KR20220157079A - 배터리 시스템이 탑재된 선박 - Google Patents

배터리 시스템이 탑재된 선박 Download PDF

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삼성중공업 주식회사
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Abstract

배터리 시스템이 탑재된 선박을 제공한다. 배터리 시스템이 탑재된 선박은, 배터리; 상기 배터리와, 상기 배터리의 전력을 소비하는 선내장비의 동작조건을 기반으로 상기 배터리의 동작을 시뮬레이션 하며, 상기 배터리의 수명예측에 관한 수명예측정보를 생성하는 시뮬레이션부; 상기 배터리의 내부설정조건을 조정하기 위한 배터리관리부; 및 상기 수명예측정보에 기반하여, 상기 배터리관리부가 상기 내부설정조건을 조정하여, 상기 배터리 수명이 최적화되도록 하기 위한 제어부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 시스템이 탑재된 선박{SHIP HAVING BATTERY SYSTEM}
본 발명은 배터리 시스템이 탑재된 선박에 관한 것이다.
선박의 운항에 있어서 배터리가 탑재된 선박은 배터리의 수명 계산, 모니터링 등을 배터리의 상태를 효과적으로 파악하고 분석하는 것이 중요하다. 그리고 이를 토대로 선박 배터리를 필요에 따라 효율적으로 운용하는 것이 필요하다. 특히, 선박 운항에 따른 선박 전반의 제어, 운영 등에 따른 배터리의 상태정보(예: 배터리 수명 정보 등)을 파악하는 것이 필요하다.
한국공개특허 제10-2019-0076743호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 선박의 운항, 연료운용 등을 위한 배터리를 운용하되, 배터리 자체의 상태 파악(예: 배터리 현재상태, 배터리 예측수명 등)을 수행할 수 있는 배터리 시스템이 탑재된 선박을 제공하는 것이다.
또한, 배터리 자체의 상태 파악을 수행하되, 기 설계된 배터리 기준과 현재 배터리 상태를 복합적으로 비교하여 보다 명확하게 배터리의 상태를 파악할 수 있는 배터리 시스템이 탑재된 선박을 제공하는 것이다.
또한, 배터리 상태 파악에 따라 배터리 상태를 최적화하기 위한 다양한 설정값 변경을 수행하여, 배터리의 수명을 기 설계된 상태 이상으로 조정할 수 있는 배터리 시스템이 탑재된 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 위한 본 발명의 일 면(aspect)에 따른 배터리 시스템이 탑재된 선박은, 배터리; 상기 배터리와, 상기 배터리의 전력을 소비하는 선내장비의 동작조건을 기반으로 상기 배터리의 동작을 시뮬레이션 하며, 상기 배터리의 수명예측에 관한 수명예측정보를 생성하는 시뮬레이션부; 상기 배터리의 내부설정조건을 조정하기 위한 배터리관리부; 및 상기 수명예측정보에 기반하여, 상기 배터리관리부가 상기 내부설정조건을 조정하여, 상기 배터리 수명이 최적화되도록 하기 위한 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 내부설정조건은, 상기 배터리 최대충전량 및 최대충전속도 중 적어도 어느 하나에 관한 조건인 최대충전조건과, 상기 배터리 최대방전량 및 최대방전속도 중 적어도 어느 하나에 관한 조건인 최대방전조건과, 상기 배터리 충전량 및 방전량 중 적어도 어느 하나를 조정하기 위한 조건인 주파수조건 및 상기 배터리 전압변화량을 조정하기 위한 조건인 전압변화량조건 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 동작조건은, 선박운항정보, 선박운항스케줄정보, 선박운전모드정보, 배터리 충/방전 로그정보, BOG(Boil Off Gas)컴프레셔동작정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리의 상기 수명예측정보와, 선박 운용에 따라 기 설계된 배터리 설계기준을 비교 분석하여 제1비교수명정보를 생성하는 설계기준비교부를 더 포함하며, 상기 시뮬레이션부는 변경 조정된 상기 내부설정조건을 기반으로 상기 배터리의 동작을 재시뮬레이션하여, 상기 배터리의 수명예측에 관한 제2수명예측정보를 생성하며, 상기 설계기준비교부는, 상기 수명예측정보와, 상기 제2수명예측정보를 비교하여, 제2비교수명정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기 설계기준비교부는, 상기 수명예측정보와, 상기 제2수명예측정보를 설정항목별로 비교하여 상기 제2비교수명정보를 생성하되, 상기 설정항목은, 상기 배터리 충전과 방전 횟수 증감, 상기 배터리 최대 방전량, 상기 배터리의 주파수 변동 폭 증감 중 적어도 어느 하나의 항목을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 비교수명정보를 기반으로 상기 배터리의 수명정보 최적화를 위하여, 상기 배터리관리부를 통해 상기 내부설정조건을 확정 또는 재조정 가능할 수 있다.
또한, 상기 동작조건은 설정 기간동안 축적된 값을 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 선박에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
본 발명에 따르면 선박의 운항, 연료운용 등을 위한 배터리를 운용하되, 배터리 자체의 상태 파악(예: 배터리 현재상태, 배터리 예측수명 등)을 수행할 수 있는 배터리 시스템이 탑재된 선박을 제공할 수 있다.
또한, 배터리 자체의 상태 파악을 수행하되, 기 설계된 배터리 기준과 현재 배터리 상태를 복합적으로 비교하여 보다 명확하게 배터리의 상태를 파악할 수 있는 배터리 시스템이 탑재된 선박을 제공할 수 있다.
또한, 배터리 상태 파악에 따라 배터리 상태를 최적화하기 위한 다양한 설정값 변경을 수행하여, 배터리의 수명을 기 설계된 상태 이상으로 조정할 수 있는 배터리 시스템이 탑재된 선박을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템이 탑재된 선박을 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1에 따른 배터리 시스템의 구성들을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템의 구성들을 도시한 블록도이다.
도 4는 도 3에 따른 구성들 중 일부를 도시한 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. 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 일 실시예에 따른 배터리 시스템이 탑재된 선박을 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면 본 발명에 따른 선박(10)은 배터리 시스템이 탑재되는 선박(10)(예: 가스연료 추진선박, 가스운반선 등)을 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에 따른 배터리 시스템(100)의 구성들을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 전술한 선박(10)에 탑재되는 배터리 시스템(100)은, 배터리(110), 배터리관리부(120), 시뮬레이션부(130), 설계기준비교부(140), 제어부(150)를 포함할 수 있다.
배터리(110)는 선박(10)에 구비되는 전력망(E)으로 전력을 공급할 수 있다. 이러한 배터리(110)는 예컨데, 직류 전력을 충전하거나 방전할 수 있다.
배터리관리부(120)는 배터리(110)의 내부설정조건을 조정할 수 있다. 이러한 내부설정조건을 조정 통하여 배터리(110)의 수명정보 최적화가 이루어질 수 있게 된다.
여기서 배터리(110)의 내부설정조건은 최대충전조건값과, 최대방전조건값과, 주파수조건값, 전압변화량조건값 등을 포함할 수 있다. 그리고, 내부설정조건은 이러한 최대충전조건값과, 최대방전조건값과, 주파수조건값, 전압변화량조건값 중 적어도 어느 하나의 조건값을 포함하도록 하는 것도 가능하다.
여기서 최대충전조건값은, 배터리(110) 최대충전량 및 최대충전속도 중 적어도 어느 하나에 관한 조건값에 해당될 수 있다. 최대방전조건값은, 배터리(110) 최대방전량 및 최대방전속도 중 적어도 어느 하나에 관한 조건값에 해당될 수 있다.
주파수조건값은 배터리 충전량 및 방전량 중 적어도 어느 하나를 조정하기 위한 조건값에 해당될 수 있다. 전압변화량조건값은 배터리(110) 전압변화량을 조정하기 위한 조건값에 해당될 수 있다.
시뮬레이션부(130)는, 배터리(110)와, 배터리(110)의 전력을 소비하는 선내장비(160)의 동작조건을 기반으로 생성되는 수명예측정보를 생성할 수 있다.
여기서 선내장비(160)는 선박에 구비되어, 배터러(110)로부터 전력을 소비할 수 있는 장비(예: 컴프레셔, 스러스터, 엔진, 모터 등)들을 포함한다.
이때, 동작조건은, 선박운항정보, 선박운항스케줄정보, 선박운전모드정보, 배터리 충/방전 로그정보, BOG(Boil Off Gas) 컴프레셔동작정보, 배터리 운전모드 스케줄 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 동작조건은, 선박운항정보, 선박운항스케줄정보, 선박운전모드정보, 배터리 충/방전 로그정보, BOG(Boil Off Gas) 컴프레셔동작정보, 배터리 운전모드 스케줄 중 적어도 어느 하나가 포함되도록 하는 것도 가능하다. 이러한, 동작조건은 설정 기간동안 축적된 값을 포함하는 것일 수 있다.
따라서, 이러한 동작조건에 따른 다양한 요인을 고려하여 배터리 시스템의 현재상태는 물론, 미래의 배터리 수명까지 예측할 수 있다. 따라서, 선박을 운용함에 있어 효과적이고 안정적인 배터리 시스템의 운용이 가능한 효과가 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템(100)의 구성들을 도시한 블록도이다. 이하에서는 전술한 내용과 유사한 내용은 생략하고 기술적 특징이 있는 부분을 중심으로 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 선박(10)에 탑재되는 배터리 시스템(100)은, 배터리(110), 배터리관리부(120), 시뮬레이션부(130), 설계기준비교부(140), 제어부(150), 선내장비(160)를 포함할 수 있다.
시뮬레이션부(130)는, 배터리(110)와, 배터리(110)의 전력을 소비하는 선내장비(160)의 동작조건을 기반으로 생성되는 수명예측정보를 생성할 수 있다. 여기서 선내장비(160)는 선박에 구비되어, 배터러(110)로부터 전력을 소비할 수 있는 장비(예: 컴프레셔, 스러스터, 엔진, 모터 등)들을 포함한다.
이때, 동작조건은, 선박운항정보, 선박운항스케줄정보, 선박운전모드정보, 배터리 충/방전 로그정보, BOG(Boil Off Gas) 컴프레셔동작정보, 배터리 운전모드 스케줄 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 동작조건은, 선박운항정보, 선박운항스케줄정보, 선박운전모드정보, 배터리 충/방전 로그정보, BOG(Boil Off Gas) 컴프레셔동작정보, 배터리 운전모드 스케줄 중 적어도 어느 하나가 포함되도록 하는 것도 가능하다. 이러한, 동작조건은 설정 기간동안 축적된 값을 포함하는 것일 수 있다.
한편, 시뮬레이션부(130)는 배터리관리부(120)를 통하여 변경 조정된 상기 배터리(110)의 내부설정조건을 기반으로 배터리(110)의 동작을 재시뮬레이션할 수 있다.
여기서 변경된 내부설정조건은 시뮬레이션을 통해 도출된 배터리(110)에 관한 수명예측정보 등을 기반으로, 이를 최적화하기 위한 조건들을 변경하여 다시 입력하는 값을 포함할 수 있다.
시뮬레이션부(130)는 이러한 재시뮬레이션을 통하여 배터리(110)의 수명예측에 관한 제2수명예측정보를 생성할 수 있다. 설계기준비교부(140)는 배터리(110)의 수명예측정보와, 선박 운용에 따라 기 설계된 배터리 설계기준을 비교 분석하여 제1비교수명정보를 생성할 수 있다.
시뮬레이션부(140)는 변경 조정된 내부설정조건을 기반으로 배터리(110)의 동작을 재시뮬레이션하여, 배터리의 수명예측에 관한 제2수명예측정보를 생성할 수 있다.
여기서, 설계기준비교부(140)는 수명예측정보와, 제2수명예측정보를 비교하여, 제2비교수명정보를 생성할 수 있다. 특히, 설계기준비교부(140)는 수명예측정보와, 제2수명예측정보를 설정항목별로 비교하여, 비교수명정보를 생성할 수 있다.
여기서, 설정항목은, 배터리(110)의 충전과 방전 횟수 증감, 배터리(110)의 최대 방전량, 배터리(110)의 주파수 변동 폭 증감 중 적어도 어느 하나의 항목을 포함할 수 있다.
제어부(150)는 수명예측정보에 기반하여 배터리관리부(120)가 내부설정조건을 조정하여, 배터리 수명이 최적화되도록 할 수 있다.
제어부(150)는, 비교수명정보를 기반으로 배터리(110)의 수명정보 최적화를 위하여, 배터리관리부(120)를 통해 내부설정조건을 확정 또는 재조정 가능할 수 있다.
여기서 제어부(150)는 이러한 내부설정조건의 확정과 재조정 중 어느 하나를 기 설정된 조건에 따라 자동적으로 결정하는 것은 물론, 외부에서 조작자에 의하여 입력되는 선택값을 통해 내부설정조건의 확정과 재조정 중 어느 하나를 수종적으로 결정하는 것으로 구현될 수 있음은 물론이다.
이러한, 내부설정조건은 비교수명정보를 기반으로 배터리(110)의 수명정보 최적화를 위하여 확정 또는 재조정될 수 있다.
배터리(110)의 비교수명정보를 통해 비교수명정보가 선박(10)의 배터리(110) 운용에 적합(예: 설계 기준에 부합하거나, 설계기준보다 우수한 경우 등)한 것으로 판단되면 내부설정조건은 일단 확정될 수 있는 것이다.
반대로, 비교수명정보가 선박(10)의 배터리(110) 운용에 부적합(예: 설계 기준에 미달하는 경우 등)한 것으로 판단되면 제어부(150), 배터리관리부(120) 등의 계통을 통해 배터리(110)에 대한 내부설정조건은 재조정되도록 할 수 있는 것이다.
따라서, 배터리 수명 예측은 물론, 이를 기반으로 가장 최적화된 배터리 시스템의 상태를 구현할 수 있다. 그리고, 이러한 배터리 시스템 최적화를 위한 다양한 요인을 함께 고려할 수 있어, 배터리 시스템의 최적화를 위한 다양한 조건들을 구축할 수 있는 효과가 있다.
도 4는 도 3에 따른 구성들 중 일부를 도시한 도면이다.
배터리 시스템(100)이 탑재된 선박(10)에 구비될 수 있는 부가적인 구성들의 예들은, 도 4를 참조하면, 전력망(E)은 선박(10)에 구비되고, 선내에 구비된 각종 전력 설비에 연결되어 전력 설비간 전력 교환을 수행할 수 있다.
전력망(E)은 교류 전력망일 수 있다. 이에, 발전기(200)에서 생산된 전력은 직접적으로 전력망(E)으로 공급되고, 전력망(E)의 교류 전력은 AC/DC 컨버터 및 DC/AC 인버터와 같은 전력 변환기(700)에 의해 변환되어 전력 설비로 분배될 수 있다.
발전기(200)는 전력을 생산할 수 있다. 예를 들어, 발전기(200)는 2000kW 이상의 대용량 전력을 생산하는 디젤 발전기일 수 있다. 복수의 발전기(200)가 전력망(E)에 병렬로 연결되어 생산된 전력을 전력망(E)에 공급할 수 있다.
발전용 엔진(210)은 발전을 위한 회전력을 발생시킬 수 있다. 발전용 엔진(210)의 회전력으로 발전기(200)가 전력을 생산할 수 있다. 이를 위하여, 각 발전기(200)별로 발전용 엔진(210)이 구비될 수 있다.
선내 부하(300)는 전력망(E)으로부터 공급된 전력을 이용하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 선내 부하(300)는 추진력을 발생시키는 추진기, 크레인, 화물 탱크의 온도를 조절하는 온도 조절기, 증발 가스를 압축시키는 압축기 또는 압축된 증발 가스를 액화시키는 재액화기일 수 있다.
또한, 선박(10)의 위치를 제어하기 위한 스러스터(thruster)(310)가 선내 부하(300)에 포함될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 선박(1)은 셔틀 탱커(shuttle tanker)와 같이 해상의 특정 지점에 계류하면서 작업을 수행하는 것일 수 있다.
에너지 저장부(410, 420)는 전력망(E)에 연결되어 전력을 저장하거나 전력망(E)으로 전력을 공급할 수 있다. 구체적으로, 에너지 저장부(410, 420)는 발전기(200)에 의하여 생산된 전력을 저장하거나, 전력망(E)을 통해 저장된 전력을 선내 부하(300)에 공급할 수 있다.
에너지 저장부(410, 420)는 배터리(110) 및 컨버터(412, 422)를 포함할 수 있다. 배터리(110)는 전력을 충전하거나 방전하고, 컨버터(112)는 배터리(110)의 전력을 변환할 수 있다.
배터리(110)는 직류 전력을 충전하거나 방전할 수 있다. 컨버터(112)는 전력망(E)으로부터 수신된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리(110)로 전달하거나, 배터리(110)로부터 수신된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력망(E)으로 공급할 수 있다.
본 발명의 에너지 저장부(410, 420)는 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
전력 관리부(500)는 전력망(E)에 연결된 선내 부하(300) 및 발전기(200)의 동작 상태를 모니터링하고, 발전기(200)의 동작을 제어하는 역할을 수행한다.
전력망(E)에는 복수의 발전기(200)가 연결될 수 있다. 전력 관리부(500)는 일부 발전기만이 동작하도록 하고 나머지 발전기는 동작하지 않도록 할 수 있다. 또한, 전력 관리부(500)는 발전기(200)별로 부하율을 제어할 수도 있다.
에너지 관리부(600)는 전력 관리부(500) 및 에너지 저장부(410, 420)를 제어하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 에너지 관리부(600)는 전력망(E)의 전력 공급 상태를 감지하고, 그 결과에 따라 에너지 저장부(410, 420)를 제어할 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: 선박
100: 배터리 시스템
110: 배터리
120: 배터리관리부
130: 시뮬레이션부
140: 설계기준비교부
150: 제어부
160: 선내장비

Claims (6)

  1. 배터리;
    상기 배터리와, 상기 배터리의 전력을 소비하는 선내장비의 동작조건을 기반으로 상기 배터리의 동작을 시뮬레이션 하며, 상기 배터리의 수명예측에 관한 수명예측정보를 생성하는 시뮬레이션부;
    상기 배터리의 내부설정조건을 조정하기 위한 배터리관리부; 및
    상기 배터리관리부를 제어하여 상기 내부설정조건을 조정하고, 상기 배터리 수명이 최적화되도록 하기 위한 제어부를 포함하는, 배터리 시스템이 탑재된 선박.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부설정조건은,
    상기 배터리 최대충전량 및 최대충전속도 중 적어도 어느 하나에 관한 조건인 최대충전조건과,
    상기 배터리 최대방전량 및 최대방전속도 중 적어도 어느 하나에 관한 조건인 최대방전조건과,
    상기 배터리 충전량 및 방전량 중 적어도 어느 하나를 조정하기 위한 조건인 주파수조건 및
    상기 배터리 전압변화량을 조정하기 위한 조건인 전압변화량조건 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 배터리 시스템이 탑재된 선박.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동작조건은,
    선박운항정보, 선박운항스케줄정보, 선박운전모드정보, 배터리 충/방전 로그정보, BOG(Boil Off Gas) 컴프레셔동작정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 배터리 시스템이 탑재된 선박.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 상기 수명예측정보와, 기 설계된 배터리 설계기준을 비교 분석하여 제1비교수명정보를 생성하는 설계기준비교부를 더 포함하며,
    상기 시뮬레이션부는,
    변경 조정된 상기 내부설정조건을 기반으로 상기 배터리의 동작을 재시뮬레이션하여, 상기 배터리의 수명예측에 관한 제2수명예측정보를 생성하며,
    상기 설계기준비교부는,
    상기 수명예측정보와, 상기 제2수명예측정보를 비교하여, 제2비교수명정보를 생성하는, 배터리 시스템이 탑재된 선박.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 설계기준비교부는,
    상기 수명예측정보와, 상기 제2수명예측정보를 설정항목별로 비교하여 상기 제2비교수명정보를 생성하되,
    상기 설정항목은,
    상기 배터리 충/방전 횟수 증감, 상기 배터리 최대 방전량, 상기 배터리의 주파수 변동 폭 증감 중 적어도 어느 하나의 항목을 포함하는, 배터리 시스템이 탑재된 선박.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리관리부를 통해 상기 내부설정조건을 확정 또는 재조정 가능한, 배터리 시스템이 탑재된 선박.
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