KR20230055513A - 발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 시스템 및 방법, 및 동 시스템을 포함하는 선박 - Google Patents

발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 시스템 및 방법, 및 동 시스템을 포함하는 선박 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 시스템 및 방법, 및 동 시스템을 포함하는 선박에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은, 항해 중인 선박의 전력 데이터를 획득하고, 전력 데이터를 이용하여 선내 전력부하의 변동 범위 정보를 형성하며, 변동 범위 정보를 이용하여 발전기의 최적 부하율 구간을 설정하고, 배터리의 SoC(State of Charging)에 따라 상기 배터리의 충전 또는 방전을 제어하며, 최적 부하율 구간을 고려하여 배터리의 충전률(Charging C-Rate) 또는 방전률(Discharging C-Rate)을 조정한다.

Description

발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 시스템 및 방법, 및 동 시스템을 포함하는 선박{SYSTEM AND METHOD FOR BATTERY MANAGEMENT CONSIDERING GENERATOR OPTIMAL LOAD RATIO AND VESSEL INCULDING THE SAME}
본 발명은 선박에서의 배터리 관리 시스템 및 방법, 및 동 시스템을 포함하는 선박에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선내 전력부하의 종전 변동 범위를 도출하여 발전기가 최적 부하율 지점을 중심으로 운전될 수 있도록 배터리의 충전률과 방전률을 조절하는 발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 시스템 및 방법, 및 동 시스템을 포함하는 선박에 관한 것이다.
천연가스는 액화되어 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG') 상태로 원거리에 걸쳐 수송된다. LNG는 천연가스를 대략 상압 -163℃ 근처의 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로, 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
LNGC(Liquefied Natural Gas Carrier)는, LNG와 같은 액화가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 하역하기 위한 대표적인 선박으로, 천연가스와 연료유(Fuel Oil)를 모두 연료로 사용할 수 있는 엔진을 사용한다.
통상적으로 LNGC에는 두 대의 추진용 엔진과 네 대의 발전용 엔진이 마련되는데, 추진용 엔진으로는 ME-GI 엔진과 같은 2행정 고압가스 분사엔진을 사 용하고, 선박 내 필요한 전력을 생산하기 위한 발전용 엔진으로는 기본적으로 4행 정 DF엔진을 사용한다.
4행정 엔진은 메탄 슬립(methane slip)과 낮은 효율로 인하여 2행정 엔진(2-stroke Engine)에 비해 CO2 배출량에서 불리한 점이 있지만, 급격한 부하 변동(load variation)에 즉각적으로 반응할 수 있는 빠른 응답성을 가지고 있어 선박의 전력공급장치로 활용되어 왔다.
2행정 엔진은 4행정 엔진보다 효율이 좋은 것으로 알려져 있지만, 부하 변동에 따른 응답 속도는 느리다. 부하 변동이 큰 장치에 2행정 엔진을 사용하면, 느린 응답성으로 인해 전력 품질이 저하(주파수 저하 전압 강하 발생)되어 전력 공급의 불안정을 야기하는 문제가 있으며, 이러한 이유로 종래의 LNGC는 발전용 엔진으로 2행정 엔진이 아닌 4행정 엔진을 채택하여 사용해왔다.
선박의 전력 생산을 위해 4행정 엔진(발전엔진)을 다수 설치 및 생산된 전력을 추진 전동기를 비롯한 기저 전력부하 및 간헐성 전력부하에 공급하는 시스템은 배기가스 제로를 위한 연료전지 시스템으로 점차 대체되어 가고 있다.
선박 또는 해상 구조물 등에 발전기를 이용하여 전력을 생산 및 공급하면서, 첨두부하(Peak Load)가 발생했을 때 배터리를 연동하여 발전기의 블랙아웃에 대응하도록 하는 ESS(Energy Storage System) 설비 및 관련 솔루션들이 상용화 되어 있다. 그러나 ESS를 구성하고 있는 배터리 셀의 SoC(State Of Charging, 잔존용량)를 계측하여 적정 범위 안에서 충전 또는 방전시킴으로써 발전기를 백업(back-up)하는 기능이 대부분인 실정이다. 다시 말해, 발전기 효율 개선이 필요한 시점에 배터리 SoC(State Of Charging)를 확인하여 배터리를 단순 On/Off 제어하는 방식으로 제어하기 때문에 배터리의 충전 또는 방전에 따라 발전기의 최적 부하율 구간을 벗어나는 문제점이 있다.
한국 등록특허공보 제10-1680323호(선박, ESS 제어 시스템 및 방법, 2016.11.28. 공고)
본 발명은 선내 전력부하의 종전 변동 범위를 도출하여 발전기가 최적 부하율 지점을 중심으로 운전될 수 있도록 배터리의 충전률과 방전률을 조절하는 발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 시스템 및 방법, 및 동 시스템을 포함하는 선박을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 방법은, 항해 중인 선박의 전력 데이터를 획득하는 단계; 상기 전력 데이터를 이용하여 선내 전력부하의 변동 범위 정보를 형성하는 단계; 상기 변동 범위 정보를 이용하여 발전기의 최적 부하율 구간을 설정하는 단계; 배터리의 SoC(State of Charging)에 따라 상기 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 단계; 및 상기 최적 부하율 구간을 고려하여 상기 배터리의 충전률(Charging C-Rate) 또는 방전률(Discharging C-Rate)을 조정하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 단계는, 상기 발전기의 저부하 상황에서 상기 배터리의 SoC가 제1 임계값 이하일 경우 상기 최적 부하율 구간을 추종하기 위한 상기 배터리의 충전률을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 단계는, 상기 발전기의 고부하 상황에서 상기 배터리의 SoC가 제1 임계값 이상일 경우 상기 최적 부하율 구간을 추종하기 위한 상기 배터리의 방전률을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 단계는, 상기 배터리의 SoC가 상기 제1 임계값 이하이고, 상기 발전기의 부하율이 제3 임계값 이하일 경우 상기 배터리를 충전하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 단계는, 상기 배터리의 SoC가 상기 제1 임계값 이상이고, 상기 발전기의 부하율이 제2 임계값 이상일 경우 상기 배터리를 방전하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 발전기의 최적 부하율 구간을 설정하는 단계는, 상기 발전기의 SFOC(Specific Fuel Oil Consumption) 곡선 상 최적 부하율을 확인하는 단계; 및 상기 최적 부하율을 중심으로 상기 변동 범위 정보가 포함하는 변동 범위만큼 상기 최적 부하율 구간을 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리의 충전률 또는 방전률을 조정하는 단계는, 저부하 상황에서 상기 배터리가 충전하도록 제어한 경우 상기 배터리의 충전 이후 상기 최적 부하율 구간을 고려하여 상기 배터리의 충전률을 설계된 충전률 사양 이내의 범위에서 하향 또는 상향 조정하고, 고부하 상황에서 상기 배터리가 방전하도록 제어한 경우 상기 배터리의 방전 이후 상기 최적 부하율 구간을 고려하여 상기 배터리의 방전률을 설계된 방전률 사양 이내의 범위에서 하향 또는 상향 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리는, ESS(Energy Storage System)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 시스템은, 항해 중인 선박의 전력 데이터를 획득하고, 상기 전력 데이터를 이용하여 선내 전력부하의 변동 범위 정보를 형성하며, 상기 변동 범위 정보를 이용하여 발전기의 최적 부하율 구간을 설정하고, 배터리의 SoC(State of Charging)에 따라 상기 배터리의 충전 또는 방전을 제어하며, 상기 최적 부하율 구간을 고려하여 상기 배터리의 충전률(Charging C-Rate) 및 방전률(Discharging C-Rate)을 조정하는 제어부; 및 상기 전력 데이터, 상기 변동 범위 정보 및 상기 최적 부하율 구간을 저장하는 데이터베이스를 포함한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 발전기의 저부하 상황에서 상기 배터리의 SoC가 제1 임계값 이하일 경우 상기 최적 부하율 구간을 추종하기 위한 상기 배터리의 충전률을 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 발전기의 고부하 상황에서 상기 배터리의 SoC가 제1 임계값 이상일 경우 상기 최적 부하율 구간을 추종하기 위한 상기 배터리의 방전률을 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리의 SoC가 상기 제1 임계값 이하이고, 상기 발전기의 부하율이 제3 임계값 이하일 경우 상기 배터리를 충전하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리의 SoC가 상기 제1 임계값 이상이고, 상기 발전기의 부하율이 제2 임계값 이상일 경우 상기 배터리를 방전하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 발전기의 SFOC(Specific Fuel Oil Consumption) 곡선 상 최적 부하율을 확인하고, 상기 최적 부하율을 중심으로 상기 변동 범위 정보가 포함하는 변동 범위만큼 상기 최적 부하율 구간을 설정할 수 있다.
또한, 상기 배터리는, ESS(Energy Storage System)를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선박은, 전술한 발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 시스템을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 선내에서 사용된 발전기가 최적 부하율 지점을 중심으로 운전될 수 있도록 배터리의 충전률과 방전률을 조절하여 발전기의 연비 개선 효과를 얻을 수 있다. 또한, 발전기에서 사용되는 연료 소비량을 감소시키고, 배기가스의 발생을 감소시킬 수 있다. 아울러, 선내에서의 장비 활용도 개선 효과도 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성을 보이는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저부하 상황에서의 충전률 조정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고부하 상황에서의 방전률 조정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제어부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 방법의 절차를 보이는 흐름도이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 발명에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적인 설명으로 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지 않는다.
선박에 사용되는 전력을 생산하기 위해 기존 내연기관의 발전기에 더해 ESS(Energy Storage System)가 보조적으로 많이 고려되고 있다. 선박은 상대적으로 부하(Load) 변동이 적고, 특정 모드에서 오랜 시간 동안 동일하게 유지되는 경향이 있으며, 발전기 엔진의 연료 소비량은 엔진 부하율(%)이 높을수록 효율이 좋아진다. ESS를 충전하는 경우 엔진 부하율(%)이 증가하고, 방전하는 경우 반대로 엔진이 감당해야 하는 부하가 감소하는 효과를 갖는다.
대형 선박을 기준으로, ESS는 체적 용량 및 가격 한계에 따라 기존 발전 플랜트에 더하여 부가적으로 사용되고 있다. 한 번의 충전으로 전체 항차 기간 동안 ESS에 저장되어 있는 에너지를 나누어 사용할 수 없고, 운항 중 발전기 엔진의 부하를 추가하여 충전 작업이 필요하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성을 보이는 예시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 배터리 관리 시스템(100)은, 전력 관리부(110), 제어부(120), 메인엔진 제어부(130), 배터리 시스템(140), 메인엔진(150), 발전기(160) 및 전력 네트워크(170)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전력 관리부(110), 제어부(120), 메인엔진 제어부(130), 배터리 시스템(140), 메인엔진(150) 및 발전기(160)는 전력 네트워크(170)를 통해서 통신 가능하도록 연결될 수 있다.
전력 관리부(110)는 항해 중인 선박의 전력 데이터를 저장하고 관리할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전력 관리부(110)는, PMS(Power Management System)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전력 관리부(110)는 표 1과 같은 형태로 선박의 전력 데이터를 저장할 수 있다.
데이터 분류 비고
(1a) 선내 전력부하 -선내 소요 전력 취득
-중부하(Heavy Consumer) 동작 신호 취득
(1b) 선내 전력부하
(2a) 발전기(No.1) 운용 부하율 -운전 중인 발전기의 부하율 취득
(2b) 발전기(No.2) 운용 부하율
(2c) 발전기(No.3) 운용 부하율
(2d) 발전기(No.4) 운용 부하율
전력 관리부(110)는 제어부(120)로 선박의 전력 데이터를 전송할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전력 관리부(110)는 전력 네트워크(170)를 통하여 제어부(120)로 선박의 전력 데이터를 전송할 수 있다.
제어부(120)는 항해 중인 선박의 전력 데이터를 획득할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 전력 네트워크(170)를 통하여 전력 관리부(110)로부터 항해 중인 선박의 전력 데이터를 획득할 수 있다.
제어부(120)는 획득한 전력 데이터를 이용하여 선내 전력부하의 변동 범위 정보를 형성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 선내 소요 전력이 다소 작은 상황(저부하 상황) 또는 선내 소요 전력이 다소 큰 상황(고부하 상황) 각각에서의 선내 전력부하의 변동 범위 정보를 형성할 수 있다.
여기서, 저부하 상황은 조명, 각종 팬/펌프, HVAC 등이 가동되고 있는 상황일 수 있으며, 고부하 상황은 양묘기, 계선기, 선수 쓰러스터 등이 가동되고 있는 상황일 수 있다.
제어부(120)는 형성된 변동 범위 정보를 이용하여 발전기의 최적 부하율 구간을 설정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 발전기(160)의 SFOC(Specific Fuel Oil Consumption) 곡선 상 최적 부하율을 확인하고, 확인된 최적 부하율을 중심으로 변동 범위 정보가 포함하는 변동 범위(폭)만큼 최적 부하율 구간을 설정할 수 있다.
제어부(120)는 배터리의 SoC(State of Charging)에 따라 배터리의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 발전기(160)의 저부하 상황에서 배터리(140)의 SoC가 제1 임계값(예를 들어, 50%) 이하일 경우 최적 부하율 구간을 추종하기 위한 배터리(140)의 충전률을 산출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 발전기(160)의 고부하 상황에서 배터리(140)의 SoC가 제1 임계값(예를 들어, 50%) 이상일 경우 최적 부하율 구간을 추종하기 위한 배터리(140)의 방전률을 산출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 배터리(140)의 SoC가 제1 임계값(예를 들어, 50%) 이상이고, 발전기(160)의 부하율이 제2 임계값(예를 들어, 75%) 이상일 경우 배터리(140)를 방전하도록 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 배터리(140)의 SoC가 제1 임계값(예를 들어, 50%) 이하이고, 발전기(160)의 부하율이 제3 임계값(예를 들어, 25%) 이하일 경우 배터리(140)를 충전하도록 제어할 수 있다.
제어부(120)는 설정된 최적 부하율 구간을 고려하여 배터리(140)의 충전률(Charging C-Rate) 또는 방전률(Discharging C-Rate)을 조정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 배터리(140)의 충전 또는 방전 이후 설정된 최적 부하율 구간을 고려하여 배터리(140)의 충전률 또는 방전률을 조정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 저부하 상황에서 배터리(140)를 충전하도록 제어한 경우 배터리(140)의 충전 이후 설정된 최적 부하율 구간을 고려하여 배터리의 충전률을 설계된 충전률 사양 이내의 범위에서 하향 또는 상향 조정할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 고부하 상황에서 배터리(140)를 방전하도록 제어한 경우 배터리(140)의 방전 이후 설정된 최적 부하율 구간을 고려하여 배터리의 방전률을 설계된 방전률 사양 이내의 범위에서 하향 또는 상향 조정할 수 있다.
메인엔진 제어부(130)는 선박의 운항 속도를 제어하고, 메인엔진(150)의 출력 데이터를 축적할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 메인엔진 제어부(130)는 BMS(Bridge Manoeuvring System)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
배터리 시스템(140)은 선박 또는 해상 구조물 등에 발전기를 이용하여 전력을 생산 및 공급하면서, 첨두부하(Peak Load)가 발생했을 때 발전기(160)의 블랙아웃에 대응하도록 할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리 시스템(140)은 ESS(Energy Storage System)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
메인엔진(150)은 메인엔진 제어부(130)의 제어와, 파도 및 바람 등의 해상 환경에 따라서 출력이 변동할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 메인엔진(150)은 ME-GI 엔진과 같은 2행정 고압가스 분사엔진을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
발전기(160)는 선박 내 필요한 전력을 생산하기 위한 용도로 사용될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 발전기(160)는 4행정 DF엔진을 사용할 수 있다. 4행정 엔진은 메탄 슬립(methane slip)과 낮은 효율로 인하여 2행정 엔진(2-stroke Engine)에 비해 CO2 배출량에서 불리한 점이 있지만, 급격한 부하 변동(load variation)에 즉각적으로 반응할 수 있는 빠른 응답 특성을 포함한다.
전력 네트워크(170)는, 전력 관리부(110), 제어부(120), 메인엔진 제어부(130), 배터리 시스템(140), 메인엔진(150), 발전기(160) 등 간의 유선 또는 제한적인 무선 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 전력 네트워크(170)는 USB(universal serial bus), HDMI(high definition multimedia interface), RS-232(recommended standard 232) 또는 POTS(plain old telephone service) 등의 방식에 따른 유선 통신을 수행할 수 있다. 또한, 예를 들어, 전력 네트워크(170)는 LTE(long-term evolution), LTE-A(LTE Advanced), CDMA(code division multiple access), WCDMA(wideband CDMA), WiBro(Wireless BroadBand), WiFi(wireless fidelity), 블루투스(Bluetooth), NFC(near field communication), GPS(Global Positioning System) 또는 GNSS(global navigation satellite system) 등의 방식에 따른 무선 통신을 수행할 수도 있다.
데이터베이스는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터베이스에 저장되는 데이터는, 전력 관리부(110), 제어부(120), 메인엔진 제어부(130), 배터리 시스템(140), 메인엔진(150) 및 발전기(160)의 적어도 하나의 구성요소에 의해 획득되거나, 처리되거나, 사용되는 데이터로서, 소프트웨어(예를 들어: 프로그램)를 포함할 수 있다. 데이터베이스는, 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 일 실시예로서, 데이터베이스는, 전력 관리부(110)에서 형성된 전력 데이터, 제어부(120)에서 형성된 변동 범위 정보, 최적 부하율 구간, 배터리의 SoC, 배터리의 충전률 및 방전률 등을 저장할 수 있다.
본 발명에서, 프로그램은 데이터베이스에 저장되는 소프트웨어로서, 배터리 관리 시스템(100)의 리소스를 제어하기 위한 운영체제, 어플리케이션 및/또는 어플리케이션이 배터리 관리 시스템(100)의 리소스들을 활용할 수 있도록 다양한 기능을 어플리케이션에 제공하는 미들 웨어 등을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저부하 상황에서의 충전률 조정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제어부(120)는 항해 중인 선박의 전력 데이터를 획득할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 전력 네트워크(170)를 통하여 전력 관리부(110)로부터 항해 중인 선박의 전력 데이터를 획득할 수 있다.
제어부(120)는 획득한 전력 데이터를 이용하여 선내 전력부하의 변동 범위 정보를 형성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 선내 소요 전력이 다소 작은 상황(저부하 상황)으로 제어부(120)는 선내 전력부하의 변동 범위 정보(A)를 형성할 수 있다.
제어부(120)는 발전기의 SFOC 곡선 상 최적 부하율을 확인하고, 확인된 최적 부하율을 중심으로 변동 범위 정보가 포함하는 변동 범위(폭)만큼 최적 부하율 구간을 설정할 수 있다.
제어부(120)는 배터리의 SoC(State of Charging)에 따라 배터리의 충전을 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 배터리(140)의 SoC가 제1 임계값(예를 들어, 50%) 이하이고, 발전기(160)의 부하율이 제3 임계값(예를 들어, 25%) 이하일 경우 배터리(140)를 충전하도록 제어할 수 있다.
제어부(120)는 설정된 최적 부하율 구간을 고려하여 배터리(140)의 충전률(Charging C-Rate)을 조정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 저부하 상황에서 배터리(140)를 충전하도록 제어한 경우 배터리(140)의 충전 이후 설정된 최적 부하율 구간을 고려하여 배터리의 충전률을 설계된 충전률 사양 이내의 범위에서 하향 또는 상향 조정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고부하 상황에서의 방전률 조정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제어부(120)는 항해 중인 선박의 전력 데이터를 획득할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 전력 네트워크(170)를 통하여 전력 관리부(110)로부터 항해 중인 선박의 전력 데이터를 획득할 수 있다.
제어부(120)는 획득한 전력 데이터를 이용하여 선내 전력부하의 변동 범위 정보를 형성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 선내 소요 전력이 다소 큰 상황(고부하 상황)으로 제어부(120)는 선내 전력부하의 변동 범위 정보(B)를 형성할 수 있다.
제어부(120)는 발전기의 SFOC 곡선 상 최적 부하율을 확인하고, 확인된 최적 부하율을 중심으로 변동 범위 정보가 포함하는 변동 범위(폭)만큼 최적 부하율 구간을 설정할 수 있다.
제어부(120)는 배터리의 SoC(State of Charging)에 따라 배터리의 방전을 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 배터리(140)의 SoC가 제1 임계값(예를 들어, 50%) 이상이고, 발전기(160)의 부하율이 제2 임계값(예를 들어, 75%) 이상일 경우 배터리(140)를 방전하도록 제어할 수 있다.
제어부(120)는 설정된 최적 부하율 구간을 고려하여 배터리(140)의 방전률(Discharging C-Rate)을 조정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 고부하 상황에서 배터리(140)를 방전하도록 제어한 경우 배터리(140)의 방전 이후 설정된 최적 부하율 구간을 고려하여 배터리의 방전률을 설계된 방전률 사양 이내의 범위에서 하향 또는 상향 조정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제어부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제어부(120)는 하나 이상의 프로세서(121), 하나 이상의 메모리(122) 및/또는 송수신기(123)를 포함할 수 있다. 일 실시예로서, 제어부(120)의 이 구성요소들 중 적어도 하나가 생략되거나, 다른 구성요소가 제어부(120)에 추가될 수 있다. 추가적으로(additionally) 또는 대체적으로(alternatively), 일부의 구성요소들이 통합되어 구현되거나, 단수 또는 복수의 개체로 구현될 수 있다. 제어부(120) 내, 외부의 구성요소들 중 적어도 일부의 구성요소들은 버스, GPIO(general purpose input/output), SPI(serial peripheral interface) 또는 MIPI(mobile industry processor interface) 등을 통해 서로 연결되어, 데이터 및/또는 시그널을 주고받을 수 있다.
하나 이상의 프로세서(121)는 소프트웨어(예: 명령, 프로그램 등)를 구동하여 프로세서(121)에 연결된 제어부(120)의 적어도 하나의 구성요소를 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(121)는 본 발명과 관련된 다양한 연산, 처리, 데이터 생성, 가공 등의 동작을 수행할 수 있다. 또한, 프로세서(121)는 데이터 등을 하나 이상의 메모리(122)로부터 인출하거나, 하나 이상의 메모리(122)에 저장할 수 있다.
전술한 바와 같이, 하나 이상의 프로세서(121)는, 송수신기(123)를 통하여 전력 관리부(110)로부터 항해 중인 선박의 전력 데이터를 실시간 또는 비실시간으로 수신할 수 있다.
하나 이상의 프로세서(121)는, 송수신기(123)를 통해서 전력 관리부(110)로부터 수신된 전력 데이터를 이용하여 선내 전력부하의 변동 범위 정보를 형성할 수 있다.
하나 이상의 프로세서(121)는, 발전기(160)의 SFOC(Specific Fuel Oil Consumption) 곡선 상 최적 부하율을 확인하고, 확인된 최적 부하율을 중심으로 변동 범위 정보가 포함하는 변동 범위(폭)만큼 최적 부하율 구간을 설정할 수 있다.
하나 이상의 프로세서(121)는, 배터리의 SoC(State of Charging)에 따라 배터리의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(121)는, 배터리(140)의 SoC가 제1 임계값(예를 들어, 50%) 이상이고, 발전기(160)의 부하율이 제2 임계값(예를 들어, 75%) 이상일 경우 배터리(140)를 방전하도록 제어하고, 배터리(140)의 SoC가 제1 임계값(예를 들어, 50%) 이하이고, 발전기(160)의 부하율이 제3 임계값(예를 들어, 25%) 이하일 경우 배터리(140)를 충전하도록 제어할 수 있다.
하나 이상의 프로세서(121)는, 설정된 최적 부하율 구간을 고려하여 배터리(140)의 충전률(Charging C-Rate) 또는 방전률(Discharging C-Rate)을 조정할 수 있다.
하나 이상의 메모리(122)는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(122)에 저장되는 데이터는, 제어부(120)의 적어도 하나의 구성요소에 의해 획득되거나, 처리되거나, 사용되는 데이터로서, 소프트웨어(예: 명령, 프로그램 등)를 포함할 수 있다. 메모리(122)는 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 본 발명에서, 명령 내지 프로그램은 메모리(122)에 저장되는 소프트웨어로서, 제어부(120)의 리소스를 제어하기 위한 운영체제, 어플리케이션 및/또는 어플리케이션이 제어부(120)의 리소스들을 활용할 수 있도록 다양한 기능을 어플리케이션에 제공하는 미들 웨어 등을 포함할 수 있다.
하나 이상의 메모리(122)는 상술한 전력 네트워크(170)를 통해서 수신된 전력 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 하나 이상의 메모리(122)는, 하나 이상의 프로세서(121)에 의한 실행 시, 하나 이상의 프로세서(121)가 연산을 수행하도록 하는 명령들을 저장할 수 있다.
일 실시예로서, 제어부(120)는 송수신기(123)를 더 포함할 수 있다. 송수신기(123)는, 전력 관리부(110), 제어부(120), 메인엔진 제어부(130), 배터리 시스템(140), 메인엔진(150), 발전기(160) 및/또는 기타 다른 장치 간의 무선 또는 유선 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 송수신기(123)는 eMBB(enhanced Mobile Broadband), URLLC(Ultra Reliable Low-Latency Communications), MMTC(Massive Machine Type Communications), LTE(long-term evolution), LTE-A(LTE Advance), UMTS(Universal Mobile Telecommunications System), GSM(Global System for Mobile communications), CDMA(code division multiple access), WCDMA(wideband CDMA), WiBro(Wireless Broadband), WiFi(wireless fidelity), 블루투스(Bluetooth), NFC(near field communication), GPS(Global Positioning System) 또는 GNSS(global navigation satellite system) 등의 방식에 따른 무선 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 송수신기(123)는 USB(universal serial bus), HDMI(high definition multimedia interface), RS-232(recommended standard232) 또는 POTS(plain old telephone service) 등의 방식에 따른 유선 통신을 수행할 수 있다.
일 실시예로서, 하나 이상의 프로세서(121)는 송수신기(123)를 제어하여 전력 관리부(110), 제어부(120), 메인엔진 제어부(130), 배터리 시스템(140), 메인엔진(150) 및 발전기(160)로부터 정보를 획득할 수 있다. 전력 관리부(110), 제어부(120), 메인엔진 제어부(130), 배터리 시스템(140), 메인엔진(150) 및 발전기(160)로부터 획득된 정보는 하나 이상의 메모리(122)에 저장될 수 있다.
일 실시예로서, 제어부(120)는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 휴대용 통신 장치, 컴퓨터 장치, 또는 상술한 장치들 중 하나 또는 그 이상의 조합에 따른 장치일 수 있다. 본 발명의 제어부(120)는 전술한 장치들에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 제어부(120)의 다양한 실시예들은 서로 조합될 수 있다. 각 실시예들은 경우의 수에 따라 조합될 수 있으며, 조합되어 만들어진 제어부(120)의 실시예 역시 본 발명의 범위에 속한다. 또한 전술한 본 발명에 따른 제어부(120)의 내/외부 구성 요소들은 실시예에 따라 추가, 변경, 대체 또는 삭제될 수 있다. 또한 전술한 제어부(120)의 내/외부 구성 요소들은 하드웨어 컴포넌트로 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 방법의 절차를 보이는 흐름도이다. 도　5의 흐름도에서 프로세스 단계들,　방법 단계들,　알고리즘들 등이 순차적인 순서로 설명되었지만,　그러한 프로세스들,　방법들 및 알고리즘들은 임의의 적합한 순서로 작동하도록 구성될 수 있다. 다시 말하면,　본 발명의 다양한 실시예들에서 설명되는 프로세스들,　방법들 및 알고리즘들의 단계들이 본 발명에서 기술된 순서로 수행될 필요는 없다. 또한,　일부 단계들이 비동시적으로 수행되는 것으로서 설명되더라도,　다른 실시예에서는 이러한 일부 단계들이 동시에 수행될 수 있다. 또한, 도면에서의 묘사에 의한 프로세스의 예시는 예시된 프로세스가 그에 대한 다른 변화들 및 수정들을 제외하는 것을 의미하지 않으며,　예시된 프로세스 또는 그의 단계들 중 임의의 것이 본 발명의 다양한 실시예들 중 하나 이상에 필수적임을 의미하지 않으며,　예시된 프로세스가 바람직하다는 것을 의미하지 않는다.
도 5에 도시한 바와 같이, 단계(S510)에서, 전력 데이터가 획득된다. 예를 들어, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 제어부(120)는 전력 네트워크(170)를 통하여 전력 관리부(110)로부터 항해 중인 선박의 전력 데이터를 수신할 수 있다.
단계(S520)에서, 변동 범위 정보가 형성된다. 예를 들어, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 제어부(120)는 단계(S510)에서 수신된 전력 데이터를 이용하여 선내 전력부하의 변동 범위 정보를 형성할 수 있다.
단계(S530)에서, 최적 부하율 구간이 설정된다. 예를 들어, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 제어부(120)는 단계(S520)에서 형성된 변동 범위 정보를 이용하여 발전기의 최적 부하율 구간을 설정할 수 있다.
단계(S540)에서, 배터리의 충전 또는 방전이 제어된다. 예를 들어, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 제어부(120)는 배터리의 SoC(State of Charging)에 따라 배터리의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는, 배터리(140)의 SoC가 제1 임계값(예를 들어, 50%) 이상이고, 발전기(160)의 부하율이 제2 임계값(예를 들어, 75%) 이상일 경우 배터리(140)를 방전하도록 제어하고, 배터리(140)의 SoC가 제1 임계값(예를 들어, 50%) 이하이고, 발전기(160)의 부하율이 제3 임계값(예를 들어, 25%) 이하일 경우 배터리(140)를 충전하도록 제어할 수 있다.
단계(S550)에서, 배터리의 충전률 또는 방전률이 조정된다. 예를 들어, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 제어부(120)는 단계(S530)에서 설정된 최적 부하율 구간을 고려하여 배터리(140)의 충전률(Charging C-Rate) 또는 방전률(Discharging C-Rate)을 조정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 저부하 상황에서 배터리(140)가 충전하도록 제어한 경우 배터리(140)의 충전 이후 설정된 최적 부하율 구간을 고려하여 배터리의 충전률을 설계된 충전률 사양 이내의 범위에서 하향 또는 상향 조정할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 고부하 상황에서 배터리(140)가 방전하도록 제어한 경우 배터리(140)의 방전 이후 설정된 최적 부하율 구간을 고려하여 배터리의 방전률을 설계된 방전률 사양 이내의 범위에서 하향 또는 상향 조정할 수 있다.
이상 다양한 실시예들에 의해 본 발명의 기술적 사상이 설명되었지만, 본 발명의 기술적 사상은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해할 수 있는 범위에서 이루어질 수 있는 다양한 치환, 변형 및 변경을 포함한다. 또한, 그러한 치환, 변형 및 변경은 첨부된 청구범위 내에 포함될 수 있는 것으로 생각되어야 한다.
100: 배터리 관리 시스템 110: 전력 관리부
120: 제어부 130: 메인엔진 제어부
140: 배터리 시스템 150: 메인엔진
160: 발전기 170: 전력 네트워크
121: 프로세서 122: 메모리
123: 송수신기

Claims (16)

  1. 항해 중인 선박의 전력 데이터를 획득하는 단계;
    상기 전력 데이터를 이용하여 선내 전력부하의 변동 범위 정보를 형성하는 단계;
    상기 변동 범위 정보를 이용하여 발전기의 최적 부하율 구간을 설정하는 단계;
    배터리의 SoC(State of Charging)에 따라 상기 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 단계; 및
    상기 최적 부하율 구간을 고려하여 상기 배터리의 충전률(Charging C-Rate) 또는 방전률(Discharging C-Rate)을 조정하는 단계를 포함하는,
    발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 단계는,
    상기 발전기의 저부하 상황에서 상기 배터리의 SoC가 제1 임계값 이하일 경우 상기 최적 부하율 구간을 추종하기 위한 상기 배터리의 충전률을 산출하는 단계를 더 포함하는,
    발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 단계는,
    상기 발전기의 고부하 상황에서 상기 배터리의 SoC가 제1 임계값 이상일 경우 상기 최적 부하율 구간을 추종하기 위한 상기 배터리의 방전률을 산출하는 단계를 더 포함하는,
    발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 단계는,
    상기 배터리의 SoC가 상기 제1 임계값 이하이고, 상기 발전기의 부하율이 제3 임계값 이하일 경우 상기 배터리를 충전하도록 제어하는 단계를 더 포함하는,
    발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 단계는,
    상기 배터리의 SoC가 상기 제1 임계값 이상이고, 상기 발전기의 부하율이 제2 임계값 이상일 경우 상기 배터리를 방전하도록 제어하는 단계를 더 포함하는,
    발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전기의 최적 부하율 구간을 설정하는 단계는,
    상기 발전기의 SFOC(Specific Fuel Oil Consumption) 곡선 상 최적 부하율을 확인하는 단계; 및
    상기 최적 부하율을 중심으로 상기 변동 범위 정보가 포함하는 변동 범위만큼 상기 최적 부하율 구간을 설정하는 단계를 더 포함하는,
    발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리의 충전률 또는 방전률을 조정하는 단계는,
    저부하 상황에서 상기 배터리가 충전하도록 제어한 경우 상기 배터리의 충전 이후 상기 최적 부하율 구간을 고려하여 상기 배터리의 충전률을 설계된 충전률 사양 이내의 범위에서 하향 또는 상향 조정하고, 고부하 상황에서 상기 배터리가 방전하도록 제어한 경우 상기 배터리의 방전 이후 상기 최적 부하율 구간을 고려하여 상기 배터리의 방전률을 설계된 방전률 사양 이내의 범위에서 하향 또는 상향 조정하는 단계를 더 포함하는,
    발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리는,
    ESS(Energy Storage System)를 포함하는,
    발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 방법.
  9. 항해 중인 선박의 전력 데이터를 획득하고, 상기 전력 데이터를 이용하여 선내 전력부하의 변동 범위 정보를 형성하며, 상기 변동 범위 정보를 이용하여 발전기의 최적 부하율 구간을 설정하고, 배터리의 SoC(State of Charging)에 따라 상기 배터리의 충전 또는 방전을 제어하며, 상기 최적 부하율 구간을 고려하여 상기 배터리의 충전률(Charging C-Rate) 및 방전률(Discharging C-Rate)을 조정하는 제어부; 및
    상기 전력 데이터, 상기 변동 범위 정보 및 상기 최적 부하율 구간을 저장하는 데이터베이스를 포함하는,
    발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 발전기의 저부하 상황에서 상기 배터리의 SoC가 제1 임계값 이하일 경우 상기 최적 부하율 구간을 추종하기 위한 상기 배터리의 충전률을 산출하는,
    발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 발전기의 고부하 상황에서 상기 배터리의 SoC가 제1 임계값 이상일 경우 상기 최적 부하율 구간을 추종하기 위한 상기 배터리의 방전률을 산출하는,
    발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 SoC가 상기 제1 임계값 이하이고, 상기 발전기의 부하율이 제3 임계값 이하일 경우 상기 배터리를 충전하도록 제어하는,
    발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 SoC가 상기 제1 임계값 이상이고, 상기 발전기의 부하율이 제2 임계값 이상일 경우 상기 배터리를 방전하도록 제어하는,
    발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 시스템.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 발전기의 SFOC(Specific Fuel Oil Consumption) 곡선 상 최적 부하율을 확인하고, 상기 최적 부하율을 중심으로 상기 변동 범위 정보가 포함하는 변동 범위만큼 상기 최적 부하율 구간을 설정하는,
    발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 시스템.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 배터리는,
    ESS(Energy Storage System)를 포함하는,
    발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 시스템.
  16. 제 9 항 또는 제 15 항에 따른 발전기 최적 부하율을 고려한 배터리 관리 시스템을 포함하는 선박.
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