JP2023037810A - Power distribution system for vessel and vessel - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、エンジン及びモータを含む複数の動力源を有する船舶に用いられる船舶用配電システム及び船舶に関する。 FIELD OF THE DISCLOSURE The present disclosure relates to marine power distribution systems and marine vessels for use in marine vessels having multiple power sources, including engines and motors.
関連技術として、エンジン及びモータ(電動機器)を備え、エンジンによる航走、エンジン及びモータによる航走、並びにモータによる航走を含む複数の推進モード(駆動形態)を有するハイブリッドシステムを搭載した船舶が知られている(例えば、特許文献1参照)。関連技術に係る船舶は、エンジン及びモータを含む複数の動力源と、プロペラとの間に介装される動力伝達部を更に備え、プロペラの駆動をエンジンとモータとの両方により可能する。ここで、ハイブリッドシステムは、動力伝達部に含まれるクラッチを切り替えることにより、上記推進モードを切替可能に構成されている。 As a related technology, there is a ship equipped with a hybrid system that is equipped with an engine and a motor (electric equipment) and has multiple propulsion modes (driving modes) including navigation by the engine, navigation by the engine and the motor, and navigation by the motor. known (see, for example, Patent Document 1). A ship according to the related art further includes a power transmission unit interposed between a plurality of power sources including an engine and a motor, and a propeller, so that the propeller can be driven by both the engine and the motor. Here, the hybrid system is configured to be able to switch the propulsion mode by switching the clutch included in the power transmission section.
関連技術に係る船舶では、操作レバーを操作して、その操作位置を調節することにより、船体の前進、中立、後進を切り替えるとともに、エンジンの駆動力(回転数)又はモータの駆動力(回転数)の調節を行う。 In the ship according to the related art, by operating the operation lever and adjusting the operation position, the hull is switched between forward, neutral, and reverse, and the driving force (rotation speed) of the engine or the driving force (rotation speed) of the motor ) is adjusted.
上記関連技術のように、動力源としてエンジン及びモータを備える船舶において、エンジンのスタータの駆動等に用いられる補助電源部(スタータバッテリ)の充電は、エンジンで発生する動力により駆動される発電機(オルタネータ)にて行われることがある。この場合、モータによる航走の比率が多くなると、エンジンが停止することで補助電源部の充電が行われないため、補助電源部の残容量(SOC:State Of Charge)が低下し、補助電源部によるスタータ等の電気負荷の駆動に支障が出る可能性がある。 As in the above-mentioned related art, in a ship equipped with an engine and a motor as a power source, charging of an auxiliary power supply unit (starter battery) used for driving the starter of the engine is performed by a generator ( alternator). In this case, when the ratio of cruising by the motor increases, the auxiliary power supply unit is not charged due to the engine stopping, so the remaining capacity (SOC: State Of Charge) of the auxiliary power supply unit decreases, and the auxiliary power supply unit There is a possibility that the drive of electric loads such as a starter may be hindered.
本開示の目的は、エンジン及びモータを含む複数の動力源を有する船舶において電源部を効率的に充電可能な船舶用配電システム及び船舶を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a marine power distribution system and a marine vessel capable of efficiently charging a power supply in a marine vessel having multiple power sources including an engine and a motor.
本開示の一態様に係る船舶用配電システムは、船体の推進に用いられる動力源としてエンジン及びモータを含む複数の動力源を有する船舶に用いられ、主電源部と、補助電源部と、受電部と、切替部と、を備える。前記主電源部は、前記船体に搭載され、前記モータに電力を供給する。前記補助電源部は、前記船体に搭載され、充電可能に構成されている。前記受電部は、前記船体の外部に存在する外部電源から電力の供給を受ける。前記切替部は、前記補助電源部への電力供給元を、前記主電源部と前記受電部との間で切り替える。 A marine power distribution system according to an aspect of the present disclosure is used in a marine vessel having a plurality of power sources including an engine and a motor as power sources used for propulsion of the hull. and a switching unit. The main power supply unit is mounted on the hull and supplies power to the motor. The auxiliary power supply unit is mounted on the hull and configured to be rechargeable. The power receiving unit is supplied with power from an external power source located outside the hull. The switching unit switches a source of power supply to the auxiliary power unit between the main power unit and the power receiving unit.
本開示の一態様に係る船舶用配電システムは、船体の推進に用いられる動力源としてエンジン及びモータを含む複数の動力源を有する船舶に用いられ、主電源部と、駆動回路と、を備える。前記主電源部は、前記船体に搭載され、前記モータに電力を供給する。前記駆動回路は、前記モータの回生電流にて前記主電源部を充電する。前記駆動回路は、前記主電源部の充電電流の目標値と実測値との偏差から推定される前記主電源部の電圧上昇値に基づいて、前記主電源部の充電電流を制御する。 A marine power distribution system according to an aspect of the present disclosure is used in a marine vessel having a plurality of power sources including an engine and a motor as power sources used for propulsion of the hull, and includes a main power supply section and a drive circuit. The main power supply unit is mounted on the hull and supplies power to the motor. The drive circuit charges the main power supply section with the regenerated current of the motor. The drive circuit controls the charging current of the main power supply unit based on the voltage rise value of the main power supply unit estimated from the deviation between the target value and the actual measurement value of the charging current of the main power supply unit.
本開示の一態様に係る船舶は、前記船舶用配電システムと、前記船体と、を備える。 A ship according to an aspect of the present disclosure includes the ship power distribution system and the ship body.
本発明によれば、エンジン及びモータを含む複数の動力源を有する船舶において電源部を効率的に充電可能な船舶用配電システム及び船舶を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power distribution system for ships and the ship which can charge a power supply part efficiently can be provided in the ship which has several power sources containing an engine and a motor.
以下、添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本開示を具体化した一例であって、本開示の技術的範囲を限定する趣旨ではない。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are examples that embody the present disclosure, and are not intended to limit the technical scope of the present disclosure.
(実施形態1)
[1]全体構成
まず、本実施形態に係る船舶10の全体構成について、図1及び図2を参照して説明する。
(Embodiment 1)
[1] Overall Configuration First, the overall configuration of a
船舶10は、海、湖又は河川等の水上を航行(航走)する移動体である。本実施形態では一例として、船舶10は、主として海においてスポーツ又はレクリエーション等に用いられる小型船舶である「プレジャーボート」である。また、本実施形態では、船舶10は、人(操縦者)の操作(遠隔操作を含む)に応じて動作する構成であって、特に、操縦者である人が搭乗可能な有人タイプであることとする。
The
船舶10は、図1に示すように、船体1と、船舶用配電システム7と、船舶制御システム2と、を備えている。船体1は、動力を発生する駆動ユニット3と、船体1を推進させるための推進力を出力する出力部4と、人(操縦者)の操作を受け付ける操作装置5と、を備えている。これに加えて、船体1は、舵機構、表示装置、通信装置、及び照明設備等を含む種々の船内設備等を更に備えている。
A
駆動ユニット3は、図2に示すように、第1動力源としてのエンジン31と、第2動力源としてのモータ32と、動力伝達部33と、を有している。出力部4は、本実施形態ではプロペラを含み、駆動ユニット3で発生する動力を受けて、回転軸(プロペラシャフト)を中心にプロペラを回転させることにより、船体1を前進又は後進させるための推進力を出力する。
The
第1動力源(エンジン31)及び第2動力源(モータ32)を含む複数の動力源は、それぞれ船体1の推進に用いられる動力(機械的エネルギー)を発生する。これら複数の動力源は互いに出力特性が異なっており、少なくとも最大出力(最高回転数及び最大トルク)が異なる。本実施形態では、複数の動力源は、その方式及び種類等が完全に異なる異種の動力源である。要するに、本実施形態に係る船舶10は、複数種類の動力源を有するハイブリッド式の駆動ユニット3を備えている。
A plurality of power sources including a first power source (engine 31) and a second power source (motor 32) each generate power (mechanical energy) used to propel the hull 1 . These power sources have different output characteristics, and at least different maximum outputs (maximum rotation speed and maximum torque). In this embodiment, the plurality of power sources are different types of power sources with completely different methods, types, and the like. In short, the
本実施形態では一例として、第1動力源は燃料の燃焼により動力を発生するエンジン(内燃機関)31であって、第2動力源は電力(電気エネルギー)の供給を受けて動力を発生するモータ(電動機)32である。より詳細には、エンジン31は、軽油を燃料として駆動されるディーゼルエンジンであって、モータ32は、交流電力により駆動される交流モータである。
In this embodiment, as an example, the first power source is an engine (internal combustion engine) 31 that generates power by burning fuel, and the second power source is a motor that generates power by receiving electric power (electrical energy). (electric motor) 32; More specifically, the
エンジン31とモータ32とは、個別に駆動され、それぞれ動力を発生する。そのため、複数の動力源は、例えば、エンジン31及びモータ32のうちのエンジン31のみが駆動される状態、モータ32のみが駆動される状態、及びエンジン31及びモータ32の両方が駆動される状態等を切替可能である。ここで、エンジン31で発生する動力とモータ32で発生する動力とは、動力伝達部33にて合成され、合成された動力が出力部4に供給される。そのため、例えば、エンジンからなるエンジン31の動力にモータからなるモータ32の動力が合成されることにより、モータ32がエンジン31をアシストして、より大きな動力で出力部4を駆動することが可能である。
The
動力伝達部33は、複数の動力源(エンジン31及びモータ32)と出力部4との間に設けられている。動力伝達部33は、複数の動力源で発生する動力が入力され、この動力を出力部4に伝達する機能を有している。ここで、動力伝達部33は、複数の動力源(エンジン31及びモータ32)からの動力を合成し、合成された動力を出力部4へと出力する。
The
さらに、動力伝達部33は、複数の動力源(エンジン31及びモータ32)の各々から出力部4に動力を伝達するか否かを、つまり「伝達状態」と「遮断状態」とを切り替える機能を有している。本開示でいう「伝達状態」は、各動力源(エンジン31又はモータ32)と出力部4との間を機械的に接続し、各動力源から出力部4に動力を伝達する状態である。動力伝達部33が伝達状態にあるときに各動力源(エンジン31又はモータ32)が駆動することにより、各動力源で発生する動力によって出力部4が駆動される。本開示でいう「遮断状態」は、各動力源(エンジン31又はモータ32)と出力部4との間を機械的に遮断し、各動力源から出力部4に動力を伝達しない状態である。動力伝達部33が遮断状態にあるときに各動力源(エンジン31又はモータ32)が駆動しても、各動力源で発生する動力は出力部4に伝達されないため出力部4は駆動されない。
Further, the
駆動ユニット3について詳しくは「[2]駆動ユニットの構成」の欄で説明する。
The
船舶制御システム2は、CPU(Central Processing Unit)等の1以上のプロセッサと、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等の1以上のメモリとを有するコンピュータシステムを主構成とし、種々の処理(情報処理)を実行する。船舶制御システム2における1以上のメモリには、1以上のプロセッサに船舶10の制御方法を実行させるためのプログラム(船舶制御プログラム)が記録されている。本実施形態では一例として、船舶制御システム2は、船体1に搭載されたコンピュータシステムである。
The
船舶制御システム2は、少なくとも駆動ユニット3の制御を行う。つまり、船舶制御システム2は、例えば、エンジン31及びモータ32の各々の駆動状況、並びに動力伝達部33の状態(伝達状態/遮断状態等)を制御する。
The
本実施形態では、船舶制御システム2は、操作装置5と電気的に接続されており、操作装置5からの操作信号に応じて、駆動ユニット3等の制御を行う。例えば、船舶制御システム2は、操作装置5からの操作信号に応じて駆動ユニット3を制御して、出力部4のプロペラを回転させることにより、船体1を前進又は後進させることが可能である。さらに、船舶制御システム2は、エンジン31又はモータ32の出力(回転数又はトルク)を制御することにより、出力部4のプロペラの回転数を調節し、船体1の移動速度(船速)を調節することが可能である。
In this embodiment, the
また、船舶制御システム2は、複数の推進モードを切替可能である。本開示でいう「推進モード」は、複数の動力源(エンジン31及びモータ32)のうち、船体1の推進に用いられる動力源が異なるモードである。つまり、船舶制御システム2は、複数の動力源のいずれを船体1の推進に用いるかを切り替えることにより、複数の推進モードを切替可能である。
Also, the
本実施形態では一例として、複数の推進モードは、ハイブリッド推進モード、モータ推進モード及びエンジン推進モードの3つの推進モードを含んでいる。ハイブリッド推進モードは、エンジン31(第1動力源)及びモータ32(第2動力源)の両方を船体1の推進に用いる推進モードである。モータ推進モードは、エンジン31及びモータ32のうちのモータ32のみを船体1の推進に用いる推進モードである。エンジン推進モードは、エンジン31及びモータ32のうちのエンジン31のみを船体1の推進に用いる推進モードである。
As an example in this embodiment, the plurality of propulsion modes includes three propulsion modes: a hybrid propulsion mode, a motor propulsion mode, and an engine propulsion mode. The hybrid propulsion mode is a propulsion mode in which both the engine 31 (first power source) and the motor 32 (second power source) are used to propel the hull 1 . The motor propulsion mode is a propulsion mode in which only the
船舶制御システム2は、図2に示すように、モード切替処理部21と、エンジン制御部22と、モータ制御部23と、を備えている。船舶制御システム2は、船体1の各部に設けられたデバイスと通信可能に構成されている。つまり、船舶制御システム2には、少なくとも操作装置5、エンジン31、及びモータ32を駆動する駆動回路351(図3参照)等が、通信可能に接続されている。これにより、船舶制御システム2は、例えば、操作装置5からの操作信号に応じて、駆動ユニット3を制御すること等が可能である。ここで、船舶制御システム2は、各種の情報(電気信号)の授受を、各デバイスと直接的に行ってもよいし、中継器等を介して間接的に行ってもよい。
The
モード切替処理部21は、船舶10の推進モードを切り替える処理を実行する。本実施形態では、モード切替処理部21は、操作装置5に対する人(操縦者)の操作に従って、ハイブリッド推進モード、モータ推進モード又はエンジン推進モードのいずれかを選択する。一例として、操作装置5はモード選択スイッチを有しており、モード選択スイッチにてハイブリッド推進モード、モータ推進モード又はエンジン推進モードのいずれかの推進モードが選択されると、当該推進モードに切り替えられる。
The mode
エンジン制御部22は、第1動力源としてのエンジン31を制御する。具体的に、エンジン制御部22は、エンジン31を駆動するための燃料噴射、及び排気弁開閉等の制御を行う。これにより、エンジン制御部22では、エンジン31の出力(主として回転数)を、任意の値に調節するようにエンジン31を制御することが可能である。
The
モータ制御部23は、第2動力源としてのモータ32を制御する。具体的に、モータ制御部23は、モータ32を駆動するための駆動回路351(図3参照)等の制御を行う。これにより、モータ制御部23では、モータ32の出力(主として回転数及びトルク)を、任意の値に調節するようにモータ32を制御することが可能である。本実施形態では特に、モータ制御部23は、モータ32の制御として、回転数制御(回転速度制御)とトルク制御との2種類の制御が可能である。回転数制御では、モータ制御部23は、モータ32の目標回転数を設定し、当該目標回転数に近づけるようにモータ32の回転数を制御する。トルク制御では、モータ制御部23は、モータ32の目標トルクを設定し、当該目標トルクに近づけるようにモータ32のトルクを制御する。
The
船舶制御システム2は、船舶用配電システム7の制御も行う。本実施形態では、船舶制御システム2は、船体1全体の制御を行う統合コントローラであって、例えば、電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)からなる。ただし、船舶制御システム2は、統合コントローラと別に設けられていてもよい。
The
操作装置5は、人(操縦者)の操作を受け付けるユーザインタフェースであって、一例として、船体1のうちの操縦者が搭乗する操縦室に配置されている。操作装置5は、例えば、操縦者による各種の操作を受け付けて、当該操作に応じた電気信号(操作信号)を船舶制御システム2に出力する。本実施形態では一例として、操作装置5は、回転操作可能な操作レバーからなる操作部51(図2参照)を含んでいる。操作装置5は、操作部51の位置(回転角度)を検知するエンコーダ等の検知部を含んでおり、操作部51の位置から操作部51の操作量を検知し、操作量を表す操作信号を出力する。また、操作装置5は、複数の機械式スイッチ、タッチパネル及び操作ダイヤル等を更に含んでいてもよい。
The operating
船舶用配電システム7は、モータ32、種々の船内設備等を含む船内負荷L1(図6参照)、及びエンジン31を始動するためのスタータ36(図6参照)等に電力を供給するためのシステムである。本開示でいう「電力」は、交流電力及び直流電力の両方を含む。船舶用配電システム7は、図2に示すように、主電源部71と、補助電源部72と、を備えている。主電源部71は、少なくとも動力源としてのモータ32に駆動用の電力を供給する。一方、補助電源部72は、少なくともスタータ36等に電力を供給する。
The marine
主電源部71は、一例として、リチウムイオンバッテリ等の大容量の二次電池(蓄電池)からなる。補助電源部72は、一例として、鉛蓄電池等の二次電池(蓄電池)からなる。このように、船舶用配電システム7は、2種類の充電可能な電源部(バッテリ)を備えており、主バッテリとしての主電源部71は、補機バッテリとしての補助電源部72に比べて、大容量かつ大出力の電源部である。船舶用配電システム7について詳しくは「[3]船舶用配電システムの構成」の欄で説明する。
The main
操縦室には、表示装置及び通信装置等も配置されている。表示装置は、人(操縦者)に種々の情報を出力するためのユーザインタフェースである。表示装置は、例えば、船舶制御システム2と電気的に接続されており、船舶制御システム2からの表示制御信号に従って、種々の画面を表示する。通信装置は、船体1の外部の別システム(サーバ等を含む)と通信可能に構成されており、別システムとの間でデータの授受が可能である。
A display device, a communication device, and the like are also arranged in the cockpit. A display device is a user interface for outputting various information to a person (operator). The display device is, for example, electrically connected to the
[2]駆動ユニットの構成
次に、駆動ユニット3の構成について、図3~図5を参照してより詳細に説明する。
[2] Configuration of Drive Unit Next, the configuration of the
駆動ユニット3は、上述したように複数の動力源(エンジン31及びモータ32)と、動力伝達部33と、を有している。また、駆動ユニット3は、図3に示すように、アクチュエータ34及び駆動回路351等を更に有している。図3等において、駆動回路351と主電源部71との間のように電気的な接続関係については、破線にて示している。
The
本実施形態では、エンジン31は、ディーゼルエンジンであって、シリンダ等によって区画された燃焼室を有し、当該燃焼室内で燃料(軽油)が燃焼することによって、ピストンを往復運動する。エンジン31には、ピストンの往復運動を受けて回転運動するクランクシャフトが出力軸として設けられており、クランクシャフトが動力伝達部33に接続されている。これにより、動力伝達部33には、クランクシャフトを通してエンジン31からの動力が入力される。
In this embodiment, the
本実施形態では、モータ32は、交流モータであって、インバータ回路からなる駆動回路351から供給される交流電力(交流電圧)によって駆動される。駆動回路351は、主電源部71に電気的に接続されており、主電源部71から出力される直流電圧を交流電圧に変換してモータ32に供給することで、モータ32を駆動する。モータ32の出力軸は動力伝達部33に接続されており、動力伝達部33には、出力軸を通してモータ32からの動力が入力される。
In this embodiment, the
さらに、本実施形態では、駆動回路351は、双方向インバータ回路であって、直流電圧を交流電圧に変換するだけでなく、交流電圧を直流電圧に変換する機能も有する。そのため、駆動回路351は、主電源部71から出力される直流電圧を交流電圧に変換してモータ32に出力するだけでなく、モータ32から出力される交流電圧を直流電圧に変換して主電源部71に出力することも可能である。つまり、本実施形態に係る駆動ユニット3では、モータ32を発電機として用いることで、モータ32が外力によって回転する際に発生する電気エネルギー(交流電力)を利用して、駆動回路351にて主電源部71を充電することが可能である。このように、駆動回路351は、モータ32の回生電流にて主電源部71を充電する充電回路としても機能する。そのため、駆動回路351は、船舶用配電システム7の構成要素に含まれる。
Furthermore, in this embodiment, the
本実施形態では、動力伝達部33は、図3に示すように、第1クラッチ331、第2クラッチ332、第1ギア333、第2ギア334、第3ギア335及び第4ギア336を含んでいる。図3等では、動力伝達部33の構成を簡略化して示しているが、第1ギア333、第2ギア334、第3ギア335及び第4ギア336等は、マリンギアとしての減速装置に含まれる。
In this embodiment, the
第1クラッチ331は、エンジン31の出力軸(クランクシャフト)と、出力部4との間に挿入されている。つまり、第1クラッチ331は、エンジン31から出力部4への動力伝達経路の途中に位置している。第1クラッチ331は、入力側回転体331A及び出力側回転体331Bを有し、入力側回転体331A及び出力側回転体331Bがつながった状態(伝達状態)と、切り離された状態(遮断状態)とを切替可能に構成されている。
The
入力側回転体331Aは、エンジン31の出力軸(クランクシャフト)に接続されており、出力側回転体331Bは、出力部4に接続されている。これにより、入力側回転体331Aは、エンジン31で発生する動力を受けて回転する。そして、第1クラッチ331が伝達状態にあれば、エンジン31の動力は第1クラッチ331を介して出力部4に伝達され、第1クラッチ331が遮断状態にあれば、エンジン31の動力は第1クラッチ331で遮断され出力部4には伝達されない。
The
第1クラッチ331は、一例として、湿式多板クラッチ等の油圧クラッチからなり、油圧ポンプを含む油圧回路から作動油が供給されることにより、伝達状態と遮断状態との切り替えが行われる。第1クラッチ331の伝達状態と遮断状態との切り替えは、例えば、油圧回路の電磁バルブを、船舶制御システム2にて制御することにより行われる。つまり、船舶制御システム2は、直接的又は間接的に、第1クラッチ331を制御して、第1クラッチ331を伝達状態と遮断状態とで切り替える。
The
第1ギア333は、第1クラッチ331の入力側回転体331Aに接続されており、入力側回転体331Aの回転に伴って回転する。第2ギア334は、第1ギア333と噛み合うように設けられており、第1ギア333と共に回転する。第3ギア335は、第1クラッチ331の出力側回転体331Bに接続されており、出力側回転体331Bの回転に伴って回転する。第4ギア336は、第3ギア335と噛み合うように設けられており、第3ギア335と共に回転する。
The
第2クラッチ332は、モータ32の出力軸と、第2ギア334及び第4ギア336との間に挿入されている。つまり、第2クラッチ332は、モータ32から出力部4への動力伝達経路の途中に位置している。第2クラッチ332は、モータ側回転体332C及び相手側回転体332A,332Bを有し、モータ側回転体332C及び相手側回転体332A,332Bがつながった状態(伝達状態)と、切り離された状態(遮断状態)とを切替可能に構成されている。
The
本実施形態では、相手側回転体332A,332Bとして、第1相手側回転体332Aと第2相手側回転体332Bとが設けられている。第2クラッチ332は、モータ側回転体332Cが第1相手側回転体332Aにつながった第1伝達状態と、モータ側回転体332Cが第2相手側回転体332Bにつながった第2伝達状態と、モータ側回転体332Cが第1相手側回転体332A及び第2相手側回転体332Bのいずれからも切り離された遮断状態と、を切替可能である。
In this embodiment, a first mating rotating body 332A and a second
モータ側回転体332Cは、モータ32の出力軸に接続されている。第1相手側回転体332Aは、第2ギア334に接続されており、第2相手側回転体332Bは、第4ギア336に接続されている。これにより、モータ側回転体332Cは、モータ32で発生する動力を受けて回転する。そして、第2クラッチ332が第1伝達状態にあれば、モータ32の動力は第2クラッチ332、第2ギア334及び第1ギア333を介して第1クラッチ331の入力側回転体331Aに伝達される。このとき、第1クラッチ331が伝達状態にあれば、モータ32の動力は、エンジン31の動力と合成され、第1クラッチ331を介して出力部4に伝達される。また、第2クラッチ332が第2伝達状態にあれば、モータ32の動力は第2クラッチ332、第4ギア336及び第3ギア335を介して出力部4に伝達される。一方、第2クラッチ332が遮断状態にあれば、モータ32の動力は第2クラッチ332で遮断され出力部4には伝達されない。
The motor-
第2クラッチ332は、一例として、ドグクラッチ等のかみ合い式のクラッチからなる。第2クラッチ332の、第1伝達状態、第2伝達状態及び遮断状態の切り替えは、モータ側回転体332Cを、シフターからなるアクチュエータ34によって移動させることにより行われる。アクチュエータ34は、モータ側回転体332Cを第1相手側回転体332Aに嵌入する位置に移動させることで、第2クラッチ332を、モータ側回転体332Cと第1相手側回転体332Aとが噛み合う第1伝達状態にする。また、アクチュエータ34は、モータ側回転体332Cを第2相手側回転体332Bに嵌入する位置に移動させることで、第2クラッチ332を、モータ側回転体332Cと第2相手側回転体332Bとが噛み合う第2伝達状態にする。アクチュエータ34は、モータ側回転体332Cを第1相手側回転体332A及び第2相手側回転体332Bのいずれにも嵌入しない位置に移動させることで、第2クラッチ332を、遮断状態にする。
The
第2クラッチ332の第1伝達状態、第2伝達状態及び遮断状態の切り替えは、例えば、電動式のアクチュエータ34を、船舶制御システム2にて制御することにより行われる。つまり、船舶制御システム2は、直接的又は間接的に、第2クラッチ332を制御して、第2クラッチ332を伝達状態(第1伝達状態又は第2伝達状態)と遮断状態とで切り替える。
Switching of the
上述したような構成の駆動ユニット3によれば、船舶制御システム2が、第1クラッチ331及び第2クラッチ332を制御することで、図4及び図5に例示するように複数の推進モードを切替可能である。図4及び図5では、各推進モードにおける駆動ユニット3の状態を模式的に表しており、駆動回路351等の図示を省略する。また、図4及び図5では、エンジン31及びモータ32から出力部4に伝達される動力を(太線の)破線矢印で示している。
According to the
図4の上段は、エンジン31及びモータ32のうちのモータ32のみを船体1の推進に用いるモータ推進モードを示している。モータ推進モードでは、船舶制御システム2は、第1クラッチ331を遮断状態に制御し、第2クラッチ332を第2伝達状態に制御する。さらに、モータ推進モードでは、船舶制御システム2は、エンジン31を停止させ、主電源部71からの電力でモータ32を駆動させるように駆動回路351を制御する。これにより、図4に示すように、モータ32で発生する動力は、第2クラッチ332、第4ギア336及び第3ギア335を介して出力部4に伝達され、出力部4のプロペラを回転させて、船体1の推進力を発生することができる。
The upper part of FIG. 4 shows a motor propulsion mode in which only the
図4の下段は、エンジン31及びモータ32のうちのエンジン31のみを船体1の推進に用いるエンジン推進モードを示している。エンジン推進モードでは、船舶制御システム2は、第1クラッチ331を伝達状態に制御し、第2クラッチ332を遮断状態に制御する。さらに、エンジン推進モードでは、船舶制御システム2は、エンジン31を駆動させ、モータ32を停止させるように駆動回路351を制御する。これにより、図4に示すように、エンジン31で発生する動力は、第1クラッチ331を介して出力部4に伝達され、出力部4のプロペラを回転させて、船体1の推進力を発生することができる。
The lower part of FIG. 4 shows an engine propulsion mode in which only the
図5の上段は、エンジン31及びモータ32の両方を船体1の推進に用いるハイブリッド推進モードのうち、「低速」での航行に好適な「ハイブリッド推進モード(低速)」を示している。このハイブリッド推進モード(低速)では、船舶制御システム2は、第1クラッチ331を伝達状態に制御し、第2クラッチ332を第2伝達状態に制御する。さらに、ハイブリッド推進モード(低速)では、船舶制御システム2は、エンジン31を駆動させ、主電源部71からの電力でモータ32を駆動させるように駆動回路351を制御する。これにより、図5に示すように、エンジン31で発生する動力は、第1クラッチ331を介して出力部4に伝達され、モータ32で発生する動力は、第2クラッチ332、第4ギア336及び第3ギア335を介して出力部4に伝達される。結果的に、エンジン31からの動力とモータ32からの動力とが合成され、出力部4のプロペラを回転させて、船体1の推進力を発生する。
The upper part of FIG. 5 shows a “hybrid propulsion mode (low speed)” suitable for “low speed” navigation among the hybrid propulsion modes in which both the
図5の下段は、エンジン31及びモータ32の両方を船体1の推進に用いるハイブリッド推進モードのうち、「高速」での航行に好適な「ハイブリッド推進モード(高速)」を示している。このハイブリッド推進モード(高速)では、船舶制御システム2は、第1クラッチ331を伝達状態に制御し、第2クラッチ332を第1伝達状態に制御する。さらに、ハイブリッド推進モード(高速)では、船舶制御システム2は、エンジン31を駆動させ、主電源部71からの電力でモータ32を駆動させるように駆動回路351を制御する。これにより、図5に示すように、エンジン31で発生する動力は、第1クラッチ331を介して出力部4に伝達され、モータ32で発生する動力は、第2クラッチ332、第2ギア334、第1ギア333及び第1クラッチ331を介して出力部4に伝達される。結果的に、エンジン31からの動力とモータ32からの動力とが合成され、出力部4のプロペラを回転させて、船体1の推進力を発生する。
The lower part of FIG. 5 shows a “hybrid propulsion mode (high speed)” suitable for “high speed” navigation among hybrid propulsion modes in which both the
また、図4の上段に示すモータ推進モードにおいて、船体1のセーリング時に、出力部4のプロペラの回転力を回生エネルギーとして主電源部71に供給することにより、主電源部71の充電を行うことも可能である(充電モード)。この場合、出力部4の回転力は、第3ギア335、第4ギア336及び第2クラッチ332を介してモータ32に伝達され、モータ32の出力軸を回転させることによって、モータ32にて交流電力を発生させる。モータ32で発生する交流電力は、双方向インバータ回路からなる駆動回路351により、主電源部71の充電に用いられる。
Further, in the motor propulsion mode shown in the upper part of FIG. 4 , when the hull 1 is sailing, the rotational force of the propeller of the
同様に、図5の下段に示すハイブリッド推進モード(高速)において、船体1のセーリング時又は停船(停泊)時には、エンジン31で発生する動力を利用して、主電源部71の充電を行うことも可能である(充電モード)。この場合、船舶制御システム2が第1クラッチ331を遮断状態に制御することで、エンジン31で発生する動力は、第1ギア333、第2ギア334及び第2クラッチ332を介してモータ32に伝達され、モータ32の出力軸を回転させることによって、モータ32にて交流電力を発生させる。モータ32で発生する交流電力は、双方向インバータ回路からなる駆動回路351により、主電源部71の充電に用いられる。
Similarly, in the hybrid propulsion mode (high speed) shown in the lower part of FIG. 5, when the hull 1 is sailing or stopping (anchoring), the power generated by the
さらに、図3等では図示を省略しているが、駆動ユニット3は、第1クラッチ331を駆動するための油圧回路、及び各種のセンサ等を更に有している。
Furthermore, although illustration is omitted in FIG. 3 and the like, the
[3]船舶用配電システムの構成
次に、本実施形態に係る船舶用配電システム7の構成について、図2及び図6~図9を参照して説明する。船舶用配電システム7は、船舶10の構成要素であって、船体1と共に船舶10を構成する。言い換えれば、本実施形態に係る船舶10は、船舶用配電システム7と、船体1と、を備えている。本実施形態では一例として、船舶用配電システム7は、船体1に搭載されている。
[3] Configuration of Marine Power Distribution System Next, the configuration of the marine
船舶用配電システム7は、図6に示すように、主電源部71及び補助電源部72に加えて、受電部73と、切替部74と、を備えている。主電源部71は、船体1に搭載され、モータ32に電力を供給する。補助電源部72は、船体1に搭載され、充電可能に構成されている。受電部73は、船体1の外部に存在する外部電源Ps1から電力の供給を受ける。切替部74は、補助電源部72への電力供給元を、主電源部71と受電部73との間で切り替える。本開示でいう「外部電源Ps1」は、例えば、電力系統のように、船体1の外部に存在する電源である。つまり、船体1の停泊時において、受電部73を電力系統のような陸上の外部電源Ps1に接続することで、受電部73にて外部電源Ps1からの電力供給を受けることができる。本実施形態では一例として、外部電源Ps1は、交流電力(交流電圧)を出力する交流電源である。
The marine
この構成によれば、動力源としてエンジン31及びモータ32を備える船舶10において、補助電源部72への電力供給元を、切替部74にて主電源部71と受電部73との間で切り替えることができる。すなわち、船舶用配電システム7は、主電源部71、又は受電部73を介した外部電源Ps1からの電力にて補助電源部72を充電することが可能である。そのため、モータ推進モードのようなモータ32による航走時、又は停泊時のように、エンジン31が停止している状況でも、補助電源部72の充電が可能となる。結果的に、エンジン31及びモータ32を含む複数の動力源を有する船舶10において電源部(補助電源部72)を効率的に充電可能である、という利点がある。
According to this configuration, in the
具体的に、本実施形態に係る船舶用配電システム7は、図6に示すように、主電源部71、補助電源部72、受電部73及び切替部74に加えて、駆動回路351、第1電力変換部751、第2電力変換部752、充電回路753及び電力供給部77を備えている。また、本実施形態では、船舶用配電システム7は、第1リレー761、第2リレー762、第3リレー763及び第4リレー764を更に備えている。図6では、エンジン31とスタータ36又は発電機37とをつなぐ破線を除き、電気的な接続関係を示す。エンジン31とスタータ36又は発電機37とをつなぐ破線は、機械的な接続関係を示す。
Specifically, as shown in FIG. 6, the marine
本実施形態では、上述したように、主電源部71は、リチウムイオンバッテリを含み、補助電源部72は、鉛蓄電池を含む。すなわち、主電源部71及び補助電源部72は、いずれも充電可能な二次電池(蓄電池)である。そして、主電源部71の方が補助電源部72よりも大容量かつ大出力である。これにより、船体1の推進に用いられるモータ32に電力供給する主電源部71は、大容量かつ大出力のリチウムイオンバッテリを含むため、モータ32の出力を十分に確保できる。一方、補助電源部72としてリチウムイオンバッテリよりも低温特定が優れた鉛蓄電池が用いられることで、低温環境下でのスタータ36によるエンジン31の始動等が容易になる。
In this embodiment, as described above, the main
また、主電源部71は、バッテリマネジメントシステム(BMS)を含んでおり、バッテリマネジメントシステムにて、リチウムイオンバッテリのセル電圧、及び充電電流の実測値等の情報を管理している。主電源部71は、バッテリマネジメントで管理されるセル電圧、及び充電電流の実測値等の情報を、周期的(例えば数秒ごと)に船舶制御システム2に送信する。
The main
受電部73は、外部電源Ps1を取外し可能に電気的に接続する端子台である。すなわち、人(ユーザ)がケーブルにて外部電源Ps1を受電部73に接続することで、受電部73が外部電源Ps1からの電力供給を受ける状態となる。切替部74は、互いに連動して切り替わる第1接点741及び第2接点742を有する切替スイッチである。第1接点741及び第2接点742は、切替部74の一次側(主電源部71側)と、切替部74の二次側(補助電源部72側)との接続状態を切り替える。本実施形態では、切替部74は、人(ユーザ)の操作に応じて手動で切り替わる。
The
第1電力変換部751は、交流電力(交流電圧)を直流電力(直流電圧)に変換するAC/DCコンバータである。第2電力変換部752は、直流電力(交流電圧)を直流電力(直流電圧)に変換するDC/ACコンバータである。充電回路753は、交流電力(交流電圧)を直流電力(直流電圧)に変換し、主電源部71に充電電流を供給する回路である。電力供給部77は、船体1に設けられた船内負荷L1に電力を供給する部分であって、分電盤及び配線器具(アウトレット)等を含む。第1リレー761、第2リレー762、第3リレー763及び第4リレー764は、それぞれ電磁リレーからなり、制御信号に応じて接点を開閉(オン/オフ)する。
The
ここで、駆動回路351、第1電力変換部751、第2電力変換部752、充電回路753、第1リレー761、第2リレー762、第3リレー763及び第4リレー764は、船舶制御システム2によって制御される。船舶制御システム2は、例えば、第1リレー761、第2リレー762、第3リレー763及び第4リレー764の各々に、制御信号を出力することにより、各リレーを個別に開閉制御する。
Here, the
本実施形態に係る船舶用配電システム7は、図6に示すように、エンジン31に連動する発電機37(オルタネータ)からの電力だけでなく、主電源部71からの電力でも、補助電源部72を充電可能な回路構成を採用する。また、船舶用配電システム7は、主電源部71からの電力だけでなく、エンジン31で発生する動力を受けてモータ32で発生する電力(回生電流)についても、船内負荷L1に供給可能な回路構成を採用する。さらに、船舶用配電システム7は、長期停泊中等において、受電部73を外部電源Ps1に接続することで、外部電源Ps1から、主電源部71及び補助電源部72の充電用の電力を供給しつつ、船内負荷L1にも電力を供給可能な回路構成を採用する。
The marine
具体的に、主電源部71は、第1リレー761及び第2リレー762を介して駆動回路351に接続されている。駆動回路351にはモータ32が接続されている。第1リレー761と第2リレー762との接続点は、第3リレー763及び第2電力変換部752を介して切替部74の一次側に接続されている。さらに、第1リレー761と第2リレー762との接続点は、第4リレー764及び充電回路753を介して切替部74の一次側に接続されている。切替部74の一次側には、受電部73が更に接続されている。
Specifically, the main
補助電源部72は、エンジン31を始動するためのスタータ36に接続されている。さらに、補助電源部72には、エンジン31で発生する動力により駆動される発電機37(オルタネータ)が接続されている。また、補助電源部72は、第1電力変換部751を介して切替部74の二次側に接続されている。切替部74の一次側には、電力供給部77が更に接続されている。
以上説明したように構成される船舶用配電システム7は、切替部74の切り替えにより、図7及び図8に示すように、補助電源部72への電力供給元を、主電源部71と受電部73とから択一的に選択可能である。図7及び図8では、電力(電気エネルギー)の流れを(太線の)破線矢印で模式的に表す。
The marine
図7は、補助電源部72への電力供給元として受電部73が選択されている状態を示す。図7においては、切替部74は、第1接点741にて受電部73を二次側に接続し、第2接点742にて充電回路753を二次側に接続する。この状態では、外部電源Ps1からの電力が、受電部73、第1接点741及び第1電力変換部751を介して補助電源部72に供給されることで、補助電源部72が充電される。外部電源Ps1からの電力は交流電力であるので、第1電力変換部751は交流電力を直流電力に変換して補助電源部72に供給する。さらに、外部電源Ps1からの電力が、受電部73、第1接点741、第2接点742、充電回路753、第4リレー764及び第1リレー761を介して主電源部71に供給されることで、主電源部71が充電される。外部電源Ps1からの電力は交流電力であるので、充電回路753は交流電力を直流電力に変換して主電源部71に供給する。さらに、外部電源Ps1からの電力が、受電部73及び第1接点741を介して電力供給部77に供給されることで、電力供給部77から船内負荷L1に電力(交流電力)が供給可能となる。
FIG. 7 shows a state in which the
図8は、補助電源部72への電力供給元として主電源部71が選択されている状態を示す。図8においては、切替部74は、第1接点741にて第2電力変換部752を二次側に接続し、第2接点742を開放する。この状態では、主電源部71からの電力が、第1リレー761、第3リレー763、第2電力変換部752、第1接点741及び第1電力変換部751を介して補助電源部72に供給されることで、補助電源部72が充電される。主電源部71からの電力は直流電力であるものの、第2電力変換部752で交流電力に変換されているので、第1電力変換部751は交流電力を直流電力に変換して補助電源部72に供給する。さらに、主電源部71からの電力が、第1リレー761、第3リレー763、第2電力変換部752及び第1接点741を介して電力供給部77に供給されることで、電力供給部77から船内負荷L1に電力(交流電力)が供給可能となる。さらに、主電源部71からの電力が、第1リレー761、第2リレー762及び駆動回路351を介してモータ32に供給されることで、モータ32が駆動可能となる。
FIG. 8 shows a state in which the main
また、図8の状態において、エンジン31を船体1の推進に用いる推進モード(エンジン推進モード又はハイブリッド推進モード)が選択されている場合、エンジン31の動力を利用して発電機37が発電するため、発電機37からの電力によっても補助電源部72は充電可能である。
Further, in the state of FIG. 8, when a propulsion mode (engine propulsion mode or hybrid propulsion mode) using the
ところで、切替部74の切り替えは、船舶10の状態に応じて行われることが好ましい。すなわち、図7に示すように補助電源部72への電力供給元として受電部73が選択されるのは、船舶10が停泊中で外部電源Ps1に接続されている場合にのみ有効である。そのため、船舶10の航行中には、図8に示すように、切替部74は補助電源部72への電力供給元を主電源部71に切り替えた状態で使用される。
By the way, the switching of the switching
以上説明したように、船舶用配電システム7は、交流電力を直流電力に変換する第1電力変換部751と、直流電力を交流電力に変換する第2電力変換部752と、を更に備える。補助電源部72は、第1電力変換部751を介して切替部74に電気的に接続される。主電源部71は、第2電力変換部752を介して切替部74に電気的に接続される。これにより、AC/DCコンバータからなる第1電力変換部751は、図7の状態と図8の状態とで、兼用することが可能である。
As described above, the marine
また、船舶用配電システム7は、船体1に設けられた船内負荷L1に電力を供給する電力供給部77を更に備える。切替部74は、電力供給部77への電力供給元を、主電源部71と受電部73との間で切り替える。これにより、電力供給部77を介して、主電源部71又は外部電源Ps1から船内負荷L1への電力供給が可能になる。
In addition, the marine
また、船舶10の推進モードは、モータ32を船体1の推進に用いるモータ推進モードと、エンジン31を船体1の推進に用いるエンジン推進モードと、を含む。補助電源部72は、モータ推進モードでは主電源部71から供給される電力で充電される。一方、補助電源部72は、エンジン推進モードでは、主電源部71とエンジン31で発生する動力により駆動される発電機37との少なくとも一方から供給される電力で充電される。これにより、エンジン31で発生する動力も有効に利用して、補助電源部72を充電することが可能である。本実施形態では、エンジン推進モードだけでなく、ハイブリッド推進モードにおいても、発電機37から供給される電力で補助電源部72を充電可能である。
The propulsion mode of the
ところで、本実施形態では、上述した船舶用配電システム7の動作を実現するために、第1リレー761、第2リレー762、第3リレー763及び第4リレー764の制御状態として、下記表1に示す4パターンの状態(A~D)を用意している。
By the way, in this embodiment, in order to realize the operation of the marine
ここで、「用途」における「停止」は船舶10の全動作が停止する電源オフの状態を意味し、「溶着チェック」は第1リレー761、第2リレー762、第3リレー763及び第4リレー764の接点溶着のチェックを意味する。同様に「航行」はモータ推進モード、エンジン推進モード又はハイブリッド推進モードのいずれかで船舶10が航行している状態を意味し、「充電」は図7のように外部電源Ps1からの電力で主電源部71を充電する状態を意味する。
Here, "stop" in "purpose" means a power-off state in which all operations of the
そして、船舶制御システム2は、図9に示す状態遷移に従って、これら4つの状態A~Dを遷移させる。すなわち、船舶10が停止する状態A、船舶10が航行する状態C及び主電源部71を充電する状態Dの3状態間での遷移に際しては、基本的に、接点溶着のチェックのための状態Bが介在する。そして、船舶制御システム2は、溶着チェックで異常なしと判断された場合に、他の状態への遷移を許容し、溶着チェックで異常ありと判断された場合、エラー通知等を行う。図9において、状態C又は状態Dから状態Aへ直接遷移する点線矢印は、緊急時の切り替えを意味している。
The
[4]主電源部の充電制御
次に、本実施形態に係る船舶用配電システム7における主電源部71の充電制御について、図10を参照して説明する。
[4] Charging Control of Main Power Supply Unit Next, charging control of the main
本実施形態に係る船舶用配電システム7では、上述したように、モータ32を発電機として用いることで、モータ32が外力によって回転する際に発生する電気エネルギー(回生電流)を利用して、駆動回路351にて主電源部71を充電することが可能である。モータ32を外力によって回転させる手段として、エンジン31で発生する動力を利用する手段と、船体1の巡航時に出力部4(プロペラ)が受ける動力を利用する手段とがある。いずれの場合でも、DC/DCコンバータを含む専用の充電器にて主電源部71を充電する構成に比較すると、制御の応答性が悪いため、主電源部71の過充電を回避しつつ満充電まで充電することが難しい。特に、リチウムイオンバッテリには内部抵抗が存在するため、大電流を流すと内部抵抗により電圧上昇が生じ、満充電付近では、内部抵抗の電圧上昇により主電源部71に含まれるバッテリマネジメントシステムが過電圧異常を検知する場合がある。本実施形態では、モータ32の回生電流を利用して駆動回路351にて主電源部71を充電する場合でも、極力、満充電に近い状態まで充電可能とする。
In the marine
そのための構成として、本実施形態に係る船舶用配電システム7は、船体1に搭載され、モータ32に電力を供給する主電源部71と、モータ32の回生電流にて主電源部71を充電する駆動回路351と、を備える。駆動回路351は、主電源部71の充電電流の目標値と実測値との偏差から推定される主電源部71の電圧上昇値に基づいて、主電源部71の充電電流を制御する。すなわち、主電源部71の充電電流の目標値と実測値との偏差からは、主電源部71の電圧上昇値を推定できるので、当該電圧上昇値に基づいて、充電電流の最終目標値を算出することが可能である。
As a configuration for this purpose, the marine
この構成によれば、充電電流による主電源部71の電圧上昇分を加味して充電電流を制御できるので、主電源部71の過充電を回避しつつ満充電付近まで充電することが可能となる。結果的に、エンジン31及びモータ32を含む複数の動力源を有する船舶10において電源部(主電源部71)を効率的に充電可能である、という利点がある。
According to this configuration, the charging current can be controlled in consideration of the voltage rise of the main
図10は、船舶制御システム2のうち、モータ32の回生電流を利用して駆動回路351にて主電源部71を充電するための、駆動回路351の制御系の一例を示すブロック線図である。すなわち、図10に示すように、充電電流の目標値と実測値との偏差(目標値-実測値)が入力されることで、駆動回路351による主電源部71の充電電流の最終目標値が出力される。
FIG. 10 is a block diagram showing an example of a control system of the
具体的に、充電電流目標値算出のブロックB1では、主電源部71のセル電圧及びセル温度に基づいて、充電電流マップを参照して充電電流の目標値を算出する。この目標値と充電電流の実測値との偏差に対して、ゲインのブロックB2にてゲインをかけた値が、主電源部71の電圧上昇値の推定値に相当する。充電電流目標値算出のブロックB3では、このような電圧上昇値をセル電圧に加算した値と、セル温度とに基づいて、充電電流マップを参照して充電電流の目標値を算出する。このようにして充電電流目標値算出のブロックB3から出力される充電電流の目標値には、主電源部71の電圧上昇値の推定値が反映されている。
Specifically, in the charging current target value calculation block B<b>1 , a charging current map is referenced based on the cell voltage and cell temperature of the main
上記の制御において、主電源部71に実際に充電電流が流れ始めると、偏差が減少するため、推定される電圧上昇値は徐々に減少し、最終的にはゼロ(0)となる。このように制御することで、例えば、バッテリマネジメントシステムの通信周期が長い等で制御の応答性が悪くとも、主電源部71の過充電を回避しつつ満充電付近まで充電することが可能である。
In the above control, when the charging current actually starts to flow through the main
また、図10における制御系では、駆動回路351から見て、主電源部71と電気的に並列に接続された電気負荷があっても、その影響を取り除く制御(外部負荷キャンセル制御)が行われる。すなわち、積分制御器(PID制御器)からなる電流補償部B4においては、充電電流が目標とする充電電流量と一致するように積分制御を行う。例えば、駆動回路351に対して、第2電力変換部752(DC/ACコンバータ)が主電源部71と電気的に並列に接続されている場合、当該電気負荷(第2電力変換部752)での消費電流分を、電流補償部B4にて補償する。これにより、駆動回路351による主電源部71の充電電流の最終目標値においては、主電源部71と電気的に並列に接続された電気負荷での消費電流の影響が低減され、高速に満充電まで主電源部71を充電可能となる。
In addition, in the control system in FIG. 10, even if there is an electrical load electrically connected in parallel with the main
以上説明したように、本実施形態では、駆動回路351は、主電源部71の充電電流の目標値と実測値との偏差から推定される主電源部71の電圧上昇値に基づいて、主電源部71の充電電流を制御する。これにより、充電電流による主電源部71の電圧上昇分を加味して充電電流を制御できるので、主電源部71の過充電を回避しつつ満充電付近まで充電することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, the
また、本実施形態に係る船舶用配電システム7は、駆動回路351による主電源部71の充電電流に関して、主電源部71と電気的に並列に接続された電気負荷での消費電流分を補償する電流補償部B4を更に備える。これにより、主電源部71と電気的に並列に接続された電気負荷での消費電流の影響を避けて、高速に満充電まで主電源部71を充電可能となる。本実施形態では、電流補償部B4は、船舶制御システム2の一機能として設けられているが、これに限らず、例えば、駆動回路351に組み込まれる等、船舶用配電システム7の一要素に組み込まれてもよい。
Further, the marine
[5]変形例
以下、実施形態1の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
[5] Modifications Modifications of the first embodiment are listed below. Modifications described below can be applied in combination as appropriate.
本開示における船舶制御システム2は、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしての1以上のプロセッサ及び1以上のメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における船舶制御システム2としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。また、船舶制御システム2に含まれる一部又は全部の機能部は電子回路で構成されていてもよい。
The
また、船舶制御システム2の少なくとも一部の機能が、1つの筐体内に集約されていることは船舶制御システム2に必須の構成ではなく、船舶制御システム2の構成要素は、複数の筐体に分散して設けられていてもよい。反対に、実施形態1において、複数の装置(例えば船舶制御システム2及び操作装置5)に分散されている機能が、1つの筐体内に集約されていてもよい。
In addition, it is not an essential configuration of the
さらに、船舶制御システム2の少なくとも一部は、船体1に搭載されることに限らず、船体1とは別に設けられてもよい。一例として、船舶制御システム2が、船体1とは別に設けられたサーバ装置によって具現化される場合、サーバ装置と船体1(の通信装置)との間の通信により、船舶制御システム2による船舶10(船体1)の制御が可能となる。船舶制御システム2の少なくとも一部の機能がクラウド(クラウドコンピューティング)等によって実現されてもよい。
Furthermore, at least part of the
また、船舶10は、プレジャーボートに限らず、貨物船及び貨客船等を含む商船、タグボート及びサルベージ船等を含む作業船、気象観測船及び練習船等を含む特殊船、漁船、並びに艦艇等であってもよい。さらに、船舶10は、操縦者が搭乗する有人タイプに限らず、人(操縦者)が遠隔操作可能であるか、又は自律運航可能な無人タイプの船舶であってもよい。
In addition, the
また、エンジン31は、ディーゼルエンジンに限らず、例えば、ディーゼルエンジン以外のエンジンであってもよい。モータ32についても、交流モータに限らず、例えば、直流モータであってもよい。また、モータ32は、例えば、燃料電池又は太陽光発電装置等の発電装置から供給される電力により駆動されてもよい。
Also, the
また、船舶10は、船体1にエンジン31及びモータ32を含む複数の動力源を備えていればよく、例えば、エンジン31及びモータ32に加えて、第3動力源を有するなど、3つ以上の動力源を備えていてもよい。
In addition, the
また、操作部51は、操作レバーに限らず、例えば、足踏み式の操作ペダル、タッチパネル、キーボード又はポインティングデバイス等であってもよい。操作ペダルからなる操作部51であれば、踏み込み量が操作部51の操作量となる。さらに、操作部51は、音声入力、ジェスチャ入力又は他の端末からの操作信号の入力等の態様を採用してもよい。
Further, the
また、推進モードの切り替えをユーザ(操縦者)による切替操作に応じて行うことは必須ではない。例えば、船舶制御システム2のモード切替処理部21は、船体1の現在位置又は船速等の船体1の航行状況、又は主電源部71の残容量等に応じて、自動的に推進モードの切り替えを行ってもよい。
Moreover, it is not essential to switch the propulsion mode according to the switching operation by the user (pilot). For example, the mode
また、主電源部71は、リチウムイオンバッテリに限らず、補助電源部72についても、鉛蓄電池に限らない。そもそも主電源部71に関しては、充電可能な二次電池に限らず、燃料電池又は太陽光発電装置等の発電装置であってもよい。
Further, the main
また、切替部74の切り替えは、人(ユーザ)が手動で行う構成に限らず、例えば、船舶制御システム2からの制御信号により自動的になされてもよい。一例として、第3リレー763と連動する形で、切替部74の切り替えが行われてもよい。
Moreover, the switching of the switching
また、ハイブリッド推進モードにおいて、発電機37から供給される電力で補助電源部72を充電することは必須ではない。つまり、発電機37から供給される電力で補助電源部72を充電可能となるのは、エンジン推進モードのみであってもよい。
Moreover, in the hybrid propulsion mode, it is not essential to charge the auxiliary
1 船体
7 船舶用配電システム
10 船舶
31 エンジン
32 モータ
37 発電機
71 主電源部
72 補助電源部
73 受電部
74 切替部
77 電力供給部
351 駆動回路
751 第1電力変換部
752 第2電力変換部
B4 電流補償部
L1 船内負荷
Ps1 外部電源
1
Claims (9)
前記船体に搭載され、前記モータに電力を供給する主電源部と、
前記船体に搭載され、充電可能な補助電源部と、
前記船体の外部に存在する外部電源から電力の供給を受ける受電部と、
前記補助電源部への電力供給元を、前記主電源部と前記受電部との間で切り替える切替部と、を備える、
船舶用配電システム。 Used in ships with multiple power sources including engines and motors as power sources used for propulsion of the hull,
a main power supply unit mounted on the hull and supplying power to the motor;
a rechargeable auxiliary power supply mounted on the hull;
a power receiving unit that receives electric power from an external power source located outside the hull;
a switching unit that switches a power supply source to the auxiliary power supply unit between the main power supply unit and the power receiving unit;
Marine power distribution system.
直流電力を交流電力に変換する第2電力変換部と、を更に備え、
前記補助電源部は、前記第1電力変換部を介して前記切替部に電気的に接続され、
前記主電源部は、前記第2電力変換部を介して前記切替部に電気的に接続される、
請求項1に記載の船舶用配電システム。 a first power conversion unit that converts AC power to DC power;
A second power conversion unit that converts DC power to AC power,
The auxiliary power supply unit is electrically connected to the switching unit via the first power conversion unit,
The main power supply unit is electrically connected to the switching unit via the second power conversion unit,
A marine power distribution system according to claim 1 .
前記切替部は、前記電力供給部への電力供給元を、前記主電源部と前記受電部との間で切り替える、
請求項1又は2に記載の船舶用配電システム。 further comprising a power supply unit that supplies power to an onboard load provided in the hull;
The switching unit switches a source of power supply to the power supply unit between the main power supply unit and the power receiving unit.
The marine power distribution system according to claim 1 or 2.
前記補助電源部は、
前記モータ推進モードでは前記主電源部から供給される電力で充電され、
前記エンジン推進モードでは、前記主電源部と前記エンジンで発生する動力により駆動される発電機との少なくとも一方から供給される電力で充電される、
請求項1~3のいずれか1項に記載の船舶用配電システム。 The propulsion mode of the ship includes a motor propulsion mode in which the motor is used to propel the hull and an engine propulsion mode in which the engine is used to propel the hull,
The auxiliary power supply unit
In the motor propulsion mode, it is charged with power supplied from the main power supply unit,
In the engine propulsion mode, the battery is charged with electric power supplied from at least one of the main power supply unit and a generator driven by the power generated by the engine.
A marine power distribution system according to any one of claims 1 to 3.
前記補助電源部は、鉛蓄電池を含む、
請求項1~4のいずれか1項に記載の船舶用配電システム。 the main power supply includes a lithium ion battery,
The auxiliary power supply includes a lead-acid battery,
A marine power distribution system according to any one of claims 1 to 4.
前記駆動回路は、前記主電源部の充電電流の目標値と実測値との偏差から推定される前記主電源部の電圧上昇値に基づいて、前記主電源部の充電電流を制御する、
請求項1~5のいずれか1項に記載の船舶用配電システム。 further comprising a drive circuit for charging the main power supply unit with the regenerated current of the motor;
The drive circuit controls the charging current of the main power supply unit based on a voltage rise value of the main power supply unit estimated from a deviation between a target value and an actual measurement value of the charging current of the main power supply unit.
A marine power distribution system according to any one of claims 1 to 5.
請求項6に記載の船舶用配電システム。 Further comprising a current compensating unit that compensates for the current consumed by an electrical load electrically connected in parallel with the main power supply unit with respect to the charging current of the main power supply unit by the drive circuit,
7. A marine power distribution system according to claim 6.
前記船体に搭載され、前記モータに電力を供給する主電源部と、
前記モータの回生電流にて前記主電源部を充電する駆動回路と、を備え、
前記駆動回路は、前記主電源部の充電電流の目標値と実測値との偏差から推定される前記主電源部の電圧上昇値に基づいて、前記主電源部の充電電流を制御する、
船舶用配電システム。 Used in ships with multiple power sources including engines and motors as power sources used for propulsion of the hull,
a main power supply unit mounted on the hull and supplying power to the motor;
a driving circuit that charges the main power supply unit with the regenerated current of the motor,
The drive circuit controls the charging current of the main power supply unit based on a voltage rise value of the main power supply unit estimated from a deviation between a target value and an actual measurement value of the charging current of the main power supply unit.
Marine power distribution system.
前記船体と、を備える、
船舶。 A marine power distribution system according to any one of claims 1 to 8;
the hull;
vessel.
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