KR20200046690A - 하이브리드 선박 - Google Patents

Abstract

하이브리드 선박을 제공한다. 하이브리드 선박은 선내에 구비되고, 사전에 설정된 복수의 모드 중 선택된 모드로 동작하여 전력을 소비하는 선내 부하와, 상기 선내 부하로 전력을 공급하는 배터리, 및 상기 선택된 모드에 따라 상기 배터리의 한계 충전량 또는 한계 방전량을 조절하는 상기 제어부를 포함한다.

Description

하이브리드 선박{Hybrid ship}

본 발명은 배터리 및 연료 전지를 구비한 하이브리드 선박에 관한 것이다.

전통적으로 선박은 내연기관 같은 엔진을 기본 동력원으로 하는 이동수단이다. 하지만, 이러한 엔진은 대기 오염 물질을 다량 배출하고, 효율이 낮다는 단점으로 인해 친환경 하이브리드 시스템으로 점점 대체되고 있다. 여기서 하이브리드라 함은 배터리를 포함하는 복합 동력원을 말하는 것으로 엔진과 연계될 수도 있고, 더 나아가서는 연료전지와 연계될 수도 있다. 이러한 하이브리드 시스템은 기존의 엔진 동력원에 비해서 높은 효율 및 적은 대기 오염 물질의 배출을 제공한다.

연료전지는 연료의 화학에너지를 전기화학적 반응을 통해 직접 전기에너지로 변환하는 일종의 발전장치로 엔진에 비해서 효율이 더 높고, 대기 오염 물질을 거의 배출하지 않는다. 이러한 연료전지와 배터리가 연계된 하이브리드 시스템은 매우 높은 효율과 친환경적 특성으로 인해 친환경 선박의 동력원으로 고려되고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1349874호 (2014.01.10)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 하이브리드 선박을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 선박의 일 면(aspect)은 선내에 구비되고, 사전에 설정된 복수의 모드 중 선택된 모드로 동작하여 전력을 소비하는 선내 부하와, 상기 선내 부하로 전력을 공급하는 배터리, 및 상기 선택된 모드에 따라 상기 배터리의 한계 충전량 또는 한계 방전량을 조절하는 상기 제어부를 포함한다.

상기 선내 부하는 추진부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 추진부에서 발생되는 회생 전력의 크기에 반비례하도록 상기 한계 충전량을 조절한다.

상기 제어부는 상기 선내 부하에 의하여 소비될 것으로 예측되는 전력의 크기에 비례하도록 상기 한계 방전량을 조절한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 선박을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 각 구성의 세부 구성을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배전부가 정상 동작하는 것을 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배전부가 비상 동작하는 것을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 충전량을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 충전 모드와 한계 충전량간의 관계를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 회생 전령략별 한계 충전량을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예예 따른 배터리의 한계 충전 동작을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 방전 모드와 한계 방전량간의 관계를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 예측 소비 전력량별 한계 방전량을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예예 따른 배터리의 한계 방전 동작을 나타낸 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.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

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, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

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.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 선박을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 선박(10)은 선체(100), 연료 탱크(200), 전력부(300), 배전부(400), 추진부(500), 부하 장비(600) 및 제어부(700)를 포함하여 구성된다.

연료 탱크(200)는 선체(100)의 내부에 구비되어 액체 연료를 수용하는 역할을 수행한다. 본 발명에서 액체 연료는 액체 탄화수소, 액체 탄화수소 수용액 또는 액체 암모니아를 포함하나, 본 발명의 액체 연료가 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 액체 상태의 연료가 본 발명의 액체 연료로 제공될 수 있다.

전력부(300)는 추진부(500) 및 선내에 구비된 부하 장비(600)로 전력을 공급하는 역할을 수행한다. 이를 위하여, 전력부(300)는 전력을 생산하거나 저장할 수 있으며, 생산 또는 저장된 전력을 추진부(500) 및 부하 장비(600)로 공급할 수 있다. 전력부(300)는 배터리 및 연료 전지를 포함할 수 있다.

연료 전지는 연료 탱크(200)로부터 공급된 연료를 이용하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 배터리, 추진부(500) 및 부하 장비(600)로 공급할 수 있다. 구체적으로, 연료 전지는 수소를 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 이를 위하여, 하이브리드 선박(10)에는 연료 탱크(200)의 액체 연료를 개질하여 수소를 추출하는 개질기(미도시)가 구비될 수 있다.

배전부(400)는 전력부(300)의 전력을 추진부(500) 및 부하 장비(600)로 전달하는 역할을 수행한다. 이를 위하여, 배전부(400)는 배선, 스위치 및 컨버터 등을 포함할 수 있다. 스위치의 동작에 의하여 전력의 전달 경로가 결정되고, 컨버터에 의하여 전력부(300)의 직류 전력이 교류 전력으로 변환될 수 있다. 각 부하 장비(600)는 사용 전력에 맞게 전압을 변환하여 이용할 수 있다.

추진부(500)는 전력부(300)의 전력으로 추진력을 발생시키는 역할을 수행한다. 추진부(500)의 추진력으로 선체(100)는 해상에서 항해할 수 있게 된다.

본 발명에서 부하 장비(600)는 선내 유지를 위한 장비를 나타낸 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 선박(10)은 전력부(300)의 전력을 이용하여 항해 및 선내 유지를 수행할 수 있다.

부하 장비(600)는 선박 운항에 필요한 장비로서, 배수설비용 펌프, 연료공급용 펌프, 블로워, 공조장치, 전등, GPS 수신기, 레이더 장치, 선박 자동식별장치, 자기 나침반, 무선설비, 선박 위치발신장치 등을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 부하 장비(600)는 전력부(300)를 제어하는 제어 장비(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 장비는 배터리 관리 시스템(Battery Management System), 에너지 관리 시스템(Energy Management System) 및 전력 관리 시스템(Power Management System) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

한편, 배전부(400) 내부의 단락 또는 지락 등의 전력 전달 방해 요인에 의하여 배전부(400)가 정상적으로 동작하지 않는 경우 전력부(300)의 전력이 추진부(500) 및 부하 장비(600)로 올바르게 전달되지 못할 수 있다. 제어 장비로 전력이 공급되지 못하여 제어 장비가 올바르게 동작하지 못하는 경우 전력부(300)의 동작까지 중단되고 선내 유지가 수행되지 못할 수 있다.

배전부(400)는 부하 장비(600)로 전력부(300)의 전력을 전달하기 위한 복수의 전력 전달 경로를 포함할 수 있다. 본 발명에서 전력 전달 경로는 정상 전력 전달 경로 및 비상 전력 전달 경로를 포함할 수 있다.

정상 전력 전달 경로는 전력 전달 방해 요인이 없는 정상 상태에서 전력부(300)의 전력이 부하 장비(600)로 전달되는 전력 전달 경로를 나타낸다. 비상 전력 전달 경로는 전력 전달 방해 요인이 존재하는 상태에서 전력부(300)의 전력이 부하 장비(600)로 전달되는 전력 전달 경로를 나타낸다. 전력 전달 경로는 배전부(400)에 구비된 복수의 스위치의 개폐에 의하여 결정될 수 있다.

전력 전달 방해 요인에 의하여 정상 전력 전달 경로를 통한 제어 장비로의 전력 공급이 중단되는 경우 배전부(400)는 비상 전력 전달 경로를 통하여 전력부(300)의 전력을 부하 장비(600)로 전달할 수 있다.

부하 장비(600)는 비상 전력 전달 경로를 통하여 공급된 전력으로 지속적으로 동작할 수 있다. 부하 장비(600)에 의하여 전력부(300)가 제어됨에 따라 정상 상태에서의 배전부(400)의 배선상에 문제가 발생하더라도 전력부(300)의 제어가 지속되고 선내 유지가 수행될 수 있게 된다.

제어부(700)는 전력 전달 방해 요인을 감지하고, 전력부(300) 및 배전부(400)에 구비된 스위치를 제어하는 역할을 수행한다. 전력 전달 방해 요인이 감지된 경우 제어부(700)는 전력부(300) 및 배전부(400)에 구비된 스위치를 제어하여 배터리의 전력이 부하 장비(600)로 전달될 수 있도록 할 수 있다. 제어부(700)는 부하 장비(600)에 포함된 것일 수 있고, 별도로 구비된 것일 수 있다. 별도로 구비된 경우 제어부(700)는 전력부(300)를 통하여 전력을 공급받거나 별도의 전력을 공급받을 수도 있다.

이하, 도 2를 통하여 전력부(300), 배전부(400), 추진부(500), 부하 장비(600)의 세부 구성을 설명하기로 한다

도 2는 도 1에 도시된 각 구성의 세부 구성을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 전력부(300)는 제1 배터리(311), 제2 배터리(312), 제1 연료 전지(321), 제2 연료 전지(322), 제1 DC/DC 컨버터(331), 제2 DC/DC 컨버터(332), 제3 DC/DC 컨버터(333) 및 제4 DC/DC 컨버터(334)를 포함하여 구성된다.

제1 배터리(311) 및 제2 배터리(312)는 전력을 저장하고, 저장된 전력을 배전부(400)로 전달하는 역할을 수행한다. 제1 배터리(311) 및 제2 배터리(312)의 전력은 각각 제1 DC/DC 컨버터(331) 및 제3 DC/DC 컨버터(333)에 의하여 전압 변환 후에 배전부(400)로 전달될 수 있다.

제1 배터리(311) 및 제2 배터리(312)는 연료 전지(321, 322)로부터 공급된 전력을 이용하여 충전하거나 별도의 경로를 통하여 공급된 전력을 이용하여 충전할 수 있다.

제1 연료 전지(321) 및 제2 연료 전지(322)는 연료 탱크(200)로부터 공급된 연료로 전력을 생산하고, 생산된 전력을 배전부(400)로 전달하는 역할을 수행한다. 제1 연료 전지(321) 및 제2 연료 전지(322)의 전력은 제2 DC/DC 컨버터(332) 및 제4 DC/DC 컨버터(334)에 의하여 전압 변환 후에 배전부(400)로 전달될 수 있다.

배전부(400)는 배전반(410), 제1 DC/AC 컨버터(421) 및 제2 DC/AC 컨버터(422)를 포함할 수 있다. 배전반(410)을 통하여 전력부(300)의 전력이 배전부(400)로 유입될 수 있다.

제1 DC/AC 컨버터(421) 및 제2 DC/AC 컨버터(422)는 전력부(300)로부터 공급된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 역할을 수행한다. 부하 장비(600)는 제1 DC/AC 컨버터(421) 및 제2 DC/AC 컨버터(422)로부터 공급된 교류 전력을 자신에 맞게 변환하여 이용할 수 있다.

추진부(500)는 추진 모터(510, 520) 및 DC/AC 컨버터(511, 521)를 포함할 수 있다. DC/AC 컨버터(511, 521)는 배전부(400)로부터 공급된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 역할을 수행하고, 추진 모터(510, 520)는 DC/AC 컨버터(511, 521)로부터 공급된 교류 전력을 이용하여 추진력을 발생시키는 역할을 수행한다.

부하 장비(600)는 선내 유지를 위한 동작을 수행할 수 있다. 선내에는 서로 다른 전력을 이용하는 다양한 장비가 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1 부하 장비(610), 제2 부하 장비(620) 및 제3 부하 장비(630)는 각각 직류 12V, 직류 24V 및 교류 220V를 이용하는 장비일 수 있다. 배전부(400)로부터 공급된 전력을 변환하기 위하여 제1 부하 장비(610) 및 제2 부하 장비(620)에는 AC/DC 컨버터(611, 621)가 연결될 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배전부가 정상 동작하는 것을 나타낸 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 전력부(300)의 전력은 정상 전력 전달 경로를 통하여 추진부(500) 및 부하 장비(600)로 공급될 수 있다.

배전부(400)에는 배전반(410)의 배전 스위치(411)를 중심으로 양측에 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)가 구비될 수 있는데, 도 3에 도시된 바와 같이 제4 스위치(SW4)를 통하여 부하 장비(600)로 전력이 공급되거나 도 4에 도시된 바와 같이 제5 스위치(SW5)를 통하여 부하 장비(600)로 전력이 공급될 수 있다.

효율적인 운전 및 유지 보수를 위하여 배전 스위치(411), 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)의 동작에 따라 제1 배터리(311) 및 제1 연료 전지(321)의 전력만이 부하 장비(600)로 공급되거나, 제2 배터리(312) 및 제2 연료 전지(322)의 전력만이 부하 장비(600)로 공급되거나, 제1 배터리(311), 제2 배터리(312), 제1 연료 전지(321) 및 제2 연료 전지(322)의 전력이 부하 장비(600)로 공급될 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 전력부(300)에서 부하 장비(600)로 연결된 전력 전달 경로가 전술한 정상 전력 전달 경로에 포함될 수 있다. 또한, 배전 스위치(411), 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)의 동작에 따라 제1 배터리(311) 및 제1 연료 전지(321)의 전력만이 부하 장비(600)로 공급되는 전력 전달 경로, 제2 배터리(312) 및 제2 연료 전지(322)의 전력만이 부하 장비(600)로 공급되는 전력 전달 경로, 제1 배터리(311), 제2 배터리(312), 제1 연료 전지(321) 및 제2 연료 전지(322)의 전력이 부하 장비(600)로 공급되는 전력 전달 경로도 전술한 정상 전력 전달 경로에 포함될 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배전부가 비상 동작하는 것을 나타낸 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 전력부(300)의 전력은 비상 전력 전달 경로를 통하여 부하 장비(600)로 공급될 수 있다.

전력부(300)에 구비된 제1 배터리(311) 또는 제2 배터리(312)의 전력은 부하 장비(600)로 공급될 수 있다. 연료 전지(321, 322)는 전력을 생산하기 위한 복잡한 과정을 수반하며, 생산과 공급간의 시간 간격이 존재할 수 있다. 배터리(311, 312)는 저장된 전력을 곧바로 공급할 수 있기 때문에 비상 상황이 발생한 경우 신속한 비상 전력 공급이 가능하다.

전력부(300)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 열림 및 닫힘이 교차하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(SW1)가 열린 경우 제2 스위치(SW2)는 닫히고, 제1 스위치(SW1)가 닫힌 경우 제2 스위치(SW2)는 열릴 수 있다. 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 제어부(700)에 의하여 제어될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제1 스위치(SW1)가 열리고, 제2 스위치(SW2)가 닫힌 경우 제2 배터리(312)의 전력이 비상 전력 전달 경로를 통해 부하 장비(600)로 공급될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 스위치(SW1)가 닫히고, 제2 스위치(SW2)가 열린 경우 비상 전력 전달 경로를 통해 제1 배터리(311)의 전력이 부하 장비(600)로 공급될 수 있다.

제1 배터리(311) 또는 제2 배터리(312)의 전력 전달을 위하여 단락 또는 지락 등의 비상 상황이 발생한 경우 부하 장비(600)에 연결된 제3 스위치(SW3)가 닫힐 수 있다.

부하 장비(600)에 포함된 제어 장비가 배터리(311, 312)를 정상적으로 제어함에 따라 비상 상황이 발생한 경우에도 선내 유지가 정상적으로 수행될 수 있게 된다.

예를 들어, 전력부(300)에 구비된 컨버터(331, 332, 333, 334)는 전력이 공급됨에 따라 동작할 수 있다. 한편, 배전부(400)가 정상적으로 동작하지 않는 경우 컨버터(331, 332, 333, 334)로의 전력 공급이 중단되고, 이로 인해 전력부(300)의 전력이 배전부(400)로 전달되지 못할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 부하 장비(700)는 컨버터 전력 공급 장치를 구비할 수 있다. 컨버터 전력 공급 장치는 전력부(300)에 구비된 컨버터(331, 332, 333, 334)로 전력을 공급하는 역할을 수행한다. 컨버터 전력 공급 장치는 배터리(311, 312)의 전력을 컨버터(331, 332, 333, 334)로 공급할 수 있다. 컨버터(331, 332, 333, 334)로 전력이 공급됨에 따라 전력부(300)의 전력이 배전부(400)로 전달되고, 선내 유지가 수행될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 충전량을 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 배터리(311, 312)의 전체 충전량(TC)은 실제 충전량(RC) 및 가능 충전량(PC)을 포함할 수 있다.

본 발명에서 실제 충전량(RC)은 외부 전력이 입력되어 배터리(311, 312)에 실제로 저장된 전력량을 나타내고, 가능 충전량(PC)은 외부 전력이 장차 입력되어 배터리(311, 312)에 저장될 수 있는 전력량을 나타낸다. 예를 들어, 전체 충전량(TC) 중 방전되어 소모된 전력량이 가능 충전량(PC)일 수 있다. 실제 충전량(RC)이 전체 충전량(TC)에 도달한 경우 가능 충전량(PC)은 0이 되고, 가능 충전량(PC)이 전체 충전량(TC)에 도달한 경우 실제 충전량(RC)은 0이 된다.

가능 충전량(PC)이 0이 아닌 경우 배터리(311, 312)는 가능 충전량(PC)만큼 충전할 수 있다. 이와 마찬가지로, 실제 충전량(RC)이 0이 아닌 경우 배터리(311, 312)는 실제 충전량(RC)만큼 방전할 수 있다.

방전을 기준으로 설명할 때, 전체 충전량(TC)은 전체 방전량(TD)에 대응하고, 실제 충전량(RC)은 가능 방전량(PD)에 대응하며, 가능 충전량(PC)은 실제 방전량(RD)에 대응할 수 있다. 여기서, 가능 방전량(PD)은 장차 방전되어 소모 가능한 전력량을 나타내고, 실제 방전량(RD)은 전체 방전량(TD) 중 이미 방전되어 소모 완료된 전력량을 나타낸다.

한편, 추진부(500)가 감속하는 경우와 같이 선내 부하의 전력 소비가 급격하게 감소하는 경우 전력부(300)에서 배전부(400)로 공급된 전력이 소비되지 않을 수 있다. 추진부(500)가 감속하는 경우 연료 전지(321, 322)에 의한 전력 공급도 감소되어야 하지만, 연료 전지(321, 322)의 전력 공급 감소 동작이 추진부(500)의 감속 동작에 비하여 느리게 진행되는 것이다. 더욱이, 추진부(500)가 감속하는 경우 추진부(500)에 의한 회생 전력이 발생할 수도 있다. 이와 같은 잉여 전력이 존재하는 경우 배전부(400)가 불안정해질 수 있다.

또한, 비상 상황 시와 같이 선내 부하의 전력 소비가 급격하게 증가하는 경우 전력부(300)가 충분한 전력을 공급하지 못할 수 있다. 이와 같은 부족 전력이 존재하는 경우 선내 부하의 동작이 불안정해질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리(311, 312)는 잉여 전력을 저장하기 위한 저장 공간을 사전에 확보할 수 있다. 즉, 배터리(311, 312)는 실제 충전량(RC)이 전체 충전량(TC)에 도달하지 않도록 하여 가능 충전량(PC)이 0보다 크게 형성되도록 할 수 있는 것이다. 이에 따라, 잉여 전력이 발생하는 경우 배터리(311, 312)가 해당 잉여 전력을 저장함으로써 배전부(400)의 불안정 수준이 감소될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 배터리(311, 312)는 부족 전력을 충족하기 위한 전력량을 사전에 확보할 수 있다. 즉, 배터리(311, 312)는 실제 방전량(RD)이 전체 방전량(TD)에 도달하지 않도록 하여 가능 방전량(PD)이 0보다 크게 형성되도록 할 수 있는 것이다. 이에 따라, 부족 전력이 발생하는 경우 배터리(311, 312)가 해당 부족 전력을 보충함으로써 선내 부하의 불안정 수준이 감소될 수 있다.

배터리(311, 312)가 잉여 전력에 대비한 동작을 수행할 것인지 또는 부족 전력에 대비한 동작을 수행할 것인지는 사전에 결정될 수 있다. 이하, 잉여 전력에 대비한 배터리(311, 312)의 동작 모드를 충전 모드라 하고, 부족 전력에 대비한 배터리(311, 312)의 동작 모드를 방전 모드라 한다. 제어부(700)는 사전에 설정된 충전 모드 또는 방전 모드로 배터리(311, 312)를 제어할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 충전 모드와 한계 충전량간의 관계를 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 서로 다른 충전 모드(CM1~CM4)에 대하여 서로 다른 한계 충전량(LC1~LC4)이 결정될 수 있다.

본 발명의 추진부(500) 및 부하 장비(600)는 전력부(300)로부터 공급된 전력으로 동작할 수 있다. 이하, 공급된 전력으로 동작하는 추진부(500) 및 부하 장비(600)를 선내 부하라 한다.

선내에 구비된 선내 부하는 사전에 설정된 복수의 모드 중 선택된 모드로 동작하여 전력을 소비할 수 있다. 충전 모드로 동작 시 선내 부하는 사전에 설정된 복수의 충전 모드(CM1~CM4) 중 선택된 충전 모드로 동작하여 전력을 소비할 수 있다. 예를 들어, 선내 부하는 전력을 적게 소모하는 저전력 모드 또는 전력을 크게 소모하는 고전력 모드로 동작할 수 있다. 충전 모드(CM1~CM4)는 하이브리드 선박(10)의 운항 환경에 따라 달라질 수 있다. 하이브리드 선박(10)이 운항을 개시하여 가속하는 상황에서 추진부(500)는 고전력 모드로 동작하고, 하이브리드 선박(10)이 운항을 종료하는 시점에 감속하는 상황에서 추진부(500)는 저전력 모드로 동작할 수 있다.

선내 부하로 전력을 공급하는 배터리(311, 312)의 한계 충전량(LC1~LC4)은 충전 모드(CM1~CM4)에 따라 달라질 수 있다. 본 발명에서 한계 충전량(LC1~LC4)은 충전 가능한 전력량의 한계치를 나타낸다. 예를 들어, 한계 충전량(LC1~LC4)이 80%인 경우 배터리(311, 312)는 전체 충전량(TC) 중 80%까지을 충전할 수 있으며, 나머지 20% 이상은 방전된 상태를 유지할 수 있다.

배터리(311, 312)의 충전은 제어부(700)에 의하여 제어될 수 있다. 제어부(700)는 선내 부하가 동작하는 충전 모드(CM1~CM4)에 따라 배터리(311, 312)의 한계 충전량(LC1~LC4)을 조절할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 선내 부하가 제1 충전 모드(CM1)로 동작하는 경우 제어부(700)는 배터리(311, 312)의 한계 충전량을 제1 한계 충전량(LC1)으로 조절하고, 선내 부하가 제2 충전 모드(CM2)로 동작하는 경우 제어부(700)는 배터리(311, 312)의 한계 충전량을 제2 한계 충전량(LC2)으로 조절할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 회생 전력량별 한계 충전량을 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예예 따른 배터리의 한계 충전 동작을 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 배터리(311, 312)의 충전 모드별 한계 충전량은 추진부(500)의 회생 전력량에 따라 결정될 수 있다.

제1 충전 모드(CM1)에서 추진부(500)의 추진 전력은 상대적으로 작고, 추진부(500)가 급격하게 감속하는 경우 회생 전력의 크기도 상대적으로 작게 형성될 수 있다. 제2 충전 모드(CM2)에서 추진부(500)의 추진 전력은 제1 충전 모드(CM1)에 비하여 크고, 추진부(500)가 급격하게 감속하는 경우 회생 전력의 크기도 제2 충전 모드(CM2)에 비하여 크게 형성될 수 있다. 또한, 제3 충전 모드(CM3)에서 추진부(500)의 추진 전력은 제2 충전 모드(CM2)에 비하여 크고, 추진부(500)가 급격하게 감속하는 경우 회생 전력의 크기도 제2 충전 모드(CM2)에 비하여 크게 형성될 수 있다. 여기서, 제1 충전 모드(CM1)는 고효율 모드이고, 제2 충전 모드(CM2)는 정상 모드이며, 제3 충전 모드(CM3)는 고속 모드를 나타낸 것일 수 있다.

제어부(700)는 배터리(311, 312)의 충전 동작을 기준으로 한계 충전량을 결정할 수 있다. 즉, 제어부(700)는 배터리(311, 312)가 충전 동작을 개시하는 시점에 발생될 수 있는 회생 전력의 크기를 기준으로 한계 충전량을 결정하는 것이다.

제어부(700)는 추진부(500)에서 발생되는 회생 전력의 크기에 반비례하도록 한계 충전량을 조절할 수 있다. 즉, 제어부(700)는 회생 전력의 크기가 커질수록 한계 충전량이 작아지도록 조절하고, 회생 전력의 크기가 작아질수록 한계 충전량이 커지도록 조절할 수 있다.

한계 충전량이 커질수록 실제 충전량(RC)이 크게 형성되고, 이로 인해 가능 충전량(PC)이 작아질 수 있다. 이러한 경우 배터리(311, 312)는 상대적으로 적은 양의 전력을 추가적으로 저장할 수 있다. 한편, 한계 충전량이 작아질수록 실제 충전량(RC)이 작게 형성되고, 이로 인해 가능 충전량(PC)이 커질 수 있다. 이러한 경우 배터리(311, 312)는 상대적으로 많은 양의 전력을 추가적으로 저장할 수 있다.

배터리(311, 312)는 제어부(700)에 의하여 조절된 한계 충전량에 맞게 충전을 수행할 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 실제 충전량(RC)이 한계 충전량(LC) 보다 작은 경우 배터리(311, 312)는 추가적으로 전력을 충전할 수 있다. 한편, 실제 충전량(RC)이 한계 충전량(LC)에 도달한 경우 배터리(311, 312)는 추가적인 충전을 수행하지 않을 수 있다. 이 때, 배터리(311, 312)는 방전을 수행할 수는 있다.

그리고, 제어부(700)는 조절된 한계 충전량(LC)에 따라 회생 전력으로 배터리(311, 312)가 충전되도록 배터리(311, 312)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 한계 충전량(LC)에 따라 배터리(311, 312)가 충전 또는 방전을 수행하다가 실제로 추진부(500)가 감속을 수행하여 회생 전력이 발생된 경우 제어부(700)는 배터리(311, 312)가 회생 전력을 저장하도록 제어할 수 있다. 이에, 배터리(311, 312)는 가능 충전량(PC)만큼 회생 전력을 저장할 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 방전 모드와 한계 방전량간의 관계를 나타낸 도면이다.

도 11을 참조하면, 서로 다른 방전 모드(DM1~DM4)에 대하여 서로 다른 한계 방전량이 결정될 수 있다.

선내에 구비된 선내 부하는 사전에 설정된 복수의 모드 중 선택된 모드로 동작하여 전력을 소비할 수 있다. 방전 모드로 동작 시 선내 부하는 사전에 설정된 복수의 방전 모드(DM1~DM4) 중 선택된 방전 모드로 동작하여 전력을 소비할 수 있다. 예를 들어, 선내 부하는 전력을 적게 소모하는 저전력 모드 또는 전력을 크게 소모하는 고전력 모드로 동작할 수 있다. 방전 모드(DM1~DM4)는 비상 상황의 발생 여부 및 비상 상황의 종류에 따라 달라질 수 있다.

선내 부하로 전력을 공급하는 배터리(311, 312)의 한계 방전량은 방전 모드(DM1~DM4)에 따라 달라질 수 있다. 본 발명에서 한계 방전량은 방전 가능한 전력량의 한계치를 나타낸다. 예를 들어, 한계 방전량이 20%인 경우 배터리(311, 312)는 전체 방전량(TD) 중 20%까지만을 방전할 수 있으며, 나머지 80% 이상은 충전된 상태를 유지할 수 있다.

배터리(311, 312)의 방전은 제어부(700)에 의하여 제어될 수 있다. 제어부(700)는 선내 부하가 동작하는 방전 모드(DM1~DM4)에 따라 배터리(311, 312)의 한계 방전량을 조절할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 선내 부하가 제1 방전 모드(DM1)로 동작하는 경우 제어부(700)는 배터리(311, 312)의 한계 방전량을 제1 한계 방전량으로 조절하고, 선내 부하가 제2 방전 모드(DM2)로 동작하는 경우 제어부(700)는 배터리(311, 312)의 한계 방전량을 제2 한계 방전량으로 조절할 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 예측 소비 전력량별 한계 방전량을 나타낸 도면이고, 도 13은 본 발명의 실시예예 따른 배터리의 한계 방전 동작을 나타낸 도면이다.

도 12를 참조하면, 배터리(311, 312)의 방전 모드별 한계 방전량은 예측 소비 전력량에 따라 결정될 수 있다.

제1 방전 모드(DM1)에서 선내 부하에 의하여 소비될 것으로 예측되는 전력의 크기는 상대적으로 작고, 제2 방전 모드(DM2)에서 선내 부하에 의하여 소비될 것으로 예측되는 전력의 크기는 제1 방전 모드(DM1)에 비하여 크며, 제3 방전 모드(DM3)에서 선내 부하에 의하여 소비될 것으로 예측되는 전력의 크기는 제2 방전 모드(DM2)에 비하여 크게 형성될 수 있다. 여기서, 제1 방전 모드(DM1)는 정상 상태에서의 방전 모드이고, 제2 방전 모드(DM2)는 전력을 비교적 적게 소모하는 비상 상태에서의 방전 모드이며, 제3 방전 모드(DM3)는 전력을 비교적 많이 소모하는 비상 상태에서의 방전 모드를 나타낸 것일 수 있다.

제어부(700)는 배터리(311, 312)의 방전 동작을 기준으로 한계 방전량을 결정할 수 있다. 즉, 제어부(700)는 배터리(311, 312)가 방전 동작을 개시하는 시점에 발생될 수 있는 예측 소비 전력의 크기를 기준으로 한계 방전량을 결정하는 것이다.

제어부(700)는 선내 부하에 의하여 소비될 것으로 예측되는 전력(이하, 예측 소비 전력이라 한다)의 크기에 비례하도록 한계 방전량을 조절할 수 있다. 즉, 제어부(700)는 예측 소비 전력의 크기가 작아질수록 한계 방전량이 작아지도록 조절하고, 예측 소비 전력의 크기가 커질수록 한계 방전량이 커지도록 조절할 수 있다.

한계 방전량이 커질수록 실제 방전량(RD)이 크게 형성되고, 이로 인해 가능 방전량(PD)이 작아질 수 있다. 이러한 경우 배터리(311, 312)는 상대적으로 적은 양의 전력을 추가적으로 방전할 수 있다. 한편, 한계 방전량이 작아질수록 실제 방전량(RD)이 작게 형성되고, 이로 인해 가능 방전량(PD)이 커질 수 있다. 이러한 경우 배터리(311, 312)는 상대적으로 많은 양의 전력을 추가적으로 방전할 수 있다.

배터리(311, 312)는 제어부(700)에 의하여 조절된 한계 방전량에 맞게 방전을 수행할 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 실제 방전량(RD)이 한계 방전량(LD) 보다 작은 경우 배터리(311, 312)는 추가적으로 전력을 방전할 수 있다. 한편, 실제 방전량(RD)이 한계 방전량(LD)에 도달한 경우 배터리(311, 312)는 추가적인 방전을 수행하지 않을 수 있다. 이 때, 배터리(311, 312)는 충전을 수행할 수는 있다.

그리고, 제어부(700)는 조절된 한계 방전량(LD)에 따라 배터리(311, 312)가 방전되도록 배터리(311, 312)를 제어할 수 있다. 즉, 한계 방전량(LD)에 따라 배터리(311, 312)가 충전 또는 방전을 수행하다가 실제로 방전 모드에 따른 상황이 발생된 경우 제어부(700)는 배터리(311, 312)가 방전하도록 제어할 수 있다. 이에, 배터리(311, 312)는 가능 방전량(PD)만큼 저장된 전력을 방전할 수 있다.

이상과 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: 하이브리드 선박 100: 선체
200: 연료 탱크 300: 전력부
311, 312: 배터리 321, 322: 연료 전지
400: 배전부 410: 배전반
500: 추진부 510: 추진 모터
600: 부하 장비 700: 제어부

Claims (3)

1. 선내에 구비되고, 사전에 설정된 복수의 모드 중 선택된 모드로 동작하여 전력을 소비하는 선내 부하;
   상기 선내 부하로 전력을 공급하는 배터리; 및
   상기 선택된 모드에 따라 상기 배터리의 한계 충전량 또는 한계 방전량을 조절하는 상기 제어부를 포함하는 하이브리드 선박.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 선내 부하는 추진부를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 추진부에서 발생되는 회생 전력의 크기에 반비례하도록 상기 한계 충전량을 조절하는 하이브리드 선박.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 선내 부하에 의하여 소비될 것으로 예측되는 전력의 크기에 비례하도록 상기 한계 방전량을 조절하는 하이브리드 선박.

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