(57)【要約】【課題】より小型軽量の電源装置と、電源装置がコンパクトであって配置設計の容易な水中航走体を提供しようとする。【解決手段】従来の低出力負荷と高出力負荷とが時系列に混在する負荷スケジュールを持った負荷機器へ電気を供給する電源装置にかわって、第一の種類の化学電池で構成された第一の電池ユニットと第一のオンオフスイッチとが直列接続された回路を有する第一の電源回路と、第二の種類の化学電池で構成された第二の電池ユニットと第二の整流器とが直列接続された回路を有する第二の電源回路と、第一の電源回路と第二の電源回路とを並列接続して負荷機器に電力を供給する負荷回路と、を備え、高出力負荷が発生した時に前記第一のオンオフスイッチを通電状態にし、低出力負荷が発生した時に前記第一のオンオフスイッチを非通電状態にするものとした。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低出力負荷と高出力負荷とが混在する負荷スケジュールを持った負荷機器へ電気を供給する電源装置であって、
第一の種類の化学電池で構成された第一の電池ユニットと第一のオンオフスイッチとが直列接続された回路を有する第一の電源回路と、
第二の種類の化学電池で構成された第二の電池ユニットと第二の整流器とが直列接続された回路を有する第二の電源回路と、
第一の電源回路と第二の電源回路とを並列接続して負荷機器に電力を供給する負荷回路と、
を備え、
高出力負荷が発生した時に前記第一のオンオフスイッチを通電状態にし、低出力負荷が発生した時に前記第一のオンオフスイッチを非通電状態にする、
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
第一の電池ユニットの定格平均負荷電圧が第二の電池ユニットの開放電圧よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
第二の種類の化学電池のエネルギー体積密度が第一の種類の化学電池のエネルギー体積密度よりも大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２の一つに記載の電源装置。
【請求項４】
第一の種類の化学電池の単位体積当たりの最大連続放電電流が第二の種類の化学電池の単位体積当たりの最大連続放電電流よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
低速航走と高速航走とが混在する航走スケジュールをもつ水中航走体であって、
第一の種類の化学電池で構成された第一の電池ユニットと第一のオンオフスイッチとが直列接続された回路を有する第一の電源回路と第二の種類の化学電池で構成された第二の電池ユニットと第二の整流器とが直列接続された回路を有する第二の電源回路と第一の電源回路と第二の電源回路とを並列接続して電力を出力する負荷回路とをもつ電源装置と、
前記電源装置から電力を供給される負荷機器と、
を備え、
高速航走時に前記第一のオンオフスイッチを通電状態にし、低速航走時に前記第一のオンオフスイッチを非通電状態にする、
ことを特徴とする水中航走体。
【請求項６】
第一の電池ユニットの定格平均負荷電圧が第二の電池ユニットの開放電圧よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の水中航走体。
【請求項７】
第二の種類の化学電池のエネルギー体積密度が第一の種類の化学電池のエネルギー体積密度よりも大きいことを特徴とする請求項５又は請求項６の一つに記載の水中航走体。
【請求項８】
第一の種類の化学電池の単位体積当たりの最大連続放電電流が第二の種類の化学電池の単位体積当たりの最大連続放電電流よりも大きいことを特徴とする請求項５乃至請求項７に記載の水中航走体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学電池で構成された電池ユニットを有する電源装置とその電源装置を搭載した水中航走体に係る。特に高出力負荷と低出力負荷とが時系列に混在する負荷機器に電力を供給するのに好適な化学電池の組み合わせ構造に特徴のある電源装置とその電源装置を搭載した水中航走体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学電池を用いた電源装置が多種多様な用途で使用されている。
例えば、水中航走体は、化学電池を組み合わせた電池ユニットを有する電源装置を持ち、その電源装置の出力する電気により水中を自立航走する。
一般に、水中航走体が水中での高い運動性能を発揮できるように、水中航走体は、中正浮力に近い重量と体積を持っているのが好ましい。水中航走体を構成する内部機器は所望の性能を十分に発揮しつつ小型軽量であることが求められる。電源装置は、水中航走体を構成する主要な装置の一つである。
水中航走体１の概略構造を、図を参照して、説明する。図６は、水中航走体の概念図である。水中航走体１は、葉巻形状の耐圧中空構造体である航走体本体２の中に電源装置３と電動モータ、管制航行コンピュータ、音響機器等の負荷機器４とを備えている。電源装置３は、負荷機器４に電力を供給し、負荷機器４は水中航走体１を水中で航走させる。
【０００３】
水中航走体の航走スケジュールは、長時間（例えば、数時間）低速度（例えば、４〜８ノット）で航走し、その途中で時々短時間（例えば、数分）高速度（例えば、１２ノット）で航走するパターンを持つことがある。
水や海水の中を航走するには大きな出力を必要とし、必要な出力は速度の三乗に比例する。従って、短時間であっても低速航走時の速度の２倍から３倍の航走速度を出すためには、水中航走体は、低速航走時に必要な電力の８倍から２７倍の出力を電動モータに供給できる出力を持った電源装置を必要とする。また、水中航走体は、航走時間にほぼ比例したエネルギー容量を持った電源装置を必要とする。
すなわち、水中航走体の最大速度は電源装置の出力に依存し、水中航走体の航走時間は電源装置のエネルギー容量に依存する。
【０００４】
従来の電源装置の構造を、図を参照して、説明する。図５に従来の電源装置の配線系統図である。
電源装置３は、負荷機器に電気を供給する装置であり、電源回路５０と負荷回路３０とを有する。負荷機器４０は、変動負荷機器４１と一定負荷機器４２とで構成されている。変動負荷機器４１は、航走中に負荷が変動する機器であり、例えば、プロペラを回転させる電気モータである。電気モータは、水中を航走中の航走速度が変化すると負荷が大きく変化する。一定負荷機器４２は、航走中に負荷が一定である機器であり、例えば、管制航行コンピュータや音響機器である。管制航行コンピュータや音響機器は、水中を航行中に負荷がほとんど変化せず一定である。従って、負荷機器４０全体では、低出力負荷と高出力負荷とが時系列に混在する負荷スケジュールを持つこととなる。
電源回路５０は、電池ユニット５１とオンオフスイッチ５２とが直列接続された回路である。電池ユニット５１は、所望の出力電圧と出力電流を出力する様に直列又は並列に結線された複数の化学電池で構成される。
負荷回路３０は、電源回路５０を負荷機器４０に接続して電力を供給する回路であり、変動負荷回路３１と一定負荷回路３２とで構成される。変動負荷回路３１が電源回路５０を変動負荷機器４１に接続する。一定負荷回路３２が電源回路５０を一定負荷機器４２に接続する。
【０００５】
電源装置は、水中航走体の航走に必要な電気を供給でき、最小で軽量であることが望まれる。そのためには、電源装置のエネルギー容量と出力とが水中航走体の航走に必要なエネルギー容量と出力とに過不足のないものであるのが望ましい。
水中航走体の電源装置は、化学電池で構成された電池ユニットをもつ。電池ユニットを構成する化学電池には、化学物質の異なる多くの種類の化学電池が存在する。一般に、エネルギー密度が小さいが出力（最大連続放電電流で表される。）が大きな化学電池（以下、大出力型化学電池と呼ぶ）とエネルギー密度が大きいが出力（最大連続放電電流で表される。）が小さな化学電池（以下、低出力型化学電池と呼ぶ）とがある。
例えば、リチウム電池を例にとって説明すると、二酸化硫黄リチウム電池はエネルギー密度が小さいが単位体積当たりの最大連続放電電流が大きい。塩化スルフリルリチウム電池または塩化チオニルリチウム電池はエネルギー密度が大きいが単位体積当たりの最大連続放電電流が小さい。従来、これらの複数の種類の化学電池から、水中航走体の航走スケジュールに合わせて一種類の化学電池を選択し、水中航走体の電源装置用の電池ユニットを作成している。
【０００６】
上述の航走スケジュールをもつ水中航走体に搭載する電源装置を、高出力型化学電池で構成すると、エネルギー密度が小さいので、長時間低速度での航走を満足するために多くの数の化学電池を搭載し、電池ユニットが大きく（重く）なる。
また、上記の航走スケジュールのもつ水中航走体に搭載する電源装置を、低出力型化学電池で構成すると、高速度の航走を行なうための出力を出すために多くの数の電池を並列接続又は直列接続するので、電池ユニットが大きく（重く）なる。さらに、多くの電池を接続してエネルギー容量が大きくなりすぎ、航走スケジュールを終了してもまだ電源装置にエネルギーが余ってしまうという無駄をしてしまうことがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様に、従来の低出力負荷と高出力負荷とが時系列に混在する負荷スケジュールを持った負荷機器へ電気を供給する電源装置では、過不足のないエネルギー容量と出力をもった電源装置を、さらに今以上に小型（軽量）にできないという問題点が有り、その電源装置を水中航走体に搭載した場合に長時間の低速航走と短時間の高速航走とが混在する航走スケジュールをもつ水中航走体の配置設計を今以上に容易にすることができないという問題点が有った。
【０００８】
本発明は以上に述べた問題点に鑑み案出されたもので、従来の低電力負荷と高電力負荷とが時系列に混在する負荷スケジュールを持った負荷機器へ電気を供給する電源装置にかわって、より小型軽量の電源装置を提供しようとする。
また、従来の低速航行と高速航行とが混在する航走スケジュールをもつ水中航走体にかわって、電源装置がコンパクトであって配置設計の容易な水中航走体を提供しようとする。
【０００９】
【課題を解決するための機構】
上記目的を達成するため、本発明に係る低出力負荷と高出力負荷とが混在する負荷スケジュールを持った負荷機器へ電気を供給する電源装置を、第一の種類の化学電池で構成された第一の電池ユニットと第一のオンオフスイッチとが直列接続された回路を有する第一の電源回路と、第二の種類の化学電池で構成された第二の電池ユニットと第二の整流器とが直列接続された回路を有する第二の電源回路と、第一の電源回路と第二の電源回路とを並列接続して負荷機器に電力を供給する負荷回路と、を備え、高出力負荷が発生した時に前記第一のオンオフスイッチを通電状態にし、低出力負荷が発生した時に前記第一のオンオフスイッチを非通電状態にするものとした。
【００１０】
上記本発明の構成により、第一の電源回路では第一の種類の化学電池で構成された第一の電池ユニットと第一のオンオフスイッチとが直列接続し、第二の電源回路では第二の種類の化学電池で構成された第二の電池ユニットと第二の整流器とが直列接続し、負荷回路が第一の電源回路と第二の電源回路とを並列接続して負荷機器に電力を供給し、高出力負荷が発生した時に前記第一のオンオフスイッチを通電状態にし、低出力負荷が発生した時に前記第一のオンオフスイッチを非通電状態にするので、低出力負荷に適した種類の化学電池で第二の電池ユニットを構成でき、高出力負荷に適した種類の化学電池で第一の電池ユニットを構成でき、その両者を負荷の高低に応じて使い分けるので、低出力負荷と高出力負荷が時系列に混在した負荷スケジュールを持った負荷機器へ電気を供給する電源装置をコンパクトにつくることができる。
【００１１】
さらに、本発明に係る電源装置は、第一の電池ユニットの定格平均負荷電圧が第二の電池ユニットの開放電圧よりも大きいものとするのが好ましい。
上記本発明の構成により、第一の電池ユニットの定格平均負荷電圧が第二の電池ユニットの開放電圧よりも大きく、第一のオンオフスイッチを通電状態にすると第二の電源回路に第二の電池ユニットの開放電圧を越える電圧がかかり、第二の整流器により第二の電源回路からの電気の出入りが阻止されるので、第一のオンオフスイッチの開閉により負荷機器へ電力を供給する電源回路を切り替えることができ、電力の瞬断をおこさずにスムースに負荷機器へ電力を供給できる。
ここで、定格平均負荷電圧とは、電池ユニットに定格の平均的負荷がかかった時の出力電圧を意味する。
ここで、開放電圧とは、電池ユニットの両端子に負荷が結線されていないときの両端子間の電圧をいう。
【００１２】
さらに、本発明に係る電源装置は、第二の種類の化学電池のエネルギー体積密度が第一の種類の化学電池のエネルギー体積密度よりも大きいものとするのが好ましい。
上記本発明の構成により、第二の種類の化学電池のエネルギー体積密度が第一の種類の化学電池のエネルギー体積密度よりも大きいので、低出力負荷の電力需要を満足させるための第二の電池ユニットをよりコンパクトにつくることができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る電源装置は、第一の種類の化学電池の単位体積当たりの最大連続放電電流が第二の種類の化学電池の単位体積当たりの最大連続放電電流よりも大きいものとするのが好ましい。
上記本発明の構成により、第一の種類の化学電池の単位体積当たりの最大連続放電電流が第二の種類の化学電池の単位体積当たりの最大連続放電電流よりも大きいので、少ない数の第一の化学電池で第一の電池ユニットを構成でき、高出力負荷の電力需要を満足させるための第一の電池ユニットをコンパクトにつくることができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る電源装置は、第一の電池ユニットのエネルギー容量と出力が高出力負荷の電力需要を満足させることができ、第二の電池ユニットのエネルギー容量と出力が低出力負荷の電力需要を満足させることができるものとするのが好ましい。
上記本発明の構成により、第一の電池ユニットのエネルギー容量と出力が高出力負荷の電力需要を満足させることができ、第二の電池ユニットのエネルギー容量と出力が低出力負荷の電力需要を満足させることができるので、負荷スケジュールに適合し、過不足がなく無駄のないエネルギー容量と出力を持った電源装置をよりコンパクトに作成できる。
【００１５】
さらに、本発明に係る電源装置は、第一の種類の化学電池が二酸化硫黄リチウム電池であって、第二の種類の化学電池が塩化スルフリルリチウム電池または塩化チオニルリチウム電池の内の一つであるものとするのが好ましい。
上記本発明の構成により、第一の種類の化学電池が二酸化硫黄リチウム電池であって、第二の種類の化学電池が塩化スルフリルリチウム電池または塩化チオニルリチウム電池の内の一つであると、それぞれの化学電池の特性をうまくひきだすことができ、性能に過不足がないエネルギー容量と出力を持った電源装置をコンパクトに作成できる。
【００１６】
また、上記目的を達成するため、本発明に係る低速航走と高速航走とが混在する航走スケジュールをもつ水中航走体は、第一の種類の化学電池で構成された第一の電池ユニットと第一のオンオフスイッチとが直列接続された回路を有する第一の電源回路と、第二の種類の化学電池で構成された第二の電池ユニットと第二の整流器とが直列接続された回路を有する第二の電源回路と、第一の電源回路と第二の電源回路とを並列接続して電力を出力する負荷回路とをもつ電源装置と、前記電源装置から電力を供給される負荷機器と、を備え、高速航走時に前記第一のオンオフスイッチを通電状態にし、低速航走時に前記第一のオンオフスイッチを非通電状態にするものとした。
【００１７】
上記本発明の構成により、第一の電源回路では第一の種類の化学電池で構成された第一の電池ユニットと第一のオンオフスイッチとが直列接続し、第二の電源回路では第二の種類の化学電池で構成された第二の電池ユニットと第二の整流器とが直列接続し、負荷回路が第一の電源回路と第二の電源回路とを並列接続して負荷機器に電力を供給し、高速航走時に前記第一のオンオフスイッチを通電状態にし、低速航走時に前記第一のオンオフスイッチを非通電状態にするので、低出力負荷に適した種類の化学電池で第二の電池ユニットを構成でき、高出力負荷に適した種類の化学電池で第一の電池ユニットを構成でき、その両者を航走速度の高低に応じて使い分けるので、低速航走と高速航走とが時系列に混在する航走スケジュールをもつ水中航走体に搭載する電源装置をコンパクトにつくることができ、水中航走体での電源装置や負荷機器の配置設計が容易になる。
【００１８】
さらに、本発明に係る水中航走体は、第一の電池ユニットの定格平均負荷電圧が第二の電池ユニットの開放電圧よりも大きいものとするのが好ましい。
上記本発明の構成により、第一の電池ユニットの定格平均負荷電圧が第二の電池ユニットの開放電圧よりも大きく、第一のオンオフスイッチを通電状態にすると第二の電源電圧に第二の電池ユニットの開放電力を越える電圧がかかり、第二の整流器により第二の電源回路からの電気の出入りが阻止されるので、第一のオンオフスイッチの開閉により負荷機器へ電力を供給する電源回路を切り替えることができ、瞬断をおこさずにスムースに負荷機器へ電力を供給でき、水中航走体がスムースに航走する。
【００１９】
さらに、本発明に係る水中航走体は、第二の種類の化学電池のエネルギー体積密度が第一の種類の化学電池のエネルギー体積密度よりも大きいものとするのが好ましい。
上記本発明の構成により、第二の種類の化学電池のエネルギー体積密度が第一の種類の化学電池のエネルギー体積密度よりも大きいので、低出力負荷の電力重要を満足させる第二の電池ユニットをよりコンパクトにつくることができ、水中航走体での電源装置や負荷機器の配置設計がより容易になる。
【００２０】
さらに、本発明に係る水中航走体は、第一の種類の化学電池の単位体積当たりの最大連続放電電流が第二の種類の化学電池の単位体積当たりの最大連続放電電流よりも大きいものとするのが好ましい。
上記本発明の構成により、第一の種類の化学電池の単位体積当たりの最大連続放電電流が第二の種類の化学電池の単位体積当たりの最大連続放電電流よりも大きいので、少ない数の第一の化学電池で第一の電池ユニットを構成でき、高出力負荷の電力需要を満足させるための第一の電池ユニットをコンパクトにつくることができ、水中航走体での電源装置や負荷機器の配置設計がより容易になる。
【００２１】
さらに、本発明に係る水中航走体は、第一の電池ユニットのエネルギー容量と出力が高速航走時の電力需要を満足させることができ、第二の電池ユニットのエネルギー容量と出力が低速航走時の電力需要を満足させることができるものとするのが好ましい。
上記本発明の構成により、第一の電池ユニットのエネルギー容量と出力が高速航走時の電力需要を満足させることができ、第二の電池ユニットのエネルギー容量と出力が低速航走時の電力需要を満足させることができ、負荷スケジュールに適合し、過不足がなく無駄のない電源装置をよりコンパクトに作成し、水中航走体での電源装置や負荷機器の配置設計がより容易になる。
【００２２】
さらに、本発明に係る水中航走体は、第一の種類の化学電池が二酸化硫黄リチウム電池であって、第二の種類の化学電池が塩化スルフリルリチウム電池または塩化チオニルリチウム電池の内の一つであるものとするのが好ましい。
上記本発明の構成により、第一の種類の化学電池が二酸化硫黄リチウム電池であって、第二の種類の化学電池が塩化スルフリルリチウム電池または塩化チオニルリチウム電池の内の一つであり、それぞれの化学電池の特性をうまくひきだすことができ、性能に過不足がない電源装置をコンパクトに作成し、水中航走体での電源装置や負荷機器の配置設計がより容易になる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい第一の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２４】
本発明の第一の実施形態に係る電源装置の構造を、図を参照して、説明する。図１は、本発明の第一の実施形態の配線系統図である。
【００２５】
電源装置３は、負荷機器に電気を供給する装置であり、高出力電源回路（第一の電源回路に相当する。）１０と低出力電源回路（第二の電源回路に相当する。）２０と負荷回路３０とを有する。
電源装置３は、電源制御装置（図示せず）により制御される。
ここで、負荷機器４０は、変動負荷機器４１と一定負荷機器４２とで構成されている。変動負荷機器４１は、運用中に負荷が変動する機器である。一定負荷機器４２は、運用中に負荷が一定である機器である。
【００２６】
高出力電源回路１０は、高出力電池ユニット（第一の電池ユニットに相当する。）１１とオンオフスイッチ（高出力オンオフスイッチと呼ぶ。第一のオンオフスイッチに相当する。）１２と整流器（高出力整流器と呼ぶ。）１３が直列接続された回路である。高出力電池ユニット１１は、所望の出力電圧と出力電流を出力する様に結線された複数の化学電池（高出力化学電池と呼ぶ。第一の種類の科学電池に相当する。）で構成される。高出力整流器１３と高出力電池ユニット１１とは極性の向きを同じ方向にして直列接続される。
【００２７】
低出力電源回路２０は、低出力電池ユニット（第二の電池ユニットに相当する。）２１とオンオフスイッチ（低出力オンオフスイッチと呼ぶ。）２２と整流器（低出力整流器と呼ぶ。第二の整流器に相当する。）２３が直列接続された回路である。低出力電池ユニット２１は、所望の出力電圧と出力電流を出力する様に結線された複数の化学電池（低出力化学電池と呼ぶ。第二の種類の化学電池に相当する。）で構成される。低出力整流器２３と低出力電池ユニット２１とは極性の向きを同じ方向にして直列接続される。
【００２８】
高出力電源回路のエネルギー容量と出力が短時間の高出力負荷の電力需要を満足させることができ、低出力電源回路のエネルギー容量と出力が長時間の低出力負荷の電力需要を満足させることができる。
従って、高出力電池ユニット１１の出力は、低出力電池ユニット２１の出力よりも大きい。また、高出力電池ユニット１１のエネルギー容量は、低出力電池ユニット２１のエネルギー容量よりも小さい。
【００２９】
電源制御装置（図示せず）は、電源装置を制御する装置であって、高出力負荷が発生した時に高出力オンオフスイッチを通電状態にし、低出力負荷が発生した時に高出力オンオフスイッチを非通電状態にする。
電源装置は、全ての負荷をゼロにするときは、高出力オンオフスイッチと低出力オンオフスイッチの両方を非通電状態にする。
【００３０】
高出力電池ユニット１１の定格平均負荷電圧が低出力電池ユニット２１の開放電圧よりも大きいのが好ましい。
こうすると、高出力電源回路１０と低出力電源回路２０とから同時に電気を供給した際に、低出力整流器に逆方向に電圧がかかるので、高出力電源回路１０が出力した電気が低出力電源回路２０に流れてしまい低出力電池ユニット２１に逆電圧が作用することを防止する。従って、逆起電力が低出力電池ユニットに印加して予期しない急速充電状態が発生することを防止できる。
【００３１】
また、低出力化学電池のエネルギー体積密度が高出力化学電池のエネルギー体積密度よりも大きいことが好ましい。
こうすると、大きなエネルギー容量を必要とする低出力電池ユニットの体積を小さくすることができ、電源装置全体の体積を小さくできる。
【００３２】
また、高出力化学電池の単位体積当たりの最大連続放電電流が低出力化学電池の単位体積当たりの最大連続放電電流よりも大きいことが好ましい。
こうすると、少ない数の化学電池を組み合わせて、出力の大きな高出力電池ユニットをつくることができるので、電源装置全体の体積を小さくできる。
【００３３】
また、高出力化学電池が二酸化硫黄リチウム電池であって、低出力化学電池が塩化スルフリルリチウム電池または塩化チオニルリチウム電池の内の一つであるのが好ましい。
こうすると、単位体積当たりの出力の大きな二酸化硫黄リチウム電池の特徴と、エネルギー容量体積密度の大きな塩化スルフリルリチウム電池または塩化チオニルリチウム電池の特徴を有効に利用した電源装置を実現できる。
【００３４】
負荷回路３０は、電源回路を接続して負荷機器に電力を供給する回路であり、変動負荷回路３１と一定負荷回路３２とで構成される。変動負荷回路３１が高出力電源回路１０と低出力電源回路２０との両方を変動負荷機器４１に接続する。一定負荷回路３２が低出力電源回路２０を低出力整流器を介さずに一定負荷機器４２に接続する。
【００３５】
以下に、本発明の実施形態に係る電源装置の作用を、図１を参照して、説明する。
（Ａ）変動負荷機器４１が低い負荷で運用され、一定負荷機器４２が定常状態で運用されて、負荷機器全体では、低出力負荷状態になる場合。
電源制御装置（図示せず）が、低出力オンオフスイッチ２２を通電状態にし、高出力オンオフスイッチ１１を非通電状態にする。
低出力電池ユニット２１から出力した電気が、変動負荷機器４１と一定負荷機器４２とに供給される。
高出力電池ユニット１１からは電気が出力しない。
【００３６】
（Ｂ）変動負荷機器４１が、高い負荷で運用され、一定負荷機器４２が定常状態で運用されて、負荷機器全体では、高出力負荷状態になる場合。
電源制御装置（図示せず）が、低出力オンオフスイッチ２２を通電状態にし、高出力オンオフスイッチ１１を通電状態にする。
高出力電池ユニット１１から出力した電気が、変動負荷機器４１に供給される。
高出力電池ユニット１１の定格平均負荷電圧が低出力電池ユニット２１の開放電圧よりも大きいと、低出力整流器２３の端子にかかる電圧が極性と逆方向になるので、高出力電池ユニット１１から出力した電気が低出力電池ユニット２１へ流れない。
低出力負荷回路３２が低出力整流器２３を介さずに一定負荷機器４２へ接続されているので、低出力電池ユニット２１から出力した電気が、一定負荷機器４２に供給される。
【００３７】
次に、本発明の第二の実施形態に係る水中航走体の構造を、図を参照して、説明する。図２は、本発明の第二の実施形態の概念図である。
第二の実施形態に係る水中航走体は、第一の実施形態に係る電源装置を搭載している。
【００３８】
水中航走体１は、葉巻形状の耐圧中空構造体である航走体本体２の中に電源装置３と電気モータ、管制航行コンピュータ、音響機器等の負荷機器４を備えている。電源装置３は、負荷機器４に電力を供給し、負荷機器４は水中航走体１を水中で航走させる。
【００３９】
電源装置３は、電源制御装置（図示せず）により制御される。
ここで、負荷機器４０は、変動負荷機器４１と一定負荷機器４２とで構成されている。
変動負荷機器４１は、運用中に負荷が変動する機器であり、例えばプロペラを回転させる電気モータ等ある。電気モータは、低速航走時には負荷が低くなり、高速航走時には負荷が高くなる。
一定負荷機器４２は、運用中に負荷がほぼ一定な機器であり、例えば、管制航行コンピュータや音響機器である。管制航行コンピュータや音響機器は、運用中に負荷が一定である。
電源装置の主要な構造は、第一に実施形態に係る電源装置の構造と同じなので、説明を省略し、相違部分を説明する。
【００４０】
電源制御装置（図示せず）は、電源装置を制御する装置であって、高速航走時に高出力オンオフスイッチを通電状態にし、低速航走時に高出力オンオフスイッチを非通電状態にする。
電源制御装置は、管制航行コンピュータが電気モータに与える速度指令をモニタする。電源制御装置は、予め所定の比較速度値を設定されており、モニタした速度指令の値が比較速度値より大きい場合に高速航走時であると判断し、モニタした速度指令の値が比較速度値より小さい場合に低速航走時であると判断する。
【００４１】
高出力電源回路のエネルギー容量と出力が短時間の高速航走時の電力需要を満足させることができ、低出力電源回路のエネルギー容量と出力が長時間の低速航走時の電力需要を満足させることができる。
従って、高出力電池ユニット１１の出力は、低出力電池ユニット２１の出力よりも大きい。また、高出力電池ユニット１１のエネルギー容量は、低出力電池ユニット２１のエネルギー容量よりも小さい。
【００４２】
以下に、本発明の第二の実施形態に係る水中航走体の作用を、図１を参照して、説明する。
（Ａ）水中航走体が低速航走している場合。
電源制御装置（図示せず）が、低出力オンオフスイッチ２２を通電状態にし、高出力オンオフスイッチ１１を非通電状態にする。
低出力電池ユニット２１から出力した電気が、変動負荷機器４１と一定負荷機器４２とに供給される。
高出力電池ユニット１１からは電気が出力しない。
水中航走体は、低出力電池ユニット２１から出力される電気により電気モータを駆動して低速航走し、管制制御コンピュータや音響装置を作動させる。
【００４３】
（Ｂ）水中航走体が高速航走している場合。
電源制御装置（図示せず）が、低出力オンオフスイッチ２２を通電状態にし、高出力オンオフスイッチ１１を通電状態にする。
高出力電池ユニット１１から出力した電気が、変動負荷機器４１に供給される。
高出力電池ユニット１１の定格平均負荷電圧が低出力電池ユニット２１の開放電圧よりも大きいと、低出力整流器２３の端子にかかる電圧が極性と逆方向になるので、高出力電池ユニット１１から出力した電気が低出力電池ユニット２１へ流れるのを防止できる。
低出力電池ユニット２１から出力した電気が、一定負荷機器４２に供給される。
水中航走体は、高出力電池ユニット１１から出力される電気により電気モータを駆動し高速航走し、低出力電池ユニット２１から出力される電気により管制制御コンピュータや音響装置を作動させる。
【００４４】
【実施例】
以下に、第一の化学電池が二酸化硫黄リチウム電池であって、第二の化学電池が塩化スルフリルリチウム電池である水中航走体用の電源装置の実施例を、図３、図４を参照しつつ、説明する。図３は、実施例の結果を示すグラフである。図４は、実施例の航走スケジュールグラフである。
航走スケジュールは以下の通りである。
図４は、航走スケジュールを示す。
低速航走時間（８ノット航走）：２４０分
高速航走時間（１２ノット航走）：　Ｘ　分
本実施例では、高速航走時間をパラメータとして、仮定した負荷スケジュールをもつ負荷機器に電気を供給するのに必要十分な性能をもつ電池ユニットの合計体積を試算する。
【００４５】
負荷機器を以下の様に仮定する。
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従って、負荷機器全体では、以下の負荷となる。
低速航走時（８ノット航走）に４８８Ｗ
高速航走時（１２ノット航走）に８０６Ｗ
【００４６】
二酸化硫黄リチウム電池（Ｌｉ／ＳО２）の諸元は以下の通りである。
エネルギー容量体積密度：０．４１Ｗｈ／ｃｍ３
出力体積密度：０．７７Ｗ／ｃｍ３
密度　　　　：１．５６ｇ／ｃｍ３
塩化スルフリルリチウム電池（Ｌｉ／ＣＳＣ）の諸元は以下の通りである。
エネルギー容量体積密度：１．０１Ｗｈ／ｃｍ３
出力体積密度：０．２４Ｗ／ｃｍ３
密度　　　　：２．１７ｇ／ｃｍ３
【００４７】
上記の条件の時の第一の電池ユニットと第二の電池ユニットの合計体積は以下の様になった。図３は、高速航走時間をＸ分とした時の合計体積を示している。
ｃａｓｅ１：二酸化硫黄リチウム電池の第一の化学電池と塩化スルフリルリチウム電池の第二の化学電池とで、電池ユニットを構成したケース
ｃａｓｅ２：塩化スルフリルリチウム電池のみの化学電池で電池ユニットを構成したケース
ｃａｓｅ３：二酸化硫黄リチウム電池のみの化学電池で電池ユニットを構成したケース
【００４８】
高速航走時間Ｘが４０分以下であれば、第一の実施例の構造をもった電源装置の電池ユニットの合計体積が単一の種類の電池を使用した電池ユニットの合計体体積よりも小さくなる。
もちろん、航走スケジュールと選択する化学電池の構成により、Ｘの時間は変化する。
【００４９】
上述の実施形態の電源装置を用いれば、低出力負荷に適した種類の化学電池で低出力電池ユニットを構成でき、高出力負荷に適した種類の化学電池で高出力ユニットを構成でき、その両者を負荷の高低に応じて使い分けるので、長時間の低出力負荷と短時間の高出力負荷が時系列に混在した負荷スケジュールを持った負荷機器へ電気を供給する電源装置をコンパクトにつくることができる。
また、高出力電池ユニットの定格平均負荷電圧が低出力電池ユニットの開放電圧よりも大きいと、高出力電源装置のオンオフスイッチの開閉により負荷機器へ電力を供給する電源回路を切り替えることができ、瞬断をおこさずにスムースに負荷機器へ電力を供給できる。
また、低出力化学電池のエネルギー体積密度が高出力化学電池のエネルギー体積密度よりも大きいと、低出力負荷の電力需要の満足させる低出力電池ユニットをよりコンパクトにつくることができる。
また、高出力化学電池の単位体積当たりの最大連続放電電流が低出力化学電池の単位体積当たりの最大連続放電電流よりも大きいと、高出力負荷の電力需要の満足させる高出力電池ユニットをコンパクトにつくることができる。
また、高出力電源回路のエネルギー容量と出力が短時間の高出力負荷の電力需要を満足させることができ、低出力電源回路のエネルギー容量と出力が長時間の低出力負荷の電力需要を満足させることができると、負荷スケジュールに適合し、過不足がなく無駄のない電源装置をコンパクトに作製できる。
また、高出力化学電池が二酸化硫黄リチウム電池であって、低出力化学電池が塩化スルフリルリチウム電池または塩化チオニルリチウム電池の内の一つであると、それぞれの化学電池の特性をうまくひきだすことができ、性能に過不足がないコンパクトな電源装置を作成できる。
また、上記の特性を有する電源装置を水中航走体に搭載することで、圧力隔壁の内部に空間的な余裕が生まれ、配置計画や重量浮力バランス調整の容易な水中航走体を実現できる。
【００５０】
本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。
水中航走体に搭載する電源装置を例に説明したがこれに限定されず、同様の負荷スケジュールを持った装置用電源装置であればよい。
化学電池をリチウム電池、特に二酸化硫黄リチウム電池、塩化スルフリルリチウム電池または塩化チオニルリチウム電池であるとして説明したがこれに限定されず、同一の特性を有する電池であればよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の低出力負荷と高出力負荷とが時系列に混在する負荷スケジュールを持った負荷機器へ電気を供給する電源装置は、その構成により、以下の効果を有する。
第一の電池ユニットと第二の電池ユニットを負荷に並列接続して負荷機器に接続したので、低出力負荷に適した種類の化学電池で第二の電池ユニットを構成でき、高出力負荷に適した種類の化学電池で第一の電池ユニットを構成でき、その両者を負荷の高低に応じて使い分けるので、低出力負荷と高出力負荷が時系列に混在した負荷スケジュールを持った負荷機器へ電気を供給する電源装置をコンパクトにつくることができる。
また、第一の電池ユニットの定格平均負荷電圧を第二の電池ユニットの開放電圧よりも大きくしたので、第一のオンオフスイッチの開閉により負荷機器へ電力を供給する電源回路を切り替えることができ、瞬断をおこさずにスムースの負荷機器へ電力を供給できる。
また、第二の種類の化学電池のエネルギー体積密度が第一の種類の化学電池のエネルギー体積密度よりも大きいので、低出力負荷の電力需要を満足させる第二の電池ユニットをよりコンパクトにつくることができる。
また、第一の種類の化学電池の単位体積当たりの最大連続放電電流を第二の種類の化学電池の単位体積当たりの最大連続放電電流よりも大きくしたので、少ない数の第一の化学電池で第一の電池ユニットを構成でき、高出力負荷の電力需要を満足させるための第一の電池ユニットをコンパクトにつくることができる。
従って、低電力負荷と高電力負荷とが混在する負荷機器へ電気を供給するより小型の電源装置を提供できる。
また、上記の電源装置を低速航走と高速航走とが時系列に混在する航走スケジュールをもつ水中航走体に搭載するので、内部に空間的な余裕が生まれ、配置設計の容易な水中航走体を実現できる。
従って、長時間の低速航行と短時間の高速航行とが混在する航走パターンをもつ、配置設計の容易な水中航走体を提供できる。
【００５２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態の配線系統図である。
【図２】本発明の第二の実施形態の概念図である。
【図３】実施例の結果のグラフである。
【図４】実施例の航走スケジュールグラフである。
【図５】従来の電源装置の配線系統図である。
【図６】従来の水中航走体の概念図である。
【符号の説明】
１　水中航走体
２　航走体本体
３　電源装置
４　負荷装置
１０　第一の電源回路（高出力電源回路）
１１　第一の電池ユニット（高出力電池ユニット）
１２　第一のオンオフスイッチ（高出力オンオフスイッチ）
１３　第一の整流器（高出力整流器）
２０　第二の電源回路（低出力電源回路）
２１　第二の電池ユニット（低出力電池ユニット）
２２　第二のオンオフスイッチ（低出力オンオフスイッチ）
２３　第二の整流器（低出力整流器）
３０　負荷回路
３１　高出力負荷回路
３２　低出力負荷回路
４０　負荷機器
４１　高出力負荷機器
４２　低出力負荷機器
【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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