CN113795423B - 电源系统、船舶、控制方法及存储有控制程序的存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种能够高效地使用内燃机进行发电的电源系统、船舶、控制方法以及控制程序。在船舶(1)中，电源系统(10)具备：蓄电池(11)，该蓄电池与系统(3)连接；柴油发电机(12)，该柴油发电机与系统(3)连接并使用内燃机进行发电；以及控制装置(15)，该控制装置根据蓄电池(11)的充电量来设定柴油发电机(12)的作为输出的上限值的最大允许负荷。

Description

电源系统、船舶、控制方法及存储有控制程序的存储介质

技术领域

本发明涉及一种电源系统、船舶、控制方法及控制程序。

背景技术

在船舶中，柴油发电机等连接于例如与船内负荷连接的系统(船内母线)，对船内的负荷进行电力供给(例如，专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-137383号公报

发明要解决的课题

在船舶中，存在因例如船首推进器的使用等而暂时产生紧急负荷的情况。因此，柴油发电机以如下方式运转：在未产生紧急负荷的通常运转时限制最大输出，并在产生紧急负荷时能够增加输出。

发明内容

本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于，提供能够高效地使用内燃机进行发电的电源系统、船舶、控制方法以及控制程序。

本发明的第一方面为一种电源系统，该电源系统具备：蓄电池，该蓄电池与系统连接；发电机，该发电机与所述系统连接，使用内燃机进行发电；以及控制装置，该控制装置根据所述蓄电池的充电量来设定所述发电机的作为输出的上限值的最大允许负荷。

根据如上所述的结构，在系统连接有蓄电池和使用内燃机进行发电的发电机，根据蓄电池的充电量来设定发电机的作为输出的上限值的最大允许负荷，因此能够适当地设定发电机的最大允许负荷，高效地使用内燃机进行发电。例如在蓄电池的充电量高的情况下，通过蓄电池的放电也能够应对紧急负荷，因此能够将发电机的最大允许负荷设定得较高，能够提高内燃机发电的效率。

在上述电源系统中，也可以是，在所述充电量比针对设想的紧急负荷预先设定的必要紧急负荷容量大的情况下，所述控制装置将所述最大允许负荷设定为第一规定值，在所述充电量为所述必要紧急负荷容量以下的情况下，所述控制装置将所述最大允许负荷设定为第二规定值，该第二规定值被设定为比所述第一规定值低的值。

根据如上所述的结构，能够根据充电量来适当地设定发电机的最大允许负荷。因此，能够提高内燃机发电的燃料效率。

在上述电源系统中，也可以是，在所述充电量为预先设定的阈值以上的情况下，所述控制装置将所述最大允许负荷设定为第一规定值，在所述充电量小于与所述阈值对应的所述充电量且为针对设想的紧急负荷预先设定的必要紧急负荷容量以下的情况下，所述控制装置将所述最大允许负荷设定为第二规定值，该第二规定值被设定为比所述第一规定值低的值。

根据如上所述的结构，在充电量为预先设定的阈值以上的情况下，将最大允许负荷设为第一规定值，在充电量小于与该阈值对应的充电量且为针对设想的紧急负荷预先设定的必要紧急负荷容量以下的情况下，将最大允许负荷设为第二规定值而该第二规定值被设定为比第一规定值低的值，因此能够根据充电量来适当地设定发电机的最大允许负荷。因此，能够提高内燃机发电的燃料效率。

在上述电源系统中，也可以是，具备发电单元，该发电单元与所述系统以及所述蓄电池连接，通过废热回收来进行发电，在所述发电机的输出与所述发电单元的输出的合计输出小于所述系统侧的要求负荷的情况下，所述控制装置使所述蓄电池放电。

根据如上所述的结构，在发电机的输出与通过废热回收进行发电的发电单元的输出的合计输出小于系统侧的要求负荷的情况下，使蓄电池放电，因此能够使用蓄电池来应对紧急负荷。

在上述电源系统中，也可以是，所述控制装置根据所述发电单元的输出状态而通过所述发电单元的输出和系统电力中的至少任意一方来对所述蓄电池进行充电。

根据如上所述的结构，根据发电单元的输出状态而通过发电单元的输出和系统电力中的至少任意一方来对蓄电池进行充电，因此能够考虑发电单元的输出状态来对蓄电池高效地进行充电。

在上述电源系统中，也可以是，在所述发电单元的输出状态为规定输出以上的情况下，所述控制装置根据所述充电量而通过所述发电单元的输出和所述系统电力中的至少任意一方对所述蓄电池进行充电，在所述发电单元的输出状态小于所述规定输出的情况下，所述控制装置通过所述发电单元的输出和所述系统电力这两者来对所述蓄电池进行充电。

根据如上所述的结构，在发电单元的输出状态为规定输出以上的情况下，根据充电量而通过发电单元的输出和上述系统电力中的至少任意一方对蓄电池进行充电，因此能够考虑充电量而对蓄电池高效地进行充电。在发电单元的输出状态小于规定输出的情况下，通过发电单元的输出和系统电力这两者来对蓄电池进行充电，因此，即使发电单元的输出状态小于规定输出，也能够对蓄电池高效地进行充电。

在上述电源系统中，也可以是，具备与所述系统连接的辅助发电机，在所述充电量为针对设想的紧急负荷预先设定的必要紧急负荷容量以下的情况下，所述控制装置起动所述辅助发电机。

根据如上所述的结构，在蓄电池的充电量为针对预先设想的紧急负荷设定的必要紧急负荷容量以下的情况下起动辅助发电机。由于辅助发电机需要时间来起动，因此在辅助发电机的起动未完成的情况下通过内燃机应对紧急负荷。如果直至紧急负荷产生时辅助发电机的起动已完成，则也能够通过内燃机和辅助发电机来应对紧急负荷。

在上述电源系统中，所述控制装置也可以将所述辅助发电机的输出的上限值设定为与所述发电机的所述最大允许负荷相等。

根据如上所述的结构，辅助发电机也能够与发电机同样地高效地运转。

在上述电源系统中，所述辅助发电机的容量也可以比所述发电机的容量小。

根据如上所述的结构，能够将辅助发电机设为更适当的容量。

本发明的第二方面是具备上述的电源系统的船舶。

本发明的第三方面是一种电源系统的控制方法，该电源系统具备：蓄电池，该蓄电池与系统连接；以及发电机，该发电机与所述系统连接并使用内燃机进行发电，所述控制方法具有如下工序：根据所述蓄电池的充电量来设定所述发电机的作为输出的上限值的最大允许负荷。

本发明的第四方面是一种电源系统的控制程序，该电源系统具备：蓄电池，该蓄电池与系统连接；以及发电机，该发电机与所述系统连接并使用内燃机进行发电，所述控制程序用于使计算机执行如下处理：根据所述蓄电池的充电量来设定所述发电机的作为输出的上限值的最大允许负荷。

根据本发明，起到能够高效地使用内燃机进行发电这样的效果。

附图说明

图1是表示具备本发明的一个实施方式所涉及的电源系统的船舶的概略结构的图。

图2是例示了柴油发电机的输出与燃料消耗的关系的图。

图3是表示本发明的一个实施方式所涉及的ORC的概略结构的图。

图4是表示本发明的一个实施方式所涉及的控制装置对电源系统的控制的流程图的图。

图5是表示本发明的一个实施方式所涉及的控制装置对电源系统的控制的流程图的图。

图6是表示参考例所涉及的船舶的运用例的图。

图7是表示本发明的一个实施方式所涉及的船舶的运用例的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明所涉及的电源系统、船舶、控制方法以及控制程序的一个实施方式进行说明。

在本实施方式中，对将电源系统10应用于船舶的情况进行说明，但是不限定于船舶，只要是可设想急剧的负荷变动的装置等，则就能够进行应用。

图1是表示具备本发明的一个实施方式所涉及的电源系统10的船舶1的概略结构的图。如图1所示，本实施方式所涉及的电源系统10具有蓄电池11、柴油发电机(发电机)12、ORC(发电单元)13、辅助发电机14以及控制装置15作为主要的结构。各设备经由系统(船内电力系统)3向船内的负荷(船内负荷)5供给电力。即，通过电源系统10，提供由与系统3连接的负荷所要求的电力(系统3侧的要求负荷(船内要求电力))。可以通过船内负荷5与系统3之间的开闭器S1控制连接状态。

船内负荷5是消耗系统3中的电力而执行规定的动作、处理等的设备所需的要求电力，例如包括在航海中等始终(长时间)工作的电气系统、船首推进器等暂时工作的设备等。船首推进器是使船舶1沿横向移动的装置，在靠岸或离岸的情况等短时间内使用。在本实施方式中，作为暂时工作的设备(产生紧急负荷的设备)以船首推进器为例进行说明。但是，只要是暂时(短时间)产生超过通常的船内负荷5这样的负荷(例如像超过柴油发电机12的额定负荷这样的负荷)的设备即可，不限定于船首推进器。

蓄电池11与系统3连接。具体而言，蓄电池11经由电力转换装置16与系统3连接。蓄电池11设置为可以与船内的紧急负荷对应地迅速进行放电。紧急负荷是指由于船首推进器等在短时间(规定期间)使用的设备工作而产生的负荷。紧急负荷也可以包括暂时的负荷增加，并不限定于上述。蓄电池11能够立即释放所存储的电力，因此也能够与紧急负荷对应地补充电力。

蓄电池11例如是锂离子电池、铅电池、镍氢电池等二次电池。作为蓄电池11，由于功率密度、能量密度高，因此优选使用锂离子电池。对蓄电池11设置有测量充电量的测量器等，充电量在控制装置15中使用。

电力转换装置16是将系统3与蓄电池11(以及后述的ORC13)连接而转换电力的装置。在电力转换装置16中，转换器(双向型DC/DC转换器)18与蓄电池11连接，经由逆变器(双向型AC/DC逆变器)17与系统3连接。在逆变器17与系统3之间设有开闭器S4，能够控制连接状态。即，在使蓄电池11放电的情况下，从蓄电池11输出的直流电压经由转换器18而被调整电压，从转换器18输出的直流电压通过逆变器17而被转换为适合于系统3侧的频率的交流电压。由于逆变器17和转换器18为双向型，因此，在对蓄电池11进行充电的情况下，系统3的交流电压通过逆变器17转换为直流电压，经由转换器18而被调整电压，向蓄电池11供给。如后述那样，ORC13经由转换器(DC/AC转换器)19连接于在逆变器17和转换器18之间的直流电压流动的线上的点A，供给ORC13的发电电力。电力转换装置16由后述的控制装置15控制。

电力转换装置16的结构不限定于上述结构。即，只要是能够将蓄电池11和ORC13连接于系统3的结构，则就不限定于图1所示的结构。例如，也可以是，蓄电池11和ORC13各自经由转换器和逆变器与系统3连接。

柴油发电机(发电机)12与系统3连接，使用内燃机进行发电。由柴油发电机12发出的电力被输出到系统3，并向船内负荷5供给。在本实施方式中，对使用柴油机发电式作为发电机的情况进行说明，但是，只要是使用使燃料燃烧而获得机械功的内燃机进行发电的方式即可，不限定于柴油机发电式。可以通过柴油发电机12与系统3之间的开闭器S2来控制连接状态。

柴油发电机12通过后述的控制装置15设定最大允许负荷，将所设定的最大允许负荷作为输出的上限值来进行发电。图2是表示柴油发电机12的输出与燃料消耗的关系的图。在图2中，将横轴设为柴油发电机12的输出(例如kW)，将纵轴设为燃料消耗(例如g/kWh)。图2是柴油发电机12的输出与燃料消耗的关系的一例。如图2所示，在柴油机发电中，输出越高，燃料消耗(燃料消耗率)越低，因此能够在燃料效率良好的动作点进行发电。例如，在图2中，相对于负荷30％，在负荷60％时能够使燃料效率提高15％左右。如后述那样，通过控制装置15设定适当的最大允许负荷，因此，能够适当地提高输出，能够提高发电效率。

ORC(发电单元)13与系统3和蓄电池11连接，通过废热回收进行发电。在本实施方式中，发电单元作为ORC(Organic Rankine Cycle System：有机兰金循环系统)进行了说明，但是，关于发电单元，只要通过废热回收进行发电即可，不限定于ORC。

图3是表示ORC13的概略结构例的图。ORC13是以有机热介质为热源进行发电的发电单元。ORC13利用传递由推进用主发动机(未图示)中的柴油燃料的燃烧而产生的热的缸套冷却水，使缸套冷却水与有机热介质进行热交换而将缸套冷却水作为热源进行发电(废热回收)。热源并不限定于缸套冷却水，也可以使用空气冷却器、废气、辅机的废热。如图3所示，ORC13具有有机流体循环流路2a、蒸发器2b、动力涡轮2c、发电机2d、冷凝器2e以及循环泵2f。ORC13的结构不限定于图3。

推进用主发动机是产生船舶1的推进力的主发动机(主机)，是使燃料油和燃料气体中的至少任意一者作为主燃料而与扫气空气一起燃烧的内燃机。推进用主发动机在发动机缸的外侧具有作为供冷却水流动的通路的水套。推进用主发动机将从冷却水入口流入的冷却水导入水套而将水套的周围冷却，并将冷却水从冷却水出口向冷却水循环流路6排出。对推进用主发动机进行了冷却的冷却水从冷却水循环流路6流入，通过蒸发器2b而与在有机流体循环流路2a中循环的有机流体进行热交换，向冷却水循环流路6供给。

有机流体循环流路2a是使有机流体(工作流体，例如有机热介质)循环的流路，该有机流体与在冷却水循环流路6中循环的推进用主发动机中的缸套冷却水进行热交换。作为有机流体，使用沸点低于水的沸点的流体。因此，在有机流体循环流路2a中循环的有机流体通过与高温的冷却水(例如约85℃)进行热交换而蒸发。作为沸点低于水的沸点的有机流体，可以使用异戊烷、丁烷、丙烷等低分子烃、R134a、R245fa等制冷剂。

蒸发器2b是使在冷却水循环流路6中流通的推进用主发动机中的缸套冷却水与有机流体进行热交换而使有机流体蒸发的装置。蒸发器2b使从循环泵2f经由有机流体循环流路2a流入的有机流体蒸发，并且将蒸发的有机流体供给到动力涡轮2c。

动力涡轮2c是利用通过蒸发器2b蒸发的气相的有机流体而旋转的装置。动力涡轮2c具有与发电机2d连结的转子轴(图示略)，将转子轴的旋转动力传递至发电机2d。对动力涡轮2c进行作功而提供了旋转动力的有机流体从动力涡轮2c排出后向冷凝器2e供给。

发电机2d是利用从动力涡轮2c传递的转子轴的旋转动力进行发电的装置。由发电机2d发出的电力作为ORC13的输出被供给到系统3或蓄电池11。

冷凝器2e是利用冷却水(例如海水)对从动力涡轮2c排出的有机流体进行冷却而使气相的有机流体冷凝成液相的有机流体的装置。由冷凝器2e冷凝后的液相的有机流体经由有机流体循环流路2a供给到循环泵2f。

循环泵2f是将从冷凝器2e经由有机流体循环流路2a供给的液相的有机流体向蒸发器2b压送的装置。通过循环泵2f压送有机流体，从而有机流体在有机流体循环流路2a上按照蒸发器2b、动力涡轮2c、冷凝器2e的顺序循环。循环泵2f喷出有机流体的喷出量例如由控制装置15控制。

如图1所示，ORC13经由电力转换装置16与系统3及蓄电池11连接。具体而言，ORC13的输出经由转换器(DC/AC转换器)19而连接于逆变器17与转换器18之间(直流电压流通的区间的点A)。即，从ORC13输出的交流电压通过转换器19转换成直流电压，向点A供给。ORC13的输出通过经由逆变器17而输出到系统3，通过经由转换器18而供给到蓄电池11。由于ORC13仅输出电力，因此转换器19也可以不设为双向。通过如图1的电力变换装置16那样将ORC13和蓄电池11连接，在从ORC13到蓄电池11为止的电力供给中，能够进一步减少逆变器和转换器的数量，因此能够抑制与电力转换相伴的损失。

辅助发电机14与系统3连接。辅助发电机14是通过内燃机进行发电的发电机，例如是柴油机发电式的发电机。并且，辅助发电机14的容量比柴油发电机12的容量小。与将辅助发电机14设为与主要的柴油发电机12相同的容量的情况相比，在使辅助发电机14的容量变小的情况下，能够将最大允许负荷设定得较高，能够在燃料效率较高的高负荷区域进行运转。辅助发电机14与系统3连接，能够向系统3供给电力。辅助发电机14由后述的控制装置15控制。可以通过辅助发电机14与系统3之间的开闭器S3来控制连接状态。

控制装置15是控制电源系统10中的各设备的装置。

控制装置15例如由未图示的CPU(中央运算装置)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等存储器以及计算机可读取的记录介质等构成。用于实现后述的各种功能的一系列处理的过程以程序的形式记录于记录介质等，CPU将该程序读出到RAM等并执行信息的加工/运算处理，由此实现后述的各种功能。程序也可以应用预先安装于ROM或其他存储介质的形态、在存储于计算机可读取的存储介质的状态下提供的形态、经由有线或无线通信手段来发布的形态等。计算机可读取的存储介质是指磁盘、光磁盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。

控制装置15根据蓄电池11的充电量来设定柴油发电机12的作为输出的上限值的最大允许负荷。在充电量比针对设想的紧急负荷预先设定的必要紧急负荷容量大的情况下，控制装置15将最大允许负荷设定为第一规定值，在充电量为必要紧急负荷容量以下的情况下，控制装置15将最大允许负荷设定为第二规定值，该第二规定值被设定为比第一规定值低的值。具体而言，在蓄电池11的充电量为预先设定的阈值以上的情况下，控制装置15将最大允许负荷设定为第一规定值，在充电量小于与该阈值对应的充电量且为针对设想的紧急负荷预先设定的必要紧急负荷容量以下的情况下，控制装置15将最大允许负荷设定为第二规定值，该第二规定值被设定为比第一规定值低的值。即，控制装置15在蓄电池11的充电量较高的情况下将柴油发电机12的最大允许负荷设定得较高，在蓄电池11的充电量较低的情况下将柴油发电机12的最大允许负荷设定得较低。作为将最大允许负荷设定为第一规定值的条件，可以设为蓄电池11的充电量比必要紧急负荷容量大的情况，也可以设为蓄电池11的充电量在与必要紧急负荷容量对应的充电量以上中成为预先设定的阈值以上的情况。

在本实施方式中，对如下情况进行说明：将针对蓄电池11的充电量预先设定的阈值设为90％(满充电量为100％)、将针对柴油发电机12的最大允许负荷设定的第一规定值设为85％(柴油发电机12的额定输出为100％)、将针对柴油发电机12的最大允许负荷设定的第二规定值设为50％。阈值、第一规定值、第二规定值的具体值不限定于上述。

根据始终(长时间)工作的设备、暂时工作的设备(设想的紧急负荷)等所要求的电量来设定针对蓄电池11的充电量的阈值。即，如果在蓄电池11中存储了阈值以上的充电量，则能够通过蓄电池11的放电来更可靠地应对所设想的船内负荷5。针对柴油发电机12的最大允许负荷的第一规定值被设定为，能够基于柴油发电机12的规格在燃料消耗良好的动作点进行运转。即，在燃料效率良好的规定的动作点区域中设定。针对柴油发电机12的最大允许负荷的第二规定值比第一规定值低，以能够应对紧急负荷量的方式基于柴油发电机12的规格来设定。即，第二规定值被设定为防备紧急负荷而限制柴油发电机12的输出。

在船舶1中，搭载有船首推进器，在进行靠岸、离岸时等使用。船首推进器包含在与系统3连接的船内负荷5中，在进行动作的情况下暂时需要较大的电力。即，如果使船首推进器工作，则产生紧急负荷。在产生了这样的紧急负荷的情况下，例如如果利用柴油发电机12补充电力，则需要在未产生紧急负荷的状态下预先使柴油发电机12以低负荷进行动作。换言之，需要防备紧急负荷而限制柴油发电机12的输出来进行运转。在这样的情况下，由于柴油发电机12不能够在燃料消耗良好的动作点进行运转，因此成为燃料效率低的状态。因此，在本实施方式中的电源系统10中，具备蓄电池11以便也能够应对紧急负荷，在具有紧急负荷的情况下能够放电。

而且，在蓄电池11的充电量为预先设定的阈值以上的情况下，控制装置15设想为能够通过蓄电池11的放电来应对紧急负荷，从而将柴油发电机12的作为输出的上限值的最大允许负荷设定为比第二规定值大的第一规定值(85％)。通过将最大允许负荷设定得较高，能够使柴油发电机12在效率高的动作点进行运转。

在蓄电池11的充电量为预先设定的必要紧急负荷容量以下的情况下，控制装置15设想为存在无法通过蓄电池11的放电来应对紧急负荷的可能性，从而将柴油发电机12的作为输出的上限值的最大允许负荷设定为比第一规定值小的第二规定值(50％)。因此，即使在蓄电池11的充电量不足阈值的情况下，由于柴油发电机12的最大允许负荷被设定为比第一规定值低，因此，即使产生了紧急负荷，也能够利用蓄电池11及柴油发电机12来供给电力。必要紧急负荷容量相当于比第一规定值所涉及的阈值(90％)小的容量。即，与必要紧急负荷容量对应的充电量比与阈值对应的充电量小。因此，当蓄电池11的充电量为阈值以上且最大允许负荷被设定为第一规定值时，即使在之后因放电而蓄电池11的充电量发生了降低的情况下，只要蓄电池11的充电量为必要紧急负荷容量以上，最大允许负荷也被设定为第一规定值。

在柴油发电机12的输出与ORC13的输出的合计输出小于系统3侧的要求负荷(船内负荷5)的情况下，控制装置15对蓄电池11进行放电。即，在利用柴油发电机12和ORC13无法应对系统3侧的要求负荷的情况下，控制装置15对蓄电池11进行放电，蓄电池11的电力也向系统3供给。因此，能够广泛地应对船内负荷5。由于针对船内负荷5优先使用柴油发电机12的输出和ORC13的输出，因此能够抑制蓄电池11的放电而抑制蓄电池11的充电量的降低。

在对蓄电池11进行了放电的情况下，存在通过蓄电池11及柴油发电机12无法应对紧急负荷的可能性。因此，在蓄电池11的充电量为针对设想的紧急负荷预先设定的必要紧急负荷容量以下的情况下，控制装置15起动辅助发电机14。必要紧急负荷容量是指预先设想的急剧的负荷变动发生时所需的电力量。即，如果蓄电池11的充电量为必要紧急负荷容量以上，则能够通过蓄电池11的放电来应对紧急负荷。例如，必要紧急负荷容量基于使暂时进行动作的设备(船首推进器)暂时动作时所需的电力量来设定。

即，在蓄电池11的充电量为必要紧急负荷容量以下的情况下，有时无法通过蓄电池11和柴油发电机12应对紧急负荷。因此，在蓄电池11的充电量为必要紧急负荷容量以下的情况下，控制装置15起动辅助发电机14。辅助发电机14需要时间来起动，因此，在辅助发电机14的起动未完成的情况下，通过柴油发电机12(最大允许负荷被设定为第二规定值)来应对紧急负荷。如果直至紧急负荷的发生时辅助发电机14的起动已完成，则也能够通过柴油发电机12和辅助发电机14来应对紧急负荷。对于辅助发电机14，由于也在效率高的动作点进行运转，因此辅助发电机14的输出的上限值基于柴油发电机12的最大允许负荷来设定。具体而言，辅助发电机14的输出的上限值被设定为与柴油发电机12的最大允许负荷相等的值。例如，在柴油发电机12的最大允许负荷被设定为50％的情况下，辅助发电机14的输出的上限值以辅助发电机14的额定功率为100％而被设定为50％。

控制装置15根据ORC13的输出状态而通过ORC13的输出和系统电力中的至少任意一方来对蓄电池11进行充电。具体而言，在ORC13的输出状态为规定输出以上的情况下，控制装置15根据充电量通过ORC13的输出和系统电力中的至少任意一方来对蓄电池11进行充电，在ORC13的输出状态小于规定输出的情况下，控制装置15通过ORC13的输出和系统电力这两者对蓄电池11进行充电。规定输出例如为80％(ORC13的输出的额定输出为100％)。

在ORC13的输出状态为规定输出以上的情况下，控制装置15参照蓄电池11的充电量，在蓄电池11的充电量小于预先设定的下限值(例如20％)的情况下，控制装置15使用ORC13的输出和系统电力这两者对蓄电池11进行充电。因此，在ORC13的输出状态充分、蓄电池11的充电量为低的状态的情况下，能够通过ORC13的输出和系统电力这两者迅速地对蓄电池11进行充电。在ORC13的输出状态为规定输出以上的情况下，控制装置15参照蓄电池11的充电量，在蓄电池11的充电量为预先设定的下限值(例如20％)以上的情况下，控制装置15使用ORC13的输出对蓄电池11进行充电。因此，在ORC13的输出状态充分、蓄电池11的充电量不低于下限值的状态的情况下，能够通过ORC13的输出来对蓄电池11进行充电。在该情况下，由于不将系统电力用于充电，因此能够向船内负荷5稳定地进行电力供给。在ORC13的输出状态为规定输出以上、蓄电池11的充电量为预先设定的下限值(例如20％)以上的情况下，也可以通过系统电力来对蓄电池11进行充电。

并且，在ORC13的输出状态小于规定输出的情况下，控制装置15通过ORC13的输出和系统电力这两者对蓄电池11进行充电。即，在ORC13的输出状态不充分的情况下，能够通过ORC13的输出和系统电力这两者迅速地对蓄电池11进行充电。

接着，参照图4和图5来对上述的控制装置15对电源系统10的控制进行说明。图4和图5所示的流程在船舶1为工作中(包括航行中以及停泊中)的情况下以规定的控制周期反复执行。在图4和图5的流程中，设想了充电量为充分(第一规定值以上)的情况。

首先，如图4所示，在蓄电池11的充电量为90％(阈值)以上的情况下(S101)，将柴油发电机12的最大允许负荷设定为85％(第一规定值)(S102)。S101中的充电量为阈值以上的情况是指充电量成为相当于比必要紧急负荷容量大的充电量的阈值以上的情况。阈值设定为，在后述的S104中船内负荷增加的情况下，在规定期间能够通过蓄电池11的放电来供应船内负荷的增加量。然后，将ORC13的输出输送至系统3(S103)。

然后，对船内负荷5是否比柴油发电机12的输出(输出的上限)与ORC 13的输出的合计输出大进行判定(S104)。输出的上限对应于最大允许负荷。在船内负荷5不大于柴油发电机12的输出与ORC13的输出的合计输出的情况下(S104的“否”判定)，结束处理。

在船内负荷5比柴油发电机12的输出与ORC13的输出的合计输出大的情况下(S104的“是”判定)，对蓄电池11进行放电(S105)。

然后，对蓄电池11的充电量是否为必要紧急负荷容量以下进行判定(S107)。

在蓄电池11的充电量不是必要紧急负荷容量以下的情况下(S107的“否”判定)，反复执行S105，对蓄电池11进行放电。然后，转移到图5，在蓄电池11的充电量为必要紧急负荷容量以下的情况下(S107的“是”判定)，将柴油发电机12的最大允许负荷设定为50％(第二规定值)(S108)。

然后，起动辅助发电机14(S109)。与S109并行地，对ORC13的输出是否为80％(规定输出)以上进行判定(S110)。在ORC13的输出不是80％(规定输出)以上的情况下(S110的“否”判定)，通过ORC13的输出和系统电力这两者来对蓄电池11进行充电(S114)。

在ORC13的输出为80％(规定输出)以上的情况下(S110的“是”判定)，对蓄电池11的充电量是否小于20％(下限值)进行判定(S111)。在蓄电池11的充电量小于20％(下限值)的情况下(S111的“是”判定)，通过ORC13的输出和系统电力这两者来对蓄电池11进行充电(S112)。在蓄电池11的充电量不小于20％(下限值)的情况下(S111的“否”判定)，通过ORC13的输出来对蓄电池11进行充电(S113)。

在控制装置15中，如图4以及图5的流程那样执行处理，控制电源系统10。

接着，参照图1说明由控制装置15对电力转换装置16的控制。

在电源系统10中，存在使用ORC13的输出和系统电力这两者对蓄电池11进行充电的情况、通过ORC13的输出对蓄电池11进行充电的情况、向系统3输送蓄电池11的输出的情况、向系统3输送ORC13的输出的情况，以及向系统3输送蓄电池11的输出和ORC13的输出的情况。逆变器17、转换器18、转换器19通过使动作停止而使电流的流通停止。

在使用ORC13的输出和系统电力这两者对蓄电池11进行充电的情况下，将开闭器S4设为闭合，并在逆变器17中进行交直流转换、在转换器18中进行电压转换(向蓄电池11侧进行电力供给)、在转换器19中进行交直流转换，由此将ORC13的输出和系统电力这两者向蓄电池11供给。

在通过OCR13的输出对蓄电池11进行充电的情况下，将开闭器S4设为断开，并使逆变器17停止、在转换器18中进行电压转换(向蓄电池11侧进行电力供给)、在转换器19中进行交直流转换，由此将OCR13的输出向蓄电池11供给。

在将蓄电池11的输出向系统3输送的情况下，将开闭器S4设为闭合，并在逆变器17中进行直交流转换、在转换器18中进行电压转换(从蓄电池11侧进行电力输送)、使转换器19停止，由此将蓄电池11的输出向系统3输送。

在将ORC13的输出向系统3输送的情况下，将开闭器S4设为闭合，并在逆变器17中进行直交流转换、使转换器18停止、在转换器19中进行交直流转换，由此将ORC13的输出向系统3输送。

在将蓄电池11的输出和ORC13的输出向系统3输送的情况下，将开闭器S4设为闭合，并在逆变器17中进行直交流转换、在转换器18中进行电压转换(从蓄电池11侧进行电力输送)、在转换器19中进行交直流转换，由此将ORC13的输出和系统电力这两者向系统3输送。

也可以是，将开闭器S4设为闭合，并在逆变器17中进行交直流转换、在转换器18中进行电压转换(向蓄电池11侧进行电力供给)、使转换器19停止，由此将系统电力向蓄电池11供给。

只要能够控制各设备间的电力变换及电流的流动，电力转换装置16不限定于图1的结构。电力转换装置16的控制方法也不限定于上述方法。

接着，参照图6和图7对船舶的运用例(各设备相对于船内负荷5的状态)进行说明。图6表示参考例所涉及的船舶的运用例。参考例是不使用蓄电池11(以及ORC13)而通过2台柴油发电机(设为第一柴油发电机和第二柴油发电机)来应对紧急负荷的例子。例如，在为参考例的情况下，为了利用2台柴油发电机来应对紧急负荷，限制2台柴油发电机的输出(例如额定输出的30％等)而进行运转。图7示出了本实施方式所涉及的船舶1的运用例。在图6及图7中，期间Ta(航海中的期间)表示正在航海中，期间Tb(进港中的期间)表示进港的情况，期间Tc(装卸中的期间)表示进行装卸的情况(即停泊中)。在图6及图7中，推进用主发动机的负荷(图6及图7的“主发动机负荷”)在期间Ta的航海中恒定，在期间Tb的进港中因减速而减少，在期间Tc的装卸中因停止而成为零。在图6及图7中，假设产生了同样的船内负荷5。

首先，参照图6来说明参考例所涉及的船舶的运用例(各设备相对于船内负荷5的状态)。在参考例中，将第一柴油发电机及第二柴油发电机的最大允许负荷设为60％且恒定。

在期间Ta的航海中，例如在时刻T1，利用第一柴油发电机来应对船内负荷5，第二柴油发电机停止。从时刻T2起船内负荷5增加，对于增加的船内负荷5，利用两台第一柴油发电机和第二柴油发电机来应对。然后，在时刻T5，船内负荷5恒定，当能够利用第一柴油发电机应对时，第二柴油发电机停止。

在期间Tb的进港中，在时刻T6，为了防备由船首推进器等产生的紧急负荷而起动第二柴油发电机，使第一柴油发电机和第二柴油发电机并联运转。然后，在时刻T7，当为了靠岸等而使船首推进器工作时，船内负荷5急剧上升(产生紧急负荷)。因此，使用正在并联运转的第一柴油发电机和第二柴油发电机这两者来应对紧急负荷。

在图6的参考例中，使第一柴油发电机和第二柴油发电机并联运转，因此，燃料的消耗量也多，难以提高燃料效率。由于需要使第一柴油发电机和第二柴油发电机并联运转以备紧急负荷，因此，在并联运转时需要限制输出，存在燃料消耗降低的倾向。

接着，参照图7，说明本实施方式所涉及的船舶1的运用例(各设备相对于船内负荷5的状态)。在图7的例子中，将柴油发电机12的最大允许负荷的第一规定值设为85％，将第二规定值设为50％。例如，当将柴油发电机12的额定功率设为500kW时，柴油发电机12的容量在第一规定值的情况下为425kW，在第二规定值的情况下为250kW。辅助发电机14的额定功率设为300kW。

在期间Ta的航海中，例如在时刻T1，通过柴油发电机12和ORC13来应对船内负荷5。此时，蓄电池的充电率为阈值以上，柴油发电机12的最大允许负荷被设定为第一规定值。然后，在时刻T2当船内负荷5增加时，将最大允许负荷作为输出的上限而增加柴油发电机12的输出，利用柴油发电机12的输出和ORC13的输出来应对增加后的船内负荷5。在该情况下，是柴油发电机12的输出(最大允许负荷)与ORC13的输出的合计输出大于船内负荷5的情况，不进行蓄电池11的放电。

当在时刻T3船内负荷5进一步增加时，船内负荷5比柴油发电机12的输出(最大允许负荷)与ORC13的输出的合计输出大，使蓄电池11放电。即，通过柴油发电机12的输出、ORC13的输出和蓄电池11的放电来应对船内负荷5。然后，当在时刻T4蓄电池11的充电量下降到必要紧急负荷容量以下时，柴油发电机12的最大允许负荷被变更为第二规定值。辅助发电机14被起动。即，利用柴油发电机12的输出(最大允许负荷设定为第二规定值)和辅助发电机14的输出来应对船内负荷5。辅助发电机14的输出的上限被设定为与柴油发电机12的最大允许负荷的设定值(第二规定值)相等的负荷率。通过使柴油发电机12与辅助发电机14的最大允许负荷相等，从而两者均能够均衡地提高负荷率，提高燃料效率。假设在使一方的发电机的最大允许负荷比另一方的发电机的最大允许负荷高的情况下(使它们不相同，破坏了平衡的情况下)，最大允许负荷被设定得低的一侧的发电机有可能在燃料效率非常差的负荷带运转。由于柴油发电机12与辅助发电机14的额定容量不同，因此，即使将最大允许负荷设定为相等，如图7所示，输出也不同。并且，由于蓄电池11的充电量已降低至必要紧急负荷容量以下，因此蓄电池11被切换为充电。

然后，在时刻T5，船内负荷5降低至与时刻T1的船内负荷5相等，柴油发电机12的输出(最大允许负荷)与ORC13的输出的合计输出比船内负荷5大。在时刻T5，蓄电池11的充电量成为阈值以上，柴油发电机12的最大允许负荷被设定为第一规定值。辅助发电机14停止。关于辅助发电机14，可以在柴油发电机12的输出(最大允许负荷)与ORC13的输出的合计输出大于船内负荷5的情况下停止，也可以在蓄电池11的充电量为阈值以上的情况下停止。

在期间Tb的进港中，在时刻T6，由于进港(停止)而ORC13的输出降低，为了应对船内负荷5而柴油发电机12的输出增加。然后，在时刻T7，当为了靠岸等而使船首推进器工作时，船内负荷5急剧上升(产生紧急负荷)。因此，通过蓄电池11进行快速放电而将与紧急负荷对应的电力向系统3输出。

在本实施方式中，如图7所示那样各设备应对船内负荷5而进行动作，向系统3适当地供给电力。

在时刻T1，在图6的参考例中，通过第一柴油发电机(一台)来应对船内负荷5，在图7的本实施方式中，通过柴油发电机12和ORC13来应对船内负荷5。在本实施方式中，由于通过与ORC13并用而使柴油发电机12的输出降低，因此柴油发电机12自身的燃料消耗有可能降低。然而，通过使用ORC13，能够使由柴油发电机12产生的电力降低由ORC13得到的电力部分(通过废热回收得到的电力部分)的量，因此能够减少柴油发电机12的燃料的消耗本身。即，能够抑制整体消耗的燃料的量，因此能够综合地提高燃料效率。

在时刻T2，基于蓄电池11的充电率将最大允许负荷设定得较高，由此能够使柴油发电机12在效率高的动作点运转。

在时刻T3，通过柴油发电机12的输出、ORC13的输出和蓄电池11的放电来应对船内负荷5。因此，即使将柴油发电机12的最大允许负荷设定得较高，也能够通过蓄电池11的放电来更可靠地应对负荷增加。

在时刻T4，在本实施方式中，如图7那样，在蓄电池11的充电量成为必要紧急负荷容量以下的情况下，对蓄电池11进行充电，因此能够将蓄电池11的充电量更可靠地保持为必要紧急负荷容量以上。通过并用柴油发电机12和辅助发电机14来应对船内负荷5，并使柴油发电机12和辅助发电机14的作为输出的上限的负荷率相等，从而能够均衡地提高负荷率而提高燃料效率。

在时刻T6，在本实施方式中，如图7那样将柴油发电机12和ORC13并用，因此能够使由柴油发电机12产生的电力降低由ORC13得到的电力部分(通过废热回收得到的电力部分)的量，因此能够减少柴油发电机12的燃料的消耗本身。即，能够抑制整体消耗的燃料的量，因此能够综合地提高燃料效率。

在时刻T7，在本实施方式中，如图7那样，通过蓄电池11的放电来应对紧急负荷，因此能够更迅速且稳定地应对紧急负荷。在参考例中，如图6那样利用第一柴油发电机和第二柴油发电机来应对紧急负荷，因此需要为紧急负荷做准备，因此，两台都必须在燃料效率差的低负荷区域进行运转。在使发电机的输出急剧上升的情况下，也存在产生黑烟的可能性。然而，如本实施方式那样，通过利用蓄电池11来应对，能够抑制对柴油发电机12的设备负担，稳定地应对紧急负荷。

如以上说明的那样，根据本实施方式所涉及的电源系统、船舶、控制方法以及控制程序，在系统3连接有蓄电池11和使用内燃机进行发电的柴油发电机12，根据蓄电池11的充电量设定柴油发电机12的作为输出的上限值的最大允许负荷。因此，能够适当地设定柴油发电机12的最大允许负荷，能够高效地使用内燃机进行发电。例如，在蓄电池11的充电量高的情况下，也能够通过蓄电池11的放电来应对紧急负荷，因此，不需要使柴油发电机12准备紧急负荷投入而在效率差的低负荷区域进行运转。即，通过将柴油发电机12的最大允许负荷设定得较高，能够提高内燃机的燃料效率。

在充电量为预先设定的阈值以上的情况下，将最大允许负荷设为第一规定值，在充电量小于与该阈值对应的充电量且为针对设想的紧急负荷预先设定的必要紧急负荷容量以下的情况下，将最大允许负荷设为第二规定值，而该第二规定值被设定为比第一规定值低的值。因此，能够根据充电量来适当地设定柴油发电机12的最大允许负荷。因此，能够提高内燃机的燃料效率。

在柴油发电机12的输出与通过废热回收进行发电的ORC13的输出的合计输出比船内负荷5小的情况下对蓄电池11进行放电，因此也能够使用蓄电池11来应对紧急负荷。

根据ORC13的输出状态，通过ORC13的输出和系统电力中的至少任意一方来对蓄电池11进行充电，因此能够考虑ORC13的输出状态而对蓄电池11高效地进行充电。

在ORC13的输出状态为规定输出以上的情况下，根据充电量，通过ORC13的输出和系统电力中的至少任意一方来对蓄电池11进行充电，因此能够考虑充电量而对蓄电池11高效地进行充电。在ORC13的输出状态小于规定输出的情况下，通过ORC13的输出和系统电力这两者来对蓄电池11进行充电，因此，即使ORC13的输出状态小于规定输出，也能够对蓄电池11高效地进行充电。

在蓄电池11的充电量为针对预先设想的紧急负荷设定的必要紧急负荷容量以下的情况下起动辅助发电机14。由于辅助发电机14需要时间来起动，因此在辅助发电机14的起动未完成的情况下，通过柴油发电机12(最大允许负荷被设定为第二规定值)应对紧急负荷。并且，如果直至紧急负荷产生时辅助发电机14的起动已完成，则也能够通过柴油发电机12和辅助发电机14来应对紧急负荷。

本发明并不仅限定于上述的实施方式，能够在不脱离发明的主旨的范围内实施各种变形。

符号说明

1：船舶

2a：有机流体循环流路

2b：蒸发器

2c：动力涡轮

2d：发电机

2e：冷凝器

2f：循环泵

3：系统

5：船内负荷

6：冷却水循环流路

10：电源系统

11：蓄电池

12：柴油发电机

13：ORC

14：辅助发电机

15：控制装置

16：电力转换装置

17：逆变器

18：转换器

19：转换器

S1-S4：开闭器

Ta：航海中的期间

Tb：进港中的期间

Tc：装卸中的期间

Claims (12)

1.一种电源系统，其特征在于，具备：

蓄电池，该蓄电池与船内电力系统连接；

发电机，该发电机与所述船内电力系统连接并使用内燃机进行发电；以及

控制装置，该控制装置根据所述蓄电池的充电量来设定所述发电机的作为输出的上限值的最大允许负荷。

2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，

在所述充电量比针对设想的紧急负荷预先设定的必要紧急负荷容量大的情况下，所述控制装置将所述最大允许负荷设定为第一规定值，在所述充电量为所述必要紧急负荷容量以下的情况下，所述控制装置将所述最大允许负荷设定为第二规定值，该第二规定值被设定为比所述第一规定值低的值。

3.根据权利要求2所述的电源系统，其特征在于，

在所述充电量为预先设定的阈值以上的情况下，所述控制装置将所述最大允许负荷设定为所述第一规定值，在所述充电量小于与所述阈值对应的所述充电量且为所述必要紧急负荷容量以下的情况下，所述控制装置将所述最大允许负荷设定为所述第二规定值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电源系统，其特征在于，

具备发电单元，该发电单元与所述船内电力系统以及所述蓄电池连接，通过废热回收来进行发电，

在所述发电机的输出与所述发电单元的输出的合计输出小于所述船内电力系统侧的要求负荷的情况下，所述控制装置使所述蓄电池放电。

5.根据权利要求4所述的电源系统，其特征在于，

所述控制装置根据所述发电单元的输出状态而通过所述发电单元的输出和船内电力系统电力中的至少任意一方来对所述蓄电池进行充电。

6.根据权利要求5所述的电源系统，其特征在于，

在所述发电单元的输出状态为规定输出以上的情况下，所述控制装置根据所述充电量而通过所述发电单元的输出和所述船内电力系统电力中的至少任意一方来对所述蓄电池进行充电，在所述发电单元的输出状态小于所述规定输出的情况下，所述控制装置通过所述发电单元的输出和所述船内电力系统电力这两者来对所述蓄电池进行充电。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的电源系统，其特征在于，

具备与所述船内电力系统连接的辅助发电机，

在所述充电量为针对设想的紧急负荷预先设定的必要紧急负荷容量以下的情况下，所述控制装置起动所述辅助发电机。

8.根据权利要求7所述的电源系统，其特征在于，

所述控制装置将所述辅助发电机的输出的上限值设定为与所述发电机的所述最大允许负荷相等。

9.根据权利要求7所述的电源系统，其特征在于，

所述辅助发电机的容量比所述发电机的容量小。

10.一种船舶，其特征在于，具备权利要求1至9中任一项所述的电源系统。

11.一种电源系统的控制方法，该电源系统具备：蓄电池，该蓄电池与船内电力系统连接；以及发电机，该发电机与所述船内电力系统连接并使用内燃机进行发电，其特征在于，具有如下工序：

根据所述蓄电池的充电量来设定所述发电机的作为输出的上限值的最大允许负荷。

12.一种存储有电源系统的控制程序的计算机可读取的存储介质，该电源系统具备：蓄电池，该蓄电池与船内电力系统连接；以及发电机，该发电机与所述船内电力系统连接并使用内燃机进行发电，其特征在于，该控制程序用于使计算机执行如下处理：

根据所述蓄电池的充电量来设定所述发电机的作为输出的上限值的最大允许负荷。