KR20160120956A - 배터리를 포함하는 선박 - Google Patents

Abstract

대용량 배터리를 포함하는 선박이 제공된다. 선박은, 전력 계통; 상기 전력 계통에 연결되고 상기 전력 계통으로부터 전기를 공급받아 충전되거나 상기 전력 그리드에 전력을 공급하도록 방전되는 하나 이상의 대용량 배터리; 및 상기 대용량 배터리를 수용하는 보관실을 포함하되, 상기 보관실은 상기 보관실 내부를 둘러싸는 내벽을 포함하고, 상기 내벽은 플라스틱 폼, 합성 고무, 천연 고무 중 하나 이상으로 이루어진 완충 부재로 형성된다.

Description

배터리를 포함하는 선박{a ship including a battery}

본 발명은 배터리를 포함하는 선박에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대용량 배터리를 포함하는 선박에 관한 것이다.

충전 가능한 2차 배터리 기술은 점점 발전하고 있으며, 용량 대비 그 크기가 감소되고 있다. 현재, 대용량 전력을 저장 및 공급할 수 있는 2차 배터리는 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)이라고 명명되어 전력 운용 계통의 보조 공급 전원으로서 상용화가 시도되고 있다.

한국공개특허 KR 10-2013-0141766 (2013. 12. 27)

선박의 전력계통에 대한 보조 전력 공급 전원으로서, 대용량 배터리를 포함하는 에너지 저장 시스템(ESS)을 선박에 배치하는 것이 시도될 수 있다. 실효성을 확보할 수 있을 만큼 큰 용량을 갖는 대용량 배터리는 그에 상응하여 큰 부피를 차지한다. 그러나, 대용량 배터리는 소정의 사용 연한 및 충전 가능 횟수가 제한되어 있으며, 이는 선박의 사용 연한에 비하여 비교적 짧다. 따라서, 선박에 보조 전력 공급원으로서 대용량 배터리를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공하기 위해서는, 교체주기가 예정된 대용량 배터리의 효율적인 배치에 대한 탐구가 필요하다.

이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 선박 내의 쓰러스터와 같은 고용량 부하에 대한 최적의 전기 케이블 연결 방식이 적용된 대용량 배터리를 포함하는 선박을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따른 선박은 전력 계통; 상기 전력 계통에 연결되고 상기 전력 계통으로부터 전기를 공급받아 충전되거나 상기 전력 그리드에 전력을 공급하도록 방전되는 하나 이상의 대용량 배터리; 및 상기 대용량 배터리를 수용하는 보관실을 포함하되, 상기 보관실은 상기 보관실 내부를 둘러싸는 내벽을 포함하고, 상기 내벽은 플라스틱 폼, 합성 고무, 천연 고무 중 하나 이상으로 이루어진 완충 부재로 형성된다.

또한, 상기 내벽은 고밀도 폴리우레탄 폼이다.

한편, 상기 보관실은 상기 내벽을 통과하여 냉각수를 유동시키는 냉각 도관을 더 포함한다.

또한, 상기 냉각수는 해수이다.

한편, 상기 보관실은 상기 보관실 내부의 공기를 외부로 환기시키는 환기 장치를 더 포함한다.

한편, 상기 전력 계통은, 전력 그리드; 상기 전력 그리드에 연결되고 상기 전력 그리드에 전기를 공급하는 복수의 발전기; 상기 전력 그리드에 연결된 하나 이상의 부하 요소; 상기 복수의 발전기의 가동 여부 및 가동 부하를 제어하고, 상기 대용량 배터리의 충전 또는 방전 여부를 제어하는 제어기를 포함한다.

한편, 상기 하나 이상의 대용량 배터리는, ISO 컨테이너 및 상기 ISO 컨테이너 내부에 배치되는 하나 이상의 충전셀을 포함한다.

또한, 상기 충전셀은 리튬 이온 전지 또는 슈퍼 커패시터 중 하나 이상이다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 배터리를 탑재한 선박의 예시적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 보관실 및 보관실에 탑재되는 대용량 배터리를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 보관실의 내벽을 Ⅲ-Ⅲ' 라인을 따라 절개한 예시적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전력 계통의 블록도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 배터리의 충전셀의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 6는 도 5의 일 배터리 팩의 예시적인 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도 7는 도 5에 도시된 타워형 배터리 랙으로 구성된 예시적인 충전셀을 포함하는 ISO 컨테이너형 대용량 저장장치의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 예시적인 항해 스케쥴에서 시간에 따른 부하의 변동을 예시적으로 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 제어기가 도 8에 따른 항해 스케쥴을 참조하여 충전 기간을 설정하는 것을 예시하는 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너선을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG선을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작 이외에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 배터리를 탑재한 선박의 예시적인 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 배터리(10)를 탑재한 선박은, 전력 계통(20), 전력 계통(20)에 연결되고 전력 계통(20)으로부터 전기를 공급받아 충전되거나 전력 계통(20)에 전력을 공급하도록 방전되는 하나 이상의 대용량 배터리(10), 대용량 배터리(10)를 수용하는 보관실(30)을 포함한다.

전력 계통(20)은 선박 내에서 사용되는 각종 부하 요소들 및 전력을 생산하는 발전기들이 전력 그리드(21)를 통해 연결되는 전력 운용 체계에 대응될 수 있다. 전력 계통(20)의 예시적인 구성들에 대해서, 이후 도 4를 참조하여 후술된다.

대용량 배터리(10)는 충전 케이블(CC)을 통하여 전력 계통(20)에 연결될 수 있다. 대용량 배터리(10)는 전력 계통(20)으로부터 전력을 공급받아 대용량 배터리(10)를 충전할 수 있다. 대용량 배터리(10)는 선박의 보관실(30)에 탑재 및 수용될 수 있다.

보관실(30)은 선박의 위로부터 대용량 배터리(10)를 탑재 및 수용할 수 있는 공간으로서, 선박의 일면, 예를 들어, 선박의 갑판이 내부를 향하여 침강된 공간일 수 있다.

도 1에 도시된 실시예에서, 대용량 배터리(10)는 하나의 보관실(30)에 하나의 대용량 배터리(10)가 수용된 것이 예시되었다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 보관실(30)의 수는 두 개 이상일 수 있고, 각각의 보관실(30)에 수용되는 대용량 배터리(10)의 수는 2 개 이상일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 보관실 및 보관실에 탑재되는 대용량 배터리를 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 3은 도 2의 보관실의 내벽(32)을 Ⅲ-Ⅲ' 라인을 따라 절개한 예시적인 단면도이다.

도 2에서 ISO 컨테이너에 탑재된 대용량 배터리(10)가 예시된다. ISO 컨테이너형 대용량 배터리(10)에 대한 더 상세한 예시는 추후 도 5 내지 도 7을 참조하여 상술된다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 보관실(30)은 보관실(30) 내부를 둘러싸는 내벽(32)을 포함할 수 있다. 내벽(32)은 보관실(30) 내부로 삽입된 ISO 컨테이너형 대용량 배터리(10)를 외부 충격으로부터 보호하는 완충 부재로 형성될 수 있고, 보관실(30) 내부, 특히, 대용량 배터리(10)의 온도를 유지하는 냉각 부재로 형성될 수 있다. 내벽(32)은, 예를 들어, 플라스틱 폼, 합성 고무, 천연 고무 중 하나 이상으로 이루어진 완충 부재일 수 있고, 예를 들어, 내벽(32)은 고밀도 폴리우레탄 폼일 수 있다.

또한, 보관실(30)은 내벽(32)을 통과하여 냉각수를 유동시키는 냉각 도관(36)을 포함할 수 있다. 냉각수는 냉각 도관(36)을 통하여 보관실(30)의 내벽(32) 내로 도입되어 보관실(30) 외부로 배출될 수 있고, 보관실(30)의 내벽(32)의 온도를 낮춤으로써, 보관실(30) 내부, 즉, 대용량 배터리(10)의 온도를 조절할 수 있다. 냉각수는 해수일 수 있다. 내벽(32)을 관통하는 냉각 도관(36)은 복수개의 관 또는 파이프 형상일 수 있으며, 보관실(30) 외부로부터 도입부(34_1)로부터 도입되어 보관실(30)의 내벽(32) 중 적어도 일벽을 관통하여 보관실(30)의 내벽(32) 중 하부벽을 지나 보관실(30)의 내벽(32) 중 다른 벽을 관통하여 보관실(30) 외부의 배출부(34_2)로 이어질 수 있다.

또한, 보관실(30)은 보관실(30) 내부의 공기를 외부로 환기시키는 환기 장치(38)를 포함할 수 있다. 도 2에서 환기 장치(38)는 보관실(30) 내부의 공기를 보관실(30) 외부로 환기하는 것을 예시하였으나, 반대의 경우도 가능하다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에서, 환기 장치(38)는 보관실(30) 외부의 공기를 보관실(30) 내부로 도입하는 수단으로 사용될 수도 있다.

또한, 보관실(30)은 대용량 배터리(10)에 접속되고 충전 케이블에 연결되는 접속 단자(미도시)를 포함할 수 있다.

대용량 배터리(10)는 예를 들어, 크레인에 의해 선박 외부로부터 삽입되거나, 선박 외부로 방출될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 배터리(10)는 ISO 컨테이너 규격으로 형성되어, 선박의 보관실(30) 내에서 선박의 위로부터 삽입 및 방출될 수 있으므로, 선박의 다른 적재물, 특히, 컨테이너들의 적재 및 하역 작업의 일환으로 ISO 컨테이너형 대용량 배터리(10)를 이동 및 교체시킬 수 있다. 이러한 대용량 배터리(10)의 이동 및 교체는 부두에 이미 설치된 크레인과 같은 하역 장치를 이용하여 편리하게 수행될 수 있다.

또한, 대용량 배터리(10)는 완충 부재로 작용하는 내벽(32)에 의해 외부 충격으로부터 보호될 수 있고, 냉각 도관(36) 및 환기 장치(38)의 작용에 의해 과열 및 수분, 특히, 염분으로부터 차단될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전력 계통의 블록도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전력 계통(20)은, 전력 그리드(21), 전력 그리드(21)에 연결된 발전기, 전력 그리드(21)에 연결된 대용량 배터리(10)들, 전력 그리드(21)에 연결된 복수의 부하 요소(25) 및 제어기(22)를 포함할 수 있다.

전력 그리드(21)는 선박 내 전력 계통(20)을 관류하는 하나 이상의 전기적 노드에 대응될 수 있다. 전력 그리드(21)는 하나 이상의 전기적 노드를 형성하여 부하 요소에 전력을 공급할 수 있는 하나 또는 그 이상의 전기 케이블의 집합 또는 네트워크를 의미할 수 있다.

도 4에 도시된 실시예에서, 전력 그리드(21)는 AC 전압이 인가된 AC 그리드를 형성하는 것으로 예시된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 전력 그리드(21)는 예를 들어, DC 전압이 인가되는 DC 그리드를 형성할 수도 있다.

복수의 발전기(24)는 전력 그리드(21)에 연결되며 전력 그리드(21)에 전기를 공급할 수 있다. 복수의 발전기(24)는, 예를 들어, 200KW 이상의 대용량 전력을 생성할 수 있는 디젤 발전기들로 구성될 수 있다. 각각의 발전기는 특정 전압 레벨 및 주파수를 갖는 AC 전압을 생성할 수 있고, 그 특정 전압 레벨 및 주파수를 유지하기 위하여 자기 조절(self regulation)될 수 있다. 예를 들어, 디젤 발전기는 440V 및 60Hz를 갖는 AC 전압을 제공하도록 소모하는 연료의 양을 자기 조절할 수 있고, 이에 따라, 전력 그리드(21)에 제공하는 전압 및 주파수를 440V 및 60Hz로 유지할 수 있다.

선박의 내 부하 요소들은 전력 그리드(21)에 연결될 수 있고 전력 그리드(21)로부터 전력을 공급받아 부하 요소들의 상응하는 기능들을 수행할 수 있다.

만일, 부하 요소들이 많은 전력을 소모하여 전력 그리드(21)의 부하가 상승할 경우, 전력 그리드(21)의 AC 전압 진폭은 작아지거나 전력 그리드(21)의 AC 전압의 주파수는 감소할 수 있다. 이 경우, 전력 그리드(21)의 부하가 증가된 것으로 해석할 수 있으며, 복수의 발전기(24)는 증가된 부하에 상응하는 가동 부하를 제공하도록 조절될 수 있다. 구체적으로, 전력 그리드(21)의 부하가 증가된 경우, 복수의 발전기(24)는 소모하는 연료의 양을 증가시킴으로써, AC 전압의 진폭 및 주파수를 특정 레벨 및 주파수, 예를 들어, 440V 및 60Hz로 조절하여 전력 그리드(21)로 제공하는 가동 부하를 증가시킬 수 있다.

또한, 복수의 발전기(24)는 외부로부터 발전기 제어 신호를 수신할 수 있고, 수신된 발전기 제어 신호에 응답하여, 복수의 발전기(24)가 생산하여 전력 그리드(21)에 공급하는 전력의 양에 대응하는 가동 부하를 조절할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에서 복수의 발전기(24)는 제어기(22)로부터 제공되는 발전기 제어 신호에 따라 발전기의 가동 부하를 조절하는 외부 조절식으로 동작할 수 있으며, 전력 그리드(21) 망의 순시적인 전압 변동에 독립적으로 생성하는 전력 부하의 양을 외부 조절식으로 유지할 수 있다.

선박 내 복수의 부하 요소(25)들은 선박 내 전력 계통(20)에 접속하여 제 기능을 수행하는 다양한 응용 기기 및 기구들일 수 있다. 복수의 부하 요소(25)들은 변압기를 통해 전력 그리드(21)에 연결될 수 있고, 변압기는 예를 들어, 440V인 전력 그리드(21)의 전압을 각각의 부하 요소의 운용 전압으로 감압 또는 승압하여 복수의 부하 요소(25)에 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시에에서, 복수의 부하 요소(25)는 적어도 선내 기기/기구 부하 및 복수의 쓰러스터들(L1~Lm)을 포함하는 구성으로 지칭되었다.

선내 기기/기구 부하(L_A)는 선박 내에서 전기를 사용하여 운용되는 통상의 기기/기구일 수 있고, 예를 들어, 관제 시스템, 가전 용품, 조명 등 일 수 있다.

쓰러스터들은 선박의 운항용 메인 프로펠러 이외에 보조적인 추진력을 제공하는 전기 모터 및 스크류의 결합일 수 있고, 예를 들어, 선박의 선두에서 선박의 길이 방향에 수직한 방향으로 추진력을 제공하는 바우 쓰러스터 및 선박의 전방위에 걸쳐 추진력을 제공하는 아지무스 쓰러스터일 수 있다.

선박의 운항동안, 선박 내의 전력 계통(20)에서 소모되는 전력은 불특정 시간 구간 동안 크게 증가되거나 감소되어 요동하는 순시 변동 구간을 가질 수 있다. 이와 같은 선박 내의 전력 그리드(21)에 인가되는 요동하는 순시 부하의 변동에 대응하기 위하여, 선박 내의 복수의 발전기(24)는 공급가능한 부하의 충분한 마진을 가지고 있어야 한다.예를 들어, 선박에서 소모되는 평균 부하 이상의 부하를 공급하기 위하여, 하나의 발전기가 평균 부하에 비하여 충분히 큰 전력 공급 능력을 가지거나, 추가의 발전기가 최소 부하 공급 상태에서 발전 상태를 유지하고 있어야 한다.

예를 들어, 제1 발전기가 공급 가능한 최대 부하가 선박 내에서 소모되는 평균 부하 이상일 지라도, 불특정한 시간 구간 동안 요동하는 전력 수요에 대응하기 위하여, 제2 발전기는 대기 상태를 유지할 필요가 있다. 이 때, 제2 발전기는, 상대적으로 그 용량에 비하여 낮은 부하를 공급하는 발전 상태를 유지해야하며, 이는 발전기의 연비를 저해하는 원인이 될 수 있다.

대용량 배터리(10)는 DC to AC 변압기 또는 AC to DC 변압기 및 충전 케이블을 통해 전력 그리드(21)에 연결될 수 있고, 선박 내 전력 계통(20)에 대한 보조적인 전력 공급 수단으로 작용할 수 있다. 대용량 배터리(10)는 전력 그리드(21)로부터 전력을 공급 받아 충전되거나 방전하여 전력 그리드(21)에 전력를 공급할 수 있다.

대용량 배터리(10)들은 미리 설정된 충전치를 유지 또는 추종하도록 충전 또는 방전을 반복할 수 있다. 예를 들어, 대용량 배터리(10)들은 미리 설정된 하한 충전치 이하로 방전될 경우, 충전을 시작하고 미리 설정된 상한 충전치 이상으로 충전될 경우 방전되도록 자기 조절될 수 있다. 또한, 예를 들어, 대용량 배터리(10)들은 시간에 따라 변동하는 미리 설정된 충방전 목표값을 추종하도록 충방전이 자기 조절될 수 있다.

나아가, 대용량 배터리(10)들은 외부의 배터리 제어 신호에 응답하여 대용량 배터리(10)의 충전 또는 방전 상태를 스위칭할 수 있다. 예를 들어, 대용량 배터리(10)들에 제어기(22)로부터 충전 개시 신호에 상응하는 배터리 제어 신호가 인가될 때 대용량 배터리(10)들은 충전을 시작하고, 방전 개시 신호에 상응하는 배터리 제어 신호가 인가될 때 대용량 배터리(10)들은 방전을 시작하도록, 대용량 배터리(10)들은 외부 조절식으로 제어될 수 있다.

복수의 발전기(24)는 각각의 발전기의 가동 여부 및 가동 부하에 관한 발전기 부하 정보를 외부로, 예를 들어, 외부의 제어기(22)로 전달할 수 있다. 또한, 대용량 배터리(10)는 대용량 배터리(10)의 현재 충전 정도, 충방전 회수, 충전 및 방전 지속 시간 등에 관한 정보를 외부로, 예를 들어, 외부의 제어기(22)에 전달할 수 있다.

제어기(22)는 각각의 발전기에 발전기 제어 신호를 제공하여 각각의 발전기의 가동 여부 및 가동 부하의 정도를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(22)는 대용량 배터리(10)에 배터리 제어 신호를 제공하여 대용량 배터리(10)의 충전 또는 방전 여부를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(22)는 센서(23)를 통해 전력 그리드(21)에 접속될 수 있고, 센서(23)에 의해 전력 그리드(21)의 전압을 검출할 수 있다.

도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 배터리(10)의 충전셀의 일 예를 도시한 사시도이다. 도 6는 도 5의 일 배터리 팩의 예시적인 구성을 나타낸 분해 사시도이다. 도 7는 도 5에 도시된 타워형 배터리 랙으로 구성된 예시적인 충전셀을 포함하는 ISO 컨테이너형 대용량 저장장치의 일 예를 도시한 사시도이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발며의 일 실시예에 따른 선박에서, 대용량 배터리(10)들은 ISO(International standard organization) 컨테이너, ISO 컨테이너 내부에 배치되는 하나 이상의 충전셀을 포함할 수 있다.

ISO 컨테이너는 운송 수단으로 사용되는 컨테이너 국제 규격으로서, 예를 들어, 반복 사용에 적합할 만큰 충분한 강성을 가지고, 컨테이너 내부의 내용물을 보존 한채 둘 이상의 이송 수단 사이를 오갈 수 있고, 내용물을 넣고 빼기가 용이하고, 국제 규격(Interantion Standard Organization, "ISO")에서 정한 치수를 만족하는 컨테이너로 이해될 수 있다. ISO 컨테이너의 치수로는 20ft의 길이, 8ft의 높이 및 8ft의 폭을 가질 수 있다. 다만, 이것의 절반 치수의 컨테이너 역시 두 개를 나란히 배치하면 위의 치수 조건을 만족할 수 있으므로, 절반 치수의 컨테이너도 ISO 컨테이너로 이해될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에서, ISO 컨테이너는, 8ft의 폭(w) 및 8ft의 높이(h) 및 20ft의 길이를 가질 수 있다. 하나 이상의 충전셀은 ISO 컨테이너 내부에서 배치된다. 하나 이상의 충전셀은 충전 및 방전을 다수회 반복할 수 있는 2차 전지들의 집합으로 구성될 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 배터리(10)의 충전셀은 타워형 배터리 랙으로 구성될 수 있다. 타워형 배터리 랙은 다단으로 적층된 각각의 선반(300a, 300b, 300c)에 다수의 배터리 팩(320)이 수납된 구조를 가질 수 있다. 물론, 이러한 구조는 하나의 예시일 뿐이므로 배터리 팩(320)의 개수와 선반(300a, 300b, 300c)의 적층 단수는 요구되는 대용량 배터리(10)의 크기, 용량, 및 요구 용도 등을 고려하여 변경될 수 있다.

타워형 배터리 랙으로 구성되는 충전셀에 있어서, 배터리 팩(320)들은 선박의 제어기(22)에 케이블(310)로 연결될 수 있다. 도 8에서, 하단 및 중간 단(200b)의 배터리 팩들(320)은 선반 장착이 완료된 상태이고, 맨 상단(200c)은 배터리 팩(320)의 장착 작업이 진행되고 있는 상태를 도시하였다.

선박의 전력 계통(20)의 제어기(22)는 케이블(310)을 통해서 각 배터리 팩(320)의 충방전 상태 등에 관한 정보를 수신할 수 있으며, 각각의 배터리 팩(320)에 배터리 제어 신호를 송신할 수 있다. 케이블(310)의 구성, 각 배터리 팩(320)과의 연결, 배터리 팩(320)과 제어기(22) 사이의 통신 규약 등은 본 발명에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 공지 기술 또는 공지 기술로부터 용이하게 도출할 수 있는 다양한 시스템 또는 방법으로 구현이 가능하다. 나아가 도 3에서는 각 배터리 팩들(320)에 연결된 케이블(310)이 유선으로 도시되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 배터리 팩들(320)에 대한 정보 송수신은 무선 송수신 방법에 의해 이루어질 수도 있다.

또한, 앞서 설명에서, 케이블은 정보 송수신을 위한 통신선으로 예시되었으나, 케이블(310)은 전력 전송을 위한 전력 케이블로 구성될 수도 있다. 즉, 케이블(310)은 각각의 배터리 팩에 충전 또는 방전되는 전력을 대용량 배터리(10)의 외부와 연결하기 위한 내부적인 전력 케이블로도 이해할 수 있다.

도 6을 참조하면, 배터리 팩(320)은 복수 개의 이차 전지 셀(321)이 집합된 이차 전지 모듈(322), 배터리 팩 케이스(324), BMS(325, Battery Management System), 배터리 팩 케이스 덮개(323)를 포함할 수 있다.

이차 전지 셀(321)은 재충전이 가능한 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 이차 전지 셀의 종류는 특별히 한정되지 않는다.

BMS(325)는 충방전 전류, 각 이차 전지 셀(321)의 전압 또는 전류를 포함한 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 전압의 평활화(equalization) 제어, SOC(State Of Charge)의 추정 등을 포함하여 당업자 수준에서 적용 가능한 다양한 제어 기능을 수행한다.

또한, BMS(325)는 선박의 전력 계통(20)의 제어기(22)와 통신망을 통해서 연결될 수 있다. BMS(325)는 자신이 담당하는 배터리 팩(320)의 상태에 관한 데이터를 통신망을 통해서 송신하거나, 제어기(22)로부터 배터리 팩(320)의 충방전과 관련된 배터리 제어 신호를 수신할 수 있다. 이를 위해 BMS(325)는 배터리 팩(320)의 충방전과 다양한 상기 제어 기능을 수행할 수 있는 제어 로직을 포함할 수 있다.

도 7을 참조하면, ISO 컨테이너형 전력 저장 장치는 컨테이너 내부에 복수의 배터리 팩(320)을 포함한다. 각각의 배터리 팩(320)은 컨테이너의 바닥면이나 측벽에 견고하게 고정된 선반에 장착된다. 물론, 도 4에서 예시한 타워형 배터리 랙(300)이 컨테이너 내부에 다수 설치될 수도 있다. 이때, 각각의 배터리 팩(320)이나 타워형 배터리 랙(300)은 저장하고자 하는 전력 용량에 따라 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. ISO 컨테이너형 대용량 배터리(10)는 내부의 온도를 일정하게 유지하기 위해 공조 장치(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, ISO 컨테이너형 대용량 배터리(10)는 각각의 배터리 팩(320)에 대한 충방전을 제어하거나 충방전 상태를 모니터하는 모니터링 장치(330)를 더 포함할 수 있다. 모니터링 장치(330)는 각각의 배터리 팩(320)에 구비된 BMS와 통신망을 통해 연결될 수 있으며, BMS와 통신을 수행하여 배터리 팩(320)의 충방전을 제어하고 충방전 상태를 모니터할 수 있다. 즉, 모니터링 장치(330)는 독립적으로 대용량 배터리(10)의 충방전 상태를 모니터링하며 제어하는 것은 물론이고, 선박의 전력 계통(20)의 제어기(22)에 통신망을 통해 연결될 수 있으며, 제어기(22)로부터의 제어 신호를 기초로 각각의 배터리 팩(320)의 충방전 상태를 모니터링 및 제어할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 예시적인 항해 스케쥴에서 시간에 따른 부하의 변동을 예시적으로 도시한 그래프이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 제어기(22)가 도 8에 따른 항해 스케쥴을 참조하여 충전 기간을 설정하는 것을 예시하는 예시도이다. 도 8에서 가로축은 시간축이며 단위는 일(day)이다. 또한 도 8에서 세로축은 선박의 전력 계통(20)에 소모되는 총 부하를 나타내며 단위는 %이다. 이때 100%는 선박의 하나의 발전기가 생산할 수 있는 최대 부하를 나타낸다.

도 8을 참조하면, 일반적인 선박의 운항 스케쥴은 소모되는 부하의 변동을 기준으로 출항기, 순항기 및 입항기로 구별될 수 있다.

출항기 및 입항기에서는 특히, 출항 및 접안을 위하여, 선내 복수의 쓰러스터들(L1~Lm)이 총 가동 상태를 유지할 수 있고, 이에 따라 선박의 소모 부하가 급격히 상승될 수 있다. 순항기 동안은 비교적 일정하고 낮은 전력 부하를 요구할 수 있다.

출항기 및 입항기에서 많은 전력 소모가 이루어지므로, 선박은 입항기에 앞서서 대용량 배터리(10)를 완충시킬 필요가 있다.

출항기 및 입항기는 전체 운행기간 중에서 비교적 짧은 기간에 해당하나, 고전력의 부하를 요구할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 출항기 및 입항기에서 쓰러스터들에 요구되는 전력들은 대용량 배터리(10)가 보조적으로 제공할 수 있고, 이에 따라, 발전기의 가동 부하를 감소시킬 수 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기(22)는 미리 저장된 항해 스케쥴링에 관한 정보, 배터리의 충전 정도에 관한 정보 및 평균 부하를 기초로 대용량 배터리(10)의 추가적인 충방전 시간 구간을 설정할 수 있다.

구체적으로, 도 9에서는 입항전의 임의의 시간 구간을 예시하고 있으며, 이 때, 선박 내 전력 계통(20)의 평균 부하는 60%인 것으로 예시된다.

본 발명의 일 실시예에서, 제어기(22)는 운항 정보를 기초로 입항까지 남은 기간을 산출하고, 운항중 평균 부하 및 충전 필요 전력량을 산출할 수 있다. 구체적으로, 제어기(22)는 배터리의 충전 정도에 관한 정보를 기초로 완충을 위해 필요한 전력량을 산출할 수 있다. 이어, 제어기(22)는 운항 중 평균 부하 및 충전 필요 전력량을 기초로 충전 기간을 산출할 수 있다. 구체적으로, 제어기(22)는 산출된 완충을 위해 필요한 전력량을 기초로 적어도 하나의 발전기가 최대 효율 부하로 가동되었을 때의 완충에 필요한 충전 기간을 결정할 수 있다.

이어, 제어기(22)는 산출된 충전기간을 운항 정보 DB에 반영하여 추가적인 충방전 제어를 수행할 수 있다. 이 때, 제어기(22)는 산출된 입항까지 남은 기간을 기초로 적어도 결정된 충전 기간이 산출된 입항까지 남은 기간 보다 크지 않은 시점에서, 적어도 하나의 발전기를 최대 효율 부하로 가동하도록 제어하여 대용량 배터리(10)를 충전할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 입항 및 그 이후 출항에 필요한 대용량 배터리(10)의 충전을 수행함에 있어서, 발전기가 최대 효율 부하로 가동시켜 충전을 진행할 수 있고, 이로써, 대용량 배터리(10)의 충전에 필요한 연비를 개선시킬 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너선을 나타내는 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박과 선박의 전력 운용 시스템은 컨테이너선(1000)에 적용될 수 있다. 구체적으로, 선수에 위치한 스러스터(1006)와, 선체의 중앙 부근에 위치한 대용량 배터리(1004)와, 선미에 위치한 발전기(1002) 및 프로펠러(1008)에 본 발명의 일 실시예에 따른 선박과 선박의 전력 운용 시스템의 구성들이 적용될 수 있다. 이와 달리, 갑판에 위치한 컨테이너 상에 대용량 배터리 (1002) 등의 구성이 배치될 수도 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG선을 나타내는 도면이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박과 선박의 전력 운용 시스템은 LNG선(2000)에 적용될 수 있다. 구체적으로, 선수에 위치한 쓰러스터(2006)와, 선체의 중앙 부근에 위치한 대용량 배터리 (2004)와, 선미에 위치한 발전기(2002) 및 프로펠러(2008)에 본 발명의 일 실시예에 따른 선박과 선박의 전력 운용 시스템의 구성들이 적용될 수 있다. 또한, 발전기(2002)에서 생산된 전력과 대용량 배터리(2004)에서 방전된 전력들은 LNG 탱크의 온도를 조절하는 온도 조절기나, 상기 LNG 탱크에서 기화된 BOG를 재액화시키는 압축기 등의 부하에 공급될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박, 선박의 전력 운용 시스템 및 전력 운용 방법은 전술한 컨테이너선(1000)과 LNG선(2000) 등 전력을 생산하고 상기 생산된 전력을 부하에 공급하는 다양한 선박에 적용될 수 있다. 다만, 도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박, 선박의 전력 운용 시스템 및 전력 운용 방법이 다양한 선박에 적용될 수 있는 일 예에 불과하며, 선박과 선박의 전력 운용 시스템의 구체적인 구성의 배치는 다양하게 설계 변경될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 대용량 배터리
20: 전력 계통
30: 보관실
32: 내벽

Claims (8)

1. 전력 계통;
   상기 전력 계통에 연결되고 상기 전력 계통으로부터 전기를 공급받아 충전되거나 상기 전력 계통에 전력을 공급하도록 방전되는 하나 이상의 대용량 배터리; 및
   상기 대용량 배터리를 수용하는 보관실을 포함하되,
   상기 보관실은 상기 보관실 내부를 둘러싸는 내벽을 포함하고,
   상기 내벽은 플라스틱 폼, 합성 고무, 천연 고무 중 하나 이상으로 이루어진 완충 부재로 형성되는 선박.
2. 제1 항에 있어서, 상기 내벽은 고밀도 폴리우레탄 폼인 선박.
3. 제1 항에 있어서, 상기 보관실은 상기 내벽을 통과하여 냉각수를 유동시키는 냉각 도관을 더 포함하는 선박.
4. 제3 항에 있어서, 상기 냉각수는 해수인 선박.
5. 제1 항에 있어서, 상기 보관실은 상기 보관실 내부의 공기를 외부로 환기시키는 환기 장치를 더 포함하는 선박.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 전력 계통은,
   전력 그리드;
   상기 전력 그리드에 연결되고 상기 전력 그리드에 전기를 공급하는 복수의 발전기;
   상기 전력 그리드에 연결된 하나 이상의 부하 요소; 및
   상기 복수의 발전기의 가동 여부 및 가동 부하를 제어하고, 상기 대용량 배터리의 충전 또는 방전 여부를 제어하는 제어기를 포함하는 선박.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 대용량 배터리는, ISO 컨테이너 및 상기 ISO 컨테이너 내부에 배치되는 하나 이상의 충전셀을 포함하는 선박.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 충전셀은 리튬 이온 전지 및 슈퍼 커패시터 중 하나 이상인 선박.

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