KR20240058765A - Ship including plurality of fuel cell moduel and method of controlling the same - Google Patents
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Abstract
복수의 연료 전지를 포함하는 선박 및 이의 제어 방법이 개시된다.
일실시예에 따른 선박은 복수의 연료 전지 모듈; 선박 내 복수의 수요처의 요구 부하를 감지하고, 상기 요구 부하를 충족하도록 상기 각각의 연료 전지 모듈의 특성을 기반으로 상기 복수의 연료 전지 모듈의 작동을 위한 제어 명령을 생성하는 통합 제어기; 및 상기 통합 제어기의 제어 명령에 따라 상기 복수의 연료 전지의 온, 오프, 및 발전량을 제어하는 로컬 제어기를 포함할 수 있다.A ship including a plurality of fuel cells and a method for controlling the same are disclosed.
A ship according to one embodiment includes a plurality of fuel cell modules; An integrated controller that detects the required load of a plurality of demand sources within the ship and generates control commands for operating the plurality of fuel cell modules based on the characteristics of each fuel cell module to meet the required load; and a local controller that controls on, off, and power generation of the plurality of fuel cells according to control commands from the integrated controller.
Description
본 개시는 복수의 연료 전지 모듈을 포함하는 선박 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a ship including a plurality of fuel cell modules and a method of controlling the same.
일반적으로, 선박은 디젤유를 이용하여 구동력을 발생시키는 디젤 엔진, 액화천연가스(LNG: liquified natural gas)와 같은 가스를 이용하여 구동력을 발생시키는 가스 엔진, 디젤유와 가스를 혼용하여 구동력을 발생시키는 이종 연료 엔진 등을 통해 추진된다.In general, ships have diesel engines that generate driving force using diesel oil, gas engines that generate driving force using gas such as liquefied natural gas (LNG), and generating driving force using a mixture of diesel oil and gas. It is propelled by a heterogeneous fuel engine.
화석 연료 엔진을 사용하여 선박의 구동력을 발생시키는 경우, 화석 연료 엔진에서 입자상 물질, 질소산화물(NOx), 및 황산화물(SOx)과 같은 환경 오염 물질이 배출된다. 이러한 입자상 물질, 질소산화물(NOx), 및 황산화물(SOx)과 같은 환경 오염 물질을 줄이기 위해서 DPF(diesel particulate filter), 스크러버(scrubber), 및 SCR(selective catalytic reduction) 등과 같은 환경 오염 물질의 저감 장치를 선박 내에 설치하였다. When fossil fuel engines are used to generate driving force for ships, the fossil fuel engines emit environmental pollutants such as particulate matter, nitrogen oxides (NOx), and sulfur oxides (SOx). To reduce environmental pollutants such as particulate matter, nitrogen oxides (NOx), and sulfur oxides (SOx), reduction of environmental pollutants such as diesel particulate filters (DPFs), scrubbers, and selective catalytic reduction (SCRs) is used. The device was installed on board the ship.
그러나 최근 환경 규제의 강화에 따라 선박에서 배출되는 환경 오염 물질의 배출량을 감소시킬 수 있는 친환경/고효율 엔진에 대한 요구가 증가하고 있다. 이에 대응하여, 선박에서 배출되는 환경 오염 물질의 배출량을 감소시킬 수 있는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만, 환경 규제가 강화됨에 따라, 환경 오염 물질의 저감 장치만으로는 환경 규제를 만족시킬 수 없는 문제가 발생하고 있다. However, with recent strengthening of environmental regulations, the demand for eco-friendly/high-efficiency engines that can reduce the amount of environmental pollutants emitted from ships is increasing. In response to this, research is being actively conducted to reduce the amount of environmental pollutants emitted from ships. However, as environmental regulations are strengthened, a problem arises in which environmental regulations cannot be satisfied with environmental pollutant reduction devices alone.
이러한 문제를 해결하기 위해, 환경 친화적이면서 높은 효율로 선박의 구동력을 제공할 수 있는 연료 전지를 선박에 탑재하는 방안이 연구되고 있다. 연료 전지는 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시킨다. 연료 전지는 배출 물질이 친환경적이고, 지속적으로 충전이 가능하다는 장점 때문에 환경 규제에 대응하기 위한 선박의 구동원으로 각광받고 있다.To solve this problem, research is being done on installing fuel cells on ships that are environmentally friendly and can provide driving power for ships with high efficiency. Fuel cells generate electrical energy by electrochemically reacting fuel and oxidizer. Fuel cells are attracting attention as a power source for ships to respond to environmental regulations due to their environmentally friendly emissions and the ability to continuously recharge.
이에 따라, 선박의 구동원으로서 사용되는 연료 전지에 대한 제어 기술에 대한 연구가 개발 중에 있다.Accordingly, research on control technology for fuel cells used as a driving source for ships is being developed.
또한, 종래에는 연료 전지 시스템의 전체 출력을 제어하는 기술만을 다루고 있으나, 최근 개발되는 연료 전지의 규모와 출력이 점차적으로 증가함에도 불구하고, 종래에는 연료 전지 전체의 모듈을 통합하는 하나의 제어 방법만을 다루고 있다. 특히, 연료 전지의 대기모드로부터 수요처의 요구 부하를 출력하기 위해서는 시동 시간이 수 시간이 소요되고, 연료 전지의 시동 시에 추가적인 전력 공급이 필요한 SOFC의 경우, 전력 계통에서 요구하는 출력을 대응하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 연료 전지를 모듈 단위로 제어하는 기술이 요구된다.In addition, conventionally, only the technology for controlling the entire output of the fuel cell system is covered. However, despite the gradual increase in the scale and output of recently developed fuel cells, conventionally only one control method that integrates the modules of the entire fuel cell is used. It is being dealt with. In particular, it takes several hours to start up to output the load required by the consumer from the standby mode of the fuel cell, and in the case of SOFC, which requires additional power supply when starting the fuel cell, it cannot respond to the output required by the power system. Cases may arise. Therefore, a technology for controlling fuel cells on a module basis is required.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 개시의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The matters described in this background art section are written to enhance understanding of the background of the disclosure, and may include matters that are not prior art already known to those skilled in the art in the field to which this technology belongs.
해결하고자 하는 일 과제는, 선박에 복수의 연료 전지가 탑재될 때, 복수의 연료 전지를 효율적으로 제어할 수 있는 선박 및 이의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The purpose of the problem to be solved is to provide a ship and a control method for the same that can efficiently control a plurality of fuel cells when a plurality of fuel cells are mounted on the ship.
또한, 발전 효율, 시동 시간에 따른 발전률, 냉각 시간에 따른 발전률, 출력 변동률, 작동 시간 등과 같은 서로 다른 연료 전지의 특성을 반영한 선박 및 이의 제어 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, another purpose is to provide a ship and a control method thereof that reflect the characteristics of different fuel cells, such as power generation efficiency, power generation rate according to start-up time, power generation rate according to cooling time, output fluctuation rate, operating time, etc.
일실시예에 따른 선박은 복수의 연료 전지 모듈; 선박 내 복수의 수요처의 요구 부하를 감지하고, 상기 요구 부하를 충족하도록 상기 각각의 연료 전지 모듈의 특성을 기반으로 상기 복수의 연료 전지 모듈을 순차적으로 온 또는 오프 제어하는 제어 명령을 생성하는 통합 제어기; 및 상기 통합 제어기의 제어 명령에 따라 상기 복수의 연료 전지의 온, 오프, 및 발전량을 제어하는 로컬 제어기를 포함할 수 있다.A ship according to one embodiment includes a plurality of fuel cell modules; An integrated controller that detects the required load of a plurality of demand sources within the ship and generates a control command to sequentially turn on or off the plurality of fuel cell modules based on the characteristics of each fuel cell module to meet the required load. ; and a local controller that controls on, off, and power generation of the plurality of fuel cells according to control commands from the integrated controller.
몇몇 실시예에서, 상기 연료 전지 모듈의 특성은, 상기 복수의 연료 전지 모듈의 작동 시간, 출력 변동률, 시동 시간에 따른 발전률, 및 냉각 시간에 따른 발전률 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In some embodiments, the characteristics of the fuel cell module may include at least one of the operating time, output change rate, power generation rate according to startup time, and power generation rate according to cooling time of the plurality of fuel cell modules.
몇몇 실시예에서, 상기 통합 제어기는 상기 연료 전지 모듈이 온 될 때, 작동 시간이 짧은 연료 전지 모듈에 우선 순위를 할당하고, 상기 연료 전지 모듈이 오프 될 때, 작동 시간이 긴 연료 전지 모듈에 우선 순위를 할당할 수 있다.In some embodiments, the integrated controller assigns priority to fuel cell modules with a short operating time when the fuel cell module is turned on, and gives priority to fuel cell modules with a long operating time when the fuel cell module is turned off. Rankings can be assigned.
몇몇 실시예에서, 상기 통합 제어기는 상기 연료 전지 모듈의 작동 시간이 동일할 때, 상기 출력 변동률이 높은 연료 전지 모듈에 우선 순위를 할당할 수 있다.In some embodiments, the integrated controller may assign priority to the fuel cell module with the high output fluctuation rate when the operating times of the fuel cell modules are the same.
몇몇 실시예에서, 상기 수요처의 요구 부하가 변동하는 경우, 상기 통합 제어기는 상기 복수의 연료 전지 모듈의 작동 시간, 시동 시간에 따른 발전률, 출력 변동률, 및 냉각 시간에 따른 발전률에 기초하여 상기 연료 전지를 온 또는 오프 제어할 수 있다.In some embodiments, when the demand load of the demand source fluctuates, the integrated controller is based on the operation time of the plurality of fuel cell modules, the power generation rate according to the start-up time, the output change rate, and the power generation rate according to the cooling time. The fuel cell can be controlled on or off.
일실시예에 따른 선박의 제어 방법은 복수의 연료 전지 모듈을 포함하는 선박의 제어 방법으로서, 통합 제어기에 의해, 수요처의 요구 부하를 검출하는 단계; 상기 통합 제어기에 의해, 상기 요구 부하를 충족하도록 상기 각각의 연료 전지 모듈의 특성을 기반으로 상기 연료 전지가 순차적으로 온 또는 오프 제어되기 위한 제어 명령을 생성하는 단계; 및 로컬 제어기에 의해, 상기 제어 명령에 따라 상기 복수의 연료 전지 모듈의 온, 오프, 및 발전량을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.A method of controlling a ship according to an embodiment is a method of controlling a ship including a plurality of fuel cell modules, the method comprising: detecting a demand load of a demand source by an integrated controller; generating, by the integrated controller, a control command to sequentially control the fuel cells to be turned on or off based on characteristics of each fuel cell module to meet the required load; and controlling, by a local controller, on, off, and power generation amount of the plurality of fuel cell modules according to the control command.
몇몇 실시예에서, 상기 연료 전지 모듈의 특성은, 상기 복수의 연료 전지 모듈의 작동 시간, 출력 변동률, 시동 시간에 따른 발전률, 및 냉각 시간에 따른 발전률 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In some embodiments, the characteristics of the fuel cell module may include at least one of the operating time, output change rate, power generation rate according to startup time, and power generation rate according to cooling time of the plurality of fuel cell modules.
몇몇 실시예에서, 상기 통합 제어기에 의해, 상기 연료 전지 모듈이 온 될 때, 작동 시간이 짧은 연료 전지 모듈에 우선 순위가 할당되고, 상기 통합 제어기에 의해, 상기 연료 전지 모듈이 오프 될 때, 작동 시간이 긴 연료 전지 모듈에 우선 순위가 할당될 수 있다.In some embodiments, when the fuel cell module is turned on, by the integrated controller, priority is assigned to a fuel cell module with a short operation time, and when the fuel cell module is turned off, by the integrated controller, priority is assigned to the fuel cell module. Priority may be assigned to fuel cell modules with longer durations.
몇몇 실시예에서, 상기 통합 제어기에 의해, 상기 연료 전지 모듈의 작동 시간이 동일할 때, 상기 출력 변동률이 높은 연료 전지 모듈에 우선 순위가 할당될 수 있다.In some embodiments, when the operating times of the fuel cell modules are the same, priority may be assigned by the integrated controller to the fuel cell module with the high output fluctuation rate.
몇몇 실시예에서, 상기 수요처의 요구 부하가 변동하는 경우, 상기 통합 제어기에 의해, 상기 복수의 연료 전지 모듈의 작동 시간, 시동 시간에 따른 발전률, 출력 변동률, 및 냉각 시간에 따른 발전률에 기초하여 상기 연료 전지 모듈을 온 또는 오프 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.In some embodiments, when the demand load of the demand source fluctuates, the integrated controller is based on the operation time of the plurality of fuel cell modules, the power generation rate according to the start-up time, the output change rate, and the power generation rate according to the cooling time. The method may further include controlling the fuel cell module to be turned on or off.
일실시예에 따른 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체는 메모리 또는 저장 장치에 저장된 프로그램 또는 명령을 실행하는 프로세서를 포함하는 컴퓨터에, 앞에서 언급한 선박의 제어 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록할 수 있다.A computer-readable medium recording a program according to an embodiment may record a program for executing the aforementioned ship control method in a computer including a processor that executes a program or command stored in a memory or storage device. there is.
일 실시예에 따른 선박 및 이의 제어 방법에 의하면, 복수의 서로 다른 종류의 연료 전지가 탑재된 선박에서 선박내 수요처에 전력을 공급할 때 경제성과 제어 안정성을 모두 확보할 수 있다.According to a ship and its control method according to an embodiment, both economic efficiency and control stability can be secured when supplying power to demand within the ship from a ship equipped with a plurality of different types of fuel cells.
또한, 연료 전지의 발전 효율, 및 시동 시간 등과 같은 특성을 따라 서로 다른 종류의 연료 전지 시스템을 구성함으로써, 다양한 종류의 연료 전지가 구비된 선박을 효율적으로 제어할 수 있다.Additionally, by configuring different types of fuel cell systems according to characteristics such as fuel cell power generation efficiency and start-up time, ships equipped with various types of fuel cells can be efficiently controlled.
또한, 모듈 단위로 연료 전지의 출력을 제어함으로써, 선박의 전력 계통에 안정적으로 전력을 공급할 수 있다. Additionally, by controlling the output of the fuel cell on a module basis, power can be stably supplied to the ship's power system.
또한, 연료 전지의 모듈 단위 출력 분배를 통해 연료 전지 모듈의 작동 시간을 관리할 수 있기 때문에, 연료 전지의 수명을 최대한 활용할 수 있다.Additionally, since the operation time of the fuel cell module can be managed through the module-unit output distribution of the fuel cell, the lifespan of the fuel cell can be maximized.
또한, 연료 전지의 모듈 단위 출력 분배를 통해 연료 전지의 시동 시간 및/또는 냉각 시간을 효율적으로 활용하고, 안정적인 전력 공급이 가능할 수 있다.In addition, the fuel cell's module-level output distribution can efficiently utilize the fuel cell's startup time and/or cooling time and enable stable power supply.
또한, 저가이면서 효율이 높은 연료 전지와 상대적으로 고가이면서 효율이 낮으며 부하 추종 성능이 높은 연료 전지를 혼합하여 수요처로 전력을 공급함으로써, 경제성과 제어 안정성을 향상시킬 수 있다.In addition, by supplying power to demand by mixing low-cost, high-efficiency fuel cells with relatively expensive, low-efficiency fuel cells with high load-following performance, economics and control stability can be improved.
또한, 수요처의 요구 부하가 급격하게 변동하더라도, 안정적인 연료 전지의 운용이 가능할 수 있다. In addition, stable operation of the fuel cell may be possible even if the demand load of the consumer changes rapidly.
그 외에 본 개시의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 개시에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 개시에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.In addition, effects that can be obtained or expected due to embodiments of the present disclosure will be directly or implicitly disclosed in the detailed description of the present disclosure. That is, various effects predicted according to the present disclosure will be disclosed in the detailed description to be described later.
이 도면들은 본 개시의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 개시의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 개시의 일실예에 따른 연료 전지를 포함하는 선박의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 개시의 일실예에 따른 연료 전지를 포함하는 선박의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 개시의 일실예에 따른 요구 부하, 및 요구 부하의 유형에 따른 연료 전지의 출력 관계를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 개시의 일실예에 따른 요구 부하, 및 요구 부하의 유형에 따른 연료 전지의 출력 관계를 도시한 다른 그래프이다.
도 5는 본 개시의 일실예에 따른 용량이 다른 연료 전지 모듈을 포함하는 선박 시스템을 도시한 개념도이다.
도 6은 본 개시의 일실예에 따른 요구 부하가 일정한 경우의 연료 전지의 출력 관계를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 개시의 일실예에 따른 요구 부하가 일정한 경우의 연료 전지의 출력 관계를 도시한 다른 그래프이다.
도 8은 본 개시의 다른 실시예에 따른 연료 전지를 포함하는 선박의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 개시의 다른 실예에 따른 요구 부하, 및 요구 부하의 유형에 따른 연료 전지의 출력 관계를 도시한 또 다른 그래프이다.
도 10은 본 개시의 다른 실시예에 따른 선박의 전력 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 개시의 일실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 설명하기 위한 도면이다.
위에서 참조된 도면들은 반드시 축적에 맞추어 도시된 것은 아니고, 본 개시의 기본 원리를 예시하는 다양한 선호되는 특징들의 다소 간략한 표현을 제시하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 특정 치수, 방향, 위치, 및 형상을 포함하는 본 개시의 특정 설계 특징들이 특정 의도된 응용과 사용 환경에 의해 일부 결정될 것이다.Since these drawings are for reference in explaining exemplary embodiments of the present disclosure, the technical idea of the present disclosure should not be interpreted as limited to the attached drawings.
1 is a conceptual diagram showing the configuration of a ship including a fuel cell according to an example of the present disclosure.
Figure 2 is a flowchart illustrating a control method of a ship including a fuel cell according to an example of the present disclosure.
Figure 3 is a graph showing the output relationship of the fuel cell according to the required load and the type of required load according to an example of the present disclosure.
Figure 4 is another graph showing the output relationship of the fuel cell according to the required load and the type of required load according to an example of the present disclosure.
FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a ship system including fuel cell modules with different capacities according to an example of the present disclosure.
Figure 6 is a graph showing the output relationship of the fuel cell when the required load is constant according to an example of the present disclosure.
FIG. 7 is another graph showing the output relationship of the fuel cell when the required load is constant according to an example of the present disclosure.
Figure 8 is a flowchart illustrating a control method of a ship including a fuel cell according to another embodiment of the present disclosure.
FIG. 9 is another graph showing the output relationship of the fuel cell according to the required load and the type of required load according to another example of the present disclosure.
Figure 10 is a diagram for explaining the power system of a ship according to another embodiment of the present disclosure.
FIG. 11 is a diagram for explaining a computing device according to an embodiment of the present disclosure.
The drawings referenced above are not necessarily drawn to scale and should be understood as presenting rather simplified representations of various preferred features illustrating the basic principles of the present disclosure. The specific design features of the present disclosure, including, for example, specific dimensions, orientation, location, and shape, will be determined in part by the particular intended application and usage environment.
여기에서 사용되는 용어는 오직 특정 실시 예들을 설명하기 위한 목적이고, 본 개시를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은, 문맥상 명시적으로 달리 표시되지 않는 한, 복수 형태들을 또한 포함하는 것으로 의도된다. "포함하다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 본 명세서에서 사용되는 경우, 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성요소들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만, 다른 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성요소들, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들 중 하나 이상의 존재 또는 추가를 배제하지는 않음을 또한 이해될 것이다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은, 연관되어 나열된 항목들 중 임의의 하나 또는 모든 조합들을 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of describing specific embodiments only and is not intended to limit the disclosure. As used herein, singular forms are intended to also include plural forms, unless the context clearly indicates otherwise. The terms “comprise” and/or “comprising”, when used herein, specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements and/or components, but It will also be understood that this does not exclude the presence or addition of one or more of the features, integers, steps, operations, elements, components and/or groups thereof. As used herein, the term “and/or” includes any one or all combinations of the associated listed items.
추가적으로, 아래의 방법들 또는 이들의 양상들 중 하나 이상은 적어도 하나 이상의 제어기에 의해 실행될 수 있음이 이해된다. "제어기"라는 용어는 메모리 및 프로세서를 포함하는 하드웨어 장치를 지칭할 수 있다. 메모리는 프로그램 명령들을 저장하도록 구성되고, 프로세서는 아래에서 더욱 자세히 설명되는 하나 이상의 프로세스들을 수행하기 위해 프로그램 명령들을 실행하도록 특별히 프로그래밍된다. 제어기는, 여기에서 기재된 바와 같이, 유닛들, 모듈들, 부품들, 장치들, 또는 이와 유사한 것의 작동을 제어할 수 있다. 또한, 아래의 방법들은, 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 하나 이상의 다른 컴포넌트들과 함께 제어기를 포함하는 장치에 의해 실행될 수 있음이 이해된다. Additionally, it is understood that one or more of the methods or aspects thereof below may be implemented by at least one or more controllers. The term “controller” may refer to a hardware device that includes memory and a processor. The memory is configured to store program instructions, and the processor is specifically programmed to execute the program instructions to perform one or more processes described in more detail below. A controller may control the operation of units, modules, components, devices, or the like, as described herein. It is also understood that the methods below can be performed by an apparatus that includes a controller along with one or more other components, as will be appreciated by those skilled in the art.
또한, 본 개시의 제어기는 프로세서에 의해 실행되는 실행 가능한 프로그램 명령들을 포함하는 비일시적인 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체로서 구현될 수 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체들의 예들은 롬(ROM), 램(RAM), 컴팩트 디스크(CD) 롬, 자기 테이프들, 플로피 디스크들, 플래시 드라이브들, 스마트 카드들 및 광학 데이터 저장 장치들을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 컴퓨터 판독가능 기록 매체는 또한 컴퓨터 네트워크 전반에 걸쳐 분산되어 프로그램 명령들이, 예를 들어, 텔레매틱스 서버(telematics server) 또는 제어기 영역 네트워크(Controller Area Network; CAN)와 같은 분산 방식으로 저장 및 실행될 수 있다.Additionally, the controller of the present disclosure may be implemented as a non-transitory computer-readable recording medium containing executable program instructions executed by a processor. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, compact disk (CD) ROM, magnetic tapes, floppy disks, flash drives, smart cards, and optical data storage devices. It is not limited to this. The computer-readable recording medium may also be distributed throughout a computer network so that program instructions can be stored and executed in a distributed manner, for example, on a telematics server or a Controller Area Network (CAN).
첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.With reference to the attached drawings, the present disclosure will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice it. However, the present disclosure may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present disclosure, parts unrelated to the description have been omitted, and identical or similar components are assigned the same reference numerals throughout the specification.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 개시가 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.In addition, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, so the present disclosure is not necessarily limited to what is shown in the drawings, and the thickness is enlarged to clearly express various parts and areas. It was.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.The suffixes “module” and/or “part” for components used in the following description are given or used interchangeably only for the ease of preparing the specification, and do not have distinct meanings or roles in themselves.
또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Additionally, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed descriptions will be omitted.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 개시의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present disclosure are not limited. , should be understood to include equivalents or substitutes.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.Terms containing ordinal numbers, such as first, second, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms.
아래 설명에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.In the description below, expressions described as singular may be interpreted as singular or plural, unless explicit expressions such as “one” or “single” are used.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
도면을 참고하여 설명한 흐름도에서, 동작 순서는 변경될 수 있고, 여러 동작들이 병합되거나, 어느 동작이 분할될 수 있고, 특정 동작은 수행되지 않을 수 있다.In the flowchart described with reference to the drawings, the order of operations may be changed, several operations may be merged, certain operations may be divided, and certain operations may not be performed.
이하에서는 본 개시에 따른 연료 전지를 포함하는 선박의 제어 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for controlling a ship including a fuel cell according to the present disclosure will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 개시의 일실예에 따른 연료 전지를 포함하는 선박의 구성을 도시한 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing the configuration of a ship including a fuel cell according to an example of the present disclosure.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 개시에 따른 선박은 선박내 수요처(20)의 요구 부하를 검출하는 감지 모듈(30), 복수의 연료 전지 모듈(10), 각각의 연료 전지 모듈(10)의 출력을 제어하는 로컬 제어기(41), 감지 모듈(30)을 통해 검출되는 요구 부하에 따라 연료 전지 모듈(10)의 출력량을 제어하도록 각각의 로컬 제어기(41)를 통합 제어하는 통합 제어기(43)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1, the ship according to the present disclosure includes a
감지 모듈(30)은 설정된 주기(예를 들어, 매분 또는 매시간)마다 선박 내 수요처(20)들의 요구 부하, 및 현재 요구 부하로부터 차기 요구 부하까지의 단위 시간당 변화량인 부하 변동률을 검출하고, 감지 모듈(30)에서 검출된 요구 부하와 부하 변동률은 통합 제어기(43)로 전송된다. 이를 위해, 감지 모듈(30)은 수요처(20)의 요구 부하를 검출하는 감지 센서를 포함할 수 있다. 일실시예에서, 감지 모듈(30)은 로컬 제어기(41) 또는 통합 제어기(43)에 포함되는 구성일 수 있다.The
감지 모듈(30)에서 검출되는 수요처(20)의 요구 부하는 기저 부하, 및 변동 부하를 포함할 수 있다. 기저 부하(base load)는 선박이 운항하기 위해 필요한 최소한의 부하를 의미하고, 상대적으로 부하의 변동량이 매우 작다. 그리고 변동 부하(peak load)는 기저 부하를 제외한 요구 부하로 각각의 수요처(20)에서 비주기적 또는 주기적으로 변동하는 부하를 의미한다. 변동 부하는 상대적으로 단위 시간당 부하 변동량(부하 변동률)이 크다. The required load of the
일실시예에서, 요구 부하는 기저 부하, 중간 부하, 및 변동 부하를 포함할 수 있다. 기저 부하(base load)는 선박이 운항 또는 정박하는 필요한 요구 부하 중에서 부하 변동량이 0 또는 부하 변동량이 0에 근접한 부하를 의미할 수 있다. 즉, 기저 부하는 요구 부하 중에서 변동이 거의 없는 일정량의 부하를 의미할 수 있다. 변동 부하(peak load)는 요구 부하 중에서 단위 시간당 부하 변동량(부하 변동률)이 상대적으로 큰 부하를 의미한다. 그리고 중간 부하(intermediate load)는 요구 부하 중에서 기저 부하와 변동 부하 사이의 부하를 의미하고, 변동 부하에 비해 단위 시간당 부하 변동량(부하 변동률)이 변동 부하에 비해 상대적으로 작은 부하를 의미한다. In one embodiment, demand loads may include base loads, intermediate loads, and variable loads. Base load may mean a load with a load variation of 0 or a load variation close to 0 among the required loads required for a ship to operate or dock. In other words, the base load may mean a certain amount of load with little change among the required loads. Fluctuating load (peak load) refers to a load with a relatively large load change amount (load change rate) per unit time among required loads. Intermediate load refers to a load between the base load and the variable load among the required loads, and refers to a load in which the amount of load change per unit time (load change rate) is relatively small compared to the variable load.
요구 부하는 기저 부하 및 변동 부하로 구성될 수 있고, 이 경우, 요구 부하는 기저 부하와 변동 부하의 합으로 결정될 수 있다. 또는, 요구 부하는 기저 부하, 중간 부하 및 변동 부하로 구성될 수도 있고, 이 경우, 요구 부하는 기저 부하, 중간 부하 및 변동 부하의 합으로 결정될 수 있다. The required load may be comprised of a base load and a variable load. In this case, the required load may be determined as the sum of the base load and the variable load. Alternatively, the required load may be composed of a base load, an intermediate load, and a variable load. In this case, the required load may be determined as the sum of the base load, the intermediate load, and the variable load.
연료 전지 모듈(10)은 복수의 연료 전지 셀들로 구성될 수 있다. 연료 전지는 수소가 포함된 연료를 이용하여 전기를 생산한다. 즉, 연료 전지는 수소와 공기중의 산소를 전기화학적 반응에 의해 전기 에너지로 변환하는 청정 발전 시스템을 의미한다. The
연료 전지는 작동 온도 및 전해질의 종류에 따라 고분자 전해질막 연료 전지(PEMFC: Polymer/Proton Electolyete Membrane Fuel Cell), 인산염 연료 전지(PAFC), 알칼리 연료 전지(AFC: Alkaline Fuel Cell), 용융탄산염 연료 전지(MCFC: Molten Carbonate Fuel Cell), 및 고체산화물 연료 전지(SOFC: Solid Oxide Fuel Cell)를 포함할 수 있다.Depending on the operating temperature and type of electrolyte, fuel cells are divided into polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC), phosphate fuel cells (PAFC), alkaline fuel cells (AFC), and molten carbonate fuel cells. (MCFC: Molten Carbonate Fuel Cell), and solid oxide fuel cell (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell).
고분자 전해질막 연료 전지(PEMFC)는 수소, 메탄올, 천연 가스 등을 연료로 사용하고, 수소이온교환막을 전해질로 사용하며, 백금을 촉매로 사용한다. 고분자 전해질막 연료 전지(PEMFC)는 작동 온도가 섭씨 약 80도이고, 약 40% 이하의 발전 효율을 갖는다. 상대적으로 낮은 온도에서 작동하기 때문에, 시동 시간이 매우 짧다. Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) use hydrogen, methanol, and natural gas as fuel, a hydrogen ion exchange membrane as an electrolyte, and platinum as a catalyst. Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) have an operating temperature of about 80 degrees Celsius and have a power generation efficiency of about 40% or less. Because they operate at relatively low temperatures, start-up times are very short.
인산염 연료 전지(PAFC)는 수소, 메탄올, 천연 가스를 연료로 사용하고, 고통도인산을 전해질로 사용하며, 백금을 촉매로 사용한다. 인산염 연료 전지(PAFC)는 작동 온도가 섭씨 약 200도이고, 약 50%의 발전 효율을 갖는다. 인산염 연료 전지(PAFC)는 고분자 전해질각 연료 전지(PEMFC)보다 작동 온도가 높기 때문에, 고분자 전해질각 연료 전지(PEMFC)에 비해 시동 시간이 길다. 그리고 인산염 연료 전지(PAFC)는 고분자 전해질막 연료 전지(PEMFC)에 비해 상대적으로 높은 발전 효율을 갖는다. Phosphate fuel cells (PAFC) use hydrogen, methanol, and natural gas as fuel, highly phosphoric acid as an electrolyte, and platinum as a catalyst. Phosphate fuel cells (PAFC) have an operating temperature of approximately 200 degrees Celsius and a power generation efficiency of approximately 50%. Phosphate fuel cells (PAFCs) have higher operating temperatures than polymer electrolyte angle fuel cells (PEMFCs) and therefore have longer start-up times than PEMFCs. And phosphate fuel cells (PAFC) have relatively higher power generation efficiency than polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC).
알칼리 연료 전지(AFC)는 수소를 연료로 사용하고, 고농도인산을 전해질로 사용하며, 백금을 촉매로 사용한다. 알칼리 연료 전지(AFC)는 작동 온도가 섭씨 약 100도이고, 약 65%의 발전 효율을 갖는다. 알칼리 연료 전지(AFC)는 고분자 전해질막 연료 전지(PEMFC)에 비해 작동 온도가 높기 때문에, 고분자 전해질막 연료 전지(PEMFC)에 비해 시동 시간이 길다. 그리고 알칼리 연료 전지(AFC)는 고분자 전해질막 연료 전지(PEMFC)에 비해 상대적으로 높은 발전 효율을 갖는다. Alkaline fuel cells (AFC) use hydrogen as a fuel, high concentration phosphoric acid as an electrolyte, and platinum as a catalyst. Alkaline fuel cells (AFC) have an operating temperature of about 100 degrees Celsius and a power generation efficiency of about 65%. Alkaline fuel cells (AFCs) have higher operating temperatures than polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs), and therefore have longer start-up times than polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs). And alkaline fuel cells (AFC) have relatively higher power generation efficiency than polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC).
용융탄산염 연료 전지(MCFC)는 천연가스, 메탄올, 나프타, 석탄, 가스화가스 등을 연료로 사용하고, 리튬칼륨탄산염을 전해질로 사용하고, 백금을 촉매로 사용한다. 용융탄산염 연료 전지(MCFC)는 작동 온도가 섭씨 약 650도이고, 약 50%의 발전 효율을 갖는다. 용융탄산염 연료 전지(MCFC)는 알칼리 연료 전지(AFC)에 비해 작동 온도가 매우 높기 때문에, 알칼리 연료 전지(AFC)에 비해 시동 시간이 매우 길다. 그리고 알칼리 연료 전지(AFC)에 비해 매우 높은 온도에서 작동하기 때문에, 시동 시간이 매우 길다.Molten carbonate fuel cells (MCFC) use natural gas, methanol, naphtha, coal, gasification gas, etc. as fuel, lithium potassium carbonate as electrolyte, and platinum as a catalyst. Molten carbonate fuel cells (MCFC) have an operating temperature of about 650 degrees Celsius and a power generation efficiency of about 50%. Molten carbonate fuel cells (MCFCs) have very high operating temperatures compared to alkaline fuel cells (AFCs) and therefore have very long start-up times compared to alkaline fuel cells (AFCs). And because they operate at very high temperatures compared to alkaline fuel cells (AFCs), start-up times are very long.
고체산화물 연료 전지(SOFC)는 천연가스, 메탄올, 나프타, 석탄, 가스화가스 등을 연료로 사용하고, 지르코니아계세라믹을 전해질로 사용하며, 페로브스카이트를 촉매로 사용한다. 고체산화물 연료 전지(SOFC)는 작동 온도가 섭씨 약 800도이고, 약 35%의 발전 효율을 갖는다. 매우 높은 온도에서 작동하기 때문에, 시동 시간이 매우 길다. Solid oxide fuel cells (SOFC) use natural gas, methanol, naphtha, coal, gasification gas, etc. as fuel, zirconia-based ceramics as electrolyte, and perovskite as a catalyst. Solid oxide fuel cells (SOFC) have an operating temperature of about 800 degrees Celsius and a power generation efficiency of about 35%. Because they operate at very high temperatures, start-up times are very long.
일실시예에서, 복수의 연료 전지 모듈(10) 각각은 서로 다른 종류의 연료 전지를 포함할 수 있다. 그에 따라, 위에서 예시적으로 언급한 서로 다른 종류의 연료 전지를 포함하는 복수의 연료 전지 모듈(10)이 선박에 탑재될 수 있다. 연료 전지의 종류는 연료 전지의 성능을 결정하는 출력 밀도, 가격, 수명, 작동 온도, 출력 변동 특성 등에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 두 가지 종류의 연료 전지 모듈(10)이 선박에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 선박에 탑재되는 연료 전지 모듈(10)은 고분자 전해질막 연료 전지(PEMFC) 모듈과 고체산화물 연료 전지(SOFC) 모듈일 수 있다. 또는, 세 가지 종류의 연료 전지 모듈(10)이 선박에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 선박에 탑재되는 연료 전지 모듈(10)은 고분자 전해질막 연료 전지(PEMFC) 모듈, 인산염 연료 전지(PAFC) 모듈, 및 고체산화물 연료 전지(SOFC) 모듈일 수 있다.In one embodiment, each of the plurality of
일실시예에서, 복수의 연료 전지 모듈(10) 각각은 서로 같은 종류의 연료 전지를 포함할 수 있다. 그에 따라 동일한 복수의 연료 전지 모듈(10)가 선박에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 고분자 전해질막 연료 전지(PEMFC), 복수개의 인산염 연료 전지(PAFC), 또는 복수개의 고체산화물 연료 전지(SOFC)가 선박에 탑재될 수 있다. In one embodiment, each of the plurality of
일실시예에서, 복수의 연료 전지 모듈(10) 각각은 서로 같은 종류의 연료 전지를 포함할 수 있고, 복수의 연료 전지 모듈(10) 각각의 용량은 다를 수 있다. 예를 들어, 선박에 포함되는 연료 전지 모듈(10)이 다섯개인 경우, 각각의 연료 전지 모듈(10)이 갖는 용량은 100kW, 200kW, 200kW, 500kW, 1000kW일 수 있다.In one embodiment, each of the plurality of
로컬 제어기(41)는 각각의 연료 전지 모듈(10)의 출력을 개별적으로 제어한다. 즉, 로컬 제어기(41)는 각각의 연료 전지 모듈(10)의 온 및 오프, 및 연료 전지 모듈(10)의 출력량(발전량) 등을 제어한다. The
통합 제어기(43)는 선박내 수요처(20)의 요구 부하가 충족되도록 로컬 제어기(41)를 통해 복수의 연료 전지 모듈(10)을 제어한다. 통합 제어기(43)는 각각의 연료 전지 모듈(10)의 특성을 기반으로 수요처(20)의 요구 부하 및 부하 변동률을 충족하도록 로컬 제어기(41)를 통해 복수의 연료 전지 모듈(10)의 작동(연료 전지의 온 및/또는 오프)을 제어할 수 있다. The
연료 전지 모듈(10)의 특성은 연료 전지 모듈(10)의 종류, 연료 전지 모듈(10)의 용량, 연료 전지 모듈(10)의 발전 효율, 연료 전지 모듈(10)의 시동 시간(heat-up time 또는 starting time)에 따른 발전률, 연료 전지 모듈(10)의 냉각 시간에 따른 발전률, 출력 변동률(Ramp Rate), 및 연료 전지 모듈(10)의 작동 시간(running time) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 시동 시간은 상온에서 연료 전지 모듈(10)의 작동 온도에 도달할 때까지의 시간을 의미하고, 시동 시간에 따른 발전률은 시동 시간 동안 연료 전지 모듈(10)의 발전량의 변화율을 의미하며, 냉각 시간은 연료 전지 모듈(10)의 작동 온도에서 상온에 도달할 때까지의 시간을 의미하고, 냉각 시간에 따른 발전률은 냉각 시간 동안 연료 전지 모듈(10)의 발전량의 변화율을 의미하며, 출력 변동률은 연료 전지 모듈(10)의 시동이 완료된 상태에서 연료 전지 모듈(10)의 발전량 변화율을 의미하며, 작동 시간은 연료 전지 모듈(10)가 작동한 총 시간을 의미한다. 작동 시간이 길면 상대적으로 오래 사용하여 노후된 연료 전지 모듈(10)이고, 작동 시간이 짧으면 상대적으로 덜 노후된 연료 전지 모듈(10)일 수 있다.The characteristics of the
일실시예에서, 로컬 제어기(41)와 통합 제어기(43)는 분산될 수 있으나, 필요에 따라 통합될 수도 있다. 즉, 로컬 제어기(41)와 통합 제어기(43)는 통합되어 제어기(40)로 구성될 수 있다.In one embodiment,
제어기(40)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 제어기(40)의 메모리에는 하나 이상의 프로세서를 통하여 본 개시에 따른 선박의 제어방법의 각 단계를 수행하도록 수행하도록 프로그래밍 된 프로그램 명령들이 저장되어 있다.The
일 실시예에 따른 선박은 에너지 저장 시스템(50)(ESS: energy storage system)을 더 포함할 수 있다. 에너지 저장 시스템(50)은 연료 전지(10)에서 발전되는 전력을 저장하고, 필요에 따라, 에너지 저장 시스템(50) 저장된 전력은 수요처(20)로 공급된다. 에너지 저장 시스템(50)은 신재생 에너지, 전력을 저장하는 배터리, 그리고 기존의 전력 계통을 연계시키는 시스템이다. 에너지 저장 시스템(50)은 연료 전지(10)에서 발전된 유휴 전력을 저장하고, 필요에 따라 저장된 전력을 수요처(20)로 공급한다. 에너지 저장 시스템(50)은 시동 시간이 없어 부하의 출력 변동에 따라 발전원의 대응 속도가 매우 빠른 장점을 갖는다. 에너지 저장 시스템(50)의 충전과 방전은 제어기(40)(또는, 통합 제어기(43))의 제어에 의해 수행된다. The ship according to one embodiment may further include an energy storage system 50 (ESS: energy storage system). The
요구 부하가 기저 부하보다 작을 때, 연료 전지(10)에서 발전된 전력은 에너지 저장 시스템(50)에 전력이 저장될 수 있다. 그리고 요구 부하의 변동량이 설정 변동량(단위 시간당 부하 변동량) 이상으로 급격하게 변동할 때, 에너지 저장 시스템(50)에 저장된 전력이 수요처(20)로 공급될 수 있다. When the required load is less than the base load, the power generated by the
이하에서는, 일 실시예에 따른 선박의 제어 방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for controlling a ship according to an embodiment will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 2는 본 개시의 일실예에 따른 연료 전지를 포함하는 선박의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.Figure 2 is a flowchart illustrating a control method for a ship including a fuel cell according to an example of the present disclosure.
도 2를 참조하면, 감지 모듈(30)은 설정된 주기마다 수요처(20)의 요구 부하 및 부하 변동률을 검출하고, 검출된 요구 부하 및 부하 변동률을 통합 제어기(43)로 전송한다(S10). 앞에서 설명한 바와 같이, 수요처(20)의 요구 부하는 기저 부하와 변동 부하를 포함할 수 있다. 필요에 따라, 요구 부하는 기저 부하, 중간 부하 및 변동 부하를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the
통합 제어기(43)는 요구 부하의 유형을 판단하고, 연료 전지 모듈(10)의 특성에 기초하여 요구 부하의 유형에 대응하는 연료 전지 모듈(10)의 출력을 제어할 수 있다(S20). 즉, 통합 제어기(43)는 요구 부하가 기저 부하와 변동 부하로 구분되는지 여부, 또는 요구 부하가 기저 부하, 중간 부하 및 변동 부하로 구분되는지 여부를 판단하고, 연료 전지 모듈(10)의 특성에 기초하여 턴-온될 연료 전지 모듈(10)의 조합을 결정할 수 있다. 연료 전지의 특성은 연료 전지 모듈(10)의 종류, 연료 전지 모듈(10)의 용량, 연료 전지 모듈(10)의 발전 효율, 연료 전지 모듈(10)의 시동 시간, 연료 전지 모듈(10)의 출력 변동률, 및 연료 전지 모듈(10)의 작동 시간 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 통합 제어기(43)는 연료 전지 모듈(10)의 특성을 기초로 연료 전지 모듈(10)의 출력을 제어할 수 있다. The
본 개시에서, 연료 전지 모듈(10)은 동일한 종류의 연료 전지 모듈로 구성되거나, 또는 서로 다른 종류의 연료 전지 모듈의 조합으로 구성될 수 있다. 연료 전지의 종류는 연료 전지의 성능을 결정하는 출력 밀도, 가격, 수명, 작동 온도, 출력 변동 특성 등에 따라 결정될 수 있다. 이러한 연료 전지의 종류를 포함하는 연료 전지의 특성은 S20단계에서 연료 전지 모듈의 조합에 이용될 수 있다.In the present disclosure, the
도 3에 도시된 바와 같이, 수요처(20)의 요구 부하가 기저 부하와 변동 부하를 포함하는 경우, 통합 제어기(43)는 기저 부하를 충족시키기 위해 발전 효율이 상대적으로 높고, 출력 변동률이 상대적으로 낮으며, 시동 시간이 상대적으로 긴 연료 전지 모듈(10)을 온 시켜 기저 부하에 대응하는 것으로 결정할 수 있다. 그에 따라, 통합 제어기(43)는 발전 효율이 상대적으로 높고, 출력 변동률이 상대적으로 높으며, 시동 시간이 상대적으로 긴 연료 전지 모듈(10)을 온 시키는 명령을 로컬 제어기(41)에 전송할 수 있다. 로컬 제어기(41)는 통합 제어기(43)의 명령에 따라 연료 전지 모듈(10)로부터 전력을 발전시켜 수요처(20)로 공급한다. As shown in FIG. 3, when the required load of the
그리고, 통합 제어기(43)는 변동 부하를 충족시키기 위해 발전 효율이 상대적으로 낮고, 출력 변동률이 상대적으로 높으며, 시동 시간이 상대적으로 짧은 연료 전지 모듈(10)을 온 시켜 변동 부하에 대응하는 것으로 결정할 수 있다. 그에 따라, 통합 제어기(43)는 발전 효율이 상대적으로 낮고, 출력 변동률이 상대적으로 높으며, 시동 시간이 상대적으로 짧은 연료 전지 모듈(10)을 온 시키는 명령을 로컬 제어기(41)에 전송할 수 있다. 로컬 제어기(41)가 통합 제어기(43)의 명령에 따라 연료 전지 모듈(10)로부터 전력을 발전시켜 수요처(20)로 공급한다. In order to meet the variable load, the
일실시예에서, 통합 제어기(43)가 요구 부하가 기저 부하와 변동 부하를 포함하는 것으로 판단한 경우, 기저 부하에 대응하는 전력은 고체산화물 연료 전지(SOFC) 모듈을 통해 공급하고, 변동 부하는 고분자 전해질막 연료 전지(PEMFC) 모듈을 통해 공급하는 것으로 결정할 수 있다. 통합 제어기(43)는 그에 따른 제어 명령을 로컬 제어기(41)로 전송할 수 있다.In one embodiment, when the
이와 같이, 기저 부하는 시동 시간이 상대적으로 짧고 발전 효율이 상대적으로 높은 연료 전지(10)를 통해 공급하고, 변동 부하는 시동 시간이 상대적으로 길고 발전 효율이 상대적으로 낮은 연료 전지(10)를 통해 공급함으로써, 선박내 수요처(20)에 전력을 공급할 때 경제성과 제어 안정성을 모두 확보할 수 있다. In this way, the base load is supplied through the
이와 같이, 선박 내에 고효율의 연료 전지(10)와 상대적으로 고가이면서 효율이 낮지만 부하 추종 성능이 높은 연료 전지(10)를 혼합하여 구비함으로써, 선박내 수요처(20)에 전력을 공급할 때 경제성과 제어 안정성을 모두 확보할 수 있다.In this way, by providing a mixture of high-
도 4에 도시된 바와 같이, 수요처(20)의 요구 부하가 기저 부하, 중간 부하, 및 변동 부하를 포함하는 경우, 통합 제어기(43)는 기저 부하를 충족시키기 위해 발전 효율이 상대적으로 높고 시동 시간이 상대적으로 긴 연료 전지 모듈(10)을 온 시키는 명령을 생성하여 로컬 제어기(41)로 전송할 수 있고, 로컬 제어기(41)는 수신한 명령에 응답하여 연료 전지 모듈(10) 온 시켜 기저 부하에 대응하는 전력을 발전시켜 수요처(20)로 공급한다.As shown in FIG. 4, when the demand load of the
중간 부하를 충족시키기 위해 통합 제어기(43)는 발전 효율과 시동 시간이 기저 부하를 대응하는 연료 전지(10)와 변동 부하를 대응하는 연료 전지(10) 사이의 사이인 연료 전지(10)를 온 시키는 명령을 생성하여 로컬 제어기(41)로 전송할 수 있고, 로컬 제어기(41)는 수신한 명령에 응답하여 연료 전지 모듈(10) 온 시켜 중간 부하에 대응하는 전력을 발전시켜 수요처(20)로 공급한다. To meet the intermediate load, the
중간 부하를 충족시키기 위해 통합 제어기(43)는 발전 효율이 상대적으로 중간이고 시동 시간이 상대적으로 중간인 연료 전지(10)를 온 시키는 명령을 생성하여 로컬 제어기(41)로 전송할 수 있고, 로컬 제어기(41)는 수신한 명령에 응답하여 연료 전지 모듈(10) 온 시켜 중간 부하에 대응하는 전력을 발전시켜 수요처(20)로 공급한다. To meet the intermediate load, the
그리고 변동 부하를 충족시키기 위해 통합 제어기(43)는 발전 효율이 상대적으로 가장 낮고 시동 시간이 상대적으로 가장 짧은 연료 전지(10)를 온 시키는 제어 명령을 생성하여 로컬 제어기(41)로 전송할 수 있고, 로컬 제어기(41)는 통합 제어기(42)로부터 수신한 제어 명령에 응답하여 연료 전지 모듈(10) 온 시켜 변동 부하에 대응하는 전력을 발전시켜 수요처(20)로 공급한다. And in order to meet the fluctuating load, the
여기서, 기저 부하를 충족시키기 위한 연료 전지 모듈(10)은 시동 시간이 가장 길고 발전 효율이 가장 높은 연료 전지 모듈(10)(예를 들어, SOFC)일 수 있다. 중간 부하를 충족시키기 위한 연료 전지 모듈(10)은 시동 시간은 기저 부하를 충족시키기 위한 연료 전지 모듈(10)과 변동 부하를 충족시키기 위한 연료 전지 모듈(10)의 사이이고, 중간 부하를 충족시키기 위한 연료 전지 모듈(10)의 발전 효율은 기저 부하를 충족시키기 위한 연료 전지 모듈(10)과 변동 부하를 충족시키기 위한 연료 전지 모듈(10)의 사이인 연료 전지 모듈(10)(예를 들어, PAFC)일 수 있다. 그리고 변동 부하를 충족시키기 위한 연료 전지 모듈(10)은 시동 시간이 가장 짧고 발전 효율은 가장 낮은 연료 전지 모듈(10)(예를 들어, PEMFC)일 수 있다. Here, the
도 5에 도시된 바와 같이, 통합 제어기(43)는 연료 전지 모듈(10)의 용량을 고려하여 연료 전지 모듈(10)의 온/오프를 결정할 수 있다. 통합 제어기(43)는 연료 전지 모듈(10)들의 용량이 상이한 경우, 부하 변동률에 기초하여 출력할 연료 전지모듈(10)을 결정할 수 있다. 통합 제어기(43)는 부하 변동률과 연료 전지 모듈(10)의 출력 변동률을 비교하여 출력 변동률이 큰 연료 전지 모듈(10)을 우선적으로 온 시킬 수 있다. As shown in FIG. 5, the
예를 들어, 10초당 500kW의 부하 변동률이 요구될 때, 통합 제어기(43)는 20초당 500kW의 부하를 출력할 수 있는 500kW의 용량을 갖는 연료 전지 모듈 대신 10초당 500kW의 부하를 출력할 수 있는 1000kW의 용량을 갖는 연료 전지 모듈을 온 시키는 제어 명령을 출력할 수 있다.For example, when a load change rate of 500 kW per 10 seconds is required, the
예를 들어, 10초에 1,000kW의 부하 변동률이 요구될 때, 통합 제어기(43)는 10초에 200kW의 부하를 올릴 수 있는 200kW의 용량을 갖는 연료 전지 모듈 5개를 온 시키지 않고, 10초에 500kW의 부하를 올릴 수 있는 500kW의 용량을 갖는 연료 전지 모듈 2개를 온 시킬 수 있다. For example, when a load change rate of 1,000 kW per 10 seconds is required, the
또는, 통합 제어기(43)는 부하 변동률에 빠르게 대응할 수 있도록 연료 전지 모듈의 구성을 다양하게 결정할 수 있다. 즉, 단위 시간당 요구 부하량을 출력하기 위해, 통합 제어기(43)는 동일한 용량의 연료 전지를 통해 요구 부하량을 출력하지 않고, 서로 다른 용량의 연료 전지 모듈(10)을 통해 요구 부하량을 출력할 수 있다. 예를 들어, 단위 시간당 요구 부하량이 1,000kW일 때, 통합 제어기(43)는 200kW의 용량을 갖는 연료 전지 모듈 5개를 온 시키지 않고, 200kW의 용량을 갖는 연료 전지 모듈 2개, 100kW의 용량을 갖는 연료 전지 모듈 1개, 500 kW의 용량을 갖는 연료 전지 모듈 1개를 온 시킬 수 있다.Alternatively, the
이와 같이, 연료 전지 모듈(10)의 발전 효율, 및 시동 시간 등과 같은 특성을 따라 서로 다른 종류의 연료 전지 시스템을 구성함으로써, 다양한 종류의 연료 전지(10)가 구비된 선박을 효율적으로 제어할 수 있다.In this way, by configuring different types of fuel cell systems according to characteristics such as power generation efficiency and start-up time of the
다시 도 2를 참조하면, 통합 제어기(43)는 수요처(20)의 요구 부하가 변동하는지 여부를 판단한다(S50). 즉, 감지 모듈(30)에서 검출되는 수요처(20)의 요구 부하가 일정 시간 동안 변동없이 일정하게 유지되는지, 또는 수요처(20)의 요구 부하가 변동하는지 여부를 판단한다. Referring again to FIG. 2, the
수요처(20)의 요구 부하가 일정한 경우, 통합 제어기(43)는 연료 전지(10)의 특성에 기초하여 요구 부하를 충족하도록 복수의 연료 전지 모듈(10)을 순차적으로 온 또는 오프 제어한다(S51). 통합 제어기(43)는 연료 전지 모듈(10)의 특성에 따라 연료 전지 모듈(10)의 우선 순위를 결정할 수 있고, 우선 순위에 따라 연료 전지 모듈(10)의 온 또는 오프시키는 제어 명령을 출력할 수 있다. When the required load of the
통합 제어기(43)는 연료 전지 모듈(10)의 작동 시간(running time)에 기초하여 연료 전지 모듈(10)의 우선순위를 결정할 수 있다. The
연료 전지(10)를 온 시킬 때, 작동 시간(running time)이 짧은 연료 전지 모듈(10)에 우선 순위가 할당될 수 있다. 이에 따라, 연료 전지 모듈(10)을 온 시킬 때, 작동 시간이 짧은 연료 전지 모듈(10)이 작동 시간이 긴 연료 전지 모듈(10)에 비해 먼저 온 된다. 이때, 연료 전지 모듈(10)의 작동 시간이 동일할 때는 출력 변동률이 높은 연료 전지 모듈(10)에 우선 순위가 할당될 수 있다. When turning on the
이와 반대로, 연료 전지 모듈(10)을 오프 시킬 때, 작동 시간(running time)이 긴 연료 전지 모듈(10)에 우선 순위가 할당될 수 있다. 이에 따라, 연료 전지 모듈(10)을 오프 시킬 때, 작동 시간이 긴 연료 전지 모듈(10)이 작동 시간이 짧은 연료 전지 모듈(10)에 비해 먼저 오프 된다. 이때, 연료 전지 모듈(10)의 작동 시간이 동일할 때는 출력 변동률이 높은 연료 전지 모듈(10)에 우선 순위가 할당될 수 있다.Conversely, when turning off the
예를 들어, 도 6을 참조하면, 정격 출력이 100kw이고, 시동 시간에 따른 발전률이 50kw/hour이며, 냉각 시간에 따른 발전률이 50kw/hour인 4개의 연료 전지모듈(제1 연료 전지 내지 제4 연료 전지)가 구비되고, 수요처(20)의 요구 부하가 200kw로 일정하다고 가정한다.For example, referring to FIG. 6, four fuel cell modules (first fuel cell to It is assumed that the fourth fuel cell) is provided and the required load of the
이때, 통합 제어기(43)는 4개의 연료 전지 모듈을 순차적으로 온 및 오프시키는 제어 명령을 각 로컬 제어기(41)로 전송할 수 있다. 수요처(20)의 요구 부하가 200kw이므로, 두 개의 연료 전지 모듈이 정격 출력되면 수요처(20)의 요구 부하를 충족시킬 수 있다. 하나의 연료 전지 모듈을 지속적으로 온 시켜 요구 부하를 충족시키면, 연료 전지의 발전 효율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 복수의 연료 전지 모듈을 순차적으로 온/오프 시킴으로써, 연료 전지의 발전 효율이 낮아지는 것을 방지할 수 있다. At this time, the
따라서, 통합 제어기(43)는 연료 전지 모듈(10)을 온 시킬 때, 작동 시간이 가장 짧은 연료 전지(10)를 우선적으로 온 시키고, 연료 전지(10)를 오프 시킬 때, 작동 시간이 가장 긴 연료 전지(10)를 우선적으로 오프 시킬 수 있다. Therefore, when turning on the
요구 부하가 200kw로 일정할 때, 통합 제어기(43)는 두 개의 연료 전지 모듈(제3 연료 전지와 제4 연료 전지)를 온 시켜 요구 부하를 충족시킬 수 있다(도 6의 T0~T1 사이 참조). 제1 설정 시간(T1~T2) 동안, 제1 연료 전지를 추가로 온 시킴과 동시에 제4 연료 전지를 오프 시켜 요구 부하를 충족시킬 수 있다. 그리고 제2 설정 시간(T2~T3)동안, 제3 연료 전지를 오프 시키고 제2 연료 전지를 온 시켜 요구 부하를 충족시킬 수 있다. 이러한 과정을 반복하여 요구 부하를 충족시킬 수 있다. When the required load is constant at 200kw, the
이와 더불어, 요구 부하가 변동할 때, 현재 요구 부하로부터 차기 요구 부하로 변동할 때의 변동율을 추종할 때, 통합 제어기(43)는 복수의 연료 전지 모듈(10)의 시동 시간에 따른 발전률과 냉각 시간에 따른 발전률에 기초하여 복수의 연료 전지 모듈(10)을 온 및/또는 오프 시켜 요구 부하를 충족시킬 수 있다.In addition, when the required load changes, when tracking the rate of change when changing from the current required load to the next required load, the
이와 같이, 작동 시간에 따라 연료 전지 모듈(10)을 온 또는 오프 시킬 때 우선 순위를 할당함으로써, 각각의 연료 전지 모듈(10)의 수명을 효율적으로 관리할 수 있다. 또한, 수요처(20)의 요구 부하가 일정할 때, 복수의 연료 전지 모듈(10)을 순차적으로 온 및 오프시킴으로써, 수요처(20)에서 요구하는 부하를 안정적으로 공급할 수 있다.In this way, by assigning priorities when turning on or off the
다시 도 2를 참조하면, 수요처(20)의 요구 부하가 변동하는 경우, 통합 제어기(43)는 요구 부하를 충족하도록 연료 전지 모듈(10)의 특성에 기초하여 복수의 연료 전지(10)를 온 또는 오프 제어할 수 있다. 이때, 통합 제어기(43)는 부하 변동률을 충족하도록 연료 전지 모듈(10)의 시동 시간에 따른 발전률, 및 냉각 시간에 따른 발전률에 기초하여 연료 전지 모듈(10)의 온 또는 오프 제어한다(S53). 즉, 연료 전지 모듈(10)의 작동 시간(running time), 시동 시간(starting time 또는 heat-up time)에 따른 연료 전지 모듈(10)의 발전률, 그리고 냉각 시간(cool-down time)에 따른 연료 전지 모듈(10)의 발전률을 포함하는 연료 전지(10)의 특성을 기초로 제어기(40)는 복수의 연료 전지(10)를 작동시켜(연료 전지를 온 또는 오프시켜) 수요처(20)의 요구 부하를 충족시킬 수 있다. 필요에 따라, 통합 제어기(43)는 서로 다른 용량의 연료 전지 모듈(10)을 통해 단위 시간당 요구 부하량을 출력하는 제어 명령을 생성할 수 있다.Referring again to FIG. 2, when the required load of the
요구 부하가 현재 요구 부하로부터 차기 요구 부하로 변동할 때, 통합 제어기(43)는 현재 요구 부하와 차기 요구 부하의 차이를 충족시키도록 연료 전지 모듈(10)을 온 또는 오프 시켜 요구 부하를 충족시킬 수 있다.When the required load changes from the current required load to the next required load, the
차기 요구 부하가 현재 요구 부하보다 큰 경우, 통합 제어기(43)는 작동 중인 연료 전지 모듈(10)에 추가하여 일부 연료 전지를 온 시키는 제어 명령을 로컬 제어기(41)로 전송할 수 있다. 그리고 차기 요구 부하가 현재 요구 부하보다 작은 경우, 통합 제어기(43)는 작동 중인 연료 전지 중에서 일부 연료 전지를 오프 시키는 제어 명령을 로컬 제어기(41)로 전송할 수 있다. If the next required load is greater than the current required load, the
연료 전지 모듈(10)을 온 시킬 때, 로컬 제어기(43)는 복수의 연료 전지(10) 중 작동 시간(running time)이 짧은 연료 전지(10)에 우선 순위를 할당한다. 이에 따라, 연료 전지 모듈(10)을 온 시킬 때, 복수의 연료 전지 모듈(10) 중 작동 시간이 짧은 연료 전지 모듈(10)가 우선적으로 온 된다.When turning on the
이와 반대로, 연료 전지 모듈(10)을 오프 시킬 때, 로컬 제어기(43)는 복수의 연료 전지 모듈(10) 중 작동 시간(running time)이 긴 연료 전지 모듈(10)에 우선 순위를 할당한다. 이에 따라, 연료 전지 모듈(10)을 오프 시킬 때, 복수의 연료 전지모듈(10) 중 작동 시간이 긴 연료 전지 모듈(10)이 우선적으로 오프 된다. Conversely, when turning off the
예를 들어, 도 7을 참조하면, 선박에 정격 출력이 100kw이고, 시동 시간에 따른 발전률이 50kw/hour이며, 냉각 시간에 따른 발전률이 50kw/hour인 4개의 연료 전지 모듈(제1 연료 전지 내지 제4 연료 전지)가 구비된 경우를 예로 들어 설명하도록 한다. For example, referring to FIG. 7, a ship has a rated output of 100kw, a power generation rate according to startup time of 50kw/hour, and a power generation rate according to cooling time of 50kw/hour. Four fuel cell modules (first fuel A case where a battery to a fourth fuel cell) is provided will be described as an example.
현재 요구 부하가 200kw인 상황에서(T0~T1 사이), 두 개의 연료 전지(제3 연료 전지와 제4 연료 전지)가 정격 출력됨으로써, 현재 요구 부하를 충족시킨다. In a situation where the current required load is 200kw (between T0 and T1), the two fuel cells (the third fuel cell and the fourth fuel cell) are rated for output, thereby satisfying the current required load.
현재 요구 부하가 200kw에서 차기 요구 부하가 300kw로 요구 부하가 변동하고, 변동률이 100 kw/hour인 경우(T1~T3 사이), 통합 제어기(43)는 현재 요구 부하와 차기 요구 부하의 차이(100kw), 및 변동률(100kw/hour)을 추종하기 위해, 정격 출력이 100kw이고 연료 전지 모듈(10)의 시동 시간에 따른 발전량이 50kw/hour인 두 개의 연료 전지 모듈(제1 연료 전지와 제2 연료 전지)를 추가로 온 시킨다. 이때, 통합 제어기(43)는 제1 연료 전지와 제2 연료 전지를 설정 시간 동안 50kw를 출력하도록 제어하고, 설정 시간이 경과하면 제1 연료 전지를 오프 시키고 제2 연료 전지가 100kw를 출력하도록 제어할 수 있다. When the required load changes from the current required load of 200kw to the next required load of 300kw, and the change rate is 100 kw/hour (between T1 and T3), the
현재 요구 부하가 300kw에서 차기 요구 부하가 100kw로 변동하고, 변동률이 150 kw/hour 인 경우(T3~T5 사이), 통합 제어기(43)는 현재 요구 부하와 차기 요구 부하의 차이(200kw), 및 변동률(150kw/hour)를 추종하기 위해, 세 개의 연료 전지 모듈(연료 전지 2 내지 4)를 오프 시키고, 하나의 연료 전지 모듈(연료 전지 1)를 온 시킬 수 있다. When the current required load changes from 300kw to the next required load to 100kw and the change rate is 150 kw/hour (between T3 and T5), the
이하에서는, 다른 실시예에 따른 선박의 제어 방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, a ship control method according to another embodiment will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 8은 본 개시의 다른 실시예에 따른 연료 전지를 포함하는 선박의 제어 방법을 도시한 흐름도이고, 도 9는 본 개시의 다른 실예에 따른 요구 부하, 및 요구 부하의 유형에 따른 연료 전지의 출력 관계를 도시한 또 다른 그래프이다.FIG. 8 is a flowchart illustrating a control method of a ship including a fuel cell according to another embodiment of the present disclosure, and FIG. 9 is a flowchart showing a required load according to another embodiment of the present disclosure and the output of the fuel cell according to the type of the required load. This is another graph showing the relationship.
도 8의 실시예는 앞에서 설명한 도 2의 실시예와 비교하여 에너지 저장 시스템(50)을 이용한 충전 및 방전 과정을 추가한 것이다. 따라서, 도 2의 단계에서 S10, S20, S50, S51, 및 S53 단계는 도 8의 S10, S20, S50, S51, 및 S53 단계와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 하며, 도 2와 차이가 있는 부분에 대해서만 설명하도록 한다. The embodiment of FIG. 8 adds charging and discharging processes using the
도 8을 참조하면, 통합 제어기(43)는 수요처(20)의 요구 부하가 기저 부하보다 작은지 여부를 판단한다(S30). 요구 부하가 수요처(20)의 요구 부하보다 작으면, 통합 제어기(43)는 기저 부하를 충족하기 위한 연료 전지 모듈(10)에서 발전된 전력을 에너지 저장 시스템(50)에 저장한다(S31). 즉, 연료 전지 모듈(10)에서 발전된 전력을 에너지 저장 시스템(50)을 충전한다.Referring to FIG. 8, the
통합 제어기(43)는 요구 부하의 변동량이 설정 변동량 이상인지 여부를 판단한다(S40). 요구 부하의 변동량이 설정 변동량 이상이면, 통합 제어기(43)는 에너지 저장 시스템(50)에 저장된 전력을 수요처(20)로 공급하여(S41), 수요처(20)의 요구 부하가 급격하게 변동하더라도 즉각적인 대응이 가능할 수 있다. 즉, 에너지 저장 시스템(50)에 충전된 전력을 수요처(20)로 방전한다(도 9 참조).The
이와 같이, 요구 부하가 급격하게 변동하는 경우, 에너지 저장 시스템(50)에 저장된 전력을 통해 수요처(20)로 신속하게 공급할 수 있고, 각각의 연료 전지 모듈(10)를 최적의 상태로 운영할 수 있다. In this way, when the required load changes rapidly, power stored in the
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 선박의 전력 시스템을 설명하기 위한 도면이다. Figure 10 is a diagram for explaining the power system of a ship according to an embodiment of the present disclosure.
도 10을 참조하면, 선박의 전력 시스템은, 복수의 연료 전지 모듈(10), 발전기(GE), 메인 버스(HV Bus), 모터(M), 및 수요처(Load)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 10, the power system of a ship may include a plurality of
발전기(GE)는 교류 전기 신호를 메인 버스(HV Bus)로 출력할 수 있다. 발전기(GE)는 디젤발전기, 복합연료발전기, 가스연료발전기, 가스터빈 등을 포함할 수 있다. 발전기(GE)는 상황에 따른 전력 공급 제어를 위해 하나 이상의 스위치, 및/또는 단로기를 더 포함할 수 있다. The generator (GE) can output alternating current electrical signals to the main bus (HV Bus). Generators (GE) may include diesel generators, combined fuel generators, gas-fueled generators, gas turbines, etc. The generator (GE) may further include one or more switches and/or disconnectors to control power supply depending on the situation.
메인 버스(HV Bus)는 연료 전지 모듈(10) 및 발전기(GE)로부터 생성된 전력을 모터(M) 및 수요처(Load)로 전송할 수 있다.The main bus (HV Bus) can transmit power generated from the
복수의 연료 전지 모듈(10)은 도 1을 통해 전술된 통합 제어기(43) 및 로컬 제어기(41)를 통해 제어될 수 있다. 통합 제어기(43)는 발전기(GE)로부터 출력되는 교류 전기 신호에 기초하여 요구 부하를 계산할 수 있다. 예를 들어, 요구 부하는 수요처(20)에서 요구하는 부하에서 발전기(GE)로부터 감당할 수 있는 부하를 배제한 값일 수 있다.A plurality of
도 10에는 복수의 연료 전지 모듈(10), 발전기(GE), 메인 버스(HV Bus), 모터(M), 및 수요처(Load)가 도시되나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 이 중 일부 구성이 변경되거나 추가될 수 있다. 10 shows a plurality of
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 11 is a diagram for explaining a computing device according to an embodiment of the present disclosure.
도 11을 참조하면, 본 개시에 따른 선박의 제어 방법은 컴퓨팅 장치(100)를 이용하여 구현될 수 있다.Referring to FIG. 11 , the ship control method according to the present disclosure may be implemented using the
컴퓨팅 장치(100)는 버스(120)를 통해 통신하는 프로세서(110), 메모리(130), 사용자 인터페이스 입력 장치(140), 사용자 인터페이스 출력 장치(150) 및 저장 장치(160) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(100)는 또한 네트워크(190)에 전기적으로 접속되는 네트워크 인터페이스(170)를 포함할 수 있다. 네트워크 인터페이스(170)는 네트워크(190)를 통해 다른 개체와 신호를 송신 또는 수신할 수 있다.
프로세서(110)는 MCU(Micro Controller Unit), AP(Application Processor), CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphic Processing Unit), NPU(Neural Processing Unit) 등과 같은 다양한 종류들로 구현될 수 있으며, 메모리(130) 또는 저장 장치(160)에 저장된 명령을 실행하는 임의의 반도체 장치일 수 있다. 프로세서(110)는 도 1 내지 도 10과 관련하여 전술한 기능 및 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다.The
메모리(130) 및 저장 장치(160)는 다양한 형태의 휘발성 또는 비 휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리는 ROM(read-only memory)(131) 및 RAM(random access memory)(132)를 포함할 수 있다. 본 실시 예에서 메모리(130)는 프로세서(110)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있고, 메모리(130)는 이미 알려진 다양한 수단을 통해 프로세서(110)와 연결될 수 있다.
몇몇 실시 예에서, 실시 예들에 따른 선박의 제어 장치 및 방법 중 적어도 일부 구성 또는 기능은 컴퓨팅 장치(100)에서 실행되는 프로그램 또는 소프트웨어로 구현될 수 있고, 프로그램 또는 소프트웨어는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 저장될 수 있다.In some embodiments, at least some configurations or functions of the ship control device and method according to the embodiments may be implemented as a program or software running on the
몇몇 실시 예에서, 실시 예들에 따른 선박의 제어 방법 중 적어도 일부 구성 또는 기능은 컴퓨팅 장치(100)의 하드웨어 또는 회로를 사용하여 구현되거나, 컴퓨팅 장치(100)와 전기적으로 접속될 수 있는 별도의 하드웨어 또는 회로로 구현될 수도 있다.In some embodiments, at least some components or functions of the ship control method according to the embodiments are implemented using hardware or circuitry of the
이상을 통해 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 개시는 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 개시의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 개시의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited thereto and can be implemented with various modifications within the scope of the claims, the detailed description of the disclosure, and the accompanying drawings. It is natural that it falls within the scope of disclosure.
10: 연료 전지
20: 수요처
30: 감지 모듈
40: 제어기
41: 로컬 제어기
43: 통합 제어기
50: 에너지 저장 시스템
100: 컴퓨팅 장치10: Fuel cell
20: Source of demand
30: detection module
40: controller
41: Local controller
43: Integrated controller
50: Energy storage system
100: computing device
Claims (11)
선박 내 복수의 수요처의 요구 부하를 감지하고, 상기 요구 부하를 충족하도록 상기 각각의 연료 전지 모듈의 특성을 기반으로 상기 복수의 연료 전지 모듈을 순차적으로 온 또는 오프 제어하는 제어 명령을 생성하는 통합 제어기; 및
상기 통합 제어기의 제어 명령에 따라 상기 복수의 연료 전지의 온, 오프, 및 발전량을 제어하는 로컬 제어기;
를 포함하는 선박. a plurality of fuel cell modules;
An integrated controller that detects the required load of a plurality of demand sources within the ship and generates a control command to sequentially turn on or off the plurality of fuel cell modules based on the characteristics of each fuel cell module to meet the required load. ; and
a local controller that controls on, off, and power generation of the plurality of fuel cells according to control commands from the integrated controller;
Vessels containing .
상기 연료 전지 모듈의 특성은,
상기 복수의 연료 전지 모듈의 작동 시간, 출력 변동률, 시동 시간에 따른 발전률, 및 냉각 시간에 따른 발전률 중 적어도 어느 하나를 포함하는 선박. According to paragraph 1,
The characteristics of the fuel cell module are:
A ship comprising at least one of the operating time, output variation rate, power generation rate according to startup time, and power generation rate according to cooling time of the plurality of fuel cell modules.
상기 통합 제어기는
상기 연료 전지 모듈이 온 될 때, 작동 시간이 짧은 연료 전지 모듈에 우선 순위를 할당하고,
상기 연료 전지 모듈이 오프 될 때, 작동 시간이 긴 연료 전지 모듈에 우선 순위를 할당하는 선박.According to paragraph 2,
The integrated controller is
When the fuel cell module is turned on, priority is assigned to the fuel cell module with a short operating time,
When the fuel cell module is turned off, the vessel assigns priority to the fuel cell module with a longer operating time.
상기 통합 제어기는
상기 연료 전지 모듈의 작동 시간이 동일할 때, 상기 출력 변동률이 높은 연료 전지 모듈에 우선 순위를 할당하는 선박. According to paragraph 3,
The integrated controller is
A ship that assigns priority to the fuel cell module with the high output fluctuation rate when the operating times of the fuel cell modules are the same.
상기 수요처의 요구 부하가 변동하는 경우,
상기 통합 제어기는 상기 복수의 연료 전지 모듈의 작동 시간, 시동 시간에 따른 발전률, 출력 변동률, 및 냉각 시간에 따른 발전률에 기초하여 상기 연료 전지를 온 또는 오프 제어하는 선박.According to paragraph 1,
If the demand load of the above demand source fluctuates,
The integrated controller controls the fuel cells on or off based on the operating time of the plurality of fuel cell modules, the power generation rate according to the start-up time, the output change rate, and the power generation rate according to the cooling time.
통합 제어기에 의해, 수요처의 요구 부하를 검출하는 단계;
상기 통합 제어기에 의해, 상기 요구 부하를 충족하도록 상기 각각의 연료 전지 모듈의 특성을 기반으로 상기 연료 전지가 순차적으로 온 또는 오프 제어되기 위한 제어 명령을 생성하는 단계; 및
로컬 제어기에 의해, 상기 제어 명령에 따라 상기 복수의 연료 전지 모듈의 온, 오프, 및 발전량을 제어하는 단계;
를 포함하는 선박의 제어 방법.A control method for a ship including a plurality of fuel cell modules,
Detecting, by an integrated controller, a demand load of a demand source;
generating, by the integrated controller, a control command to sequentially control the fuel cells to be turned on or off based on characteristics of each fuel cell module to meet the required load; and
Controlling, by a local controller, on, off, and power generation amount of the plurality of fuel cell modules according to the control command;
A control method for a ship comprising:
상기 연료 전지 모듈의 특성은,
상기 복수의 연료 전지 모듈의 작동 시간, 출력 변동률, 시동 시간에 따른 발전률, 및 냉각 시간에 따른 발전률 중 적어도 어느 하나를 포함하는 선박의 제어 방법. According to clause 6,
The characteristics of the fuel cell module are:
A method of controlling a ship including at least one of the operating time, output variation rate, power generation rate according to startup time, and power generation rate according to cooling time of the plurality of fuel cell modules.
상기 통합 제어기에 의해, 상기 연료 전지 모듈이 온 될 때, 작동 시간이 짧은 연료 전지 모듈에 우선 순위가 할당되고,
상기 통합 제어기에 의해, 상기 연료 전지 모듈이 오프 될 때, 작동 시간이 긴 연료 전지 모듈에 우선 순위가 할당되는 선박의 제어 방법.In clause 7,
By the integrated controller, when the fuel cell module is turned on, priority is assigned to the fuel cell module with a short operating time,
A control method for a ship in which priority is assigned to a fuel cell module with a long operating time by the integrated controller when the fuel cell module is turned off.
상기 통합 제어기에 의해, 상기 연료 전지 모듈의 작동 시간이 동일할 때, 상기 출력 변동률이 높은 연료 전지 모듈에 우선 순위가 할당되는 선박의 제어 방법.According to clause 8,
A control method for a ship in which, by the integrated controller, priority is assigned to the fuel cell module with the high output fluctuation rate when the operating times of the fuel cell modules are the same.
상기 수요처의 요구 부하가 변동하는 경우, 상기 통합 제어기에 의해, 상기 복수의 연료 전지 모듈의 작동 시간, 시동 시간에 따른 발전률, 출력 변동률, 및 냉각 시간에 따른 발전률에 기초하여 상기 연료 전지 모듈을 온 또는 오프 제어하는 단계;
를 더 포함하는 선박의 제어 방법. In clause 7,
When the demand load of the demand source changes, the integrated controller determines the fuel cell module based on the operation time of the plurality of fuel cell modules, the power generation rate according to the start-up time, the output change rate, and the power generation rate according to the cooling time. controlling on or off;
A control method for a ship further comprising:
상기 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 선박의 제어 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.In a computer that includes a processor that executes programs or instructions stored in memory or storage devices;
A computer-readable medium recording a program for executing the method for controlling a ship according to any one of claims 6 to 10.
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