特許 6354263 電気推進システムの給電方法および給電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6354263

(24)【登録日】2018年6月22日

(45)【発行日】2018年7月11日

(54)【発明の名称】電気推進システムの給電方法および給電装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20180702BHJP

   B63H 21/17 20060101ALI20180702BHJP

   B63H 23/24 20060101ALI20180702BHJP

   B63J 99/00 20090101ALI20180702BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 302C

   B63H21/17

   B63H23/24

   B63J99/00 A

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-72726(P2014-72726)

(22)【出願日】2014年3月31日

(65)【公開番号】特開2015-195684(P2015-195684A)

(43)【公開日】2015年11月5日

【審査請求日】2017年2月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100075166

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 巖

(74)【代理人】

【識別番号】100133167

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 浩

(72)【発明者】

【氏名】高林 泰弘

(72)【発明者】

【氏名】馬場 謙二

(72)【発明者】

【氏名】引地 徹

(72)【発明者】

【氏名】樋口 陽介

【審査官】 坂本 聡生

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１５２０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１５５０１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１９５０４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｌ １／００− ３／１２

７／００−１３／００

１５／００−１５／４２

Ｂ６３Ｂ １／００−６９／００

Ｂ６３Ｈ １／００−２５／５２

Ｂ６３Ｊ １／００−９９／００

Ｈ０１Ｍ１０／４２−１０／４８

Ｈ０２Ｊ １／００− １／１６

７／００− ７／１２

７／３４− ７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池電源と、個々の電池電源からそれぞれ主電路スイッチを介して電気推進システムの推進電動機に給電する複数の主電路と、個々の電池電源からそれぞれ補機電路スイッチを介して電気推進システムの補機に給電する複数の補機電路とを含む電気推進システムの給電方法において、
前記補機電路にそれぞれダイオードを前記電池電源から補機に電流を流す極性にして直列に挿入接続し、前記主電路を介する複数の電池電源の並列接続による推進電動機への給電を開始する前に、少なくとも電池電源間の電圧差が許容範囲内にない場合に、補機電路を介する複数の電池電源の並列接続による補機への給電を前もって開始することにより、電池電源間の電圧差を許容範囲内に低減する動作を生じさせることを特徴とする電気推進システムの給電方法。

【請求項2】

電池電源間の電圧差が許容範囲内にあることを、個々の補機電路に流れる補機電路電流間の電流差が設定値以下であることをもって判定することを特徴とする請求項１記載の電気推進システムの給電方法。

【請求項3】

補機電路電流間の電流差を示す信号もしくは前記設定値に対するその電流差のレベル範囲を示す信号を出力もしくは表示することを特徴とする請求項２記載の電気推進システムの給電方法。

【請求項4】

補機電路を介する複数の電池電源の並列接続による補機給電を行う際に、電圧の最も高い電池電源単独による主電路を介する推進電動機への給電を許可することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の電気推進システムの給電方法。

【請求項5】

最も大きい電流が流れている補機電路が属する電池電源を、電圧の最も高い電池電源として判定することを特徴とする請求項４記載の電気推進システムの給電方法。

【請求項6】

複数の電池電源と、個々の電池電源からそれぞれ主電路スイッチを介して電気推進システムの推進電動機に給電する複数の主電路と、個々の電池電源からそれぞれ補機電路スイッチを介して電気推進システムの補機に給電する複数の補機電路とを含む電気推進システムの給電方法において、補機電路を介して複数の電池電源を並列接続した際に生じ得る電池電源間の突入電流を防止するためのダイオードを個々の補機電路にそれぞれ直列に挿入接続し、外部電源による補機給電を行う際に、外部電源の電圧を複数の電池電源の電圧よりも僅かに高い電圧とし、外部電源による補機への給電から電池電源による補機への給電に切り替える際に、個々の補機電路スイッチをオンした後に外部電源の切り離しを行うことを特徴とする電気推進システムの給電方法。

【請求項7】

複数の電池電源と、個々の電池電源からそれぞれ主電路スイッチを介して電気推進システムの推進電動機に給電する複数の主電路と、個々の電池電源からそれぞれ補機電路スイッチを介して電気推進システムの補機に給電する複数の補機電路と、補機電路を介して複数の電池電源を並列接続した際に生じ得る電池電源間の突入電流を防止するために個々の補機電路にそれぞれ直列に挿入接続されたダイオードと、補機電路を介する複数の電池電源の並列接続による補機への給電を開始することにより電池電源間の電圧差を低減する動作を生じさせ、その電圧差が許容範囲内にあることを条件に、主電路を介する複数の電池電源の並列接続による推進電動機への給電を許可するように、主電路スイッチおよび補機電路スイッチを制御する制御装置とからなる電気推進システムの給電装置。

【請求項8】

前記制御装置が、個々の補機電路に流れる電流をそれぞれ検出する電流検出器と、検出した電流間の電流差を求める電流差演算部と、該電流差演算部によって求められた電流差が設定値以下であることを判定して複数の電池電源に属する主電路スイッチのオンを許可する信号を出力する比較部とを含むことを特徴とする請求項７記載の電気推進システムの給電装置。

【請求項9】

前記制御装置が、検出した電流間の電流差もしくは前記設定値に対するその電流差のレベル範囲を表示する表示部を含むことを特徴とする請求項８記載の電気推進システムの給電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の電池電源と、個々の電池電源からそれぞれ主電路スイッチを介して電気推進システムの推進電動機に給電する複数の主電路と、個々の電池電源からそれぞれ補機電路スイッチを介して電気推進システムの補機に給電する複数の補機電路とを含む電気推進システムの給電方法および給電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

２台の電池電源と、個々の電池電源からそれぞれ主電路スイッチを介して電気推進システムの主機に給電する２系統の主電路と、個々の電池電源からそれぞれ補機電路スイッチを介して電気推進システムの補機に給電する２系統の補機電路とを含む電気推進システムは、例えば船舶用又は電気自動車の電気推進システムとして公知である（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

【0003】

図６は、この種の従来技術に基づいて構成した、例えば船舶用の電気推進システムの給電装置を示す。この電気推進システムでは、推進用プロペラを駆動する２台の推進電動機Ｍ１，Ｍ２への給電のために２台の電池電源Ｂ１，Ｂ２が設けられている。各推進電動機Ｍ１，Ｍ２は、この例では、ＰＷＭインバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２を介して給電される交流電動機である。各電池電源Ｂ１，Ｂ２の端子Ａ，Ｂは、それぞれ主電路スイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して共通電路上の端子Ｃ，Ｄに接続されており、共通電路上にはそれぞれ個別のＰＷＭインバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２を介して推進電動機Ｍ１，Ｍ２が並列接続されている。この共通電路の中間点に共通電路スイッチＳＷ１０が設けられている。共通電路スイッチＳＷ１０を開閉することにより、各主電路は個別に給電することも、互いに並列に給電することもできる。

【0004】

かくして、２系統の主電路が構成されている。更に、端子Ｃ，Ｄにはそれぞれ他のスイッチＳＷ５，ＳＷ６および整流器ＤＧ１，ＤＧ２を介して発電機Ｇ１，Ｇ２が接続されており、推進電動機Ｍ１，Ｍ２への給電もしくは電池電源Ｂ１，Ｂ２の充電が可能である。

【0005】

更に、端子Ａ，Ｂにはそれぞれ補機電路スイッチＳＷ３，ＳＷ４の一端が接続され、補機電路スイッチＳＷ３，ＳＷ４の他端はそれぞれ１号補機動力および２号補機動力のための給電端子Ｆ，Ｇに接続されている。かくして、電気推進システムの運行に必要な２系統の補機電路が構成されている。更に、補機用の給電端子Ｆ，Ｇがそれぞれ別の補機電路スイッチＳＷ７，ＳＷ８を介して点Ｈにおいて共通接続可能であり、このＨ点は端子ＴＭに接続される。この端子ＴＭには外部電源Ｇが接続可能であり、スイッチＳＷ３，ＳＷ４をオフにしてスイッチＳＷ７，ＳＷ８をオンにすることによって、外部電源Ｇから補機に給電することができる。更に、電池電源Ｂ１の端子ＡとスイッチＳＷ３との間には一方の補機電路電流ＩＡＸ１を検出する電流検出器ＳＨＡＸ１が挿入され、電池電源Ｂ２の端子ＢとスイッチＳＷ４との間には他方の補機電路電流ＩＡＸ２を検出する電流検出器ＳＨＡＸ２が挿入されている。両電流検出器によって検出された補機電路電流は、それぞれ図示されていない表示器で表示することができる。

【0006】

各電池電源Ｂ１，Ｂ２について、内部電圧がＶＢ１，ＶＢ２で示されている。各電路部分に分布する電路抵抗が等価抵抗ＲＢ１〜ＲＢ１１で示されており、特にＲＢ１，ＲＢ２は各電池電源の内部抵抗に相当する。

【0007】

このような従来の電気推進システムの給電装置では、共通電路スイッチＳＷ１０がオンにされた状態で、電気推進システムの運転にともない主電路スイッチＳＷ１およびＳＷ２を任意にオン、オフしても障害を与えるような大きな突入電流は流れなかった。これは、従来では、電池電源Ｂ１，Ｂ２として鉛蓄電池を使用していたために、電池内部抵抗ＲＢ１，ＲＢ２が大きく、２つの電池電源間に多少の電圧差があっても、電池電源間に大きな突入電流が流れなかったという理由による。しかし、鉛蓄電池に代えてリチウムイオン電池を使用した場合には、電池内部抵抗ＲＢ１，ＲＢ２が極めて小さいことから、電池電源間の電圧差が僅かであっても並列接続時に過大な突入電流が流れて電池へダメージを与えたり、給電電路に設けた保護装置が突入電流によって作動して給電装置が給電不能となったりする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１１−１９５０４９号公報

【特許文献1】特許第４８８３００２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明の課題は、リチウムイオン電池等の内部抵抗値が極めて小さい電池を電源に使用した場合に電池電源間に電圧差があっても、突入電流を十分に抑制して電池電源の並列接続による給電を開始することを可能にする電気推進システムの給電方法および給電装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この課題は、方法発明に関しては、複数の電池電源と、個々の電池電源からそれぞれ主電路スイッチを介して電気推進システムの推進電動機に給電する複数の主電路と、個々の電池電源からそれぞれ補機電路スイッチを介して電気推進システムの補機に給電する複数の補機電路とを含む電気推進システムの給電方法において、前記補機電路にそれぞれダイオードを前記電池電源から補機に電流を流す極性にして直列に挿入接続し、前記主電路を介する複数の電池電源の並列接続による推進電動機への給電を開始する前に、少なくとも電池電源間の電圧差が許容範囲内にない場合には、補機電路を介する複数の電池電源の並列接続による補機への給電を前もって開始することにより、電池電源間の電圧差を許容範囲内に低減する動作を生じさせることによって解決される。

【0011】

本発明による電気推進システムの給電方法よれば、主電路を介して２台の電池電源を並列接続して推進電動機への給電を開始する前に先ず、それぞれダイオードを含む２系統の補機電路を介して２台の電池電源が並列接続されて補機への給電が行われる。両電池電源間に電圧差があるときに、もしダイオードがなければ、電圧（内部電圧）の高い方の電池電源から電圧（内部電圧）の低い方の電池電源に向けて突入電流が流れ込む。しかし、ダイオードのおかげで、電圧の高い方の電池電源に属する補機電路のダイオードのみが導通することができる。従って、電圧の低い方の電池電源は放電を阻止され、電圧の高い方の電池電源だけが放電して単独で補機への給電を開始するので、補機電路での突入電流は完全に回避される。電圧の高い方の電池電源では、放電の進行にともない内部電圧が低下してゆく。電圧の高い方の電池電源の端子電圧が電圧の低い方の電池電源の内部電圧以下に低下しようとするや否や、電圧の低い方の電池電源でも付属のダイオードの導通により放電が開始する。これにともなって両電池電源は並列給電により補機電流を分担する。電圧の高い方の電池電源が分担する補機電流は減少してゆき、電圧の低い方の電池電源が分担する補機電流は増加してゆく。やがて、各電池電源が分担する補機電流は互いに等しくなる。このとき、両電池電源の内部電圧は互いに一致し、即ち電池電源間の電圧差が零となっている。このように、本発明によれば、補機電路を利用して両電池電源の電圧差を低減させる動作、即ち電池電源間の電圧アンバランスを取り除く、いわば「均圧化」の動作を生じさせる。その電圧差が許容範囲内に低減した後に、主電路を介する複数の電池電源の並列接続による推進電動機への給電を許可すれば、突入電流を十分に抑制して安全かつ確実に推進電動機の給電を開始することができる。

【0012】

先に挙げた特許文献１および特許文献２によれば、２台の電池電源、２系統の主電路および２系統の補機電路からなる電気推進システムにおいて、主電路に短絡事故が発生したとき補機電路に接続された機器・装置からの吐き出し電流を阻止するために、２系統の補機電路にそれぞれダイオードが直列接続されている。しかし、これらの文献に開示された従来技術は、ダイオードのおかげで結果的に補機電路を介した電池電源間の突入電流を回避できたとしても、主電路を介した電池電源間の突入電流に対する格別な措置は講じていないので、このままでは鉛蓄電池等の内部抵抗値が大きい電池電源を使用した電気推進システムへの適用に限定され、リチウム電池等の内部抵抗値が極めて小さい電池電源を使用した電気推進システムには適用できない。従って、これらの文献は、補機電路を利用して予め電池電源間の電圧アンバランスを取り除いてから、主電路を介する電池電源の並列接続による推進電動機への給電を開始するという技術的構想に到っておらず、また、それを教唆するものでもない。

【0013】

本発明による方法は、原理的に３台以上の電池電源の並列給電動作に対しても実施可能である。３台以上の電池電源が、それぞれダイオードを含む補機電路を介して並列投入されると、電池電源間に電圧差があれば、電圧の高い電池電源の方から順番に、それぞれ付属のダイオードの導通で生じる放電電流により電圧が低下させられ、これにより逐次、電池電圧が揃えられていくので、電池電圧が揃った電源同士を逐次、該当の主電路により並列投入することができる。あるいは全ての電池電源の均圧化が完了したときに、全ての電池電源を一括して主電路スイッチにより並列投入することも考えられ得る。

【0014】

本発明による方法の好ましい実施形態に従って、電池電源間の電圧差が許容範囲内にあることを、個々の補機電路に流れる補機電路電流間の電流差が設定値以下であることをもって判定すると有利である。複数の電池電源と、それぞれの補機電路が理想的に対称的に構成されている場合には、個々の補機電路電流が等しくなった時点で電池電源の充電状態が均等となり、内部電圧が一致する。それゆえ、補機電路電流間の電流差に対して閾値を予め設定しておき、電流差がその設定値以下であることを条件に、主電路を介する複数の電池電源の並列接続による推進電動機への給電を許可するならば、主電路を介して電池電源を並列接続した際に生じ得る突入電流を、前記設定値に応じて許容範囲内に抑制することができる。

【0015】

本発明による方法の好ましい実施形態に従って、補機電路電流間の電流差を示す信号もしくは前記設定値に対するその電流差のレベル範囲を示す信号を出力もしくは表示するとよい。補機電路電流間の電流差を表示することによって電池電源間のバランス状態を常時監視することができ、前記設定値に対するその電流差のレベル範囲を表示することによって両電池のバランス状態が設定値以上であるか、以下であるかを常時監視することができる。

【0016】

本発明による好ましい実施形態に従って、補機電路を介して複数の電池電源を並列接続して補機に給電することにより、電池電源間の電圧差を低減する動作を生じさせる際に、電圧の最も高い電池電源単独による主電路を介する推進電動機への給電を許可するとよい。それによって、特に電池電源間の電圧アンバランスが大きい場合に、電圧の最も高い電池電源単独による主電路を介する推進電動機への給電も行うことによって、突入電流の抑制を確保しながら均圧化の過程をスピードアップすることができる。その際に、最も大きい電流が流れている補機電路が属する電池電源を、電圧の最も高い電池電源として判定することができる。

【0017】

補機電路を利用した複数の電池電源間の均圧化を行う前に、補機給電が外部電源によって行われているとき、外部電源による補機給電から電池電源による補機給電への切り替える場合に、これを次の方法に従って実施すると有利である。即ち、複数の電池電源と、個々の電池電源からそれぞれ主電路スイッチを介して電気推進システムの推進電動機に給電する複数の主電路と、個々の電池電源からそれぞれ補機電路スイッチを介して電気推進システムの補機に給電する複数の補機電路とを含む電気推進システムの給電方法において、補機電路を介して複数の電池電源を並列接続した際に生じ得る電池電源間の突入電流を防止するためのダイオードを個々の補機電路にそれぞれ直列に挿入接続し、外部電源による補機給電を行う際に、外部電源の電圧を複数の電池電源の電圧よりも僅かに高い電圧とし、外部電源による補機への給電から電池電源による補機への給電に切り替える際に、個々の補機電路スイッチをオンした後に外部電源の切り離しを行うという方法である。これによって、個々の補機電路のスイッチは無電流状態でオン操作が可能であるので接点損傷を防止できると共に、外部電源による補機給電から電池電源による補機給電への切替えを無瞬断で行うことができる。

【0018】

前記課題は、装置発明に関しては、複数の電池電源と、個々の電池電源からそれぞれ主電路スイッチを介して電気推進システムの推進電動機に給電する複数の主電路と、個々の電池電源からそれぞれ補機電路スイッチを介して電気推進システムの補機に給電する複数の補機電路と、補機電路を介して複数の電池電源を並列接続した際に生じ得る電池電源間の突入電流を防止するために個々の補機電路にそれぞれ直列に挿入接続されたダイオードと、補機電路を介する複数の電池電源の並列接続による補機への給電を開始することにより電池電源間の電圧差を低減する動作を生じさせ、その電圧差が許容範囲内にあることを条件に、主電路を介する複数の電池電源の並列接続による推進電動機への給電を許可するように、主電路スイッチおよび補機電路スイッチを制御する制御装置とからなる電気推進システムの給電装置によって解決される。

【0019】

本発明による給電装置の好ましい実施形態によれば、制御装置が、個々の補機電路に流れる電流をそれぞれ検出する電流検出器と、検出した電流間の電流差を求める電流差演算部と、該電流差演算部によって求められた電流差が設定値以下であることを判定して複数の電池電源に属する主電路スイッチのオンを許可する信号を出力する比較部とを含む。この制御装置が、更に、検出した電流間の電流差もしくは前記設定値に対するその電流差のレベル範囲を表示する表示部を含むとよい。

【発明の効果】

【0020】

本発明による電気推進システムの給電方法および給電装置よれば、突入電流を防止しながら補機電路を介して複数の電池電源を並列接続して補機への給電を行うことができるだけでなく、主電路を介して複数の電池電源を並列接続する前に、補機電路を利用して複数の電池電源間の電圧アンバランスを低減するので、主電路を介して複数の電池電源の並列接続する際に生じ得る突入電流を十分に抑制することができる。それゆえ、リチウムイオン電池等の内部抵抗値の極めて小さい電池を使用した電池電源の場合にも電池にダメージを与えることなく、あるいは給電回路に設けられた過電流保護装置を作動させることなく、安全かつ確実に推進電動機への並列給電を開始することができる。本発明によれば、電池電源間の電圧アンバランスの低減を行うための回路手段を、大電流が流れる主給電路に挿入する必要がないので、本発明による給電装置は大容量の電気推進システムに適している。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明による電気推進システムの給電装置の実施例を示す回路図である。

【図2】本発明による電気推進システムの給電装置に含まれる制御装置のうち主電路スイッチの操作回路部分の実施例を示す回路図である。

【図3】本発明による電気推進システムの給電装置に含まれる制御装置のうち補機電路スイッチの操作回路部分の実施例を示す回路図である。

【図4】電池差電圧と突入電流の関係を例示する特性曲線図である。

【図5】個々の補機電流電路間の電流分担特性を例示する特性曲線図である。

【図6】従来の電気推進システムの給電装置の例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１に本発明による電気推進システムの給電装置の実施例を示す。図１の本発明の電気推進システムの給電装置は、図６の従来例の電気推進システムの給電装置に対して、両図の比較からは、次の点で相違している。
（１）両補機電路のそれぞれにダイオードＤ１，Ｄ２が挿入接続されている。ダイオードＤ１，Ｄ２はそれぞれ、電池電源Ｂ１，Ｂ２から負荷となる各補機側へ電流が流れる極性で接続されている。
（２）両補機電路の端子Ａ，Ｂ側にそれぞれ電圧検出器ＤＶＡＸ１，ＤＶＡＸ２が接続されている。
（３）両補機電路の共通接続点Ｈ側に電圧検出器ＤＶＸＬが接続されている。

【0023】

しかし、上記以外に、図１の本発明による電気推進システムの給電装置は、図２，図３，図４および図５に基づく説明から明らかにするように、主電路スイッチＳＷ１，ＳＷ２および補機電路スイッチＳＷ３，ＳＷ４、ＳＷ７，ＳＷ８の制御に関して、図６の従来の電気推進システムの給電装置と根本的に相違する。

【0024】

図６の従来例では、共通電路スイッチＳＷ１０がオンした状態で主電路においてスイッチＳＷ１およびＳＷ２をオンしたとき、両電池電源Ｂ１，Ｂ２間に電圧差ΔＶＢ（ＶＢ１−ＶＢ２）によって、
ＩＭＳ＝ΔＶＢ÷（ＲＢ１＋ＲＢ３＋ＲＢ４＋ＲＢ８＋ＲＢ７＋ＲＢ２）
・・・（１）
なる主電路突入電流ＩＭＳが流れる。

【0025】

また、補機電路スイッチＳＷ３，ＳＷ７，ＳＷ８，ＳＷ４をオンしたとき、両電池電源Ｂ１，Ｂ２間に電圧差ΔＶＢ（ＶＢ１−ＶＢ２）によって、
ＩＡＳ＝ΔＶＢ÷（ＲＢ１＋ＲＢ１０＋ＲＢ１１＋ＲＢ２）・・・（２）
なる補機電路突入電流ＩＡＳが流れる。

【0026】

前記（１）式に示す主電路の合計抵抗値（ＲＢ１＋ＲＢ３＋ＲＢ４＋ＲＢ８＋ＲＢ７＋ＲＢ２）を０．００２５Ωと仮定すれば、電圧差１５Ｖのとき６０００Ａの主電路突入電流ＩＭＳが流れる。

【0027】

また、前記（２）式に示す補機電路合計抵抗値（ＲＢ１＋ＲＢ１０＋ＲＢ１１＋ＲＢ２）を主電路合計抵抗値の２倍と仮定すれば、電圧差１５Ｖのとき３０００Ａの補機電路突入電流ＩＡＳが流れる。図４には、この例に従って突入電流ＩＭＳおよびＩＡＳに関し、電池差電圧（Ｖ）の変化に対する突入電流（Ａ）の推移が示されている。このような突入電流は電池にダメージを与えると共に、各電路に設けた過電流保護機能を備えたスイッチが動作して回路接続ができなくなる。

【0028】

これに対して、図１に示す本発明による電気推進システムの給電装置では、主電路スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンして電池電源Ｂ１とＢ２とを並列接続するのに先立って、先ず補機電路スイッチＳＷ３，ＳＷ７，ＳＷ８，ＳＷ４をオンすることにより電池電源Ｂ１と電池電源Ｂ２とを並列接続して補機への給電を行う。

【0029】

図５は、図１に示す本発明による電気推進システムの給電装置において、補機電路を介して並列接続された電池電源Ｂ１と電池電源Ｂ２の電流分担特性を示す。横軸に補機電路電流（％）が取られ、縦軸に電圧（Ｖ）が取られている。補機電流は、各系統の補機の定格電流を１００（％）として示す。

【0030】

全てのスイッチがオフの状態にあるとすると、電圧検出器ＤＶＡＸ１によって検出される電池電源Ｂ１側の端子Ａの電圧ＶＡＸ１は電池電源Ｂ１の内部電圧ＶＢ１に等しく、電圧検出器ＤＶＡＸ２によって検出される電池電源Ｂ２側の端子Ｂの電圧ＶＡＸ２は電池電源Ｂ２の内部電圧ＶＢ２に等しく、電圧検出器ＤＶＡＸＬによって検出される両補機電路の共通接続点Ｈの電圧ＶＡＸＬは０である。

【0031】

ここで、例えば電池電源Ｂ１の内部電圧ＶＢ１が電池電源Ｂ２の内部電圧ＶＢ２よりも大きいものとする。この状態で、今スイッチＳＷ３，ＳＷ７，ＳＷ８，ＳＷ４をオンにすると、電圧の高い方の電池電源Ｂ１がダイオードＤ１の導通により補機に向けて放電する。その際に、電圧の高い方の電池電源Ｂ１側の端子電圧ＶＡＸ１は、電流検出器ＳＨＡＸ１によって検出される第１の補機電路電流ＩＡＸ１に応じて、図５に示す特性線（１）Ｂ１のように推移する。

【0032】

このとき、電圧の低い方の電池電源Ｂ２は、これに属する第２の補機電路のダイオードＤ２が逆電圧となるため阻止状態にあって放電することができず、電流検出器ＳＨＡＸ２によって検出される第２の補機電路電流ＩＡＸ２は０である。従って、電池電源Ｂ２側の端子Ｂの電圧ＶＡＸ２は、補機電路電流（ＩＡＸ１）に対して、図５にＶＬ１で示すレベル線（１）Ｂ２のように、電池電源Ｂ２の内部電圧ＶＢ２に等しい値で推移する。このレベル線（１）Ｂ２と特性線（１）Ｂ１とが交差する動作点ａ１では、補機電路電圧ＶＡＸＬは、電池電源Ｂ２の内部電圧ＶＢ２に等しい値ＶＬ１のレベルにあり、電流はＩＡＸ１＝１００％、ＩＡＸ２＝０となる。

【0033】

電池電源Ｂ１の電圧ＶＢ１は放電が進行するのにともなって低下する。その結果、図５に示すように、電池電源Ｂ１の特性線が（１）Ｂ１から、例えば（２）Ｂ１に移行し、補機電路電圧ＶＡＸＬがＶＬ１からＶＬ２に低下したとする。この状態では、電池電源Ｂ２の内部電圧ＶＢ２（＝ＶＬ１）が補機電路電圧ＶＡＸＬ（＝ＶＬ２）より高くなるので、電池電源Ｂ２側の補機電路でもダイオードＤ２が導通し、電池電源Ｂ２が、例えば図５に示す特性線（２）Ｂ２に従って放電動作を行う。即ち、電池電源Ｂ２は、特性線（２）Ｂ２とレベル線ＶＬ２との交点である動作点ｂ１で動作し、補機電路電流ＩＡＸ２＝３５％を供給する。これに対して、電池電源Ｂ１は、特性曲線（２）Ｂ１とＶＬ２のレベル線との交点である動作点ｂ２で動作し、補機電路電流ＩＡＸ１＝８５％を供給する。従って、両補機電路の合計電流は、３５％＋８５％＝１２０％となって、これに該当する動作点が図５にａ２で示されている（ただし、補機は、電圧が低下すれば反比例的に電流が増える定電力特性を有するものとする）。

【0034】

更に、電池電源Ｂ１およびＢ２の放電が進行すると、両電池電源の電圧は共に低下していくが、電圧の高い方の電池電源Ｂ１では、電圧の低い方の電池電源Ｂ２よりも放電電流が大きいため、より高い勾配で電圧が低下する。従って、やがて両電池電源は内部電圧が等しくなる。この状態を先の特性線（２）Ｂ２を便宜的に再び利用して説明すると、両電池電源の内部電圧が一致した状態で補機電路電圧がＶＡＸＬ＝ＶＬ３であれば、両電池電源Ｂ１，Ｂ２は、いずれも特性線（２）Ｂ２とレベル線ＶＬ３との交点である動作点ｃで動作する。従って、電池電源Ｂ１が補機電路電流ＩＡＸ１＝７０％を供給し、電池電源Ｂ２は補機電路電流ＩＡＸ２＝７０％を供給し、合計で７０％＋７０％＝１４０％の放電電流が補機動力として供給される。このように、両補機電路電流が等しくなること（ＩＡＸ１＝ＩＡＸ２）で、両電池電源Ｂ１，Ｂ２の電圧が一致したこと（ＶＢ１＝ＶＢ２）が分かる。

【0035】

電池電源Ｂ１および電池電源Ｂ２から推進電動機Ｍ１およびＭ２へ並列に給電する場合は、主電路スイッチＳＷ１，ＳＷ２および共通電路スイッチＳＷ１０をオンにすることによって行われる。このとき本発明による方法を用いない場合には、電池電源間の電圧差によって突入電流ＩＭＳが流れる。この突入電流ＩＭＳを抑制するために、本発明によれば、主電路スイッチＳＷ１およびＳＷ２を投入した状態で、スイッチＳＷ１０を投入する前に、補機電路スイッチＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ７，ＳＷ８を投入することによって、補機への給電を行う。これによって、図５で説明したように、両電池電源間の電圧差（ＶＢ１−ＶＢ２）の低減する動作、即ち均圧化動作が行われ、電圧差（ＶＢ１−ＶＢ２）がゼロに近づく。補機電流ＩＡＸ１とＩＡＸ２との電流差に対して閾値を予め設定しておき、電流差がその設定値以下になったことを条件にして主電路スイッチＳＷ１，ＳＷ２および共通電路スイッチＳＷ１０をオンして、電池電源Ｂ１．Ｂ２を有する２系統の主電路を並列に接続すれば、主電路の突入電流ＩＭＳを極小値に抑制することができる。

【0036】

それぞれ電池電源を有する２系統の主電路の並列接続は、主電路スイッチＳＷ１、ＳＷ２および共通電路スイッチＳＷ１０がともにオンとなったときに行われるので、２系統の主電路の並列接続は、主電路スイッチＳＷ１，ＳＷ２と共通電路スイッチＳＷ１０の投入順序に関係なく行うことができる。

【0037】

図２および図３は、本発明による方法を実施するための装置、特にスイッチＳＷ１およびＳＷ２の操作回路（図２）およびスイッチＳ３およびＳ４の操作回路（図３）を示す。

【0038】

図２において、ＩＳＵＢは、図１の電流検出器ＳＨＡＸ１，ＳＨＡＸ２によって検出された補機電路電流ＩＡＸ１，ＩＡＸ２から電流差ΔＩＡＸ＝ＩＡＸ１−ＩＡＸ２を演算し、その電流差に相当する信号Ｓ１を出力する電流差演算部である。ＶＲＩＡＸは、電流差ΔＩＡＸに対する設定値（閾値）ΔＩＡＸｓを設定する電流差設定部である。ＣＰは、電流差演算部ＩＳＵＢからの電流差ΔＩＡＸに相当する信号Ｓ１と、電流差設定部ＶＲＩＡＸからの設定値ΔＩＡＸｓに相当する信号Ｓ２とを比較し、電流差ΔＩＡＸが設定値ΔＩＡＸｓ以下であるとき、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２のオンを許可する信号Ｓ３を出力する比較部である。ＤＰ１は、電流差演算部ＩＳＵＢからの信号Ｓ４に応じて電流差ΔＩＡＸを表示する電流差表示部である。ＤＰ２は、２つの表示手段を有する電流差レベル表示部である。例えば、一方の表示手段は、比較部ＣＰからの信号Ｓ５によって電流差ΔＩＡＸが設定値ΔＩＡＸｓ以上であることを示すための表示器であり、他方の表示手段は、比較部ＣＰからの信号Ｓ６によって電流差ΔＩＡＸが設定値ΔＩＡＸｓ以下であることを示すための表示器である。

【0039】

ＲＹ１，ＲＹ２は、それぞれ主電路スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオン−オフするためのリレーである。各リレーＲＹ１，ＲＹ２の制御回路にはそれぞれ手動操作スイッチＣＳ１，ＣＳ２が設けられ、これらの手動操作スイッチＣＳ１，ＣＳ２は、それぞれ、比較部ＣＰの信号Ｓ３に応動するａ接点Ｃａ１，Ｃａ２と直列に接続されてリレーＲＹ１，ＲＹ２のコイル給電回路を成している。比較部ＣＰの信号Ｓ３に応動するａ接点Ｃａ１，Ｃａ２には、それぞれ、自分側のリレーに属する自己保持用のａ接点Ｒａ１１，Ｒａ２１と、相手側のリレーに属するインターロック用のｂ接点Ｒｂ２，Ｒｂ１とが並列接続されている。従って、比較部ＣＰの信号Ｓ３に応動するａ接点Ｃａ１，Ｃａ２が開路されているときには、（インターロック用のｂ接点Ｒｂ２，Ｒｂ１の働きにより）手動操作スイッチＣＳ１，ＣＳ２のうち先に『入』の操作をした手動操作スイッチに属する主電路スイッチのみしかオンすることができない。比較部ＣＰの信号Ｓ３に応動するａ接点Ｃａ１，Ｃａ２が閉成されているときには、『入』の操作の順番に関係なく両手動操作スイッチＣＳ１，ＣＳ２に属する主電路スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンすることができる。

【0040】

既に説明したように、補機電路スイッチＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ７，ＳＷ８の投入によってもたらされる両電池電源間の均圧化動作の結果、両補機電路の電流ＩＡＸ１，ＩＡＸ２が互いに接近していく。電流差ΔＩＡＸ＝ＩＡＸ１−ＩＡＸ２が設定値ΔＩＡＸｓ以下になると、比較部ＣＰが、電流差レベル表示部ＤＰ２に対して信号Ｓ５をオフして信号６をオンすると同時に、リレー制御回路に対して信号Ｓ３を出力する。電流差が設定値以下であることを示す電流差レベル表示部ＤＰ２の表示を確認して、手動操作スイッチＣＳ１およびＣＳ２を『入』操作するならば、比較部ＣＰの出力信号Ｓ３に応動してオン状態となっているａ接点Ｃａ１，Ｃａ２を介して、両リレーＲＹ１およびＲＹ２が付勢され、主電路スイッチＳＷ１およびＳＷ２へオン指令を与えるａ接点Ｒａ１２、Ｒａ２２がオンされる。このときリレー制御回路では、相手方リレーの動作にともなってｂ接点Ｒｂ１，Ｒｂ２が開路され、その代わりに自分側のリレーの動作にともなって自己保持用のａ接点Ｒａ１１，Ｒａ２１が閉成される。主電路スイッチＳＷ１およびＳＷ２へのオン指令は、手動操作スイッチＣＳ１，ＣＳ２の『切』操作によって自己保持が解除されるまで継続される。

【0041】

このようにして主電路の突入電流ＩＭＳを抑制することができる。図４は、主電路電流ＩＭＳの電池電圧差（Ｖ）に対する電流の変化が補機電路電流ＩＡＳのそれに対して２倍となる例を示している。この例に従えば、電流差設定部ＶＲＩＡＸにより、例えばΔＩＡＸ＝１００Ａなる設定値を設定して、電流差が１００Ａ以下になったことを条件にスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンするようにすれば、主電路にはＩＭＳ＝２００Ａの突入電流が流れることになる。当然、電流差設定値を小さく設定すれば、突入電流ＩＭＳは更に小さくすることができる。

【0042】

また、両電池電源の電流差値を電流差演算部ＩＳＵＢの出力信号Ｓ４で表示部ＤＰ１に表示すれば両電池のバランス状態を常時監視することができ、比較部ＣＰの出力信号Ｓ５，Ｓ６によって、電流差ΔＩＡＸが設定値以上であるか以下であるかを示す電流差レベル範囲を表示部ＤＰ２に表示すれば、両電池電源の電圧バランス状態を常時監視することができる。

【0043】

図２によるスイッチ操作回路は、両電池電源の電圧アンバランスが所定値以上の状態であっても主電路を給電状態として推進電動機を運転したいとき、スイッチＳＷ１か、スイッチＳＷ２かの何れかの一方のスイッチのみをオンすることを許容する。この場合、電圧の高い方の電池電源に属する主電路スイッチをオンにして推進電動機に給電することにより運転を行う。既に説明したように、主電路スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンする前に、補機電路スィッチＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ７，ＳＷ８をオンして、補機電路を介して電池電源Ｂ１、Ｂ２を並列接続することにより補機給電を開始する。電圧が高い方の電池電源とは、両補機電路電流ＩＡＸ１，ＩＡＸ２のうち大きい方が属する電池電源のことである。それゆえ、例えば図２のスイッチ操作回路の場合には、電流差演算部ＩＳＵＢの出力信号Ｓ４の極性、従って電流差表示部ＤＰ１での極性表示によって電圧が高い方の電池電源を判別することができる。

【0044】

例えばＩＡＸ１＞ＩＡＸ２の場合に、電池電源Ｂ１が電圧の高い方の電池電源であるので、これに所属するスイッチＳＷ１をオンにすべく、手動操作スイッチＣＳ１を『入』操作する。この手動操作スイッチＣＳ１の接点（ＣＳａ１）と（リレーＲＹ２のｂ接点Ｒｂ２とを介してリレーＲＹ１が付勢される結果、主電路スイッチＳＷ１へのオン指令接点Ｒａ１２がオンし、主電路スイッチＳＷ１が投入される。リレーＲＹ１の作動により、リレーＲＹ２側の制御回路ではリレーＲＹ１のｂ接点Ｒｂ１が開路されるので、手動操作スイッチＣＳ２による操作は無効となり、主電路スイッチＳＷ２はもはやオンすることができない。一方、補機側の給電電路では既述の方法で、両電池電源の電圧を均圧化する動作が行われ、やがて両補機電路の電流差ΔＩＡＸが設定値以下となって比較部ＣＰから信号Ｓ３が出力される。これによって、その連動ａ接点Ｃａ２がオンとなり、リレーＲＹ２の制御回路での手動操作スイッチＣＳ２の『入』操作が有効となるので、手動操作スイッチＣＳ２を『入』操作することにより主電路スイッチ２を投入することができる。このとき、電池電源Ｂ１，Ｂ２間の電圧差は微小であるから、主電路スイッチＳＷ２のオン時の突入電流ＩＭＳは十分に抑制される。

【0045】

このように、電圧の高い方の電池電源のみで推進電動機への給電を行いながら補機電路による電池電源の均圧化動作を行う方法は、電池電源間の均圧化を待たずに推進電動機の運転を開始することができるだけでなく、給電を開始した側の電池電源は、推進電動機に給電する大きな電流で放電するので、電圧低下の勾配が大きく均圧化過程のスピードアップを図ることができる。ただし、当然、電池電源１台による運転であるから推進電動機の運転範囲は１台の電池電源給電範囲の上限値を超えない制限運転が必要である。

【0046】

外部電源から補機動力へ給電を行う場合は、補機電路スイッチＳＷ３，ＳＷ４をオフにして、補機電路スイッチＳＷ７，ＳＷ８を介して端子ＴＭに外部電源を接続する。この外部電源による給電状態から電池電源Ｂ１，Ｂ２による給電へ切り替えるときは、補機動力への給電が無瞬断で行われることが望ましい。この場合に、外部電源の電圧（Ｈ点電圧）を電池電源Ｂ１，Ｂ２の電圧よりもやや高い電圧にしてスイッチＳＷ３，ＳＷ４をオンすると、ダイオードＤ１，Ｄ２の逆電圧ブロック作用により、スイッチＳＷ３，ＳＷ４には電流が流れないから、スイッチＳＷ３，ＳＷ４の接点が損傷することはない。その後、外部電源をオフにすれば、外部電源から電池電源へ無瞬断で切り替えることができる。

【0047】

図３は、このための補機電路スイッチＳＷ３，ＳＷ４の操作回路の例を示す。ＲＹ３，ＲＹ４は、それぞれスイッチＳＷ３，ＳＷ４をオン−オフするためのリレーであり、ＣＳ３，ＣＳ４は、それぞれスイッチＳＷ３，ＳＷ４に付設された手動操作スイッチである。図１に示すように電圧検出器ＤＶＸＬによって検出されたＨ点の電圧検出信号ＶＡＸＬが、３つの電圧判別部ＣＰ１〜ＣＰ３に入力される。更に、第１の電圧判別部ＣＰ１には、図１に示す電圧検出器ＤＶＡＸ１によって検出されたＡ点の電圧検出信号ＶＡＸ１が入力され、第２の電圧判別部ＣＰ２には、図１に示す電圧検出器ＤＶＡＸ２によって検出されたＢ点の電圧検出信号ＶＡＸ２が入力される。

【0048】

第１の電圧判別部ＣＰ１は、ＶＡＸＬ≧ＶＡＸ１のとき、即ちＨ点電圧がＡ点電圧以上であるとき、リレーＲＹ３の付勢回路の第１分岐中のａ接点ＣＰ１ａをオンする信号Ｓ７を出力する。第２の電圧判別部ＣＰ２は、ＶＡＸＬ≧ＶＡＸ２のとき、即ちＨ点電圧がＢ点電圧以上であるとき、リレーＲＹ４の付勢回路の第１分岐中のａ接点ＣＰ２ａをオンする信号Ｓ８を出力する。第３の電圧判別部ＣＰ３は、ＶＡＸＬ＞０のとき、即ちＨ点電圧があるとき、リレーＲＹ３およびＲＹ４の制御回路の第１分岐中の他のａ接点ＣＰ３ａ３、ＣＰ３ａ４をオンすると共に第２分岐中のｂ接点ＣＰ３ｂ３，ＣＰ３ｂ４をオフする信号Ｓ９を出力する。

【0049】

各リレーの制御回路では、それぞれ第１分岐と第２分岐とが並列接続されており、これらの並列分岐に対してそれぞれ手動操作スイッチＣＳ３もしくはＣＳ４の接点ＣＳａ３、ＣＳａ４が直列接続されている。

【0050】

更に、Ａ点電圧ＶＡＸ１とＢ点電圧ＶＡＸ２との電圧差ΔＶＡＸ（＝ＶＡＸ１−ＶＡＸ２）に相当する信号Ｓ１１を出力する電圧差演算部ＶＳＵＢと、この電圧差演算部が出力する信号Ｓ１１に従って電流差ΔＶＡＸを表示する差電圧表示部ＤＰ３が設けられている。

【0051】

このように構成された操作回路によれば、端子ＴＭに外部電源が接続されている場合には、第３の電圧判別部ＣＰ３の出力信号Ｓ９が出力されるので、第１および第２の電圧判別部ＣＰ１およびＣＰ２によってその外部電源の電圧がいずれの電池電源Ｂ１，Ｂ２の電圧よりも高いこと（ＶＡＸＬ≧ＶＡＸ１およびＶＡＸＬ≧ＶＡＸ２）を確認する出力信号Ｓ７およびＳ８が出力されていることを条件に、手動操作スイッチＣＳ３およびＣＳ４の『入』位置への操作によるスイッチＳＷ３，ＳＷ４のオンが許容される。この条件でスイッチＳＷ３，ＳＷ４をオンするならば、このときスイッチＳＷ３，ＳＷ４は無通電でオンするから、ＳＷ３，ＳＷ４の接点に損傷を与えことはない。なお、ＣＳ５は、これをオンすることにより電圧判別部ＣＰ３にもたらされる信号Ｓ１０によって電圧判別部ＣＰ３の上述の機能を有効にする手動操作スイッチである。即ち、手動操作スイッチＣＳ５をオフ、従って信号Ｓ１０をオフにすれば、上述の条件なしに、手動操作スイッチＣＳ３，ＣＳ４の操作によりスイッチＳＷ３，ＳＷ４をオンすることができる。

【符号の説明】

【0052】

Ｂ１，Ｂ２ 電池電源
ＣＰ 比較部
ＣＰ１〜ＣＰ３ 電圧判別部
ＣＳ１〜ＣＳ５ 手動操作スイッチ
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
ＤＧ１，ＤＧ２ 整流器
ＤＰ１〜ＤＰ３ 表示部
Ｇ 外部電源
Ｇ１，Ｇ２ 発電機
ＩＡＳ 補機電路を介する突入電流
ＩＡＸ１，ＩＡＸ２ 補機電路の電流検出値
ＩＭＳ 主電路を介する突入電流
ＩＮＶ インバータ
ＩＳＵＢ 電流差演算部
Ｍ１，Ｍ２ 推進電動機
ＲＢ１〜ＲＢ９ 等価分布抵抗
ＲＹ１〜ＲＹ４ リレー
ＳＨＡＸ１，ＳＨＡＸ２ 電流検出器
ＳＷ１〜ＳＷ８ スイッチ
ＶＡＸ１，ＶＡＸ２ 電圧検出値
ＶＡＸＬ 外部電源の電圧検出値
ＶＲＩＡＸ 電流差設定部
ＶＳＵＢ 電圧差演算部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】