(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池と、この電池を充電する発電機とからなるハイブリッド電源を電力供給源とし、電動機および補機に給電する電気推進システムにおいて、
入力電流１００％における制限開始受電端電圧点と、入力電流０％における下限受電端電圧点とを結んで得られる回転速度制限線を予め定義しておき、電池のみで電力供給を行なう運転モードで電動機受電端電圧が設定値以下になったときは、前記回転速度制限線から実入力電流値，実受電端電圧値により定まる回転速度制限値を得、この回転速度制限値に基づき電動機を運転することにより、電池電圧および電動機受電端電圧の異常低下を防止することを特徴とする電気推進システムにおける電動機制御方法。
【請求項２】
前記電動機受電端電圧が電池放電終止電圧付近にまで低下したときは、電動機を停止させ、電池からは補機にのみ電力を供給す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における電動機制御方法。
【請求項３】
前記電動機受電端電圧が予め設定した電圧より低下したときは警報を発し、電動機受電端電圧が電池放電終止電圧に達したときは警告を発することを特徴とする請求項１または２に記載の電気推進システムにおける電動機制御方法。
【請求項４】
前記電動機受電端電圧が予め設定した電圧より低下したときは警報を発し、電動機受電端電圧が電池放電終止電圧に達したときは、入力電流値に応じて２段階の警告を発することを特徴とする請求項１または２に記載の電気推進システムにおける電動機制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蓄電池（以下、単に電池ともいう）と、この電池を充電する発電機とからなるハイブリッド電源を電力供給源として、推進電動機（以下、単に電動機ともいう）やその付帯設備（補機）に給電する電気推進システム、特に電気推進システムにおける電動機制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池と、この電池を充電する発電機とからな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では、例えば電動機でプロペラを回転させて船舶を推進させる。また、複数の補機類を備え、これら補機類の運転によって船舶の航行が維持される。その電力供給の形態としては、発電機を運転し電池を充電しながら電動機や補機へ電力を供給する運転モードと、電池のみで電力を供給する運転モードとがある。
【０００３】
特に、電池のみで給電する運転モードでは、運転時間経過とともに電池電圧は低下する。また、電動機の回転速度を増加させれば電動機の入力電流は増加して電動機の受電端電圧は一層低下する。
電池電圧が異常低下すれば、システムを構成する電動機や補機を含むすべての電気機器・装置への供給電圧が低下して機器・装置の安定動作が確保されないため、船舶等の安全航行に重大な影響を与えることになる。
【０００４】
上記のような電池電圧の異常低下を防止する従来例として、例えば特許文献１に示すものがある。図５に、その例を示す。
これは、電動機６の受電端電圧をＶＤ（電圧検出器）９で検出し、これが一定値より低下したことを検出したら、その低下量に応じた速度変化値ΔＮを演算部２２，引算部２３を介して求め、これを回転速度設定値ＮＳから減じた値Ｎで電動機を運転することで、電動機の入力電流および電池放電電流を減少させ、電池電圧および電動機端子電圧の異常低下を防止するものである。また、電池電圧が予め設定された最低電圧値以下にならないように、電動機の回転速度制御も行なわれる。
【０００５】
図６は特許文献１における別の例を示す構成図である。
これは、ＶＤ９で検出される受電端電圧が一定値より低下したことが制御部にて検出されると、制御部２９は電動機６の制御を回転速度制御から電圧制御に切り換え、電圧設定器１１からの設定値ＶＬに基づき制御するものである。
つまり、上記いずれの方式も、電池電圧および電動機の受電端電圧が異常低下しないようにするものと言える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
従って、この発明は、電池電圧，電動機受電端電圧の異常低下を防止し、過放電による電池特性の劣化防止を図る目的は同じであるが、上記特許文献１に比べてより小型，軽量化および低コスト化を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、電池と、この電池を充電する発電機とからなるハイブリッド電源を電力供給源とし、電動機および補機に給電する電気推進システムにおいて、
入力電流１００％における制限開始受電端電圧点と、入力電流０％における下限受電端電圧点とを結んで得られる回転速度制限線を予め定義しておき、電池のみで電力供給を行なう運転モードで電動機受電端電圧が設定値以下になったときは、前記回転速度制限線から実入力電流値，実受電端電圧値により定まる回転速度制限値を得、この回転速度制限値に基づき電動機を運転することにより、電池電圧および電動機受電端電圧の異常低下を防止することを特徴とする。
この請求項１の発明においては、前記電動機受電端電圧が電池放電終止電圧付近にまで低下したときは、電動機を停止させ、電池からは補機にのみ電力を供給することができる（請求項２の発明）。
【０００９】
上記請求項１または２の発明においては、前記電動機受電端電圧が予め設定した電圧より低下したときは警報を発し、電動機受電端電圧が電池放電終止電圧に達したときは警告を発することができ（請求項３の発明）、または、前記電動機受電端電圧が予め設定した電圧より低下したときは警報を発し、電動機受電端電圧が電池放電終止電圧に達したときは、実入力電流値に応じて２段階の警告を発することができる（請求項４の発明）。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、電池電圧に比例する電動機受電端電圧の異常低下を防止して、電気推進システムの安定動作を確保するとともに、電池の過放電を防止して電池ダメージを防止することなどが、従来よりも簡単かつ安価に実現できるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態を示す構成図。
【図２】電池の放電電流と電動機受電端電圧との関係を説明する説明図。
【図３Ａ】電動機受電端電圧と入力電流，入力電力との関係説明図。
【図３Ｂ】図３Ａとは回転速度制限（入力電流制限）特性が異なる例の説明図。
【図４Ａ】電動機回転速度と入力電流，入力電力との関係説明図。
【図４Ｂ】図４Ａとは回転速度制限（入力電流制限）特性が異なる例の説明図。
【図５】第１の従来例を示す構成図。
【図６】第２の従来例を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１はこの発明の実施の形態を示す構成図である。
同図において、１（Ｂ）は電池、２は補機、３（ＳＷＧ）はスイッチ、４（Ｇ）は発電機、5は電力変換器（ＩＮＶ）、６（Ｍ）は電動機、７（ＴＤ）は速度検出器、８（ＳＨ）は電流検出器、９（ＶＤ）は電圧検出器、１０〜１２Ａ，１２Ｂ（ＶＲ１〜ＶＲ３Ａ，ＶＲ３Ｂ）は設定器、１３は速度指令制限部、１４（ＤＰ）は表示装置、１５（ＮＳＬ）は回転速度制限部（リミッタ）、１６は速度制御部を示す。
【００１３】
速度設定器（ＶＲ１）１０には電動機の回転速度ＮＳが、また電圧設定器（ＶＲ２）１１には制限開始受電端電圧ＶＭＡが、さらに電圧設定器（ＶＲ３Ａ）１２Ａには下限受電端電圧ＶＭＥがそれぞれ設定される。電動機（Ｍ）６は、設定器１０で設定された回転速度値で運転される。速度指令制限部１３には、電圧設定器（ＶＲ２）１１で設定される制限開始受電端電圧ＶＭＡ（入力電流１００％）と、電圧設定器（ＶＲ３Ａ）１２Ａで設定される下限受電端電圧ＶＭＥ（入力電流０％）を結ぶ、制限部１３内に実線で示されるような入力電流制限（回転速度制限）特性Ｙを備えている。これにより、受電端電圧がＶＭＵ〜ＶＭＡの範囲内にあるときは、電動機（Ｍ）６は設定器１０で設定された回転速度値（ＮＳ）で運転され、回転速度を上げれば入力電流は増加し、回転速度を下げれば入力電流は減少することになる。
【００１４】
図２に、電池の放電電流ＩＢと受電端電圧ＶＭとの関係（Ｉ−Ｖ特性）を示す。
電池電圧ＶＢは、放電の進行に伴い内部起電圧が低下し、図２のＵ→Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅのように低下する。また、放電電流の大小により、電池電圧＝受電端電圧はＩ−Ｖ特性に沿って変化する。例えば、放電電流をＩＢ、補機電流をＩＡＸ、電動機電流をＩＭとし、放電電流ＩＢを１００％として放電を継続させると、受電端電圧は図２に示すように、Ｕ１→Ａ１→Ｂｄ→Ｃｄ→Ｄｄ→Ｅｄのように低下する。
【００１５】
上記のようなＩ−Ｖ特性をもつ電池において、図２に示すＶＭＵ〜ＶＭＡを通常運転範囲、ＶＭＡ〜ＶＭＥを過放電領域、ＶＭＥを放電終止電圧とすれば、ＶＭＵ〜ＶＭＡ範囲では何ら制限を受けることなく運転でき、ＶＭＡ〜ＶＭＥ範囲は電池過放電領域として、電圧低下に比例して電動機入力電流をＩＭＡ１→ＩＭＢ１→ＩＭＣ１→ＩＭＤ１のように低下させ、さらに受電端電圧が放電終止電圧ＶＭＥに至れば電動機の運転を停止（ＩＭ＝０）させ、電池からは補機にのみ電力を供給するようにする。
【００１６】
図３Ａに受電端電圧ＶＭと入力電流ＩＭ・入力電力ＰＭとの関係を示す。
電動機は、上記回転速度制限特性Ｙ上の実入力電流または実受電端電圧の交点に相当する回転速度を上限として、運転するようにする。もし、その交点以上の回転速度で運転できるならば、入力電流（電池放電電流）の増加により、受電端電圧は交点以下の電圧に低下する。電動機の回転速度を下げれば、受電端電圧は図２のようなＩ−Ｖ特性に沿って上昇し、電動機が停止すれば、受電端電圧はＡｍ，Ｂｍ，Ｃｍ，Ｅ点まで上昇する。
【００１７】
このように、受電端電圧がＶＭＡ〜ＶＭＥの範囲内では、回転速度（入力電流）制限線との交点以上の回転速度での運転はできないように制限されるから、電池電圧および電動機受電端電圧が異常に低下するおそれは無い。
同様に、電流制限は電池残存量で決まる図２のＩ−Ｖ特性Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅと放電電流ＩＢ（＝ＩＭ＋ＩＡＸ）との交点ＩＭＡ１，ＩＭＢ１，ＩＭＣ１，ＩＭＤ１を上限値として電動機入力電流が制限されることになる。
【００１８】
図４Ａに回転速度ｎ，受電端電圧ＶＭと入力電流ＩＭ・入力電力ＰＭの関係を示す。
同図は、例えば受電端電圧がＶＭＢであれば、入力電流（ＩＭＢ１）は約７９％、入力電力（ＰＭＢ）は約７３％に制限され、回転速度ｎは約９０％を上限として制限されることを示している。同様に、受電端電圧がＶＭＣであれば、入力電流（ＩＭＣ１）≒５５％、入力電力（ＰＭＣ）≒４２％、回転速度ｎ≒７５％であり、また、受電端電圧がＶＭＤであれば、入力電流（ＩＭＤ１）≒３２％、入力電力（ＰＭＤ）≒１８％、回転速度ｎ≒５８％に制限されることになる。
【００１９】
図１の動作について、図２，図３Ａを参照して説明する。
図１において、電動機の受電端電圧が、図２，図３Ａに示すＶＭＵ〜ＶＭＡの範囲内であれば、電動機（Ｍ）６は速度設定器（ＶＲ１）１０で設定される回転速度ＮＳと、速度検出器（ＴＤ）７で検出される速度実際値（速度検出値）とによる速度フィードバック制御が、速度制御部１６により行なわれる。電動機（Ｍ）６の回転速度を上げれば電動機入力電流は増加し、回転速度を下げれば電動機入力電流は減少することになる。
【００２０】
速度指令制限部１３には、電動機入力電流の検出器（ＳＨ）８からの検出（実入力電流）値ＩＭと、電動機受電端電圧の検出器（ＶＤ）９からの検出（実電端電圧）値ＶＭが入力される。一方、電圧設定器（ＶＲ２）１１からは制限開始電圧ＶＭＡが、電圧設定器（ＶＲ３Ａ）１２Ａからは電池放電終止電圧ＶＭＥが入力されているので、電動機受電端電圧がＶＭＡに達すれば速度指令制限部１３は速度制限動作を開始する。つまり、速度指令制限部１３は回転速度（入力電流）制限線Ｙと実入力電流，実受電端電圧から、電動機回転速度制限値ＮＬを出力し、回転速度制限部（リミッタ）１５に与える。
【００２１】
回転速度制限部１５は、速度指令制限部１３からの制限値ＮＬに基づき、回転速度設定器（ＶＲ１）１０の速度指令値ＮＳを制限する。例えば、速度指令値ＮＳ＞速度制限値ＮＬであればＮＬに制限される一方、速度指令値ＮＳ＜速度制限値ＮＬであればＮＳが、そのまま速度制御部１６に入力される。つまり、速度制御部１６の入力ＮＳＬｓは、ＮＬ（ＮＳ＞ＮＬの場合）またはＮＳ（ＮＳ＜ＮＬの場合）となる。こうして、速度指令制限部１３は、図３Ａのような回転速度制限線Ｙと実入力電流ＩＭ，実受電端電圧ＶＭとの交点相当の回転速度で、電動機を運転させることができる。
【００２２】
そして、受電端電圧が電池放電終止電圧ＶＭＥに至れば、速度指令制限部１３からはＮＬ＝０を出力し、電動機６を停止させる。この状態では、電池１からは補機２にのみ電力を供給することになる。なお、受電端電圧が制限開始電圧ＶＭＡ以下に低下したときは、速度指令制限部１３から表示部１４へ警報信号を発し、電池放電終止電圧ＶＭＥに至れば警告信号を発し、電池および電動機の動作状態を監視できるようにする。
【００２３】
以上では、電動機を図３Ａや図４Ａに示す回転速度制限線（入力電流制限線）Ｙと実入力電流ＩＭ，実受電端電圧ＶＭで決定される回転速度にて運転するようにしたが、その回転速度制限線（入力電流制限線）を図３ＢのＹ１で示すように変更しても、上記と全く同様の運転ができるのは言うまでもない。この場合、図１の電圧設定器１２Ａ（ＶＲ３Ａ）に電圧設定値ＶＭＥが設定されるだけでなく、電流設定器１２Ｂ（ＶＲ３Ｂ）には電流設定値ＩＭＥ１が設定される。このＩＭＥ１点は図２ではＥｅ点で、また、図４Ｂでは受電端電圧がＶＭＥで、入力電流（ＩＭＥ１）≒３３％、入力電力（ＰＭＥ）≒２２％、回転速度ｎ≒６０％の点で示されることになる。
【００２４】
回転速度制限線（入力電流制限線）をＹ１のようにすることで、電池放電終止電圧ＶＭＥに至ったときの警報を、上述の１段階警告から２段階警告にすることができる。すなわち、図３Ｂに示すように、受電端電圧がＶＭＥで、実入力電流がＩＭＥ１に至れば第１段階の警告、さらに受電端電圧がＶＭＥで実入力電流ＩＭＥの大きさに応じて第２段階の警告を発することにすれば、きめの細かい対応が可能となる。
【符号の説明】
【００２５】
１（Ｂ）…電池、２…補機、３…スイッチ、４（Ｇ）…発電機、5…電力変換器（ＩＮＶ）、６（Ｍ）…電動機、７（ＴＤ）…速度検出器、８（ＳＨ）…電流検出器、９（ＶＤ）…電圧検出器、１０〜１２Ａ，１２Ｂ…設定器、１３…速度指令制限部、１４（ＤＰ）…表示装置、１５（ＮＳＬ）…制限器（リミッタ）、１６…速度制御部。
【図１】
0005817223.tif 000002
【図２】
0005817223.tif 000003
【図３Ａ】
0005817223.tif 000004
【図３Ｂ】
0005817223.tif 000005
【図４Ａ】
0005817223.tif 000006
【図４Ｂ】
0005817223.tif 000007
【図５】
0005817223.tif 000008
【図６】
0005817223.tif 000009