(57)【要約】【課題】単電池の特性にバラツキがあっても単電池または組電池を過充電および過放電から防止することのできる電池電源の充放電制御方式を提供する。【解決手段】複数の充電可能な単電池で構成された組電池を備える電池電源と、この電池電源の電池を充電する充電用電源とで構成したハイブリッド電源装置において、前記電池電源の単電池電圧が予め設定した単電池上限電圧または単電池下限電圧に達しない間は、組電池電圧に基づいて、この組電池電圧が予め設定した組電池上限電圧または組電池下限電圧を超過しないように電池電源の充放電電流を制御し、前記単電池電圧の何れかが、予め設定された単電池上限電圧または単電池下限電圧に達すると、この単電池上限電圧または単電池下限電圧に達した単電池の電圧に基づいて、この単電池の電圧が前記単電池上限電圧または単電池下限電圧を超過しないように電池電源の電池の充放電電流を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電可能な複数個の単電池を直列接続して構成した組電池を少なくとも１組備えた電池電源と、この電池電源を充電する充電用電源と、前記電池電源の充放電を制御する充放電制御装置を備えたハイブリッド電源装置において、前記電池電源の各単電池の電圧を検出する単電池電圧検出手段、および組電池の電圧を検出する組電池電圧検出手段を設け、前記単電池電圧検出手段により検出された単電池電圧が予め設定した単電池上限電圧または単電池下限電圧に達しない間は、前記組電池電圧検出手段により検出された組電池電圧に基づいて、この組電池電圧が予め設定した組電池上限電圧または組電池下限電圧を超過しないように前記充放電制御装置により前記電池電源の充放電電流を制御し、前記単電池電圧検出手段により、単電池の何れかの電圧が、予め設定された単電池上限電圧または単電池下限電圧に達したことが検出されると、この単電池上限電圧または単電池下限電圧に達した単電池の電圧に基づいてこの単電池の電圧が前記単電池上限電圧または単電池下限電圧を超過しないように前記充放電制御装置により前記電池電源の充放電電流を制御することを特徴とする電池電源の充放電制御方式。
【請求項２】
前記単電池電圧検出手段は、前記組電池の直列接続された複数の単電池を1個ずつ交互に順次走査する２組の選択手段を備え、何れか一方の選択手段で選択された単電池の電圧が単電池上限電圧または単電池下限電圧に達したことが検出されると、当該選択手段はその単電池の位置で走査を停止して当該単電池の電圧を継続して出力し、他方の選択手段が他の単電池の走査を継続して単電池電圧が単電池上限電圧または単電池下限電圧に達した単電池を選択すると、その位置で前記他方の選択手段の走査を停止してその位置の単電池の電圧を継続して出力し、前記一方の選択手段の走査を再開するようにすること特徴とする請求項１に記載の電池電源の充放電制御方式。
【請求項３】
前記電池電源の充電動作を、定電圧で充電を行う定電圧モード、定電流で充電を行う定電流充電モード、および定電力で充電を行う定電力充電モードを選択して実行することを特徴とする請求項１または２に記載の電池電源の充放電制御方式。
【請求項４】
前記電池電源の放電動作中は、組電池電圧または単電池電圧が組電池下限電圧または単電池下限電圧に達したときは、この組電池電圧または単電池電圧が前記組電池下限電圧または単電池下限電圧より低下しないように前記電池電源から給電される負荷を減じるようにすることを特徴とする請求項１または２に記載の電池電源の充放電制御方式。
【請求項５】
単電池電圧を組電池電圧に換算した電圧と組電池電圧とを比較して低い方の電圧に基づいて制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の電池電源の充放電制御方式。
【請求項６】
前記電池電源を充電する充電用電源を原動機駆動の発電機により構成し、この発電機の制御装置に発電機の出力電圧を前記電池電源の組電池の上限電圧以下に制限する電圧制限手段と、発電機の出力電流を所定の電流に制限する電流制限手段を設けることを特徴とする請求項１または２に記載の電池電源の充放電制御方式。
【請求項７】
それぞれの動作状態を監視し、記録し、警報する動作監視制御手段を設けることを特徴とする請求項１ないし６の何れか１項に記載の電池電源の充放電制御方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、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充電用電源で構成されるハイブリッド電源を備えたシステムにおいて、充電用電源により電池電源を充電しながら負荷へ電力を供給して運転するモード、または、電池電源の放電電力のみで負荷へ電力を供給して運転するモードにおける電池電源の充放電制御方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池のような充電可能な電池と、この電池を充電する発電機で構成されるハイブリッド電源を備えた電気推進システム等の運転モードには、発電機で電池を充電しながら推進電動機、または、補機へ電力を供給して運転するモードと、発電機を停止して電池のみの放電電力で運転するモードの２モードがある。
【０００３】
このような電気推進システム等に用いる大容量電池電源は充電可能な単電池を多数直並列接続して組電池を構成するのが一般的である。単電池は、電池素子単体、またはこの電池素子を複数個直列または並列接続してユニット化したものである。
【０００４】
発電機を運転して電池電源を充電しながら推進電動機、および、補機へも電力を供給する運転では、推進電動機の速度の大きな変化に伴う大きな負荷変動が発生しても、安定して電池電源の充電ができる発電機制御が必要となる。
【０００５】
発電機は電池電源の残存充電量の少ない充電初期領域では電池電源に大きな充電電力を供給し、満充電に近い充電終止領域（満充電領域）では小さな充電電力を供給して充電する方法が一般的である。そして、満充電に近い充電終止領域では電池電圧が規定値を超えて過充電となることがあるため、電池電圧を監視して過充電にならないように発電機を制御することが重要である。
【０００６】
特に、リチウムイオン電池の単電池を多数個直列接続して構成したリチウムイオン組電池の場合は、個々の単電池の特性にバラツキがあるため、充電動作では一部の単電池の電圧が規定値を超えて過充電になること、また、放電動作では一部の単電池の電圧が規定値より低下して過放電になることが起こる。
【０００７】
このように、個別の単電池の特性のバラツキによって個別の単電池に過充電・過放電が発生すると、単電池の特性劣化を招く。個別の単電池の特性劣化は組電池全体の充電量低下、寿命短縮、さらに、過充電、過放電による過熱などの重大障害の発生の原因となる。
【０００８】
このように、リチウムイオン電池を用いた電池電源では、各単電池の特性のバラツキを考慮して充放電制御を行うことが重要となり、その一つの方法が引用文献１で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３‐１０６４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、この特許文献１に示された電池の充放電制御方式は、単電池を多数個直列接続した組電池において、個々の単電池または複数個の単電池を選択して補充電を行うことができるようにした個別充電装置を設け、組電池全体の充電を行う時、個別の単電池の電圧を監視し、既定の上限電圧に達した単電池を検出すると、その後は、充電量の少ない電池電圧の低い個別の単電池または複数個の単電池に順次個別充電装置を接続して補充電を行うことにより、個別に単電池の充電量の補正を行うものである。
【００１１】
このような従来技術には、次のような改善すべき問題がある。
ア）１つでも単電池電圧が上限値を超過した後は、その他の単電池電圧が上限値に達していない単電池を選択して個別充電装置より順次充電量の補正を行うので、組電池全体を均等に充電するためには長時間の充電時間を要する問題がある。
イ）またこのような従来技術は、充電量の不足した単電池の補充電を行うために個別充電装置を組電池を構成する個々の単電池に切換接続する手段を必要とするので、装置の構成が複雑で大形になる問題もある。
【００１２】
この発明は、前記の従来技術における問題を解決して、構成が簡単で、比較的短時間で組電池を構成する複数の単電池を均等に充電することができ、かつ、充放電の際に、特性のバラツキがあっても単電池または組電池の過充電および過放電を防止することのできる電池電源の充放電制御方式を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の課題を解決するため、請求項１の発明は、充電可能な複数個の単電池を直列接続して構成した組電池を少なくとも１組備えた電池電源と、この電池電源を充電する充電用電源と、前記電池電源の充放電を制御する充放電制御装置を備えたハイブリッド電源装置において、前記電池電源の各単電池の電圧を検出する単電池電圧検出手段、および組電池の電圧を検出する組電池電圧検出手段を設け、前記単電池電圧検出手段により検出された単電池電圧が予め設定した単電池上限電圧または単電池下限電圧に達しない間は、前記組電池電圧検出手段により検出された組電池電圧に基づいて、この組電池電圧が予め設定した組電池上限電圧または組電池下限電圧を超過しないように前記充放電制御装置により前記電池電源の充放電電流を制御し、前記単電池電圧検出手段により、単電池の何れかの電圧が、予め設定された単電池上限電圧または単電池下限電圧に達したことが検出されると、この単電池上限電圧または単電池下限電圧に達した単電池の電圧に基づいてこの単電池の電圧が前記単電池上限電圧または単電池下限電圧を超過しないように前記充放電制御装置により前記電池電源の充放電電流を制御することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項１の発明において、前記単電池電圧検出手段は、前記組電池の直列接続された複数の単電池を1個ずつ交互に順次走査する２組の選択手段を備え、何れか一方の選択手段で選択された単電池の電圧が単電池上限電圧または単電池下限電圧に達したことが検出されると、当該選択手段はその単電池の位置で走査を停止して当該単電池の電圧を継続して出力し、他方の選択手段が他の単電池の走査を継続して単電池電圧が単電池上限電圧または単電池下限電圧に達した単電池を選択すると、その位置で前記他方の選択手段の走査を停止してその位置の単電池の電圧を継続して出力し、前記一方の選択手段の走査を再開するようにすることができる（請求項２）。
【００１５】
請求項１または２の発明において、前記電池電源の充電動作を、定電圧で充電を行う定電圧モード、定電流で充電を行う定電流充電モード、および定電力で充電を行う定電力充電モードを選択して実行することができる（請求項３）。
【００１６】
請求項１または２の発明において、前記電池電源の放電動作中は、組電池電圧または単電池電圧が組電池下限電圧または単電池下限電圧に達したときは、この組電池電圧または単電池電圧が前記組電池下限電圧または単電池下限電圧より低下しないように前記電池電源から給電される負荷を減じるようにすることができる（請求項４）。この場合、単電池電圧を組電池電圧に換算した電圧と組電池電圧とを比較して低い方の電圧に基づいて制御を行うことができる（請求項５）。
【００１７】
請求項１または２の発明において、前記電池電源を充電する充電用電源を原動機駆動の発電機により構成し、この発電機の制御装置に発電機の出力電圧を前記電池電源の組電池の上限電圧以下に制限する電圧制限手段と、発電機の出力電流を所定の電流に制限する電流制限手段を設けることもできる（請求項６）。
【００１８】
さらに、請求項１〜６の発明において、それぞれの動作状態を監視、記録し、警報する動作監視手段を設けるようにしてもよい（請求項７）。
【発明の効果】
【００１９】
この発明は、リチウムイオン電池等で構成された単電池を多数個直列接続して構成する電池電源においいて、特性のバラツキを有する単電池を順次切換えながら単電池の電圧を検出し、充電動作では、単電池電圧が上限値に達したときは、この単電池電圧が上限値を超えないように充電電流を制御して充電を行うことにより全ての単電池を均等に短時間で充電することができる。
【００２０】
また、この発明に係る充放電方式によれば、特性のバラツキを有する単電池で構成された組電池の各単電池を均等充電することができ、かつ、過充電、過放電を防止することができるので電池の充電容量低下の防止および寿命延伸の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施例を示す基本回路構成を示すブロック回路図。
【図２】この発明による定電流充電モードでの主要回路構成を示すブロック回路図。
【図３】この発明の実施例における定電流充電モードでの充電動作時の各部の電圧、電流の時系列的な変化を示す図。
【図４】この発明の実施例における定電力充電モードでの充電動作時の各部の電圧、電流の時系列的な変化を示す図。
【図５】この発明による定電力充電モードでの主要回路構成を示すブロック回路図。
【図６】この発明の実施例における定電流充電モードでの充電動作時の単電池電圧および組電池電圧の時系列的な変化を示す図。
【図７】この発明による定電圧充電モードでの主要回路構成を示すブロック回路図。
【図８】この発明の実施例における定電圧充電モードでの充電動作時の各部の電圧、電流の時系列的な変化を示す図。
【図９】この発明の説明に用いる組電池／単電池の充電残存量と組電池／単電池の電圧特性を示す図。
【図１０】この発明に使用する電動機速度制限信号を発生するための速度制限線ＭｎＬを示す線図。
【図１１】この発明の説明に使用する推進電動機の電動機速度に対する電動機電流特性を示す線図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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する。
【００２３】
図１は、この発明による充放電制御方式の実施例を示す基本回路構成図である。
【００２４】
図１において、１は電池電源であり、電池素子単体、またはこの電池素子を複数個直並列接続してユニット化した単電池Ｂを複数個、ここでは１０個（Ｂ１〜Ｂ１０）直列接続して構成した組電池を備える。２は、この電池電源１、したがって組電池の端子電圧ＶＢｉを検出する電池電源電圧検出器、３は、電池電源１の充放電電流ＩＢｉを検出する電流検出器、４は、電池電源１の各単電池の電圧ＶＢｓ１〜ＶＢｓ１０を検出する単電池電圧検出器、８は、ディーゼルエンジンなどの原動機５で駆動される交流発電機６とこの発電機の交流出力を整流する整流器７で構成された電池電源１を充電するための充電用電源である。電池電源１と充電用電源８は、それぞれスイッチＳＷ１とＳＷ２を介して給電母線Ｌに接続されている。給電母線Ｌには、更にスイッチＳＷ３を介して補助機器１５が接続され、スイッチＳＷ４を介してインバータ等で構成された電動機駆動制御部１３を通して推進電動機１４が接続される。電気推進船舶の場合であれば、この推進電動機１４は船舶の推進機を駆動し、電動機駆動制御部１３に通じて推進電動機の速度を制御することにより船舶速度を制御する。
【００２５】
充電用電源８の出力端には、この電源８の出力電圧ＶＧｉを検出する電圧検出器９および出力電流ＩＧｉを検出する電流検出器１０が接続される。また、電動機駆動制御部１３の入力には入力端電圧ＶＭｉを検出する電圧検出器１１と入力電流ＩＭｉを検出する電流検出器１２が接続され、電動機１４には、その速度Ｎを検出する速度検出器１５が結合されている。
【００２６】
更に、電池電源１の充放電を監視、制御するための充放電制御部２０、充電電源８の発電機６を制御する発電機制御部５０および装置全体の動作を監視制御する監視制御、記録する動作監視部７０が設けられている。
【００２７】
次に充放電制御部２０の構成を説明する。
【００２８】
充電電圧設定部２１Ｖ、充電電流設定部２１Ｉ、充電電力設定部２１Ｐは、電池電源１を充電するときの３つのモード、すなわち、定電圧充電モード、定電流充電モード、定電力充電モードの各モードにおける充電電圧設定値ＶＢＳ、充電電流設定値ＩＢＳ、充電電力設定値ＰＢＳをそれぞれ設定する設定部である。単電池上限電圧設定部２２には、電池電源１を構成する単電池Ｂの規定の上限電圧ＶＢＵが設定され、単電池下限電圧設定部２３には、単電池Ｂの規定の下限電圧ＶＢＬが設定される。
【００２９】
第１選択部２４、第２選択部２５は、それぞれ、クロックパルス発生器２６で発生されるクロックパルスＣＰに同期して、各単電池の電圧を検出する単電池電圧検出器４の各出力端を1個ずつ交互に走査し、各単電池電圧ＶＢｓを選択して取り出す手段である。
【００３０】
第１電圧判別部２７と第２電圧判別部２８は、それぞれ第１選択部２４、第２選択部２５で選択された単電池選択電圧ＶＢｓ１、ＶＢｓ２を、単電池上限電圧設定部２２および単電池下限電圧設定部２３に設定された上限設定電圧ＶＢＵおよび下限電圧設定値ＶＢＬと比較して単電池電圧を判別するものである。第１電圧判別部２７は、第１選択部２４で選択された単電池選択電圧ＶＢｓ１が上限設定電圧ＶＢＵ以上、または下限電圧設定値ＶＢＬ以下になったとき、上、下限電圧を超過したことを示す判別信号Ｓ１と、判別信号Ｓ１が上限を超過したことを示す上限判別信号Ｓ１Ｕまたは下限を超過したことを示す下限判別信号Ｓ１Ｌとを発生する。また、第２電圧判別部２８も同様に、第２選択部２５で選択された単電池選択電圧ＶＢｓ２が上限設定電圧ＶＢＵ以上、または下限電圧設定値ＶＢＬ以下になったとき、上、下限電圧を超過したことを示す判別信号Ｓ２と、この判別信号Ｓ２が上限を超過したことを示す上限判別信号Ｓ２Ｕまたは下限を超過したことを示す下限判別信号Ｓ２Ｌとを発生する。
【００３１】
第１および第２電圧判別部２７および２８で発生された判別信号Ｓ１およびＳ２は、それぞれ第１選択部２４および第２選択部２５に与えられるとともに、検出切換部３０に与えられる。
【００３２】
第１選択部２４は、判別信号Ｓ１を受取ると、その時点で走査を停止して、停止した位置の単電池電圧ＶＢｓ１を継続して出力するとともに、他方の第２の選択部２５に走査停止を示す信号Ｓ５を与える。第２選択部２５は、信号Ｓ５を受取ると、第１選択部２４が走査を停止した位置の次の位置から単電池を単独でクロックパルスＣＰに同期して順次走査し、順次単電池電圧ＶＢｓ２を出力する。
【００３３】
判別切換部２９は、電圧判別部２７または２８から上限判別信号Ｓ１ＵまたはＳ２Ｕを受取ると、上限切換信号Ｓ３Ｕを発生し、下限判別信号Ｓ１ＬまたはＳ２Ｌを受取ると、下限切換信号Ｓ３Ｌを発生する。上限切換信号Ｓ３Ｕは、設定切換部３３Ｖ，３３Ｉ，３３Ｐ、組電池上限制限指令部３７等に与えられる。そして、下限判別信号Ｓ３Ｌは、組電池電圧下限指令部３８および組電池電圧換算部４０に与えられる。
【００３４】
検出切換部３０は、受取った判別信号が第１電圧判別部２７からの判別信号Ｓ１であれば、第１選択部２４から出力される単電池電圧ＶＢｓ１を選択して単電池選択電圧ＶＢｓｓとして補正演算部３１に与え、そして判別信号が第２電圧判別部２８からの判別信号Ｓ２であれば、第２選択部２５から出力される単電池電圧ＶＢｓ２を選択して単電池選択電圧ＶＢｓｓとして補正演算部３１に与えるような第１選択部２４の選択電圧と第２選択部２５の選択電圧の切換選択動作を行う。
【００３５】
補正演算部３１は、図２に示すように、単電池上限電圧設定部２２から与えられる上限設定電圧ＶＢＵと検出切換部３０から与えられる単電池選択電圧ＶＢｓｓとの差ＶＢｓｄ＝ＶＢＵ−ＶＢｓｓを求めて、充電電圧、電流、電力を記憶補正する記憶補正演算部３２Ｖ、３２Ｉ、３２Ｐに与える。この記憶補正演算部３２内の電流記憶補正演算部３２Ｉは、図２に示すように、電圧判別部２７または２８から判別信号Ｓ１またはＳ２が与えられたとき、電流検出器３で検出された電池電源１の充放電電流の実際値ＩＢｉを読取って電流記憶部ＭＩに記憶し、電流補正演算部ＣＩで、この記憶した充電電流ＩＢｉと、補正演算部３１で求められた差電圧ＶＢｓｄに電流定数設定部ＧＩに設定された電流補正定数Ｋｉを乗じて求めた電流補正値Ｉｃとの差を演算して電流補正設定値ＩＢｄを求める。
【００３６】
電圧記憶補正演算部３２Ｖの場合は、図7に示すように、判別信号Ｓ１またはＳ２が与えられたとき、電圧検出器２で検出された電池電源１の電池電圧実際値ＶＢｉを読取って電圧記憶部ＭＶに記憶し、電圧補正演算部ＶＣで、この記憶した電池電圧実際値ＶＢｉと、補正演算部３１で求められた差電圧ＶＢｓｄに電圧補正定数設定部ＧＶに設定した電圧補正定数Ｋｖを乗じて求めた電圧補正値Ｖｃとの差を演算して電圧補正設定値ＶＢｄを求める。
【００３７】
電力記憶補正演算部３２Ｐの場合は、図５に示すように、判別信号Ｓ１またはＳ２が与えられたとき、電力演算部３４から、これによって電池電源１の電池電圧実際値ＶＢｉと充電電流実際値ＩＢｉとから演算により求めた充電電力実際値ＰＢｉ（＝ＶＢｉ×ＩＢｉ）を読取って、電力記憶部ＭＰに記憶し、電力補正演算部ＰＣで、この記憶した充電電力ＰＢｉと、補正演算部３１で求められた差電圧ＶＢｓｄに電力補正定数設定部ＧＰに設定した電力補正定数Ｋｐを乗じて求めた電力補正値Ｐｃとの差を演算して電力補正設定値ＰＢｄを求める。
【００３８】
電圧、電流、電力記憶補正演算部（３２Ｖ、３２Ｉ、３２Ｐ）で求められた電圧、電流、電力補正設定値（ＶＢｄ、ＩＢｄ、ＰＢｄ）は、それぞれ充電電圧設定部２１Ｖに設定された充電電圧設定値ＶＢＳ，充電電流設定部２１Ｉに設定された充電電流設定値ＩＢＳ、充電電力設定部２２Ｐに設定された充電電力設定値ＰＢＳの加えられた設定値切換部３３Ｖ、３３Ｉ、３３Ｐに加えられる。設定切換部３３Ｖ、３３Ｉ、３３Ｐは、通常は、充電設定値ＶＢＳ、ＩＢＳ、ＰＢＳを選択して充電電圧調節部３５Ｖ、充電電流調節部３５Ｉ、充電電力調節部３５Ｐに充電電圧、充電電流、充電電力指令値として出力するが、判別切換部２９から上限判別信号Ｓ３Ｕが与えられたとき、電圧補正設定値ＶＢｄ、電流補正設定値ＩＢｄ、電力補正設定値ＰＢｄに切換えて出力する。
【００３９】
充電電圧調節部３５Ｖ、充電電流調節部３５Ｉ、充電電力調節部３５Ｐの入力の突合せ点ｅ、ｆ、ｇで、それぞれ設定値切換部３３Ｖ、３３Ｉ、３３Ｐを介して加えられる充電電圧設定値ＶＢＤ、充電電流設定値ＩＢＤ、充電電力設定値ＰＢＤと検出または演算により求められた電池電圧実際値ＶＢｉ、電池電流実際値ＩＢｉ、電池電力実際値ＰＢｉとの偏差に応じた充電用電源８の発電機６に対する発電電圧指令値ＶＧｓを求めて発電制御部５０に与える。
【００４０】
充放電制御部２０には、その他に、電池電源１の組電池電圧の上限を制限する上限電圧制限値ＶＧＵＬを形成する組電池上限電圧制限指令部３７、組電池電圧の下限を制限する下限電圧制限値ＭｎＤを形成する組電池下限電圧制限指令部３８、組電池電圧換算部４０、および充電モード切換部４４等を備える。組電池電圧換算部４０は、単電池電圧ＶＢｓｉが下限設定電圧ＶＢＬ以下になったことを示す下限判別信号Ｓ３Ｌを受取ったとき、検出切換部３０から選択出力される単電池電圧ＶＢｓｓを電池電源１の組電池を構成する単電池の直列接続個数（ｎ）倍して、組電池換算電圧ＶＢｓｎを求める。
【００４１】
組電池上限電圧制限指令部３７には、制御信号として単電池電圧ＶＢｓが単電池上限設定電圧ＶＢＵ以上になったときの上限切換信号Ｓ３Ｕと、発電機運転指令器５０ａに連動した接点５０ｃから出力される電池電源１の充電運転を示す充電信号ＢＣが入力されており、この両方の信号Ｓ３ＵとＢＣとが入力されたとき、入力に加わる電圧検出器２で検出された電池電源１の出力電圧実際値ＶＢｉを組電池電圧上限制限値ＶＧＵＬとして出力し、後述する発電制御部５０への電圧指令値ＶＧｓを制限する制限部５１に加える。
【００４２】
また、組電池下限電圧制限指令部３８は、判別切換部２９からの単電池電圧ＶＢｓが単電池下限電圧設定値ＶＢＬ以下に低下したことを示す下限判別信号Ｓ３Ｌと、発電機運転指令器５０ａに連動した接点５０ｃからの電池電源１の放電運転を示す放電信号ＢＤとが加わったとき、入力に加わる組電池換算部で求められた組電池換算電圧ＶＢｓｎと、電池電源１の出力電圧実際値ＶＢｉとを比較して小さい方の電圧を下限制限電圧ＭｎＤとして電動機駆動制御部１３に加える。
【００４３】
次に、発電制御部５０の構成を説明する。
【００４４】
発電制御部５０は、自動運転と手動運転を切換える運転切換器５３を備える。自動運転のときはこの運転切換器５３を自動側に切換えて、充電制御部２０から発電機電圧指令値ＶＧｓを、発電電圧指令制限器５１を介して取り込む。手動運転のときは、運転切換器５３を手動側に切換えて、発電電圧を手動で設定する発電電圧手動設定器５２に設定された発電電圧手動設定値ＶＧｓＨを取り込む。
【００４５】
運転切換器５３により選択的に取り込まれた発電電圧設定値は、発電電圧指令値ＶＧｓとして発電電圧制限器５４を介して発電電圧調節部５６に入力される。発電電圧調節部５６は、突合せ点ｂで発電機電圧指令値ＶＧｓと電圧検出器９により検出された発電機電圧実際値ＶＧｉとを突合せて両者の偏差を求め、この偏差がゼロになる発電機電流指令値ＩＧｓを演算する。発電電圧指令制限器５１は、発電電圧指令値ＶＧｓを、組電池上限電圧制限指令部３７から加えられた上限制限電圧ＶＧＵＬを越えないように制限する。発電電圧制限器５４は、同様に、発電機圧指令値ＶＧｓを、発電上限電圧設定部５５から加えられた発電機限設定電圧ＶＧＵ以下に制限する。
【００４６】
発電電圧調節部５６で求められた発電電流指令値ＩＧｓは、発電電流制限器５７を介して発電電流調節部５８に入力される。発電電流調節部５８は、突合せ点ｃで入力の発電電流指令値ＩＧｓと発電機電流を検出する電流検出器１０から加わる発電電流実際値ＩＧｉを突合せてその偏差を求め、この偏差がゼロになる発電機の界磁電流指令値ＩＦｓを求める調節演算を行う。
【００４７】
発電電流調節部５８で求められた界磁電流指令値ＩＦｓは、界磁電流調節部５９に入力される。界磁電流調節部５９は、突合せ点ｄで入力された界磁電流指令値ＩＦｓと界磁電流検出器６４で検出された界磁電流実際値とを突合せて両者の偏差を求め、この偏差がゼロになる界磁電流指令信号ＩＦｅを求める調節演算を行う。この界磁電流調節部５９で求められた界磁電流指令信号ＩＦｅは、界磁電流制御部６３に加えられる。界磁電流制御部６３は、発電機６の界磁巻線６５に供給する界磁電流ＩＦｉを、界磁電流指令信号ＩＦｅに対応した電流に制御する動作を行う。
【００４８】
その外に、発電電流の上限制限電流ＩＧＵを求める発電電流上限制限指令部６２が設けられている。この発電電流上限制限指令部６２には、発電機の出力を設定する発電機出力設定器６１に設定された出力設定値ＰＧｓと電圧検出器９により検出された発電出力電圧実際値ＶＧｉとから、ＰＧｓ÷ＶＧｉを演算し、設定電力ＰＧｓに対する発電出力制限電流ＩＧＵを求め、これを、電流調節部５８の入力に設けた発電電流制限器５７に加え、電流指令値ＩＧｓがこの電流制限値ＩＧＵを越えないように制限動作を行い、発電機出力を設定された出力ＰＧｓを越えないように制御する。
【００４９】
発電制御部５０は、これらの発電電圧調節部５６、発電電流調節部５８、界磁電流調節部５９を通して発電機の出力電圧ＶＧを発電機電圧指令値ＶＧｓになるように制御する。
【００５０】
動作監視部７０の入力端子（１）〜（５）は、それぞれ、充電制御部２０の同じ符号の出力端子（１）〜（５）と接続され、電池電源１の電圧ＶＢｉ、電流ＩＢｉ、単電池選択電圧ＶＢｓｓ、電圧判別信号Ｓ１およびＳ２、充電用電源８の発電機電圧ＶＧｉ、電流ＩＧｉ、発電上限制限電流ＩＧＵ等を読取って、システム全体の動作状態を監視し、異常時には警報を発する等の監視制御と、これらのデータの記録を行うものである。
【００５１】
このような電池電源の充放電制御装置において電池電源１の組電池の充電を行う場合は、充電電圧を一定にして充電を行う「定電圧充電モード」、充電電流を一定にして充電を行う「定電流充電モード」、充電電力を一定にして充電を行う「定電力充電モード」の何れかの充電モードで充電を行うが、充電モード切換スイッチ４４を切換えて何れかの充電モードを選択して充電動作を制御する。
【００５２】
また、充電終止領域では、微細な電流制御が必要なため、「定電流充電モード」または「定電力充電モード」の何れかの充電モードを用いるのが一般的である。
【００５３】
このとき、図６に示すように単電池電圧が、設定された単電池上限設定電圧ＶＢＵ、または、組電池電圧が、設定された組電池上限設定電圧ＶＧＵを超過すれば過充電動作となるのでこれを防止することが必要になる。
【００５４】
そして、放電動作のとき単電池、組電池双方の電圧が下限設定電圧を超過して過放電にならないようにすることも必要となる。
【００５５】
この発明は、充電動作のときは単電池、組電池双方の電圧が上限設定電圧を超過しないように充電用電源の発電電圧を制御して単電池、組電池双方の過充電を防止し、また、放電動作のときは単電池、組電池双方の電圧が下限設定電圧を超過しないように負荷となる推進電動機の速度を減速させて電池電源に対する負荷を低減することにより単電池、組電池双方の過放電を防止するものである。
【００５６】
以下に、この発明の制御装置の動作を動作項目ごとに説明する。
【００５７】
１）定電流充電動作
この動作は、いわゆる、定電流充電モードによる充電動作であり、図１の充放電制御装置において、充電モード切換スイッチ４４で充電電流調節部３５Ｉが選択され、発電機運転指令器５０ａから発電機運転が指令されおり、これ連動して接点５０ｃのａ接点がオンし、充電信号ＢＣが、組電池電圧上限制限指令部３７に出力されている。このとき動作する主要回路だけを取り出して示すものが図２に示す回路である。
【００５８】
図３は、定電流充電動作における個々の単電池の電圧およびその他の電圧、電流の時間的な変化を示し、図６は、定電流充電動作における電池電源１の組電池および単電池の充電電圧の時間的な変化を示すものである。
【００５９】
図６に示す定電流充電動作において、ｔ１時点から充電電流ＩＢを一定の１Ａで充電を開始すると組電池電圧ＶＢおよび単電池電圧ＶＢｓｓは時間とともに上昇してｔ２時点で電組池電圧ＶＢがＶＢｉ０に達して充電電流ＩＢを１Ｂへ低下させて充電を継続させると電池電圧ＶＢ、ＶＢｓｓは緩やかに更に上昇する。
【００６０】
このとき、特性のバラツキによって単電池に電圧差が生じ、ｔ３時点において一部の単電池電圧ＶＢｓｓが上限設定電圧ＶＢＵに達する。しかし、組電池電圧ＶＢｉ１は組電池上限設定値ＶＧＵに達していない。その理由は、組電池電圧ＶＢｉ１は直列接続した単電池電圧の合計値であるから、一部の単電池だけが単電池電圧上限設定電圧に達し、他の単電池が単電池電圧上限設定電圧に達していなければ組電池電圧ＶＢｉは組電池電圧上限設定電圧ＶＧＵより低い電圧になるからである。
【００６１】
また、組電池構成する単電池の直列接続個数が多いほど単電池電圧の変化量を、組電池電圧変化量で検出、判別することが困難となるから、常時、単電池電圧を個々に監視して単電池電圧が上限設定電圧ＶＢＵを超えないように発電電圧を制御することが望ましい。
【００６２】
当然、組電池電圧についても同様の監視を行って組電池電圧ＶＢｉが組電池上限設定電圧ＶＧＵを超えないように発電電圧を制御すれば、単電池、組電池双方の過充電を防止することができる。
【００６３】
以上の動作を図１、図２を用いて説明する。
【００６４】
単電池電圧はクロックパルス発生部２６のクロックパルスＣＰに同期して、第１選択部２４、および第２選択部２５が単電池電圧検出部４によって検出された各単電池の検出電圧を1つずつ交互に選択して単電池検出電圧ＶＢｓ１、ＶＢｓ２として取り出し、それぞれ第１電圧判別部２７、第２電圧判別部２８に与えるとともに、検出切換部３０に与える。
【００６５】
第１電圧判別部２７、第２電圧判別部２８は、それぞれ単電池上限電圧設定部２２に設定された単電池上限設定電圧ＶＢＵ、単電池下限電圧設定部２３に設定された単電池下限設定電圧ＶＢＬと、取り出した単電池検出電圧ＶＢｓ１、ＶＢｓ２とを比較して、充電動作時には、単電池検出電圧ＶＢｓ１、ＶＢｓ２の何れかが上限設定電圧ＶＢＵに達したときは判別信号Ｓ１、またはＳ２を出力する。第１電圧判別部２７、第２電圧判別部２８は、この時、判別信号Ｓ１、Ｓ２が上限を超過して発生されていることを示す上限判別信号Ｓ１Ｕを同時に発生する。
【００６６】
いま、単電池検出電圧ＶＢｓ１が上限設定電圧ＶＢＵに達したとすれば第１電圧判別部２７が判別信号Ｓ１、上限判別信号Ｓ１Ｕを発生する。判別信号Ｓ１は、第１選択部２４に与えられる。第１選択部２４は、判別信号Ｓ１を受取ると、その位置で走査動作を停止し、停止位置の単電池の検出電圧ＶＢｓ１を継続して出力し、同時に走査動作を停止したことを示す信号Ｓ５を他方の第２選択部２５に与える。信号Ｓ５を受信した第２選択部２５は、第１判別部２４が走査を停止した位置の次の位置から走査動作を継続する。
【００６７】
判別信号Ｓ１は、検出切換部３０にも与えられる。判別信号Ｓ１を受信した検出切換部３０は、第１選択部２４側の出力に切換えて、その単電池検出電圧ＶＢｓ１を単電池選択電圧ＶＢｓｓとして補正演算部３１に与える。補正演算部３１は単電池上限設定電圧ＶＢＵと単電池検出電圧ＶＢｓｓを比較し、その差となる補正信号ＶＢｓｄを出力して電流記憶補正部３２Ｉに与える(図２参照)。
【００６８】
また、電流記憶補正部３２Ｉは、受信した信号Ｓ１またはＳ２によって受信時点で電池電源１の電流実際値ＩＢｉを読取って記憶し、この記憶した電流実際値ＩＢｉと補正演算部３１から出力される補正信号ＶＢｓｄに電流補正定数Ｋｉを乗じて求めた補正電流Ｉｃとを比較して両者の偏差を電流補正設定値ＩＢｄとして出力する。
【００６９】
設定切換部３３Ｉは、判別切換部２９から切換信号Ｓ３Ｕを受取ると、充電電流調節部３５Ｉに加える充電電流指令値ＩＢＤを電流設定部２１Ｉに設定された充電電流設定値ＩＢＳから電流記憶補正部３２Ｉで求めた電流補正設定値ＩＢｄに切換える動作を行う。これにより、判別切換信号Ｓ３Ｕによって定電流充電モードにおける充電電流設定値ＩＢＳを判別信号Ｓ１の受信時点の電池電源電流実勢値ＩＢｉに基づいて求められた充電電流補正設定値ＩＢｄへ切換えて、定電流充電動作が継続される。
【００７０】
充電電流調節部３５Ｉは、通常は、充電電流設定部２１に設定された充電電流設定値ＩＢＳと電池電源１の充電電流実際値ＩＢｉをｆ点で突合せて両者の偏差を求め、この偏差がゼロとなる発電電圧指令値ＶＧｓを演算し、発電制御部５０の発電機電圧調節部５１に電圧指令値として与えてフィードバック制御による発電制御を行う。
【００７１】
単電池電圧ＶＢｓ１が上限設定電圧ＶＢＵに達したときは、電流記憶補正部３２Ｉが、判別信号Ｓ１によってその時点で読取り記憶した電池電源１の充電電流実際値ＩＢｉと補正演算部３１で求められた電圧補正値ＶＢｓｄとに基づいて求めた充電電流補正設定値ＩＢｄを出力する。上限切換信号Ｓ３Ｕを受信した設定切換部３３ｉが、充電電流調節部３５Ｉの充電電流指令値ＩＢＤを充電電流設置部２１Ｉに設定された充電電流設定値ＩＢＳから電流記憶補正部３２Ｉで求めた充電電流補正設定値ＩＢｄへ切換える切換動作は、切換え時点での充電電流設定値ＩＢＳと充電電流実際値ＩＢｉとは一致しているから、衝撃なく円滑に行うことができる。
【００７２】
補正演算部３１は単電池上限設定電圧ＶＢＵと単電池検出信号ＶＢｓｓが一致するような電圧補正値ＶＢｓｄを求めて電流記憶補正部３２Ｉに与える。電流記憶補正部３２Ｉは受信した補正値ＶＢｓｄによって記憶した電池電源の充電電流実際値ＩＢｉを補正した充電電流補正設定値ＩＢｄを求めて、設定切換部３３ｉを経由して充電電流指令値ＩＢＤとして充電電流調節部３５Ｉに与えることにより、定電流充電の補正を行う。
【００７３】
この補正動作は、単電池電圧ＶＢｓ１＝ＶＢｓｓが単電池電圧上限設定値ＶＢＵを超過しないように充電電流を減じて充電制御を行うことになる。
【００７４】
図３は単電池を１０個直列接続した組電池の定電流充電動作における各部の電圧、電流の変化を示すものである。
【００７５】
図３において、ｔ１時点以前では、単電池電圧ＶＢｓ1が上限設定電圧ＶＢＵに達するものがないので、電池電源１の充電電流実際値ＩＢｉを充電電流設定部２１Ｉに充電電流設定値ＩＢＳにして組電池の充電を定電流で行う。ｔ１時点で単電池Ｂ４の電圧ＶＢｓ１が上限設定電圧ＶＢＵに達すると、設定切換部３３Ｉによって、充電電流指令値を設定部２１Ｉに設定された充電電流指令値ＩＢＳから電流記憶補正部３２Ｉで形成された充電電流補正設定値ＩＢｄに切換えることにより、単電池Ｂ４の電圧ＶＢｓ１が上限設定電圧ＶＢＵを超えないように電圧補正値ＶＢｓｄによって充電電流指令ＩＢＤを低下させながら充電を継続する。
【００７６】
発電機６の電圧ＶＧｉは、補正された充電電流指令値ＩＢＤと充電電流実際値ＩＢｉが一致するように充電電流調節部３５Ｉを介して制御される。
【００７７】
このとき、図６に示すように、単電池Ｂ４がｔ３時点において単電池上限設定電圧ＶＢＵに達しても組電池電圧ＶＢｉは組電池上限設定電圧ＶＧＵに達していない。なぜなら、組電池電圧は単電池電圧の合計値であるから、単電池Ｂ４が単電池上限設定電圧ＶＢＵに達しても他の単電池の電圧が単電池設定電圧ＶＢＵに達しなければ、組電池電圧ＶＢｉは組電池上限設定電圧ＶＧＵに達しないのである。
【００７８】
図６のｔ３時点後は単電池Ｂ４の電圧ＶＢｓ１が上限設定電圧ＶＢＵを超えないように充電電流指令値ＩＢＤを減じながら充電を継続すると、単電池Ｂ４以外の単電池は減じられた充電電流指令値ＩＢＤと等しい充電電流ＩＢｉによって充電されて単電池電圧が上昇し、これに伴って組電池電圧も上昇する。
【００７９】
図３におけるｎ２サイクルのｔ２時点において第２選択部２５の走査で検出した単電池Ｂ１０の電圧ＶＢｓ２が上限設定電圧ＶＢＵに達したとすると第２電圧判定部２８がこれを検知して判別信号Ｓ２および上限判別信号Ｓ２Ｕを発生して、第２選択部２５および判別切換部２９に与える。第２選択部２５の走査が停止されるとともに信号Ｓ５を第１選択部２４に与えて、第２選択部２５の走査を停止した位置の次の位置から第１選択部２４の走査を開始させる。なお、サイクルは、組電池の全部の単電池Ｂ１からＢ１０を１回走査する期間である。
【００８０】
また、判別信号Ｓ２によって電圧記憶補正部３２Ｖ、電流記憶補正部３２Ｉ、電力記憶補正部３２ＩＰは、それぞれ、この時点の電圧実際値ＶＢｉ、電流実際値ＩＢｉ、電力実際値ＰＢｉを読取って記憶値を更新記憶する。
【００８１】
第１電圧判別部２７と第２電圧判別部２８間の信号Ｓ４は、走査を停止している方の選択部に接続された電圧判定部は判定動作を停止し、走査を継続している他方の選択部に接続された電圧判別部は判別動作を実行するように相互に動作をインターロックするインターロック信号である。
【００８２】
走査を停止している側の選択部に選択された単電池電圧ＶＢｓ１、またはＶＢｓ２が上限設定電圧ＶＢＵを超えないように充電電流指令値ＩＢＤを減じて発電機で充電電流ＩＢｉを制御し、走査を継続している側の選択部と電圧判定部で他の単電池電圧の検出を継続させて、単電池上限設定電圧ＶＢＵに達した単電池を検出したときは走査を停止して検出側の単電池電圧が上限設定電圧ＶＢＵを超えないように充電電流指令値ＩＢＤを減じて発電機を制御する。
【００８３】
このように、ｎ２サイクルにおいて単電池Ｂ１０電池電圧ＶＢｓ２が上限設定電圧ＶＢＵに達すると電圧検出信号をＶＢｓ１からＶＢｓ２へ切換えて単電池Ｂ１０の単電池電圧ＶＢｓ２が上限設定電圧ＶＢＵを超えないように充電電流指令値ＩＢＤを減じて充電を行い、単電池Ｂ１０の電圧が上限設定電圧ＶＢＵを越えないようにする。ｎ３サイクルでは単電池Ｂ７が、ｎ４サイクルでは単電池Ｂ２、Ｂ５、Ｂ９が上限設定電圧ＶＢＵに達したことが検出されるので、これらの限設定電圧ＶＢＵに達した単電池を順次交互に選択して充電電流指令値ＩＢＤを減じながら充電を継続して行うことによって、特性のバラツキを持つ全ての単電池をほぼ均等に充電を行って充電を完了する。
【００８４】
２）定電力充電動作
図４に示す定電力充電モードでの定電充電動作について説明する。定電力充電モードは、充電モード切換部４４で、充電調節部を充電電力調節部３５に切換えて充電動作を行う。
【００８５】
充電電力調節部３５は、充電電力設定２１Ｐで設定され電電力設定値ＰＢＳと、電力演算部３４で求めた充電電力実際値ＰＢｉ（＝充電電圧実際値ＶＢｉ×充電電流実際値ＩＢｉ）とを突合せ点ｇで突合せて求めた両者の偏差がゼロになる発電制御部５０への発電電圧指令値ＶＧｓを求めてフィードバック制御によって充電電力を一定にする調節動作を行う。
【００８６】
図４におけるｎ１サイクルで単電池Ｂ４が上限設定電圧ＶＢＵに達すると、前記した定電流動作と同様の補正制御を行う。
【００８７】
図５は、図２対応する定電力充電モードにおける主要回路構成を示すものである。
【００８８】
電力記憶補正部３２Ｐは、第２電圧判別部２８から単電池電圧が上限設定電圧ＶＢＵに達した判別信号Ｓ２を受信した時点で、電力演算部３４からここで求められた電力実際値ＰＢｉを読取り電力記憶部ＰＭに記憶する。一方で、補正演算部３１で検出切換部３０から出力された単電池選択電圧ＶＢｓｓが単電池上限設定電圧ＶＢＵを超えないようにする補正電圧ＶＢｓｄ（＝ＶＢＵ−ＶＢｉ）を求め、これに電力補正定数設定器ＧＰに設定された電力補正定数Ｋｐ乗じて電力補正値Ｐｃを求める。
【００８９】
充電電力の補正は、単電池電圧が単電池上限値を超えないようする制御、すなわち、単電池上限電圧を基準とした制御であるから、補正演算部ＣＰで電力記憶部ＭＰに記憶された充電電力ＰＢｉから電力補正値Ｐｃを減じて、電力補正設定値ＰＢｄを求める。設定切換部３３Ｐが、判別切換部２９からの切換信号Ｓ３Ｕにより、充電電力調節部３５Ｐに加える電力設定値を充電電力設定器２１Ｐに設定された充電電力設定値ＰＢＳから電力補正部３２Ｐで求められた電力補正設定値ＰＢｄに切換える。これにより、充電電力調節部３５Ｐで、充電電力実施値ＰＢｉが、補正電力設定値ＰＢｄに一致する充電電圧指令値ＶＧｓを求めて発電制御部５０へ指令する。これに基づいて、発電制御部５０の発電電圧調節部５６、発電電流調節部５８、界磁電流調節部５９を介して充電電源８の充電電力が、単電池電圧ＶＢｉが上限設定電圧ＶＢＵを超過しないように制御され、単電池および組電池の過充電が防止される。
【００９０】
３）定電圧充電動作
次に定電圧充電モードで充電をおこなう定電圧充電動作について図７および図８を用いて説明する。図７は、定電圧充電モードでの主要回路構成図であり、図８は定電圧充電モードでの電圧、電流の時間的変化を示すものである。
【００９１】
定電圧充電モードでの充電は、図２の充電モード切換器４４で、充電電圧調節部３５Ｖを選択して、図７に示すような回路構成で充電動作が行われる。
【００９２】
通常の定電圧充電動作中は、設定切換部３３Ｖが、充電電圧設定器２１Ｖ側に切換えられており、この充電電圧設定器２１Ｖに設定された充電電圧設定値ＶＢＳが充電電圧調節部３５Ｖに充電電圧指令値として加えられる。充電電圧調節部３５Ｖは、この充電電圧指令値ＶＢＳと電圧検出器２で検出される電池電源１の電圧実際値ＶＢｉとを比較し、両者を一致させる発電電圧指令値ＶＧｓを求めて発電制御部５０に指令することにより充電電圧ＶＢｉを設定された電圧ＶＢＳに一定に保って充電が行われる。
【００９３】
このような定電圧充電動作において、図８のｎ１サイクルのｔ１時点で、単電池Ｂ４の電圧が単電池上限設定電圧ＶＢＵに達すると、第２電圧判定部２８がこれを検知して、判別信号Ｓ２を発生する。この判別信号Ｓ２により、記憶補正演算部３２Ｖで、電圧検出器２で検出されたその時点の充電電圧実際値ＶＢｉが読取られ、電圧記憶部ＭＶに記憶保持される。これとともに、検出切換部３０から第２選択部２５で選択された単電池Ｂ４の電圧が選択電圧ＶＢｓｓとして取り出され、補正演算部３１で、この単電池選択電圧ＶＢｓｓと上限設定電圧ＶＢＵとを比較して単電池選択電圧ＶＢｓｓが上限設定電圧ＶＢＵを超えないようする補正電圧ＶＢｓｄが求められる。
【００９４】
電圧記憶補正演算部３２Ｖに記憶した充電電圧実際値ＶＢｉは、各単電池の電圧ＶＢ１、ＶＢ２…ＶＢ１０の合計値であるから、図８に示すように単電池Ｂ４の電圧が上限設定電圧ＶＢＵに達しても他の単電池電圧は上限設定電圧ＶＢＵに達していないから組電池電圧ＶＢｉは組電池上限設定電圧ＶＧＵには達しない。しかし、このまま充電電圧設定器２１Ｖに設定された充電電圧設定値ＶＢＳのまま充電を継続すると、そのときの充電電流によって単電池電圧が上昇する結果、組電池電圧ＶＢｉが上昇して単電池電圧ＶＢｓを上限設定電圧ＶＢＵに制限することができなくなるから、定電圧充電モードの場合は、判別信号Ｓ１またはＳ２を受信した時点の充電電圧実際値ＶＢｉに以下に保つ制御を行うことになる。
【００９５】
このために、電圧記憶補正演算部３２Ｖで、電圧記憶部ＭＶに記憶された充電電圧実施値ＶＢｉを充電電圧の基準設定値とし、電圧補正演算部ＣＶで、この充電電圧の基準設定値から、補正演算部３１で求めた補正電圧ＶＢｓｄに電圧補正定数設定器ＧＶに設定された電圧補正定数Ｋｖを乗じて求めた電圧補正値Ｖｃを減じて電圧補正設定値ＶＢｄを求める。判別信号Ｓ２に基づいて判別切換部２９で発生された切換判別信号Ｓ３Ｕにより設定切換部３３Ｖで切換接点を、充電電圧設定器２１Ｖ側から記憶補正演算部３２Ｖ側に切換え、記憶補正演算部３２Ｖで求めた電圧補正設定値ＶＢｄが充電電圧指令値ＶＢＤとして充電電圧調節部３５Ｖに加えられる。
【００９６】
充電電圧調節部３５Ｖは、この充電電圧指令値ＶＢＤと電圧検出器２で検出された充電電圧実際値ＶＢｉとが等しくなる発電電圧指令値ＶＧｓを求めて発電制御部５０の発電電圧調節部５６に指令する。発電制御部５０は、この発電電圧指令値ＶＢｓに基づいて、発電電圧調節部５６、発電電流調節部５８、界磁電流調節部５９を介して発電機６の電圧ＶＧを制御する。
【００９７】
これにより、充電電圧調節部３５Ｖに加えられる充電電圧指令値ＶＢＤは、当初の充電電圧設定器２１Ｖに設定された充電電圧設定値ＶＢＳより低減されるため、発電機６から電池電源１の組電池への印加電圧が低下されて、組電池の充電電流が低減されることにより、単電池の電圧が上限設定電圧を超過しなうように充電を行うことができる。
【００９８】
なお、組電池電圧上限制限指令部３７は判別切換信号Ｓ３Ｃと発電機運転指令部５０ａから充放電切換接点５０ｃから与えられる充電指令信号ＢＣの両方の信号が加わったとき、電圧検出器２で検出されたそのときの充電電圧実際値ＶＢｉを組電池上限制限電圧ＶＧＵＬとして、発電電圧指令値制限器５１に与えて、発電機６の電圧ＶＧが現在の充電電圧実際値ＶＢｉを越えないように電圧制限を行うことによって、単電池電圧を上限設定電圧ＶＢＵが超過しないように抑制することができる。
【００９９】
４）放電動作
さらに、電池電源１の放電動作を図９に示す電池電圧―充電残存量特性図を用いて説明する。
【０１００】
電池電源１のみの放電電流で負荷の推進電動機１４を駆動し、電池電源１の組電池の放電電流が増加し、放電が進行すると、組電電池電圧ＶＢｉおよび単電池電圧ＶＢｓは図９に示すように次第に低下し、さらに、放電終止領域では電池電圧は急激に低下して過放電となる。
【０１０１】
特に、リチウムイオン電池を用いた電池電源では、過充電、過放電が電池特性の劣化を増進させ、充電量の低下、寿命短縮を招き、さらに、過充電、過放電による過熱状態引き起こし電池素子の焼損障害に発展することが予想されることから、電池電源のみで負荷となる推進電動機を運転するときは過放電にならないように監視、抑制する必要がある。
【０１０２】
図９の組電池または単電池の充電残存量に対する電池電圧特性線図において、Ｐ１点の充電残存量１００からＰ３点の充電残存量３０％の範囲は通常に使用可能な通常使用範囲とし、その下限の充電量３０％となるＰ１点の例えば８５％電圧となる組電池電圧を通常使用下限電圧ＶＧＬ１として設定する。充電残存量が３０〜２０％となるＰ１点からＰ２点を使用監視範囲とし、その下限のＰ２点の例えば８０％電圧となる組電池電圧を警報電圧ＶＧＬ２およびＶＢＬ２として設定する。そして、充電残存量２０〜１０％となるＰ２点からＰ３点を使用禁止範囲として下限のＰ３点の例えば７０％電圧となる組電池電圧お使用禁止電圧ＶＧＬ３として設定する。
【０１０３】
放電動作中は、組電池電圧ＶＢｉまたは単電池電圧ＶＢｓの電圧レベルが、前記の通常使用範囲レベル、使用監視範囲レベル、および使用禁止範囲レベルの何れにあるかを常時監視して放電電流の制御を行うことによって電池電圧低下に伴うシステムの不安定動作を防止し、また、電池の過放電を防止することができる。
【０１０４】
図１に示す駆動システムにおいては、最も電力を必要とする負荷は推進電動機１４であり、組電池（電池電源）１の動作状態と推進電動機１４の負荷状態と密接な関係がある。
【０１０５】
また、図１０に、電池電源１の組電池電圧または単電池電圧に対する電動機速度制限値との関係を示す。図１１に示すように推進電動機１の電流は電動機速度の３乗に比例して変化する
図１の第１選択部２４、および第２選択部２５による走査によって選択した単電池電圧ＶＢｓ１、またはＶＢｓ２が単電池電圧下限設定部２３の下限設定電圧ＶＢＬに達すれば、第１電圧判別部２７、または第２電圧判別部２８がこれを検出して判別信号Ｓ１、またはＳ２を出力する。
【０１０６】
第１選択部２４の選択電圧ＶＢｓ１を第１電圧判別部２７で判別した場合、判別信号Ｓ１が下限側判別信号であることを示すＳ１Ｌを判別切換部２９与える。判別切換部２９がこれを受けて下限切換信号Ｓ３Ｌを出力する。第１選択部２４は、判別信号Ｓ１を受けてその走査動作を停止してその選択位置の電圧ＶＢＳ１を継続して出力する。また、第１選択部２４からの信号Ｓ５によって第２選択部２５に次の位置から連続して走査を継続させ次の位置以降の単電池電圧の選択監視を行う。
【０１０７】
第１選択部２４で選択された単電池電圧ＶＢｓ１は検出切換部３０によって選択単電池電圧ＶＢｓｓとして組電池電圧換算部４０に与えられる。組電池電圧換算部４０は判別切換信号Ｓ３Ｌによって動作を開始し、単電池電圧ＶＢｓｓを、組電池相当電圧ＶＢｓｎに換算する演算を行う。組電池相当電圧ＶＢｓｎは単電池電圧ＶＢｓｓ＝ＶＢｓ１に、次の（１）式で示す通り、電池電源１の組電池の単電池直列接続個数ｎを乗じて求める。
【０１０８】
ＶＢｓｎ＝ＶＢｓｓ×ｎ                （１）
組電池電圧換算部４０で求めた組電池相当電圧ＶＢｓｎは単電池電圧下限制限指令部３８に与える。単電池電圧下限制限指令３８には、電池電源電圧、したがって組電池電圧ＶＢｉも加えられる。そしてこれには、予め、図１０に示すような組電池電圧ＶＧまたは組電池相当電圧ＶＢｓｎと速度制限信ＭｎＤとの関係を示す速度制限線ＭｎＬが設定され、信号Ｓ３Ｌと発電運手指令部５０からの放電運転信号ＢＤとが加わっていることを条件に、この速度制限ＭｎＬから組電池相当電圧ＶＢｓｎと組電池電圧ＶＢｉの小さい方の電圧に対応する速度制限号値ＭｎＤを求めて電動機駆動制御部１３に与える。速度制限信号ＭｎＤは、図１０に示すように、例えば、組電池電圧ＶＧＬ１であればＰ１点の制限信号ＭｎＤ１、ＶＧＬ２であればＰ２点の制限信号ＭｎＤ２、ＶＧＬ３であればＰ３点の制限信号ＭｎＤ３となる。使用禁止電圧ＶＧＬ３に対する速度制限信ＭｎＤ３は推進電動機の駆動を停止するため、実質的に０％の推進電動機速度を示す制限信号となる。
【０１０９】
速度制限信号ＭｎＤを受信した電動機駆動制御部１３は、電池電源１から電動機駆動制御部１３に入力される電動機速度Ｎｉが速度制限信号にＭｎＤを越えないように推進電動機１４の速度Ｎｉを低下させて電池電源１にかかる負荷を軽減する。
【０１１０】
例えば、推進電動機１４を図１１におけるＰ０点、すなわち、推進電動機速度を定格速度の１００％速度で、推進電動機電流がＩＭ０となる電圧で運転しているとき、組電池電圧ＶＢｉまたは組電池相当電圧ＶＢｓｎがＶＧＬ１に低下すると、組電池下限制限指令部３８で速度制限信号ＭｎＤ１が発生され、電動機駆動制御部１３に与えられ、電動機速度Ｎｉが速度制限信号ＭｎＤ１以下に低下される。これによって電動機速度Ｎｉが図１１のＰ１点の速度ＭｎＤ１に低下すると、これに伴って、電動機電流ＩＭはＩＭ０から定格電流の１０％以下のＩＭ１に大幅に低減されるため、組電池電圧ＶＢｉが現在値より低下されることが抑制され、下限電圧ＶＢＬ、ＶＧＬ以下となって過放電になることが防止される。
【０１１１】
さらに、走査中の第２選択部２５が他の単電池電圧が、下限設定電圧ＶＢＬに達し、これが第２電圧判別部２８で判別されると、そのとき発生される判別信号Ｓ２によって、検出切換部３０が選択電圧を、第１選択部２４のＶＢｓ１からから第２選択部２５のＶＢｓ２へ切換える。この場合も、単電池選択電圧ＶＢｓ１のときと同様にして、単電池選択電圧ＶＢｓ２が下限設定電圧ＢＶＬ以下にならないように組電池電圧下限制限指令部３８が、ＶＢｓ２の組電池換算電圧ＶＢｓｎまたは、組電池電圧ＶＢｉの何れか低い方の電圧に対応する速度制限信号ＭｎＤを求めて、推進電動機１４の速度を減速させる制御を行い、電動機電流ＩＭを低減して、単電池電圧の低下を抑制する。
【０１１２】
また、第１選択部２４は、第２選択部２５からの信号Ｓ５によって、第２選択部２５が走査を停止した位置の次の位置の単電池から走査を再開し、他の単電池電圧の選択監視を継続して行う。
【０１１３】
なお、単電池選択電圧ＶＢｓｓが刻々低下を続ければ、単電池電圧が下限設定電圧ＶＢＬよりも低下しないように動機駆動制御部１３への速度制限信号ＭｎＤも刻々低下することになる。
【０１１４】
組電池電圧ＶＢｉが低下した場合も、前記の単電池電圧ＶＢｓが低下したときと同様に、組電池電圧下限制限指令部３８に用意した図１０に示す電圧制限線ＶＬと組電圧実際値ＶＢｉとの交点から速度制限信号ＭｎＤを求めて、電動機駆動制御部１３に与えて推進電動機１４の速度Ｎを低下させて電動機電流を低減し、負荷を軽減する制御を行う。
【０１１５】
組電池電圧ＶＢｉまたは組電池相相当電圧ＶＢｓｎが禁止電圧ＶＧＬ３に低下すると、推進電動機の速度を０％速度に制限する速度制限信号ＭｎＤ３が推進電動機駆動制御部１３に与えられることにより、推進電動機１４の駆動電流ＩＭをゼロにして、推進電動機の駆動を停止して、電池電源１のそれ以上の放電を停止し、過放電を防止する。
【０１１６】
５）監視制御記録動作
監視制御記録部７０は単電池電圧ＶＢｓ、組電池電圧ＶＢｉを監視し、充電動作では上限設定電圧ＶＢＵ、放電動作では下限設定電圧ＶＢＬと比較して、制限電圧に達したとき、単電池電圧、単電池番号を記録するとともに、組電池電圧状態を監視して警報、警告レベルに達したときは警報・警告を発すると共に、動作状態の記録を行う。この記録に基づいて、電池電源１の異常の解析や、不良単電池の交換などの電池電源のメンテナンスを実施する。
【０１１７】
６）発電機の電圧、電流制限動作
発電機の電圧制限のために電圧制限器５１と電圧制限器５４を備える。
【０１１８】
電圧制限器５１は、定電圧充電モードで単電池電圧ＶＢｓが上限設定電圧ＶＢＬに達したときは判別切換信号Ｓ３Ｃによって電圧上限制限指令部３７から与えられるその時点の組電池実施値ＶＢｉに基づく上限制限電圧ＶＧＵＬにしたがって、発電機電圧指令値ＶＧｓがこれを越えないように制限を行う。
【０１１９】
電圧制限器５４は、自動、手動運転切換部５３から出力される発電機電圧指令値ＶＧｓを、発電機の電圧上限設定部５５から加えられる制限電圧ＶＧＬを越えないように制限して発電機の出力電圧ＶＧｉが過電圧にならないようにして、単電池、組電池の過充電を防止する。
【０１２０】
たとえば、充放電制御部２０の単電池電圧検出部４、電池電源（組電池）電圧検出器２の断線等により電圧フードバック信号が喪失すると、発電機電圧が無限大に上昇し、発電機電圧が過電圧となる。また、発電機電圧を手動で制御する場合、操作ミスによって発電機が過電圧を発生することも予想される。
【０１２１】
発電機電圧の過電圧は発電機自信に損傷を与え、また発電機制御機器、給電電路機器及び、電池電源１の電池などへ障害を与えるから、電圧制限器５１および５４によって発電機電圧が過電圧になることを防止することは重要である。
【０１２２】
また、発電機の上限電流を制限する電流制限器５７には、発電機出力設定器６１で設定された出力(電力)設定値ＰＧｓと発電機出力電圧実際値ＶＧｉに基づいて発電機電流演算部６２により求めた発電機の電流ＩＧＵ（＝ＰＧｓ÷ＶＧｉ）が発電機電流の上限制限値ＩＧＵとして与えられる。これによって、発電機電流調節部５８に与えられる電流指令値ＩＧｓがこの電流制限値ＩＧＵ以下に制限され、発電機電流の上限が制限されるので、発電機６を駆動する原動機５が過負荷になることを防止することができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１：電池電源(組電池)
Ｂ１〜Ｂ１０（Ｂｎ）：単電池
２：電池電源電圧検出器
３：電池電源電流検出器
４：単電池電圧検出部
５：原動機
６：発電機
７：整流器
８：充電用電源
９：充電用電源電圧検出器
１０：充電用電源電流検出器
１１：電動機駆動制御部入力電圧検出器
１２：電動機駆動制御部電流検出器
１３：電動機駆動制御部
１４：推進電動機
１５：速度検出器
１６：電動機速度設定器
２０：充電制御部
２１Ｖ：充電電圧設定部
２１Ｉ：充電電流設定部
２１Ｐ：充電電力設定部
２２：単電池上限電圧設定部
２３：単電池下限電圧設定部
２４：第１選択部
２５：第２選択部
２６：クロックパルス発生部
２７：第１電圧判定部
２８：第２電圧判定部
２９：判別信号切換部
３０：検出切換部
３１：補正演算部
３２Ｖ：電圧記憶補正演算部
３２Ｉ：電流記憶補正演算部
３２Ｐ：電力記憶補正演算部
３３Ｖ：電圧設定値切換部
３３Ｉ：電流設定値切換部
３３Ｐ：電力設定値切換部
３４：電力演算部
３５Ｖ：充電電圧調節部
３５Ｉ：充電電流調節部
３５Ｐ：充電電力調節部
３７：組電池上限電圧制限指令部
３８：組電池下限電圧制限指令部
４０：組電池（電池電源）電圧換算部
４４：充電モード切換部
５０：発電制御部
５０ａ：発電機運転指令器
５０ｃ：充放電指令接点
５１：発電電圧指令制限器
５２：手動発電機電圧設定器
５３：運転切換器
５４：発電電圧制限器
５５：発電電圧上限設定部
５６：発電機電圧調節部
５７：発電機電流制限部
５８：発電機電流調節部
５９：界磁電流直接部
６１：発電機出力設置器
６２：発電機電流上限制限指令部
６３：界磁電流制御部
６４：界磁電流検出器
６５：発電機界磁
７０：動作監視制御部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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