CN108602550B - 船舶的电力*** - Google Patents

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Abstract

船舶的电力***具有第一电力储存装置、第二电力储存装置以及控制***。第一电力储存装置的能量密度比第二电力储存装置大，第二电力储存装置的释能密度比第一电力储存装置大。控制***构成为：作为发电机用途，使第一电力储存装置比第二电力储存装置优先放电，以向与船内母线连接的船内电力负载连续地供给基础电力；作为***稳定化用途，使第二电力储存装置比第一电力储存装置优先充放电，以对船内电力***的频率或电压变动进行补偿。

Description

船舶的电力***
技术领域
本发明涉及船舶的电力***。
背景技术
搭载有二次电池来进行电推进的拖船等各种船舶被实用化。例如在专利文献1中公开了如下的船舶：对船舶的供电线设置电力储存装置，能够对推进用电动机和船内电力进行供电。最近，搭载锂离子电池作为二次电池，在停泊时或低速下的电推进时不需要启动发动机，在港口内实现了零排放的船舶被实用化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2009/0156068号说明书
发明内容
发明要解决的课题
在船舶航行时或作业时，存在临时性的船内电力负荷或螺旋桨推力负荷的大的变动，为了降低由该变动导致的发动机跳闸(trip)引起的停电或无法操纵船舶的风险、来自发动机的有害黑烟的排出，期望使用电力储存装置作为能量源，对负荷变动进行补偿。但是，关于这些用途，耗电量小，但需要大的功率，而二次电池的功率密度小，因此需要大型的电池，从船舶的搭载空间和成本的观点来看是不现实的。
因此，本发明的目的在于，在船舶的电力***中在船舶的有限的空间内兼顾电力储存装置对船内电力的供电和负荷变动补偿。
用于解决课题的手段
本发明的一个方式的船舶的电力***具有：第一电力储存装置，其设置在船内母线上；第二电力储存装置，其设置在所述船内母线上；以及控制***，其对所述第一电力储存装置和所述第二电力储存装置的充放电进行控制，所述第一电力储存装置的能量密度比所述第二电力储存装置大，所述第二电力储存装置的释能密度比所述第一电力储存装置大，其中，所述控制***构成为：作为发电机用途，使所述第一电力储存装置比所述第二电力储存装置优先放电，以向与所述船内母线连接的船内电力负载连续地供给基础电力；作为***稳定化用途，使所述第二电力储存装置比所述第一电力储存装置优先充放电，以对船内电力***的频率或电压变动进行补偿。
根据上述结构，通过能量密度大的第一电力储存装置向船内电力负载连续地供给基础电力、即旅馆负荷或一定速度下的航行中的推进用的电力，通过释能密度大的第二电力储存装置对船内电力***的频率或电压变动进行补偿。即根据上述不同的用途而区分使用优选的电力储存装置，由此即使是合计尺寸小的电力储存装置，也能够应用于船舶的电力***。
也可以是，所述船舶具有推进***，该推进***构成为在螺旋桨上连接有主机和推进用电动机或轴发电机或推进用电动发电机，所述控制***构成为：作为主机负荷变动补偿用途，为了降低所述主机的负荷变动，使所述第二电力储存装置比所述第一电力储存装置优先充放电，以调整所述推进用电动机或轴发电机或推进用电动发电机的驱动或发电电力。
根据上述结构，在推进***中，在主机的负荷变动时，能够通过使释能密度大的第二电力储存装置充放电，来调整推进用电动机或轴发电机或推进用电动发电机的驱动或发电电力，从而将主机的负荷变动适当地降低。
本发明的另一方式的船舶的电力***具有：第一电力储存装置，其设置在船内母线上；第二电力储存装置，其设置在所述船内母线上；以及控制***，其对所述第一电力储存装置和所述第二电力储存装置的充放电进行控制，所述第一电力储存装置的能量密度比所述第二电力储存装置大，所述第二电力储存装置的释能密度比所述第一电力储存装置大，其中，所述控制***在将所述第一电力储存装置和所述第二电力储存装置中的至少一个用于发电机用途和***稳定化用途中的至少一个用途时，获取与各所述用途中所需的充放电的电力量对应的第一规定值和与电力对应的第二规定值，在所述第一规定值比所述第二规定值大的情况下，使所述第一电力储存装置比所述第二电力储存装置优先充放电，在所述第二规定值比所述第一规定值大的情况下，使所述第二电力储存装置比所述第一电力储存装置优先充放电，所述发电机用途用于向与所述船内母线连接的船内电力负载连续地供给基础电力，所述***稳定化用途用于补偿船内电力***的频率或电压变动。
根据上述结构，根据各用途中所需的充放电的电力量和电力的大小而区分使用优选的电力储存装置，由此即使是合计尺寸小的电力储存装置，也能够应用于船舶的电力***。
也可以是，所述船舶具有推进***，该推进***构成为：在螺旋桨上连接有主机和推进用电动机或轴发电机或推进用电动发电机，所述控制***在将所述第一电力储存装置和所述第二电力储存装置中的至少一个用于所述发电机用途、所述***稳定化用途、以及主机负荷变动补偿用途中的至少一个用途时，获取与各所述用途中所需的充放电的电力量对应的第一规定值和与电力对应的第二规定值，在所述第一规定值比所述第二规定值大的情况下，使所述第一电力储存装置比所述第二电力储存装置优先充放电，在所述第二规定值比所述第一规定值大的情况下，使所述第二电力储存装置比所述第一电力储存装置优先充放电，所述主机负荷变动补偿用途用于调整所述推进用电动机或所述轴发电机或推进用电动发电机的驱动或发电电力，以降低所述主机的负荷变动。
也可以是，所述第一电力储存装置是二次电池，所述第二电力储存装置是电容器。通常，二次电池的充放电是化学反应，因此与电容器相比，能够利用的充放电循环次数少。根据上述结构，通过将功率密度比二次电池(第一电力储存装置)大的电容器(第二电力储存装置)用于充放电次数多的短时间的充放电用途，能够使整个电力***的寿命变长。
也可以是，上述船舶的电力***具有：主发电机，其与所述船内母线连接；以及第一电力转换器，其连接在所述船内母线与所述第一电力储存装置之间，所述控制***在所述发电机用途中，对所述第一电力转换器进行控制，以使所述第一电力储存装置能够单独或与所述主发电机并列地至少向所述船内电力负载供电，并且在所述主发电机上产生非预期的输出不足的情况下自动地从所述第一电力储存装置放电。
根据上述结构，除了发电中的主发电机以外还启动备用发电机，即使不进行怠速运转，也能够确保船内电力***的冗余性，从而降低燃料消耗和发电机的损耗。
也可以是，上述船舶的电力***具有：主发电机，其与所述船内母线连接；以及第二电力转换器，其连接在所述船内母线与所述第二电力储存装置之间，所述控制***在所述***稳定化用途中，对所述第二电力转换器进行控制，以使所述第二电力储存装置的充放电电力具有相对于频率或电压的衰减特性，并且频率变动或电压变动相对于有效电力变动的追随速度比频率变动或电压变动相对于所述主发电机或所述第一电力储存装置的有效电力变动的追随速度慢。
根据上述结构，通过利用衰减控制的特性，能够补偿船内电力负荷的变动，而不用对船内电力负荷的状态进行检测。
也可以是，上述船舶的电力***具有第二电力转换器，该第二电力转换器连接在所述船内母线与所述第二电力储存装置之间，所述控制***在所述***稳定化用途中，对所述船内电力负载的负荷变动进行检测，为了使该负荷变动变小，对所述第二电力转换器进行控制以调节第二电力储存装置的充放电电力。
根据上述结构，由于通过对电力负荷的变动进行检测而进行第二电力储存装置的充放电，因此能够积极地补偿船内电力负荷的变动。电力负荷的变动例如可以通过分别设置于电力负载和/或电力源的电力计来直接检测，也可以根据电力***的频率或电压变动来估计。
也可以是，所述控制***在所述主机负荷变动补偿用途中，对所述主机的负荷变动进行检测，并为了减小该负荷变动，对所述第二电力转换器进行控制以调整所述第二电力储存装置的充放电电力。
根据上述结构，由于通过对主机的负荷变动进行检测而进行第二电力储存装置的充放电，因此能够积极地补偿主机的负荷变动。例如主机的负荷变动可以直接检测，也可以根据主机的转速变动等来估计。
另外，所述第一电力储存装置或第二电力储存装置也可以经由独立的电力转换器与所述船舶的交流母线连接。
另外，所述第一电力储存装置或第二电力储存装置也可以经由独立的电力转换器与所述船舶的直流母线连接。
除此之外，也可以是，所述船舶具有用于驱动电动发电机或电动机的电力转换器，所述第一电力储存装置或所述第二电力储存装置与所述电力转换器的直流部经由独立的电力转换器连接。
发明效果
根据本发明，在船舶的电力***中，能够在船舶的有限的空间内兼顾电力储存装置对船内电力的供给和急剧的负荷变动的补偿。
参照附图并通过以下对优选实施方式的详细的说明，本发明的上述目的、其他目的、特征、以及优点将会变得更加清楚。
附图说明
图1是概略性地示出具有第一实施方式的船舶电力***的船舶的结构的图。
图2是示意性地示出船舶中的船内电力负荷和主机负荷的经时变化的曲线图。
图3是示出图1的控制***的结构的框图。
图3A是示出第一实施方式的变形例的控制***的结构的框图。
图4是控制***中用于对各电力储存装置进行衰减(droop)控制的衰减特性线。
图5是示出第二实施方式的船舶电力***中的控制***的结构的框图。
图6是示出第一电力储存装置与第二电力储存装置的性能极限的曲线图。
图7是概略性地示出具有第一变形例的船舶电力***的船舶的结构的图。
图8是概略性地示出具有第二变形例的船舶电力***的船舶的结构的图。
图9是概略性地示出具有上述船舶电力***的其他船舶的结构的图。
图10是概略性地示出具有上述船舶电力***的其他船舶的结构的图。
图11是概略性地示出具有上述船舶电力***的其他船舶的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下，对在所有的附图中相同或相应的要素标注相同的标号而省略重复的说明。
(第一实施方式)
图1是概略性地示出具有第一实施方式的船舶的电力***100的船舶的结构的图。如图1所示，在船舶300中，在交流的船内母线50上连接有主发电机40、第一电力储存装置10、第二电力储存装置20、船内负载60、船舶300的推进***200，其中，是经由第一电力转换器21连接第一电力储存装置10、经由第二电力转换器22连接第二电力储存装置20。
这里，船舶300的推进***(以下简称为推进***)200的结构依赖于船舶的种类而不同。作为搭载有本发明的船舶300的电力***(以下简称为电力***)100的船舶300的典型例，举出了混合动力船、电推进船、轴发电机搭载机械推进船以及机械推进船。本实施方式的船舶300是混合动力船。推进***200具有作为螺旋桨90的主驱动源的主机70、作为螺旋桨90的辅助驱动源的电动发电机80、第三电力转换器23以及第四电力转换器24。电动发电机80与主机70机械连接，并经由减速装置(未图示)与螺旋桨90机械连接。另外，电动发电机80与第四电力转换器24电连接，第四电力转换器24经由直流中间部51与第三电力转换器23连接。第三电力转换器23与船内母线50连接。在混合动力船中，电动发电机80从与船内母线50连接的主发电机40经由第三电力转换器23和第四电力转换器24接收电力而产生驱动力，并通过将该驱动力提供给螺旋桨90来辅助主机70对螺旋桨90的驱动。另外，电动发电机80从主机70接收动力而发电，并通过将该动力经由第四电力转换器24和第三电力转换器23提供给船内母线50，来辅助主发电机40对船内母线的供电。或者，也可以停止主发电机40，将电动发电机80作为主要的电力源。
混合动力船中的推进***200通常具有电推进模式、推进施力模式、机械推进模式、以及轴发模式这四个动作模式。电推进模式是使电动发电机80作为电动机进行动作从而借助电推进力来驱动螺旋桨90的动作模式。推进施力模式是使电动发电机80作为电动机进行动作来辅助主机70的推力的动作模式。机械推进模式是停止电动发电机80的动作而仅利用主机70的推力来驱动螺旋桨90的动作模式。轴发模式是使电动发电机80作为轴发电机进行动作来辅助主发电机40的电力，并借助主机70的推力来驱动螺旋桨90的动作模式。或者，也可以停止主发电机40。换言之，电推进模式下的动作相当于电推进船的推进***的动作。机械推进模式下的动作相当于机械推进船的推进***的动作。轴发模式下的动作相当于轴发电机搭载机械推进船的推进***的动作。
主发电机40是向推进用电动发电机80和船舶的船内负载60提供电力的主要的电力源，可以设置多个。主发电机40通常提供在航海中用于船舶300的推进的电动机或电动发电机的电力和在船舶300内使用的电力。若该电力的变动非常大，则有可能因发动机跳闸而切断来自主发电机40的供电。
电力***100作为辅助电源而经由船内母线50与推进用电动发电机80和船舶的船内负载60连接，在停泊过程中或港口附近的低速航行时，能够作为向船内提供电力的唯一电力源而进行动作。由此，能够实现港口中的零排放。另外，在上述那样的电力负荷变动大的情况下，为了防止发动机跳闸，进行负荷变动的补偿。此时，电力***100适当地对主发电机40进行辅助而将电力提供给负载60，或者，从主发电机40接收电力而进行储存。船内负载60是耗电的设备，设置有多个。该船内负载60分别与船内母线50连接。船内负载60例如包含船舶的照明/空调等旅馆负载(hotel loads)等连续地进行动作的设备、卷扬机、主机70、发动机启动马达等短时间内进行动作的装置。这里，将连续地进行动作的设备引起的稳定的耗电称为基础电力。另外，推力器负荷由于在港口附近的低速航行时几乎不变动，因此可以认为包含在基础电力中，但在作业时或恶劣天气时会大幅变动。
电力***100具有第一电力储存装置10、第二电力储存装置20、第一电力转换器21、第二电力转换器22以及控制***30。第一电力储存装置10的能量密度比第二电力储存装置20大，第二电力储存装置20的释能密度比第一电力储存装置10大。在本实施方式中，第一电力储存装置10是二次电池，第二电力储存装置20是电容器。二次电池是经由化学反应蓄积电荷，并经由逆反应释放所蓄积的电荷的大容量型蓄电设备。作为二次电池，例如使用锂离子电池、镍氢电池以及铅蓄电池。电容器是直接(不经由反应)蓄积电荷，并直接释放所蓄积的电荷的高输出型蓄电设备。作为电容器，例如使用锂离子电容器、双电层电容器、纳米混合电容器、碳纳米管电容器。
通常，二次电池的充放电是化学反应，因此与电容器相比，能够利用的充放电循环数少。因此，通过将功率密度比二次电池(第一电力储存装置)大的电容器(第二电力储存装置)用于充放电循环数多的短时间的充放电用途，能够使整个电力***100的寿命变长。
控制***30由运算装置构成，构成为对主发电机40进行控制并且根据电力***100的用途对第一电力储存装置10和第二电力储存装置20的充放电进行控制。控制***30构成为：作为发电机用途，使第一电力储存装置10比第二电力储存装置20优先放电，以向船内电力负载60连续地供给基础电力；作为***稳定化用途，使第二电力储存装置20比第一电力储存装置10优先充放电，以在交流的情况下使船内电力***对频率变动进行补偿、或者在直流的情况下使船内电力***对电压变动进行补偿。而且，构成为：作为主机负荷变动补偿，为了降低主机70的负荷变动，使第二电力储存装置20比第一电力储存装置10优先充放电，以调整推进用电动发电机80(或电动机或轴发电机)的驱动或发电电力。
图2是示意性地示出船舶中的典型的船内电力负荷和主机的推进负荷的经时变化的曲线图。如图2的上段所示，在船舶300在港口待命的情况下，由于仅使用所需的最小限度的船内负荷，因此所需的基础电力(A)小，但由于待命时间长，因此所需的电力量大。因此，作为发电机用途，使用高能量密度的第一电力储存装置10。另一方面，在船舶300进行使用了推力器/卷扬机等的伴随负荷变动的作业的情况下，负荷变动补偿所需的电力(B)比基础电力(A)大。因此，作为***电力稳定化用途，使用高功率密度的第二电力储存装置20。
如图2的下段所示，在船舶300在港口附近以电推进模式进行低速推进的情况下，由于仅使用所需的最小限度的推进负荷，因此所需的基础电力(A)小，但由于在港口附近的停泊时间长，因此所需的电力量大。作为一例，若假定混合动力方式的拖船，则停泊时的电力为50kW左右，停泊一夜的情况下的电力量为400kWh左右。因此，作为发电机用途，使用高能量密度的第一电力储存装置10。另一方面，在船舶300在恶劣天气环境下通过主机70以机械推进模式进行高速推进的情况下，负荷变动补偿所需的电力(B)比发电机用途所需的电力(A)大。在上述拖船中，用于负荷变动补偿的最大电力在充电和放电时分别为1000kW左右，但如图2所示，由于在一个周期内交替反复进行充电和放电，因此耗电量仅是由电力转换器等引起的损失量。因此，作为主机负荷变动补偿用途，使用高功率密度的第二电力储存装置20。这样，作为发电机用途，使用高能量密度的第一电力储存装置10，作为***电力稳定化用途和主机负荷变动补偿用途，使用高功率密度的第二电力储存装置20，由此能够使电力储存装置的合计尺寸变小。
例如，作为第一电力储存装置10，能够使用能量密度为0.1kWh/kg，功率密度为0.1kW/kg的二次电池，作为第二电力储存装置20，能够使用能量密度为0.01kWh/kg，功率密度为1kW/kg的电容器。在仅用二次电池满足上述运用条件(电力量400kWh，电力1000kW)的情况下，需要准备二次电池10t(输出1000kW)。另一方面，在通过二次电池与电容器的组合满足上述运用条件的情况下，只要准备二次电池4t(容量400kWh)，电容器1t(输出1000kW)即可，合计重量为仅使用二次电池的情况下的一半即5t。
接下来，使用图3的框图对控制***30的结构进行说明。如图3所示，控制***30具有第一衰减控制部31、第二衰减控制部32、第三衰减控制部33、运转状态切换部34、第一电力指令部351、第二电力指令部352以及第三电力指令部353。这些各部是通过在运算装置中执行程序来实现的功能。另外，第一衰减控制部31、第二衰减控制部32、第三衰减控制部33的功能也可以分别包含在第一电力转换器21的运算装置、第二电力转换器22的运算装置、主发电机40的发动机控制装置的程序中。另外，第一电力指令部351、第二电力指令部352、第三电力指令部353的功能也可以包含在管理船舶的电力供需的功率管理***的程序中、或者也可以包含在保存有运转状态切换部34的控制装置的程序中。
运转状态切换部34根据操作台38的操作信息对船舶300的运转状态进行切换。运转状态切换部34例如根据如下的操作信息来选择推进***200的动作模式，使推进***200的构成设备启动/停止，所述操作信息从设置于操作台38的杆输入且表示杆的位置。另外，主发电机40可以被运转状态切换部34启动/停止，也可以被功率管理***启动/停止。
第一衰减控制部31对第一电力转换器21进行控制，以在发电机用途中，使第一电力储存装置10能够单独或与主发电机40并列地至少向船内电力负载60供电，在主发电机40产生非预期的输出不足的情况下，自动地从第一电力储存装置10放电。通常，通过衰减控制来控制的主发电机即使不接收来自外部的切换信号，也能够自动切换独立运转和与其他主发电机等电力源的并列运转。第一衰减控制部31的动作也与该主发电机同样地即使不接收来自外部的切换信号，也能够自动切换独立运转和与其他主发电机/电力储存装置等电力源的并列运转。
以下，以***为交流的情况为例对第一衰减控制部31的具体控制进行说明。图4是控制***30中为了对电力储存装置进行衰减控制而使用的衰减特性线。如图4所示，衰减特性是有效电力(发电时为正)与***频率之间的关系，设定为有效电力越大则***频率越低。衰减率定义为额定负载时的频率与无负载时的频率的差除以额定频率而得的值。通常，衰减率在各电力源中被设定为相同的值，但也可以根据需要而设定为不同的值。
第一衰减控制部31检测有效电力，并根据衰减特性来求出频率目标值。第一电力转换器21的运算装置根据频率目标值来计算电压或电流目标值，并对第一电力转换器21进行电压控制或电流控制。频率变动相对于负荷变动的追随速度期望被设定为与主发电机相等。具体而言，可以对主发电机的摇摆方程式等动态模型进行模拟，也可以对频率目标值施加低通滤波。
第一电力指令部351、第二电力指令部352、第三电力指令部353通过分别使第一衰减控制部31、第二衰减控制部32、第三衰减控制部33的衰减特性线上升/下降，来指令向船内电力负载60的各装置的电力分配。或者也可以对额定频率指令衰减特性线所示的有效电力的值。由于第一电力转换器21被进行衰减控制，因此电力储存装置10能够通过独立运转向船内电力负载60的全部提供电力、也能够与主发电机40进行协作，分担船内电力负载60的一部分而提供电力。
或者，第一电力储存装置10也可以作为备用发电机的替代物来使用。此时，第三电力指令部353和第一电力指令部351以使主发电机在图4的(A)的(a)点进行动作，使第一电力转换器21在(b)点进行动作的方式设定衰减特性。即，在主发电机40正常地进行动作的情况下，主发电机40承担所有的负荷。在主发电机40跳闸的情况下，如图4的(A)所示，第一电力储存装置10承担所有的负荷，动作点沿箭头收敛在(c)点。虽然频率降低了，但不会引起停电而持续向船内负载60提供电力。接下来，如图4的(B)所示，例如当船内负载60增加时，主发电机40和第一电力转换器21的动作点分别从图4的(B)的(a)点和(b)点沿箭头收敛在(e)点和(d)点。由此，第一电力储存装置10暂时放电。然后，通过功率管理功能，第三电力指令部353像图4的(C)所示那样，调节主发电机40的衰减特性。由此，主发电机40和第一电力转换器21的动作点为(g)点和(f)点。再次向船内负载60提供的电力专门从主发电机40提供。因放电而减少的剩余容量只要在航行中或靠岸时的适当时机进行充电即可。这样，作为发电机用途，对第一电力转换器21进行衰减控制，由此具有备用发电机，即使不进行怠速运转，也能够通过第一电力储存装置10来确保船内电力***的冗余性，从而降低燃料消耗和主发电机40的损耗。
第二衰减控制部32作为***稳定化用途，对第二电力转换器22进行控制，以使第二电力储存装置20的充放电电力具有相对于***频率的衰减特性，并且频率变动相对于船内电力负载60的负荷变动的追随速度比主发电机40或第一电力储存装置10慢。
第二衰减控制部32检测有效电力，并根据衰减特性来求出频率目标值。第二电力转换器22的运算装置根据频率目标值来计算电压或电流目标值，并对第二电力转换器22进行电压控制或电流控制。频率变动相对于负荷变动的追随速度被设定为比主发电机40或其他第一电力储存装置10慢。具体而言，可以对惯性更大的发电机的摇摆方程式等动态模型进行模拟，也可以对频率目标值施加时间常数更大的低通滤波。
在图4的(D)中示出第三电力指令部353和第二电力指令部352的动作。通常，主发电机40在(a)点进行动作，第二电力转换器22在(b)点进行动作。在因船内负载60的接通(使用推力器/卷扬机等)而存在阶梯状的负荷变动的情况下，由于该负荷变动，第二电力转换器22的频率变动得比其他电力源慢。另一方面，从电力***的性质来看，电力负荷与发电量的总和相同，在整个***中频率是相同的，因此主发电机40和第二电力转换器22的动作点分别移动到(i)点和(h)点，之后缓慢地分别收敛在(e)点和(d)点。因此，第二电力转换器22暂时承担负荷变动的大部分，从而能够抑制主发电机40的负荷变动。
第三衰减控制部33对有效电力进行检测，并根据衰减特性来求出频率目标值，进行主发电机40的原动机(发动机/涡轮机等)的转速控制。频率变动相对于负荷变动的追随速度由发电机的惯性等机械特性确定。
根据本实施方式，通过能量密度大的第一电力储存装置10向船内电力负载60连续地供给基础电力，通过释能密度大的第二电力储存装置20对船内电力***的频率或电压变动进行补偿。另外，在主机70的负荷变动时，能够通过使释能密度大的第二电力储存装置20充放电来调整推进用电动发电机80的驱动或发电电力，从而将主机70的负荷变动适当地降低。即，根据上述用途而区分使用优选的电力储存装置，由此即使是合计尺寸小的电力储存装置，也能够应用于船舶的电力***100。
另外，在本实施方式中，第一电力转换器21和第二电力转换器22被进行衰减控制，但不限于这样的结构。图3A是示出第一实施方式的变形例的控制***的结构的框图。如图3A所示，在本变形例中，控制***30具有恒压恒频控制部360和第一电力控制部361来代替第一衰减控制部31，具有第二电力控制部362来代替第二衰减控制部32。而且，第一电力转换器21构成为能够瞬间切换恒压恒频控制和电力控制，第二电力转换器22被进行电力控制。在该结构中，控制***30检测有无在相同的母线上运转的其他电力源，如果任何电力源均未运转，则指令第一电力转换器21进行恒压恒频控制，如果运转，则使第一电力转换器21进行电力控制，而指令第一电力储存装置10所分担的电力。
(第二实施方式)
接下来，对第二实施方式进行说明。具有本实施方式的电力***的船舶的结构与第一实施方式相同。以下，省略对与第一实施方式共同的结构的说明，仅对不同的结构进行说明。
图5是示出第二实施方式的船舶的电力***中的控制***的结构的框图。如图5所示，与第一实施方式相比，在控制***30A还具有船内负荷变动检测部36和主机负荷变动检测部37，代替第二衰减控制部32而通过电力控制部32A对第二电力转换器22进行电力控制的方面不同。
船内负荷变动检测部36对船内电力负载60的负荷变动进行检测。电力控制部32A作为***稳定化用途，对第二电力转换器22进行电力控制，以调节第二电力储存装置20的充放电电力，使得船内负荷变动检测部36所检测的负荷变动变小。电力负荷的变动可以通过分别设置于电力负载和/或电力源的电力计来直接检测，也可以根据电力***的频率或电压变动来进行估计。或者/以及，船内负荷变动检测部36对发动机启动马达等短时间内进行动作的船内电力负载60的启动或停止信号进行检测，电力控制部32A对第二电力转换器22进行控制，以在进行这些检测时从第二电力储存装置20放电。根据上述结构，由于通过对电力负荷的变动进行检测而进行第二电力储存装置20的充放电，因此能够积极地补偿船内电力负载60的变动。
主机负荷变动检测部37从推进***200检测主机的负荷变动。电力控制部32A对第二电力转换器22进行控制，以调整第二电力储存装置20的充放电电力，使得主机负荷变动检测部37所检测的负荷变动变小。这里，主机负荷变动检测部37直接检测主机的负荷变动或者根据主机转速等来估计主机的负荷变动。根据上述结构，由于通过对主机的负荷变动进行检测而进行第二电力储存装置20的充放电，因此能够积极地补偿主机的负荷变动。
(第三实施方式)
接下来，对第三实施方式进行说明。具有本实施方式的电力***的船舶的结构与第一实施方式相同。以下，省略对与第一实施方式共同的结构的说明，仅对不同的结构进行说明。
本实施方式的控制***与第一实施方式相比，在将第一电力储存装置10和第二电力储存装置20中的任意方用于上述发电机用途、***稳定化用途、以及主机负荷变动补偿用途中的至少一个用途这一点上是共同的。本实施方式的控制***获取与各用途中所需的充放电的电力量对应的第一规定值和与电力对应的第二规定值，在第一规定值比第二规定值大的情况下，使第一电力储存装置10比第二电力储存装置20优先充放电，在第二规定值比第一规定值大的情况下，使第二电力储存装置20比第一电力储存装置10优先充放电，这一点上与第一实施方式不同。例如，关于第一规定值，使0kWh～第一电力储存装置的容量(如果是上述的例子则为400kWh)对应于0～1，关于第二规定值，使0kW～第二电力储存装置的输出(如果是上述的例子则为1000kW)对应于0～1。
另外，要想求出某种用途所需的电力量，需要求出该用途持续的时间，但也可以由船员明确给出时间信息，例如在停泊时输入停泊预定时间等，也可以使用学习技术对当前的充放电电力量和设备的使用状况与船舶的过去的运用历史进行对照，来估计运用时间。
图6是示出第一电力储存装置和第二电力储存装置的性能极限的曲线图。纵轴表示第一规定值，横轴表示第二规定值。控制***根据各用途所需的充放电电力量来计算第一规定值，根据电力来计算第二规定值。由于区域A是第一规定值超过了第二电力储存装置的性能极限的区域，因此由第一电力储存装置进行动作。由于区域D是第二规定值超过了第一电力储存装置的性能极限的区域，因此由第二电力储存装置进行动作。
区域B和区域C是能够使用两个储存装置的区域。因此，对与充放电电力量对应的第一规定值和与电力对应的第二规定值进行比较。在第一规定值比第二规定值大的情况下，使第一电力储存装置10比第二电力储存装置20优先充放电(区域B)。在第二规定值比第一规定值大的情况下，使第二电力储存装置20比第一电力储存装置10优先充放电(区域C)。
这样，针对各用途根据电力量和电力的大小而区分使用优选的电力储存装置，由此，即使是合计尺寸小的电力储存装置，也能够应用于船舶的电力***。
另外，在本实施方式中，也可以将第一电力储存装置10和第二电力储存装置20中的至少一个用于上述发电机用途和上述***稳定化用途中的至少一个用途。在该情况下，也获取与各用途中所需的充放电的电力量对应的第一规定值和与电力对应的第二规定值，在第一规定值比第二规定值大的情况下，使第一电力储存装置10比第二电力储存装置20优先充放电，在第二规定值比第一规定值大的情况下，使第二电力储存装置20比第一电力储存装置10优先充放电。
(变形例)
另外，在上述各实施方式中，第一电力储存装置10和第二电力储存装置20经由独立的电力转换器与交流的船内母线50连接(参照图1)，但不限于这样的结构。也可以经由共同的电力转换器连接，也可以经由独立的电力转换器与为了驱动电动发电机或电动机而设置的电力转换器的直流部连接。图7是概略性地示出具有变形例(A)(B)(C)(D)(F)(G)的船舶电力***的船舶的结构的图。另外，在图7中，由于虚线所包围的(A)(B)(C)(D)(F)(G)对应于各变形例，因此只要具有虚线所包围的(A)(B)(C)(D)(F)(G)所示的结构中的任意一个即可，也可以具有多个。如图7所示，第一电力储存装置10A、10C、10D和第二电力储存装置20B、20C、20D经由独立的电力转换器21A、22B、21C、22C、21D、22D与交流的船内母线50连接。另外，第一电力储存装置10B、10F、10G和第二电力储存装置20A、20F、20G经由独立的电力转换器22A、21B、21F、22F、21G、22G与为了驱动电动发电机80而设置的第三电力转换器23和第四电力转换器24的直流中间部51连接。
另外，第一电力储存装置和第二电力储存装置也可以经由独立的电力转换器与直流的船内母线连接。图8是概略性地示出具有变形例(H)(I)的船舶电力***的船舶的结构的图。另外，在图8中，由于框(H)(I)对应于各变形例，因此实际上只要具有框(H)(I)所示的结构中的任意一个即可，也可以具有多个。如图8所示，第一电力储存装置10H、10I和第二电力储存装置20H、20I经由独立的电力转换器21H、22H、21I、22I与直流的船内母线52连接。另外，主发电机40经由第0电力转换器25与直流的船内母线52连接。
在图8的结构中，也可以是，第0电力转换器25、第一电力转换器21H被控制器(未图示)进行衰减控制，第二电力转换器22H被进行衰减控制或电力控制。在这种情况下，衰减特性是有效电力与直流电压之间的关系，被设定为有效电力越大则直流电压越低。衰减率被定义为额定负载时的直流电压与无负载时的直流电压的差除以额定直流电压而得的值，通常，在各电力源中被定为相同的值，但也可以根据需要而设定为不同的值。第0电力转换器25、第一电力转换器21H检测有效电力，并根据衰减特性来确定直流电压目标值，通过电压控制进行动作。电压变动相对于负荷变动的追随速度期望在两个电力转换器中被设定为相同。关于***的动作，是在图4的(A)～图4的(C)中将图中的频率替换成电压而得的，因此省略详细的说明。
另外，在图8的结构中，也可以是，第0电力转换器25被附属的控制器(未图示)进行衰减控制，第一电力转换器21H、21I构成为能够瞬间切换恒压控制和电力控制，第二电力转换器22H、22I被进行电力控制。控制***检测有无在相同的母线上运转的其他电力源，如果任何电力源均未运转，则指令第一电力转换器21H、21I进行恒压控制，如果运转，则使第一电力转换器21H、21I进行电力控制，而指令第一电力储存装置10H、10I所分担的电力。
(其他实施方式)
另外，上述各实施方式的船舶300采用混合动力船，但也可以是电推进船、轴发电机搭载机械推进船以及机械推进船中的任意一个。图9～图11是概略性地示出具有上述船舶的电力***100的其他船舶的结构的图。这里，控制***30也构成为：作为发电机用途，使第一电力储存装置比第二电力储存装置20优先放电，作为***稳定化用途，使第二电力储存装置20比第一电力储存装置10优先充放电。图9的船舶300是轴发电机搭载机械推进船。轴发电机搭载机械推进船的推进***200A是轴发电推进***。轴发电推进***构成为：使轴发电机81进行动作来辅助主发电机40的电力，并借助主机70的推力来驱动螺旋桨90。或者，也可以停止主发电机40。在图9中，控制***30构成为：作为主机负荷变动补偿用途，为了降低主机70的负荷变动，使第二电力储存装置20比第一电力储存装置10优先充放电以调整轴发电机81的发电力。
另外，图10是船舶300是机械推进船。机械推进船的推进***200B是机械推进***。机械推进***构成为：主机70与主发电机40是独立的，仅利用主机70的推力来驱动螺旋桨90。另外，图11的船舶300是电推进船。电推进船的推进***200C构成为使推进用的电动机82进行动作从而借助电推进力来驱动螺旋桨90。在图11中，控制***30构成为：作为主机负荷变动补偿用途，为了降低主机的负荷变动，使第二电力储存装置20比第一电力储存装置10优先充放电以调整推进用电动机82的驱动。能够根据图9～图11的推进***200A～200C的形态而应用上述各实施方式和各变形例。
根据上述说明可知，对于本领域的技术人员而言，本发明的许多改良及其他实施方式是显而易见的。因此，上述说明仅应解释为例示，是为了对本领域的技术人员指导施行本发明的优选的实施方式而提供的。在不脱离本发明的主旨的范围内，能够将其构造和功能中的一方或双方的详细情况实质性地变更。
产业上的可利用性
本发明在作为船舶的辅助电源而使用的电力***中是有用的。
标号说明
10：第一电力储存装置；20：第二电力储存装置；21：第一电力转换器；22：第二电力转换器；23：第三电力转换器；24：第四电力转换器；25：第0电力转换器；30：控制***；31：第一衰减控制部；32：第二衰减控制部；32A：电力控制部；33：第三衰减控制部；34：运转状态切换部；36：船内负荷变动检测部；37：主机负荷变动检测部；38：操作台；40：主发电机；50：船内母线(交流)；51：直流中间部；52：船内母线(直流)；60：船内电力负载；70：主机；80：推进用电动发电机；81：轴发电机；82：推进用电动机；90：螺旋桨；100、100A、100B：电力***；200、200A、200B、200C：推进***；300：船舶；351：第一电力指令部；352：第二电力指令部；353：第三电力指令部；360：恒压恒频控制部；361：第一电力控制部；362：第二电力控制部。

Claims (9)

1.一种船舶的电力***，其具有：第一电力储存装置，其设置在船内母线上；第二电力储存装置，其设置在所述船内母线上；以及控制***，其对所述第一电力储存装置和所述第二电力储存装置的充放电进行控制，所述第一电力储存装置的能量密度比所述第二电力储存装置大，所述第二电力储存装置的释能密度比所述第一电力储存装置大，其中，
所述控制***在将所述第一电力储存装置和所述第二电力储存装置中的至少一个用于发电机用途和***稳定化用途中的至少一个用途时，根据预先输入的各用途的持续时间或使用学习技术估计出的各用途的运用时间，计算各用途所需的电力量，对各所述用途中所需的充放电的电力量和电力在0到1的范围内进行归一化，其中，在对所述电力量进行归一化时，所述0到1的范围对应于0kWh～所述第一电力储存装置的容量的范围，在对所述电力进行归一化时，所述0到1的范围对应于0kW～所述第二电力储存装置的输出的范围，在所述归一化后的电力量比所述归一化后的电力大的情况下，使所述第一电力储存装置比所述第二电力储存装置优先充放电，在所述归一化后的电力比所述归一化后的电力量大的情况下，使所述第二电力储存装置比所述第一电力储存装置优先充放电，所述发电机用途用于向与所述船内母线连接的船内电力负载连续地供给基础电力，所述***稳定化用途用于补偿船内电力***的频率或电压变动。
2.根据权利要求1所述的船舶的电力***，其中，
所述船舶具有推进***，该推进***构成为：在螺旋桨上连接有主机和推进用电动机或轴发电机或推进用电动发电机，
所述控制***在将所述第一电力储存装置和所述第二电力储存装置中的至少一个用于所述发电机用途、所述***稳定化用途、以及主机负荷变动补偿用途中的至少一个用途时，根据预先输入的各用途的持续时间或使用学习技术估计出的各用途的运用时间，计算各用途所需的电力量，对各所述用途中所需的充放电的电力量和电力在0到1的范围内进行归一化，其中，在对所述电力量进行归一化时，所述0到1的范围对应于0kWh～所述第一电力储存装置的容量的范围，在对所述电力进行归一化时，所述0到1的范围对应于0kW～所述第二电力储存装置的输出的范围，在所述归一化后的电力量比所述归一化后的电力大的情况下，使所述第一电力储存装置比所述第二电力储存装置优先充放电，在所述归一化后的电力比所述归一化后的电力量大的情况下，使所述第二电力储存装置比所述第一电力储存装置优先充放电，所述主机负荷变动补偿用途用于调整所述推进用电动机或所述轴发电机或推进用电动发电机的驱动或发电电力，以降低所述主机的负荷变动。
3.根据权利要求1或2所述的船舶的电力***，其中，
所述第一电力储存装置是二次电池，所述第二电力储存装置是电容器。
4. 根据权利要求1或2所述的船舶的电力***，其具有：
主发电机，其与所述船内母线连接；以及
第一电力转换器，其连接在所述船内母线与所述第一电力储存装置之间，
所述控制***在所述发电机用途中，对所述第一电力转换器进行控制，以使所述第一电力储存装置能够单独或与所述主发电机并列地至少向所述船内电力负载供电，并且在所述主发电机上产生非预期的输出不足的情况下自动地从所述第一电力储存装置放电。
5. 根据权利要求1或2所述的船舶的电力***，其具有：
主发电机，其与所述船内母线连接；以及
第二电力转换器，其连接在所述船内母线与所述第二电力储存装置之间，
所述控制***在所述***稳定化用途中，对所述第二电力转换器进行控制，以使所述第二电力储存装置的充放电电力具有相对于频率或电压的衰减特性，并且频率变动或电压变动相对于有效电力变动的追随速度比频率变动或电压变动相对于所述主发电机或所述第一电力储存装置的有效电力变动的追随速度慢。
6.根据权利要求1或2所述的船舶的电力***，其中，
该电力***具有第二电力转换器，该第二电力转换器连接在所述船内母线与所述第二电力储存装置之间，
所述控制***在所述***稳定化用途中，对所述船内电力负载的负荷变动进行检测，并为了减小该负荷变动，对所述第二电力转换器进行控制以调节第二电力储存装置的充放电电力。
7.根据权利要求1或2所述的船舶的电力***，其中，
所述第一电力储存装置或所述第二电力储存装置经由独立的电力转换器与所述船舶的交流母线连接。
8.根据权利要求1或2所述的船舶的电力***，其中，
所述第一电力储存装置或所述第二电力储存装置经由独立的电力转换器与所述船舶的直流母线连接。
9.根据权利要求1或2所述的船舶的电力***，其中，
所述船舶具有用于驱动电动发电机或电动机的第三电力转换器和第四电力转换器，
所述第一电力储存装置或所述第二电力储存装置与所述第三电力转换器和第四电力转换器的直流部经由独立的第一电力转换器和第二电力转换器而连接。
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