수 있다. 또한 일 예로, 트랜시버(412)는 통신 모듈 및 송수신부를 포함하여 네트워크를 통해 외부 장치와 데이터 교환을 수행할 수 있다. 또 다른 일 예로, 전기 제어 유닛은 메모리를 더 포함할 수 있다. 메모리는 비-일시적인 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory), 디스크 드라이브, SSD(solid state drive), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같은 비소멸성 대용량 저장 장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있으며, 선박의 이동 기록 및 선박의 이동 관련 정보를 저장할 수 있다.
또한, 메모리에는 전기 제어 유닛이 동작하기 위한 운영체제와 적어도 하나의 프로그램 코드(일례로 선박에 설치되어 구동되는 브라우저나 특정 서비스의 제공을 위해 선박에 설치된 어플리케이션 등을 위한 코드)가 저장될 수 있다. 이러한 소프트웨어 구성요소들은 메모리와는 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체로부터 로딩될 수 있다.
또한, 일 예로, 프로세서(411)는 기본적인 산술, 로직 및 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 명령은 트랜시버(412)를 통해 외부로부터 수신한 정보나 센서(413)로부터 센싱된 정보 및 GPS(414)를 통해 획득한 위치 정보 중 적어도 어느 하나에 기초하여 프로세서(411)로 제공될 수 있다. 일 예로, 프로세서(411)는 상술한 구성들로부터 획득한 정보에 기초하여 선박의 이동을 제어하거나 전기 모터의 출력을 제어함으로써 선박이 효율적으로 전력을 운영하도록 할 수 있다. 또 다른 일 예로, 전기 제어 유닛(331)은 디스플레이(415)를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 디스플레이(415)는 선박의 이동 관련 정보를 디스플레이 할 수 있다. 또한, 디스플레이(415)는 배터리 시스템 및 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 선박의 주행 가능 거리 및 주행 가능 시간 정보를 더 디스플레이 할 수 있다. 또한, 디스플레이(415)는 선박 관련 정보를 더 디스플레이 할 수 있으며, 특정 실시예로 한정되지 않는다.
상술한 바에 기초하여, 선박은 선박 전력 제어 시스템을 통해서 배터리 시스템 및 수소 연료 전지 시스템을 제어하여 전력을 조절함으로써 주행할 수 있다. 여기서, 선박(510)은 상술한 바와 같이 배터리 시스템 및 수소 연료 전지 시스템을 이용하여 이동할 수 있다. 이때, 선박(510)은 배터리 시스템의 배터리를 통해 전력을 공급받아 전기 모터를 통해 이동할 수 있으며, 제 1 구간에서 배터리 시스템을 사용할 수 있다. 또한, 선박(510)은 제 2 구간에서 수소 연료 전지 시스템으로부터 수소 연료를 통해 전력을 공급받아 이동할 수 있다. 이때, 제 2 구간에서 배터리는 선박(510)의 이동 동력에 의해 충전될 수 있으며, 이는 상술한 바와 같다.
이때, 일 예로, 배터리 시스템을 이용하여 전력을 공급받는 제 1 구간과 수소 연료 전지 시스템을 이용하여 전력을 공급받는 제 2 구간은 다양한 조건에 기초하여 결정될 수 있다. 일 예로, 선박 전력 제어 시스템은 다양한 형태의 센서를 구비할 수 있다. 일 예로, 선박 전력 제어 시스템은 센서를 이용하여 외부 온도, 배터리 온도, 수소 저장탱크의 온도, 선박의 움직임 정도, 선박의 기울기 정도, 해수 깊이 및 그 밖의 관련 정보들을 획득할 수 있으며, 특정 정보로 한정되지 않는다. 이때, 일 예로, 선박 전력 제어 시스템은 센서로부터 획득한 정보에 기초하여 배터리 시스템에 기초하여 동작하는 제 1 구간 또는 수소 연료 전지 시스템에 동작하는 제 2 구간을 결정할 수 있다. 일 예로, 센서에 기초하여 외부 온도가 기 설정된 임계 값보다 작은 경우, 저온 상황에서 배터리 방전이 빠를 수 있다는 점을 고려하여 배터리를 우선적으로 사용하도록 제어할 수 있다. 즉, 선박 전력 제어 시스템은 제 1 구간을 설정하여 배터리 시스템을 통해 전력을 공급받고, 배터리 시스템의 방전으로 전력을 공급받지 못하면 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 전력을 공급받을 수 있다.
또 다른 일 예로, 센서에 기초하여 선박의 움직임 및 기울기 정보를 획득할 수 있다. 또한, 센서를 통해 해상 기상 상태 정보를 획득할 수 있다. 일 예로, 해상 기상이 악화되어 파고가 높은 경우, 선박 전력 제어 시스템은 임계 정보에 기초하여 출력이 높은 전기 모터 구동이 필요한 경우로 판단할 수 있다. 이때, 선박 전력 제어 시스템은 수소 연료 전지 시스템을 통해 전력을 공급 받을 수 있으며, 고출력을 지원하도록 하여 선박이 악화된 기상 상황에서도 원활한 주행을 수행하도록 할 수 있다.
또 다른 일 예로, 선박 전력 제어 시스템은 배터리 시스템 및 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 선박의 이동 가능 거리 및 충전 시설의 위치 정보에 기초하여 배터리 시스템에 기초한 제 1 구간 및 수소 연료 전지 시스템에 기초한 제 2 구간을 결정할 수 있다.
일 예로, 선박 전력 제어 시스템은 배터리 시스템 및 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 선박의 이동 가능 거리가 기 설정된 레벨 이하로 떨어지면 충전이 필요하다는 정보를 디스플레이를 통해 선박의 유저에게 제공할 수 있다. 여기서, 선박 전력 제어 시스템은 현재 선박의 이동 가능 거리 및 충전 시설의 위치 정보를 고려하여 사용 가능한 시스템을 선택할 수 있다. 일 예로, 배터리 충전 시설에 비하여 수소 충전 시설의 수가 적을 수 있다. 상술한 점을 고려하여, 선박 전력 제어 시스템은 배터리 시스템에 기초하여 전력을 우선적으로 공급하고, 수소 연료 전지 시스템은 배터리 시스템이 방전되면 사용하도록 할 수 있다.
또 다른 일 예로, 선박 전력 제어 시스템은 선박이 충전을 위해 이동함을 인지할 수 있다. 일 예로, 선박 전력 제어 시스템은 선박의 유저에 대한 입력 및 설정에 기초하여 선박이 충전 시설로 이동함을 인지할 수 있다. 일 예로, 선박이 배터리 충전 시설로 이동하는 경우, 선박은 배터리 시스템을 통해 우선적으로 전력을 공급할 수 있다. 또 다른 일 예로, 선박이 수소 충전 시설로 이동하는 경우, 선박은 이동거리, 부하, 토크 등 다양한 요소를 고려해서 수소 연료의 사용을 최적화하여 수소 충전 시설 도착시 탱크 내 수소 량이 0에 가깝게 조절할 수 있다. 일 예로, 수소 충전은 수소 잔량이 적을수록 효율이 좋을 수 있으며, 선박은 이를 제어하기 위해 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 수소를 통해 전력을 공급하면서 수소의 잔량을 제어할 수 있다.
또 다른 일 예로, 도 6a 및 도 6b는 본 명세서의 일실시예에 있어서 수소 연료 시스템과 배터리 시스템이 상호 보완적으로 동작하는 방법을 나타낸 도면이다. 일 예로, 선박 전력 제어 시스템은 전기 제어 유닛을 구비하고, 전기 제어 유닛의 디스플레이를 통해 배터리 시스템에 대한 정보 및 수소 연료 전지 시스템에 대한 정보를 디스플레이 하여 유저에게 제공할 수 있다. 이때, 디스플레이는 수소 연료 전지 시스템의 수소 잔량에 기초하여 게이지 정보(610)를 디스플레이 할 수 있다. 또한, 디스플레이는 배터리 시스템의 배터리 충전 잔량에 기초하여 충전 정보(620)를 디스플레이 할 수 있다. 또한, 디스플레이는 배터리 시스템 및 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 각각의 시스템을 통해 선박의 이동 가능 거리 및 이동 시간에 대한 정보(630)를 더 디스플레이 할 수 있다. 또한, 일 예로, 디스플레이는 현재 사용하는 시스템에 대한 정보 및 전력의 운용 상태에 대한 정보를 더 디스플레이 할 수 있다. 또 다른 일 예로, 도 6b를 참조하면, 디스플레이는 충전 관련 정보 및 충전 시설까지의 거리 및 그 밖의 정보를 이용하여 전력을 공급하는 시스템에 대한 정보(630)를 더 디스플레이 할 수 있으며, 이를 통해 선박을 운행하는 유저는 관련 정보를 획득할 수 있다.
또한, 일 예로, 선박의 비상상황에 대한 정보도 더 디스플레이 될 수 있다. 일 예로, 선박은 바다에서 주행되는 경우가 많으며 조난 등의 위험이 존재할 수 있다. 이때, 디스플레이는 조난 등을 고려하여 선박 관련 정보를 제공할 수 있다. 또한, 일 예로, 선박은 상술한 바와 같이 수전해 장치를 구비하고, 비상 상황에서 수소를 공급하도록 제어할 수 있다. 즉, 선박은 일반 상황에서는 배터리 시스템 및 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 전력을 공급하면서 주행하지만 비상 상황에서는 수전해 장치를 이용하여 응급 상황을 대비하도록 할 수 있다. 다만 이는 일 예로서, 수전해장치를 사용하지 않고 비상시 배터리 또는 다른 발전 장치를 통해 선박을 이동 시킬수도 있다.
또한, 선박 전력 제어 시스템도 비상 상황에 기초하여 동작하는 경우에는 관련 정보를 디스플레이 하여 유저에게 필요한 정보를 제공하고, 센서 및 GPS를 이용하여 비상 상황을 제어하기 위한 동작을 수행할 수 있으며, 이를 통해 효율적인 운행을 수행하도록 할 수 있다.
도 7은 본 명세서의 일실시예에 있어서 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 서버(또는 시스템)의 동작 방법을 나타낸 순서도이다. 도 7을 참조하면, 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 서버는 배터리 시스템 및 수소 연료 전지 시스템 중 적어도 어느 하나를 이용하여 전력을 공급하고(710), 공급된 전력에 기초하여 전력 제어 시스템을 구동할 수 있다.(S720) 그 후, 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 서버는 구동된 전력 제어 시스템에 기초하여 전동기에 전력을 공급함으로써 선박을 구동시킬 수 있다.(S730) 여기서, 배터리 시스템은 배터리를 구비하고, 배터리는 외부 배터리 충전시설에 기초하여 충전되고, 수소 연료 전지 시스템은 수소 저장탱크를 포함하고, 수소 저장탱크는 외부 수소 충전시설에 기초하여 충전될 수 있으며, 이는 상술한 바와 같다. 여기서, 일 예로, 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 서버는 네트워크를 통해 외부 데이터를 수신하는 트랜시버, 선박 외부 환경 정보를 센싱하는 센서, 선박의 위치 정보를 획득하는 GPS 및 공급 전력 관련 정보를 디스플레이 하는 디스플레이 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이는 상술한 바와 같다.
또한, 일 예로, 서버는 배터리 시스템 또는 수소 연료 전지 시스템 중 어느 하나의 시스템을 통해서 전력 제어 시스템에 전력을 공급하여 구동 시킬 수 있다. 즉, 둘 중 하나의 시스템을 통해서 전력이 공급될 수 있다. 이때, 선박이 주행 중인 경우 특정 구간으로 제 1 구간에서는 배터리 시스템에 기초하여 전력을 공급받아 주행하고, 다른 특정 구간으로 제 2 구간에서는 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 전력을 공급받아 주행할 수 있다. 이때, 배터리 시스템에 의해 전력이 공급되는 제 1 구간 및 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 전력이 공급되는 제 2 구간은 센서를 통해 획득한 외부 온도 정보, 배터리 온도 정보, 수소 저장탱크의 온도 정보, 선박의 움직임 정도 정보, 선박의 기울기 정도 정보 및 해수 깊이 정보 중 적어도 어느 하나의 정보와 트랜시버를 통해 획득한 외부 데이터를 이용하여 결정될 수 있다. 일 예로, 외부 데이터는 선박 주행에 대한 통계 데이터나 선박이 주행하는 해상 지도 정보 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 외부 데이터는 그 밖의 정보를 포함할 수 있으며, 특정 형태로 한정되는 것은 아닐 수 있다.
또한, 선박은 센서로부터 센싱한 정보에 기초하여 외부 온도가 임계 값보다 작은 경우에는 배터리 소모가 빠르게 진행되는 점을 고려하여 선박에 배터리 시스템에 기초하여 전력을 공급하는 제 1 구간을 지속적으로 설정할 수 있다. 그 후, 배터리 시스템의 배터리가 방전되는 경우, 서버는 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 전력을 공급하는 제 2 구간을 지속적으로 설정할 수 있으며, 이는 상술한 바와 같다.
또한, 일 예로, 선박이 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 외부 수소 충전 시설로 수소를 충전하고자 함을 디텍트 할 수 있다. 일 예로, 서버는 선박의 유저에 대한 입력을 수신하거나 선박의 이동 경로에 기초하여 선박이 수소 충전 시설로 이동함을 디텍트 할 수 있다. 이때, 선박은 GPS 정보에 기초하여 선박의 위치 정보 및 외부 수소 충전 시설의 위치 정보를 획득하고, 선박의 이동 예상 거리 및 이동 예상 시간에 기초하여 선박이 외부 수소 충전 시설에 도달하는 시점에서 수소 저장탱크의 수소 잔량이 0으로 설정되도록 배터리 시스템 및 수소 연료 전지 시스템을 제어할 수 있으며, 이는 상술한 바와 같다.
또 다른 일 예로, 수소 연료 전지 시스템은 수전해 장치와 연결될 수 있다. 이때, 선박이 일반상황인 경우, 서버는 배터리 시스템 및 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 전력을 공급할 수 있다. 반면, 선박이 비상상황인 경우, 수전해 장치는 물에 대한 전기 분해에 기초하여 수소 저장탱크로 수소를 공급하여 선박에 전력을 공급할 수 있으며, 이는 상술한 바와 같다.
이상에서 설명한 실시예들은 적어도 부분적으로 컴퓨터 프로그램으로 구현되고 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 실시예들을 구현하기 위한 프로그램이 기록되고 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의하여 읽힐 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 또한, 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트(segment)들은 본 실시예가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
이상에서 살펴본 본 명세서는 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 명세서의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 명세서의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 포함하도록 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 서버의 동작 방법에 있어서,
    배터리 시스템 및 수소 연료 전지 시스템 중 적어도 어느 하나에 기초하여 전력 제어 시스템을 구동하는 단계;
    상기 구동된 전력 제어 시스템에 기초하여 전동기에 전력을 공급하는 단계; 및
    상기 전동기에 기초하여 선박을 주행시키는 단계;를 포함하되,
    상기 배터리 시스템은 배터리를 구비하고, 상기 배터리는 외부 배터리 충전시설에 기초하여 충전되고,
    상기 수소 연료 전지 시스템은 수소 저장탱크를 포함하고, 상기 수소 저장탱크는 외부 수소 충전시설에 기초하여 충전되고,
    선박용 수소-전기 플러그인 하이브리드 서버는 네트워크를 통해 외부 데이터를 수신하는 트랜시버, 선박 외부 환경 정보를 센싱하는 센서, 선박의 위치 정보를 획득하는 GPS 및 공급 전력 관련 정보를 디스플레이하는 디스플레이 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 서버는 상기 배터리 시스템 및 상기 수소 연료 전지 시스템 중 어느 하나의 시스템을 통해서 상기 전력 제어 시스템에 전력을 공급하여 구동시키고,
    상기 선박이 상기 전동기에 기초하여 주행 중인 경우, 상기 선박은 제 1 구간에서 상기 배터리 시스템에 기초하여 전력을 공급받아 주행하고, 제 2 구간에서 상기 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 전력을 공급받아 주행하되,
    상기 제 1 구간 및 상기 제 2 구간은 상기 센서를 통해 획득한 외부 온도 정보, 배터리 온도 정보, 수소 저장탱크의 온도 정보, 선박의 움직임 정도 정보, 선박의 기울기 정도 정보 및 해수 깊이 정보 중 적어도 어느 하나의 정보와 상기 트랜시버를 통해 획득한 외부 데이터를 이용하여 결정되고,
    상기 선박은 상기 센서로부터 센싱한 정보에 기초하여 외부 온도가 임계 값보다 작은 경우에는 상기 선박에 상기 배터리 시스템에 기초하여 전력을 공급하는 상기 제 1 구간을 지속적으로 설정하는, 서버의 동작 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 선박이 상기 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 상기 외부 수소 충전 시설로 수소를 충전하고자 함을 디텍트한 경우, 상기 선박은 상기 GPS 정보에 기초하여 상기 선박의 위치 정보 및 상기 외부 수소 충전 시설의 위치 정보를 획득하고,
    상기 선박의 이동 예상 거리 및 이동 예상 시간에 기초하여 상기 선박이 상기 외부 수소 충전 시설에 도달하는 시점에서 상기 수소 저장탱크의 수소 잔량이 0으로 설정되도록 상기 배터리 시스템 및 상기 수소 연료 전지 시스템을 제어하는, 서버의 동작 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수소 연료 전지 시스템은 수전해 장치와 연결되고,
    상기 선박이 일반상황인 경우, 상기 배터리 시스템 및 상기 수소 연료 전지 시스템에 기초하여 전력을 공급받고,
    상기 선박이 비상상황인 경우, 상기 수전해 장치는 물에 대한 전기 분해에 기초하여 상기 수소 저장탱크로 수소를 공급하여 상기 선박에 전력을 공급하는, 서버의 동작 방법.
  7. 하드웨어와 결합되어 제1항 및 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 동작 방법을 실행하도록 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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