特開 2022-117964 バイパスおよび安全モードを備えた舶用電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022117964

(43)【公開日】2022-08-12

(54)【発明の名称】バイパスおよび安全モードを備えた舶用電池システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20220804BHJP

   H02H 7/18 20060101ALI20220804BHJP

   B63J 99/00 20090101ALI20220804BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 S

H02J7/00 P

H02J7/00 302C

H02H7/18

B63J99/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022011454

(22)【出願日】2022-01-28

(31)【優先権主張番号】17/164,457

(32)【優先日】2021-02-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】519374287

【氏名又は名称】ブランズウィック コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100202751

【弁理士】

【氏名又は名称】岩堀 明代

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(74)【代理人】

【識別番号】100191086

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 香元

(72)【発明者】

【氏名】スティーブン ジェイ．ゴンリング

【テーマコード（参考）】

5G053

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G053AA01

5G053AA08

5G053AA14

5G053BA01

5G053BA04

5G053BA06

5G053CA08

5G053EC01

5G503BA03

5G503DA02

5G503EA08

5G503FA06

5G503FA16

5G503FA17

5G503FA18

5G503FA19

5G503GD02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】船舶のための電力貯蔵システムおよｂ方法を提供する。
【解決手段】船舶１００の電力貯蔵システム１１２は、船舶負荷にエネルギーを供給する舶用電池システム（充電式電池システム１１４Ａ～１１４Ｃ）を備える。各舶用電池システムは、電池１２０Ａ～１２０Ｃと、舶用電池システムを接続状態、切断状態又はバイパス状態のうちの１つで動作させる３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃと、、舶用電池システムの夫々に結合された監視制御装置１３０と、を備える。監視制御装置は、舶用電池システムのための好ましい故障措置を検索し、かつ、船舶における故障状態の検出に応答して、舶用電池システムの少なくとも１つの３位置接触器を好ましい故障措置に従って制御する。好ましい故障措置は、舶用電池システムを切断状態で動作させることか又は舶用電池システムをバイパス状態で動作させることを含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

船舶負荷にエネルギーを供給するように構成された複数の舶用電池システムであって、各舶用電池システムが、
電池と、
前記舶用電池システムを接続状態、切断状態またはバイパス状態のうちの１つで動作させるように構成された３位置接触器と
を備える舶用電池システムと、
前記複数の舶用電池システムのそれぞれに結合された制御装置であって、
前記複数の舶用電池システムのための好ましい故障措置を検索し、かつ
前記船舶における故障状態の検出に応答して、前記複数の舶用電池システムの少なくとも１つの３位置接触器を前記好ましい故障措置に従って制御する
ように構成されている制御装置と
を備え、
前記好ましい故障措置は、前記舶用電池システムを前記切断状態で動作させること、または前記舶用電池システムを前記バイパス状態で動作させることを含む、
船舶のための電力貯蔵システム。

【請求項2】

前記好ましい故障措置は、前記複数の舶用電池システムが前記船舶負荷と並列構成で配置されている場合に前記電池システムを前記切断状態で動作させることを含む、請求項１に記載の電力貯蔵システム。

【請求項3】

前記好ましい故障措置は、前記複数の舶用電池システムが前記船舶負荷と直列構成で配置されている場合に前記電池システムを前記バイパス状態で動作させることを含む、請求項１に記載の電力貯蔵システム。

【請求項4】

前記故障状態は電池筐体温度閾値を超えることを含む、請求項１に記載の電力貯蔵システム。

【請求項5】

前記故障状態は電圧閾値を超えることを含む、請求項１に記載の電力貯蔵システム。

【請求項6】

前記故障状態は電流閾値を超えることを含む、請求項１に記載の電力貯蔵システム。

【請求項7】

前記制御装置は、
前記船舶における緊急停止状態の検出に応答して、前記３位置接触器のそれぞれを制御して前記複数の舶用電池システムのそれぞれを前記切断状態で動作させるようにさらに構成されている、
請求項１に記載の電力貯蔵システム。

【請求項8】

前記緊急停止状態は高電圧絶縁の喪失を含む、請求項７に記載の電力貯蔵システム。

【請求項9】

前記緊急停止状態は地絡を含む、請求項７に記載の電力貯蔵システム。

【請求項10】

船舶負荷にエネルギーを供給するように構成された複数の舶用電池システムであって、それぞれが電池と、舶用電池システムを接続状態、切断状態またはバイパス状態のうちの１つで動作させるように構成された３位置接触器とを備えた複数の舶用電池システムのために好ましい故障措置を検索すること、
前記船舶における故障状態の検出に応答して、前記複数の舶用電池システムの少なくとも１つの３位置接触器を前記好ましい故障措置に従って制御すること
を含み、かつ
前記好ましい故障措置は、前記舶用電池システムを前記切断状態で動作させること、または前記舶用電池システムを前記バイパス状態で動作させることを含む、
船舶のための電力貯蔵システムを動作させるための方法。

【請求項11】

前記好ましい故障措置は、前記複数の舶用電池システムが前記船舶負荷と並列構成で配置されている場合に前記電池システムを前記切断状態で動作させることを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記好ましい故障措置は、前記複数の舶用電池システムが前記船舶負荷と直列構成で配置されている場合に前記電池システムをバイパス状態で動作させることを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記故障状態は電池筐体温度閾値を超えることを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項14】

前記故障状態は電圧閾値を超えることを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項15】

前記故障状態は電流閾値を超えることを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項16】

前記船舶における緊急停止状態の検出に応答して、前記複数の舶用電池システムのそれぞれを前記切断状態で動作させるように前記３位置接触器のそれぞれを制御することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項17】

前記緊急停止状態は高電圧絶縁の喪失を含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記緊急停止状態は地絡を含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項19】

船舶負荷にエネルギーを供給するように構成された複数の舶用電池システムであって、各舶用電池システムが、
電池と、
前記舶用電池システムを接続状態、切断状態またはバイパス状態のうちの１つで動作させるように構成された３位置接触器と
を備えた複数の舶用電池システムと、
前記複数の舶用電池システムのそれぞれに結合された制御装置であって、
前記複数の舶用電池システムの少なくとも１つが充電の最小閾値状態に達したことを検出し、かつ
前記３位置接触器を用いて前記複数の舶用電池システムの少なくとも１つの動作状態を制御する
ように構成されている制御装置と
を備える、船舶のための電力貯蔵システム。

【請求項20】

前記３位置接触器を用いて前記複数の舶用電池システムの前記少なくとも１つの前記動作状態を制御することは、前記複数の舶用電池システムが前記船舶負荷と並列構成で配置されている場合に前記舶用電池システムを前記切断状態で動作させることを含み、かつ
前記３位置接触器を用いて前記複数の舶用電池システムの前記少なくとも１つの前記動作状態を制御することは、前記複数の舶用電池システムが前記船舶負荷と並列構成で配置されている場合に前記舶用電池システムを前記バイパス状態で動作させることを含む、
請求項１９に記載の電力貯蔵システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は船舶のための電池システムに関し、より具体的には不都合な状態が検出された場合に電池システムをバイパスおよび安全モードで動作させるためのシステムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0002】

米国特許第６，０４６，５１４号は、直列接続されたエネルギー貯蔵装置のためのバイパス装置および方法を開示している。共通直列接続体に結合されたエネルギー貯蔵装置のそれぞれがそこに並列接続された関連するバイパスを有する。電流バイパスユニットは関連するエネルギー貯蔵装置またはセルと並列に結合されたセンサを備え、セル電圧などのセルのエネルギー状態を示すエネルギーパラメータを感知する。バイパススイッチはエネルギー貯蔵セルと並列に結合されており、非アクティブ状態とアクティブ状態との間で動作可能である。バイパススイッチは、非アクティブ状態にある場合はエネルギー貯蔵セルを通る電流に関して実質的に非導電性であり、アクティブ状態にある場合は関連するセルを迂回させるために直列接続体に電流を通すためのバイパス電流経路を提供する。制御装置は予め確立された電圧設定値から逸脱しているセルの電圧に応答してバイパススイッチのアクティブ化を制御する。制御装置はバイパスユニットの中に含められていてもよく、あるいはバイパスユニットの外部にある制御プラットフォーム上に配置されていてもよい。バイパススイッチは作動された場合に、永久的または一時的なバイパス電流経路を確立してもよい。

【0003】

米国特許第７，５５７，５３８号は、電池充電部のそれぞれ１つが充電枝路およびバイパス枝路を含む急速電池充電器であって、改良された充電監視および制御回路を備えた電池充電器と、最小のさらなるハードウェアが頭上に設けられることにより性能を高めるための方法とを開示している。

【0004】

米国特許第９，０５４，５５５号は、充電式電池装置、電池装置を充電する充電器および制御回路を利用する、船舶上の充電式電池装置を充電するためのシステムおよび方法を開示している。この制御回路は、陸電源から利用可能な電流の量および電圧充電器以外の装置によって陸電源から引き出される電流の量に基づいて、電池装置を充電するために利用可能な電流の量を計算し、かつ電池装置を充電するために電圧充電器によって引き出される電流の量を、電池装置を充電するために利用可能な電流の計算された量と同じかそれよりも少ない量に制限する。制御回路は電池装置を充電するために利用可能な電流の量を繰り返し計算し、かつ電池装置を充電するために電圧充電器によって引き出される電流の量を制限して、それにより電池装置に供給される充電の量を能動的に調整することができる。

【0005】

米国特許第９，５３３，７４７号は、それぞれが船舶を推進するための舶用推進装置に選択的に電力を供給する内燃機関および電気モータを有するハイブリッド推進システムを開示している。複数の電池が電流を放電してモータに電力を供給する。制御装置は、複数の電池の充電および／または放電限界を統合し、かつ次いで好ましくは内部故障を防止し、かつ複数の電池を切断する方法に従って本システムを動作させるようにプログラムされている。

【0006】

上記特許はそれら全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【発明の概要】

【0007】

本概要は、以下の発明を実施するための形態においてさらに説明されている選択された概念を紹介するために提供されている。本概要は、請求請求されている主題の重要または必須の特徴を特定するためのものでもなければ、特許請求されている主題の範囲を限定するのを助けるものとして使用されるものでもない。

【0008】

本開示の一実施形態によれば、船舶のための電力貯蔵システムが提供される。本電力貯蔵システムは、船舶負荷にエネルギーを供給するように構成された舶用電池システムを備える。各舶用電池システムは電池と、舶用電池システムを接続状態、切断状態またはバイパス状態のうちの１つで動作させるように構成された３位置接触器とを備える。本電力貯蔵システムは、舶用電池システムのそれぞれに結合された制御装置をさらに備える。制御装置は舶用電池システムのための好ましい故障措置を検索し、かつ船舶における故障状態の検出に応答して、舶用電池システムの少なくとも１つの３位置接触器を好ましい故障措置に従って制御するように構成されている。好ましい故障措置は、舶用電池システムを切断状態で動作させること、または舶用電池システムをバイパス状態で動作させることを含む。

【0009】

本開示の別の実施形態によれば、船舶のための電力貯蔵システムを動作させるための方法が提供される。本方法は、船舶負荷にエネルギーを供給するように構成された舶用電池システムのための好ましい故障措置を検索することを含む。舶用電池システムのそれぞれは電池と、舶用電池システムを接続状態、切断状態またはバイパス状態のうちの１つで動作させるように構成された３位置接触器とを備える。船舶における故障状態の検出に応答して、本方法は、複数の舶用電池システムの少なくとも１つの３位置接触器を好ましい故障措置に従って制御することをさらに含む。好ましい故障措置は、舶用電池システムを切断状態で動作させること、または舶用電池システムをバイパス状態で動作させることを含む。

【0010】

本開示のさらに別の実施形態によれば、船舶のための電力貯蔵システムが提供される。本電力貯蔵システムは、船舶負荷にエネルギーを供給するように構成された舶用電池システムを備える。各舶用電池システムは電池と、舶用電池システムを接続状態、切断状態またはバイパス状態のうちの１つで動作させるように構成された３位置接触器とを備える。本電力貯蔵システムは、舶用電池システムのそれぞれに結合された制御装置をさらに備える。制御装置は、舶用電池システムの少なくとも１つが充電の最小閾値状態に達したことを検出し、かつ３位置接触器を用いて舶用電池システムの少なくとも１つの動作状態を制御するように構成されている。

【0011】

本開示について以下の図を参照しながら説明する。同様の特徴および同様の構成要素を参照するために図全体を通して同じ番号が使用されている。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】先行技術の電力貯蔵システムを備えた船舶を示すブロック図である。

【図2】図１の船舶および先行技術の電力貯蔵システムの別のブロック図である。

【図3】本開示の例示的な実施形態に係る電力貯蔵システムを備えた船舶を示すブロック図である。

【図4】バイパスモードで動作している図３の船舶および電力貯蔵システムのブロック図である。

【図5】安全モードで動作している図３の船舶および電力貯蔵システムのブロック図である。

【図6】本開示の別の例示的な実施形態に係る電力貯蔵システムを備えた船舶を示すブロック図である。

【図7】図３および図６の電力貯蔵システムを動作させるためのプロセスのフローチャートである。

【図8】図３および図６の電力貯蔵システムによって行うことができる充電プロセスのフローチャートである。

【図9A】本開示の別の例示的な実施形態に係る舶用電池システムのブロック図である。

【図9B】バイパスモードで動作している図９Ａの舶用電池システムのブロック図である。

【図9C】安全モードで動作している図９Ａの舶用電池システムのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本明細書では、簡潔性、明確性および理解のために特定の用語が使用されている。そのような用語は便宜のためにのみ使用されており、かつ広く解釈されることが意図されているため、先行技術の要件を超えてそこから不必要な限定が推測されるものではない。

【0014】

図１および図２は、従来の電力貯蔵システム１２を備えた船舶１０を示す。電力貯蔵システム１２は、３つの充電式電池システム１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを備えることが示されている。電池システム１４Ａ～１４Ｃは直列構成で配置されており、電流を放電して負荷２６に電力を供給するために負荷２６と電気通信している。様々な実施形態では、負荷２６は、電力貯蔵システム１２からエネルギーを受け取る船舶１０上のどの装置またはシステムであってもよい。例えば負荷２６としては限定されるものではないが、エンジン始動システム、音声システム、ウインドラス、測深機、魚探知器およびアプライアンスなどが挙げられる。さらなる実施形態では、電力貯蔵システム１２は船舶１０を駆動する推進装置（例えば電気モータ）にエネルギーを供給してもよい。

【0015】

各電池システム１４Ａ～１４Ｃは、プラス端子１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、マイナス端子１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃおよび電池２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを備えることが示されている。各電池２０Ａ～２０Ｃは、電池セルの典型的な構成要素の全て、すなわちカソード、アノード、電解質およびセパレータを備える。例示的な実施形態では、各電池２０Ａ～２０Ｃは、カソード材料として利用されるインターカレートされたリチウムイオン化合物およびアノード材料として利用されるグラファイトを含むリチウムイオン電池である。

【0016】

各電池システム１４Ａ～１４Ｃは、電池管理システム（ＢＭＳ）２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを備えることがさらに示されている。各ＢＭＳ２２Ａ～２２Ｃは、プロセッサまたは処理構成要素および規則ストレージもしくはメモリ構成要素の両方を備えていてもよい。規則ストレージもしくはメモリ構成要素は限定されるものではないが、ＲＯＭ、ＲＡＭまたはフラッシュメモリなどの任意の好適なストレージ機構であってもよい。各ＢＭＳ２２Ａ～２２Ｃはさらに、２位置接触器または内部切断リレー２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの位置を制御するスイッチオペレータ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃに通信可能に結合されていることが示されている。スイッチオペレータ２６Ａ～２６Ｃは、ＢＭＳ２２Ａ～２２Ｃから制御信号を受信し、かつ制御信号に応答して２位置接触器２４Ａ～２４Ｃを接続すなわち閉鎖位置（図１に示されている）と切断すなわち開放位置（図２に示されており、かつ以下にさらに詳細に記載されている）との間で移動させるように構成されている。電池システム１４Ａ～１４Ｃ内の２位置接触器２４Ａ～２４Ｃのそれぞれが接続位置にある場合、電力貯蔵システム１２によって提供される総電圧は加算的である。例えば各電池システム１４Ａ～１４Ｃが最大５０Ｖを提供する場合、電力貯蔵システム１２の最大総電圧は１５０Ｖである。図１および図２は３つの電池システム１４Ａ～１４Ｃを備えた船舶１０のための電力貯蔵システム１２を示しているが、例示的な実施形態では電力貯蔵システム１２は、３００Ｖの最大総電圧を提供するために６つの電池システムを備えていてもよい。

【0017】

本発明者は、船舶で利用されるリチウムイオン電池などは、水が密閉された電池筐体に浸入してリチウムと反応した場合に熱暴走の影響を受けやすいことに気づいた。熱暴走は、電池を通って流れている電流が電池温度を上昇させ、次いでさらなる温度上昇により電流を増加させる一連の発熱反応によってもたらされる潜在的に破局的な状態である。最悪の状況では、熱暴走は激しい燃焼または爆発を引き起こす場合があり、故に多くのリチウム系電池は、不都合な状態（例えば、最大閾値を超えている電池筐体温度、最大閾値を超えている電池電圧、最大閾値を超えている電池電流）を検出し、かつ閾値を超えた場合に電池を切断するように構成されている内部監視システムを備える。

【0018】

しかし図１および図２に示されているように電池が直列構成で接続されている場合、２位置接触器２４Ａ～２４Ｃのいずれかを切断位置に移動させることにより、電力貯蔵システム１２から負荷２８への電力の完全な喪失が生じる。例えば図２は、切断位置にある接触器２４Ｂを示す。この断絶により、電力貯蔵システム１２の電圧を０Ｖに低下させる開路状態が生じる。より一般的になりつつあるように、電力貯蔵システム１２が船舶１０の電気推進のために使用される場合、開路状態により船舶１０の推進の完全な喪失が生じ、岸に戻る手段がない場合には潜在的に船舶１０を大水域において座礁させる可能性がある。従って本発明者は、不都合な状態が検出された場合に本システムを損傷から保護し、かつ可能であれば、不都合な状態が検出された場合に推進の完全な喪失を防止する電力貯蔵システムが有用であることに気づいた。また本発明者は、直列および並列構成の両方で配置された電力貯蔵システムのために安全に利用することができる単一の舶用電池システムが有用であることに気づいた。

【0019】

図３～図５は、様々な動作モードにある改良された電力貯蔵システム１１２を備えた船舶１００を示す。電力貯蔵システム１１２は、３つの充電式電池システム１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃを備えることが示されている。以下にさらに詳細に記載されているように、図３は電力貯蔵システム１１２の電池システム１１４Ａ～１１４Ｃのそれぞれが接続モードで動作している状況を示し、図４は電力貯蔵システム１１２の電池システム１１４Ｂがバイパスモードで動作している状況を示し、図５は電池システム１１４Ａ～１１４Ｃのそれぞれが安全モードで動作している状況を示す。

【0020】

電池システム１１４Ａ～１１４Ｃは直列構成で配置されており、電流を放電して負荷１２６に電力を供給するために負荷１２６と電気通信していることが示されている。例示的な実施形態では、負荷１２６は、図１を参照しながら上に記載されている船舶１０の負荷２６と同一もしくは実質的に同様である。例えば負荷１２６としては船舶１００のための電気推進システムが挙げられる。

【0021】

図１および図２の電池システム１４Ａ～１４Ｃのように、充電式電池システム１１４Ａ～１１４Ｃのそれぞれは、プラス端子１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃ、マイナス端子１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃおよびそれらの間に位置している電池１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを備えることが示されている。各電池１２０Ａ～２０Ｃは、電池セルの典型的な構成要素の全て、すなわちカソード、アノード、電解質およびセパレータを備える。例示的な実施形態では、各電池１２０Ａ～１２０Ｃは、カソード材料として利用されるインターカレートされたリチウムイオン化合物およびアノード材料として利用されるグラファイトを含むリチウムイオン電池である。また各電池システム１１４Ａ～１１４Ｃは、電池管理システム（ＢＭＳ）１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃを備えることがさらに示されている。各ＢＭＳ１２２Ａ～１２２Ｃは、プロセッサまたは処理構成要素および規則ストレージもしくはメモリ構成要素の両方を備えていてもよい。規則ストレージもしくはメモリ構成要素は限定されるものではないが、ＲＯＭ、ＲＡＭまたはフラッシュメモリなどの任意の好適なストレージ機構であってもよい。各ＢＭＳ１２２Ａ～１２２Ｃは、スイッチオペレータ１２６Ａ～１２６ＣがＢＭＳ１２２Ａ～１２２Ｃから制御信号を受信するように、スイッチオペレータ１２６Ａ、１２６Ｂ、１２６Ｃに通信可能に結合されていることが示されている。

【0022】

しかし図１および図２の電池システム１４Ａ～１４Ｃとは対照的に、充電式電池システム１１４Ａ～１１４Ｃのそれぞれは、３位置接触器１２４Ａ、１２４Ｂ、１２４Ｃを備えることが示されている。各３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃは、スイッチオペレータ１２６Ａ～１２６Ｃによって、接続すなわち閉鎖位置（図３に示されている）と切断すなわち開放位置（図５に示されている）とバイパス位置（図４に示されている）との間で移動可能である。

【0023】

図３に示されているように、３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃのそれぞれが接続位置にある場合、電力貯蔵システム１１２によって提供される総電圧は加算的であり、各電池システム１１４Ａ～１１４Ｃが最大５０Ｖを提供する場合、電力貯蔵システム１１２の最大総電圧は１５０Ｖである。船舶における典型的な実施形態では、電力貯蔵システムは、３００Ｖの最大総電圧を提供するために６つの電池システムを備えていてもよい。

【0024】

充電式電池システム１１４Ａ～１１４Ｃのそれぞれは、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）を用いて電池システム１１４Ａ～１１４Ｃの外部にある監視制御装置１３０に通信可能に結合されていることがさらに示されている。監視制御装置１３０は、プロセッサまたは処理構成要素および規則ストレージもしくはメモリ構成要素の両方を備えていてもよい。例示的な実施形態では、監視制御装置１３０は船舶１００の各種システムおよびパラメータを監視し、かつ故障状態（例えば、高電圧絶縁システムの故障、安全インターロックループの破壊）を検出したら、電池システム１１４Ａ～１１４Ｃに指示して電力貯蔵システム１１２の特性および故障状態の深刻度に応じてバイパスもしくは切断モードで動作させるように構成されている。このプロセスに関するさらなる詳細は図７を参照しながら以下に含められている。

【0025】

監視制御装置１３０は、電池システム１１４Ａ～１１４Ｃのための好ましい故障措置を記憶するように構成されていてもよい。例えば、電池システム１１４Ａ～１１４Ｃが図３～図５に示されているように直列構成で電力貯蔵システム内に配置されている場合、監視制御装置１３０は、故障（例えば、高温状態、高電圧状態、高電流状態）の場合に、ＢＭＳ１２２Ａ～１２２Ｃに命令して３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃをバイパス位置に移動させるように構成されていてもよい。電池システム１１４Ａ～１１４Ｃが図６に示されているように並列構成で電力貯蔵システム内に配置されている場合、監視制御装置１３０は故障の場合にＢＭＳ１２２Ａ～１２２Ｃに命令して３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃを開放位置に移動させるように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、監視制御装置１３０は電力貯蔵システム１１２から省略されていてもよく、各ＢＭＳ１２２Ａ～１２２Ｃは好ましい故障措置を記憶していてもよい。例えば好ましい故障措置は、設置プロセス中に各ＢＭＳ１２２Ａ～１２２Ｃ中に内部的に記憶させることができる。

【0026】

次に特に図４を参照すると、電池システム１１４Ｂの３位置接触器１２４Ｂは、電力貯蔵システム１１２がバイパスモードで動作しているようなバイパス位置にあることが示されている。例えば監視制御装置１３０は、電池システム１１４Ｂの筐体温度が最大閾値を超えているという理由で、ＢＭＳ１２２Ｂに指示してスイッチ制御装置１２６Ｂを動作させ、かつ３位置接触器１２４Ｂをバイパス位置に移動させてもよい。有利には、３位置接触器１２４Ｂをバイパス位置に移動させることにより、負荷１２８に提供される全ての電力を切断する開路状態を生じさせない。代わりに、１５０Ｖではなく１００Ｖが負荷１２８に供給されるように電池システム１１４Ａおよび１１４Ｃは接続されたままである。負荷１２８が電気推進システムを含む場合、この電力の減少により、機能性が低下した状態で船舶１００が岸まで「跛行」するのを可能にしてもよい。例えば、電気推進システムの１分間当たりの回転数（ＲＰＭ）を下げてもよい。さらなる実施形態では、１つ以上の電池システム１１４Ａ～１１４Ｃがバイパス状態で動作している場合に、監視制御装置１３０は充電電圧設定値を下げて、接続状態で動作している電池システム１１４Ａ～１１４Ｃの数の減少を補償してもよい。

【0027】

但し、電力貯蔵システム１１２への潜在的に破局的な脅威が生じた場合、監視制御装置１３０は全てのＢＭＳ１２２Ａ～１２２Ｃに指示してスイッチ制御装置１２６Ａ～１２６Ｃを動作させ、かつ３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃを図５に示されているような開放位置に移動させてもよい。例えば高電圧絶縁の喪失、地絡、衝撃センサによる衝突事象の検出あるいはビルジにおける高水位センサによる転覆または沈没事象の検出の場合に、電力貯蔵システム１１２への潜在的に破局的な脅威が生じ得る。さらなる実施形態では、監視制御装置１３０は、接触器１２４Ａ～１２４Ｃのそれぞれが機能的であることを確認するために、３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃのそれぞれに起動時に開放位置に移動するように命令してもよい。監視制御装置１３０は、３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃのうちの１つ以上が起動時に機能的でないことを検出した場合、オペレータに（例えば、船舶のダッシュボード上のユーザインタフェースを介して）メッセージを送信してもよい。

【0028】

３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃのそれぞれを開放位置に移動させることにより、電池システム１１４Ａ～１１４Ｃに跨っている高電圧ストリングをより小さいセグメントに分割して、船舶１００上の高電圧電位を排除し、かつ最大電圧電位が個々の電池システム１１４Ａ～１１４Ｃの電位のみであることを保証する。例えば、電池システム１１４Ａ～１１４Ｃのそれぞれが５０Ｖの最大電圧を有する場合、３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃのそれぞれを開放位置に移動させることにより、電力貯蔵システム１１２全体の最大電圧電位は５０Ｖのみとなり、これはヒトの体に有害でなく、電力貯蔵システム１１２への永久的損傷の脅威を最小限に抑える。

【0029】

図５は、アナログ入力を用いて電池システム１１４Ａ～１１４Ｃのそれぞれに結合されている手動停止制御１３２も備えるものとして電力貯蔵システム１１２を示す。電池システム１１４Ａ～１１４Ｃと監視制御装置１３０とのＣＡＮ接続が失敗した場合、あるいは別の緊急事態において、ユーザは手動停止制御１３２を動作させて３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃのそれぞれを開放位置に移動させてもよい。他の実施形態では、手動停止制御１３２はランヤード、ダッシュボードスイッチによって、あるいはＣＡＮメッセージの失敗に対するバックアップとして監視制御装置１３０によってアクティブ化させてもよい。

【0030】

次に図６を参照すると、本開示の例示的な実施形態に係る電力貯蔵システム６１２を有する別の船舶６００が示されている。図３～図５に示されている電力貯蔵システム１１２とは対照的に、電力貯蔵システム６１２は、負荷１２８と並列構成で配置された電池システム１１４Ａ～１１４Ｃを示す。電池システム１１４Ａ～１１４Ｃの３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃは公称条件下では閉鎖位置にあってもよいが、故障状態が検出された場合、監視制御装置１３０または手動停止制御１３２は３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃのそれぞれに図６に示されているような開放位置に移動するように命令してもよい。有利には、同一の電池システム１１４Ａ～１１４Ｃを図３～図５に示されている直列構成、および図６に示されている並列構成の両方で利用し、このようにして電池システム１１４Ａ～１１４Ｃの設置柔軟性を最大化してもよい。

【0031】

図７は、電力貯蔵システム、例えば図３～図５に示されている直列に配置された電力貯蔵システム１１２または図６に示されている並列に配置された電力貯蔵システム６１２を動作させるためのプロセス７００を示す。例示的な実施形態では、プロセス７００は少なくとも部分的に監視制御装置１３０によって行われる。他の実施形態では、プロセス７００は少なくとも部分的に各電池システム１１４Ａ～１１４ＣのＢＭＳ１２２Ａ～１２２Ｃによって行われてもよい。簡潔性のために、監視制御装置１３０のみを参照しながらプロセス７００について以下に説明する。

【0032】

プロセス７００は、監視制御装置１３０が電力貯蔵システム１１２、６１２のために好ましい故障措置を検索する工程７０２で開始することが示されている。いくつかの実施形態では、好ましい故障措置は電力貯蔵システム１１２、６１２の設置中に監視制御装置１３０のメモリに記憶させる。他の実施形態では、ユーザは、例えば船舶のダッシュボード上のユーザインタフェースを介して好ましい故障措置を選択して記憶させてもよい。上に記載されているように、電力貯蔵システム（例えば、電力貯蔵システム１１２）が直列構成で配置された電池システム（例えば、電池システム１１４Ａ～１１４Ｃ）を備える場合、好ましい故障措置は、３位置接触器（例えば、３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃ）にバイパス位置に移動するように命令することを含んでもよい。電力貯蔵システム（例えば、電力貯蔵システム６１２）が並列構成で配置された電池システム（例えば、電池システム１１４Ａ～１１４Ｃ）を備える場合、好ましい故障措置は、３位置接触器（例えば、３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃ）に開放すなわち切断位置に移動するように命令することを含んでもよい。

【0033】

工程７０４では、監視制御装置１３０は船舶の状態を監視する。様々な実施形態では、工程７０４は、電池システム１１４Ａ～１１４Ｃの筐体温度、電流および電圧を監視することを含んでもよい。工程７０６では、監視制御装置１３０は電池システム１１４Ａ～１１４Ｃの１つ以上において故障状態が生じたか否かを決定する。例示的な実施形態では、監視制御装置１３０は監視されるパラメータのそれぞれの閾値を記憶しており、故に閾値の１つを超えている場合に故障状態が検出される。工程７０６において監視制御装置１３０が故障状態を検出した場合、プロセス７００は工程７０８に進み、監視制御装置１３０は好ましい故障措置を行う。例えば上に記載されているように好ましい故障措置は、故障が検出されている１つ以上の電池システム１１４Ａ～１１４Ｃの３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃに、電力貯蔵システムが直列構成に配置されているか並列構成に配置されているかに応じてバイパス位置または開放位置に移動するように命令することを含んでもよい。いくつかの実施形態では、工程７０６は船舶ダッシュボード上のユーザインタフェースに故障メッセージを送信することも含んでもよい。監視制御装置１３０が工程７０８において１つ以上の故障措置を行った場合、プロセス７００は工程７０４に戻り、監視制御装置１３０は船舶の状態の監視を再開する。

【0034】

しかし監視制御装置１３０が工程７０６において故障状態が検出されなかったと決定した場合、プロセス７００は工程７１０に進み、ここでは監視制御装置１３０は緊急停止状態が検出されたか否かを決定する。様々な実施形態では、工程７１０は、高電圧絶縁の喪失または地絡の検出を含んでもよい。監視制御装置１３０が工程７１０において緊急停止状態を検出した場合、プロセス７００は工程７１２に進み、監視制御装置１２０は緊急停止措置を行う。例示的な実施形態では、緊急停止措置は、電力貯蔵システムが直列構成に配置されているか並列構成に配置されているかに関わらず電力貯蔵システムが安全モードで動作しているように、全ての電池システム１１４Ａ～１１４Ｃの全ての３位置接触器１２４Ａ～１２６Ｃに開放位置に移動するように命令することを含む。このようにして、電力貯蔵システムに存在するあらゆる高電圧ストリングを、各セグメントがヒトの体に有害でない電圧レベルを有するより小さい電圧セグメントに分割する。全ての電池に開放状態に移動するように命令することにより電池端子からも電力を除去し、それにより有利にはアーク放電または外部発火の可能性を排除する。いくつかの実施形態では、工程７１２は船舶ダッシュボード上のユーザインタフェースに故障メッセージを送信すること、または可聴警報を作動させることも含んでもよい。監視制御装置１３０が工程７１２において緊急停止措置を行ったら、プロセス７００は工程７０４に戻り、監視制御装置１３０は船舶の状態の監視を再開する。同様に、工程７１０において監視制御装置１３０が緊急停止状態を検出しなかった場合、プロセス７００は工程７０４に戻ることによって完結する。

【0035】

次に図８を参照すると、電力貯蔵システム、例えば図３に示されている直列電力貯蔵システム１１２または図６に示されている並列電力貯蔵システム６１２を充電するためのプロセス８００が示されている。例示的な実施形態では、プロセス８００は少なくとも部分的に電力貯蔵システム１１２、６１２の監視制御装置１３０によって行われる。他の実施形態では、プロセス８００は電池システム１１４Ａ～１１４Ｃのうちの１つの電池管理システム１２２Ａ～１２２Ｃよって行うことができる。簡潔性のために、監視制御装置１３０のみを参照しながらプロセス８００について以下に説明する。

【0036】

プロセス８００は、電力貯蔵システム１１２または６１２の電池システム１１４Ａ～１１４Ｃを充電源、例えば桟橋用パワーポストに動作可能に結合させる工程８０２で開始することが示されている。いくつかの電池システムは他の電池システムよりも急速充電するので、工程８０４では監視制御装置１３０は電池システム１１４Ａ～１１４Ｃの１つ以上が最大閾値充電状態（ＳＯＣ）に達したことを検出する。例示的な実施形態では、最大ＳＯＣは監視制御装置１３０に記憶されており、かつオペレータによって構成されていてもよい。

【0037】

プロセス８００は、監視制御装置１３０が最大閾値ＳＯＣに達した１つ以上の電池システム１１４Ａ～１１４Ｃに関連づけられた３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃに命令した際に完結する。電池システム１１４Ａ～１１４Ｃが直列構成で配置されている場合には、監視制御装置１３０は３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃにバイパス位置に移動するように命令する。電池システム１１４Ａ～１１４Ｃが並列構成で配置されている場合には、監視制御装置１３０は３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃに開放位置に移動するように命令する。いずれの場合も、最大ＳＯＣに達したら電力貯蔵システム１１２または６１２内の接続された電池システム１１４Ａ～１１４Ｃの数を減らすことにより、電力貯蔵システム１１２または６１２全体のより急速かつより効率的な充電を可能にし、かつ十分に充電された電池の過剰充電を防止する。

【0038】

電池システム１１４Ａ～１１４Ｃが並列構成で配置されている場合には、同様のプロセスを電力貯蔵システム６１２の放電時に実行してもよい。例えば監視制御装置１３０は、並列に配置された電池システム１１４Ａ～１１４ＣのそれぞれのＳＯＣを監視し、かつ接触器に関連づけられた電池システム１１４Ａ～１１４ＣのＳＯＣが最小閾値ＳＯＣ未満に低下したら３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃに閉鎖位置から開放位置に移動するように命令してもよい。このようにして、電池システム１１４Ａ～１１４Ｃは比較的等しい速度で放電され、電池システム１１４Ａ～１１４Ｃに損傷を引き起こす可能性のある低いＳＯＣでの動作が回避される。いくつかの実施形態では、ＢＭＳ１２２Ａ～１２２Ｃは、監視制御装置１３０からの措置が行われずにＳＯＣが最小閾値ＳＯＣ未満に低下したら、自動的に３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃに命令して開放位置に移動させるように構成されていてもよい。

【0039】

次に図９Ａ～図９Ｃを参照すると、他の充電式電池システム９１４が示されている。様々な例示的な実施形態では、図示され、かつ図３～図６を参照しながら上に記載されている舶用電池システム１１４Ａ～１１４Ｃのそれぞれの代わりに電池システム９１４を直列および並列配置の両方で使用してもよい。具体的には、図９Ａは閉鎖すなわち接続状態で動作している電池システム９１４を示し、図９Ｂはバイパス状態で動作している電池システム９１４を示し、図９Ｃは開放すなわち切断状態で動作している電池システム９１４を示す。

【0040】

電池システム９１４は、プラス端子９１６、マイナス端子９１８およびそれらの間に位置している電池９２０を備えることが示されている。電池９２０は上に記載されている電池１２０Ａ～１２０Ｃと同一もしくは実質的に同様であってもよい。電池９２０の両側でプラス端子９１６をマイナス端子９１８に接続する回路はスイッチ９２４によって開放または閉鎖されてもよい。上に記載されている３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃとは対照的に、スイッチ９２４は２つの位置、すなわち閉鎖および開放位置でのみ動作可能であってもよい。３位置接触器１２４Ａ～１２４Ｃの効果を達成するために、プラス端子９１６をマイナス端子９１８に直接接続するバイパス回路を開放または閉鎖するように機能する第２の２位置スイッチ９２８が提供される。

【0041】

第１の２位置スイッチ９２４が閉鎖位置にあり、かつ第２の２位置スイッチ９２８が開放位置にある場合、電池システム９１４は接続状態（図９Ａに示されている）で動作する。第１の２位置スイッチ９２４が開放位置にあり、かつ第２の２位置スイッチ９２８が閉鎖位置にある場合、電池システム９１４はバイパス状態（図９Ｂに示されている）で動作する。２位置スイッチ９２４および９２８がどちらも開放位置にある場合、電池システム９１４は切断状態（図９Ｃに示されている）で動作する。２位置スイッチ９２４および９２８はどちらも、ＢＭＳ９２２によって生成される命令に従って位置間で移動させ、かつスイッチ制御装置９２６によって動作させてもよい。例示的な実施形態では、ＢＭＳ９２２およびスイッチ制御装置９２６は、図３～図６を参照しながら上に記載されているＢＭＳ１２２Ａ～１２２Ｃおよびスイッチ制御装置１２６Ａ～１２６Ｃと同一もしくは実質的に同様である。従ってＢＭＳ９２２は、図７および図８を参照しながら上に記載されているプロセス７００および８００に従って電池システム９１４を動作させる。

【0042】

本開示では簡潔性、明確性および理解のために特定の用語を使用してきた。そのような用語は便宜のためにのみ使用されており、かつ広く解釈されることが意図されているため、先行技術の要件を超えてそこから不必要な限定が暗示されるものではない。本明細書に記載されている異なるシステムおよび方法は、単独または他のシステムおよび装置との組み合わせで使用してもよい。添付の特許請求の範囲内で様々な均等物、代替形態および修正形態が可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【外国語明細書】