KR102577929B1

KR102577929B1 - 코퍼댐의 냉기를 이용한 선박용 ess 냉각 시스템

Info

Publication number: KR102577929B1
Application number: KR1020210128198A
Authority: KR
Inventors: 이준호; 백준식; 김원현; 김재부
Original assignee: 에이치디한국조선해양 주식회사; 에이치디현대글로벌서비스 주식회사
Priority date: 2021-04-21
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2023-09-14
Also published as: KR20220145246A; KR20220145232A; KR20220145245A; KR102521729B1; KR20220145244A

Abstract

실시예들은, 선내 전력계통에 전력을 공급하기 위한 배터리를 포함한 ESS(Energy Storage System); 화물 공간 주변에 설치되어 유체의 침입을 방지하는 코퍼댐; 상대적으로 낮은 온도를 갖는 상기 코퍼댐의 내부 기체를 상기 ESS로 전달하는 제1 순환 배관; 및 상대적으로 높은 온도를 갖는 상기 ESS의 내부 기체를 상기 코퍼댐으로 전달하는 제2 순환 배관;을 포함하는, 코퍼댐의 냉기를 이용한 선박용 ESS 냉각 시스템에 관련된다.

Description

코퍼댐의 냉기를 이용한 선박용 ESS 냉각 시스템 {ESS COOLING SYSTEM FOR SHIP USING COLD AIR FROM COFFERDAM}

본 출원의 실시예들은 선박용 ESS를 냉각하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코퍼댐의 냉기를 이용하여 선박용 ESS를 냉각하는 배터리 냉각 시스템에 관한 것이다.

최근 화석 에너지 대신 전기 에너지를 사용한 친환경 선박을 제조하려는 시도가 증가하고 있다. 그러나, 전기차와 같은 다른 모빌리티와는 달리, 선박 분야에서 전기 에너지 기반 선박을 위한 기술은 아직 많은 한계가 있다.

현재 전기추진 시스템과 배터리 탑재가 가장 진행되고 있는 전기 이동수단은 전기차와 같은 육상 모빌리티이다. 그러나, 전기차와 달리, 선박의 전기추진 시스템 및 배터리 탑재의 구현을 위해서는, MWH 급의 대용량 배터리가 요구된다. 기존 육상 모빌리티용 ESS(Energy storage system)는 150kWH 이하의 용량을 가진다. 반면, 선박용 ESS는 MWH 급의 대용량 배터리를 가진다. 중대형선의 경우에는 상대적으로 ESS의 용량이 줄어드는 배터리 하이브리드 시스템을 적용하더라도, 이들 자체 부하량이 워낙 크기 때문이다. 그리고 소형선의 경우에는 ESS에 저장된 전력만으로 운행하는 전기 추진선으로의 전환이 활발해지기 때문이다.

또한, 대용량 문제 이외에, 선박의 전기추진 시스템 및 배터리 탑재의 구현을 위해서는, 배터리 일부에서 고장과 같은 문제사항이 발생 시에도 지속적인 운전이 가능한 것이 요구된다. 선박은 운항 계획 시간 동안 안정적인 전력 공급원을 확보하는 것이 중요하다. 전력 공급에 문제 발생 시, 이를 대체할 발전원을 확보하기 어렵기 때문이다. 만일 선박 배터리 상에 발생한 문제로 대용량의 배터리가 탈락한다면, 선박 전력 공급에 문제가 생기게 되고, 결국 선박 전력계통의 블랙아웃(Black Out)으로 이어질 수 있다. 그러면, 해당 선박과 관련된 엄청난 재산상 손실 및 경제적 손실이 야기될 수도 있다.

이러한 배터리 용량의 문제 및 안정성 문제에도 불구하고, 이를 해결하려고 하는 것에 대한 관심이 선박 분야에서 증가하고 있다.

종래의 선박용 배터리 시스템에 활용되는 배터리 온도 제어 시스템에서, 배터리 모듈에 공급하는 공기나 물을 냉각하기 위해서는 대용량의 냉각기가 요구된다. ESS 배터리 냉각용 매체(물 또는 공기)를 냉각하는 ESS 냉각기는 구동을 하기 위해 큰 전력이 소모되고 부피가 큰 한계가 있다.

특허공개공보 제10-2017-0092789호 (2017.08.14.)

본 출원의 실시예들에 따르면, LNGC, LNG FSRU, LNG 연료 추진선 또는 기타 극저온 탱크가 있는 액화가스선에 대해서, 각 카고 탱크(Cargo Tank) 사이에 존재하는 코퍼댐의 냉기를 활용하여 ESS 냉각기의 전력 소모량, 부피(또는 크기)를 감소하는 선박용 ESS 냉각 시스템을 제공하고자 한다.

본 출원의 일 측면에 따른 코퍼댐의 냉기를 이용한 선박용 ESS 냉각 시스템은: 선내 전력계통에 전력을 공급하기 위한 배터리를 포함한 ESS(Energy Storage System); 화물 공간 주변에 설치되어 유체의 침입을 방지하는 코퍼댐; 상대적으로 낮은 온도를 갖는 상기 코퍼댐의 내부 기체를 상기 ESS로 전달하는 제1 순환 배관; 및 상대적으로 높은 온도를 갖는 상기 ESS의 내부 기체를 상기 코퍼댐으로 전달하는 제2 순환 배관;을 포함할 수도 있다.

일 실시예에서, 상기 ESS 냉각 시스템은: 제1 컨트롤밸브; 블로워, 및 제2 컨트롤밸브 중 적어도 하나;를 더 포함할 수도 있다. 상기 제1 컨트롤밸브는 상기 제1 순환 배관의 기체 경로 상에 배치된다. 상기 제2 컨트롤밸브는 상기 제2 순환 배관의 기체 경로 상에 배치된다. 상기 블로워는 상기 제1 순환 배관 또는 제2 순환 배관의 기체 경로 상에 배치된다.

일 실시예에서, 상기 ESS 냉각 시스템은: 기체의 유동량을 제어하기 위해 상기 제1 컨트롤밸브; 블로워, 및 제2 컨트롤밸브 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 포함할 수도 있다. 상기 제어부는, ESS의 현재 온도 및 코퍼댐의 현재 온도를 모니터링하고, 상기 ESS의 온도가 ESS 최저온도 기준(T__ess,min) 이상인지를 판단하며, 상기 코퍼댐의 온도가 코퍼댐 최고 온도 기준(T__coff,max) 이하인지 판단하고, 그리고 상기 ESS의 온도가 ESS 최저온도 기준(T__ess,min) 이상이고 상기 코퍼댐의 온도가 코퍼댐 최고 온도 기준(T__coff,max) 이하이면, 상기 코퍼댐의 냉기를 ESS로 전달하고 상기 ESS의 열기를 상기 코퍼댐으로 전달하기 위해 상기 제1 컨트롤밸브; 블로워, 및 제2 컨트롤밸브 중 적어도 하나를 제어하도록 구성된다.

일 실시예에서, 상기 ESS 냉각 시스템은: ESS 룸의 내부 기체를 냉각하는 ESS 냉각기; 상기 코퍼댐의 내부 기체를 가열하는 코퍼댐 가열기;를 더 포함할 수도 있다. 상기 제어부는 상기 ESS 냉각기 및 상기 코퍼댐 가열기 각각의 온도 제어 동작을 제어하도록 더 구성된다.

일 실시예에서, 상기 ESS 냉각기는 냉각기 온/오프 온도 기준에 기초하여 구동하도록 설정될 수도 있다. 여기서, 냉각기 오프 온도 기준(T_{_cooler off})은 ESS의 온도가 냉각기 오프 온도 기준(T_{_cooler off}) 미만일 경우 ESS 냉각기가 정지하도록 설정된 값으로서 ESS 최저온도 기준(T_{_ess,min})을 초과하는 온도 값을 가지고, 냉각기 온 온도 기준(T_{_cooler on})은 ESS의 실시간 온도가 냉각기 온 온도 기준(T_{_cooler on})을 초과할 경우 ESS 냉각기가 구동을 개시하도록 설정된 값으로서 냉각기 오프 온도 기준(T_{_cooler off})을 초과하는 온도 값을 가진다.

일 실시예에서, 상기 코퍼댐 가열기는 가열 온/오프 온도 기준에 기초하여 구동하도록 설정될 수도 있다. 여기서, 가열 오프 온도 기준(T_{_heater off})은 코퍼댐의 온도가 가열 오프 온도 기준(T_{_heater off})을 초과할 경우 코퍼댐 가열이 정지하도록 설정된 값으로서 코퍼댐 최고온도 기준 (T_{_coff,max}) 미만의 온도 값을 가지고, 가열 온 온도 기준(T_{_heater on})은 코퍼댐의 온도가 가열 온 온도 기준(T_{_heater on}) 미만일 경우 코퍼댐 가열이 구동을 개시하도록 설정된 값으로서 가열 오프 온도 기준(T_{_heater off}) 미만의 온도 값을 가진다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 선박 내 비상 상황 발생을 감지할 경우 상기 제1 순환 배관 및 제2 순환 배관 상의 기체 경로 중 적어도 하나를 차단할 수도 있다.

일 실시예예서, 상기 선박용 ESS 냉각 시스템이 적용되는 선박은, 코퍼댐 및 ESS를 포함한 선박일 수도 있다. 예를 들어, 상기 선박은 LNGC, LNG FSRU, LNG 연료 추진선 중 어느 하나일 수도 있다.

본 출원의 실시예들에 따른 선박용 ESS 냉각 시스템은 ESS 냉각을 위하여 Cofferdam 내의 차가운 공기를 이용함으로써 ESS 냉각기 등을 구동하는데 드는 에너지를 절감할 수 있다. 더욱이, 상기 선박용 ESS 냉각 시스템이 적용된 선박에 적은 전력 소모량, 부피(또는 크기)를 갖는 ESS 냉각기를 설치 가능하여, 공간 효율성이 증가된다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명 또는 종래 기술의 실시예의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시예에 대한 설명에서 필요한 도면이 아래에서 간단히 소개된다. 아래의 도면들은 본 명세서의 실시예를 설명하기 목적일 뿐 한정의 목적이 아니라는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 설명의 명료성을 위해 아래의 도면들에서 과장, 생략 등 다양한 변형이 적용된 일부 요소들이 도시될 수 있다.
도 1은, 본 출원의 일 실시예에 따른, 코퍼댐의 냉기를 이용한 선박용 ESS 냉각 시스템의 개략도이다.
도 2는, 본 출원의 일 실시예에 따른, 코퍼댐의 냉기를 이용한 선박용 ESS 냉각 방법의 흐름도이다.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

실시예들에 따른 시스템은 전적으로 하드웨어이거나, 전적으로 소프트웨어이거나, 또는 부분적으로 하드웨어이고 부분적으로 소프트웨어인 측면을 가질 수 있다. 예컨대, 시스템은 데이터 처리 능력이 구비된 하드웨어 및 이를 구동시키기 위한 운용 소프트웨어를 통칭할 수 있다. 본 명세서에서 "부(unit)", “모듈(module)”“장치”, 또는 "시스템" 등의 용어는 하드웨어 및 해당 하드웨어에 의해 구동되는 소프트웨어의 조합을 지칭하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 하드웨어는 CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphic Processing Unit) 또는 다른 프로세서(processor)를 포함하는 데이터 처리 기기일 수 있다. 또한, 소프트웨어는 실행중인 프로세스, 객체(object), 실행파일(executable), 실행 스레드(thread of execution), 프로그램(program) 등을 지칭할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 출원의 실시예들을 보다 상세히 서술한다.

도 1은, 본 출원의 일 실시예에 따른, 코퍼댐의 냉기를 이용한 선박용 ESS 냉각 시스템의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은: ESS(10); 코퍼댐(20); 제어부(30); 순환 배관(41, 51); 블로워(43); 및 유량을 조절하거나 개방/차단하는 컨트롤밸브(47, 57)를 포함한다.

ESS(10)는 에너지를 전력 형태로 저장하는 저장소이다. ESS(10)는 복수의 배터리 랙을 포함한다. 각 배터리 팩은 복수의 배터리 모듈; 및 랙 컨트롤러를 포함한다. 각각의 배터리 모듈은 다수의 배터리 셀을 프레임에 넣은 배터리 셀 조립체(assembly)로 구현된다. 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀을 패킹하여 형성된다. 상기 배터리 셀은 전기에너지를 충방전할 수 있는 전지로서, 예를 들어 리튬 이온 배터리일 수도 있으나, 이에 제한되진 않는다.

상기 랙 컨트롤러는 제어 대상의 배터리 팩의 전반적인 운전을 관리한다. 상기 랙 컨트롤러는, 예를 들어, BMS(Battery Management System), 배터리 시스템 등을 포함할 수도 있다.

상기 랙 컨트롤러는 해당 배터리 팩의 상태를 확인하고 배터리 관련 정보를 생성한다. 또한 상기 랙 컨트롤러는 확인된 ESS(10)의 상태에 기초하여 방전 전력(즉, 출력 전력)을 제어한다. 상기 ESS(10)의 상태는 SoC(State of Charge), SoH(State of Health) 및/또는 SoF(State of Function)을 포함한다.

ESS(10)는 선내 부하에 전력을 공급하기 위해 운전한다. 복수의 배터리 팩의 전력은 선내 전력 계통으로 공급된다. 상기 ESS(10)는 ESS(10)를 구현하기 위한 제반 설비를 포함할 수도 있다. 상기 제반 설비는 상기 ESS(10)와 선내 전력계통의 전력 특성을 매칭하는데 사용될 수도 있다. 상기 제반 설비는, 예를 들어 PCS(Power conversion system), 변압기, EMS(energy management system), 판넬(panel) 등을 포함할 수도 있다.

ESS(10)는 ESS 냉각기(cooler)(11)를 포함한다. ESS 냉각기(11)는 ESS(10)의 온도가 적정 온도를 유지하도록 구동한다. ESS 냉각기(11)는 냉매 압축기, 냉각 팬(fan)을 포함할 수도 있다.

예를 들어, ESS 냉각기(11)는 ESS(10)를 냉각시켜 ESS(10)의 온도의 상승을 억제한다.

ESS 룸(또는 배터리 모듈)은 충방전과 같이 배터리를 사용하면 ESS(10) 내 배터리 자체 또는 기타 기기들에서 열기가 발생한다. 예를 들어, ESS(10)가 전력을 선내 부하로 공급하는 동안, 배터리 및/또는 전력 연결 경로 주변에서 열기가 발생한다. ESS(10)의 온도(예컨대, ESS 룸의 내부 온도)가 높으면 ESS(10)의 구성요소가 손상되어 충전 전력을 선내 전력 계통으로 안정적으로 공급할 수 없는 문제가 발생한다. 이를 방지하기 위해, ESS 냉각기(11)는 ESS(10)를 냉각시켜 ESS(10)의 온도를 시스템 손상이 발생하지 않을 적정 온도로 유지할 수도 있다.

또한, ESS 냉각기(11)는 과열 방지를 위해 ESS(10)를 필요 이상으로 냉각하여 새로운 문제를 야기하지 않도록 구성된다. 예를 들어, ESS(10)에서 주로 사용되는 배터리는 리튬이온 배터리이다. 이러한 리튬이온배터리는 저온에서 성능이 저하되는 특성이 있다.

이를 방지하기 위해 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 ESS(10)의 온도가 배터리 성능이 급격히 저하되는 온도 미만일 경우 ESS(10)의 냉각을 중지하도록 구성될 수도 있다.

특정 실시예들에서, 상기 ESS 냉각기(11)는 ESS(10)의 실시간 온도(또는 모니터링 온도)가 제1-1 특정 온도를 초과할 경우 ESS(10)의 냉각을 위해 구동하도록 구성될 수도 있다. 상기 제1-1 특정 온도는 ESS 냉각기(11)가 구동을 개시하는, 냉각기 온 온도 기준 (T_{_cooler_ON})으로서 미리 설정될 수도 있다. 또한, 상기 ESS 냉각기(11)는 ESS(10)의 실시간 온도(또는 모니터링 온도)가 제1-2 특정 온도 미만일 경우 ESS(10)의 지나친 냉각을 방지하기 위해 정지하도록 구성될 수도 있다. 상기 제1-2 특정 온도는 ESS 냉각기(11)가 구동을 정지하는, 냉각기 오프 온도 기준(T_{_cooler_OFF})으로서 미리 설정될 수도 있다.

코퍼댐(20)은 기름, 물, 가스 등의 유체가 한쪽 구획으로부터 다른 쪽 구획으로 직접 침입하는 것을 방지하기 위해 격벽 사이에 설치하는 완충 공간이다. 코퍼댐(20)은 선박에 선적되는 화물을 보호하기 위해 화물 공간 주변에 설치된다.

상기 선박용 ESS 냉각 시스템(1) 은 화물 공간 주변에 설치되어 화물 공간의 온도 보다 높은 온도로 코퍼댐(20)을 유지해야 하는 코퍼댐(20)이 설치되는 선박에 적용된다. 예를 들어, LNGC(Liquefied Natural Gas Carriers), LNG FSRU, LNG 연료 추진선 또는 기타 극저온 탱크가 있는 액화가스선에 도 1의 선박용 ESS 냉각 시스템(1)이 적용될 수도 있다.

또한, 코퍼댐(20)은 코퍼댐 가열기(heater)(21)를 포함한다.

이러한 선박에서 화물 공간의 온도는 선적되는 화물을 저온으로 보관하기 위해 낮은 온도로 유지된다. 특히, 전술한 연료 추진선 또는 액화가스선에는 각 카고 탱크(Cargo Tank)는, 예컨대, 0℃ 미만의 매우 극저온으로 유지된다. 그러면, 이러한 저온 또는 극저온 화물 공간 사이 또는 주변에 코퍼댐이 존재할 경우, 화물 공간의 저온 또는 극저온의 영향권에 놓이게 된다.

LNG 운반선, FSRU 등의 선박에 설치되는 코퍼댐(cofferdam)은 선체(hull) 재료로 극저온강과 같은 극저온에 강한 재료로 이루어지지 않는 것이 일반적이다. 때문에, 극저온 탱크 사이의 공간으로 형성되는 것과 같이 매우 낮은 온도를 갖는 화물 공간 주변에 코퍼댐이 곧바로 설치될 경우, 코퍼댐(20)은 주변 화물 공간의 매우 낮은 온도에 곧바로 노출된다. 그러면, 자신도 낮은 온도를 갖게 되어 코퍼댐은 온도 저하로 인한 구조 손상이 필연적으로 가진다.

코퍼댐(20)은 벽면의 재질이 극저온용 소재로 이루어지지 않는 것이 일반적이다. 때문에, 코퍼댐 가열기(21)는 코퍼댐(20)의 온도를 적정한 수준으로 유지하도록 코퍼댐(20)을 가열하도록 구성된다. 코퍼댐 가열기(21)는 코퍼댐(20)을 가열하여 구조 손상을 억제한다.

선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 코퍼댐 가열기(21)를 사용하여 코퍼댐(20)의 온도를 설정 온도(예컨대, 대략 5℃)로 유지해야 하는 구동 특성을 가진다.

또한, 코퍼댐 가열기(21)는 설정 온도 이상으로 코퍼댐(20)의 온도를 유지하더라도, 코퍼댐(20)을 필요 이상으로 가열하면 주변 화물 공간의 온도를 필요 이상으로 상승시켜 새로운 문제를 야기하지 않도록 코퍼댐(20)의 온도를 제어한다. 예를 들어, 코퍼댐 가열기(21)가 코퍼댐(20)을 필요 이상 가열하면 카고 탱크의 액화가스 기화량이 필요 이상으로 상승하여 화물의 손실을 유발할 수도 있다.

이를 방지하기 위해 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 코퍼댐(20)의 온도가 화물의 손실을 유발하는 온도를 초과할 경우 코퍼댐(20)의 가열을 중지하도록 구성될 수도 있다.

특정 실시예들에서, 코퍼댐 가열기(21)는 코퍼댐(20)의 실시간 온도(또는 모니터링 온도)가 제2-1 특정 온도 미만일 경우 코퍼댐(20)의 가열을 위해 구동하도록 구성될 수도 있다. 상기 제2-1 특정 온도는 코퍼댐 가열기(21)가 구동을 개시하는, 가열 온 온도 기준(T_{_heater_ON})으로 미리 설정될 수도 있다. 또한, 상기 코퍼댐 가열기(21)는 코퍼댐(20)의 실시간 온도(또는 모니터링 온도)가 제2-2 특정 온도를 초과할 경우 코퍼댐(20)의 지나친 가열을 방지하기 위해 정지하도록 구성될 수도 있다. 상기 제2-2 특정 온도는 코퍼댐 가열기(21)가 구동을 정지하는, 가열 오프 온도 기준(T_{_heater_OFF})으로서 미리 설정될 수도 있다.

일 실시예에서, ESS 냉각기(11), 코퍼댐 가열기(21)는 각각의 공간을 독립적으로 목표 온도로 유지할 수 있는 전력 용량을 갖도록 구성될 수도 있다.

코퍼댐 가열기(21)는 운항 환경, 시간대에 따라서 구동이 정지될 수도 있다. LNG 운반선 등의 코퍼댐(20)은 외기 및 해수의 온도에 따라 필요한 열 전달량(heat duty)의 차이가 크기 때문이다. 해당 운항 환경, 시간대에서는 코퍼댐 가열기(21)가 구동하지 않아도 코퍼댐(20)의 온도가 유지될 수도 있다. 예를 들어, 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 열대 지역에서는 코퍼댐 가열기(21)를 구동하지 않아도 코퍼댐(20)의 온도를 설정 온도(예컨대, 대략 5℃) 정도로 유지 가능하다. 즉, 구동이 불필요할 경우 코퍼댐 가열기(21)는 구동되지 않는다.

마찬가지로, ESS 냉각기(11)도 사용 환경 등에 따라서 구동이 정지될 수도 있다. 충/방전 시에 부하 및 외부 온도에 따라 냉열 전달량(Cooling Duty)이 달라지며, ESS(10)를 상시 충방전하지 않을 수도 있기 때문이다.

또한, 전술한 바와 같이, ESS(10)의 배터리 성능 저하를 방지하기 위해 ESS 냉각기(11)는 ESS(10)의 온도가 지나치게 하강하면 구동을 정지하여 ESS(10)의 온도를 적정 온도 범위로 상승시킬 수도 있다.

또한, 1MWh급 ESS에서 3C-rate로 충방전할 경우 배터리 모듈의 냉각이 필요하지만, 1C-rate로 충방전할 경우 냉각이 불필요할 수도 있다. 구동이 불필요할 경우 ESS 냉각기(11)는 구동되지 않는다.

이와 같이, ESS(10)의 냉각, 코퍼댐(20)의 가열에 대한 요구 전력, 요구 부하의 변동이 크고 ESS(10)의 냉각과 코퍼댐(20)의 가열이 필요한 시점이 일치하지 않을 수 있으므로 두 공간의 공기 순환 없이 각 공간을 독립적으로 목표온도로 유지 가능한 용량의 냉각기(11)와 코퍼댐 가열기(21)가 설치되는 것이 더 유리하다. 상기 ESS 냉각기(11)의 온도 유지 동작과 상기 코퍼댐 가열기(21)의 온도 유지 동작은 독립적으로 수행될 수도 있다.

또한, 특정 실시예들에서, 상기 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 ESS 최저온도 기준(T__ess,min) 및 코퍼댐 최고온도 기준(T__coff,max)에 기초하여 ESS 냉각기(11) 및 코퍼댐 가열기(21)를 구동할 수도 있다. 상기 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 상기 ESS(10)의 온도(T_{_ess})를 ESS 냉각기(11)의 구동 목표온도 범위(T_{_ess,min} ≤ T_{_ess} ≤ T_{_cooler on})에서 유지하는 냉각 동작을 수행하도록 구성될 수도 있다. 또한, 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 코퍼댐(20)의 실시간 온도(T_{_coff})를 코퍼댐 가열기(21)의 구동 목표온도 범위 (T_{_heater on} ≤ T_{_coff} ≤ T_{_coff,max})에서 유지하는 가열 동작을 수행하도록 구성될 수도 있다. 이에 대해서는 아래의 도 2를 참조하여 보다 상세하게 서술한다.

선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 (예컨대, ESS 냉각기(11)에 의해) ESS(10)의 온도를 전력 공급의 장애가 발생하지 않기 위한 적정 온도로 유지하기 위해 연료를 소모한다. 또한, 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 (예컨대, 코퍼댐 가열기(21)에 의해) 코퍼댐(20)의 온도를 벽면의 손상이 발생하지 않기 위한 특정 온도로 유지하기 위해 연료를 소모한다.

본 출원의 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 가열이 요구되는 열기 수요처, 냉각이 요구되는 냉열기 수요처를 연계하여, 독립적으로 위의 두 수요처의 에너지 소모 총 합보다 더 적은 에너지를 소모하도록 구성되어, 보다 높은 에너지 효율을 갖도록 구성된다.

이를 위해, 도 1의 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 ESS(10)의 내부 기체를 냉각시켜 배터리 온도의 과열을 방지하기 위해 연료를 소모하는 것을 최소화하기 위해 코퍼댐(20)의 냉기를 전달하는 구조를 가진다. 여기서, 코퍼댐(20)의 냉기는 실제로 사람이 차가운 기체로 느낄만한 온도를 갖는 기체로 제한되지 않고, ESS(10)의 내부 온도 보다 낮은 온도를 갖는 기체를 지칭한다. 코퍼댐(20)의 냉기는 코퍼댐(20) 내부에 분포하며, ESS(10)의 온도 보다 낮은 온도를 가지며 ESS(10)로 주입될 경우 ESS(10)의 열 에너지를 수용하여 ESS(10)의 온도를 하강시킬 수 있는 기체를 포함한다.

또한, 도 1의 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 코퍼댐(20)의 내부 기체를 가열시켜 코퍼댐(20)의 온도 저하를 방지하기 위해 연료를 소모하는 것을 최소화하기 위해, ESS(10)의 열기를 전달하는 구조를 가진다. 여기서, ESS(10)의 열기는 실제로 사람이 뜨거운 기체로 느낄만한 온도를 갖는 기체로 제한되지 않고, 코퍼댐(20)의 내부 온도 보다 높은 온도를 갖는 기체를 지칭한다.

상기 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 코퍼댐(Cofferdam)의 냉기를 ESS(10)에 주입하고, ESS 룸에서 가열된 공기를 코퍼댐(20)으로 재주입하는 순환 구조를 가질 수도 있다.

코퍼댐(20)의 냉기가 ESS(10)로 전달되는 것은 ESS(10)가 설치된 ESS 룸, 배터리를 패킹한 프레임, 및/또는 배터리 냉각 유로에 코퍼댐(20)의 냉기가 주입되는 것을 포함한다.

ESS(10)의 열기가 코퍼댐(20)으로 전달되는 것은 일 측격벽을 통해 코퍼댐(20)의 내부 공간, 및/또는 코퍼댐 가열 유로에 ESS(10)의 열기가 주입되는 것을 포함한다.

순환 배관(41, 51); 블로워(43); 및 컨트롤밸브(47, 57)는 상기 선박용 ESS 냉각 시스템(1)에서 열기/냉열기 전달 경로를 형성한다. 본 명세서에서 순환 구조를 형성하는 구성요소 중에서 코퍼댐(20)으로부터 ESS(10)까지의 경로 상에 배치되는 구성요소는 제1 구성요소, ESS(10)로부터 코퍼댐(20)까지의 경로 상에 배치되는 구성요소는 제2 구성요소로 지칭될 수도 있다.

순환 배관(41, 51)은 ESS(10)와 코퍼댐(20) 사이에 연결되어 각 공간의 내부 기체를 순환시킨다. 순환 배관(41, 51) 중 적어도 일부는 공기 덕트를 포함할 수도 있다.

순환 배관(41)은 코퍼댐(20)의 내부 기체를 ESS(10)으로 전달하는 기체 경로를 제공한다. 순환 배관(41)의 일 단은 코퍼댐(20)에 연결되고 타 단은 ESS(10)에 연결된다. 예를 들어, 순환 배관(41)의 일 단은 코퍼댐(20)의 일측 격벽에 연결되고 순환 배관(41)의 타 단은 ESS 룸에 연결될 수도 있다.

위에서 서술한 바와 같이 코퍼댐(20)은 코퍼댐 가열기(21)에 의해 가열되더라도 ESS(10)의 유지 온도 보다 낮다. 이러한 상대적으로 낮은 온도를 갖는 코퍼댐(20)의 내부 기체가 순환 배관(41)을 따라 ESS(10)으로 이동한다.

순환 배관(51)은 ESS(10)의 내부 기체를 코퍼댐(20)으로 전달하는 기체 경로를 제공한다. 순환 배관(51)의 일 단은 ESS(10)이 설치되는 ESS 룸 또는 배터리 냉각 유로에 연결되고 순환 배관(51)의 타 단은 코퍼댐(20)의 타측 격벽 또는 가열 유로에 연결된다.

위에서 서술한 바와 같이 ESS(10)는 ESS 냉각기(11)에 의해 냉각되더라도 코퍼댐 가열기(21)에 의한 코퍼댐(20)의 유지 온도 보다 높다. 이러한 상대적으로 높은 온도를 갖는 ESS(10)의 내부 기체가 순환 배관(51)을 따라 코퍼댐(20)으로 이동한다.

블로워(43)는 기체의 유동을 발생/차단하거나 또는 기체 유동량을 증가/감소한다.

일 실시예예서, 블로워(43)는 순환 배관(41)의 기체 경로 상에 설치된다. 블로워(43)는 순환 배관(41)을 따라 코퍼댐(20)의 냉기를 순환시킨다. 그러나, 블로워(43)의 설치 위치는 상기 순환 배관(41)의 기체 경로 상에 제한되지 않는다. 다른 실시예들에서, 상기 블로워(43)는 순환 배관(51)의 기체 경로 상에 설치될 수도 있다. 그러면, 블로워(43)는 순환 배관(51)을 따라 ESS(10)의 열기를 순환시킨다.

컨트롤밸브(47, 57)는 ESS 룸과 코퍼댐(20)을 분리하기 위해 기체 유동을 개방/차단하도록 구성된다. 또한 컨트롤밸브(47, 57)는 ESS 룸과 코퍼댐(20) 사이의 기체 유동량을 조절하기 위해 기체 유동량을 증가/감소하도록 더 구성될 수도 있다. 특정 실시예들에서, 상기 컨트롤밸브(47, 57)는 밸브 및 액추에이터를 포함할 수도 있다.

컨트롤밸브(47, 57)는 각각의 순환 배관(41, 51)의 기체 경로 상에 배치된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 컨트롤밸브(47)는 순환 배관(41)의 기체 경로 상에 배치되어 코퍼댐(20)으로부터 ESS(10)으로의 기체 순환 경로를 개방 또는 차단할 수도 있다. 컨트롤밸브(57)는 순환 배관(51)의 기체 경로 상에 배치되어 ESS(10)으로부터 코퍼댐(20)으로의 기체 순환 경로를 개방 또는 차단할 수도 있다.

블로워(43) 및 컨트롤밸브(47, 57)의 동작은 제어부(30)에 의해 제어될 수도 있다.

제어부(30)는 적어도 하나의 프로세서를 포함하며, 상기 선박용 ESS 냉각 시스템(1)이 코퍼댐(20)의 냉기를 이용하여 ESS(10)를 냉각하는 방법을 수행하게 한다. 예를 들어, 제어부(30)는 ESS(10)에서 발생한 가열된 공기를 코퍼댐(20)으로 전달하고 코퍼댐(20)의 냉기를 ESS(10)으로 공급하는 순환 제어 동작을 제어한다. 이를 위해, 상기 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 ESS(10)와 코퍼댐(20)의 온도 상태를 감지하기 위한 하나 이상의 온도 센서(미도시)를 더 포함한다. 제어부(30)는 온도 센서를 사용하여 ESS(10)와 코퍼댐(20)의 온도를 모니터링할 수도 있다.

일 실시예에서, 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 ESS 최저온도 기준(T__ess,min) 및 코퍼댐 최고온도 기준(T__coff,max)의 값을 미리 설정할 수도 있다.

제어부(30)는 ESS(10)의 온도가 ESS 최저온도 기준(T__ess,min) 이상일 경우 코퍼댐(20)의 냉기를 ESS(10)로 전달하도록 순환 구성요소(43, 47)를 제어한다. 제어부(30)는 코퍼댐(20)의 온도가 코퍼댐 최고온도 기준(T__coff,max) 이하일 경우 ESS(10)의 열기를 코퍼댐(20)으로 전달하도록 순환 구성요소(57)를 제어한다. 제어부(30)는 컨트롤밸브(47, 57), ESS 냉각기(11), 코퍼댐 가열기(21) 중 적어도 하나를 제어하는 제어 명령을 생성하여 해당 구성요소로 전송할 수도 있다. 상기 제어 명령은 기체 순환 동작을 개시하기 위한 구동의 온/오프 여부, 기체의 대상 유동량을 위한 구동 값을 포함할 수도 있다.

도 2는, 본 출원의 일 실시예에 따른, 코퍼댐의 냉기를 이용한 선박용 ESS 냉각 방법의 흐름도이다.

도 2의 코퍼댐(20)의 냉기를 이용한 선박용 ESS 냉각 방법(이하, “선박용 ESS 냉각 방법”)은 상기 도 1의 선박용 ESS 냉각 시스템(1)에 의해 수행된다.

도 2를 참조하면, 상기 선박용 ESS 냉각 방법은: 제어부(30)에 의해 ESS(10)의 온도 및 코퍼댐(20)의 온도를 모니터링하는 단계(S100)를 포함한다.

단계(S100)에서 ESS(10)의 온도는 ESS(10)가 설치된 ESS 룸의 내부 온도, 배터리를 패킹한 프레임의 내부 또는 주변 온도 및 이들의 조합 중 하나 이상에 기초할 수도 있다. 예를 들어, ESS 룸의 내부 온도가 모니터링될 수도 있다.

상기 선박용 ESS 냉각 방법은: 코퍼댐(20)의 냉기를 ESS(10)로 전달하고 ESS(10)의 열기를 코퍼댐(20)으로 전달하는 단계(S300)를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 단계(S300)는: 제어부(30)에 의해 ESS(10)의 온도가 ESS 최저온도 기준(T__ess,min) 이상인지를 판단하고, 코퍼댐(20)의 온도가 코퍼댐 최고 온도 기준(T__coff,max) 이하인지를 판단하는 단계(S310)를 포함한다. ESS 최저온도 기준(T__ess,min) 및 코퍼댐 최고 온도 기준(T__coff,max)에 대해서는 위에서 서술하였는 바 자세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 단계(S300)는 ESS(10)의 온도가 ESS 최저온도 기준(T__ess,min) 이상이고 코퍼댐 최고 온도 기준(T__coff,max) 이하인 경우 (즉, 단계(S310)의 온도 조건을 만족할 경우) 코퍼댐(20)의 냉기를 ESS(10)로 전달하고 ESS(10)의 열기를 코퍼댐(20)으로 전달하기 위해, 제어부(30)에 의해 컨트롤밸브(47, 57)을 개방하는 단계(S330);를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 단계(S330)는 블로워(43)를 구동하는 단계를 포함한다. 제어부(30)에 의해 컨트롤밸브(47)가 개방하고 블로워(43)가 구동하면, 코퍼댐(20)의 내부 기체가 순환 배관(41)을 따라 ESS(10)로 이동한다(S310). 코퍼댐 최고 온도 기준(T__coff,max) 이하의 코퍼댐(20)의 내부 기체(T__coff)는 ESS(10)의 내부 온도 보다 낮은 온도를 갖는 냉기이므로, ESS(10)의 온도 상승률 또는 ESS(10)의 온도가 코퍼댐(20)의 냉기 주입 이전 보다 하강할 수도 있다. 그러면, 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 ESS(10)의 온도가 적정 온도를 유지하도록 ESS(10)를 냉각시키는데 사용될 연료를 감소시킬 수 있다. 코퍼댐(20)이 이러한 냉기를 갖게 되는 지는 위에서 서술하였는바 자세한 설명은 생략한다.

또한, 제어부(30)에 의해 컨트롤밸브(57)가 개방하고 블로워(43)가 구동하면, ESS(10)의 내부 기체가 순환 배관(51)을 따라 코퍼댐(20)으로 이동한다(S330). ESS 최저온도 기준(T__ess,min) 이상인 ESS(10)의 온도(T__ess)는 코퍼댐(20)의 내부 온도 보다 높은 온도를 갖는 열기이므로, 코퍼댐(20)의 온도 하강률 또는 코퍼댐(20)의 온도가 ESS(10)의 열기 주입 이전 보다 상승할 수도 있다. ESS(10)가 이러한 열기를 갖게 되는 지는 위에서 서술하였는바 자세한 설명은 생략한다.

이러한 열기/냉기의 전달을 통해 내부 기체가 순환 배관(51)을 따라 코퍼댐(20)으로 이동하고 코퍼댐(20)으로부터 주입된 냉기가 배터리의 열 에너지를 획득하여 다시 가열되고, 가열된 기체가 코퍼댐(20)으로 재주입되는 순환 구조가 형성된다(S330). 순환 구조 하에서 코퍼댐(20)의 내부 기체와 ESS(10)의 내부 기체(예컨대, ESS 룸의 내부 기체)가 직접 교환되고, 결국, 코퍼댐(20)의 가열을 위하여 ESS(10)의 열기가 방출하고 ESS(10)의 냉각을 위하여 코퍼댐(20)의 냉기를 서로 회수한다.

일부 실시예에서, 제어부(30)는 코퍼댐(20)으로부터 ESS(10)로 흐르는 기체의 유동량을 조절하기 위해, 컨트롤밸브(47)의 개방 정도 및/또는 블로워(43)의 구동 정도를 제어할 수도 있다.

또한, 상기 단계(S300)는: 단계(S100)의 모니터링 결과 단계(S310)의 온도 조건을 만족하지 않을 경우 코퍼댐(20)의 냉기를 ESS(10)로 전달하지 않고 ESS(10)의 열기를 코퍼댐(20)으로 전달하지 않기 위해, 제어부(30)에 의해 컨트롤밸브(47, 57)을 차단하는 단계(S350)를 포함한다.

ESS(10)의 온도(T_{_ess})가 ESS 최저온도 기준(T_{_ess,min}) 미만이거나 코퍼댐(20)의 온도(T_{_coff})가 코퍼댐 최고온도 기준(T_{_coff,max}) 초과일 경우 에너지 교환을 정지하여 시스템(1)의 연료 소모를 최소화한다(S350).

일 실시예에서, 상기 단계(S350)는 블로워(43)를 정지하는 단계를 포함한다. 단계(S100) 이후 ESS(10)와 코퍼댐(20) 간의 에너지 교환이 이루어지지 않았다면, 상기 제어부(30)는 컨트롤밸브(47, 57) 및/또는 블로워(43)를 제어하여 순환 경로의 차단을 유지할 수도 있다.

또한, 상기 선박용 ESS 냉각 방법은: 선박 내 비상 상황 발생을 감지할 경우 제1 순환 배관 및 제2 순환 배관 상의 기체 경로 중 적어도 하나를 차단하는 단계(S200)를 더 포함할 수도 있다. 단계(S200)에서 ESS(10)와 코퍼댐(20) 사이의 열기 및/또는 냉기 전달이 중지된다.

여기서, 선박 내 비상 상황은 순환 배관(41, 51)을 따라 내부 기체를 전파할 경우 선박에 더 큰 피해가 발생할 수도 있는 상황으로서, ESS(10)에서의 비상 상황 및/또는 코퍼댐(20)에서의 비상 상황을 포함한다. ESS(10)에서의 비상 상황은 배터리 쇼트, 배터리 화재, 기타 ESS 열기폭주 상황을 포함할 수도 있다. 코퍼댐(20)에서의 비상 상황은 코퍼댐(20) 내부의 LNG(liquefied natural gas), NG(natural gas)의 누설을 포함할 수도 있다.

제어부(30)는 (예컨대, 온도 센서에 의해) 비상 상황의 발생을 감지하면 컨트롤밸브(47, 57)를 차단하고 블로워(43)를 정지함으로써 기체 경로를 차단할 수도 있다(S200). 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 ESS 열기폭주 발생 또는 코퍼댐 내부 LNG, NG 누설시 컨트롤밸브 차단과 블로워 정지하는 동작(S200)을 단계(S300)의 온도 제어를 위한 기체 순환 동작에 우선하여 적용한다.

상기 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 코퍼댐(20)을 가열하거나 ESS(10)를 냉각하기 위해 별도의 전력을 소모하는 코퍼댐 가열기(21) 및/또는 ESS 냉각기(11)의 구동 없거나 최소화되는 경우에도 단계(S330)에서 서로의 내부 기체를 순환시켜 코퍼댐(20)을 가열하고 ESS(10)를 냉각할 수도 있다. 상기 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 ESS(10) 및 코퍼댐(20) 중 어느 하나가 가열/냉각이 불필요할 경우, 기체 순환을 하지 않는다. 이 경우, 상기 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 ESS 냉각기(11) 또는 코퍼댐 가열기(21)를 통해 적정 온도로 해당 공간을 제어할 수도 있다.

이러한 순환 구조로 인해, 상기 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 코퍼댐의 상대적 냉기를 ESS 룸 내 배터리를 냉각하기 위한 공기로 이용하고, ESS 룸에서 가열된 공기를 코퍼댐을 가열하기 위한 공기로 이용하여 ESS 룸에서 배터리 냉각을 위해 소모되는 에너지와 코퍼댐(Cofferdam)을 가열하기 위한 에너지를 저감한다. 즉, ESS 냉각기(11)만을 사용하여 배터리의 온도를 하강하는 종래의 선박용 배터리 시스템과 비교하여 ESS(10)의 온도를 하강하는데 상대적으로 더 적은 연료가 소모된다.

대안적인 실시예들에서, 상기 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 단계(S330)에서 서로의 내부 기체를 순환시키는 것이 불필요할 경우에 ESS 냉각기(11) 및/또는 코퍼댐 가열기(21)를 구동하도록 더 구성될 수도 있다. 상기 선박용 ESS 냉각 시스템(1)에 의해 수행되는 선박용 ESS 냉각 방법은: 코퍼댐(20)의 내부 기체와 ESS(10)의 내부 기체를 직접 순환시켜 열기를 교환하는 것, 그리고 ESS 냉각기(11)에 따른 냉각과 코퍼댐 가열기(21)에 따른 가열이 연계된 제어 단계들을 더 포함할 수도 있다.

상기 선박용 ESS 냉각 방법은: 단계(S100)의 모니터링 결과에 기초하여 ESS 냉각기(11)를 제어하는 단계(S110); 및 단계(S100)의 모니터링 결과에 기초하여 코퍼댐 가열기(21)를 제어하는 단계(S120)를 더 포함한다. 제어부(30)에 의해 ESS(10)의 온도 및 미리 설정된 냉각기 온/오프 온도 기준에 기초하여 ESS 냉각기(11)를 제어한다. 제어부(30)에 의해 코퍼댐(20)의 온도 및 미리 설정된 가열 온/오프 온도 기준에 기초하여 코퍼댐 가열기(21)를 제어한다.

도 1의 순환 배관(41, 51)로 이루어진 순환 구조를 갖는 선박용 ESS 냉각 시스템(1)에서 상기 단계(S110, S120, S300)의 제어 동작은 서로 독립적으로 제어부(30)에 의해 수행될 수도 있다. 이를 위해, 단계(S300)의 제어 동작을 위한 온도 파라미터(T_{_ess,min} 및 T_{_coff,max}), 단계(S110)의 제어 동작을 위한 온도 파라미터(T_{_cooler_ON}, T_{_cooler_OFF}), 단계(S120)의 제어 동작을 위한 온도 파라미터(T_{__heater on}, T_{_heater off})가 각각 설정된다.

일 실시예에서, 단계(S110)에서 ESS 냉각기(110)의 구동을 위한 온도 파라미터(T_{_cooler_ON}, T_{_cooler_OFF}), 단계(S120)에서 코퍼댐 가열기(120)의 구동을 위한 온도 파라미터(T_{__heater on}, T_{_heater off}), 및 ESS(10)와 코퍼댐(20) 간의 기체 순환을 위한 온도 파라미터(T_{_ess,min} 및 T_{_coff,max})는 각각 다음의 상하 관계를 만족하도록 설정될 수도 있다: a) T_{_ess,min} < T_{_cooler off} ≤ T_{_cooler on,}b) T_{_heater on} ≤ T_{_heater off} < T_{_coff,max}.

상기 단계(S110)는: ESS(10)의 온도(T_{_ess})가 냉각기 온 온도 기준(T_{_cooler_ON})을 초과하는지 판단하는 단계(S111); ESS(10)의 온도(T_{_ess})가 냉각기 온 온도 기준(T_{_cooler_ON})을 초과하면 ESS 냉각기(11)가 구동하는 단계(S113);를 포함한다.

냉각기 온 온도 기준(T_{_cooler on})은 ESS(10)의 실시간 온도가 냉각기 온 온도 기준(T_{_cooler on})을 초과할 경우 ESS 냉각기(11)가 동작을 개시하도록 설정된 값이다. ESS(10)의 실시간 온도가 냉각기 온 온도 기준(T_{_cooler on})을 초과하면 ESS(10)의 전력 공급 성능이 저하될 수도 있다.

냉각기(11)가 구동하여 ESS(10)의 온도가 하강한다.

또한, 상기 단계(S110)는: ESS(10)의 온도(T_{_ess})가 냉각기 오프 온도 기준(T_{_cooler_OFF}) 미만인지 판단하는 단계(S115); 및 ESS(10)의 온도(T_{_ess})가 냉각기 오프 온도 기준(T_{_cooler_OFF}) 미만이면 ESS 냉각기(11)를 정지하는 단계(S117)를 포함한다.

냉각기 오프 온도 기준(T_{_cooler off})은 ESS(10)의 실시간 온도(즉, 모니터링 온도)가 냉각기 오프 온도 기준(T_{_cooler off}) 미만일 경우 ESS 냉각기(11)가 정지하도록 설정된 값이다. 여기서, 냉각기 오프 온도 기준(T_{_cooler off})은 ESS 최저온도 기준(T_{_ess,min})을 초과하는 온도 값이다.

일 실시예에서, 상기 단계(S110)는 기체 순환 단계(S300) 이전에 수행될 수도 있다. 그러면, ESS 냉각기(11)는 ESS(10)의 실시간 온도(T_{_ess})를 ESS 냉각기(11)의 구동 목표온도 범위(T_{_ess,min} < T_{_ess} ≤ T_{_cooler on})에서 유지하도록 동작한다.

예를 들어, ESS(10)의 온도(T_{_ess})가 냉각기 온 온도 기준(T_{_cooler on})을 초과할 경우 ESS 냉각기(11)가 동작을 개시한다. 그러면, ESS(10)의 온도(T_{_ess})가 저하된다. ESS(10)의 온도(T_{_ess})가 냉각기 오프 온도 기준(T_{_cooler off}) 미만으로 저하되면 ESS 냉각기(11)가 정지한다. ESS 냉각기(11)가 정지하면 코퍼댐(20)의 냉기만으로 ESS(10)의 온도가 조절될 수도 있다(S300).

상기 단계(S120)는: 코퍼댐(20)의 온도(T_{_coff})가 가열 온 온도 기준(T_{_heater_ON}) 미만인지 판단하는 단계(S121); 및 코퍼댐(20)의 온도(T_{_coff})가 가열 온 온도 기준(T_{_heater_ON}) 미만이면 코퍼댐 가열기(21)를 구동하는 단계(S123)를 포함한다.

가열 온 온도 기준(T_{_heater on})은 코퍼댐(20)의 실시간 온도(즉, 모니터링 온도)가 가열 온 온도 기준(T_{_heater on}) 이하일 경우 코퍼댐 가열기(21)가 구동하여 코퍼댐(20)이 가열하도록 설정된 값이다. 코퍼댐(20)의 온도가 가열 온 온도 기준(T_{_heater on}) 미만이면 코퍼댐(20)의 구조 내구성이 저하될 수도 있다.

코퍼댐 가열기(21)가 구동하여 코퍼댐(20)의 온도가 상승한다.

상기 단계(S120)는: 코퍼댐(20)의 온도(T_{_coff})가 가열 오프 온도 기준(T_{_heater_OFF})을 초과하는지 판단하는 단계(S125); 코퍼댐(20)의 온도(T_{_coff})가 가열 오프 온도 기준(T_{_heater_OFF})을 초과하면 코퍼댐 가열기(21)를 정지하는 단계(S127)를 포함한다.

가열 오프 온도 기준(T_{_heater off})은 코퍼댐(20)의 실시간 온도가 가열 오프 온도 기준(T_{_heater off}) 이상일 경우 코퍼댐 가열기(21)가 정지하도록 설정된 값이다. 여기서, 가열 오프 온도 기준(T_{_heater off})은 코퍼댐 최고온도 기준 (T_{_coff,max}) 이하의 온도 값이다.

일 실시예에서, 상기 단계(S120)는 기체 순환 단계(S300) 이전에 수행될 수도 있다. 그러면, 코퍼댐 가열기(21)는 코퍼댐(20)의 실시간 온도(T_{_coff})를 코퍼댐 가열기(21)의 구동 목표온도 범위 (T_{_heater on} ≤ T_{_coff} < T_{_coff,max})에서 유지하도록 동작한다.

예를 들어, 코퍼댐(20)의 온도(T_{_coff})가 가열 온 온도 기준(T_{_heater on}) 미만으로 저하되면 코퍼댐 가열기(21)가 동작을 개시한다. 그러면 코퍼댐(20)의 온도(T_{_coff})가 상승한다. 코퍼댐(20)의 온도(T_{_coff})가 가열 오프 온도 기준(T_{_heater off})을 초과할 경우 코퍼댐 가열기(21)가 정지한다. 코퍼댐 가열기(21)가 정지하면 ESS(10)의 열기만으로 코퍼댐(20)의 온도가 조절될 수도 있다(S300).

상기 선박용 ESS 냉각 시스템(1)은 코퍼댐(20)의 내부 기체와 ESS(10)의 내부 기체를 직접 순환시켜 열기를 교환하는 것, 그리고 ESS 냉각기(11)에 따른 냉각과 코퍼댐 가열기(21)에 따른 가열이 연계됨으로써, 보다 효율적으로 ESS(10)를 냉각할 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이 냉각기(11)/코퍼댐 가열기(21)를 특정하게 구동하여 순환 구조 하에서 에너지 효율이 더욱 향상된다.

이러한 도 1의 선박용 ESS 냉각 시스템(1) 또는 도 2의 선박용 ESS 냉각 방법을 활용하면, 보다 적은 소비 전력으로 ESS(10)의 온도를 충분히 적정온도로 유지할 수 있다.

상기 선박용 ESS 냉각 시스템(1)이 본 명세서에 서술되지 않은 다른 구성요소를 포함할 수도 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 상기 선박용 ESS 냉각 시스템 (1)은 네트워크 인터페이스, 데이터 엔트리를 위한 입력 장치, 및 디스플레이, 인쇄 또는 다른 데이터 표시를 위한 출력 장치를 포함하는, 본 명세서에 서술된 동작에 필요한 다른 하드웨어 요소를 포함할 수도 있다.

이상에서 설명한 실시예들에 따른 상기 선박용 ESS 냉각 시스템(1) 및 이에 의해 수행되는 선박용 ESS 냉각 방법에 의한 동작은 적어도 부분적으로 컴퓨터 프로그램으로 구현되어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 예를 들어, 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터-판독가능 매체로 구성되는 프로그램 제품과 함께 구현되고, 이는 기술된 임의의 또는 모든 단계, 동작, 또는 과정을 수행하기 위한 프로세서에 의해 실행될 수 있다.

상기 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록신원확인 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장신원확인 장치 등을 포함한다. 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 발명은 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 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims

코퍼댐의 냉기를 이용한 선박용 ESS 냉각 시스템에 있어서,
선내 전력계통에 전력을 공급하기 위한 배터리를 포함한 ESS(Energy Storage System);
화물 공간 주변에 설치되어 유체의 침입을 방지하는 코퍼댐;
냉각기 온/오프 온도 기준에 기초하여 구동하도록 설정되어, ESS 룸의 내부 기체를 냉각하는 ESS 냉각기;
가열 온/오프 온도 기준에 기초하여 구동하도록 설정되어, 상기 코퍼댐의 내부 기체를 가열하는 코퍼댐 가열기;
상대적으로 낮은 온도를 갖는 상기 코퍼댐의 내부 기체를 상기 ESS로 전달하는 제1 순환 배관;
상대적으로 높은 온도를 갖는 상기 ESS의 내부 기체를 상기 코퍼댐으로 전달하는 제2 순환 배관;
상기 제1 순환 배관의 기체 경로 상에 배치되는 제1 컨트롤밸브;
상기 제2 순환 배관의 기체 경로 상에 배치되는 제2 컨트롤밸브; 및
ESS의 현재 온도 및 코퍼댐의 현재 온도를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 상기 ESS 냉각기, 코퍼댐 가열기, 제1 컨트롤밸브, 제2컨트롤밸브 중 적어도 하나를 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 ESS의 온도가 냉각기 온 온도 기준을 초과하는 경우에는 상기 ESS 냉각기를 구동시키고, 상기 ESS의 온도가 냉각기 오프 온도 기준 미만인 경우에는 상기 ESS 냉각기의 구동을 정지시키고,
상기 코퍼댐의 온도가 가열 온 온도 기준 미만인 경우에는 상기 코퍼댐 가열기를 구동시키고, 상기 코퍼댐의 온도가 가열 오프 온도 기준을 초과하는 경우에는 상기 코퍼댐 가열기의 구동을 정지시키고,
상기 ESS의 온도가 ESS 최저온도 기준(T_ess,min) 이상이고 상기 코퍼댐의 온도가 코퍼댐 최고 온도 기준(T_coff,max) 이하인지를 판단하여, 상기 ESS의 온도가 ESS 최저온도 기준(T_ess,min) 이상이고 상기 코퍼댐의 온도가 코퍼댐 최고 온도 기준(T_coff,max) 이하이면, 상기 코퍼댐의 냉기를 ESS로 전달하고 상기 ESS의 열기를 상기 코퍼댐으로 전달하기 위해 상기 제1 컨트롤밸브, 제2 컨트롤밸브 중 적어도 하나를 제어하되,
상기 냉각기 오프 온도 기준(T_cooler off)은 ESS의 온도가 냉각기 오프 온도 기준(T_cooler off) 미만일 경우 ESS 냉각기가 정지하도록 설정된 값으로서 상기 ESS 최저온도 기준(T_ess,min)을 초과하는 온도 값을 가지고,
상기 냉각기 온 온도 기준(T_cooler on)은 ESS의 실시간 온도가 냉각기 온 온도 기준(T_cooler on)을 초과할 경우 ESS 냉각기가 구동을 개시하도록 설정된 값으로서 상기 냉각기 오프 온도 기준(T_cooler off)을 초과하는 온도 값을 가지고,
가열 오프 온도 기준(T_heater off)은 코퍼댐의 온도가 가열 오프 온도 기준(T_heater off)을 초과할 경우 코퍼댐 가열이 정지하도록 설정된 값으로서 상기 코퍼댐 최고온도 기준 (T_coff,max) 미만의 온도 값을 가지고,
가열 온 온도 기준(T_heater on)은 코퍼댐의 온도가 가열 온 온도 기준(T_heater on) 미만일 경우 코퍼댐 가열이 구동을 개시하도록 설정된 값으로서 상기 가열 오프 온도 기준(T_heater off) 미만의 온도 값을 가지는 것을 특징으로 하는 선박용 ESS 냉각 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 순환 배관 또는 제2 순환 배관의 기체 경로 상에 배치되는 블로워;를 더 포함하며,
상기 제어부는,
상기 ESS의 열기를 상기 코퍼댐으로 전달할 때, 상기 제1 컨트롤밸브, 블로워, 제2 컨트롤밸브 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 ESS 냉각 시스템.
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청구항 1에 있어서, 상기 제어부는,
선박 내 비상 상황 발생을 감지할 경우 상기 제1 순환 배관 및 제2 순환 배관 상의 기체 경로 중 적어도 하나를 차단하는 것을 특징으로 하는 선박용 ESS 냉각 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 선박용 ESS 냉각 시스템이 적용되는 선박은, 코퍼댐 및 ESS를 포함한 선박으로서 LNGC(Liquefied Natural Gas Carriers), LNG FSRU(LNG Floating Storage Re-gasification Unit), LNG 연료 추진선 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 선박용 ESS 냉각 시스템.