KR20190120267A - 잠수함 및 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법 - Google Patents

잠수함 및 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법 Download PDF

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티쎈크로프 마리네 지스템스 게엠베하
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Abstract

잠수함들은 전기 드라이브에 공급하기 위한 추진 네트워크 (10) 를 갖는다. 복수의 병렬 배터리 스트링들 (11, 12) 이 연속적인 에너지 공급을 위해 추진 네트워크 (10) 와 연관된다. 배터리 스트링들 (11, 12) 의 병렬 연결은, 균등한 전류들이 배터리 스트링들 (11, 12) 사이에서 흐를 수 있기 때문에 문제가 있다. DC-DC 컨버터들 (13, 14) 에 의한 균등한 전류들의 회피는 개개의 스트링들 (11, 12) 의 과충전 및 심방전을 야기할 수 있다. 본 발명은 잠수함 및 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법에 관한 것이며, 여기서 적어도 하나의 부하의 동작에 필요한 전기 에너지는, 배터리 스트링들 (11, 12) 의 충전 상태들을 서로 동기화하기 위하여 적어도 2 개의 배터리 스트링들 (11, 12) 의 충전 상태들 (SOC) 에 따라 부하에 의해 배터리 스트링들 (11, 12) 로부터 인출된다.

Description

잠수함 및 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법
본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따른 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 청구항 10 의 전제부에 따른 적어도 하나의 소비체 시스템을 가진 잠수함에 관한 것이다.
트랙션 (traction) 드라이브, 에어 컨디셔닝 시스템 또는 통신 시스템과 같은 전기 소비체들에 공급하기 위하여, 잠수함들은 적어도 하나의 전기 트랙션 네트워크 또는 적어도 하나의 DC 전력 공급기를 갖는다. 이 트랙션 네트워크에는 내연 기관, 배터리들 및/또는 연료 셀들에 의해 전기 에너지가 공급된다. 항구에 잠수함이 머무르는 동안, 트랙션 네트워크는 외부 전기 네트워크에 의해 에너지를 추가적으로 공급받을 수 있다.
잠수함들은 잠수함의 동작을 위해, 수중 이동 시에 충분한 전기 에너지를 공급받아야 하기 때문에, 구동 시스템이 또한 내연 기관 또는 외부 에너지 소스들에 독립적으로 동작될 수 있는 것이 필수적이다. 이 목적으로, 적어도 하나의 트랙션 네트워크에는 트랙션 네트워크에 대한 에너지 저장 디바이스들로서의 역할을 하는 복수의 병렬-연결된 배터리 뱅크들이 할당된다. 배터리 뱅크들은 각각 복수의 직렬-연결된 배터리 셀들 또는 배터리 모듈들로 구성된다. 잠수함들의 알려진 구동 시스템들에 있어서, 트랙션 네트워크들은 하나 이상의 트랙션 네트워크들에 걸쳐 분배될 수 있는 60 개까지의 배터리 뱅크들을 갖는다. 이 맥락에서는, DE 10 2015 216 097 A1 을 인용하는 것이 적절하다.
일반적으로, 수면 위를 이동 중에, 배터리 뱅크들은 내연 기관에 의해 충전되고 전기 소비체들에 대한 에너지 소스로서의 역할을 하는 것에 의해, 수중 이동 중에는 방전된다. 수중 이동 중의 배터리 뱅크들의 재충전은 연료 셀들에 의해 또는 드라이브의 운동 에너지로부터 에너지를 회수하는 것 (recovering) 에 의해 가능하다.
상이한 속성들 또는 배터리 충전 상태들로 인해, 균등한 전류들이 개개의 배터리 뱅크들 사이에서 흐르기 때문에, 배터리들의 병렬 연결이 결코 문제가 없는 것은 아니다 (by no means unproblematic). 따라서, 병렬 배터리 뱅크들은 DC-DC 컨버터들에 의해 서로 디커플링된다. 그러나, 개개의 뱅크들의 충전 상태 (SOC) 또는 "잔여 용량들" 이 얼마나 높은지에 상관없이 충전 및 방전이 일어나기 때문에, DC-DC 컨버터들을 사용한 병렬 배터리 뱅크들의 이러한 디커플링 조차도 개개의 배터리 뱅크들의 로딩 (loading) 을 야기한다. SOC 를 고려하지 않은 방전 또는 충전 프로세스는 심방전 (deep discharge) 또는 과충전 (overcharging) 을 야기할 수 있으며, 따라서 배터리들에 회복불가능한 손상 또는 심지어 배터리들의 폭발을 야기할 수 있다. 이 맥락에서는, DE 10 2014 109 092 A1 을 인용하는 것이 적절하다.
이를 방지하기 위해, 충전 및 방전 프로세스에 관련된 모든 배터리 뱅크들은 맞춤형 조절 스킴 또는 통신 디바이스를 사용하여 서로 조정될 필요가 있을 것이다. 그러나 이것은, 개개의 뱅크들 사이의 증가된 통신 및 제어 노력이 이들 필수적인 제어 또는 통신 시스템들의 고장의 이벤트에서 배터리 뱅크들의 균일한 방전을 재확립할 필요가 있다는 단점을 수반한다. 특히, 많은 수들의 사이클들의 경우에, 즉, 배터리들의 빈번한 재충전 및 방전의 이벤트에서, 비-균일한 충전 및 방전이 다시 개개의 뱅크들의 과충전 및 심방전을 야기할 수 있다. 이들 타입들의 손상은 배터리들의 단축된 수명을 초래하며, 이는 특히 잠수함들의 동작에 대해 심각한 영향을 미칠 수 있다.
개개의 배터리 뱅크들의 비-균일한, 즉, 비동기화된, 방전 및 충전은 또한, 소비체들, 특히 드라이브에 공급하기 위해 최대 배터리 용량들 중 일부만이 언제나 트랙션 네트워크에 제공될 수 있는 상황을 야기한다. 배터리 뱅크들의 비-동기화된 방전 및 재충전으로 인해, 배터리 뱅크들의 SOC들이 상이하여, 각각의 배터리 뱅크로부터의 이용가능한 전기 에너지는 상이하다. 이 상황이 소비체들에 대한 에너지 공급의 조절과 관련한 증가된 노력을 의미한다는 사실 외에도, 이 상황은 또한, 트랙션 드라이브에 대한 전기 에너지의 공급에 관하여 소정량의 불확실성을 초래한다.
본 발명의 기초가 되는 목적은, 그러면 균일한 방식으로 개개의 배터리 뱅크들의 방전 및 재충전을 가능하게 하는, 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법과 잠수함 양자 모두를 생성하는 것이다.
이 목적을 달성하기 위한 방법은 청구항 1 에서 특정된 조치들을 포함한다. 청구항에 따르면, 적어도 하나의 소비체의 동작을 위해 요구되는 전기 에너지는, 적어도 2 개의 배터리 팩들의 충전 상태 (SOC) 들을 서로 동기화하기 위하여, 그 배터리 팩들의 SOC 에 의존하여 소비체에 의해 배터리 팩들로부터 인출되는 것이 규정된다. 따라서, 소비체는, 그의 전기 에너지 또는 필요한 전기 전력을, 전부, 심방전을 겪지 않고도 이 필요한 에너지 또는 전력을 단지 제공 가능한 정확히 그 배터리 뱅크들로부터 인출한다. 소비체에 의한 배터리 뱅크들로부터의 이 요구-의존적 에너지 및/또는 전력 소비로 인해, SOC 가 배터리 뱅크들의 동작을 위한 유리한 범위에 있는 정확히 그 배터리 뱅크들은 소비체에 전기 에너지를 공급하는데 사용된다. 한편, 유리하지 않은, 즉, 낮은 SOC 값을 가진 배터리 뱅크들은, 적어도 초기에는, 소비체에 공급하기 위해 사용되지 않는다. 배터리 뱅크들의 SOC 에 의존한 소비체의 이 에너지 소비는, 시간에 걸쳐 모든 배터리 뱅크들의 SOC들이 서로 대략 균등화되는 것을 의미한다.
충전은 방전과 동일한 방식으로 수행되고 충전과 비교하여, 뱅크 전류들의 부호 반전을 단지 특징으로 한다. 여기서, 동기화를 수행하기 위해, SOC들이 배터리 뱅크들의 동작을 위한 유리하지 않은 범위에 있는 배터리 뱅크들은 전기 에너지로 충전된다. 한편, 더 유리한, 즉, 더 높은 SOC 값을 가진 배터리 뱅크들은, 적어도 초기에는, 소비체에 전기 에너지를 공급하는데 사용된다.
트랙션 네트워크의 모든 배터리 뱅크들의 SOC들의 이 균등화에 의하여, 뱅크들은 특히 균일한 방식으로 방전 및 충전될 수 있고, 이는 개개의 배터리 셀들의 수명에 긍정적인 영향을 미친다.
추가로, 소비체, 특히 잠수함의 트랙션 드라이브는, 잠재적으로는 이용가능한 더 많은 양의 전기 에너지 또는 전력을 갖는다. 이 방법은 특히, 강한 소비체들이 이미 매우 낮은 SOC 를 갖고 따라서, 추가 에너지 추출의 이벤트에서 회복불가능하게 손상될 수 있는 배터리 뱅크로부터 전기 에너지를 인출하는 것을 방지할 수 있다. 여기에 설명된 방법으로 인해, 전기 에너지 또는 전력은 대신에 총 SOC 또는 에너지 용량이 소비체의 요건들을 충족시키기에 충분한 배터리 뱅크들로부터 소비체에 의해 인출된다.
특히, 배터리 뱅크의 제어 시스템은 특정한 배터리 뱅크의 SOC 에 의존하여 각각의 배터리 뱅크에 대한 VI-특성을 특정하는 것이 규정될 수 있다. 배터리 뱅크들에 대한 SOC 에 의존한 VI-특성들의 이 특정 (specification) 은 배터리 뱅크가 소비체에 공급할 트랙션 네트워크로 공급될 수 있는 전기 에너지 또는 전력의 양을 도출하는데 사용된다. 동시에, VI-특성들은, 에너지 공급에 관련된 배터리 뱅크들의 뱅크 전압들이 적어도 유사한 범위에 있는 것과 같은 방식으로 배터리 뱅크들의 제어 디바이스에 의해 특정되는 것이 규정될 수 있다.
일반적으로, 배터리 뱅크들의 뱅크 전압들은 트랙션 네트워크 전압과 대략 동일하다는 것이 규정된다. 그러나, 트랙션 네트워크의 전기적 구성으로 인해, 트랙션 네트워크 전압은 국부적으로 상이할 가능성이 있다. 각각의 배터리 뱅크의 제어 시스템을 사용하여 VI-특성들을 특정함으로써, 소비체에 전기 에너지를 공급하기 위하여 배터리 뱅크들이 더 심하게 로딩되는지 및 더 약하게 로딩되는지를 결정하는 것이 가능해진다.
바람직하게는 또한, 더 많은 전기 에너지는 더 낮은 SOC 를 가진 배터리 뱅크보다 더 높은 SOC 를 가진 배터리 뱅크로부터 인출되고, 여기서 개개의 배터리 뱅크들의 뱅크 전압들은 바람직하게는 유사하거나 또는 동일한 전압 레벨에 유지되는 것이 규정될 수 있다. 특히, 뱅크 전압들을 유사한 값으로 조절함으로써, 소비체는 특히 신뢰가능하고 안정된 방식으로 동작될 수 있다. 뱅크 전압들의 정정은 따라서 거의 필요하지 않다. 이것은 구동 시스템의 동작과 제어 시스템의 복잡성 양자 모두에 긍정적인 영향을 미친다.
본 발명의 추가 유리한 예시적인 실시형태는, 상이한 양들의 전기 에너지가 상이한 SOC들, 바람직하게는 상이한 V-특성들을 가진 배터리 뱅크들로부터 적어도 하나의 소비체에 의해 인출되고, 그 결과, 적어도 하나의 소비체의 동작 동안, 특히 복수의 충전-방전 사이클들에 걸쳐, 배터리 뱅크들의 SOC들, 바람직하게는 VI-특성들이 서로 균등화될 수 있다는 것을 규정할 수 있다. 높은 SOC 를 가진 배터리 뱅크들로부터의 에너지의 타겟팅된 추출로 인해, 이들 뱅크들은 더 빨리 방전될 것이고 및/또는 부하가 거의 또는 전혀 없는 뱅크들은 더 느리게 방전될 것이다. 전기 에너지가 인출되는 뱅터리 뱅크들의 이 방전의 결과로서, 더 낮은 SOC 를 가진 배터리 뱅크의 특성 곡선을 향해 이동하도록 VI-특성이 변화한다. VI-특성에 의하여 SOC들의 적어도 거의 완전한 균등화로 인해, 배터리 뱅크들의 후속 충전이 특히 균일하게 수행될 수 있다. 이 균일한 충전은, 각각의 배터리 뱅크의 개개의 충전에 대한 제어기가 더 이상 필요하지 않으며, 이는 모든 배터리 뱅크들의 충전 프로세스의 제어의 단순화를 초래할 것임을 의미할 수 있다.
또한 바람직하게는, 각각의 배터리 뱅크의 SOC 는 배터리 관리 시스템 (BMS) 에 의해 각각의 경우에서 측정되고 배터리 뱅크들의 VI-특성은 적어도 하나의 소비체의 동작 동안 다양한 SOC 로 조정되고, 특히 트랙션 네트워크에 대한 전력 출력은 소비체에 의해 요구되는 전기 에너지에 의존하여 DC-DC 컨버터들에 의해 조정되는 것이 규정될 수 있다. 각각의 배터리 뱅크의 SOC 가 계속 BMS 에 의해 측정된다는 사실은, 배터리 뱅크의 VI-특성이 또한 동작 동안, 즉 전기 에너지의 소비 동안 조정될 수 있음을 의미한다. 따라서, 구동 시스템의 동작 중 언제라도, 어느 배터리 뱅크들이 적어도 하나의 소비체에 전기 에너지를 공급하는데 특히 적절한지가 결정될 수 있다. 이 경우에, 배터리 관리 시스템에 의해 기록된 정보는 제어 시스템과 DC-DC 컨버터들 양자 모두에 송신될 수 있다.
추가적으로는, 더 높은 SOC 를 가진 배터리 뱅크의 전류 한계에의 도달 시 및 SOC 의 감소 시, 트랙션 네트워크 전압은 감소되고, 특히 트랙션 네트워크 전압은 다른 배터리 뱅크들이 그들의 전력 출력을 증가시킬 때까지 감소되는 것이 본 발명에 따라 규정될 수 있다. 바람직하게는, 트랙션 네트워크 전압은 다음으로 더 낮은 SOC 를 가진 배터리 뱅크의 전압에 의해 결정된다. 대안적으로, 배터리 뱅크의 트랙션 네트워크 전압은 가장 낮은 SOC 를 가진 전압에 의해 결정될 수 있어, 이 높은 부하 경우에 있어, 부하가 트랙션 네트워크의 배터리 뱅크들에 걸쳐 고르게 분배된다. 동일하게, 복수의 트랙션 네트워크들의 트랙션 네트워크 전압들은 균등화되거나 또는 동기화되는 것이 규정될 수 있다. SOC 레벨들의 이 균등화는 모든 배터리 뱅크들의 균일한 방전 및 충전을 허용한다.
본 발명의 추가 예시적인 실시형태는 바람직하게는, 트랙션 네트워크 전압이 특히 SOC 의 100% (예를 들어 700 V) 와 20% (예를 들어 650 V) 사이의 전압 범위에서 DC-DC 컨버터들에 의해 조절되는 것을 규정할 수 있다. 바람직하게는, 개개의 배터리 뱅크들의 뱅크 전압 또는 트랙션 네트워크 전압은, 대체로 선형적으로 거동하는 범위에서 조절되어, 소비체들이 거의 일정한 전류 또는 전압을 공급받게 한다. 이 선형 범위는, 모든 소비체들이 일정한 전기 에너지를 공급받기 때문에, 그 모든 소비체들에 대해 특히 방어적이다. 추가로, 구동 시스템에 의해 요구되는 에너지를 생성하기 위하여 전압들의 어떤 일정한 조정 또는 폐루프 제어도 필요하지 않다.
추가로, 배터리 뱅크들은 발전기 (generator) 에 의해 특성 곡선에서의 미리결정된 전압 레벨에 도달할 때 DC-DC 컨버터들에 의해 충전 모드로 설정되는 것이 규정된다. 따라서 충전 모드로 전환하기 위한 미리결정된 전압 레벨은 유리하게는, 방전이 일어나는 가장 높은 전압보다 높을 수 있고, 따라서 배터리들이 풀로 충전될 때 뱅크 전압은 100% SOC 에 대응한다. 트랙션 네트워크 및/또는 배터리 뱅크들이 충전 모드로 변경하는 것이 에너지적으로 더 유리해지면, 대응하는 배터리 뱅크들은 구동 시스템에 의해 최대 SOC 까지 충전된다. 이 모드 변경은 BMS 및/또는 DC-DC 컨버터들에 의해 자동적으로 실행될 수 있다.
상기 특정된 목적을 달성하기 위한 잠수함은 청구항 11 의 피처들을 갖는다. 이에 따르면, 각각의 배터리 뱅크는, 배터리 뱅크들의 SOC들을 서로 동기화하기 위해, 각각의 배터리 뱅크의 충전 상태 (SOC) 에 따라, 소비체가 각각의 배터리 뱅크로부터 인출하는 요구된 전기 에너지의 양을 특정하는 제어 시스템을 갖는 것이 규정된다.
추가로, 배터리 뱅크들의 SOC들은 BMS 에 의해 각각의 경우에서 결정될 수 있고, 부하-의존적 특성 곡선들 및 전류 한계 값들은 배터리 뱅크들의 상이한 부하 전류들에 대해 DC-DC 컨버터들에 저장될 수 있다는 것이 규정될 수 있다.
바람직하게는, 배터리 뱅크들의 상이한 부하 전류들에 대한 전류 한계 값들 및 부하-의존적 특성 곡선들은 DC-DC 컨버터들에 저장될 수 있고, 그 곡선들의 도움으로, 배터리 뱅크들의 뱅크 전압들은 구동 시스템 상의 부하에 의존하여 DC-DC 컨버터들에 의해 설정될 수 있다는 것이 규정될 수 있다. 이 부하-의존적 제어는 전체 구동 시스템으로 튜닝되는 방식으로 개별적으로 개개의 배터리 뱅크들이 효율적으로 방전 및/또는 충전되게 한다.
추가로, 배터리 뱅크들은 복수의 리튬-이온 셀들 또는 리튬-이온 배터리들을 갖는 것이 규정될 수 있다. 각각의 뱅크의 리튬 이온 셀들 또는 리튬-이온 배터리들의 수를 가변시킴으로써, 용량은 요구에 따라 결정될 수 있다. 그러나, 다른 타입들의 배터리들이 배터리 뱅크들에서 사용될 수 있는 것을 또한 생각할 수 있다.
바람직한 예시적인 실시형태가 도면들의 도움으로 이하에 논의될 것이다.
도 1 은 2 개의 DC-DC 컨버터들을 가진 구동 시스템의 상세 (detail) 를 도시한다.
도 2 는 SOC 특성 곡선을 도시한다.
도 3 은 VI-특성을 도시한다.
도 4 는 VI-특성을 도시한다.
도 1 은 잠수함의 구동 시스템의 트랙션 네트워크 (10) 의 상세를 도시한다. 트랙션 네트워크 (10) 에는 2 개의 병렬 배터리 뱅크들 (11, 12) 이 할당된다. 이들 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 각각은 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀들 (13), 바람직하게는 리튬-이온 배터리들을 갖는다.
개개의 배터리 뱅크들 (11, 12) 은 DC-DC 컨버터 (14, 15) 에 의해 트랙션 네트워크 (10) 에 각각 링크된다. 본 발명에 따르면, 구동 시스템은 1 초과, 바람직하게는 2 개의 트랙션 네트워크 (10) 를 가질 수 있고 그 트랙션 네트워크 (10) 에 차례로 복수의 추가 병렬 배터리 뱅크들 (11, 12) 이 그 후 할당되는 것을 또한 생각할 수 있다는 것을 이 시점에서 명시적으로 지적해야 한다. 보통, 일반적인 구동 시스템은 30 내지 60 개의 배터리 뱅크들 (11, 12) 을 가져, 복수의 배터리 뱅크들 (11, 12) 이 각각의 트랙션 네트워크 (10) 에 할당된다.
본 발명에 따르면, 각각의 배터리 뱅크 (11, 12) 는 적어도 하나의 배터리 관리 시스템 (BMS) (16) 을 갖는다. 이 BMS (16) 는 각각의 배터리 뱅크 (11, 12) 의 충전 상태 (SOC) 를 결정한다. 각각의 뱅크 (11, 12) 에 대해 결정된 SOC 는 그 후 BMS (16) 로부터 제어 시스템 (17) 을 통해 대응하는 DC-DC 컨버터 (14, 15) 에 송신된다. 그 결과, 각각의 배터리 뱅크 (11, 12) 의 뱅크 전압은 SOC 에 의존하여 DC-DC 컨버터 (14, 15) 에 의해 설정된다.
도 2 에 묘사된 다이어그램은 뱅크 배터리들의 SOC 에 따른 배터리 뱅크 (11, 12) 의 최대 전류 Imax 를 도시한다. 배터리 뱅크 (11, 12) 에 의해 제공된 전기 에너지 또는 전기 전력은 여기에 도시된 전류 세기에 비례한다. 도 2 에 도시된 곡선 (18) 으로부터, 전류 세기 및/또는 배터리 전압 (U) 은 SOC 의 20% 에서 100% 까지의 범위에서 거의 일정하다는 것이 명백하다. SOC 의 20% 와 100% 사이의 이 범위는 따라서 잠수함의 구동 시스템의 동작을 위한 바람직한 동작 범위를 나타낸다. 이 영역에서 개개의 배터리 뱅크들 (11, 12) 에 의해 제공된 전기 에너지의 거동은 상대적으로 일정하다.
BMS (16) 에 의하여 각각의 배터리 뱅크 (11, 12) 의 개개의 SOC들을 결정함으로써, DC-DC 컨버터들 (14, 15) 은, 이들 뱅크들 (11, 12) 의 각각이 바람직하게는 이 선형 범위에서 동작되도록 개개의 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 뱅크 전압들을 제어할 수 있다. 100% 의 값보다 높은 SOC 가 검출되면, 이 뱅크 (11, 12) 는, 100% 이하의 적절한 값의 SOC 에 도달할 때까지, 전기 에너지가 우선 이 뱅크 (11, 12) 에 의해 트랙션 네트워크에 공급되는 그러한 방식으로 제어될 수 있다. 유사하게, SOC 가 20% 에 근접하거나 또는 그 보다 낮은 배터리 뱅크 (11, 12) 는 전기 소비체로부터 디커플링되어, 그 소비체는 나머지 배터리 뱅크들 (11, 12) 에 의해 전기 전력을 공급받는다.
따라서 시간에 걸쳐, 트랙션 네트워크 (10) 의 모든 배터리 뱅크들 (11, 12) 에서 동일한 SOC 가 설정될 것이다. 개개의 배터리 뱅크들의 서로와의 이 동기화로 인해, 뱅크들 (11, 12) 은 특히 효과적으로 그리고 긴 시간 주기에 걸쳐 사용될 수 있다.
도 3 은 2 개의 배터리 뱅크들 (11, 12) 에 대해 플롯된 2 개의 VI-특성들 (19, 20) 의 예들을 도시한다 (임의 치수들, arb. units 를 가짐). 추가로, 트랙션 네트워크 (10) 의 소비체의 VI-특성 (21) 이 도 3 의 그래프에 플롯된다. 소비체의 동작을 위해, 이것은 이제 더 낮은 SOC 를 가진 배터리 뱅크 (12) (여기서 VI-특성 (20) 및 화살표 (23) 로 표현됨) 보다 더 높은 SOC 를 가진 배터리 뱅크 (11) (여기서 VI-특성 (19) 으로 표현됨) 로부터 더 많은 전기 에너지 또는 더 많은 전력을 인출한다 (화살표 (22) 로 표현됨). 이 경우에, 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 제어 시스템들 (17) 은, 2 개의 배터리 뱅크들 (11, 12) 상의 트랙션 네트워크 전압 (24) 이 본질적으로 동일하도록 SOC 에 의존하여 DC-DC 컨버터들 (14, 15) 을 제어할 것이다. 뱅크 전압들은 이 경우에 서로 상이할 수 있다.
도 3 에 도시된 예시적인 실시형태에서 더 많은 에너지 또는 전력이 더 낮은 SOC 를 가진 배터리 뱅크 (12) (특성 곡선 (20) 참조) 보다 더 높은 SOC 를 가진 배터리 뱅크 (11) (특성 곡선 (19) 참조) 로부터 인출되기 때문에, 배터리 뱅크 (11) 의 SOC 는 배터리 뱅크 (12) 의 SOC 보다 빠르게 떨어진다. 이것은 VI-특성 (19) 의 기울기가 VI-특성 (20) 의 기울기와 수렴되게 한다. 특성 곡선들 (19, 20) 의 이 수렴은 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 SOC 값들이 또한 그들이 적어도 거의 동일할 때까지 수렴됨을 의미한다.
도 3 에 도시된 특성 곡선들 (19, 20) 의 이러한 수렴은 도 4 에 예시된다 (임의 치수들, arb. units 를 가짐). 도 4 에서, 2 개의 특성 곡선들 (19, 20) 의 수렴으로 인해, 2 개의 뱅크들 (11, 12) 에 의해 인출된 전기 에너지의 양들 (화살표들 (22, 23) 로 표현됨) 이 수렴되는 것이 또한 분명하다. 충전은 방전과 동일한 방식으로 필요한 변경을 가하여 일어나고, 뱅크 전류들 (22, 23) 의 부호에 의해 충전과 구별된다.
배터리 뱅크들 (11, 12) 의 SOC 값들이 미리-특정가능한 값 아래로 내려가자마자, 이들 뱅크들 (11, 12) 은 더 이상 소비체에 에너지를 공급하는데 사용되지 않거나, 또는 소정의 경우들에만 사용된다. 이들 배터리 뱅크들 (11, 12) 을 재충전 및 방전할 때, 방금 설명된 절차가 반복되어, 모든 다른 충전-방전 사이클들에 대해 뱅크들 (11, 12) 의 SOC 값들이 적어도 거의 동일하다. 이것은 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 효율과 그들의 유효 수명 양자 모두에 영향을 미친다.
도 3 및 도 4 에 예시된 방법은 2 개의 배터리 뱅크들 (11, 12) 에 제한되지 않고, 사실 트랙션 네트워크 (10) 의 모든 배터리 뱅크들 (11, 12) 전체에 적용가능하다는 것을 이 시점에서 명시적으로 지적해야 한다.
10 : 트랙션 네트워크
11 : 배터리 뱅크
12 : 배터리 뱅크
13 : 배터리 셀들
14 : DC-DC 컨버터
15 : DC-DC 컨버터
16 : 배터리 관리 시스템 (BMS)
17 : 제어 시스템
18 : 곡선
19 : VI-특성
20 : VI-특성
21 : VI-특성
22 : 화살표
23 : 화살표
24 : 뱅크 전압

Claims (11)

  1. 적어도 하나의 소비체 (consumer) 에 전기 에너지를 공급하기 위한 적어도 하나의 전기 트랙션 (traction) 네트워크 (10) 를 가진 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법으로서,
    DC-DC 컨버터 (14, 15) 에 의해 상기 트랙션 네트워크 (10) 에 각각 링크되는 적어도 2 개의 병렬 배터리 뱅크들 (11, 12) 은 각각의 트랙션 네트워크 (10) 에 할당되고,
    상기 적어도 하나의 소비체의 동작을 위해 요구되는 상기 전기 에너지는, 상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 충전 상태들 (SOC들) 을 서로 동기화하기 위하여, 상기 적어도 2 개의 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 상기 SOC 에 의존하여 상기 소비체에 의해 상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 로부터 인출되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    배터리 뱅크 (11, 12) 의 제어 시스템 (17) 은 상기 배터리 뱅크 (11, 12) 의 상기 SOC 에 의존하여 각각의 배터리 뱅크 (11, 12) 에 대한 VI-특성 (19, 20) 을 특정하는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    더 많은 전기 에너지가 더 낮은 SOC 를 가진 배터리 뱅크 (11, 12) 보다 더 높은 SOC 를 가진 배터리 뱅크 (11, 12) 로부터 인출되고, 개개의 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 뱅크 전압들 (24) 은 바람직하게는 유사한 또는 동일한 레벨로 유지되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상이한 양들의 전기 에너지가 상이한 SOC들, 바람직하게는 상이한 VI-특성들 (19, 20) 을 가진 배터리 뱅크들 (11, 12) 로부터 상기 적어도 하나의 소비체에 의해 인출되고, 그 결과, 상기 적어도 하나의 소비체의 동작 동안, 특히 복수의 충전-방전 사이클들에 걸쳐, 상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 상기 SOC들, 바람직하게는 상기 VI-특성들 (19, 20) 은 서로 균등화되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 배터리 뱅크 (11, 12) 의 상기 SOC 는 배터리 관리 시스템 (BMS) (16) 에 의해 각각의 경우에서 측정되고 상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 상기 VI-특성들 (19, 20) 은 상기 적어도 하나의 소비체의 동작 동안 다양한 SOC 로 조정되고, 특히 상기 DC-DC 컨버터들 (14, 15) 에 의한 상기 트랙션 네트워크 (10) 에 대한 전력 출력은 상기 소비체에 의해 요구되는 상기 전기 에너지에 의존하여 조정되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 더 높은 SOC 를 가진 배터리 뱅크 (11, 12) 의 전류 한계에의 도달 시 또는 상기 SOC 의 감소 시, 트랙션 네트워크 전압이 감소되고, 특히 상기 트랙션 네트워크 전압은, 다른 배터리 뱅크들 (11, 12) 이 그들의 전력 출력을 증가시킬 때까지 감소되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 상기 트랙션 네트워크 전압은, 다음으로 더 낮은 또는 가장 낮은 SOC 를 가진 배터리 뱅크 (11, 12) 의 상기 뱅크 전압 (24) 이 제한될 때까지 감소되어, 부하가 하나의 트랙션 네트워크 (10) 의 상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 에 걸쳐 고르게 분배되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나의 배터리 뱅크 (11, 12) 의 뱅크 전압들 (24) 은 100% (예를 들어, 700 V) 와 20% (예를 들어, 650 V) 의, 특정 전압 범위 내에서, 특히 특정 SOC 범위 내에서 개별의 DC-DC 컨버터들 (14, 15) 에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 은, 발전기 (generator) 에 의해 특성 곡선에서의 미리결정된 전압 레벨에 도달할 때 상기 DC-DC 컨버터들 (14, 15) 에 의해 충전 모드로 전환되고 상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 은 그들의 SOC 에 의존하여, 특히 상기 VI-특성 (19, 20) 에 따라 재충전되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 구동 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  10. 적어도 하나의 트랙션 네트워크 (10) 에 의해 전기 에너지를 공급가능한 적어도 하나의 소비체를 갖는 잠수함으로서,
    상기 트랙션 네트워크 (10) 는 병렬로 연결된 적어도 2 개의 배터리 뱅크들 (11, 12) 을 갖고, 각각의 배터리 뱅크 (11, 12) 에는 적어도 하나의 배터리 관리 시스템 (BMS) (16) 이 할당되고 상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 각각은 DC-DC 컨버터 (14, 15) 에 의해 상기 트랙션 네트워크 (10) 에 링크되고,
    각각의 배터리 뱅크 (11, 12) 는, 상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 충전 상태들 (SOC들) 을 서로 동기화하기 위하여, 각각의 배터리 뱅크 (11, 12) 의 상기 SOC 에 의존하여, 상기 소비체가 각각의 배터리 뱅크 (11, 12) 로부터 인출하는 요구된 전기 에너지의 양을 특정하는 제어 시스템 (17) 을 갖는 것을 특징으로 하는 잠수함.
  11. 제 13 항에 있어서,
    상기 배터리 뱅크들 (11, 12) 의 상기 SOC들은 BMS (16) 에 의해 각각의 경우에서 결정될 수 있고 부하-의존적 특성 곡선들 및 전류 한계 값들은 상기 배터리 뱅크들 (14, 15) 의 상이한 부하 전류들에 대해 상기 DC-DC 컨버터들 (14, 15) 에 저장될 수 있는 것을 특징으로 하는 잠수함.
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