(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の内燃エンジンの各々により各々が駆動される複数の発電機から発せられる交流電圧を直流電圧に変換する複数の交−直変換手段と、前記直流電圧を交流電圧に変換してこれを電気的負荷に供給する単一の直−交変換手段と、前記電気的負荷の大きさに基づいて前記内燃エンジンを制御する制御手段と、前記内燃エンジンから生ずる熱を吸収する流体を循環せしめる循環経路と、前記循環経路に設けられて前記内燃エンジンの熱的負荷をなす熱交換器と、を含む電源供給装置であって、
前記交−直変換手段の各々は、電圧平滑用コンデンサを含み、
前記制御手段は、前記電圧平滑用コンデンサの各々の容量を前記内燃エンジンの停止直後の前記直流電圧の減少特性に基づいて算出し、前記容量が所定値より小さいことを検出した場合には、前記交―直変換手段が劣化したと判別する判別手段と、前記判別手段が劣化判別したときに、劣化判別された前記交−直変換手段に対応する内燃エンジンの起動を禁止する禁止手段とを有し、前記起動を禁止した内燃エンジン以外の内燃エンジンを、前記電気的負荷の大きさと前記熱的負荷の大きさの双方に対して適合するように選択的に運転し、
前記発電機の各々と前記交−直変換手段との間に設けられて、前記電気的負荷の大きさに応じてオンオフして前記発電機の各々から発せられる交流電圧を選択的に前記交−直変換手段の各々に供給するスイッチ手段と、を有することを特徴とする電源供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の内燃エンジンにより駆動される複数の発電機において発電される交流電圧を直流電圧に変換する交−直変換器を有する電源供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃エンジン駆動交流発電機は良く知られているが、電気的負荷の大きさの変化に十分対応する為に、内燃エンジン駆動交流発電機を並列運転して、共通の電気的負荷に電力を供給する電源供給装置が考えられる。
かかる電源供給装置においては、各交流発電機の出力のバラつきを考慮して、各発電機の交流出力を交−直コンバータによって一旦直流に変換して得られる直流電圧を個別に電圧調整した後に共通の直−交コンバータによって共通の交流電圧を得ることとするのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した如き交−直コンバータにおいては、整流電圧のリップル成分を抑制する為に、平滑手段としてのコンデンサが用いられるが、このコンデンサは一般に寿命が短く、このコンデンサの劣化によって直流出力電圧に大きなリップルが混入してしまうことが考えられる。
【０００４】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電気的負荷に対して不適切な電源電力の供給を防止することができる電源供給装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による電源供給装置は、複数の内燃エンジンの各々により各々が駆動される複数の発電機から発せられる交流電圧を直流電圧に変換する複数の交−直変換手段と、前記直流電圧を交流電圧に変換してこれを電気的負荷に供給する単一の直−交変換手段と、前記電気的負荷の大きさに基づいて前記内燃エンジンを制御する制御手段と、からなる電源供給装置であって、前記交−直変換手段の各々は、電圧平滑用コンデンサを含み、前記制御手段は、前記電圧平滑用コンデンサの各々の容量を前記内燃エンジンの停止直後の前記直流電圧の減少特性に基づいて算出し、前記容量が所定値より小さいことを検出した場合には、前記交―直変換手段が劣化したと判別する判別手段と、前記判別手段が劣化判別したときに、劣化判別された前記交−直変換手段に対応する内燃エンジンの起動を禁止する禁止手段と、を有し、前記起動を禁止した内燃エンジン以外の内燃エンジンを前記電気的負荷の大きさと前記熱的負荷の大きさの双方に対して適合するように選択的に運転し、前記発電機の各々と前記交−直変換手段との間に設けられて、前記電気的負荷の大きさに応じてオンオフして前記発電機の各々から発せられる交流電圧を選択的に前記交−直変換手段の各々に供給するスイッチ手段と、を有することを特徴とする。
【０００６】
すなわち、本発明の特徴によれば、判別手段が劣化を判別したときに、交−直変換手段に対応する内燃エンジンの起動を禁止するので、電気的負荷に対する不適切な電源電力の供給を防止することができる。また、本発明の他の特徴によれば、起動を禁止した内燃エンジン以外の内燃エンジンを電気的負荷の大きさに応じて選択的に運転するので、電気的負荷に対して好ましい電源電圧を供給することができる
【０００７】
更に、本発明の他の特徴によれば、内燃エンジンから生ずる熱を吸収する流体を循環せしめる循環流路と、循環流路に設けられた熱交換器とを更に有し、制御手段は流体の温度にも応じて内燃エンジンを制御するので、熱的負荷に対しても好ましい熱を供給することができる。
更にまた、本発明の他の特徴によれば、電圧平滑用コンデンサの容量の減少を知って交−直変換手段の劣化を判別しているので、劣化判断が的確に行える。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明による電源供給装置の概要を示す。
ガス供給源１１から吸入された可燃性ガス、例えば天然ガスと空気吸入口１２から吸入された空気とは混合器１３において混合され、混合された混合気は、内燃エンジン１０のシリンダ１４の燃焼室（図示せず）に吸入され燃焼した後、熱交換部１５を経て排気口１６から排気ガスとして排気される。上述したシリンダ１４の燃焼室に吸入された混合気の燃焼により内燃エンジン１０のクランク軸（図示せず）が回転駆動され、このクランク軸の回転動作はクランク軸に連結されているジェネレータ７０のロータ（図示せず）を回転せしめ、この回転動作によりジェネレータ７０においては発電がなされ、ジェネレータ７０から発電電圧が出力されるのである。
【０００９】
また、循環流路２５に封入されている冷却媒体（クーラント）は、ポンプ２４により汲み上げられて熱交換部２１及び２２と熱交換器２３とを経由して循環流路２５内を循環する。上述した冷却媒体は、熱交換部２１において混合気の燃焼により発生する熱を吸収し、熱交換部２２において排気ガスから発せられる熱を吸収して、内燃エンジン１０を冷却するものである。
【００１０】
更に、給湯タンク２７に予め蓄えられている熱吸収媒体、例えば水はポンプ２６により汲み上げられて熱交換器２３を経由して管２８を循環する。この熱吸収媒体は、熱交換器２３において循環流路２５に封入されている冷却媒体からの熱を吸収する。
上述した装置は、内燃エンジン１０の運転により発電をなすと共に、内燃エンジン１０から発せられる熱を吸収することにより、給湯タンク２７に蓄えられている熱吸収媒体を加熱することができるのである。
【００１１】
内燃エンジン１０に設けられているセンサ群３１、例えばクランク軸基準位置センサや冷却媒体温度センサは、エンジン制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）３２に接続されている。ＥＣＵ３２は、センサ群３１からの出力信号の値をエンジンパラメータとして取込み、内燃エンジン１０の制御に必要な制御値、例えば点火時期やガス供給量を算出して、この制御値に基づいて内燃エンジン１０を制御するのである。また、ＥＣＵ３２は、後述する如き通信用インターフェースを介してシステム制御ユニット（以下ＳＣＵと称する）４０と接続されている。この通信手段により、内燃エンジン１０の回転数や冷却媒体の温度等のデータ信号がＥＣＵ３２からＳＣＵ４０へ供給される一方、エンジン回転数の設定や内燃エンジン１０の起動、停止及び減速等の命令信号がＳＣＵ４０からＥＣＵ３２へ供給される。ＳＣＵ４０には、後述する操作パネル５０が接続されており、操作パネルの操作者の入力操作に応じた信号がＳＣＵ４０に供給される一方、ＳＣＵ４０において内燃エンジン１０の運転状態やインバータコントローラ９０の動作状態を判別した判別結果に応じた信号がＳＣＵ４０から操作パネル５０へ供給される。
【００１２】
ＳＣＵ４０には、インバータコントローラ９０のインバータ制御ユニット（以下、ＩＣＵと称する）９２が接続されており、後述するコンタクタスイッチ（以下、ＣＳと称する）７１〜７５のオンオフ動作の制御信号等のインバータコントローラ９０を制御する為の信号がＳＣＵ４０からＩＣＵ９２へ供給される。一方、後述するコンバータ（以下、ＣＯＮＶと称する）７６〜８０の各々には、センサ群９１が設けられており、センサ群９１は、ＣＯＮＶ７６〜８０の各々から発せられる電圧及び電流を検出し後述するＳＣＵ４０のＡ／Ｄ変換器４４へ検出信号を供給するのである。また、インバータ８１の出力端子（図示せず）近傍にはセンサ群９３が設けられており、センサ群９３は、インバータ８１から発せられる負荷電圧及び負荷電流を検出しＩＣＵ９２のＡ／Ｄ変換器（図示せず）へ検出信号を供給する。ＩＣＵ９２は、所定のタイミング毎、例えば２００ミリ秒毎に、検出した負荷電圧及び負荷電流の値をデータ信号としてＳＣＵ４０へ供給するのである。
【００１３】
また、上述したジェネレータ７０は、インバータコントローラ９０のＣＳ７１に接続されている。ＣＳ７１はＳＣＵ４０から発せられる制御信号に応じてオンオフ動作し、ジェネレータ７０からの給電を制御する。また、複数、例えば４つの内燃エンジンが搭載されている場合には、内燃エンジンのジェネレータが、各々ＣＳ７１〜ＣＳ７４に接続される。更に、ＣＳ７５には、商用電源６０が接続されており、インバータコントローラ９０に接続されている負荷（図示せず）の駆動に必要な電力に応じて、ＣＳ７１〜ＣＳ７５が選択的に接続されることによりジェネレータ及び商用電源が選択的に負荷に接続されるのである。
【００１４】
ＣＳ７１〜ＣＳ７５は各々ＣＯＮＶ７６〜８０に接続されており、ＣＯＮＶ７６〜７９はジェネレータから発せられる交流電圧、例えば３相３００ボルトを直流電圧、例えば１８０ボルトに変換し、ＣＯＮＶ８０は商用電源６０から供給される交流電圧、例えば３相２００ボルトを直流電圧、例えば１８０ボルトに変換する。ＣＯＮＶ７６〜８０は、インバータ８１に接続されており、インバータ８１は、供給された複数の直流電圧を共通の交流電圧、例えば１００ボルトに変換し、交流電圧をインバータコントローラ９０に接続されている負荷（図示せず）に給電するのである。
【００１５】
図２は、図１に示した電源供給装置のシステム制御ユニットを示す。
上述した操作パネル５０は、インタフェース回路４１を介して、入出力バス４２に接続されている。入出力バス４２は、ＣＰＵ４５にデータ信号又はアドレス信号が入出力されるようになされている。また、ＣＯＮＶ７６〜８０に設けられているセンサ群９１はＳＣＵ４０内のマルチプレクサ（以下、ＭＰＸと称する）４３に供給される。ＭＰＸ４３は、所定のタイミングでＣＰＵ４５から発せられる命令に応じて、センサ群９１から発せられる出力信号のうちのいずれか１つを選択的にＡ／Ｄ変換器４４に供給するスイッチである。Ａ／Ｄ変換器４４は、供給された信号をディジタル信号へ変換し、入出力バス４２に供給する。また、入出力バス４２には、通信用インターフェース回路４９が接続されている。この通信用インターフェース回路４９は、所定の通信規格、例えばＲＳ−２３２Ｃ規格に従ったシリアル通信用のポート（図示せず）を備えており、ＥＣＵ３２及びＩＣＵ９２から供給されるデータ信号の受信、及び上述のＣＰＵ４５からＥＣＵ３２及びＩＣＵ９２に対して発せられる命令信号の送信を行う。
【００１６】
上述した入出力バス４２には、ＲＯＭ４６、ＲＡＭ４７及び不揮発性メモリ４８が接続されている。ＲＯＭ４６は、図５において説明するフローチャートに従って電圧平滑用コンデンサの容量の値を判別するプログラムを記憶している。
図３は、電源供給装置のインバータ制御ユニットを示す。
上述した如く、内燃エンジン１０により駆動されるジェネレータ７０において発電された交流電圧、例えば３相３００ボルトは、ＣＳ７１を介してＣＯＮＶ７６の整流回路素子９５に供給される。整流回路素子９５は、例えばダイオードで構成されるブリッジ回路からなり、供給された交流電圧を直流電圧、例えば１８０ボルトに変換する。変換された直流電圧は、電圧平滑用コンデンサ１０１により、平滑直流電圧に変換された後、電圧平滑用コンデンサ１０１と並列に接続されている放電用抵抗１０２を介して、インバータ８１に供給されて共通の交流電圧、例えば１００ボルトに変換される。この後、変換された交流電圧は、電気的負荷１００に供給されるのである。
【００１７】
上述した放電用抵抗１０２の両端の近傍においては、放電用抵抗１０２の両端間電圧を検出する電圧検出部が設けられている。この電圧検出部と図示しない電流検出器とから上述したセンサ群９１が構成される。この電圧検出部において検出した放電用抵抗１０２の両端間電圧は、ＳＣＵ４０のＡ／Ｄ変換器４４に供給される。また、ＩＮＶ８１の出力端子（図示せず）の近傍には、ＩＮＶ８１の出力電圧を検出する電圧検出部が設けられている。この電圧検出部と図示しない電流検出器とから上述したセンサ群９３が構成される。
【００１８】
尚、上述の図３の説明においては、ジェネレータ７０から供給される交流電圧についてのみ説明したが、図１に示す如く、複数、例えば４台のジェネレータが搭載されている場合には、各々のジェネレータはＣＳ７１〜７４を介してＣＯＮＶ７６〜７９の各々に接続されており、各々のジェネレータにおいて発電された交流電圧の各々は、ＣＯＮＶ７６〜７９の各々に設けられている整流回路素子及び平滑用コンデンサにより平滑直流電圧に変換された後、ＣＯＮＶ７６〜７９の各々に設けられている放電用抵抗及びセンサ群９１を介してＩＮＶ８１に供給されるのである。センサ群９１は、平滑用コンデンサにより平滑化された平滑直流電圧の各々の電圧値を検出し、検出された各々の検出信号はＳＣＵ４０のＡ／Ｄ変換器に供給されるのである。また、ＣＯＮＶ７６〜７９の各々には、定電圧回路９６が設けられており、定電圧回路９６はＣＯＮＶ７６〜７９から出力される平滑直流電圧の値が所定の電圧になるように調整するのである。
【００１９】
上述したＥＣＵ３２、ＳＣＵ４０及びＩＣＵ９２から制御手段及び禁止手段が構成され、ジェネレータ７０から発電機が構成され、ＣＯＮＶ７６〜８０から交−直変換手段が構成され、ＩＮＶ８１から直−交変換手段が構成される。
図４は、エンジン制御システムの操作パネルを示す。
表示パネル５１は、インバータコントローラの動作状態を判別した判別結果や不揮発性メモリ４８に記憶されている内容を表示するものである。非常停止スイッチ５２は、操作者が本電源供給装置の動作を緊急に停止したい場合に使用するスイッチである。また、リセットスイッチ５３は、本電源供給装置を再起動する際に用いるスイッチである。システム起動中表示ＬＥＤ５４は、電源供給装置が起動していることを示す発光ダイオードであり、システム非常停止表示ＬＥＤ５５は、電源供給装置が非常停止したときに点灯する発光ダイオードである。更に、表示ＯＮスイッチ５６は、表示パネル５１に表示内容を表示させる為のスイッチであり、表示ＯＦＦスイッチ５７は、表示パネル５１の表示を消去するスイッチである。
【００２０】
以下においては、図１に示した電源供給装置は、起動しており、ＥＣＵ３２、ＳＣＵ４０及びＩＣＵ９２内において使用される変数の初期化等や後述するタイマーの起動等の初期処理は全て終了しているものとする。また、内燃エンジンは、所定の台数、例えば４台搭載されているものとする。
図５は、電圧平滑用コンデンサの容量を判別するサブルーチンを示す。尚、このサブルーチンは、所定のタイミング、例えば内燃エンジンが停止した時に実行されるものである。
【００２１】
最初に、内燃エンジンが稼働中であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。内燃エンジンが稼働中であると判別したときには、直ちに本サブルーチンを終了する。内燃エンジンが稼働中でない、即ち内燃エンジンが停止していると判別したときには、予め起動されているタイマーの値から内燃エンジンが停止したときからの時間がｔ0であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。時間がｔ0でないと判別した場合には、本サブルーチンを終了する。時間がｔ0であると判別した場合には、放電用抵抗の両端間電圧Ｖ0＃を検出する（ステップＳ１３）。この両端間電圧Ｖ0＃の＃は、内燃エンジンの番号を示すものであり、内燃エンジンが４台搭載されている場合においては、＃は１〜４であり、Ｖ0＃とは＃が示す番号の内燃エンジンに対応する放電用抵抗の両端間電圧である。次に、内燃エンジンが停止したときからの時間がｔ1であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。時間がｔ1でないと判別した場合には、本サブルーチンを終了する。時間がｔ1であると判別した場合には、放電用抵抗の両端間電圧Ｖ1＃を検出する（ステップＳ１５）。次いで、電圧平滑用コンデンサの容量Ｃ＃を、例えば、
【００２２】
【数１】
0003992371.tif 000002
【００２３】
の如き、式に基づいて算出し（ステップＳ１６）、算出した容量Ｃ＃が所定の容量ＣLIFEより大きいか否かを判断する（ステップＳ１７）。ここで、Ｒ＃は、放電用抵抗の抵抗値である。容量Ｃ＃が所定の容量ＣLIFE以上であると判別した場合には、本サブルーチンを終了する。容量Ｃ＃が所定の容量ＣLIFEより小さいと判別した場合には、＃が示す番号の内燃エンジンに対応する電圧平滑用コンデンサに劣化が発生したことを示す表示を表示パネル５１に表示する（ステップＳ１８）。例えば、容量Ｃ２の値がＣLIFEより小さいと判別したときには、「ＥＲＲ２  ＣＯＮＤＥＮＳＥＲ」の如き表示をして、２番目の内燃エンジンに対応する電圧平滑用コンデンサに劣化が発生したことを表示パネル５１に表示するのである。表示パネル５１に表示した後、本サブルーチンを終了する。
【００２４】
この後、ＳＣＵ４０が、ＥＣＵ３２に対して、内燃エンジンの起動命令を発する際においては、ＳＣＵ４０は、劣化したと判別した電圧平滑用コンデンサに対応する内燃エンジンに対しては起動を禁止すべく起動命令を発しないのである。更に、起動を禁止した内燃エンジン以外に起動可能な内燃エンジンがある場合においては、電気的負荷の大きさに応じて起動を禁止した内燃エンジンの代替として起動可能な内燃エンジンを選択的に起動することとしても良い。更に、冷却媒体の循環流路２５に設けられている温度センサ（図示せず）により冷却媒体の温度を検出して熱的負荷の大きさに応じて代替の内燃エンジンを起動することにより、図１に示した如く、内燃エンジンから発せられる熱を利用して、給湯タンクの蓄えられている熱吸収媒体、例えば水を加熱するときには、熱吸収媒体に加える熱量を減ずることなく加熱をすることができるのである。
【００２５】
図６は、内燃エンジンを停止したときに、時間の経過に従って変化する放電用抵抗の両端間電圧を示す。
内燃エンジンが停止するまでは、放電用抵抗の両端間電圧の値は、一定の値、例えば直流１８０ボルトである。内燃エンジンが停止すると同時に電圧平滑用コンデンサに蓄えられていた電荷が、放電用抵抗により放電されて、両端間電圧の値は、例えば指数関数的に減衰する。この減衰過程のｔ0における両端間電圧をＶ0＃、ｔ1における両端間電圧をＶ1＃として、上述した図５に示したフローチャートのステップＳ１３及びＳ１５において、両端間電圧Ｖ0＃及びＶ1＃を検出するのである。
【００２６】
尚、上述した実施例においては、式（１）に基づいて、電圧平滑用コンデンサの容量Ｃ＃を算出して、電圧平滑用コンデンサの劣化を判別する場合を示したが、
【００２７】
【数２】
0003992371.tif 000003
【００２８】
に示す如き、平滑用コンデンサと放電用抵抗とからなる回路の時定数Ｔ＃を算出することにより、電圧平滑用コンデンサの劣化を判別することとしてもよいことは明らかである。ここで、＃は、上述した如く、内燃エンジンの番号を示すものである。
また、上述した実施例においては、内燃エンジンが停止したときに、電圧平滑用コンデンサの容量の値又は電圧平滑用コンデンサと放電用抵抗とからなる回路の時定数の値から平滑用コンデンサの劣化を判別したが、内燃エンジンの運転中に平滑直流電圧の値をＳＣＵ４０のＡ／Ｄ変換器４４からサンプリングして取り込み平滑直流電圧の波形を解析、例えばリップル成分を抽出しリップルの大きさを判別することにより平滑用コンデンサの劣化を判別する構成としても良いことは明らかである。
【００２９】
尚、本明細書において、内燃エンジンとはハイブリッドエンジン等を含む内燃エンジンをいう。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明による電源供給装置によれば、判別手段が劣化を判別したときに、交−直変換手段に対応する内燃エンジンの起動を禁止するので、電気的負荷に対する不適切な電源電力の供給を防止することができる。また、本発明の他の特徴によれば、起動を禁止した内燃エンジン以外の内燃エンジンを電気的負荷の大きさに応じて選択的に運転するので、電気的負荷に対して好ましい電源電圧を供給することができる。
【００３１】
更に、本発明の他の特徴によれば、内燃エンジンから生ずる熱を吸収する流体を循環せしめる循環流路と、循環流路に設けられた熱交換器とを更に有し、制御手段は流体の温度にも応じて内燃エンジンを制御するので、熱的負荷に対しても好ましい熱を供給することができる。
更にまた、本発明の他の特徴によれば、電圧平滑用コンデンサの容量の減少を知って交−直変換手段の劣化を判別しているので、劣化判断が的確に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電源供給装置の概要を示すブロック図である。
【図２】図１に示した電源供給装置のシステム制御ユニットを示すブロック図である。
【図３】図１に示した電源供給装置のインバータ制御ユニットを示す回路図である。
【図４】図１に示した電源供給装置の操作パネルを示す正面図である。
【図５】電圧平滑用コンデンサの容量を判別するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図６】内燃エンジンを停止したときに、時間の経過に従って変化する放電用抵抗の両端間電圧を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  内燃エンジン
２５  循環流路
２３  熱交換器
３２  エンジン制御ユニット（制御手段、禁止手段）
４０  システム制御ユニット（制御手段、禁止手段、判別手段）
９２  インバータ制御ユニット（制御手段）
７０  ジェネレータ（発電機）
７６、７７、７８、７９  コンバータ（交−直変換手段）
８１  インバータ（直−交変換手段）
【図１】
0003992371.tif 000004
【図２】
0003992371.tif 000005
【図３】
0003992371.tif 000006
【図４】
0003992371.tif 000007
【図５】
0003992371.tif 000008
【図６】
0003992371.tif 000009