(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の充電可能な電池素子を直並列接続して組電池を構成し、この組電池を複数組並列接続して構成した電池電源と、この電池電源を充電する発電装置とから成るハイブリッド電源を備え、このハイブリッド電源から電気推進装置に駆動電力を供するようにした電気推進システムにおいて、前記電気推進装置に前記ハイブリッド電源の電池電源のみから給電して運転するモードのときに、前記電池電源を構成する電池素子単体の電圧（単電池電圧）を個別に監視するとともに前記電池電源の電圧（組電池電圧）を監視し、前記電池素子単体の何れかの単電池電圧が予め設定した単電池電圧の下限設定電圧以下に低下したとき、この下限設定電圧以下となった単電池電圧に前記電池電源の電池素子直列接続個数倍して組電池電圧に換算した電圧（組電池換算電圧）を求め、この求めた組電池換算電圧と前記組電池電圧とを比較して低い方の電圧に基づいて、前記単電池電圧または組電池電圧がそれぞれの下限設定電圧より低下しないように前記電気推進装置の推進電動機の速度を下げて運転することを特徴とする電気推進システムの制御方法。
【請求項２】
複数個の充電可能な電池素子を直並列接続して組電池を構成し、この組電池を複数組並列接続して構成した電池電源と、この電池電源を充電する発電装置とから成るハイブリッド電源を備え、このハイブリッド電源から電気推進装置に駆動電力を供するようにした電気推進システムにおいて、前記電池電源の出力電圧または、この電圧に依存した電圧を監視する電池電源電圧監視手段、前記電池電源の組電池を構成する電池素子単体の電圧（単電池電圧）を個々に監視する単電池電圧監視手段、および前記電気推進装置を制御する推進制御装置を設け、前記電気推進装置に前記電池電源のみから給電して運転するモードのときに、前記電池電源電圧監視手段および単電池電圧監視手段の少なくとも一方が予め設定した電池電源電圧または単電池電圧の下限設定電圧以下になったことを検知した際、前記制御装置が、前記単電池電圧または電池電源電圧がそれぞれの下限設定電圧以下に低下しないように前記電気推進装置の推進電動機の速度を低下させるように制御するようにしたことを特徴とする電気推進システムの制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、前記単電池電圧監視手段は、各組電池を構成する複数の電池素子単体を１個ずつ走査して単電池電圧を検出する検出手段を備えることを特徴とする電気推進システムの制御装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の装置において、電池電源電圧と単電池電圧がともにそれぞれの下限設定電圧以下に低下したことが検知されたときは、低下の大きい方の電圧に基づいて制御を行うようにすることを特徴とする電気推進システムの制御装置。
【請求項５】
請求項２から４の何れか１つに記載の装置において、前記の推進電動機の速度を低下する制御を行っても、単電池電圧が下限設定電圧に達しない電池素子があるときは、この電池素子を含む組電池を電池電源から切り離す手段を備えたことを特徴とする電気推進システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リチウムイオン電池のような充電可能な電池で構成された電池電源と、この電池電源を充電する発電装置から成るハイブリッド電源を電力供給源とする電気推進システムの制御方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池電源と、この電池電源を充電する発電装置で構成されたハイブリッド電源を用いた船舶や車両の電気推進システムは、ハイブリッド電源から船舶や車両を推進する推進電動機、およびその他補機類へ電力を供給して運転される。
【０００３】
このような電気推進システムの運転モードには、発電装置を運転して得た電力で電池電源を充電しながら推進電動機等へ電力を供給して運転するモードと、電池電源のみから電力を供給して運転するモードの２つの運転モードがある。
【０００４】
このような電気推進システムでは大容量の電池電源を必要とするが、電池素子単体は小容量であるため、この電池素子を複数個直並列接続して組電池を構成し、さらに、この組電池を複数組並列接続して大容量の電池電源を構成するのが一般的である。
【０００５】
このような電池電源の電池の放電電力のみで運転するモードでは、電池電源の電圧は運転時間の経過とともに電池の充電量が低下するのに伴って低下し、また、推進電動機の速度を増速させれば推進電動機の入力電流、したがって電池放電電流が増加するので電池電源電圧は一層低下する。
【０００６】
ハイブリッド電源で運転される電気推進システムにおいては、電池電源の電圧が異常に低下すれば、全ての機器、装置への供給電圧の低下により機器、装置の安定動作が阻害されるため、特に船舶の電気推進システムの場合には船舶の安全航行に多大な影響を与えることになる。また、電池電源は電圧が異常に低下して過放電になると寿命が短くなる問題もある。
【０００７】
このような問題を解決するための手段として、従来から、特許文献１に示すような船舶の電気推進ステムが知られている。
【０００８】
図４は、この特許文献１に示された船舶の電気推進システムのブロック構成図である。
【０００９】
この図において、１は、原動機ＤＥで駆動される交流発電機Ｇおよび整流器ＲＥＣからなる発電装置１１と、この発電装置１１によって充電されるリチウムイオン電池のような充電可能な電池Ｂを複数組み合わせて構成された電池電源１２とを備えたハイブリッド電源である。このハイブリッド電源１は、スイッチＳ３を介して、船舶の推進プロペラ２を駆動する、電力変換器ＩＮＶと推進電動機Ｍとからなる推進装置３へ給電するだけでなく、ここには図示していない補機類を含む船内負荷へ給電する。ハイブリッド電源１から供給される電力は直流であるため、推進装置３の交流電動機で構成された推進電動機Ｍには電力変換器ＩＮＶにより交流電力に変換して供給する。
【００１０】
ハイブリッド電源１は、発電装置１１が何らかの理由で停止され、電池電源１２のみから給電して運転するモードがある。電池電源１２のみからの給電による運転モードでは、原動機ＤＥ、交流発電機Ｇを停止し、スイッチＳ４をオフ、スイッチＳ３をオンにして推進装置３へ電池電源１２だけから電力が供給される。
【００１１】
さらに、船舶の推進を制御するために、推進装置３を制御する推進制御装置５が設けられている。推進装置３の推進電動機Ｍを駆動制御する電力変換器ＩＮＶを制御する推進制御装置５は、速度制御部５１および演算部５２ならびに、速度設定器ＳＲ、電圧設定器ＶＲ、電流設定器ＩＲおよび表示部５３を備えている。
【００１２】
速度設定器ＳＲは推進電動機Ｍへの指令速度ＮＳを設定する設定器である。電圧設定器ＶＲは、船内の全ての機器を安定に動作させるために許容される下限の電圧を制限電圧ＶＬＬとして設定する設定器である。そして電流設定器ＩＲは推進装置の許容される上限の電流を制限電流ＩＨＬとして設定する設定器である。表示部５３は、その都度の運転状態等を表示し、操作員へ報知するものである。
【００１３】
演算部５２は、電圧検出器ＶＤによって検出された推進装置３の受電端の入力電圧ＶＭと、電圧設定器ＶＲに設定された制限電圧ＶＬＬとを比較し、ＶＭがＶＬＬより高い（ＶＭ＞ＶＬＬ）間は、速度設定器ＳＲに設定された指令速度ＮＳをそのまま、速度制御部５１に速度指令Ｎｓとして与える。しかし、入力電圧ＶＭが電圧設定器ＶＲに設定された制限電圧ＶＬＬ以下（ＶＭ≦ＶＬＬ）になると、演算部５２が、入力電圧ＶＭを電圧設定器ＶＲに設定された制限電圧ＶＬＬ以下に低下させないために、入力電圧ＶＭが制限電圧ＶＬＬにしたときの推進電動機Ｍの速度ＮＬを演算により求め、これを新しい指令速度Ｎｓとして速度制御部５１に与えるように動作する。
【００１４】
速度制御部５１は、演算部５２から与えられた指令速度Ｎｓと、速度検出器ＴＤからフィードバックされた推進電動機Ｍの実際速度ｎとの偏差を求めて、この偏差がゼロになるように、電力変換器ＩＮＶに電力指令信号Ｐｓを与える。電力変換器ＩＮＶは、推進電動機Ｍへ供給する電力Ｐをこの速度制御部５１から与えられた電力指令信号Ｐｓに応じた電力に制御する。これによって、推進電動機Ｍに速度指令Ｎｓに対応した電力が供給され、推進電動機Ｍの速度ｎが指令速度Ｎｓになるように制御される。速度制御部５１は、速度調節過程で電流検出器ＳＨにより検出された電力変換器ＩＮＶへの供給される入力電流ＩＭが、電流設定器ＩＲから与えられた制限電流ＩＨＬを超えないように電流の調節動作も行う。
【００１５】
図５は、ハイブリッド電源装置１の電池電源１２のみから推進装置３へ給電する際の給電回路の主母線電流と主母線電圧との関係、すなわち電池電源１２の電流―電圧特性を示すものである。
【００１６】
今、ここで、推進電動機Ｍが、図５の定出力線１と電池電源電圧が高レベル（ＶＨ＝１００％電圧）のときの給電回路の電圧降下特性線Ａとの交点の動作点ＶＨａで運転されているものとする。電池電源１２だけから給電されているので、時間の経過とともに、電池電圧ＶＢが放電によって徐々に低下し、中電圧のときの給電回路(電池電源１２)の電圧降下特性線Ｂの電圧レベル（ＶＭ＝８０％電圧）まで低下すると、動作点がＶＭａに移る。当然、出力一定の定出力運転を行っているのであるから、電圧の低下とともに推進装置３の入力電流ＩＭが増加することにより、推進電動機Ｍの速度ｎは一定に保たれている。すなわち、図５に示す通り、動作点ＶＨａにおける８０％の入力電流(推進電動機電流)ＩＭが動作点ＶＭａでは１００％電流に増加する。
【００１７】
推進制御装置５は、電流設定器ＩＲで制限電流ＩＨＬを１００％電流に設定した場合、電池電圧ＶＢが低下し、これにより入力電圧ＶＭが動作点ＶＭａの電圧から電圧降下特性線Ｃの電圧レベル（ＶＬ＝６０％電圧）まで低下すると、速度制御部５１は電流検出器ＳＨで検出した入力電流ＩＭが制限電流ＩＨＬ（ここでは１００％電流とする）を超えないように電流制限動作を行いながら速度制御動作を行うので、動作点が図５に示す特性線Ｃ上の動作点ＶＬ１ｂに移動し、入力電圧ＶＭが制限電圧ＶＬＬ(＝５０％電圧)に保たれる。
【００１８】
この動作を、いま少し詳しく説明する。演算部５２は、入力電圧ＶＭが電圧設定器ＶＲで設定した制限電圧ＶＬＬ（図５では５０％電圧）以下になると、これを検出して演算を開始し、入力電圧ＶＭが電圧設定器ＶＲに設定された制限電圧ＶＬＬになったときの推進電動機Ｍの速度ＮＬを求め、速度制御装置５１に与える速度指令Ｎｓを、速度設定器ＳＲに設定した速度設定値ＮＳに対応する値から、この演算により求めた速度ＮＬに対応した値に変更する。
【００１９】
具体的には、演算部５２が、図５の動作点ＶＬ１ｂにおける電圧検出器ＶＤで検出した入力電圧ＶＭ（＝ＶＬＬ）と、電流検出器ＳＨで検出した入力電流ＩＭ（＝ＩＭ１＝１００％電流）とから推進電動機Ｍの出力Ｐ１＝ＶＬＬ×ＩＭ１を演算により求め、この求めた出力Ｐ１に相当する速度ＮＬ１を求め、この演算により求めた速度ＮＬ１を速度制御部５１へ速度指令Ｎｓとして与える。このため、推進電動機Ｍは、演算結果の指令速度ＮＬ１で運転され、推進電動機Ｍの出力はＰ１となる。
【００２０】
電池電源電圧ＶＢがさらに低下して電圧降下特性線Ｄのレベル（ＶＬ２）になったとき、入力電流ＩＭを１００％電流のままで運転したとすれば、入力電圧ＶＭは電圧設定器ＶＲで設定した制限電圧ＶＬＬを下回る動作点ＶＬ２ｅの電圧まで低下することになるので（図５参照）、演算部５２は入力電圧ＶＭが制限電圧ＶＬＬに保たれるように、速度をさらに下げるために、新たな速度指令値ＮＬ２を演算して、速度制御部５１へ新たな速度指令Ｎｓ（＝ＮＬ２）として与える。
【００２１】
これにより、速度指令ＮｓがＮＬ２に低下されるのに伴って、動作点ＶＬ１ｂが動作点ＶＬ２ｃへ向かい、電動機の速度ＮがＮＬ２に低下するから、入力電流が減少し、結果として入力電圧が上昇し、入力電圧ＶＭが制限電圧ＶＬＬと一致する動作点ＶＬ２ｃに到達する。
【００２２】
同様に、入力電圧ＶＭがさらに電圧降下特性線Ｅ上の動作点ＶＬ３ｆの電圧まで低下しようとすれば、さらに推進電動機Ｍの速度ｎを低下させて入力電流を減少させて、入力電圧ＶＭが制限電圧ＶＬＬ以下にならないように動作点ＶＬ３ｄに持ち上げるように、この点における推進電動機Ｍの出力Ｐ３＝ＶＬＬ×ＩＭ３（図５では、電流ＩＭ＝ＩＭ３は２０％電流）を求め、この出力Ｐ３に対応する推進電動機Ｍの速度ＮＬ３を演算し、求めた速度ＮＬ３を速度指令Ｎｓとして速度制御部１２へ与えて推進電動機Ｍの速度ｎをＮＬ３に制御する。
【００２３】
図５の動作点ＶＬ１ｂにおいて、演算部５２により求めた速度指令値ＮＬ１（約９０％速度）で電圧制限運転中に、速度設定器ＳＲの設定値ＮＳを例えば速度ＮＬ２（約７５％速度）に下げた場合には、演算部５２は、推進電動機の実際速度ｎ＝ＮＬ１が速度設定器ＶＲの設定速度ＮＳ＝ＮＬ２より大きくなるので、ＮＳ＜ｎが検出されたとき、電圧制限運転を解除して、速度設定器ＶＲの速度設定ＮＳ＝ＮＬ２を速度制御部５１に速度指令Ｎｓとして与えて推進電動機Ｍの速度制御運転を行う。
【００２４】
そして、この速度制御運転は、電圧制限動作に至らない領域の指令速度Ｎｓ＝ＮＬ２（７５％速度であり、このときの出力Ｐは約４３％出力）で運転されることになり、その動作点は、図５においては、電圧降下特性線Ｃと定出力線３との交点ＶＬ１ｃとなる。
【００２５】
したがって、上記のように速度設定器ＳＲの設定値ＮＳを速度ＮＬ２に下げた場合の動作点の推移は、図５においては、速度指令値ＮＬ１（約９０％速度）で電圧制限運転が行われていた動作点ＶＬ１ｂから特性線Ｃ（電圧降下特性ＶＬ１）に沿って図の左上方向へ上昇して行き、速度設定ＮＳ＝ＮＬ２での速度制御運転が行われる動作点ＶＬ１ｃに到達することとなる。
【００２６】
なお、演算部５２はＶＬＬ≧ＶＭであることを検出すると電圧制限動作中であることを示す信号ＳｎＭを表示部５３へ出力して操作員に注意を喚起する。
【００２７】
このように、前記特許文献１の従来装置では、推進装置３の入力電圧ＶＭが所定値より低下したことを検出し、入力電圧が異常低下しないように入力電圧から演算により減速すべき速度を求め、推進電動機の速度をこの求めた速度に減速して、入力電流を減少させて、受電端の入力電圧を所定電圧に維持するようにしており、これにより、電池電源１２の消耗が抑えられ、急激な電圧の異常低下を防止することができる。
【００２８】
しかし、この装置では、前記の組電池を複数組並列接続して構成した電池電源から推進電動機装置へ電力を供給するため、組電池の異常な電圧低下は防止できても、組電池を構成する電池素子単体の特性のバラつき等による電池素子の１つに異常な電圧低下が生じても、これを検知することも、保護することもできない問題がある。
【００２９】
すなわち、組電池電圧が下限値に達していなくとも、電池素子単体の電圧、すなわち単電池電圧が下限値に達した状態の電池素子が１個でもあれば、放電継続により、この電池素子が過放電状態となり、電池素子に重大な支障を与え、また、この電池素子の異常が組電池へも重大な影響を与えることになる。
【００３０】
このように、前記の従来装置では、電池電源を構成する組電池の過放電等を伴う電圧の異常低下に対する問題は解決することができるが、組電池を構成する電池素子単体の電圧の異常低下に対する問題は解決することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３１】
【特許文献１】特開２００８‐０６７５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
この発明は、前記の従来装置における問題点を解消するために、複数個の電池素子を直並列接続して組電池を構成し、この組電池を複数組並列接続して構成した電池電源と、この電池電源を充電する発電装置とから成るハイブリッド電源により電気推進装置を駆動するようにした電気推進システムにおいて、電池電源のみから給電するモードのときに、電池電源における組電池だけでなく、これを構成する電池素子単体が、異常電圧低下により過放電状態になるのを防止して、電池素子を保護するとともに、電池電源の寿命低下を防止することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
前記の課題を解決するために、この発明による方法は、複数個の充電可能な電池素子を直並列接続して組電池を構成し、この組電池を複数組並列接続して構成した電池電源と、この電池電源を充電する発電装置とから成るハイブリッド電源を備え、このハイブリッド電源から電気推進装置に駆動電力を供するようにした電気推進システムにおいて、前記電気推進装置に前記ハイブリッド電源の電池電源のみから給電して運転するモードのときに、前記電池電源を構成する電池素子単体の電圧（単電池電圧）を個別に監視するとともに前記電池電源の電圧（組電池電圧）を監視し、前記電池素子単体の何れかの単電池電圧が、予め設定した単電池電圧の下限設定電圧以下に低下したとき、この下限設定電圧以下となった単電池電圧に前記電池電源の電池素子直列接続個数倍して組電池電圧に換算した電圧（組電池換算電圧）を求め、この求めた組電池換算電圧と前記組電池電圧とを比較して低い方の電圧に基づいて、前記単電池電圧または組電池電圧がそれぞれの下限設定電圧より低下しないように前記電気推進装置の推進電動機の速度を下げて運転することを特徴とする。
【００３４】
また、この発明による装置は、複数個の充電可能な電池素子を直並列接続して組電池を構成し、この組電池を複数組並列接続して構成した電池電源と、この電池電源を充電する発電装置とから成るハイブリッド電源を備え、このハイブリッド電源から電気推進装置に駆動電力を供するようにした電気推進システムにおいて、前記電池電源の出力電圧または、この電圧に依存した電圧を監視する電池電源電圧監視手段、前記電池電源の組電池を構成する電池素子単体の電圧（単電池電圧）を個々に監視する単電池電圧監視手段、および前記電気推進装置を制御する推進制御装置を設け、前記電気推進装置に前記電池電源のみから給電して運転するモードのときに、前記電池電源電圧監視手段および単電池電圧監視手段の少なくとも一方が予め設定した電池電源電圧または単電池電圧の下限設定値以下になったことを検知した際、前記制御装置が、前記単電池電圧または電池電源電圧がそれぞれの下限設定値以下に低下しないように前記電気推進装置の推進電動機の速度を低下させるように制御するようにしたことを特徴とするものである。
【００３５】
この発明においては、電池電源電圧と単電池電圧がともにそれぞれの下限設定電圧以下に低下したことが検知されたときは、低下の大きい方の電圧に基づいて制御を行うようにする。
【００３６】
また、前記の推進電動機の速度を低下する制御を行っても、単電池電圧が下限設定電圧に達しない電池素子があるときは、この電池素子を含む組電池を電池電源から切り離すようにするのが良い。
【００３７】
さらに、この発明における前記単電池電圧監視手段は、各組電池を構成する複数の電池素子単体を１個ずつ走査して単電池電圧を検出する検出手段を備えることができる。
【発明の効果】
【００３８】
この発明は、前記のように、複数個の電池素子を直並列接続して組電池を構成し、この組電池を複数組並列接続して構成した電池電源と、この電池電源を充電する発電装置とから成るハイブリッド電源から給電する電気推進装置を駆動するようにした電気推進システムにおいて、前記電池電源からのみ電気推進装置に給電するモードのときに、前記単電池電圧および電池電源電圧を監視し、その少なくとも一方がそれぞれの下限設定電圧より低下したことが検知されると、前記電気推進装置を制御する制御装置により、前記単電池電圧または電池電源電圧がそれぞれの下限設定電圧以下に低下しないように前記電気推進装置の推進電動機の速度を低下させて、推進電動機の駆動電流を減少させるので、単電池電圧および電池電源電圧の異常低下が防止され、過放電となることが抑制されるので、電池電源全体だけではなく、電池素子単体の過放電も防止することができる。このため、電池電源の劣化が抑制され、寿命低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の実施例を示す電気推進システムの制御装置のブロック構成図。
【図２】この発明の用いる電池電源監視制御部の動作を説明用の処理フロー図。
【図３】この発明の電気推進システムの動作説明図。
【図４】従来の電気推進システムの制御装置のブロック構成図。
【図５】従来の電気推進システムの動作説明図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下にこの発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。
【実施例】
【００４１】
図１は、この発明の実施例を示す船舶の電気推進システムのブロック構成図である。
【００４２】
この図において、１はハイブリッド電源であり、電池電源１２と、この電池電源を充電する発電装置１１とで構成される。発電装置１１は、原動機ＤＥによって駆動される交流発電機Ｇおよびこの発電機Ｇの交流出力電力を直流電力に変換する整流器ＲＥＣを備える。電池電源１２は、複数のリチウムイオン電池等の充電可能な電池素子を直列接続して構成した組電池Ｂ１，Ｂ２を並列接続して構成されている。組電池Ｂ１は、電池素子ｂ１１〜ｂ１ｍを直列接続して構成されている。組電池Ｂ２は、電池素子ｂ２１〜ｂ２ｍを直列接続して構成されている。組電池Ｂ１、Ｂ２は、それぞれハイブリッド電源１の母線にスイッチＳＢ１、ＳＢ２により切り離し可能に接続されている。
【００４３】
以下では、組電池Ｂ１，Ｂ２を総称して、組電池Ｂとする。また、電池素子ｂ１１〜ｂ１ｍ，ｂ２１〜ｂ２ｍを総称する場合には、電池素子ｂとする。また、電池素子ｂ１１〜ｂ１ｍ，ｂ２１〜ｂ２ｍのいずれか１つを表す場合には、電池素子ｂｐとする。
【００４４】
ハイブリッド電源１は、スイッチＳ３を介して、船舶の推進プロペラ２を駆動する推進装置３に給電し、これを駆動する。推進装置３は推進プロペラ２を駆動する交流の推進電動機Ｍとこの電動機Ｍを制御する電力変換器ＩＮＶとを備える。
【００４５】
ハイブリッド電源１からは、ここには図示しない船内の補機類を含むその他の負荷にも給電される。
【００４６】
ハブリッド電源１および推進装置３等のシステム全体を制御する推進制御装置５は、プロペラ２を駆動する推進電動機Ｍの速度を調節制御する速度制御部５１、この速度制御部５１に与える速度指令Ｎｓを演算、制御する演算部５２、制御信号等を警報するために表示する表示部５３を備える。
【００４７】
さらに、電池電源１２の監視、制御を行うために電池電源監視制御装置６が設けられている。この電池電源監視制御装置６は、電池電源１２を構成する電池素子を１個ずつ走査して電池素子単体の電圧（以下、単電池電圧という。）Ｖｂを検出すための単電池電圧検出部６１と、この単電池電圧検出部６１で検出された単電池電圧Ｖｂおよび電池電源電圧検出器ＶＤＢで検出された電池電源電圧(以下、組電池電圧という。)ＶＢを読取って、規定電圧以上の電圧にあるか否かを監視し、所定の制御を行う電圧監視制御部６２とを備える。
【００４８】
次に、このように構成されたこの発明の電気推進システムにおいて、発電装置１１が何らかの理由により運転が停止され、推進装置３が電池電源１２から供給される電力のみで運転されるモードにおける動作を説明する。
【００４９】
電池電源１２の組電池電圧ＶＢおよび単電池電圧Ｖｂに電圧低下の異常が検出されない通常状態においては、推進制御部５は、電池電源監視制御装置６に関係なしに、速度設定器ＳＲに設定された設定速度ＮＳ、電圧設定器ＶＲに設定された下限設定電圧ＶＬＬ、電流設置器ＩＲに設定された上限設定電流ＩＨＬ、入力電圧検出器ＶＤＭで検出された推進装置３の入力電圧ＶＭ、電流検出器ＳＨＭで検出された推進装置３の入力電流ＩＭおよび速度検出器ＴＤにより検出された推進電動機Ｍの速度ｎを読取って、制御演算を行い、電流設定器ＩＲで設定された上限設定電流ＩＨＬを超えない範囲で、推進電動機Ｍの速度が設定速度ＮＳになるように電力変換器ＩＮＶにより推進電動機Ｍに供給する電力Ｐを制御する。
【００５０】
推進制御装置５の演算部５２は、前記した従来装置と同様に、電圧検出器ＶＤＭによって検出された推進装置３の入力電圧ＶＭと、電圧設定器ＶＲに設定された下限設定電圧ＶＬＬとを比較し、ＶＭがＶＬＬより高い（ＶＭ＞ＶＬＬ）間は、速度設定器ＳＲに設定された設定速度ＮＳをそのまま速度指令Ｎｓとして出力し、速度制御部５１に与える。しかし、入力電圧ＶＭが電圧設定器ＶＲに設定された下限設定電圧ＶＬＬ以下（ＶＭ≦ＶＬＬ）になると、演算部５２が、入力電圧ＶＭを電圧設定器ＶＲに設定された下限設定電圧ＶＬＬ以下に低下させないために、入力電圧ＶＭが制限電圧ＶＬＬとなったときの推進電動機Ｍの速度ＮＬを演算により求め、これを新しい速度指令Ｎｓとして速度制御部５１に与えるように動作する。
【００５１】
推進制御装置５の速度制御部５１は、演算部５２から与えられた速度指令Ｎｓと、速度検出器ＴＤからフィードバックされた推進電動機Ｍの実際速度ｎとの偏差を求めて、この偏差がゼロとなるように、電力変換器ＩＮＶに電力指令Ｐｓを与える。電力変換器ＩＮＶは、推進電動機Ｍへ供給する電力Ｐをこの速度制御部５１から与えられた電力指令Ｐｓに応じた電力に制御する。これによって、推進電動機Ｍに速度指令Ｎｓに対応した電力が供給され、推進電動機Ｍの速度ｎが演算部５２から与えられる速度指令Ｎｓにしたがって制御される。速度制御部５１は、速度調節過程で電流検出器ＳＨＭにより検出された電力変換器ＩＮＶに供給される入力電流ＩＭが、電流設定器ＩＲから与えられた制限電流ＩＨＬを超えないように電流の調節動作も行う。
【００５２】
電池電源監視制御装置６の単電池電圧検出部６１は、電池電源１２の組電池Ｂ１、Ｂ２を構成する複数の電池素子ｂ(ｂ１１〜ｂ２ｍ)を、監視制御部６２から加えられる走査信号ＳＣにしたがって１個ずつ走査して、単電池電圧Ｖｂ（Ｖｂ１１〜Ｖｂ２ｍ）を順次検出する。
【００５３】
監視制御部６２は、電池電源電圧検出器ＶＤＢにより検出した組電池電圧ＶＢおよび単電池電圧検出部６１により検出した単電池電圧Ｖｂを読取って、それぞれ、内部に設定された電池電源の下限設定電圧ＶＢＬおよび単電池下限設定電圧ＶｂＬと比較して、組電池電圧ＶＢおよび単電池電圧Ｖｂがそれぞれの設定電圧より低下していないか否かを監視する。そして、組電池電圧ＶＢおよび単電池電圧Ｖｂが下限設定電圧より低下していることが検知された場合は、推進制御装置５へ電圧制限指令ＶＢｉＬおよびＶＢｃＬを出力する。
【００５４】
このような電池電源監視制御装置６における監視制御処理を図２に示す処理フロー図を参照して説明する。
【００５５】
監視制御処理は、組電池電圧ＶＢを監視する処理系統Ｓ１と組電池を構成する個々の電池素子の電圧Ｖｂを監視する処理系統Ｓ２の２つの処理系統が並行して行われる。
【００５６】
組電池電圧ＶＢの監視制御は、処理系統Ｓ１における最初のステップＳ１１で、組電池電圧ＶＢの実際電圧ＶＢｉの読取り処理を所定の周期で周期的に行う。組電池の実際電圧ＶＢｉの読取りが行われると、次のステップＳ１２で、検出値ＶＢｉと予め内部に設定された組電池下限設定電圧ＶＢＬとを比較して、大小関係を判別する処理が行われる。
【００５７】
この比較処理で、組電池実際電圧ＶＢｉが組電池下限設定電圧ＶＢＬより大きい（ＶＢｉ＞ＶＢＬ）と判定された場合は、ＮＯ分岐からステップＳ１１に戻って再び組電池実際電圧ＶＢｉの読取り処理を行うとともに、ステップＳ１７の電圧制限指令ＶＢｉＬを解除する処理を行う。
【００５８】
ステップＳ１２において、組電池の実際電圧ＶＢｉが組電池下限設定電圧ＶＢＬ以下（ＶＢi≦ＶＢＬ）になったと判定された場合は、ＹＥＳ分岐からステップＳ１３へ進み、読取った組電池実際電圧ＶＢｉを内部の組電池電圧保持手段にセットしてその値を保持する処理を行う。
【００５９】
組電池電圧保持手段に組電池実際電圧ＶＢｉが保持されると、次のステップＳ１４で、単電池電圧保持手段に単電池実際電圧Ｖｂｐが保持されているか否かを判定し、保持されていなければ、ＮＯ分岐からステップＳ１６へ進み、保持された組電池実際電圧ＶＢｉを制限値として電圧制限指令ＶＢｉＬを出力し、推進制御装置５の演算部５２（図１参照）へ与える。そしてステップ１６で、電圧制限指令ＶＢｉＬが出力されると、最初のステップＳ１１へ戻り、組電池電圧ＶＢを読取り、電圧監視処理を継続する。
【００６０】
ステップＳ１４で、単電池実際電圧Ｖｂｐが保持されている場合は、ＹＥＳ分岐から、ステップＳ１５で、組電池電圧保持手段に保持された組電池実際電圧ＶＢｉと、単電池保持手段に保持された単電池実際電圧Ｖｂｐを組電池の電池素子直列接続個数ｍ倍して組電池電圧に換算した電圧ＶＢｃとを比較し、ＶＢｉ≦ＶＢｃであればＹＥＳ分岐からステップＳ１６へ進み、ＶＢｉ＞ＶＢｃであれば、ＮＯ分岐から最初のステップＳ１１へ戻る。
【００６１】
単電池電圧を監視する処理系統Ｓ２では、最初のステップＳ２１で、単電池電圧検出部６１に個々の電池素子ｂｐを選択するための走査の開始が指令されることにより、決められた順序で図１における電池素子ｂ１１から選択が開始される。ステップＳ２２で、単電池電圧検出部６１を通して電圧監視制御部６２で、選択された電池素子ｂｐの単体の電圧（単電池電圧）の実際電圧Ｖｂｐの読取り処理が行われる。
【００６２】
単電池実際電圧Ｖｂｐが読取られると、次のステップＳ２３で、単電池実際電圧Ｖｂｐと内部に設定された単電池下限設定電圧ＶｂＬとの比較処理が行われ、単電池実際電圧Ｖｂｐが単電池下限性電圧ＶｂＬより大きい（Ｖｂｐ＞ＶｂＬ）と判定された場合は、ＮＯ分岐からステップＳ３０へ進んで、電圧監視制御部６２から単電池電圧検出部６１へ操作を１つ進める操作信号ＳＣを与える処理が行われる。これと同時に、ステップ３１へ進み、すでに出力されている電圧制限指令ＶＢｃＬがあれば、これを解除する処理が行われる。これにより単電池電圧検出部６１では、次の電池素子の選択が行われ、電圧監視制御部６２で、この新たに選択された電池素子ｂｐの単電池実際電圧Ｖｂｐの読取り処理が行わる（ステップＳ２２）。
【００６３】
ステップＳ２３の処理において、読取った単電池実際電圧Ｖｂｐが単電池下限設定電圧ＶｂＬ以下（Ｖｂｐ≦ＶｂＬ）になったと判定された場合は、ＹＥＳ分岐からステップ２４へ進んで、前記のステップＳ２２で読取った電池素子ｂｐの実際電圧Ｖｂｐを単電池電圧保持手段にセットして保持する。単電池実際電圧Ｖｂｐが保持されるとステップ２５で、この保持した単電池電圧Ｖｂｐを組電池Ｂにおける電池素子の直列接続個数ｍ倍（Ｖｂｐ×ｍ）して、組電池電圧相当の電圧に換算した電圧（ＶＢｃ）を求める処理を行う。このようにして組電池換算電圧ＶＢｃが求められると、次のステップＳ２６で、組電池電圧保持手段に組電池実際電圧ＶＢｉの保持があるか否かを判定し、なければＮＯ分岐から、ステプッＳ２８は進んで、この組電池換算電圧ＶＢｃを制限値として電圧制限指令ＶＢｃＬを出力し、推進制御装置５の演算部５２に与える。
【００６４】
また、組電池実際電圧ＶＢｉの保持がある場合は、ＹＥＳ分岐からステップＳ２７へ進み、演算により求められた組電圧換算電圧ＶＢｃと保持された組電池実際電圧ＶＢｉとの比較処理が行われる。
【００６５】
ここで、ＶＢｃ≦ＶＢｉであればＹＥＳ分岐からステップＳ２８へ進み、電圧制限指令ＶＢｃＬを出力する処理を行う。
【００６６】
ＶＢｃ＞ＶＢｉであれば、ＮＯ分岐からステップＳ２１へ戻って、再度同じ電池素子ｂｐの実際電圧Ｖｂｐを読取って、ステップ２３以下の処理を繰り返す。ここで、単電池実際電圧ＶｂｐがＶｂｐ＞ＶｂＬとなり電圧が回復したことが判定されれば、ＮＯ分岐からステップＳ３０およびＳ３１へ進んで、電池素子の走査を１つ進める処理および電圧制限指令ＶＢｃＬを解除する処理が行われる。
【００６７】
しかし、単電池実際電圧Ｖｂｐが下限設定電圧ＶｂＬより小さい（Ｖｂｐ≦ＶｂＬ）ままである場合には、ステップＳ２４〜Ｓ２８の処理が行われ、電圧制限指令ＶＢｃＬが継続して推進制御装置５に与えら、かつ、再びステップＳ２２へ戻って、単電池実際電圧Ｖｂｐが下限設定電圧ＶｂＬ以上の電圧に戻るまで前記の処理が繰り返し行われることになる。
【００６８】
このように、電池電源監視制御装置６は、組電池電圧ＶＢおよび組電池Ｂを構成する電池素子ｂの単電池電圧Ｖｂを監視し、その何れかが、予め設定されたそれぞれの下限設定電圧ＶＢＬおよびＶｂＬ以下になったことが検知されると、組電池電圧ＶＢまたは単電池電圧Ｖｂの組電池電圧換算電圧ＶＢｃを電圧制限指令ＶＢｉＬまたはＶＢｃＬとして推進制御装置５に与える作用をする。そして、組電池電圧ＶＢおよび単電池電圧Ｖｂがともに下限設定電圧ＶＢＬおよびＶｂＬ以下になったことが検知された場合は、その時の組電池電圧ＶＢと単電池電圧の組電池電圧換算電圧ＶＢｃとを比較して、小さい方の電圧が、推進制御装置５に電圧制限指令（ＶＢｉＬまたはＶＢｃＬ）として与えられる。
【００６９】
次に、このような電池電源監視制御装置６を備えたこの発明の電気推進システム制御装置の動作を説明する。
【００７０】
電池電源監視制御装置６は、前記した通り、電池電源１２からのみの給電による運転モードにおいて、電池電源電圧ＶＢ、または電池電源を構成する電池素子単体ｂの電圧（単電池電圧）Ｖｂが、何れも下限設定電圧ＶＢＬまたはＶｂＬより大きい間は、電圧制限指令ＶＢｉＬおよびＶＢｃＬを発生しないので、推進制御装置５は、推進装置３の入力電圧ＶＭを監視しながら前記の従来装置と同じ動作をする。
【００７１】
電池電源電圧ＶＢまたは単電池電圧Ｖｂ）が設定された下限電圧ＶＢＬまたはＶｂＬより低下した場合は、電池電源監視制御装置６から推進制御装置５へ電圧制限指令ＶＢｉＬまたはＶＢｃＬが出力される。推進制御装置５は、電池電源監視制御装置６からこの電圧制限指令ＶＢｉＬまたはＶＢｃＬを受信すると、これらによって指令された制限指令電圧ＶＢｉまたはＶＢｃと、下限設定電圧を電圧設定器ＶＲに設定された下限設定電圧ＶＬＬと比較する。そして、制限指令電圧ＶＢｉまたはＶＢｃが電圧設定器ＶＲに設定され下限設定電圧ＶＬＬより小さい場合は、推進制御装置５の演算部５２において、推進装置３の入力電圧ＶＭを、この電池電源監視制御装置６から与えられた電圧制限指令により与えられた指令制限電圧ＶＢｉまたはＶＢｃに制限するために、この指令制限電圧ＶＢｉまたはＶＢｃに対応する推進電動機の回転速度ＮＬを演算し、この演算によって求めた回転速度ＮＬを新たな速度指令Ｎｓとして電流指令ＩＭｓとともに速度制御部５１に出力する。
【００７２】
推進制御装置５の速度制御部５１は、演算部５２から与えられた速度指令Ｎｓと、速度検出器ＴＤからフィードバックされた推進電動機Ｍの実際速度ｎとの偏差を求めて、この偏差がゼロとなるように、電力変換器ＩＮＶに電力指令Ｐｓを与える。電力変換器ＩＮＶは、推進電動機Ｍへ供給する電力Ｐがこの速度制御部５１から与えられた電力指令Ｐｓになるように供給電力を制御する。これによって、推進電動機Ｍに速度指令Ｎｓに対応した電力が供給され、推進電動機Ｍの速度ｎが演算部５２から与えられる速度指令Ｎｓになるように低下される。
【００７３】
この動作を少し詳しく説明する。
【００７４】
推進電動機Ｍの入力制限特性を示す図３において、特性線ＶＢ０は満充電状態の電池電源１２の電圧−電流特性を示す。
【００７５】
電池電源１２の出力電圧ＶＢと出力放電電流ＩＢとの関係を示す電池電源の電圧−電流特性は
ＶＢ＝ｅＢ-ＩＢ×ＲＢ・・・（１）
で示される。
【００７６】
この（１）式において、ｅＢは、電池の起電力、ＲＢは電池の内部抵抗である。電池電源１２の放電が進行すると電池電圧ＶＢは次第に低下して下限設定電圧ＶＢＬに達する。
【００７７】
推進装置３の出力電力ＰＭｏは推進電動機Ｍｎｏ回転速度ｎの３乗に比例し、推進装置３の入力電力ＰＭｉは出力電力ＰＭｏに比例するから、推進電動機Ｍの回転速度ｎを変化させれば推進装置３の入力電力ＰＭｉおよび出力電力ＰＭｏは、定入力線１〜５（定出力線１〜５）のように変化する。
【００７８】
推進装置３の出力電力ＰＭｏは
ＰＭｏ∝ｎ3・・・・（２）
で示される。
【００７９】
また、推進装置３の入力電力ＰＭｉは
ＰＭｉ＝ＰＭｏ÷η＝ＰＭ∝ｎ3÷η・・・・（３）
となる。この（３）式において、ηは推進装置３の効率である。
【００８０】
さらに、入力電力ＰＭｉは、
ＰＭｉ＝ＶＭ×ＩＭ・・・・・・（４）
で示される。
【００８１】
以上から、推進電動機の回転速度ｎが一定であれば入力電力は一定であるから、推進装置３の入力の入力電圧ＶＭが高ければ入力電流ＩＭが小さく、入力電圧ＶＭが低くければ入力電流ＩＭが大きくなる。入力電圧ＶＭの範囲がＶＢ０Ｓ〜ＶＢＬの範囲であれば、推進電動機Ｍの回転速度ｎは制限を受けないが、入力電圧ＶＭの下限電圧ＶＢＬの近傍では、推進電動機Ｍの回転速度ｎを増速させれば推進装置３の入力電流ＩＭ、したがって電池電源１２の出力放電電流が増加することによって推進装置３の受電端の入力電圧ＶＭ、組電池電圧ＶＢ、単電池電圧Ｖｂは一層の電圧低下が発生する。
【００８２】
このため、この発明では、単電池電圧Ｖｂまたは、組電池電圧ＶＢが下限電圧ＶｂＬまたはＶＢＬに達したとき、単電池電圧Ｖｂを組電池における電池素子の直列接続個数ｍ倍して組電池電圧相当の電圧に換算した組電池換算電圧ＶＢｃが下限電圧ＶＢＬ以下に、また組電池電圧ＶＢが下限電圧ＶＢＬ以下に低下しないように推進電動機Ｍの回転速度ｎおよび入力電流ＩＮｓを低下させることにより電池電源電圧ＶＢおよび単電池電圧Ｖｂのそれ以上の低下を防止するようにしている。
【００８３】
例えば、図３における定入力線１上で、推進電動機Ｍが速度ｎ１で運転されているときに、電池電源電圧すなわち推進装置４の入力電圧ＶＢが運転点ＶＢ０１から運転点（１）の下限電圧ＶＢＬまで低下すると、電池電圧ＶＢがこれ以下に低下することがないように、推進電動機Ｍの速度をｎ２に減速して出力を低下させて定入力線２上の点（２）へ移動させる。以後も、電池電源電圧＝入力電圧ＶＢが下限設定電圧ＶＢＬ以下に低下しないように電圧制限運転を行うことにより、運転点が、順次（２）〜（５）へ移動して、電池電源の電圧が下限設定電圧以下に低下することがなくなり、電池電源１２がブラックアウトに至るのを予防することができる。
【００８４】
また、小容量の電池素子を複数（ｐ）個直列接続して構成した組電池において、組電池電圧を構成する一部の電池素子単体の電圧、すなわち単電池電圧Ｖｂが単電池下限設定電圧ＶｂＬに達したとき、この単電池電圧の低下を組電池の電圧変化で検出することは困難であるから、この発明では、電池素子の端子電圧を個々に検出することにより、単電池電圧を直接検出して組電池電圧に換算した電圧を求め、この組電池換算電圧によって推進電動機Ｍの回転速度ｎの減速制御、入力電流ＩＭの制限制御を行うことにより、それ以上の単電池電圧の低下を防止している。
【００８５】
すなわち、推進電動機Ｍの速度低下とともに、電池電源１２から推進装置３へ供給される電力が低減されることにより、電池電源１２の電池の放電量が低下するので、低下していた組電池Ｂ１、Ｂ２の電圧（組電池電圧）ＶＢまたは組電池を構成する個々の電池素子単体の電圧（単電池電圧）Ｖｂが、それぞれ下限設定電圧ＶＢＬまたはＶｂＬ以上の電圧に回復され、電池電源１２の電池電圧の異常低下が防止される。これにより電池電源１２の電池素子が過放電を起こすことが防止されるので電池電源の寿命の低下を抑えることができる。
【００８６】
電池電源監視制御部６には、この他にも次のような機能がある。
【００８７】
（１）電池電源１２の組電池電圧ＶＢまたは単電池電圧Ｖｂが下限設定電圧ＶＢＬまたはＶｂＬに低下したことが検出されたとき、これを表示部５３へ電圧低下警報信号ＶＢＡ１，ＶＢＡ２として出力し、表示部５３に表示し、操作員へ警報する。
【００８８】
（２）単電池電圧Ｖｂの電圧低下が検出された場合、この電圧低下の継続時間を監視する手段を設け、この手段により、電圧低下継続時間が予め設定した時間より長くなったことが検知された場合には、この単電池電圧の低下を起こした機能不良の電池素子を含む組電池を、スイッチＳＢ１またはＳＢ２（図１参照）を遮断し、電池電源１２から切り離して、他の電池素子への機能低下が波及しないようにする。
【符号の説明】
【００８９】
１：ハイブリッド電源、１１：発電装置、１２:電池電源、２：推進プロペラ、３：推進装置、ＩＮＶ：電力変換器、Ｍ：推進電動機。５：推進制御装置、５１：速度制御部、５２：演算部、５３：表示部、６：電池電源監視制御部、61：単電池電圧検出部、６２：電圧監視制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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