KR20190043212A - 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조 및 안전설계 방법 - Google Patents

잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조 및 안전설계 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 잠수함에 적용되는 대형 축전지(배터리)를 다수의 계층적 구조로 부분화하여, 계층별 동작상황 및 운용상황을 실시간으로 모니터링 함으로써 이상 상황 발생 시 해당 발생위치에 대한 즉각적인 통전상태 차단조치를 수행하여, 타 부분으로 고장에 대한 영향이 전파되지 않도록 사전에 차단 및 방지하는 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조 및 안전설계 방법에 관한 것이다.

Description

잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조 및 안전설계 방법{STRUCTURE AND METHOD FOR DESIGNING THE SAFETY OF STRATUM BATTERY FOR SUBMARINE}
본 발명은 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조 및 안전설계 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 잠수함에 적용되는 대형 축전지(배터리)를 다수의 계층적 구조로 부분화하여, 계층별 동작상황 및 운용상황을 실시간으로 모니터링 함으로써 이상 상황 발생 시 해당 발생위치에 대한 즉각적인 통전상태 차단조치를 수행하여, 타 부분으로 고장에 대한 영향이 전파되지 않도록 사전에 차단 및 방지하는 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조 및 안전설계 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 잠수함은 그 운용 특성 상 소음 및 진동을 최소화하기 위하여 전력원으로 축전지(배터리)를 적용하게 된다. 이때, 작전 수행 중 축전지의 고장 문제가 발생된다면 잠수함 전체에 대한 큰 사고로 이어질 수 있기 때문에, 이를 예방하기 위하여 잠수함용 축전지의 동작(도통) 및 운용상황을 실시간으로 모니터링할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
이에 본 발명자는, 잠수함에 적용되는 대형 축전지(배터리)를 다수의 계층적 구조로 부분화하여, 계층별 동작상황 및 운용상황을 실시간으로 모니터링 함으로써 이상 상황 발생 시 해당 발생위치에 대한 즉각적인 통전상태 차단조치를 수행하여, 타 부분으로 고장에 대한 영향이 전파되지 않도록 사전에 차단 및 방지하는 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조 및 안전설계 방법을 발명하기에 이르렀다.
한국공개특허 제10-2009-0064236호
본 발명은 잠수함에 적용되는 대형 축전지(배터리)를 다수의 계층적 구조로 부분화하여, 계층별 동작상황 및 운용상황을 실시간으로 모니터링 함으로써 이상 상황 발생 시 해당 발생위치에 대한 즉각적인 통전상태 차단조치를 수행하여, 타 부분으로 고장에 대한 영향이 전파되지 않도록 사전에 차단 및 방지하는 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조 및 안전설계 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조는 하나 이상의 계층구조를 가지는 잠수함용 축전지 및 상기 잠수함용 축전지와 연결되며, 상기 잠수함용 축전지의 상태를 실시간으로 모니터링하며 이상신호발생 시 상기 잠수함용 축전지의 통전 상태를 변경시키는 상태관리부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 잠수함용 축전지는 하나 이상의 배터리 셀로 이루어진 배터리 트레이, 하나 이상의 상기 배터리 트레이로 이루어진 배터리 모듈, 하나 이상의 상기 배터리 모듈로 이루어진 배터리 스트링, 하나 이상의 상기 배터리 스트링으로 이루어진 배터리 뱅크 및 하나 이상의 상기 배터리 뱅크로 이루어진 잠수함용 배터리 체계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 상태관리부는 상기 배터리 트레이와 연결되어, 상기 배터리 트레이의 내부전류값, 내부전압값 및 온도값 중 어느 하나 이상을 실시간으로 모니터링하는 셀 감지장치, 상기 배터리 모듈과 연결되어, 상기 배터리 모듈의 내부전류값, 내부전압값, 온도값, 가용 전력값, SOC 및 SOH 중 어느 하나 이상을 실시간으로 모니터링하는 배터리 모듈 관리장치, 상기 배터리 스트링과 연결되어, 상기 배터리 스트링의 이상동작 여부를 실시간으로 감지 및 관리하는 배터리 스트링 관리장치, 상기 배터리 뱅크와 연결되어, 상기 배터리 뱅크의 이상동작 여부를 실시간으로 감지 및 관리하는 배터리 뱅크 관리장치 및 상기 잠수함용 배터리 체계와 연결되어, 상기 잠수함용 배터리 체계의 리튬전지체계에 대한 운용상태를 관리하는 중앙 관리장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리 모듈 관리장치는 상기 배터리 모듈의 통전상태를 변경시키는 전력차단장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리 스트링 관리장치는 상기 배터리 스트링의 통전상태를 변경시키는 단락전류제한장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리 셀은 안전 퓨즈(safety fuse) 구조, 과충전 안전 장치(Overcharge Safety Device, OSD) 구조, 네일 안전 장치(Nail Safety Device, NSD) 구조, 안전변(safety vent) 구조 및 안전 기능 레이어(Safety Function Layer, SFL) 구조 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 방법은 하나 이상의 계층구조를 가지는 잠수함용 축전지와 연결된 상태관리부를 통해, 상기 잠수함용 축전지의 상태를 실시간으로 모니터링하고 이상신호 발생 시 상기 잠수함용 축전지의 통전 상태를 변경시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 잠수함에 적용되는 대형 축전지(배터리)를 다수의 계층적 구조로 부분화하여, 계층별 동작상황 및 운용상황을 실시간으로 모니터링 함으로써 이상 상황 발생 시 해당 발생위치에 대한 즉각적인 통전상태 차단조치를 수행하여, 타 부분으로 고장에 대한 영향이 전파되지 않도록 방지하는 이점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조(100)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조(100)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조(100)는 크게 잠수함용 축전지(110) 및 상태관리부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 잠수함용 축전지(110)라 함은, 잠수함에 적용되는 리튬전지와 같은 충방전용 이차전지를 의미할 수 있으며 그 종류는 제한되지 아니한다.
잠수함용 축전지(110)는 하나 이상의 계층구조를 가지도록 개발됨으로써, 이상 상황 발생 시 발생 위치에 대한 국소적인(local) 전력차단이 수행될 수 있다. 이를 위하여, 잠수함용 축전지(110)는 하나 이상의 배터리 셀(110a), 하나 이상의 배터리 트레이(110b), 하나 이상의 배터리 모듈(110c), 하나 이상의 배터리 스트링(110d), 하나 이상의 배터리 뱅크(110e) 및 잠수함용 배터리 체계(110f)로 계층화될 수 있다.
여기에서, 하나 이상의 배터리 셀(110a)은 잠수함용 충전지(110)를 구성하는 최소단위의 의미로 해석될 수 있다. 또한, 각각의 배터리 셀(110a)에는 안전 퓨즈(safety fuse) 구조, 과충전 안전 장치(Overcharge Safety Device; OSD) 구조, 네일 안전 장치(Nail Safety Device; NSD) 구조, 안전변(safety vent) 구조 및 안전 기능 레이어(Safety Function Layer; SFL) 구조가 적용됨에 따라, 다양한 환경요소로부터 보호될 수 있다.
이때, 안전 퓨즈 구조, 과충전 안전 장치 구조, 네일 안전 장치 구조, 안전변 구조, 안전 기능 레이어 구조 등은 배터리 셀(110a)에 대한 과전류 도통여부, 과충전 여부, 내부압력발생여부, 발열여부, 내부단락여부, 부식여부 등의 발생 시 배터리 셀(110a)의 통전상태를 기계식으로 제어하는 기계식 온오프 변경장치의 일 예로서 적용될 수 있다.
배터리 트레이(110b)는 다수의 배터리 셀(110a)로 이루어지고, 배터리 모듈(110c)는 다수의 배터리 트레이(110b)로 이루어지며, 배터리 스트링(110d)은 다수의 배터리 모듈(110c)로 이루어지고, 배터리 뱅크(110e)는 다수의 배터리 스트링(110d)으로 이루어지며, 잠수함용 배터리 체계(110f)는 다수의 배터리 뱅크(110e)로 이루어질 수 있다.
이러한 잠수함용 축전지(110)의 다수 계층들은 계층별로 후술되는 상태관리부(120)의 관리를 받게 되는데, 이를 살펴보면 다음과 같다.
상태관리부(120)는 상술한 잠수함용 축전지(110)의 각 층별로 연결되며, 잠수함용 축전지(110)의 상태를 계층별로 실시간으로 모니터링하며, 이상신호 발생 시 잠수함용 축전지(110)의 통전 상태를 변경시키는 역할을 할 수 있다.
이를 위하여, 상태관리부(120)는 배터리 트레이(110b)와 연결되어, 배터리 트레이(110b)의 내부전류값, 내부전압값 및 온도값 등을 실시간으로 모니터링하는 셀 감지장치(120a), 배터리 모듈(110c)과 연결되어 배터리 모듈(110c)의 내부전류값, 내부전압값, 온도값, 가용 전력값, SOC 및 SOH를 실시간으로 모니터링하는 배터리 모듈 관리장치(120b), 배터리 스트링(110d)과 연결되어 배터리 스트링(110d)의 이상동작 여부를 실시간으로 감지 및 관리하는 배터리 스트링 관리장치(120c), 배터리 뱅크(110e)와 연결되어 배터리 뱅크(110e)의 이상동작 여부를 실시간으로 감지 및 관리하는 배터리 뱅크 관리장치(120d), 잠수함용 배터리 체계(110f)와 연결되어 잠수함용 배터리 체게(110f)의 리튬전지체계에 대한 운용상태를 관리하는 중앙 관리장치(120e)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 배터리 모듈 관리장치(120b)은 배터리 셀(110a)의 모듈 단위에 대한 전압값, 전류값, 온도값, 가용 전력값, SOC 및 SOH 등의 상태정보를 실시간 모니터링하는 역할을 하게 되며, 추가적으로는 배터리 모듈(110c)의 통전상태를 물리적으로 변경시키는 전력차단장치(120b-1)을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 배터리 스트링 관리장치(120c)는 배터리 스트링(110d)의 통전상태를 물리적으로 변경시켜 단락사고 발생을 미연에 방지하는 단락전류제한장치(120c-1)을 포함하여 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상술한 셀 감지장치(120a), 배터리 모듈 관리장치(120b), 배터리 스트링 관리장치(120c), 배트리 뱅크 관리장치(120d) 및 중앙 관리장치(120e)는 잠수함용 축전지(110)의 각 계층들과 유무선 네트워크 통신을 통해 연결될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라, 먼저 배터리 셀(110a)에 적용된 기계식 온오프 변경장치를 통해 1차적으로 배터리 셀(110a)에 대한 안전조치가 수행되고 난 후, 배터리 트레이(110b)에 대한 안전조치, 배터리 모듈(110c)에 대한 안전조치, 배터리 트레이(110d)에 대한 안전조치, 배터리 뱅크(110e)에 대한 안전조치, 잠수함용 배터리 체계(110f)에 대한 안전조치가 단계적으로 수행될 수 있다.
살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조 및 안전설계 방법을 통해서는 잠수함에 적용되는 축전지의 계층적 부분화를 통해, 잠수함용 축전지의 부분적 이상발생 시 타 부분으로 이상에 대한 영향이 전파되지 않도록 사전에 차단 및 방지할 수 있는 이점을 가지게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조
110: 잠수함용 축전지
110a: 배터리 셀
110b: 배터리 트레이
110c: 배터리 모듈
110d: 배터리 스트링
110e: 배터리 뱅크
110f: 잠수함용 배터리 체계
120: 상태관리부
120a: 셀 감지장치
120b: 배터리 모듈 관리장치
120c: 배터리 스트링 관리장치
120d: 배터리 뱅크 관리장치
120e: 중앙 관리장치

Claims (12)

  1. 하나 이상의 계층구조를 가지는 잠수함용 축전지; 및
    상기 잠수함용 축전지와 연결되며, 상기 잠수함용 축전지의 상태를 실시간으로 모니터링하며 이상신호발생 시 상기 잠수함용 축전지의 통전 상태를 변경시키는 상태관리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 잠수함용 축전지는,
    하나 이상의 배터리 셀로 이루어진 배터리 트레이;
    하나 이상의 상기 배터리 트레이로 이루어진 배터리 모듈;
    하나 이상의 상기 배터리 모듈로 이루어진 배터리 스트링;
    하나 이상의 상기 배터리 스트링으로 이루어진 배터리 뱅크; 및
    하나 이상의 상기 배터리 뱅크로 이루어진 잠수함용 배터리 체계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상태관리부는,
    상기 배터리 트레이와 연결되어, 상기 배터리 트레이의 내부전류값, 내부전압값 및 온도값 중 어느 하나 이상을 실시간으로 모니터링하는 셀 감지장치;
    상기 배터리 모듈과 연결되어, 상기 배터리 모듈의 내부전류값, 내부전압값, 온도값, 가용 전력값, SOC 및 SOH 중 어느 하나 이상을 실시간으로 모니터링하는 배터리 모듈 관리장치;
    상기 배터리 스트링과 연결되어, 상기 배터리 스트링의 이상동작 여부를 실시간으로 감지 및 관리하는 배터리 스트링 관리장치;
    상기 배터리 뱅크와 연결되어, 상기 배터리 뱅크의 이상동작 여부를 실시간으로 감지 및 관리하는 배터리 뱅크 관리장치; 및
    상기 잠수함용 배터리 체계와 연결되어, 상기 잠수함용 배터리 체계의 리튬전지체계에 대한 운용상태를 관리하는 중앙 관리장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 모듈 관리장치는,
    상기 배터리 모듈의 통전상태를 변경시키는 전력차단장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 스트링 관리장치는,
    상기 배터리 스트링의 통전상태를 변경시키는 단락전류제한장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조.
  6. 제1에 있어서,
    상기 배터리 셀은,
    안전 퓨즈(safety fuse) 구조, 과충전 안전 장치(Overcharge Safety Device, OSD) 구조, 네일 안전 장치(Nail Safety Device, NSD) 구조, 안전변(safety vent) 구조 및 안전 기능 레이어(Safety Function Layer, SFL) 구조 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 구조.
  7. 하나 이상의 계층구조를 가지는 잠수함용 축전지와 연결된 상태관리부를 통해, 상기 잠수함용 축전지의 상태를 실시간으로 모니터링하고 이상신호 발생 시 상기 잠수함용 축전지의 통전 상태를 변경시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 잠수함용 축전지는,
    하나 이상의 배터리 셀로 이루어진 배터리 트레이;
    하나 이상의 상기 배터리 트레이로 이루어진 배터리 모듈;
    하나 이상의 상기 배터리 모듈로 이루어진 배터리 스트링;
    하나 이상의 상기 배터리 스트링으로 이루어진 배터리 뱅크; 및
    하나 이상의 상기 배터리 뱅크로 이루어진 잠수함용 배터리 체계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 상태관리부는,
    상기 배터리 트레이와 연결되어, 상기 배터리 트레이의 내부전류값, 내부전압값 및 온도값 중 어느 하나 이상을 실시간으로 모니터링하는 셀 감지장치;
    상기 배터리 모듈과 연결되어, 상기 배터리 모듈의 내부전류값, 내부전압값, 온도값, 가용 전력값, SOC 및 SOH 중 어느 하나 이상을 실시간으로 모니터링하는 배터리 모듈 관리장치;
    상기 배터리 스트링과 연결되어, 상기 배터리 스트링의 이상동작 여부를 실시간으로 감지 및 관리하는 배터리 스트링 관리장치;
    상기 배터리 뱅크와 연결되어, 상기 배터리 뱅크의 이상동작 여부를 실시간으로 감지 및 관리하는 배터리 뱅크 관리장치; 및
    상기 잠수함용 배터리 체계와 연결되어, 상기 잠수함용 배터리 체계의 리튬전지체계에 대한 운용상태를 관리하는 중앙 관리장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 모듈 관리장치는,
    상기 배터리 모듈의 통전상태를 변경시키는 전력차단장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 스트링 관리장치는,
    상기 배터리 스트링의 통전상태를 변경시키는 단락전류제한장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 셀은,
    안전 퓨즈(safety fuse) 구조, 과충전 안전 장치(Overcharge Safety Device, OSD) 구조, 네일 안전 장치(Nail Safety Device, NSD) 구조, 안전변(safety vent) 구조 및 안전 기능 레이어(Safety Function Layer, SFL) 구조 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 잠수함용 축전지의 계층별 안전설계 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022223357A1 (de) * 2021-04-21 2022-10-27 Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh Ermittlung des alterungszustandes eines energiespeichers an bord eines unterseebootes

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KR20090064236A (ko) 2007-12-15 2009-06-18 한국전자통신연구원 Ｓｍｍｄ 기반 사용자 맞춤형 미디어 서비스 시스템 및방법

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