(57)【要約】【課題】電池群が複数並列に接続された電池電源と発電機とよりなるハイブリッド電源から推進電動機を含む負荷に電力を供給する電気推進システムにおいて、発電機を停止させ電池電源のみから給電する場合に、いずれかの電池群に異常が発生して異常電池群を切り離す場合でも、残りの健全電池群で過放電を防止しつつ運転継続を可能とする。【解決手段】複数の電池群1〜２が並列接続されてなる電池電源とその制御装置26、発電機14とその制御装置32、推進電動機21とその制御装置37、および補機10等よりなる電気推進システムにおいて、発電機14を停止させ電池電源のみから給電する場合に、いずれかの電池群1〜２に異常が生じて異常電池群を切り離すときは、切り離す異常電池群の数に応じて推進電動機21の必要電力を低下させるようにして、残りの健全電池群が過放電とならないようにする。【選択図】図１
2010233367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池群が複数並列に接続されてなる電池電源と、推進電動機を含む負荷と、前記電池電源への充電および負荷への電力供給を行なう原動機駆動発電機と、前記電池電源，推進電動機を含む負荷および原動機駆動発電機を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路により前記原動機駆動発電機を停止させ、前記電池電源からのみ前記推進電動機に給電する場合に、前記各電池群の少なくとも１つに異常が生じてこれを切り離すときは、切り離す電池群の数に応じて推進電動機電力を低減させることにより、残る電池群が過負荷，過放電とならないように保護し、運転の継続を可能とすることを特徴とする電気推進システムの制御方式。
【請求項２】
切り離す電池群の数に応じて、推進電動機の回転速度を低下させることにより、推進電動機電力を低減させることを特徴とする請求項１に記載の電気推進システムの制御方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電池群が複数並列に接続されてなる電池電源と、この電池電源を充電する発電機とよりなるハイブリッド電源から、推進電動機および補機に電力を供給する電気推進システムの制御方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池群が複数並列に接続されてなる電池電源と、この電池電源を充電する発電機とよりなるハイブリッド電源から、推進電動機および補機に電力を供給する電気推進システムの運転制御方式として、例えば特許文献１に示すものがある。
これは、並列接続された複数の電池群相互間での特性バラツキを考慮したものであり、個々の電池群の充放電電流を検出し、各充放電電流が予め設定された許容バラツキ範囲を逸脱したら該当する電池群をシステムから切り離して電池群を保護するものである。また、特に定電流充電動作の状態では、切り離された電池群数に応じ、健全電池群の充電電流が過剰とならないよう発電機の出力電流を低減させ、健全電池群にダメージを与えないようにしている。
【０００３】
上述のように、特許文献１では、電池電源の定電流充電動作状態における電池群の切り離し保護時に充電電流を低減させる方法については記載されているが、電池電源の放電動作状態における電池群の切り離し保護で並列接続数が減少したときの、残りの健全電池群の過放電などを防止する対策は示されていない。また、発電機を停止させて電池電源のみから給電する場合の保護動作についても、特に記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６８２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする課題は、電池群が複数並列に接続された電池電源と発電機とよりなるハイブリッド電源から推進電動機を含む負荷に電力を供給する電気推進システムにおいて、発電機を停止させ電池電源のみから給電する場合に、いずれかの電池群に異常が発生して異常電池群を切り離す場合でも、残りの健全電池群で過放電を防止しつつ運転継続を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、電池群が複数並列に接続されてなる電池電源と、推進電動機を含む負荷と、前記電池電源への充電および負荷への電力供給を行なう原動機駆動発電機と、前記電池電源，推進電動機を含む負荷および原動機駆動発電機を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路により前記原動機駆動発電機を停止させ、前記電池電源からのみ前記推進電動機に給電する場合に、前記各電池群の少なくとも１つに異常が生じてこれを切り離すときは、切り離す電池群の数に応じて推進電動機電力を低減させることにより、残る電池群が過負荷，過放電とならないように保護し、運転の継続を可能とすることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、上記請求項１の発明において、切り離す電池群の数に応じて、推進電動機の回転速度を低下させることにより、推進電動機電力を低減させるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、上記のような電気推進システムにおいて、発電機を停止させて電池電源のみから給電する場合に、いずれかの電池群に異常（不具合）が生じても運転を安定して継続することが可能になるという利点がもたらされる。つまり、電池電源のみから推進電動機を含む負荷に給電していて給電を停止させることが電気推進システムの運転に極めて危険な状態をもたらすため、異常な（不具合の）電池群を切り離して健全な電池群だけで可能な限り運転を安定して継続させる必要があるような場合に特に効果があると言える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施例を示す構成図
【図２】この発明による制御方式を説明する説明図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この発明では、電池群が複数並列に接続されてなる電池電源と、推進電動機を含む負荷と、前記電池電源への充電および負荷への電力供給を行なう原動機駆動発電機と、前記電池電源，推進電動機を含む負荷および原動機駆動発電機を制御する制御回路とを備えた電気推進システムにおいて、前記制御回路により前記原動機駆動発電機を停止させ、前記電池電源からのみ前記推進電動機に給電する場合に、前記各電池群の少なくとも１つに異常（不具合）が生じて、この異常電池群を切り離すことにより並列電池群数が減少するときは、残りの健全電池群の放電電流が過電流，過放電にならないよう、切り離す電池群の数に応じて、推進電動機回転数（回転速度）を低下させて、推進電動機電力を低減させることにより、健全電池群に対しダメージを与えないようにし、運転を継続できるようにする。
以下、この発明の実施形態を図１〜図２に示す実施例に基づいて説明する。なお、この発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。
【実施例】
【００１０】
図１はこの発明の実施の形態を示す構成図である。この電気推進システムは図示のように、大きくは電池群１〜２（B1〜Bn）、原動機13（DE）で駆動される発電機14(G)、インバータ20（INV）を介して駆動される推進電動機21（M）、および補機10（L）などから構成される。ここで、推進電動機21（M）は、例えば電気推進船舶用の電気推進システムでは、船舶を推進するプロペラを回転させる電動機である。
また、電池群１〜２（B1〜Bn）は並列接続されて、充放電可能な電池電源を構成しており、この電池電源と発電機14(G)とよりなるハイブリッド電源から、推進電動機21（M）および補機10（L）に電力を供給することができるようになっている。なお、電池群１〜２（B1〜Bn）は図１では単体で示しているが、実際は、それぞれが、例えばリチウムイオン電池や鉛蓄電池などの蓄電池からなる単電池を複数個組合せた組電池である。また、以下では、電池群の並列接続数n（nは２以上の自然数）を、例えば５台、４台…のように称するものとする。
【００１１】
上記電池群１〜２（B1〜Bn）および補機10（L）には電池充放電＆状態監視装置26、発電機14(G)には発電機制御装置32、推進電動機21（M）には推進電動機制御装置37がそれぞれ設けられている。また、電池充放電＆状態監視装置26には充電切替スイッチ27（SWC）、パルス充電スイッチ28（SWP）、浮動動作スイッチ29（SWF）、電圧設定器30（VRVB）および電流設定器31（VRIB）が、発電機制御装置32には電流設定器31（VRIB）、電流設定器33（VRVG）および発電機運転スイッチ34（SWG）が、さらに推進電動機制御装置37には電動機速度設定器35（VRN）が、それぞれ設けられている。
【００１２】
また、３〜４，９，12，19，25はスイッチ回路（SW1〜SWn，SWB，SWL，SWg，SWM）を、５〜６，７，11，17，23は電流検出器（SHB1〜SHBn，SHB，SHL，SHG，SHM）を、8，18，24は電圧検出器（VDB，VDG，VDM）を、それぞれ示す。15は発電機界磁(Gf)、16は整流器（Rec）、22は速度検出器（TD）である。
そして、電池群１〜２（B１〜Bn）は、それぞれに直列接続されたスイッチ回路３〜４（SW1〜SWn）を介して共通の直流給電母線に並列接続されている。電池充放電＆状態監視装置26は、スイッチ回路３〜４（SW1〜SWn）をオン，オフ制御することなどにより電池群１〜２（B１〜Bn）の充放電制御を行なう。
【００１３】
また、電力変換装置20（INV）は、電池群１〜２（B１〜Bn）からの直流電力、または、発電機14（G）からの交流電力を整流器16（Rec）によって変換した直流電力を、交流電力に変換して推進電動機21（M）に供給するものである。そして、推進電動機制御装置37の制御出力INVSが電力変換装置20（INV）に与えられるとともに、推進電動機21（M）の回転速度を検出する速度検出器22（TD）からの回転速度検出信号Niが推進電動機制御装置37にフィードバックされており、これにより、推進電動機制御装置37による回転速度制御として、推進電動機21（M）の回転速度が設定速度（回転速度指令値）になるように速度調節動作が行なわれる。
【００１４】
図１に示すような電気推進システムの運転モードには、発電機が電池電源に充電電力を供給するとともに推進電動機および補機にも電力を供給するモード１、発電機および電池電源の双方から推進電動機および補機に電力を供給するモード２、発電機を停止して電池電源のみから推進電動機および補機に電力を供給するモード３などがあるが、ここではモード３の場合について、以下に説明する。
【００１５】
すなわち、発電機を停止して電池電源のみから推進電動機および補機に電力を供給する場合、電池電源からは通常は、電圧検出器24を介して検出される電圧VMと，電流検出器23を介して検出される電流IMとの積（VM×IM）で表わされる推進電動機入力電力PMと、同じく電圧検出器8を介して検出される電圧VBと，電流検出器11を介して検出される電流ILとの積（VB×IL）で表わされる補機電力PLとの和（PM＋PL）の電力（PB）を供給すれば良い。
【００１６】
ところが、何らかの原因で電池電源における一部の電池群に異常（不具合）が生じたら、異常電池群（例えばB1）を対応するスイッチ回路（例えばSW1）の開路によって直流給電母線から切り離す一方、運転は中止することなく継続しなければならない場合がある。このような場合には、電池群の全並列数nが例えば５台であるとき、直流給電母線に接続されている電池群の台数を５台→４台→３台…というように順次減らして行くことになるが、電池群を切り離したときにそれまでと同じ条件で運転を継続すると、直流給電母線に接続されている正常な電池群が過放電となるので、切り離した電池群数に応じて電池電源の放電電流を低下させることが必要となる。
【００１７】
そこで、この発明では以下のようにする。図２はこの発明の動作を説明するための説明図である。
図２の実線PMは、推進電動機の回転数に対する推進電動機電力PMを示し、電力∝（回転速度）3なる関係にある。PLは補機電力を示しており、したがって電池電源が供給すべき全電力PB（＝PM+PL）は図の点線のように表わすことができる。なお、図１のシステムでの消費電力の割合は、補機電力１に対して推進電動機電力10程度とし、補機電力は推進電動機の運転状態に関わり無く一定としている。
【００１８】
図２では、電池群の全並列接続数nが例えば５台である構成について、全ての電池群（５台）が健全である状態において、推進電動機の規定回転速度100％（N5）に対応する推進電動機電力PMの規定電力を100％（PM5）としたときの補機電力PLを20％とする例が示されており、上記の状態での電池電源の供給電力PBは120％（PB5）となる。ここで、並列接続された５台の電池群のうちの１台に異常が発生して切り離したとすると、健全電池群４台の供給可能電力はPB5の4/5、つまり120％×4/5＝96％（PB4）になるから、そのときは推進電動機の回転速度を91％（N 4）まで低下させ、推進電動機電力を約76％（PM4）に減少させる。こうすれば、補機電力20％（PL）との加算電力を４台の電池群で供給できるから、４台の電池群が過放電となることはない訳である。
【００１９】
同様に、２台の電池群が切り離された場合は、健全電池群３台の供給可能電力はPB5の3/5、つまり120％×3/5＝72％（PB3）になるから、そのときは推進電動機の回転速度を80％（N 3）まで低下させ、推進電動機電力を約52％（PM3）に減少させれば、補機電力20％（PL）との加算電力を３台の電池群で供給することができる。
以下、上記と同様に切り離された電池群台数に応じて、推進電動機回転速度を低下させて行くことにより、残りの健全電池群が過放電とならないようにでき、電池群に与えるダメージを無くすことができる。
【００２０】
なお、図２では、補機電力PLを20％と仮定したが、PL＝（検出電圧VB）×（検出電流IL）なる演算をして補機電力PLの実際の値を求め、これを用いるようにしても良いのは勿論である。
以上のように、この発明では、電池群の全並列接続数がn台（例えば５台）である構成の電気推進システムにおいて、発電機を停止して電池電源のみから推進電動機および補機に電力を供給するモード３の運転を行なう場合、異常電池群の切り離しにより、健全電池群がm台（mはnより小さい正の自然数であり、例えば４台）に減少したとき、推進電動機回転速度指令値NSCを以下の関係式に基づいて求められる指令値NSCmに設定変更する。
【００２１】
NSCm＝Nim＝Nin×（PMm÷PMn）1/3    ・・・（１）
PMm＝PBｍ−ＰＬ    ・・・・・・・・・・・・・（２）
PBm＝PBn×（m÷n）    ・・・・・・・・・・・（３）
ここで、PMn及びNinは、それぞれ、全ての電池群n台（例えば５台）が健全である状態での推進電動機の規定電力値及び規定回転速度値である。
【００２２】
また、PMm及びNimは、それぞれ、健全電池群がm台に減少した状態に適合した推進電動機の電力値及び回転速度値であり、NSCmは回転速度値Nimに対応する回転速度指令値である。
また、PBn及びPBmは、それぞれ、健全電池群がn台及びm台であるときの電池電源の供給可能電力値である。
また、PLは上記のように補機電力値であり、例えば、当該電気推進システムの設計仕様値などに基づいて設定された一定値（例えば20％）を用いてもよく、そのときの検出電圧VB，検出電流ILに基づいて演算された実際の電力値PL（＝VB×IL）を用いてもよい。
【００２３】
そして、推進電動機回転速度指令値NSCを上記NSCmに設定変更して、推進電動機回転速度NiをNim=NSCmまで低下させることにより、推進電動機電力PMをPMmに低減させることができ、これにより、残るm台の健全電池群が過負荷，過放電とならないように保護し、電気推進システムの運転を安定に継続させることができる。
なお、上記（１）式は、推進電動機の負荷特性における「電力PM∝（回転速度Ni）3」という基本的関係に対応するものであるが、実際には、当該推進電動機の実際の負荷特性曲線（特性データ）に基づいて指令値NSCmを求めることが望ましい。
【００２４】
また、上述のように指令値NSCmを算出して推進電動機回転速度指令値NSCを設定変更する操作は、電池充放電＆状態監視制御装置26から送られてくる異常電池群切り離し（その時点での健全電池群の台数m）の情報及び補機電力値（PL）の情報に基づき、推進電動機制御装置37内の制御機能として行なうことができるが、異常電池群切り離しにより健全電池群の台数が減少した場合の推進電動機回転速度指令値NSCmを予め求めておき、操作員が電動機速度設定器35（VRN）により手動での設定変更操作を行なうようにすることもできる。
【００２５】
なお、上述のモード３で異常電池群の切り離しを行なう場合としては、例えば、電流検出器７（SHB）で検出される全放電電流ＩＢΣをそのときに直流給電母線に接続されている電池群の台数（例えばｎ台）で除した算術平均値Ime（例えばIme＝IBΣ／ｎ）を算出するとともに、上記算術平均値Imeを基準として許容バラツキ範囲を設定し、電流検出器５〜６（SHB1〜SHBn）で検出される各電池群１〜２（B１〜Bn）の放電電流（IB1〜IBn）のいずれかが上記許容バラツキ範囲を逸脱したときに、該当する電池群を異常とみなし、切り離す場合が有る。この場合、各電池群の放電電流（IB1〜IBn）の検出値が許容バラツキ範囲を逸脱したら、電池充放電＆状態監視制御装置26がこれを判断して、電池電源から負荷への電力供給が不用意に停止しないようにするため、先ずは警報を発生させ、その上で、電気推進システム全体の状況を十分に把握した上での判断により、スイッチ回路３〜４（SW1〜SWn）による異常電池群の切り離しを手動操作で行なうことができるようにしておくことが好ましい。
【００２６】
また、電気推進システムの構成によっては、ある電池群の放電電流バラツキ異常が発生した場合に、当該電池群を自動的に切り離すようにしてもよく、さらには、切り離し制御回路を手動・自動切り換え式としておき、システムの運転状況に応じて切り離し制御モードを選択できるようにしておくとよい。
また、上述のモード３で異常電池群の切り離しを行なう場合における推進電動機電力低減のための回転速度低下操作も含めた操作手順としては、例えば、次の操作手順１〜３のいずれを適用することもできる。なお、下記操作手順１は、異常の発生を判別（検出）した後、推進電動機の回転速度低下操作に先行して異常電池群の切り離し操作を行なうものであって、上記実施例で説明した操作手順に対応するものである。そして、下記操作手順２〜３は、異常の発生を判別（検出）した後、異常電池群の切り離し操作に先行して推進電動機の回転速度低下操作を行なうものである。
【００２７】
（ａ）操作手順１：
（ａ１）各電池群（B1〜Bn）のうち、ある電池群（例えはB1）で異常が発生したことを判別（検出）したとき、先ず、異常警報に基づく操作員の手動操作、或いは、自動操作により、対応するスイッチ回路（例えばSW1）を開路して異常電池群（例えはB1）を切り離す。
（ａ２）上記異常電池群（例えはB1）を切り離した状態での残りの健全電池群台数（ｍ台）に適合した推進電動機電力値（PMm）に対応する推進電動機回転速度指令値（NSCm）を算出する。
（ａ３）推進電動機制御装置３７における回転速度制御に対する回転速度指令値を上記推進電動機回転速度指令値（NSCm）まで低下させる。
（ａ４）推進電動機制御装置３７における回転速度制御により回転速度Niが低下し、上記推進電動機回転速度指令値（NSCm）に到達した時点で、残りの健全電池群台数（ｍ台）に対応する定常運転が開始する。
【００２８】
（ｂ）操作手順２：
（ｂ１）各電池群（B1〜Bn）のうち、ある電池群（例えはB1）で異常が発生したことを判別（検出）したとき、先ず、異常警報を発するとともに、上記異常電池群（例えはB1）を切り離した状態での残りの健全電池群台数（ｍ台）に適合した推進電動機電力値（PMm）に対応する推進電動機回転速度指令値（NSCm）を算出する。
（ｂ２）推進電動機制御装置37における回転速度制御に対する回転速度指令値を上記推進電動機回転速度指令値（NSCm）まで低下させる。
（ｂ３）推進電動機制御装置37における回転速度制御により回転速度Niが低下し、上記推進電動機回転速度指令値（NSCm）に到達した時点で、操作員の手動操作、或いは、自動操作により、対応するスイッチ回路（例えばSW1）を開路して異常電池群（例えはB1）を切り離す。
【００２９】
（ｃ）操作手順３：
（ｃ１）各電池群（B1〜Bn）のうち、ある電池群（例えはB1）で異常が発生したことを判別（検出）したとき、先ず、異常警報を発するとともに、上記異常電池群（例えはB1）を切り離した状態での残りの健全電池群台数（ｍ台）に適合した推進電動機電力値（PMm）に対応する推進電動機回転速度指令値（NSCm）を算出する。
（ｃ２）推進電動機制御装置37における回転速度制御に対する回転速度指令値を上記推進電動機回転速度指令値（NSCm）まで低下させる。
（ｃ３）推進電動機回転速度指令値の上記低下操作後、回転速度Niが推進電動機回転速度指令値（NSCm）に到達するのを待たないで、操作員の手動操作、或いは、自動操作により、対応するスイッチ回路（例えばSW1）を開路して異常電池群（例えはB1）を切り離す。
なお、残りの健全電池群台数に適合した推進電動機電力値に対応する推進電動機回転速度指令値を求める場合における補機電力値PLとして、当該電気推進システムの設計仕様値などに基づいて設定された一定値（例えば20％）を用いる方式では、健全電池群の各台数（１〜ｎ台）に対応する推進電動機回転速度指令値（NSC１〜NSCn）を予め求めて推進電動機制御装置37に記憶させておくことができるので、上記各操作手順における（ａ２），（ｂ１），（ｃ１）において、そのときにおける残りの健全電池群台数（ｍ台）に応じて、記憶させておいた推進電動機回転速度指令値（NSCｍ）を選択するだけでよい。また、上記補機電力値PLとして、そのときの検出電圧VB，検出電流ILに基づいて演算された実際の補機電力値PL（＝VB×IL）を用いる方式では、上記各操作手順における（ａ２），（ｂ１），（ｃ１）において、そのときの実際の補機電力値PLに基づいた推進電動機回転速度指令値（NSCm）を算出する。
【符号の説明】
【００３０】
１〜２…電池群（B1〜Bn）、３〜４，９，12，19，25…スイッチ回路（SW1〜SWn，SWB，SWL，SWg，SWM）、５〜６，７，11，17，23…電流検出器（SHB1〜SHBn，SHB，SHL，SHG，SHM）、8，18，24…電圧検出器（VDB，VDG，VDM）、10…補機（L）、13…発電機の駆動用原動機（DE）、14…発電機(G)、15…発電機界磁(Gf)、16…整流器（Rec）、20…インバータ（INV）、21…推進電動機（M）、22…速度検出器（TD）、26…電池充放電＆状態監視制御装置、27…充電切替スイッチ（SWC）、28…パルス充電スイッチ（SWP）、29…浮動動作スイッチ（SWF）、30…電圧設定器（VRVB）、31，33…電流設定器（VRIB，VRVG）、32…発電機制御装置、34…発電機運転スイッチ（SWG）、35…電動機速度設定器（VRN）、37…推進電動機制御装置。
【図１】
2010233367.tif 000003
【図２】
2010233367.tif 000004