KR102366111B1 - 선박 또는 파워 플랜트 전압 공급 시스템 - Google Patents

선박 또는 파워 플랜트 전압 공급 시스템 Download PDF

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Abstract

선박의 전기 컨슈머(electric consumer)에 전기적 목표 전압 및 전기적 목표 에너지를 공급하는 선박 전압 공급 시스템(10)은, 복수의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)을 포함하고, 각각의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)은 전기적 실제 전압 및 전기적 실제 에너지를 가지며, 상기 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)은 전기적 목표 전압, 전기적 실제 전압, 전기적 목표 에너지, 및 전기적 실제 에너지에 따라, 직렬 연결로 상호연결되어 복수의 트랙션 배터리 모듈 서브그룹(17a, 17b, 17c)을 형성하고 그리고/또는 병렬 연결로 상호연결되어 적어도 하나의 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b, 12c)을 형성한다.

Description

선박 또는 파워 플랜트 전압 공급 시스템{SHIP OR POWER PLANT VOLTAGE SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 선박 전압 공급 시스템 또는 파워 플랜트 전압 공급 시스템에 관한 것이다.
예를 들면 구동 시스템을 하이브리드화하기 위한 전기 구동은 선박에서도 점점 중요한 역할을 하고 있다. 예컨대 선박을 구동시키는 기능을 하는 전기 기계를 작동하는 것과 같이 선박의 전기 컨슈머(electric consumer)를 작동하기 위해서는, 전기 기계 또는 전기 컨슈머에 적절한 전압 또는 적절한 전기 에너지를 공급하는 데에 전기 선박 전압 공급 시스템이 필요하다. 적은 소비량으로 따라서 저비용으로 선박의 전기 컨슈머에 원하는 전기적 목표 전압 및 원하는 전기적 목표 에너지를 제공할 수 있는 선박 전압 공급 시스템이 필요하다. 동등한 요건이 파워 플랜트의 고정형 애플리케이션(stationary application)에도 존재한다. 이로부터 시작해서, 본 발명은 새로운 형태의 선박 또는 파워 플랜트 전압 공급 시스템을 생성하는 목적에 기초한다.
이 목적은 청구항 1에 따른 선박 전압 공급 시스템을 통해 해결된다. 본 발명에 따른 선박 전압 공급 시스템은 복수의 차량용 트랙션 배터리 모듈을 포함하며, 각각의 차량용 트랙션 배터리 모듈은 전기적 실제 전압 및 전기적 실제 에너지를 갖는다. 전기적 목표 전압, 전기적 실제 전압, 전기적 목표 에너지 및 전기적 실제 에너지에 따라, 복수의 차량용 트랙션 배터리 모듈은 직렬 연결로 상호연결되어 복수의 트랙션 배터리 모듈 서브그룹을 형성하고 그리고/또는 병렬 연결로 상호연결되어 적어도 하나의 트랙션 배터리 모듈 그룹을 형성한다.
본 발명에 따르면, 차량용 트랙션 배터리 모듈을 선박의 전압 공급 시스템에 이용하는 것을 제안하는데, 차량용 트랙션 배터리 모듈은 자동차 분야의 자동차 애플리케이션으로부터 알려져 있다. 그러나, 이러한 차량용 트랙션 배터리 모듈은 전기적 실제 전압 및/또는 전기적 실제 에너지가 선박의 전기 컨슈머의 목표 전압 및/또는 목표 에너지로부터 벗어나 있기 때문에, 본 발명은 차량용 트랙션 배터리 모듈의 한정된 상호연결을 제안한다. 본 발명은 차량용 트랙션 배터리 모듈을 사용하여 적은 비용으로, 선박의 전기 컨슈머, 예컨대 선박을 구동시키는 기능을 하는 전기 기계에 원하는 전기적 목표 전압 및 전기적 목표 에너지를 공급하는 선박 전압 공급 시스템을 제공하는 것을 가능하게 한다.
특히, 차량용 트랙션 배터리 모듈의 전기적 실제 전압이 전기 컨슈머의 전기적 목표 전압에 대응할 때, 복수의 차량용 트랙션 배터리 모듈은 병렬로 연결되어 적어도 하나의 트랙션 배터리 모듈 그룹을 형성한다. 특히, 차량용 트랙션 배터리 모듈의 전기적 실제 전압이 전기 컨슈머의 전기적 목표 전압보다 작을 때, 복수의 차량용 트랙션 배터리 모듈은 직렬로 연결되어 트랙션 배터리 모듈 서브그룹을 형성하고, 복수의 트랙션 배터리 모듈 서브그룹이 병렬로 연결되어 적어도 하나의 트랙션 배터리 모듈 그룹을 형성한다. 이러한 차량용 트랙션 배터리 모듈의 전기적 상호연결은 선박의 전기 컨슈머에 전기적 목표 전압 및 전기적 목표 에너지를 공급하기에 바람직하다.
우선적으로, 차량용 트랙션 배터리 모듈은 차량용 CAN 버스 시스템을 통해 작동될 수 있다. 이를 통해, 차량용 트랙션 배터리 모듈의 작동은 차량용 CAN 버스 시스템을 사용하여 손쉽게 일어날 수 있다. 이 때문에, 간단하고 비용 효율적인 선박 전압 공급 시스템을 제공할 수 있다.
추가 전개에 따르면, 선박 전압 공급 시스템은 전기적으로 병렬로 연결된 복수의 트랙션 배터리 모듈 그룹을 포함하고, 각 트랙션 배터리 모듈 그룹에 대한 차량용 트랙션 배터리 모듈의 수는 차량용 CAN 버스 시스템의 제어 신호 용량(control signal capacity)에 좌우되며, 각 케이스의 각 트랙션 배터리 모듈 그룹의 차량용 트랙션 배터리 모듈은 그룹-개별 차량용 CAN 버스 시스템에 연결되는데, 트랙션 배터리 모듈 그룹의 수는 전기 컨슈머의 전기적 목표 에너지에 좌우되며, 그룹-개별 차량용 CAN 버스 시스템은 상위 레벨 제어 디바이스에 연결된다. 이 추가 전개는 특히, 차량용 트랙션 배터리 모듈 및 차량용 CAN 버스 시스템을 사용하는 선박 전압 공급 시스템을 제공하기에 바람직하여, 선박의 전기 컨슈머에 전기적 목표 전압 및 전기적 목표 에너지를 제공한다.
본 발명에 따른 파워 플랜트 전압 공급 시스템은 청구항 8에 정의된다.
본 발명의 바람직한 추가 전개는 종속항 및 하기의 설명으로부터 얻어진다. 본 발명의 예시적인 실시형태는 이에 제한되지 않고 도면을 통해 보다 상세히 설명된다.
도면에 있어서,
도 1은 본 발명에 따른 제1 선박 전압 공급 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 제2 선박 전압 공급 시스템을 도시한다.
본 발명은 선박의 전기 컨슈머에 전기적 목표 전압 및 전기적 목표 에너지를 공급하는 선박 전압 공급 시스템(10)에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 파워 플랜트의 전기 컨슈머에 전기적 목표 전압 및 전기적 목표 에너지를 공급하는 파워 플랜트 전압 공급 시스템에 관한 것이다. 이하, 선박 전압 공급 시스템을 참조하여 본 발명을 설명한다. 그러나, 본 발명은 파워 플랜트 전압 공급 시스템에도 적용된다.
선박 전압 공급 시스템(10)은 복수의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)을 포함하며, 각각의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)은 전기적 실제 전압 및 전기적 실제 에너지를 갖거나 제공한다.
차량용 트랙션 배터리 모듈(11)은 전기적 목표 전압, 전기적 실제 전압, 전기적 목표 에너지, 및 전기적 실제 에너지에 따라, 직렬 연결로 상호연결되어 복수의 트랙션 배터리 모듈 서브그룹을 형성하고 그리고/또는 병렬 연결로 상호연결되어 적어도 하나의 트랙션 배터리 모듈 그룹을 형성한다.
도 1은 본 발명에 따른 복수의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)을 구비한 선박 전압 공급 시스템(10)의 제1 실시형태를 도시하며, 도 1에는 이러한 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)을 예시적으로 5개 도시하고 있다. 차량용 트랙션 배터리 모듈(11) 모두는 병렬 연결의 의미로 상호연결되어 적어도 하나의 트랙션 배터리 모듈 그룹, 즉 도 1의 2개의 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b)을 형성하는데, 도 1의 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a)은 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)을 3개 포함하고, 트랙션 배터리 모듈 그룹(12b)은 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)을 2개 포함한다.
도 1에서, 각각 서로 병렬로 연결되는 각각의 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b)의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)뿐만 아니라 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b)도 서로 병렬로 연결되어 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b)의 모든 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)은 공통 전압 공급 라인(18)에 병렬 연결의 의미로 연결되고, 이 라인을 통해 선박의 적어도 하나의 전기 컨슈머, 특히 구동원으로서 기능하는 전기 기계에 원하는 목표 전압 및 원하는 목표 에너지가 공급될 수 있다.
도 1에서, 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)의 실제 전압이 전기 컨슈머의 전기적 목표 전압에 대응할 때, 병렬로 상호연결되는 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)의 수는 원하는 전기적 목표 에너지에 좌우된다.
차량용 트랙션 배터리 모듈(11)의 작동은 차량용 CAN 버스 시스템을 통해 실행된다. 이러한 차량용 CAN 버스 시스템은 한정된 제어 신호 용량을 갖는다. 이러한 이유로, 각각의 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b)의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)은 그룹-개별 차량용 CAN 버스 시스템(13a, 13b)을 통해 각각 작동되는데, 즉 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a)의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)은 차량용 CAN 버스 시스템(13a)을 통해 작동되고 트랙션 배터리 모듈 그룹(12b)의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)은 차량용 CAN 버스 시스템(13b)을 통해 작동된다. 따라서, 컨트롤러(14a, 14b)는 각각의 차량용 CAN 버스 시스템(13a, 13b)을 통해 제어 신호의 전송을 조정하며, 차량용 CAN 버스 시스템(13a, 13b) 또는 버스 컨트롤러(14a, 14b)는 상위 레벨 제어 디바이스와 데이터를 교환하기 위해 상위 레벨 버스 시스템(15)을 통해 연결된다.
도 2에, 본 발명에 따른 추가 선박 전압 공급 시스템(10)을 도시한다. 도 2의 선박 전압 공급 시스템(10)의 경우, 총 12개의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)이 존재하며, 각 케이스에서 4개의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)이 상호연결되어 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b, 12c)을 형성한다. 각각의 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b 및 12c) 내에서, 4개의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11) 중 2개는 직렬 연결의 의미로 각각 상호연결되어 트랙션 배터리 모듈 서브그룹(17a, 17b 및 17c)을 형성하며, 트랙션 배터리 모듈 서브그룹(17a, 17b 및 17c)은 병렬 연결의 의미로 상호연결되어 각각의 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b 및 12c)을 형성한다.
따라서, 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)의 전기적 실제 전압은 도 2에 있어서 선박의 전기 컨슈머의 전기적 목표 전압보다 더 작으며, 직렬로 상호연결되어 트랙션 배터리 모듈 서브그룹(17a, 17b 및 17c)을 형성하는 차량용 트랙션 배터리 모듈(11a)의 수는 목표 전압에 대한 실제 전압의 비율에 좌우된다.
트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b, 12c)의 수는 필요한 목표 에너지에 대한 실제 에너지의 비율에 좌우된다. 병렬로 연결되는 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b, 12c)은 공통 전압 공급 라인(18)에 연결된다.
이 경우에도 그룹-개별 차량용 CAN 버스 시스템(13a, 13b, 13c)이 각 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b, 12c)과 상호작용하는데, 이와 관련하여 버스 컨트롤러(14a, 14b, 14c)는 상위 레벨 제어 디바이스(16)와 통신하기 위하여 상위 레벨 버스 시스템(15)에 연결된다. 각 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b, 12c)의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)의 수는 이 경우에도 차량용 CAN 버스 시스템의 제어 신호 용량에 좌우된다.
공지된 이용 가능한 차량용 배터리 모듈(11) 및 공지된 이용 가능한 차량용 CAN 버스 시스템(13, 15)을 사용하여, 본 발명은 선박의 적어도 하나의 전기 컨슈머에 원하는 전기적 목표 전압 및 원하는 전기적 목표 에너지를 제공하도록 선박 전압 공급 시스템(10)을 빌드업할 수 있어, 선박 전압 공급 시스템(10)은 그 자체로 공지된 조립체를 사용하여 비용 효과적이고 신뢰성있게 빌드업될 수 있다. 공지된 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)의 전기적 실제 에너지는 10 kWh와 100 kWh 사이이며, 특히 20 kWh의 크기 정도이다. 선박의 전기 컨슈머의 전기적 목표 에너지는 통상 1,000 kWh보다 크며, 통상 복수 MWh의 크기 정도이다.
차량용 트랙션 배터리 모듈(11)(도 1 참조)의 병렬 배열로 그리고 직렬로 연결된 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)의 병렬 배열로 또는 트랙션 배터리 모듈 서브그룹(17)(도 2 참조)의 병렬 배열로, 매우 높은 중복성이 실현된다. 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)에 결함이 발생하고, 이에 그 결과로서 보호를 위해 스위치 오프되어야 하더라도, 전압 공급은 여전히 유지될 수 있다. 이에 다수의 병렬 연결되는 차량용 트랙션 배터리 모듈(11) 또는 병렬 연결되는 트랙션 배터리 모듈 서브그룹(17)에 의해, 전력 또는 에너지 결손이 낮다. 이러한 결함 케이스는 차량용 CAN 버스 시스템을 통해 검출된다. 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)의 고장은 대응하여 상위 레벨 안내 시스템에 전달된다.
10: 선박 전압 공급 시스템
11: 차량용 트랙션 배터리 모듈
12a: 트랙션 배터리 모듈 그룹
12b: 트랙션 배터리 모듈 그룹
12c: 트랙션 배터리 모듈 그룹
13a: 차량용 CAN 버스 시스템
13b: 차량용 CAN 버스 시스템
13c: 차량용 CAN 버스 시스템
14a: 버스 컨트롤러
14b: 버스 컨트롤러
14c: 버스 컨트롤러
15: 버스 시스템
16: 제어 디바이스
17a: 트랙션 배터리 모듈 서브그룹
17b: 트랙션 배터리 모듈 서브그룹
17c: 트랙션 배터리 모듈 서브그룹
18: 전압 공급 라인

Claims (9)

  1. 선박의 전기 컨슈머(electric consumer)에 전기적 목표 전압 및 전기적 목표 에너지를 공급하는 선박 전압 공급 시스템(10)에 있어서,
    복수의 차량용 트랙션(traction) 배터리 모듈(11)로서, 각각의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)은 전기적 실제 전압 및 전기적 실제 에너지를 가지며, 상기 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)은, 적어도 부분적으로 상기 전기적 목표 전압, 상기 전기적 실제 전압, 상기 전기적 목표 에너지, 및 상기 전기적 실제 에너지에 기초하여 상호연결되는 것인, 복수의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11);
    차량용 CAN 버스 시스템(13a, 13b, 13c); 및
    상기 차량용 CAN 버스 시스템(13a, 13b, 13c)을 통해 상기 복수의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11) 각각에 연결되는 컨트롤러(14a, 14b, 14c)
    를 포함하고,
    상기 컨트롤러(14a, 14b, 14c)는, 결함이 있는 차량용 트랙션 배터리 모듈을 스위치 오프하도록 구성되고 그리고 적어도 부분적으로 상기 전기적 목표 전압, 상기 전기적 실제 전압, 상기 전기적 목표 에너지, 및 상기 전기적 실제 에너지에 기초하여, 상기 복수의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)이 복수의 트랙션 배터리 모듈 서브그룹(17a, 17b, 17c)을 형성하도록 직렬 연결되는 것과 적어도 하나의 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b, 12c)을 형성하도록 병렬 연결되는 것 중 적어도 하나로 상호연결되도록 작동시키는 것인, 전기적 목표 전압 및 전기적 목표 에너지를 공급하는 선박 전압 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)의 전기적 실제 전압이 상기 전기 컨슈머의 전기적 목표 전압에 대응할 때, 복수의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)은 병렬로 연결되어 적어도 하나의 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b)을 형성하는 것을 특징으로 하는 선박 전압 공급 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)의 전기적 실제 전압이 상기 전기 컨슈머의 전기적 목표 전압보다 작을 때, 복수의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)은 직렬로 연결되어 트랙션 배터리 모듈 서브그룹(17a, 17b, 17c)을 형성하고, 복수의 트랙션 배터리 모듈 서브그룹(17a, 17b, 17c)은 병렬로 연결되어 적어도 하나의 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b, 12c)을 형성하는 것을 특징으로 하는 선박 전압 공급 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차량용 트랙션 배터리 모듈(12a, 12b, 12c)은 상기 차량용 CAN 버스 시스템(13a, 13b, 13c)을 통해 작동 가능한 것을 특징으로 하는 선박 전압 공급 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 각 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b, 12c)의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)의 수는 상기 차량용 CAN 버스 시스템(13a, 13b, 13c)의 제어 신호 용량(control signal capacity)에 좌우되는 것을 특징으로 하는 선박 전압 공급 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 전기적으로 병렬 연결되는 복수의 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b, 12c)을 포함하고,
    각 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b, 12c)의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)의 수는 상기 차량용 CAN 버스 시스템(13a, 13b, 13c)의 제어 신호 용량에 좌우되며,
    각 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b, 12c)의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)은 그룹-개별 차량용 CAN 버스 시스템(13a, 13b, 13c)에 각각 연결되고,
    상기 트랙션 배터리 모듈 그룹(12a, 12b, 12c)의 수는 상기 전기 컨슈머의 목표 에너지에 좌우되고,
    상기 그룹-개별 차량용 CAN 버스 시스템(13a, 13b, 13c)은 상위 레벨 제어 디바이스(16)에 연결되는 것을 특징으로 하는 선박 전압 공급 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 차량용 트랙션 배터리 모듈(11)의 실제 에너지는 10 kWh 내지 100 kWh이며, 상기 전기 컨슈머의 목표 에너지는 1,000 kWh보다 큰 것을 특징으로 하는 선박 전압 공급 시스템.
  8. 파워 플랜트(power plant)의 전기 컨슈머에 전기적 목표 전압 및 전기적 목표 에너지를 공급하는 파워 플랜트 전압 공급 시스템에 있어서,
    복수의 차량용 트랙션 배터리 모듈로서, 각각의 차량용 트랙션 배터리 모듈은 전기적 실제 전압 및 전기적 실제 에너지를 가지며, 상기 차량용 트랙션 배터리 모듈은, 적어도 부분적으로 상기 전기적 목표 전압, 상기 전기적 실제 전압, 상기 전기적 목표 에너지, 및 상기 전기적 실제 에너지에 기초하여 상호연결되는 것인, 복수의 차량용 트랙션 배터리 모듈;
    차량용 CAN 버스 시스템; 및
    상기 차량용 CAN 버스 시스템을 통해 상기 복수의 차량용 트랙션 배터리 모듈 각각에 연결되는 컨트롤러
    를 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 결함이 있는 차량용 트랙션 배터리 모듈을 스위치 오프하도록 구성되고 그리고 적어도 부분적으로 상기 전기적 목표 전압, 상기 전기적 실제 전압, 상기 전기적 목표 에너지, 및 상기 전기적 실제 에너지에 기초하여, 상기 복수의 차량용 트랙션 배터리 모듈이 복수의 트랙션 배터리 모듈 서브그룹을 형성하도록 직렬 연결되는 것과 적어도 하나의 트랙션 배터리 모듈 그룹을 형성하도록 병렬 연결되는 것 중 적어도 하나로 상호연결되도록 작동시키는 것인, 전기적 목표 전압 및 전기적 목표 에너지를 공급하는 파워 플랜트 전압 공급 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 차량용 트랙션 배터리 모듈의 전기적 실제 전압이 상기 전기 컨슈머의 전기적 목표 전압에 대응할 때, 복수의 차량용 트랙션 배터리 모듈은 병렬로 연결되어 적어도 하나의 트랙션 배터리 모듈 그룹을 형성하는 것을 특징으로 하는 파워 플랜트 전압 공급 시스템.
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