(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-29
(45)【発行日】2024-11-07
(54)【発明の名称】舶用電源システム
(51)【国際特許分類】
B63H 21/17 20060101AFI20241030BHJP
H02J 3/38 20060101ALI20241030BHJP
H02J 7/10 20060101ALI20241030BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20241030BHJP
H01M 8/00 20160101ALI20241030BHJP
H01M 8/04537 20160101ALI20241030BHJP
H01M 8/04858 20160101ALI20241030BHJP
B63H 21/20 20060101ALI20241030BHJP
B60L 50/75 20190101ALI20241030BHJP
B60L 58/40 20190101ALI20241030BHJP
B60L 58/18 20190101ALI20241030BHJP
B60L 58/12 20190101ALI20241030BHJP
B60L 50/60 20190101ALI20241030BHJP
H02J 3/32 20060101ALI20241030BHJP
【ＦＩ】
B63H21/17
H02J3/38 170
H02J7/10 A
H02J7/00 A
H01M8/00 A
H01M8/00 Z
H01M8/04537
H01M8/04858
B63H21/20
B60L50/75
B60L58/40
B60L58/18
B60L58/12
B60L50/60
H02J3/32
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020129935
(22)【出願日】2020-07-31
(65)【公開番号】P2022026455
(43)【公開日】2022-02-10
【審査請求日】2023-07-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000000974
【氏名又は名称】川崎重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000556
【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】檜野 武憲
(72)【発明者】
【氏名】原田 芳輝
(72)【発明者】
【氏名】林 正人
【審査官】福田 信成
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１５／１９００９４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－００３６５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１１０２１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－０９５１０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２４３００９（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２０２０－００４９２４８（ＫＲ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６３Ｈ ２１／１７
Ｈ０２Ｊ ３／３８
Ｈ０２Ｊ ７／１０
Ｈ０２Ｊ ７／００
Ｈ０１Ｍ ８／００
Ｈ０１Ｍ ８／０４５３７
Ｈ０１Ｍ ８／０４８５８
Ｂ６３Ｈ ２１／２０
Ｂ６０Ｌ ５０／７５
Ｂ６０Ｌ ５８／４０
Ｂ６０Ｌ ５８／１８
Ｂ６０Ｌ ５８／１２
Ｂ６０Ｌ ５０／６０
Ｈ０２Ｊ ３／３２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
負荷が接続される船内配線部と、前記船内配線部に接続される電力変換装置と、
前記電力変換装置を介して前記船内配線部に電力を供給する電源と、
前記電力変換装置を制御する制御器と、を備えた舶用電源システムであって、
前記電源は、第１蓄電装置、第２蓄電装置および燃料電池を含み、
前記第１蓄電装置は、出力密度が前記第２蓄電装置の出力密度よりも高いように構成され、かつ、前記第２蓄電装置は、エネルギ密度が前記第１蓄電装置のエネルギ密度よりも高いように構成され、
前記電力変換装置は、
前記第１蓄電装置と前記船内配線部との間に設けられた第１電力変換装置と、
前記第２蓄電装置と前記船内配線部との間に設けられた第２電力変換装置と、
前記燃料電池と前記船内配線部との間に接続された第３電力変換装置と、を含み、
前記制御器は、前記船内配線部で要求される電力値のうちの第１周波数帯域に含まれる電力値を指令値とする第１電力指令信号を生成し、前記船内配線部で要求される電力値のうちの前記第１周波数帯域より低い周波数領域を含む第２周波数帯域に含まれる電力値を指令値とする第２電力指令信号を生成する電力指令信号生成部を含み、
前記第１電力変換装置は、前記第１電力指令信号に基づいて前記第１蓄電装置の充放電を行い、
前記第２電力変換装置は、前記第２電力指令信号に基づいて前記第２蓄電装置の充放電を行い、
前記制御器は、前記船内配線部で要求される電力値から前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置から供給される電力値を差し引いた電力値が前記燃料電池から供給されるように、前記第３電力変換装置を制御する、または、前記第２蓄電装置のＳＯＣが所定値になるように前記第３電力変換装置を制御し、
前記電力指令信号生成部は、
前記船内配線部で要求される電力値のうちの前記第１周波数帯域を通過させる第１フィルタと、
前記船内配線部で要求される電力値のうちの前記第２周波数帯域を通過させる第２フィルタと、を含む、舶用電源システム。
【請求項2】
負荷が接続される船内配線部と、
前記船内配線部に接続される電力変換装置と、
前記電力変換装置を介して前記船内配線部に電力を供給する電源と、
前記電力変換装置を制御する制御器と、を備えた舶用電源システムであって、
前記電源は、第１蓄電装置、第２蓄電装置および燃料電池を含み、
前記第１蓄電装置は、出力密度が前記第２蓄電装置の出力密度よりも高いように構成され、かつ、前記第２蓄電装置は、エネルギ密度が前記第１蓄電装置のエネルギ密度よりも高いように構成され、
前記電力変換装置は、
前記第１蓄電装置と前記船内配線部との間に設けられた第１電力変換装置と、
前記第２蓄電装置と前記船内配線部との間に設けられた第２電力変換装置と、
前記燃料電池と前記船内配線部との間に接続された第３電力変換装置と、を含み、
前記制御器は、前記船内配線部で要求される電力値のうちの第１周波数帯域に含まれる電力値を指令値とする第１電力指令信号を生成し、前記船内配線部で要求される電力値のうちの前記第１周波数帯域より低い周波数領域を含む第２周波数帯域に含まれる電力値を指令値とする第２電力指令信号を生成する電力指令信号生成部を含み、
前記第１電力変換装置は、前記第１電力指令信号に基づいて前記第１蓄電装置の充放電を行い、
前記第２電力変換装置は、前記第２電力指令信号に基づいて前記第２蓄電装置の充放電を行い、
前記制御器は、前記船内配線部で要求される電力値から前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置から供給される電力値を差し引いた電力値が前記燃料電池から供給されるように、前記第３電力変換装置を制御する、または、前記第２蓄電装置のＳＯＣが所定値になるように前記第３電力変換装置を制御し、
前記電力指令信号生成部は、
前記船内配線部で要求される電力値のうちの前記第１周波数帯域を通過させることにより前記第１電力指令信号を生成する第１フィルタと、
前記船内配線部で要求される電力値のうちの交流成分を含む変動電力信号から前記第１電力指令信号を差し引いて前記第２電力指令信号を生成する減算器と、を含む、舶用電源システム。
【請求項3】
負荷が接続される船内配線部と、
前記船内配線部に接続される電力変換装置と、
前記電力変換装置を介して前記船内配線部に電力を供給する電源と、
前記電力変換装置を制御する制御器と、を備えた舶用電源システムであって、
前記電源は、第１蓄電装置、第２蓄電装置および燃料電池を含み、
前記第１蓄電装置は、出力密度が前記第２蓄電装置の出力密度よりも高いように構成され、かつ、前記第２蓄電装置は、エネルギ密度が前記第１蓄電装置のエネルギ密度よりも高いように構成され、
前記電力変換装置は、
前記第１蓄電装置と前記船内配線部との間に設けられた第１電力変換装置と、
前記第２蓄電装置と前記船内配線部との間に設けられた第２電力変換装置と、
前記燃料電池と前記船内配線部との間に接続された第３電力変換装置と、を含み、
前記制御器は、
前記船内配線部で要求される電力値のうちの第１周波数帯域に含まれる電力値を指令値とする第１電力指令信号を生成し、前記船内配線部で要求される電力値のうちの前記第１周波数帯域より低い周波数領域を含む第２周波数帯域に含まれる電力値を指令値とする第２電力指令信号を生成する電力指令信号生成部と、
前記船内配線部で要求される電力値から交流成分を抽出して変動電力信号を生成する変動電力信号生成部と、を含み、
前記第１電力変換装置は、前記第１電力指令信号に基づいて前記第１蓄電装置の充放電を行い、
前記第２電力変換装置は、前記第２電力指令信号に基づいて前記第２蓄電装置の充放電を行い、
前記制御器は、前記船内配線部で要求される電力値から前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置から供給される電力値を差し引いた電力値が前記燃料電池から供給されるように、前記第３電力変換装置を制御する、または、前記第２蓄電装置のＳＯＣが所定値になるように前記第３電力変換装置を制御し、
前記電力指令信号生成部は、前記変動電力信号に基づいて前記第１電力指令信号および前記第２電力指令信号を生成する、舶用電源システム。
【請求項4】
前記第３電力変換装置は、前記船内配線部を経由して第２蓄電装置を充電可能に構成され、前記制御器は、前記第２蓄電装置のＳＯＣが所定値になるように前記第３電力変換装置を制御する、請求項１から３の何れかに記載の舶用電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、舶用電源システムに関する。
【背景技術】
【0002】
船舶の電源として燃料電池を用いることが検討されている。一般的に、燃料電池は、負荷追随性能に課題があり、特に、燃料電池に対して負荷変動を生じる運転を行うと、燃料電池の電極の傷みが早くなり、性能劣化の要因となる。このような燃料電池の性能劣化を抑制するために、燃料電池と蓄電池とを組み合わせて、負荷変動分を蓄電池に負担させる電源システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１３－２４３００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記のような従来の電源システムには、船舶特有のより複雑な負荷変動を生じ得る船舶の電源として用いるに際して、改善の余地がある。
【0005】
本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、船舶に生じ得る負荷変動による燃料電池の性能劣化を適切に抑制することができる舶用電源システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様に係る舶用電源システムは、負荷が接続される船内配線部と、前記船内配線部に接続される電力変換装置と、前記電力変換装置を介して前記船内配線部に電力を供給する電源と、前記電力変換装置を制御する制御器と、を備えた舶用電源システムであって、前記電源は、第１蓄電装置、第２蓄電装置および燃料電池を含み、前記第１蓄電装置は、出力密度が前記第２蓄電装置の出力密度よりも高いように構成され、かつ、前記第２蓄電装置は、エネルギ密度が前記第１蓄電装置のエネルギ密度よりも高いように構成され、前記電力変換装置は、前記第１蓄電装置と前記船内配線部との間に設けられた第１電力変換装置と、前記第２蓄電装置と前記船内配線部との間に設けられた第２電力変換装置と、前記燃料電池と前記船内配線部との間に接続された第３電力変換装置と、を含み、前記制御器は、前記船内配線部で要求される電力値のうちの第１周波数以上に含まれる第１周波数帯域成分を含む第１電力指令信号を生成し、前記船内配線部で要求される電力値のうちの第２周波数未満に含まれる第２周波数帯域を含む第２電力指令信号を生成する電力指令信号生成部を含み、前記第１電力変換装置は、前記第１電力指令信号に基づいて前記第１蓄電装置の充放電を行い、前記第２電力変換装置は、前記第２電力指令信号に基づいて前記第２蓄電装置の充放電を行い、前記制御器は、前記船内配線部で要求される電力値から前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置から供給される電力値を差し引いた電力値が前記燃料電池から供給されるように、前記第３電力変換装置を制御する。
【0007】
これに代えて、前記制御器は、前記第２蓄電装置のＳＯＣ（State Of Charge）が所定値になるように前記第３電力変換装置を制御してもよい。この場合、前記第３電力変換装置は、前記船内配線部を経由して第２蓄電装置を充電可能に構成されてもよい。
【0008】
前記電力指令信号生成部は、前記船内配線部で要求される電力値のうちの前記第１周波数以上に含まれる前記第１周波数帯域を通過させる第１フィルタと、前記船内配線部で要求される電力値のうちの前記第２周波数未満に含まれる前記第２周波数帯域を通過させる第２フィルタと、を含んでもよい。
【0009】
前記電力指令信号生成部は、前記船内配線部で要求される電力値のうちの前記第１周波数以上に含まれる前記第１周波数帯域を通過させることにより前記第１電力指令信号を生成する第１フィルタと、前記船内配線部で要求される電力値のうちの交流成分を含む変動電力信号から前記第１電力指令信号を差し引いて前記第２電力指令信号を生成する減算器と、を含んでもよい。
【0010】
前記制御器は、前記船内配線部で要求される電力値から交流成分を抽出して変動電力信号を生成する変動電力信号生成部を含み、前記電力指令信号生成部は、前記変動電力信号に基づいて前記第１電力指令信号および前記第２電力指令信号を生成してもよい。
【発明の効果】
【0011】
本開示によれば、船舶に生じ得る負荷変動による燃料電池の性能劣化を適切に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本開示の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【0014】
（実施の形態１）
本開示の実施の形態１に係る舶用電源システムの構成について説明する。図１は、本開示の実施の形態１に係る舶用電源システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態における舶用電源システム１は、船内配線部２と、電力変換装置３と、電源４と、制御器５とを備えている。
本開示の実施の形態１に係る舶用電源システムの構成について説明する。図１は、本開示の実施の形態１に係る舶用電源システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態における舶用電源システム１は、船内配線部２と、電力変換装置３と、電源４と、制御器５とを備えている。
【0015】
船内配線部２には、負荷６が接続される。負荷６は、例えば、船舶の推進用モータ６ａ等を含む。推進用モータ６ａは、出力軸にスクリュ７が接続される。推進用モータ６ａは、インバータ８を介して船内配線部２に接続される。船内配線部２は、交流系統でも直流系統でもよい。推進用モータ６ａが１つの船内配線部２に対して複数接続されていてもよい。さらに、船内配線部２に接続される負荷６には、例えば、推進用の補機、船内電気機器等の推進用モータ６ａ以外の機器を含み得る。
【0016】
電源４は、電力変換装置３に接続され、電力変換装置３を介して船内配線部２に電力を供給する。電力変換装置３は、船内配線部２と電源４との間に設けられ、電源４が出力する電力を船内配線部２に出力する。
【0017】
制御器５は、電力変換装置３を制御する。これにより、電源４から出力（放電）または入力（充電）される電力が制御される。制御器５は、例えばマイクロコントローラ、パーソナルコンピュータ等のコンピュータを備えている。さらに、制御器５は、制御プログラムや各種データを記憶する図示しない記憶部を備えている。なお、制御器５は、コンピュータに加えて、所定の演算等を行う電子回路等の周辺機器を備えていてもよい。
【0018】
電源４は、第１蓄電装置４ａ、第２蓄電装置４ｂおよび燃料電池４ｃを含む。燃料電池４ｃは、水素ガス供給装置１２から供給される水素ガスと酸素とを反応させて発電する。
【0019】
電力変換装置３は、第１蓄電装置４ａに接続された第１電力変換装置３ａと、第２蓄電装置４ｂに接続された第２電力変換装置３ｂと、燃料電池４ｃに接続された第３電力変換装置３ｃと、を含む。
【0020】
制御器５は、船内配線部２で要求される電力値Ｐのうちの第１周波数以上に含まれる第１周波数帯域成分を含む第１電力指令信号Ｐ１ｏを生成し、船内配線部２で要求される電力値Ｐのうちの第２周波数未満に含まれる第２周波数帯域を含む第２電力指令信号Ｐ２ｏを生成するように構成される。このために、電源システム１は、船内配線部２における電力値Ｐを計測する電力検出器９および船内配線部２における電圧（電源電圧）Ｖを計測する電圧検出器１０を備えている。
【0021】
制御器５は、変動電力信号生成部５ａと、電力指令信号生成部１１とを含む。変動電力信号生成部５ａは、船内配線部２で要求される電力値Ｐから交流成分を抽出して変動電力信号ΔＰを生成する。変動電力信号生成部５ａは、船内配線部２の電源電圧Ｖを設定電圧Ｖｒｅｆに維持するための第１制御器Ｃ１（ｓ）を有している。第１制御器Ｃ１（ｓ）は、電圧検出器１０で検出された船内配線部２の電源電圧Ｖと予め定められた船内配線部２の設定電圧Ｖｒｅｆとの偏差ΔＶ（＝Ｖｒｅｆ－Ｖ）からベース負荷電力信号（ベース負荷電力値の時間的変化を示す信号）Ｐｏを算出する。ベース負荷電力信号Ｐｏには、計画的な負荷変更分（出力変更等による変更分）の電力が含まれる。
【0022】
変動電力信号生成部５ａは、電力検出器９で検出された電力値（船内配線部２で要求される電力値）Ｐとベース負荷電力値（ベース負荷電力信号Ｐｏの各値）との偏差を負荷変動に基づく変動電力信号（変動電力指令値の時間的変化を示す信号）ΔＰ（＝Ｐ－Ｐｏ）として生成する。このように、変動電力信号ΔＰは、直流成分（ベース負荷電力）を含む船内配線部２における総電力値Ｐから外因の負荷変動に基づく電力成分を抽出した電力の振動成分に基づいて生成された指令値信号である。
【0023】
変動電力信号ΔＰは、第１蓄電装置４ａに対応する第１電力変換装置３ａを制御するための第１電力指令信号Ｐ１ｏおよび第２蓄電装置４ｂに対応する第２電力変換装置３ｂを制御するための第２電力指令信号Ｐ２ｏの基になる。
【0024】
ここで、第１蓄電装置４ａは、出力密度が第２蓄電装置４ｂの出力密度よりも高い高出力型蓄電デバイスであるように構成され、かつ、第２蓄電装置４ｂは、エネルギ密度が第１蓄電装置４ａのエネルギ密度よりも高い大容量型蓄電デバイスであるように構成される。例えば、第１蓄電装置４ａの出力密度は、３０００Ｗ／Ｋｇ以上であり、第２蓄電装置４ｂの出力密度はそれ未満である。また、第１蓄電装置４ａのエネルギ密度は、数１０Ｗｈ／Ｋｇ程度であり、第２蓄電装置４ｂの蓄電容量は、それより大きい。また、第１蓄電装置４ａおよび第２蓄電装置４ｂは、船内配線部２との間で充放電可能に構成されている。
【0025】
第１蓄電装置４ａには、例えばリチウムイオンキャパシタのような、電荷を予め蓄電する蓄電能力を有しているキャパシタが好ましい。また、第２蓄電装置４ｂには、例えば、リチウムイオン電池（ＬＩＢ）、ニッケル水素電池および鉛蓄電池のような２次電池が用いられる。
【0026】
本実施の形態において、電力指令信号生成部１１は、変動電力信号生成部５ａにより生成された変動電力信号ΔＰのうちの第１周波数以上に含まれる第１周波数帯域を含む第１電力指令信号Ｐ１ｏを生成し、変動電力信号ΔＰのうちの第２周波数未満に含まれる第２周波数帯域を通過させることにより第２電力指令信号Ｐ２ｏを生成する。電力指令信号生成部１１は、第１電力指令信号Ｐ１ｏを生成する第１フィルタ１１ａと、第２電力指令信号Ｐ２ｏを生成する第２フィルタ１１ｂとを含む。
【0027】
第１フィルタ１１ａは、変動電力信号ΔＰのうちの第１周波数以上に含まれる第１周波数帯域を通過させることにより第１電力指令信号Ｐ１ｏを生成する。例えば第１フィルタ１１ａは、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）により構成される。
【0028】
なお、本実施の形態では、変動電力信号ΔＰを第１フィルタ１１ａの入力としたが、船内配線部２で要求される電力値Ｐが第１フィルタ１１ａにそのまま入力されてもよい。
【0029】
第２フィルタ１１ｂは、変動電力信号ΔＰのうちの第２周波数未満に含まれる第２周波数帯域を通過させることにより第２電力指令信号Ｐ２ｏを生成する。例えば第２フィルタ１１ｂは、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）により構成される。なお、第２周波数帯域は、上限値だけ設定されてもよいし、上限値および下限値が設定されてもよい。すなわち、第１フィルタ１１ａは、ＬＰＦに代えて帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）により構成されてもよい。また、第１周波数と第２周波数とは同じ値でもよいし、異なる値でもよい。第１周波数と第２周波数とが異なる値である場合、第１周波数より第２周波数が大きくてもよいし、第２周波数が第１周波数より大きくてもよい。
【0030】
第１電力変換装置３ａは、電力指令信号生成部１１（第１フィルタ１１ａ）から出力される第１電力指令信号Ｐ１ｏに基づいて第１蓄電装置４ａの充放電を行う。第２電力変換装置３ｂは、電力指令信号生成部１１（第２フィルタ１１ｂ）から出力される第２電力指令信号Ｐ２ｏに基づいて第２蓄電装置４ｂの充放電を行う。
【0031】
より詳しくは、第１電力指令信号Ｐ１ｏと、第１電力変換装置３ａを通じて第１蓄電装置４ａが出力する第１電力Ｐ１との差分が第１電力変換装置３ａに入力される。同様に、第２電力指令信号Ｐ２ｏと、第２電力変換装置３ｂを通じて第２蓄電装置４ｂが出力する第２電力Ｐ２との差分が第２電力変換装置３ｂに入力される。
【0032】
制御器５は、船内配線部２で要求される電力値Ｐから第１蓄電装置４ａおよび第２蓄電装置４ｂから出力される電力の合計値（Ｐ１＋Ｐ２）を差し引いた電力値Ｐ３（＝Ｐ－Ｐ１－Ｐ２）を船内配線部２に供給するように、第３電力変換装置３ｃを制御する。より具体的には、第３電力変換装置３ｃは、制御器５から出力されるベース負荷電力信号Ｐｏに基づいて燃料電池４ｃの出力制御を行う。より詳しくは、ベース負荷電力信号Ｐｏと第３電力変換装置３ｃを通じて燃料電池４ｃが出力する第３電力Ｐ３との差分が第３電力変換装置３ｃに入力される。
【0033】
図２は、船舶における負荷変動の時間的変化の一例を示すグラフである。図２においては、負荷６自体の出力変動がない状態（推進用モータ６ａの出力を一定制御している状態）を示している。図２の一番上のグラフは、船内配線部２における電力値Ｐの時間変化を示すグラフである。図２のその他のグラフは、電力値Ｐを３つの成分に分割してそれぞれ表したグラフである。
【0034】
船舶の負荷変動には、操船による負荷の時間的変化が比較的に小さい（負荷の変動速度が遅い）低周波数の負荷変動と、波浪による負荷の時間的変化が比較的に大きい（負荷の変動速度が速い）高周波数の負荷変動とが含まれる。すなわち、船内配線部２における電力値Ｐは、負荷６の制御値（ベース負荷電力値）に、低周波数の負荷変動成分と、高周波数の負荷変動成分とを加えたものとなる。
【0035】
そこで、上記構成によれば、電力指令信号生成部１１により、船内配線部２における変動成分の電力（変動電力信号ΔＰｏ）が高周波数の周波数成分（第１電力指令信号Ｐ１ｏ）と低周波数の周波数成分（第２電力指令信号Ｐ２ｏ）とに分けられる。このようにして分けられた変動成分の電力のうち、変動速度が速く、短時間の変化となる高周波数の変動成分は、出力密度がより高い高出力型蓄電デバイスである第１蓄電装置４ａが負担し、変動速度が遅く、比較的長い時間の変化となる低周波数の変動成分は、エネルギ密度がより高い大容量型蓄電デバイスである第２蓄電装置４ｂが負担する。
【0036】
なお、第１電力指令信号Ｐ１ｏおよび第２電力指令信号Ｐ２ｏは、いずれも０を中心とする振動波形となる。図２において、第１電力指令信号Ｐ１ｏおよび第２電力指令信号Ｐ２ｏが正の値の場合、対応する蓄電装置４ａ，４ｂに蓄えられた電荷を放電する放電指令となる。第１電力指令信号Ｐ１ｏおよび第２電力指令信号Ｐ２ｏが負の値の場合、船内配線部２から対応する蓄電装置４ａ，４ｂに電荷を充電する充電指令となる。
【0037】
この結果、燃料電池４ｃは、これらの負荷変動を負担する必要がなくなり、ほとんどベース負荷電力のみを負担すればよくなる。したがって、燃料電池４ｃに対して急峻な負荷変動を生じる運転を行う必要がなくなる。言い換えると、上記構成によれば、船内配線部２で要求される電力値Ｐのうちの直流成分をベース負荷電力信号Ｐｏとし、電力値Ｐのうちの高周波数交流成分を第１電力指令信号Ｐ１ｏとし、電力値Ｐのうちの低周波数交流成分を第２電力指令信号Ｐ２ｏとすることで、燃料電池４ｃ、第１蓄電装置４ａ、および第２蓄電装置４ｂが船内配線部２で要求される電力値Ｐを分担して負担する。
【0038】
このように、２種類の特性の異なる蓄電装置４ａ，４ｂを用いてそれぞれの特性に応じた周波数帯の負荷変動を各蓄電装置４ａ，４ｂの充放電により負担することで、船舶に特有の２種類の負荷変動による燃料電池４ｃへの影響を低減することができる。これにより、燃料電池４ｃの電極寿命を延ばし、船舶に生じ得る負荷変動による燃料電池４ｃの性能劣化を適切に抑制することができる。
【0039】
なお、ベース負荷電力は、負荷６の出力変更等により設定電圧Ｖｒｅｆが変化し得る。図３は、船舶における負荷変動の時間的変化の他の例を示すグラフである。図３に示すようにベース負荷電力の比較的に緩やかな変化（直流的変化）は、燃料電池４ｃが負担する。このようなベース負荷電力の直流的変化は、燃料電池４ｃの性能劣化に与える影響が小さいため、許容される。
【0040】
（変形例）
図４は、実施の形態１における舶用電源システムにおいて適用される電力指令信号生成部の他の例を示す図である。図１における舶用電源システム１において、図４に示す電力指令信号生成部１１Ｂを、図１に示す電力指令信号生成部１１の代わりに適用することが可能である。
図４は、実施の形態１における舶用電源システムにおいて適用される電力指令信号生成部の他の例を示す図である。図１における舶用電源システム１において、図４に示す電力指令信号生成部１１Ｂを、図１に示す電力指令信号生成部１１の代わりに適用することが可能である。
【0041】
図４に示す電力指令信号生成部１１Ｂは、第１フィルタ１１ａと、減算器１１ｃとを含んでいる。第１フィルタ１１ａは、図１に示す第１フィルタ１１ａと同様の構成（例えばハイパスフィルタ）である。すなわち、第１フィルタ１１ａは、変動電力信号ΔＰのうちの第１周波数以上に含まれる第１周波数帯域を通過させることにより第１電力指令信号Ｐ１ｏを生成する。減算器１１ｃは、変動電力信号ΔＰから第１電力指令信号Ｐ１ｏを差し引いて第２電力指令信号Ｐ２ｏを生成する。
【0042】
電力指令信号生成部１１Ｂをこのような構成とすることにより、１つのフィルタ（第１フィルタ１１ａ）で２つの電力変換装置３ａ，３ｂに対する電力指令信号Ｐ１ｏ、Ｐ２ｏを生成することができる。すなわち、第２フィルタ１１ｂを不要とすることができる。また、本構成によれば、負荷変動成分のうち、第１蓄電装置４ａが負担する電力以外の変動成分を第２蓄電装置４ｂに負担させることができる。これにより、２つの蓄電装置４ａ，４ｂに負荷変動成分を適切に分担させることができる。
【0043】
なお、本変形例では、電力指令信号生成部１１Ｂを、第１フィルタ１１ａと減算器１１ｃとで構成する例を示したが、これに代えて、電力指令信号生成部１１Ｂを、第２フィルタ１１ｂ（例えばローパスフィルタ）と減算器１１ｃとで構成してもよい。この場合、減算器１１ｃは、変動電力信号ΔＰから第２電力指令信号Ｐ２ｏ（第２フィルタ１１ｂの出力）を差し引いて第１電力指令信号Ｐ１ｏを生成する。
【0044】
（実施の形態２）
次に、本開示の実施の形態２に係る舶用電源システムの構成について説明する。図５は、本開示の実施の形態２に係る舶用電源システムの概略構成を示すブロック図である。図５において、図１に示す実施の形態１における舶用電源システム１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
次に、本開示の実施の形態２に係る舶用電源システムの構成について説明する。図５は、本開示の実施の形態２に係る舶用電源システムの概略構成を示すブロック図である。図５において、図１に示す実施の形態１における舶用電源システム１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【0045】
本実施の形態における舶用電源システム１Ｂが実施の形態１における舶用電源システム１と異なる点は、燃料電池４ｃに対応する第３電力変換装置３ｃの接続態様およびそれに対する制御器５Ｂによる制御態様が実施の形態１とは異なることである。
【0046】
本実施の形態において、船内配線部２で要求される電力値Ｐは、第１蓄電装置４ａおよび第２蓄電装置４ｂにより分担され、燃料電池４ｃは、船内配線部２で要求される電力値Ｐを直接的には負担しない。その代わりに、燃料電池４ｃは、第２蓄電装置４ｂのＳＯＣが所定値を維持するように、第２蓄電装置４ｂを充電する。
【0047】
第３電力変換装置３ｃは船内配線部２に接続されている。このため、燃料電池４ｃは船内配線部２を経由して、第２蓄電装置４ｂのＳＯＣを所定値にするための充電電力を第２蓄電装置４ｂに供給できる。制御器５Ｂは、第２蓄電装置４ｂのＳＯＣが所定値になるように第３電力変換装置３ｃによって燃料電池４ｃを放電制御する。舶用電源システム１Ｂは、第２蓄電装置４ｂのＳＯＣを計測するＳＯＣ計測器１３を備えている。
【0048】
制御器５Ｂは、第３電力変換装置３ｃの制御指令値を含む第３電力指令信号Ｐ３ｏを生成するＳＯＣ制御部５ｂを含んでいる。ＳＯＣ制御部５ｂは、ＳＯＣ計測器１３で計測された第２蓄電装置４ｂのＳＯＣと予め定められたＳＯＣ設定値ＳＯＣｒｅｆとの偏差ΔＳ（＝ＳＯＣｒｅｆ－ＳＯＣ）から第２蓄電装置４ｂのＳＯＣをＳＯＣ設定値ＳＯＣｒｅｆに維持するための第２蓄電装置４ｂへの充電電力を算出する。制御器５Ｂは、ＳＯＣ制御部５ｂで算出された第２蓄電装置４ｂへの充電電力を第３電力変換装置３ｃの制御指令値とする第３電力指令信号Ｐ３ｏを出力する。
【0049】
電力指令信号生成部１１Ｂは、実施の形態１と同様に、第１フィルタ１１ａおよび第２フィルタ１１ｂを含んでいる。さらに、電力指令信号生成部１１Ｂは、第２フィルタ１１ｂの出力信号Ｐ２ａにベース負荷電力信号Ｐｏを加える加算器１１ｄを含んでいる。電力指令信号生成部１１Ｂは、第１フィルタ１１ａの出力を第１電力指令信号Ｐ１ｏとして出力し、加算器１１ｄの出力を第２電力指令信号Ｐ２ｏ（＝Ｐｏ＋Ｐ１ａ）として出力する。
【0050】
上記構成によれば、電力指令信号生成部１１Ｂにより、船内配線部２における電力値Ｐが高周波数の周波数成分（第１電力指令信号Ｐ１ｏ）と、低周波数の周波数成分および直流成分を含む成分（第２電力指令信号Ｐ２ｏ）とに分けられる。このようにして分けられた変動成分の電力のうち、変動速度が速く、短時間の変化となる高周波数の変動成分は、出力密度がより高い高出力型蓄電デバイスである第１蓄電装置４ａが負担し、変動速度が遅く、比較的長い時間の変化となる低周波数の変動成分と、直流成分とは、エネルギ密度がより高い大容量型蓄電デバイスである第２蓄電装置４ｂが負担する。
【0051】
すなわち、第１電力指令信号Ｐ１ｏは、図２および図３に示すＰ１ｏのグラフと同様に、０を中心とする振動波形となる。一方、第２電力指令信号Ｐ２ｏは、図２および図３に示すＰ２ｏのグラフとＰｏのグラフとを足し合わせた波形となる。第２電力指令信号Ｐ２ｏも負荷変動によっては負の値を取り得るが、第２蓄電装置４ｂがベース負荷電力を負担しているため、第２蓄電装置４ｂにおける放電量の平均値は、第２蓄電装置４ｂにおける充電量の平均値に比べて大きくなる。
【0052】
そのため、第２蓄電装置４ｂのＳＯＣは変動する可能性（低下傾向）がある。本実施の形態における電源システム１Ｂは、このようにして生じる第２蓄電装置４ｂのＳＯＣの変動を監視して、燃料電池４ｃが出力する電力により、第２蓄電装置４ｂを充電するようにしている。
【0053】
図６は、第２蓄電装置における負荷電流およびＳＯＣの時間的変化を示すグラフである。なお、図６においては、燃料電池４ｃによる第２蓄電装置４ｂへの充電を行わない状態における第２蓄電装置４ｂのＳＯＣの時間的変化が示されている。第２蓄電装置４ｂは、上述の通り、第２電力指令信号Ｐ２ｏに基づいて第２電力Ｐ２を船内配線部２に出力する。第２電力指令信号Ｐ２ｏにおける振動成分Ｐ２ａは、図２および図３のグラフにおけるＰ２ｏに相当するため、第２蓄電装置４ｂに入力される電流Ｉ２は、０を中心に振動的となる。なお、図６においては充電時の電流を正の値とし、放電時の電流を負の値としている。
【0054】
これに対して、第２蓄電装置４ｂのＳＯＣは、電流Ｉ２の変化に比べて変化が比較的緩やかである。図６は、第２蓄電装置４ｂのＳＯＣが、第２蓄電装置４ｂの船内配線部２への電力供給により緩やかに減少していく傾向を示している。本実施の形態において、燃料電池は、負荷６における電力変動に比べて比較的に変化の緩やかな第２蓄電装置４ｂのＳＯＣの変化に応答するように制御される。したがって、燃料電池４ｃに対して急峻な負荷変動を生じる運転を行う必要がなくなる。
【0055】
このように、燃料電池４ｃに第２蓄電装置４ｂを充電するための電力のみを発電させることにより、船舶に特有の２種類の負荷変動による燃料電池４ｃへの影響を低減することができる。これにより、燃料電池４ｃの電極寿命を延ばし、船舶に生じ得る負荷変動による燃料電池４ｃの性能劣化を適切に抑制することができる。
【0056】
なお、本実施の形態では、変動電力信号ΔＰを第２フィルタ１１ｂに通過させることにより得られた出力信号Ｐ２ａにベース負荷電力信号Ｐｏを加えて第２電力指令信号Ｐ２ｏを生成する態様を例示したが、これに限られない。例えば、船内配線部２で要求される電力値Ｐがローパスフィルタとして構成される第２フィルタ１１ｂに直接入力されてもよい。この場合でも、第２フィルタ１１ｂは、直流成分であるベース負荷電力信号Ｐｏに低周波数成分Ｐ２ａを加えた信号を、第２電力指令信号Ｐ２ｏとして出力し得る。
【0057】
また、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、船内配線部２で要求される電力値Ｐが第１フィルタ１１ａにそのまま入力されることで、電力値Ｐにおける高周波数成分が抽出された第１電力指令信号Ｐ１ｏが生成され得る。
【0058】
また、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、第１フィルタ１１ａおよび第２フィルタ１１ｂの代わりに、第１フィルタ１１ａまたは第２フィルタ１１ｂと減算器１１ｃとを用いて電力指令信号生成部１１Ｂを構成してもよい。
【0059】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0060】
本開示の電源システムは、船舶に生じ得る負荷変動による燃料電池の性能劣化を適切に抑制するために有用である。
【符号の説明】
【0061】
１，１Ｂ 舶用電源システム
２ 船内配線部
３ 電力変換装置
３ａ 第１電力変換装置
３ｂ 第２電力変換装置
３ｃ 第３電力変換装置
４ 電源
４ａ 第１蓄電装置
４ｂ 第２蓄電装置
４ｃ 燃料電池
５，５Ｂ 制御器
５ａ 変動電力信号生成部
６ 負荷
１１，１１Ｂ 電力指令信号生成部
１１ａ 第１フィルタ
１１ｂ 第２フィルタ
１１ｃ 減算器
２ 船内配線部
３ 電力変換装置
３ａ 第１電力変換装置
３ｂ 第２電力変換装置
３ｃ 第３電力変換装置
４ 電源
４ａ 第１蓄電装置
４ｂ 第２蓄電装置
４ｃ 燃料電池
５，５Ｂ 制御器
５ａ 変動電力信号生成部
６ 負荷
１１，１１Ｂ 電力指令信号生成部
１１ａ 第１フィルタ
１１ｂ 第２フィルタ
１１ｃ 減算器
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
