JP2023034725A - 船舶の電源系統システム、および、船舶の電源系統システムの使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】船内に設置される直交変換装置のサイズまたは台数を低減し、船内の省スペース化を実現可能な船舶の電源系統システム及び船舶の電源系統システムの使用方法を提供する。【解決手段】船舶の電源系統システム１００は、直流電流が流れる直流母線３３と、直流母線に接続され、直列接続可能な複数の電池モジュール３１と、交流電流が流れる交流母線３６と、直流母線と交流母線を接続する直交変換装置３４と、複数の電池モジュールと、直流母線とを電気的に接続するための複数の接点Ｋと、を具備する。充電から放電への切り替え時又は放電から充電への切り替え時に、直列接続された複数の電池モジュールの一部又は全部が、並列接続に切り替えられる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、船舶の電源系統システム、および、船舶の電源系統システムの使用方法に関する。

図１３を参照して、従来の船舶の電源系統システムについて説明する。図１３に記載の例では、電源系統システムは、電池モジュール１、コンタクタ２、直流母線３、直交変換装置４、遮断器５、交流母線６、直交変換装置７、直交変換装置８、および、負荷９を備える。船舶において、電源（動力源）の少なくとも一部として電池を用いる場合、当該電池を充電する必要がある。陸上側から供給される交流を直流に変換する直交変換装置７を船舶に設置する場合、充電装置として機能する当該直交変換装置７の寸法が非常に大きくなる。

図１４を参照して、他の船舶の電源系統システムについて説明する。図１４に記載の例では、電源系統システムは、電池モジュール２１、コンタクタ２２、直流母線２３、直交変換装置２４、遮断器２５、交流母線２６、直交変換装置２８、負荷２９、および、充電装置３０を備える。図１４に記載の例では、充電装置３０が陸上に設置されている。しかし、充電装置３０がＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）仕様である場合、最大でも、直流５００Ｖでの充電となり、放電時に使用できる電池に制限が発生する。他方、充電装置３０を高圧対応の装置とする場合には、かなり大掛かりな装置となる。

船舶において、電源（動力源）の少なくとも一部として電池を用いる場合、直交変換装置の配置スペースが大きくなるとの問題があった。また、船内系統の条件（負荷量・電圧）によっては、放電時と充電時とで直交変換装置に要求される仕様の差異が大きくなる場合があり、この場合、要求される条件の厳しい方で、直交変換装置を選定せざるを得ないとの問題があった。あるいは、充電時と放電時に対して、それぞれの個別の直交変換装置を設置せざるを得ないとの問題があった。更に、陸上充電設備に合わせて充電電圧を設定する場合には、放電時に使用できる電池に制限が発生するとの問題があった。

そこで、本発明は、船内に設置される直交変換装置のサイズまたは台数を低減し、船内の省スペース化を実現可能な船舶の電源系統システム、および、船舶の電源系統システムの使用方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の実施形態における船舶の電源系統システムは、直流電流が流れる直流母線と、前記直流母線に接続され、直列接続可能な複数の電池モジュールと、交流電流が流れる交流母線と、前記直流母線と前記交流母線を接続する直交変換装置と、前記複数の電池モジュールと、前記直流母線とを電気的に接続するための複数の接点と、を具備し、充電から放電への切り替え時、または、放電から充電への切り替え時に、直列接続された前記複数の電池モジュールの一部または全部が、並列接続に切り替えられることを特徴とする。

また、本発明の実施形態における船舶の電源系統システムの使用方法において、前記電源系統システムは、直流電流が流れる直流母線と、前記直流母線に接続され、直列接続可能な複数の電池モジュールと、交流電流が流れる交流母線と、前記直流母線と前記交流母線を接続する直交変換装置と、前記複数の電池モジュールと、前記直流母線とを電気的に接続するための複数の接点とを備え、前記使用方法は、直列接続された前記複数の電池モジュールを、前記直流母線に電気的に接続する接続工程と、直列接続された前記複数の電池モジュールから前記直流母線に放電を行う放電工程、または、前記直流母線から直列接続された前記複数の電池モジュールに充電を行う充電工程と、直列接続された前記複数の電池モジュールの一部または全部を、並列接続に切り替える切替工程と、前記放電工程および前記切替工程の実行後、前記直流母線から並列接続状態の前記複数の電池モジュールに充電を行う工程、または、前記充電工程および前記切替工程の実行後、並列接続状態の前記複数の電池モジュールから前記直流母線に放電を行う工程とを具備することを特徴とする。

本発明により、船内に設置される直交変換装置のサイズまたは台数を低減し、船内の省スペース化を実現可能な船舶の電源系統システム、および、船舶の電源系統システムの使用方法を提供することができる。

図１は、第１の実施形態における船舶の電源系統システムの構成の一例を示す図である。 図２は、第１の実施形態における船舶の電源系統システムの構成の一例を示す図である。 図３は、第１の実施形態における船舶の電源系統システムの構成の一例を示す図である。 図４は、第１の実施形態における船舶の電源系統システムの構成の一例を示す図である。 図５は、第１の実施形態における船舶の電源系統システムの構成の一例を示す図である。 図６は、第２の実施形態における船舶の電源系統システムの構成の一例を示す図である。 図７は、第２の実施形態における船舶の電源系統システムの構成の一例を示す図である。 図８は、第２の実施形態における船舶の電源系統システムの構成の一例を示す図である。 図９は、第２の実施形態における船舶の電源系統システムの構成の一例を示す図である。 図１０は、第２の実施形態における船舶の電源系統システムの構成の一例を示す図である。 図１１は、制御装置と、切り替えスイッチおよびコンタクタとが、信号伝達可能に接続された様子を模式的に示す図である。 図１２は、実施形態における船舶の電源系統システムの使用方法の一例を示すフローチャートである。 図１３は、従来例における船舶の電源系統システムの構成の一例を示す図である。 図１４は、従来例における船舶の電源系統システムの構成の一例を示す図である。

以下、実施形態における船舶の電源系統システム１００、および、船舶の電源系統システム１００の使用方法に関して、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同じ機能を有する部材、部位については、同一の符号が付され、同一の符号が付されている部材、部位について、繰り返しの説明は省略される。

（第１の実施形態）
図１乃至図５を参照して、第１の実施形態における船舶の電源系統システム１００Ａについて説明する。図１乃至図５は、第１の実施形態における船舶の電源系統システム１００Ａの構成の一例を示す図である。なお、図２および図５は、複数の電池モジュール３１から放電が行われている状態を示し、図３および図４は、複数の電池モジュール３１に充電が行われている状態を示す。

（構成・作用）
図１に記載の例では、船舶の電源系統システム１００Ａは、直流母線３３と、電池モジュール３１と、交流母線３６と、直交変換装置３４（以下、「第１の直交変換装置３４」という。）と、複数の接点Ｋと、を具備する。

直流母線３３には、直流電流が流れる。図１に記載の例では、直流母線３３は、電池モジュール３１の負極側が接続される第１直流母線３３ａと、電池モジュール３１の正極側が接続される第２直流母線３３ｂとを含む。

電池モジュール３１は、直流母線３３に接続される。図１に記載の例では、船舶の電源系統システム１００Ａは、直列接続可能な複数の電池モジュール３１を備える。より具体的には、図１に記載の例では、船舶の電源系統システム１００Ａは、互いに直列に接続可能な第１電池モジュール３１ａおよび第２電池モジュール３１ｂを備える。なお、図１に記載の例には、船舶の電源系統システム１００Ａが、２個の電池モジュール（３１ａ、３１ｂ）を備えた様子が示されているが、船舶の電源系統システム１００Ａが備える電池モジュールの数は、３個以上であっても良いことは言うまでもない。

交流母線３６には、交流電流が流れる。図１に記載の例では、交流母線３６に三相交流が流れる。

第１の直交変換装置３４は、直流母線３３と交流母線３６とを接続する。第１の直交変換装置３４は、直流母線３３から受け取る直流電力を、交流電力に変換して、交流母線３６に送電することが可能である。また、第１の直交変換装置３４は、交流母線３６から受け取る交流電力を、直流電力に変換して、直流母線３３に送電することが可能である。

複数の接点Ｋは、複数の電池モジュール３１と直流母線３３とを電気的に接続する。図１に例示されるように、複数の接点Ｋの各々は、コンタクタ３２（換言すれば、接触器）、切り替えスイッチ４０等の一部を構成する。

図１乃至図５を参照して、電池モジュール３１と、直流母線３３との間の接続状態について説明する。図１には、複数の電池モジュール３１（より具体的には、第１電池モジュール３１ａおよび第２電池モジュール３１ｂの各々）が、直流母線３３から電気的に切り離された状態（以下、「非接続状態」という。）が示されている。図２、図４には、直列接続された複数の電池モジュール３１が、直流母線３３に電気的に接続された状態（以下、「第１接続状態」という。）が示されている。また、図３、図５には、複数の電池モジュール３１の一部または全部が、並列接続された状態で、直流母線３３に電気的に接続された状態（以下、「第２接続状態」という。）が示されている。なお、図２乃至図５において、破線矢印は、電流の流れを示す。

図２に記載の例において、複数の電池モジュール３１からの放電時には、直列接続された複数の電池モジュール３１の負極側が第１直流母線３３ａに接続され、直列接続された複数の電池モジュール３１の正極側が第２直流母線３３ｂに接続されている。よって、複数の電池モジュール３１から直流母線３３に放電される放電電圧を相対的に高くすることができる。

図３に記載の例において、複数の電池モジュール３１の充電時には、複数の電池モジュール３１の一部または全部が、並列接続された状態で、直流母線３３から複数の電池モジュール３１に充電が行われる。よって、複数の電池モジュール３１への充電電圧を相対的に低くすることができる。

図２および図３に記載の例では、複数の電池モジュール３１の放電電圧に対して複数の電池モジュール３１の充電電圧が低くなるように、放電（図２）から充電（図３）への切り替え時に、直列接続された複数の電池モジュール３１の一部または全部が、並列接続に切り替えられる。放電電圧と比較して充電電圧を低くできることにより、充電時に、交流電力を直流電力に変換する直交変換装置３７（以下、「第２の直交変換装置３７」という。）のサイズを小さくすることができる。また、充電電圧と比較して放電電圧を高くできることにより、船舶の電源系統システム１００Ａの汎用性が向上し、使用できる電池の制限が少なくなり、より多くの種類の負荷器（３９、４１）の駆動に対応させることができる。

図４に記載の例において、複数の電池モジュール３１の充電時には、直列接続された複数の電池モジュール３１の負極側が第１直流母線３３ａに接続され、直列接続された複数の電池モジュール３１の正極側が第２直流母線３３ｂに接続されている。よって、直流母線３３から複数の電池モジュール３１に充電する際の充電電圧を相対的に高くすることができる。

図５に記載の例において、複数の電池モジュール３１の放電時には、複数の電池モジュール３１の一部または全部が、並列接続された状態で、複数の電池モジュール３１から直流母線３３に放電が行われる。よって、直流母線３３に放電される放電電圧を相対的に低くすることができる。

図４および図５に記載の例では、複数の電池モジュール３１の充電電圧に対して複数の電池モジュール３１の放電電圧が低くなるように、充電（図４）から放電（図５）への切り替え時に、直列接続された複数の電池モジュール３１の一部または全部が、並列接続に切り替えられる。充電電圧と比較して放電電圧を低くできることにより、放電時に、直流電力を交流電力に変換する直交変換装置（３４、３８）のサイズを小さくすることができる。また、放電電圧と比較して充電電圧を高くできることにより、高速充電が可能となる。

（効果）
以上のとおり、第１の実施形態では、複数の電池モジュール３１の充電電圧（または、放電電圧）を、複数の電池モジュール３１の放電電圧（または、充電電圧）よりも低くできることにより、充電時（または、放電時）に使用される直交変換装置のサイズを小さくすることができる。また、複数の電池モジュール３１の充電電圧を、複数の電池モジュール３１の放電電圧よりも高くできる場合には、複数の電池モジュール３１の高速充電が可能となる。他方、複数の電池モジュール３１の放電電圧を、複数の電池モジュール３１の充電電圧よりも高くできる場合には、船舶の電源系統システム１００Ａの汎用性が向上する。

（第２の実施形態）
図６乃至図１０を参照して、第２の実施形態における船舶の電源系統システム１００Ｂについて説明する。図６乃至図１０は、第２の実施形態における船舶の電源系統システム１００Ｂの構成の一例を示す図である。なお、図７および図１０は、複数の電池モジュール３１から放電が行われている状態を示し、図８および図９は、複数の電池モジュール３１に充電が行われている状態を示す。

（構成・作用）
第２の実施形態における船舶の電源系統システム１００Ｂは、充電装置５０が陸上側に設置され、充電時に交流電力を直流電力に変換するための第２の直交変換装置３７（必要であれば、図１を参照。）が船舶側に設置されていない点で、第１の実施形態における船舶の電源系統システム１００Ａとは異なる。その他の点では、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施形態において説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。よって、第２の実施形態において明示的に説明されなかったとしても、第２の実施形態において、第１の実施形態で説明済みの事項を採用可能であることは言うまでもない。

第２の実施形態における船舶の電源系統システム１００Ｂは、図６に例示されるように、（１）直流電流が流れる直流母線３３と、（２）直流母線３３に接続され、直列接続可能な複数の電池モジュール３１と、（３）交流電流が流れる交流母線３６と、（４）直流母線３３と交流母線３６を接続する第１の直交変換装置３４と、（５）複数の電池モジュール３１と、直流母線３３とを電気的に接続するための複数の接点Ｋと、を具備する。直流母線３３、電池モジュール３１、交流母線３６、第１の直交変換装置３４、複数の接点Ｋについては、第１の実施形態において説明済みであるため、第２の実施形態において、これらの構成について、繰り返しとなる説明は省略する。

図６に記載の例において、船舶の電源系統システム１００Ｂは、陸上側の充電装置５０に接続する受電側コネクタ４３を備える。また、陸上側には、充電装置５０が設置されている。充電装置５０は、例えば、第２の直交変換装置３７を備える。

図６乃至図１０を参照して、電池モジュール３１と、直流母線３３との間の接続状態について説明する。図６には、複数の電池モジュール３１（より具体的には、第１電池モジュール３１ａおよび第２電池モジュール３１ｂの各々）が、直流母線３３から電気的に切り離された状態（換言すれば、「非接続状態」）が示されている。図７、図９には、直列接続された複数の電池モジュール３１が、直流母線３３に電気的に接続された状態（換言すれば、「第１接続状態」）が示されている。また、図８、図１０には、複数の電池モジュール３１の一部または全部が、並列接続された状態で、直流母線３３に電気的に接続された状態（換言すれば、「第２接続状態」）が示されている。なお、図７乃至図１０において、破線矢印は、電流の流れを示す。

図７に記載の例において、複数の電池モジュール３１からの放電時には、直列接続された複数の電池モジュール３１の負極側が第１直流母線３３ａに接続され、直列接続された複数の電池モジュール３１の正極側が第２直流母線３３ｂに接続されている。よって、複数の電池モジュール３１から直流母線３３に放電される放電電圧を相対的に高くすることができる。

図８に記載の例において、複数の電池モジュール３１の充電時には、複数の電池モジュール３１の一部または全部が、並列接続された状態で、直流母線３３から複数の電池モジュール３１に充電が行われる。よって、複数の電池モジュール３１への充電電圧を相対的に低くすることができる。また、図８に記載の例では、受電側コネクタ４３と複数の電池モジュール３１との間に直交変換装置（比較として、図３おける第２の直交変換装置３７を参照。）を介在させることなく、陸上側の充電装置５０から複数の電池モジュール３１に直接充電が行われる。

図７および図８に記載の例では、複数の電池モジュール３１の放電電圧に対して複数の電池モジュール３１の充電電圧が低くなるように、放電（図７）から充電（図８）への切り替え時に、直列接続された複数の電池モジュール３１の一部または全部が、並列接続に切り替えられる。放電電圧と比較して充電電圧を低くできることにより、陸上側の充電装置５０を小型化することができる。また、充電時に、交流電力を直流電力に変換するために使用される第２の直交変換装置３７が船舶に設置されていないため、より一層、船舶の省スペース化が図られる。また、充電電圧と比較して放電電圧を高くできることにより、船舶の電源系統システム１００Ａの汎用性が向上し、使用できる電池の制限が少なくなり、より多くの種類の負荷器（３９、４１）の駆動に対応させることができる。

図９に記載の例において、複数の電池モジュール３１の充電時には、直列接続された複数の電池モジュール３１の負極側が第１直流母線３３ａに接続され、直列接続された複数の電池モジュール３１の正極側が第２直流母線３３ｂに接続されている。よって、直流母線３３から複数の電池モジュール３１に充電する際の充電電圧を相対的に高くすることができる。

図１０に記載の例において、複数の電池モジュール３１の放電時には、複数の電池モジュール３１の一部または全部が、並列接続された状態で、複数の電池モジュール３１から直流母線３３に放電が行われる。よって、直流母線３３に放電される放電電圧を相対的に低くすることができる。

図９および図１０に記載の例では、複数の電池モジュール３１の充電電圧に対して複数の電池モジュール３１の放電電圧が低くなるように、充電（図９）から放電（図１０）への切り替え時に、直列接続された複数の電池モジュール３１の一部または全部が、並列接続に切り替えられる。放電電圧と比較して充電電圧を高くできることにより、高速充電が可能となる。

（効果）
第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を奏する。また、第２の実施形態では、充電時に、交流電力を直流電力に変換するために使用される第２の直交変換装置３７が船舶に設置されていないため、より一層、効果的に、船舶の省スペース化を実現することができる。

（任意付加的な構成）
続いて、図１乃至図１１を参照して、第１の実施形態、または、第２の実施形態において採用可能な任意付加的な構成について説明する。図１１は、制御装置４７と、切り替えスイッチ４０およびコンタクタ３２とが、信号伝達可能に接続された様子を模式的に示す図である。

（電池モジュール３１）
図１、図６等に記載の例では、複数の電池モジュール３１は、第１電池モジュール３１ａと、第２電池モジュール３１ｂとを含む。付加的に、複数の電池モジュール３１は、第３電池モジュール等を含んでいてもよい。

図３、図８等に例示されるように、複数の電池モジュール３１の状態が、並列接続状態である場合を想定する。このとき、並列接続状態にある複数の電池モジュール（３１ａ、３１ｂ）の各々の満充電電圧は、実質的に同一であってもよい。例えば、第１電池モジュール３１ａの満充電時の満充電電圧は、第２電池モジュール３１ｂの満充電時の満充電電圧と実質的に同一であってもよい。

（切り替えスイッチ４０）
図１、図６等に記載の例では、船舶の電源系統システム１００は、複数の電池モジュール３１の状態を、直列接続状態と並列接続状態との間で切り替える切り替えスイッチ群（４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ）を備える。図１、図６等に記載の例では、切り替えスイッチ群（４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ）は、複数の電池モジュール３１の状態を、第１電池モジュール３１ａと第２電池モジュール３１ｂとが直列接続された直列接続状態と、第１電池モジュール３１ａと第２電池モジュール３１ｂとが並列接続された並列接続状態との間で切り替え可能である。

図１、図６等に記載の例では、切り替えスイッチ群は、第１電池モジュール３１ａと第２電池モジュール３１ｂとの間に配置される第１スイッチ４０Ａを含む。第１スイッチ４０Ａは、第１電池モジュール３１ａの第２極（例えば、正極）と、第２電池モジュール３１ｂの第１極（例えば、負極）との間に配置されている。第１スイッチ４０Ａが閉状態にされることにより、第１電池モジュール３１ａと第２電池モジュール３１ｂとが直列接続される。

図１、図６等に記載の例では、切り替えスイッチ群は、第１電池モジュール３１ａの第１極（例えば、負極）と、直流母線３３との間に配置される第２スイッチ４０Ｂを含む。また、図１、図６等に記載の例では、切り替えスイッチ群は、第２電池モジュール３１ｂの第１極（例えば、負極）と、直流母線３３との間に配置される第３スイッチ４０Ｃを含む。

図２、図７等に記載の例において、上述の「直列接続状態」では、第１スイッチ４０Ａ、および、第２スイッチ４０Ｂが、閉状態であり、第３スイッチ４０Ｃが開状態である。図３、図８等に記載の例において、上述の「並列接続状態」では、第１スイッチ４０Ａ、および、第２スイッチ４０Ｂが開状態であり、第３スイッチ４０Ｃが閉状態である。

図１、図６等に記載の例では、「第１極」が負極であり、「第２極」が正極であるが、代替的に、「第１極」が正極であり、「第２極」が負極であってもよい。なお、直流母線３３のうち、「負極」に接続されるのが第１直流母線３３ａであり、「正極」に接続されるのが第２直流母線３３ｂである。

（コンタクタ３２）
図１、図６等に記載の例では、船舶の電源系統システム１００は、複数の電池モジュール３１を直流母線３３に電気的に接続可能、かつ、複数の電池モジュール３１を直流母線３３から電気的に切り離し可能なコンタクタ群（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ）を備える。

図２、図７等に記載の例では、コンタクタ群（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ）は、上述の「直列接続状態」において、直列接続された複数の電池モジュール３１の第１極（例えば、負極）と直流母線３３とを電気的に接続し、直列接続された複数の電池モジュール３１の第２極（例えば、正極）と直流母線３３とを電気的に接続する。より具体的には、コンタクタ群は、第１コンタクタ３２ａおよび第２コンタクタ３２ｂを含む。第１コンタクタ３２ａは、直列接続された複数の電池モジュール３１の第１極（例えば、負極）と直流母線３３（例えば、第１直流母線３３ａ）とを電気的に接続する。また、第２コンタクタ３２ｂは、直列接続された複数の電池モジュール３１の第２極（例えば、正極）と直流母線３３（例えば、第２直流母線３３ｂ）とを電気的に接続する。

図３、図８等に記載の例では、コンタクタ群（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ）は、上述の「並列接続状態」において、複数の電池モジュール３１の少なくとも一部を構成する第１電池モジュール３１ａおよび第２電池モジュール３１ｂの各々の第１極（例えば、負極）と直流母線３３とを電気的に接続し、第１電池モジュール３１ａおよび第２電池モジュール３１ｂの各々の第２極（例えば、正極）と直流母線３３とを電気的に接続する。

より具体的には、コンタクタ群は、第１コンタクタ３２ａ、第２コンタクタ３２ｂ、第３コンタクタ３２ｃ、および、第４コンタクタ３２ｄを含む。上述の「並列接続状態」において、第３コンタクタ３２ｃは、第１電池モジュール３１ａの第１極（例えば、負極）と直流母線３３（例えば、第１直流母線３３ａ）とを電気的に接続し、第１コンタクタ３２ａは、第２電池モジュール３１ｂの第１極（例えば、負極）と直流母線３３（例えば、第１直流母線３３ａ）とを電気的に接続する。また、上述の「並列接続状態」において、第４コンタクタ３２ｄは、第１電池モジュール３１ａの第２極（例えば、正極）と直流母線３３（例えば、第２直流母線３３ｂ）とを電気的に接続し、第２コンタクタ３２ｂは、第２電池モジュール３１ｂの第２極（例えば、正極）と直流母線３３（例えば、第２直流母線３３ｂ）とを電気的に接続する。こうして、第１電池モジュール３１ａと第２電池モジュール３１ｂとが、並列に、直流母線３３に接続される。

図１、図６等に記載の例では、「第１極」が負極であり、「第２極」が正極であるが、代替的に、「第１極」が正極であり、「第２極」が負極であってもよい。なお、直流母線３３のうち、「負極」に接続されるのが第１直流母線３３ａであり、「正極」に接続されるのが第２直流母線３３ｂである。

（遮断器３５）
図１、図６等に例示されるように、船舶の電源系統システム１００は、第１の直交変換装置３４と交流母線３６との間に配置される遮断器３５を備えていてもよい。遮断器３５は、電気回路の故障あるいは異常が起きたときに流れる過大な電流を遮断する。遮断器３５は、サーキットブレーカと呼ばれる場合もある。

（第２の直交変換装置３７）
図１等に例示されるように、船舶の電源系統システム１００は、複数の電池モジュール３１の充電時に、交流電力を直流電力に変換する第２の直交変換装置３７を備えていてもよい。代替的に、図６等に例示されるように、第２の直交変換装置３７は、船舶から省略されてもよい。

（第３の直交変換装置３８）
図１、図６等に例示されるように、船舶の電源系統システム１００は、第１負荷器３９と直流母線３３との間に配置される直交変換装置３８（以下、「第３の直交変換装置３８」という。）を備えていてもよい。

第３の直交変換装置３８は、直流母線３３から受け取る直流電力を、交流電力に変換して、第１負荷器３９に送電することが可能である。付加的に、第３の直交変換装置３８は、第１負荷器３９から受け取る交流電力（例えば、回生電力）を、直流電力に変換して、直流母線３３に送電することが可能であってもよい。

（第１負荷器３９）
図１、図６等に例示されるように、船舶の電源系統システム１００は、第１負荷器３９を備えていてもよい。第１負荷器３９は、例えば、誘導電動機（換言すれば、インダクションモータ）である。第１負荷器３９は、誘導電動機と、誘導電動機によって駆動される船舶推進用スクリューとを含んでいてもよい。

（船内負荷器４１）
図１、図６等に例示されるように、船舶の電源系統システム１００は、交流母線３６に接続される船内負荷器４１を備えていてもよい。船内負荷器４１は、例えば、船内に設置される電気機器（空調機器、照明機器等）である。

（受電側コネクタ４３、電気ケーブル４５）
図１、図６等に例示されるように、船舶の電源系統システム１００は、陸上側の給電側コネクタ５３に、切り離し可能に接続される受電側コネクタ４３と、受電側コネクタ４３に接続される電気ケーブル４５とを備えていてもよい。図１に記載の例では、受電側コネクタ４３と、第２の直交変換装置３７とが、交流電流を送電する電気ケーブル４５Ａを介して接続されている。代替的に、図６に例示されるように、受電側コネクタ４３と、直流母線３３とが、直流電流を送電する電気ケーブル４５Ｂを介して接続されていてもよい。

（制御装置４７）
図１１に例示されるように、船舶の電源系統システム１００は、切り替えスイッチ群（４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ）、および／または、コンタクタ群（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ）を制御する制御装置４７を備えていてもよい。図１１に記載の例では、制御装置４７は、第１スイッチ４０Ａと、第２スイッチ４０Ｂと、第３スイッチ４０Ｃとを制御可能である。また、制御装置４７は、第１コンタクタ３２ａと、第２コンタクタ３２ｂと、第３コンタクタ３２ｃと、第４コンタクタ３２ｄとを制御可能である。

制御装置４７は、複数の電池モジュール３１が、直流母線３３から電気的に切り離された非接続状態（図１、図６を参照。）が実現されるように、切り替えスイッチ群（４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ）、および／または、コンタクタ群（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ）を制御可能である。より具体的には、制御装置４７は、切り替えスイッチ群に制御信号を送信して、第１スイッチ４０Ａ、第２スイッチ４０Ｂ、および、第３スイッチ４０Ｃを開状態にする。また、制御装置４７は、コンタクタ群に制御信号を送信して、第１コンタクタ３２ａ、第２コンタクタ３２ｂ、第３コンタクタ３２ｃ、および、第４コンタクタ３２ｄを開状態にする。

制御装置４７は、直列接続された複数の電池モジュール３１が、直流母線３３に電気的に接続された第１接続状態（図２、図４、図７、図９を参照。）が実現されるように、切り替えスイッチ群（４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ）、および／または、コンタクタ群（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ）を制御可能である。換言すれば、制御装置４７は、切り替えスイッチ群、および／または、コンタクタ群に、制御信号を送信することにより、上述の第１接続状態を実現する。より具体的には、制御装置４７は、切り替えスイッチ群に制御信号を送信して、第１スイッチ４０Ａおよび第２スイッチ４０Ｂを閉状態にし、第３スイッチ４０Ｃを開状態にする。付加的に、制御装置４７は、コンタクタ群に制御信号を送信して、第１コンタクタ３２ａおよび第２コンタクタ３２ｂを閉状態にし、第３コンタクタ３２ｃおよび第４コンタクタ３２ｄを開状態にする。

制御装置４７は、複数の電池モジュール３１の一部または全部が、並列接続された状態で、直流母線３３に電気的に接続された第２接続状態（図３、図５、図８、図１０を参照。）が実現されるように、切り替えスイッチ群（４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ）、および／または、コンタクタ群（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ）を制御可能である。換言すれば、制御装置４７は、切り替えスイッチ群、および／または、コンタクタ群に、制御信号を送信することにより、上述の第２接続状態を実現する。より具体的には、制御装置４７は、切り替えスイッチ群に制御信号を送信して、第１スイッチ４０Ａおよび第２スイッチ４０Ｂを開状態にし、第３スイッチ４０Ｃを閉状態にする。付加的に、制御装置４７は、コンタクタ群に制御信号を送信して、第１コンタクタ３２ａ、第２コンタクタ３２ｂ、第３コンタクタ３２ｃ、および、第４コンタクタ３２ｄを閉状態にする。

（充電装置５０）
図６に記載の例では、充電装置５０が、陸上側に配置されている。充電装置５０は、高速充電装置、例えば、ＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）仕様の充電装置であってもよい。図６に記載の例では、充電装置５０の直流出力電圧は、例えば、５０Ｖ以上５００Ｖ以下である。充電装置５０は、電源から供給される交流電力を直流電力に変換する第２の直交変換装置３７を備えていてもよい。第２の直交変換装置３７は、直流電流を給電側コネクタ５３に送電する。

（船舶の電源系統システム１００の使用方法）
図１乃至図１２を参照して、実施形態における船舶の電源系統システム１００の使用方法について説明する。図１２は、実施形態における船舶の電源系統システム１００の使用方法の一例を示すフローチャートである。

実施形態における船舶の電源系統システム１００の使用方法において使用される電源系統システムは、第１の実施形態における船舶の電源系統システム１００Ａであってもよいし、第２の実施形態における船舶の電源系統システム１００Ｂであってもよいし、その他の船舶の電源系統システムであってもよい。

実施形態における船舶の電源系統システム１００の使用方法において使用される電源系統システムは、図１、図６等に例示されるように、（１）直流電流が流れる直流母線３３と、（２）直流母線３３に接続され、直列接続可能な複数の電池モジュール３１と、（３）交流電流が流れる交流母線３６と、（４）直流母線３３と交流母線３６を接続する第１の直交変換装置３４と、（５）複数の電池モジュール３１と、直流母線３３とを電気的に接続するための複数の接点Ｋと、を具備する。

第１ステップＳＴ１において、直列接続された複数の電池モジュール３１が、直流母線３３に電気的に接続される。第１ステップＳＴ１は、接続工程である。

図２、図４、図７、図９に記載の例では、接続工程（第１ステップＳＴ１）は、複数の電池モジュール３１の状態を、直列接続状態にすることを含む。複数の電池モジュール３１の状態を直列接続状態にすることは、第１電池モジュール３１ａと第２電池モジュール３１ｂとの間に配置された第１スイッチ４０Ａを閉状態にすることを含んでいてもよい。付加的に、複数の電池モジュール３１の状態を直列接続状態にすることは、（１）第１電池モジュール３１ａの第１極（例えば、負極）と、直流母線３３との間に配置される第２スイッチ４０Ｂを閉状態にすることと、（２）第２電池モジュール３１ｂの第１極（例えば、負極）と、直流母線３３との間に配置される第３スイッチ４０Ｃを開状態にすることと、を含んでいてもよい。

図２、図４、図７、図９に記載の例では、接続工程（第１ステップＳＴ１）は、直列接続状態の複数の電池モジュール３１を、直流母線３３に電気的に接続することを含む。直列接続状態の複数の電池モジュール３１を直流母線３３に電気的に接続することは、（１）直列接続状態の複数の電池モジュール３１の第１極（例えば、負極）と直流母線３３（例えば、第１直流母線３３ａ）とを、第１コンタクタ３２ａを介して、電気的に接続することと、（２）直列接続された複数の電池モジュール３１の第２極（例えば、正極）と直流母線３３（例えば、第２直流母線３３ｂ）とを、第２コンタクタ３２ｂを介して、電気的に接続することと、を含んでいてもよい。

第２ステップＳＴ２において、直列接続された複数の電池モジュール３１から、直流母線３３に放電が行われる。第２ステップＳＴ２は、放電工程である（図２、図７を参照。）。図２、図７に記載の例では、複数の電池モジュール３１が直列接続されているため、複数の電池モジュール３１から直流母線３３への放電電圧を高くすることができる。

図２、図７に記載の例では、放電工程（第２ステップＳＴ２）は、直流母線３３から第１の直交変換装置３４を介して船内負荷器４１に送電することを含む。代替的に、あるいは、付加的に、放電工程（第２ステップＳＴ２）は、直流母線３３から第３の直交変換装置３８を介して第１負荷器３９に送電することを含んでいてもよい。

第２ステップＳＴ２の代わりに、第３ステップＳＴ３において、直流母線３３から直列接続された複数の電池モジュール３１に充電が行われてもよい。第３ステップＳＴ３は、充電工程である（図４、図９を参照。）。図４、図９に記載の例では、複数の電池モジュール３１が直列接続されているため、複数の電池モジュール３１への充電電圧を高くすることができ、複数の電池モジュール３１への高速充電が可能である。

図４、図９に記載の例では、充電工程（第３ステップＳＴ３）は、陸上側の給電側コネクタ５３に接続された受電側コネクタ４３と、電気ケーブル４５とを介して、陸上側から直流母線３３に送電することを含む。図４に例示されるように、受電側コネクタ４３と直流母線３３との間には、第２の直交変換装置３７が配置されていてもよい。この場合、受電側コネクタ４３から供給される交流電力が、第２の直交変換装置３７によって直流電力に変換され、変換後の直流電力が直流母線３３に送電される。代替的に、図９に例示されるように、受電側コネクタ４３と直流母線３３との間に第２の直交変換装置３７が配置されていなくてもよい。この場合、受電側コネクタ４３から供給される直流電力が、直流母線３３に送電される。

第４ステップＳＴ４において、直列接続された複数の電池モジュール３１の一部または全部が、並列接続に切り替えられる。第４ステップＳＴ４は、切替工程である。

図３、図５、図８、図１０に記載の例では、切替工程（第４ステップＳＴ４）は、複数の電池モジュール３１の状態を、並列接続状態にすることを含む。複数の電池モジュール３１の状態を並列接続状態にすることは、第１電池モジュール３１ａと第２電池モジュール３１ｂとの間に配置された第１スイッチ４０Ａを開状態にすることを含んでいてもよい。付加的に、複数の電池モジュール３１の状態を並列接続状態にすることは、（１）第１電池モジュール３１ａの第１極（例えば、負極）と、直流母線３３との間に配置される第２スイッチ４０Ｂを開状態にすることと、（２）第２電池モジュール３１ｂの第１極（例えば、負極）と、直流母線３３との間に配置される第３スイッチ４０Ｃを閉状態にすることと、を含んでいてもよい。

図３、図５、図８、図１０記載の例では、切替工程（第４ステップＳＴ４）は、並列接続状態の複数の電池モジュール３１を、直流母線３３に電気的に接続することを含む。並列接続状態の複数の電池モジュール３１を直流母線３３に電気的に接続することは、（１）第１電池モジュール３１ａの第１極（例えば、負極）と直流母線３３（例えば、第１直流母線３３ａ）とを、第３コンタクタ３２ｃを介して、電気的に接続し、第２電池モジュール３１ｂの第１極（例えば、負極）と直流母線３３（例えば、第１直流母線３３ａ）とを、第１コンタクタ３２ａを介して、電気的に接続することと、（２）第１電池モジュール３１ａの第２極（例えば、正極）と直流母線３３（例えば、第２直流母線３３ｂ）とを、第４コンタクタ３２ｄを介して、電気的に接続し、第２電池モジュール３１ｂの第２極（例えば、正極）と直流母線３３（例えば、第２直流母線３３ｂ）とを、第２コンタクタ３２ｂを介して、電気的に接続することと、を含んでいてもよい。

放電工程（第２ステップＳＴ２）および切替工程（第４ステップＳＴ４）の実行後、第５ステップＳＴ５において、直流母線３３から並列接続状態の複数の電池モジュール３１に充電が行われる。第５ステップＳＴ５は、充電工程である（図３、図８を参照。）。図３、図８に記載の例では、複数の電池モジュール３１の状態が並列接続状態であるため、充電電圧を低くすることができる。

図３、図８に記載の例では、充電工程（第５ステップＳＴ５）は、陸上側の給電側コネクタ５３に接続された受電側コネクタ４３と、電気ケーブル４５とを介して、陸上側から直流母線３３に送電することを含む。図３に例示されるように、受電側コネクタ４３と直流母線３３との間には、第２の直交変換装置３７が配置されていてもよい。代替的に、図８に例示されるように、受電側コネクタ４３と直流母線３３との間に第２の直交変換装置３７が配置されていなくてもよい。

代替的に、第５ステップＳＴ５の代わりに、充電工程（第３ステップＳＴ３）および切替工程（第４ステップＳＴ４）の実行後、第６ステップＳＴ６において、並列接続状態の複数の電池モジュール３１から直流母線３３に放電が行われてもよい。第６ステップＳＴ６は、放電工程である（図５、図１０を参照。）。

図５、図１０に記載の例では、放電工程（第６ステップＳＴ６）は、直流母線３３から第１の直交変換装置３４を介して船内負荷器４１に送電することを含む。代替的に、あるいは、付加的に、放電工程（第６ステップＳＴ６）は、直流母線３３から第３の直交変換装置３８を介して第１負荷器３９に送電することを含んでいてもよい。

（効果）
実施形態における船舶の電源系統システム１００の使用方法では、複数の電池モジュール３１から放電が行われる時と、複数の電池モジュール３１に充電が行われる時とで、複数の電池モジュール３１の接続状態が変更される。よって、船内に設置される直交変換装置のサイズまたは台数が低減された態様で、船舶の電源系統システム１００を好適に運用することができる。

本発明は上記各実施形態または各変形例に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態又は各変形例は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。また、各実施形態又は各変形例で用いられる種々の技術は、技術的矛盾が生じない限り、他の実施形態又は他の変形例にも適用可能である。さらに、各実施形態又は各変形例における任意付加的な構成は、適宜省略可能である。

１…電池モジュール、２…コンタクタ、３…直流母線、４…直交変換装置、５…遮断器、６…交流母線、７…直交変換装置、８…直交変換装置、９…負荷、２１…電池モジュール、２２…コンタクタ、２３…直流母線、２４…直交変換装置、２５…遮断器、２６…交流母線、２８…直交変換装置、２９…負荷、３０…充電装置、３１…電池モジュール、３１ａ…第１電池モジュール、３１ｂ…第２電池モジュール、３２…コンタクタ、３２ａ…第１コンタクタ、３２ｂ…第２コンタクタ、３２ｃ…第３コンタクタ、３２ｄ…第４コンタクタ、３３…直流母線、３３ａ…第１直流母線、３３ｂ…第２直流母線、３４…第１の直交変換装置、３５…遮断器、３６…交流母線、３７…第２の直交変換装置、３８…第３の直交変換装置、３９…第１負荷器、４０…切り替えスイッチ、４０Ａ…第１スイッチ、４０Ｂ…第２スイッチ、４０Ｃ…第３スイッチ、４０Ｄ…第４スイッチ、４１…船内負荷器、４３…受電側コネクタ、４５…電気ケーブル、４５Ａ…交流電流を送電する電気ケーブル、４５Ｂ…直流電流を送電する電気ケーブル、４７…制御装置、５０…充電装置、５３…給電側コネクタ、１００、１００Ａ、１００Ｂ…電源系統システム、Ｋ…接点

上記課題を解決するために、本発明の実施形態における船舶の電源系統システムは、直流電流が流れる直流母線と、前記直流母線に接続され、直列接続可能な複数の電池モジュールと、交流電流が流れ、船内負荷器に接続される船舶内の交流母線と、前記直流母線と前記交流母線を接続する第１の直交変換装置と、前記複数の電池モジュールと、前記直流母線とを電気的に接続するための複数の接点と、陸上側の給電側コネクタに切り離し可能に接続される受電側コネクタと、前記受電側コネクタに接続され交流電流を送電する電気ケーブルと、前記交流母線を介さずに前記電気ケーブルから直接的に受け取る交流電力を、直流電力に変換して、前記直流母線に送電する第２の直交変換装置と、前記直流母線から受け取る直流電力を、交流電力に変換して、誘導電動機に送電する第３の直交変換装置とを具備し、充電から放電への切り替え時、または、放電から充電への切り替え時に、直列接続された前記複数の電池モジュールの一部または全部が、並列接続に切り替えられ、充電時に、船舶内の前記交流母線を介さずに、前記電気ケーブル、前記第２の直交変換装置、および、前記直流母線を介して供給される電力を用いて前記複数の電池モジュールが充電されるように構成されることを特徴とする。代替的に、本発明の実施形態における船舶の電源系統システムは、直流電流が流れる直流母線と、前記直流母線に接続され、直列接続可能な複数の電池モジュールと、交流電流が流れ、船内負荷器に接続される船舶内の交流母線と、前記直流母線と前記交流母線を接続する第１の直交変換装置と、前記複数の電池モジュールと、前記直流母線とを電気的に接続するための複数の接点と、陸上側の給電側コネクタに切り離し可能に接続される受電側コネクタと、前記受電側コネクタに接続され、前記交流母線を介さずに前記受電側コネクタから直接的に受け取る直流電流を前記直流母線に送電する電気ケーブルと、前記直流母線から受け取る直流電力を、交流電力に変換して、誘導電動機に送電する第３の直交変換装置とを具備し、充電から放電への切り替え時、または、放電から充電への切り替え時に、直列接続された前記複数の電池モジュールの一部または全部が、並列接続に切り替えられ、充電時に、前記受電側コネクタと前記複数の電池モジュールとの間に前記第１の直交変換装置および船舶内の前記交流母線を介在させることなく、陸上側の充電装置から前記受電側コネクタ、前記電気ケーブルおよび前記直流母線を介して前記複数の電池モジュールに直接充電可能なように構成されることを特徴とする。

また、本発明の実施形態における船舶の電源系統システムの使用方法は、船舶の電源系統システムの使用方法であって、直列接続された前記複数の電池モジュールを、前記直流母線に電気的に接続する接続工程と、直列接続された前記複数の電池モジュールから前記直流母線に放電を行う放電工程、または、前記直流母線から直列接続された前記複数の電池モジュールに充電を行う充電工程と、直列接続された前記複数の電池モジュールの一部または全部を、並列接続に切り替える切替工程と、前記放電工程および前記切替工程の実行後、前記直流母線から並列接続状態の前記複数の電池モジュールに充電を行う工程、または、前記充電工程および前記切替工程の実行後、並列接続状態の前記複数の電池モジュールから前記直流母線に放電を行う工程とを具備し、前記直流母線から前記複数の電池モジュールへの充電は、船舶内の前記交流母線を介さずに行われ、前記複数の電池モジュールから前記直流母線への放電において、前記直流母線に放電された電力の一部は、前記第１の直交変換装置および前記交流母線を介して前記船内負荷器に供給されることを特徴とする。

Claims (6)

1. 直流電流が流れる直流母線と、
   前記直流母線に接続され、直列接続可能な複数の電池モジュールと、
   交流電流が流れる交流母線と、
   前記直流母線と前記交流母線を接続する直交変換装置と、
   前記複数の電池モジュールと、前記直流母線とを電気的に接続するための複数の接点と、
   を具備し、
   充電から放電への切り替え時、または、放電から充電への切り替え時に、直列接続された前記複数の電池モジュールの一部または全部が、並列接続に切り替えられる
   船舶の電源系統システム。
2. 放電電圧に対して充電電圧が低くなるように、放電から充電への切り替え時に、直列接続された前記複数の電池モジュールの一部または全部が、並列接続に切り替えられる
   請求項１に記載の船舶の電源系統システム。
3. 充電電圧に対して放電電圧が低くなるように、充電から放電への切り替え時に、直列接続された前記複数の電池モジュールの一部または全部が、並列接続に切り替えられる
   請求項１に記載の船舶の電源系統システム。
4. 陸上側の充電装置に接続可能な受電側コネクタを更に具備し、
   前記受電側コネクタと前記複数の電池モジュールとの間に直交変換装置を介在させることなく、陸上側の前記充電装置から前記複数の電池モジュールに直接充電可能なように構成される
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の船舶の電源系統システム。
5. 前記複数の電池モジュールの状態を、直列接続状態と並列接続状態との間で切り替える切り替えスイッチ群と、
   前記複数の電池モジュールを前記直流母線に電気的に接続可能、かつ、前記複数の電池モジュールを前記直流母線から電気的に切り離し可能なコンタクタ群と
   を具備し、
   前記コンタクタ群は、前記直列接続状態において、直列接続された前記複数の電池モジュールの第１極と前記直流母線とを電気的に接続し、直列接続された前記複数の電池モジュールの第２極と前記直流母線とを電気的に接続し、
   前記コンタクタ群は、前記並列接続状態において、前記複数の電池モジュールの少なくとも一部を構成する第１電池モジュールおよび第２電池モジュールの各々の第１極と前記直流母線とを電気的に接続し、前記第１電池モジュールおよび前記第２電池モジュールの各々の第２極と前記直流母線とを電気的に接続する
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の船舶の電源系統システム。
6. 船舶の電源系統システムの使用方法であって、
   前記電源系統システムは、
   直流電流が流れる直流母線と、
   前記直流母線に接続され、直列接続可能な複数の電池モジュールと、
   交流電流が流れる交流母線と、
   前記直流母線と前記交流母線を接続する直交変換装置と、
   前記複数の電池モジュールと、前記直流母線とを電気的に接続するための複数の接点と
   を備え、
   前記使用方法は、
   直列接続された前記複数の電池モジュールを、前記直流母線に電気的に接続する接続工程と、
   直列接続された前記複数の電池モジュールから前記直流母線に放電を行う放電工程、または、前記直流母線から直列接続された前記複数の電池モジュールに充電を行う充電工程と、
   直列接続された前記複数の電池モジュールの一部または全部を、並列接続に切り替える切替工程と、
   前記放電工程および前記切替工程の実行後、前記直流母線から並列接続状態の前記複数の電池モジュールに充電を行う工程、または、前記充電工程および前記切替工程の実行後、並列接続状態の前記複数の電池モジュールから前記直流母線に放電を行う工程と
   を具備する
   船舶の電源系統システムの使用方法。

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