特許 6686051 ボートの電力消費部のために電気エネルギーを提供するため、および／またはバッテリを充電するための装置

(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】6686051

(24)【登録日】2020年4月3日

(45)【発行日】2020年4月22日

(54)【発明の名称】ボートの電力消費部のために電気エネルギーを提供するため、および／またはバッテリを充電するための装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/14 20060101AFI20200413BHJP

   B60L 50/15 20190101ALI20200413BHJP

   H02P 9/04 20060101ALI20200413BHJP

   B63H 21/17 20060101ALI20200413BHJP

   B63J 99/00 20090101ALI20200413BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/14 C

   B60L50/15

   H02P9/04 N

   B63H21/17

   B63J99/00 A

【請求項の数】10

【外国語出願】

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-8023(P2018-8023)

(22)【出願日】2018年1月22日

(65)【公開番号】特開2018-117515(P2018-117515A)

(43)【公開日】2018年7月26日

【審査請求日】2018年4月12日

(31)【優先権主張番号】10 2017 101 145.5

(32)【優先日】2017年1月20日

(33)【優先権主張国】DE

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】517169377

【氏名又は名称】トルキード ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】ビーバッハ、 イェンス

【審査官】 高野 誠治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０１０５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０１４５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０４０２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５２４６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７３３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０７５９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第３６１９６３２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第６９８６６８８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 Xi Zhang ET AL，Integrated Design Powertrain Controllers in Series Hybrid Electric Vehicles for Efficiency Enhancement and Battery Lifetime Extension，WORLD ELECTRIC VEHICLE JOURNAL，２００９年１２月２５日，Vol.3，P843-P848，ISSN 2023-6653

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／１４ − ７／３２

Ｂ６０Ｌ １／００ − ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００ −１３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００ −１５／４２

Ｂ６０Ｌ ５０／００ −５８／４０

Ｈ０２Ｐ ９／００ − ９／４８

Ｂ６３Ｂ １／００ −６９／００

Ｂ６３Ｊ １／００ −９９／００

Ｂ６３Ｈ １／００ −２５／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気モータにより駆動されるボートの電力消費部のために電気エネルギーを提供するため、および／またはバッテリおよび／またはバッテリバンク（２）を充電するための装置において、前記装置は、内燃機関（７）を調節するためのエンジン調節装置（７０）を有する内燃機関（７）と、直流発電機（６）を調節するための発電機調節装置（６０）を有する、前記内燃機関（７）と結合された直流発電機（６）とを含んでおり、前記エンジン調節装置（７０）にエンジン管理量を設定するため、および前記発電機調節装置（６０）に発電機管理量を設定するためにセットアップされた制御装置（８）が設けられ、前記制御装置（８）は、前記エンジン管理量に基づき前記内燃機関（７）を、および前記発電機管理量に基づき前記直流発電機（６）を、互いに関わりなく独立して調節するように構成されている装置。

【請求項2】

前記制御装置（８）は前記エンジン調節装置（７０）にエンジン管理量として出力設定および／または動作点設定および／または回転数設定および／またはトルク設定を与え、および／または前記制御装置（８）は前記直流発電機（６）の前記発電機調節装置（６０）に発電機管理量として電圧設定および／または電流設定および／または出力設定および／またはバッテリ電流設定および／またはバッテリ電圧設定および／またはバッテリ出力設定および／または中間回路電圧設定および／または中間回路電流設定および／または中間回路出力設定を与えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記制御装置（８）は前記エンジン調節装置（７０）にエンジン管理量として電圧設定および／または電流設定および／または出力設定および／またはバッテリ電流設定および／またはバッテリ電圧設定および／またはバッテリ出力設定および／または中間回路電圧設定および／または中間回路電流設定および／または中間回路出力設定を与え、および／または前記制御装置（８）は前記発電機調節装置（６０）に発電機管理量として出力設定および／または動作点設定および／または回転数設定および／またはトルク設定を与えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記直流発電機（６）は電子整流式の直流発電機であり、前記発電機調節装置（６０）は発電機調整量である発電機トルクおよび／または発電機電流および／または発電機電圧および／または発電機回転数および／または発電機出力の変更を通じて前記直流発電機（６）をそのつどの発電機管理量に合わせて調節するようにセットアップされていることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項5】

前記エンジン調節装置（７０）はエンジン調整量である燃料供給および／または噴射弁制御および／または点火時点および／または混合組成および／または空気供給および／またはカムシャフト位置調節および／またはターボチャージャ制御の変更を通じて前記内燃機関（７）をそのつどのエンジン管理量に合わせて調節することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の装置。

【請求項6】

前記発電機調節装置（６０）および／または前記内燃機関の前記エンジン調節装置（７０）および／または前記制御装置（８）は中央のコントローラに統合されていることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の装置。

【請求項7】

前記制御装置（８）はデータバンク（８０）に保存された特性曲線および／またはエンジン管理量および／または発電機管理量の値を含んでおり、前記制御装置（８）は保存されている値または特性曲線から導き出されるエンジン管理量および／または発電機管理量の値を前記エンジン調節装置（７０）および／または前記発電機調節装置（６０）に設定し、好ましくは前記内燃機関（７）を最大の効率で、または最大の出力で作動させるための値を設定し、および／または好ましくはバッテリ充電曲線を設定する特性曲線に準ずる発電機管理量の値を設定することを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の装置。

【請求項8】

前記内燃機関（７）は電子式のマイクロコントローラを有しており、前記エンジン調節装置（７０）はそれに応じて前記電子式のマイクロコントローラによって前記内燃機関（７）の調節を行うことを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の装置。

【請求項9】

前記内燃機関（７）は機械式の回転数調節器を前記エンジン調節装置（７０）として有しており、前記機械式の回転数調節器は前記制御装置（８）からエンジン管理量を回転数設定の形態で機械式および／または空気圧式および／または油圧式のアクチュエータを介して前記機械式の回転数調節器の調整のために受け取ることを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の装置。

【請求項10】

前記直流発電機（６）は前記内燃機関（７）のためのスタータモータとして意図されており、好ましくは発電機管理量として回転数設定が前記発電機調節装置（６０）に送られ、特別に好ましくは前記内燃機関（７）のスタート後に発電機管理量が維持されることを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気モータにより駆動されるボートの電力消費部のために電気エネルギーを提供するため、および／またはバッテリを充電するための装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ボートの船内電力網に電気エネルギーを提供するために、内燃機関を通じて駆動される発電機を提供することが知られている。その場合、船内電力網へ電気エネルギーを相応に供給する直流発電機または交流発電機が要求に応じて利用される。

【0003】

さまざまな電力消費部による船内電力網の負荷によっては、エネルギー需要の激しすぎる変動が生じることがあり得るので、内燃機関により駆動される発電機を有する、ボートで電気エネルギーを提供する従来の装置では、内燃機関がその最適な動作点で作動せず、それによって、電気エネルギーへの燃料の変換効率が低下することが生じ得る。

【0004】

このことが特に該当するのは、ボートで内燃機関と接続されている発電機が、船内電力網内部の蓄電池ないしバッテリを充電ないし再充電するために利用される場合である。バッテリが充電されるとき、一定の（最大）電流で充電が作動するメイン充電段階の後に、再充電段階で、充電が一定の充電定格電圧で実行されて電流が次第に低下していくことが起こる。そのために電気エネルギーが発電機を通じて提供されるとき、発電機が効率の低い領域で作動することになる。

【0005】

英国特許出願公開第２４１７３７８号明細書は、これを解決するために、充電されるべきバッテリに発電機がシーケンシャルな充電電流パルスを供給するように内燃機関の回転数が制御される、発電機駆動型のバッテリ充電装置を提案している。それに応じて、直流発電機によって生成される充電電流を変更するために、内燃機関の回転数だけが制御される。しかし回転数の必要な変更によって、内燃機関がその効率最大値で作動することは稀である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

公知の従来技術を前提としたうえで、本発明の課題は、さらに改良された構造を提供する、ボートの電力消費部のために電気エネルギーを提供するため、および／またはバッテリを充電するための装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この課題は、請求項１の構成要件を有する装置によって解決される。好ましい発展例は従属請求項、ここでの発明の詳細な説明、および図面から明らかとなる。

【0008】

したがって、電気モータにより駆動されるボートの電力消費部のために電気エネルギーを提供するため、および／またはバッテリおよび／またはバッテリバンクを充電するための装置において、この装置は、内燃機関を調節するためのエンジン調節装置を有する内燃機関と、直流発電機を調節するための発電機調節装置を有する、内燃機関と結合された直流発電機とを含んでおり、エンジン調節装置にエンジン管理量を設定するため、および／または発電機調節装置に発電機管理量を設定するためにセットアップされた制御装置が設けられている。

【0009】

エンジン管理量を基礎として内燃機関を調節するためのエンジン調節装置を有する内燃機関だけでなく、発電機も、発電機調節量を基礎として発電機を調節するための発電機調節装置を同じく有することによって、発電機と内燃機関をいずれもある程度の度合いで互いに独立して調節し、そのようにして、電気エネルギーの提供をいっそう効率的に構成することが可能である。

【0010】

特に制御装置によって、装置のそのつどの構造やそれぞれのコンポーネントの特性を考慮したうえで、特別に効率的な動作を実現することができ、それと同時に、電気エネルギーを必要な形態で確実に提供することができるように、相応のエンジン管理量と発電機管理量を内燃機関と発電機に設定することが可能である。

【0011】

このとき発電機管理量を用いた発電機の調節を通じて、ある程度の枠内で内燃機関の挙動を考慮する必要なしに、たとえば発電機から提供される電圧を船内電力網で、または発電機から提供される電力を船内電力網で、設定に応じて一定に保つことができることを相応に実現することができる。

【0012】

さらにこれと同じ関連において、たとえばその最大の効率性の動作など、所定の動作点での内燃機関の効率的な動作も実現することができ、それにもかかわらず発電機調節は、船内電力網に所望の電圧または所望の電流が生じるように作用する。

【0013】

制御装置はエンジン調節装置にエンジン管理量として出力設定および／または動作点設定および／または回転数設定および／またはトルク設定を与えるのが好ましく、および／または制御装置は発電機の発電機調節装置に発電機管理量として電圧設定および／または電流設定および／または出力設定および／またはバッテリ電流設定および／またはバッテリ電圧設定および／またはバッテリ出力設定および／または中間回路電圧設定および／または中間回路電流設定および／または中間回路出力設定を与えるのが好ましい。

【0014】

このようにして、内燃機関と発電機とをそれぞれ相違する管理量または設定のもとで、所定の範囲内において互いに独立して調節することができ、それにより、特別に効率的な動作を実現することができる。

【0015】

別の好ましい構成では、制御装置はエンジン調節装置にエンジン管理量として電圧設定および／または電流設定および／または出力設定および／またはバッテリ電流設定および／またはバッテリ電圧設定および／またはバッテリ出力設定および／または中間回路電圧設定および／または中間回路電流設定および／または中間回路出力設定を与え、制御回路は発電機調節装置に発電機管理量として出力設定および／または動作点設定および／または回転数設定および／またはトルク設定を与えるのが好ましい。

【0016】

このような動作モードが特に利点となり得るのは、内燃機関の構成ないし設計に基づき、内燃機関の回転数の正確な保持ないし調節が難しい場合である。その場合、たとえば発電機のトルク設定を通じて発電機の回転数を一定に保ち、それに応じて迅速に適合調節することができ、内燃機関は設定としてのそのつどの電圧またはそのつどの電流またはそのつどの出力について調節され、それにより、このような協働作用から、改善された調節およびそれに伴って向上した効率並びにいっそう安定した船内電力網がもたらされる。

【0017】

したがって、発電機の調節を利用することで、内燃機関による入力回転数にほぼ関わりなく、発電機をそのつどの設定パラメータについて、たとえば電流設定、電圧設定、または出力設定について、最善の範囲内で作動させ、そのつどのパラメータに準じて船内電圧を提供し、ないしはバッテリバンクのための充電曲線を確実に提供することが可能である。

【0018】

１つの好ましい構成では、直流発電機は電子整流式の直流発電機であり、発電機調節装置は発電機調整量である発電機トルクおよび／または発電機電流および／または発電機電圧および／または発電機回転数および／または発電機出力の変更を通じて直流発電機をそのつどの発電機管理量に合わせて調節するようにセットアップされている。

【0019】

内燃機関のエンジン調節装置は、エンジン調整量である燃料供給および／または噴射弁制御および／または点火時点および／または混合組成および／または空気供給および／またはカムシャフト位置調節および／またはターボチャージャ制御の変更を通じて、内燃機関がそのつどのエンジン管理量に合わせて調節されることを惹起するのが好ましい。

【0020】

たとえば制御装置を通じて相応の回転数設定をエンジン調節装置に与えることができ、そしてエンジン調節装置は内燃機関への燃料供給を変更することで、回転数設定に応じて回転数を調節する。それに伴い、内燃機関を設定された回転数でほぼ安定的に作動させることができるようになる。

【0021】

発電機調節装置および／または内燃機関のエンジン調節装置および／または制御装置が中央のコントローラに統合されていると、特別にコンパクトかつそれに伴って効率的な構造を実現することができる。

【0022】

制御装置は、たとえばデータバンクに保存された特性曲線および／またはエンジン管理量および／または発電機管理量の値を含んでいるのが好ましく、制御装置は、保存されている値または特性曲線から導き出されるエンジン管理量および／または発電機管理量の値を、エンジン調節装置および／または発電機調節装置に設定する。内燃機関を最大の効率で、または最大の出力で作動させるためにエンジン管理量の値が設定されるのが好ましく、および／またはバッテリ充電曲線を設定する特性曲線に準ずる発電機管理量の値が設定されるのが好ましい。

【0023】

制御装置は相応の設定を、たとえば回転数を、船内電力網でのそのつどの必要性を基礎として、ないしはバッテリバンクの充電プロセスで選択する。

【0024】

それと同時に、またはその代替として、制御装置は発電機調節装置に相応の設定を送り、たとえば電流設定、電圧設定、または出力設定を、後続する船内電力網ないしバッテリバンクの充電曲線がどのような状態を呈さなければならないかに応じて送る。

【0025】

したがって、内燃機関と発電機はそれぞれ相違する設定信号に基づいて調節され、たとえば発電機はバッテリ電流設定、バッテリ電圧設定、またはバッテリ出力設定に基づいて調節され、内燃機関は回転数設定を用いて調節される。

【0026】

１つの別案では、内燃機関はバッテリ電流設定、バッテリ電圧設定、またはバッテリ出力設定に準じて調節することもでき、発電機は回転数設定に準じて調節することができる。

【0027】

好ましい発展例では、制御装置は船内電力網ないし中間回路を監視し、船内電力網ないし中間回路の状態に応じて、発電機調節装置および／またはエンジン調節装置についての設定パラメータを変更する。たとえば船内電力網での出力要求が高いときには、内燃機関についての回転数設定を、可能な限り効率的な動作点から最大出力の動作点へと移すことができる。そして発電機については、船内電力網を引き続き安定して作動させることができるように、相応の出力要求がセットされる。

【0028】

さらに、バッテリバンクを充電するための電流設定が制御装置によって設定され、制御装置はバッテリバンクのそのつどの充電状態を監視して、それに応じてバッテリバンクで目標充電電圧に達したときに最大電流設定から一定電圧設定へと切り換えるのが好ましい場合がある。それにより発電機調節は、相応の電流曲線ないし相応の電圧曲線がバッテリの最適な充電を可能にするように、バッテリバンクの充電の過程を通じて適合化され、それと同時に内燃機関も同じく最適化されるが、これとは関わりなく調節される。

【0029】

それに応じて、このようにして内燃機関が発電機との組み合わせで最適化されたバッテリバンクの充電曲線を提供する充電装置ももたらされる。

【0030】

１つの発展例では、バッテリバンクについて意図されるこのような充電曲線は、バッテリバンクを介して緩衝される船内電力網で、船内電力網の他の消費部の出力要求に合わせて特徴づけすることができる。換言すると、いま現在活動している消費部のための船内電力網の内部での出力の提供に追加して、バッテリバンクの最適化された充電が追加的に実現されるように充電電流が特徴づけされる。

【0031】

さらに、バッテリ緩衝される船内電力網ではバッテリバンクが完全に充電されたとき、発電機が内燃機関とともに、バッテリの放電も充電も行われるのでなく、内燃機関が作動している限りバッテリがその充電状態を一定に保つように作動することを実現することができる。このようにしてバッテリによる中間緩衝を省略することができ、それにより、緩衝損失がなくなるので、同じく船内電力網の効率が向上する。

【0032】

内燃機関は電子マイクロコントローラを有しているのが好ましく、エンジン調節装置はそれに応じて電子マイクロコントローラによって内燃機関の調節を行う。

【0033】

別の好ましい実施形態では、内燃機関は機械式の回転数調節器をエンジン調節装置として有しており、機械式の回転数調節器は制御装置からエンジン管理量を回転数設定の形態で機械式および／または空気圧式および／または油圧式のアクチュエータを介して機械式の回転数調節器の調整のために受け取る。このようにすれば、簡素な内燃機関を装置で使用することもできる。

【0034】

直流発電機が内燃機関のためのスタータモータとして利用されるのが好ましく、発電機管理量として回転数設定が発電機調節装置に送られるのが好ましく、内燃機関のスタート後に発電機管理量が維持されるのが特別に好ましい。

【0035】

それに応じて、発電機が独立して調節されるので、内燃機関の作業点を発電機のそのつどの調節課題に関わりなく広い範囲で調整できるように保つことができる。上述した最適化ストラテジーをこのようにして具体化することができ、それにより、内燃機関の調節と、これとは実質的に関わりない発電機の調節との組み合わせに基づき、船内電力網での、ないしは充電のためのエネルギーの相応の提供を、特別に効率的な仕方で可能にすることができる。

【0036】

本発明のさらに別の好ましい実施形態は以下の図面の説明によって詳しく説明する。図面には次のものが示されている。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【図1】船内電力網と、電気エネルギーを提供する装置とを示す、電気駆動式のボートの船内システムを示す模式図である。

【図2】電圧設定が発電機管理量として意図される構造を有する別の船内システムを示す模式図である。

【図3】電圧設定がエンジン管理量として意図される構造を有する別の船内システムを示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0038】

以下において、図面を参照しながら好ましい実施例について説明する。その際には、同一の、類似の、または同じ作用をする部材には、異なる図面において同一の符号が付されており、これらの部材の繰り返しての説明は冗長さを回避するために部分的に省略する。

【0039】

図１には、電気駆動式のボートの船内システム１の構造が非常に模式的に示されている。この船内システム１は、ボートの船内電力網１００と、船内電力網１００で電気エネルギーを提供する装置４とを含んでいる。船内システム１の電気エネルギーを提供する装置４は、特に、それぞれの船内電力網１００の個別消費部１０、１２に電気エネルギーを供給するだけでなく、たとえば船内システム１のためのメインエネルギー源として設けられていてよい、または別案として緩衝装置として設けられていてもよいバッテリバンク２に電気エネルギーを供給して、バッテリバンク２の充電状態に影響を及ぼすことができ、これを特に充電できるようにするためにも意図される。換言すると、電気エネルギーを提供する装置４はバッテリバンク２を充電するために利用することができ、さらには、個別消費部１０，１２へ直接的な供給をするためにも利用することができ、あるいは、バッテリバンク２を同時に充電しながら個別消費部１０、１２へ複合式の供給をするために利用することができる。

【0040】

図１では、船内電力網１００が同じく非常に模式的な仕方で図示されている。ボートのためにメイン駆動装置として意図されていてよく、ボートを駆動することができる電気モータ１０が船内電力網１００に設けられている。あるいは電気モータ１０は、ボートの船内にある各々の他の電気モータを、たとえばセールボートにある電気式のウインチの電気モータを、または揚錨機やダビットなどの電気モータを象徴的に表す。

【0041】

さらに船内電力網１００には、相応に電気エネルギーを船内電力網１００から取り出す別の消費部が、白熱電球１２の形態で模式的に示されている。模式的に図示している白熱電球１２は、ここではボート内部の他のすべての電力消費部を象徴的に表す。ボートには、たとえば電力消費部がボート照明、ポジションランプ、通信機器、ナビゲーション機器、データ処理機器、あるいは全般的にボートの機能の制御部ないし調節部の形態で船内電力網１００に存在する。さらに電力消費部は、たとえば空調設備、冷房装置、調理装置などの快適性装置の形態で船内電力網１００に存在することができる。この列挙は完結したものとみなされるべきではなく、ここでは模式的に電気モータ１０と白熱電球１２の形態で示す、船内電力網１００の内部の図示している消費部は、船内電力網１００におけるこれ以外のいかなる消費部でもあり得る。

【0042】

船内電力網１００の内部の消費部は、たとえば長期間にわたって一定に作動するボート上のポジションランプのように、実質的に一定のエネルギー要求を有することがあり得る。あるいは消費部は、激しく変動するエネルギー要求を有することもあり得る。たとえばボートのメイン駆動モータは、走行状態に応じてさまざまに異なる出力で作動し、スイッチオフされ、あるいは回生モードで作動することさえある。それに応じて、このような消費部の船内電力網１００に対するエネルギー要求は激しく変動する。

【0043】

さらに船内システム１は、船内電力網１００に電気エネルギーを提供するバッテリバンク２を含んでいる。バッテリバンク２は、消費部１０、１２により要請されるエネルギー要求ないしそのピーク時の変動を緩衝し、それに応じてエネルギー余剰時に充電される緩衝バッテリとして意図されていてよい。しかしながら通常、バッテリバンク２は、船内電力網１００のためのメインエネルギー蓄積器として意図されていてよい。換言すると船内システム１は、その大半の作動時間中に、バッテリバンク２を通じてのエネルギー供給で済ませるものとして意図される。

【0044】

たとえば電気駆動式のボートでは、バッテリバンク２は通常はメインエネルギー源として設けられる。たとえば電気駆動式のボートでは、１つの好ましい動作モードは、バッテリバンク２に蓄積されているエネルギーだけを基礎としてボートを継続走行させることに見出すことができる。このようにして非常に騒音が少なく、それと同時に、少なくとも局所的にエミッションフリーのボートの動作が可能である。バッテリバンク２はそれに応じて、ボートのメイン駆動装置としての役目を果たす電気モータ１０が十分に長い期間にわたってバッテリバンク２からのみエネルギーの供給を受けることができるように設計されている。

【0045】

バッテリバンク２は陸電接続部を介して充電できるのが好ましい。

【0046】

さらに図１には、バッテリバンク２から中間回路１２０を介して提供されるエネルギーを電気モータ１０とその他の最終消費部１２へ適宜分配して切り換えることを可能にする、船内電力網１００の切換装置３が模式的に示されている。切換装置３はここではやはり一例として、電気モータ１０へのエネルギー流を制御する走行調節器を含むことができる。それに応じてボートの運転者は相応の入力機を通じて、たとえば遠隔スロットルレバーを通じて、所望の走行段を電気モータ１０について設定することができ、それにより、切換装置３を通じて相応に所望のエネルギーがバッテリバンク２から電気モータ１０へ供給されて、ボートはそれに応じて運転者により設定された走行段で作動する。

【0047】

切換装置３は、電気モータ１０の回生動作のときにも、回生されたエネルギーがバッテリバンク２へ再び供給されて、その充電状態を高め、ないしは維持するように作用することができる。

【0048】

さらに、図１に示す船内システム１の実施例には、船内電力網１００と、図示している実施例では切換装置３とに追加の電気エネルギーを提供する、電気エネルギーを提供する装置４が示されている。

【0049】

電気エネルギーを提供する装置４は、本実施例では電子整流式の直流発電機として構成された発電機６と、相応の駆動シャフト７２を介して発電機６を駆動する内燃機関７とを含んでいる。駆動シャフト７２は、内燃機関７から出力される回転数を発電機６により要請される回転数へと変換する変速機を備えていてよい。

【0050】

発電機６は発電機調節装置６０を有していて、これによって発電機６を少なくとも１つの設定された発電機管理量を基礎として調節することができる。それに応じて発電機６を、それが発電機調節装置６０を通じて調節されることによって、直接的に何らかの設定に準じて、特に相応の発電機管理量を用いて作動させることができ、そのようにして実質的に安定的に作動させることができる。

【0051】

発電機管理量として、電圧設定および／または電流設定および／または出力および／またはバッテリ電流設定および／またはバッテリ電圧設定および／またはバッテリ出力設定および／または中間回路電圧設定および／または中間回路電流設定および／または中間回路出力設定および／または出力設定および／または動作点設定および／または回転数設定および／またはトルク設定が意図されていてよく、これらによって発電機を調節することができる。

【0052】

電子整流式の直流発電機６は、発電機調整量である発電機トルクおよび／または発電機電流および／または発電機電圧および／または発電機回転数および／または発電機出力の変更を通じて、そのつど発電機管理量に合わせて調節することができる。

【0053】

内燃機関７はそれ自体として同じくエンジン調節装置７０を有していて、これによって内燃機関７を少なくとも１つのエンジン管理量を基礎として調節することができる。それにより内燃機関７を、エンジン調節装置７０によるエンジン管理量の設定によって安定的に調節することができる。

【0054】

エンジン管理量としては電圧設定および／または電流設定および／または出力設定および／またはバッテリ電流設定および／またはバッテリ電圧設定および／またはバッテリ出力設定および／または中間回路電圧設定および／または中間回路電流設定および／または中間回路出力設定および／または出力設定および／または動作点設定および／または回転数設定および／またはトルク設定が意図されていてよく、これらによって内燃機関を調節することができる。

【0055】

内燃機関７は、エンジン調整量である燃料供給および／または噴射弁制御および／または点火点および／または混合組成および／または空気供給および／またはカムシャフト位置調節および／またはターボチャージャ制御の変更を通じて、そのつどエンジン管理量に合わせて調節することができる。

【0056】

エンジン調節装置７０はここでは一例として内燃機関７の相応の燃料供給をたとえば相応のアクチュエータやスロットルケーブルを通じて調節するエンジン調整量を提供する。内燃機関７の駆動シャフト７２で測定される回転数が、エンジン管理量として設定されている回転数設定から逸脱すると、エンジン調節装置７０はそれに応じて燃料供給への調節介入を通じて、内燃機関７の回転数の所望の値を再び成立させることができる。

【0057】

内燃機関７のエンジン調節装置７０は、１つの好ましい実施形態では、相応のセンサ信号を通じてたとえば内燃機関７や発電機６の現在の回転数を受け取り、回転数設定に基づき、アクチュエータを通じて内燃機関７への燃料供給を相応に調節する電子式の調節装置として設けられていてよい。

【0058】

あるいは内燃機関７は、たとえば相応の回転数設定が機械式に調整される遠心力調節器の形態で設けられる、実質的に機械式の調節装置７０を通じて作動させることもできる。回転数設定の形態のエンジン管理量は、遠心力調節器を利用した場合、遠心力調節器の相応の作業点が電気機械式、油圧式、または空気圧式のアクチュエータによって調整、変更されることを通じて変更することができる。それに応じて、変化した回転数設定が所望される場合には、遠心力調節器が内燃機関７を新たな回転数設定に合わせて調節するように、アクチュエータを通じて遠心力調節器を調整することができる。

【0059】

内燃機関７は、回転数設定の他に、エンジン管理量としてのこれ以外の設定を通じても調節することができる。特に、内燃機関７がたとえば船内電力網１００およびまたは中間回路１２０の電流設定、電圧設定、または出力設定を用いて調節されることが意図される。このような場合、発電機６はエンジン調節７０の視点からさしあたり制御工学的に不必要とみなされるのではなく、内燃機関７はたとえば船内電力網１００の電圧の決定を通じて、相応の設定電圧がエンジン管理量として実現されるように調節される。

【0060】

エンジン調節装置７０は、このようなケースでは、それに応じて電圧設定をエンジン管理量として受け取り、判定された船内電圧が電圧設定と比較されて、さらにたとえばエンジン調整量である燃料供給の変更を通じて所望の設定電圧を実現する。

【0061】

発電機６の発電機調節装置６０も、発電機管理量を用いて発電機を調節することを同じく可能にする。発電機６は、それが電子整流式の直流発電機として構成されている場合、たとえば発電機調整量としてトルク、発電機電流、およびこれに伴う相応の励起／トルク、または回転数が調整されることを通じて調節することができる。これらの発電機調整量は、相応の発電機管理量が実現されるように変更することができる。

【0062】

したがって、実質的に内燃機関７から独立して発電機６を調節することができる。

【0063】

典型的な動作モードのとき、それに応じて内燃機関７はエンジン調節装置７０により、エンジン管理量としての設定された回転数設定で作動する。それに対して発電機６は、たとえば発電機管理量としての電圧設定を通じて設定される電圧で作動し、発電機６はこの電圧を維持する。発電機調節装置６０は、発電機管理量が実現されるように、発電機調整量に応じて変更を行う。それにより船内電力網１００により要請される設定を、特に上記のケースにおいては電圧設定を、実現することができる。

【0064】

それに伴い、内燃機関７と発電機６をいずれもそれぞれ、ほぼ最適化して作動させることができ、その結果、一方ではいっそう高いエネルギー効率を実現することができ、他方では、船内電力網１００のエネルギー供給の品質がいっそう向上する。それに伴い、発電機６と内燃機関７をほぼ互いに独立して調節することもできる。

【0065】

発電機調節装置６０にもエンジン調節装置７０にも相応の管理量を設定する上位の制御部８が設けられている。この制御装置８はそれに応じてエンジン調節装置７０にたとえば回転数設定などのエンジン管理量を与え、これがエンジン調節装置７０により相応のエンジン調整量の変更を通じて独立して自律的に調節される。

【0066】

制御装置８は発電機調節装置６０にたとえば船内電力網１００についての電圧設定、電流設定、または出力設定の形態の発電機管理量を与え、発電機調節装置６０はこの設定を相応の発電機調整量の変更を通じて同じく独立して自律的に適合調節する。

【0067】

制御装置８は相応の発電機管理量とエンジン管理量を、船内電力網１００からのそのつどの要求を基礎としながら、船内システム１の知見を考慮したうえで決定する。たとえば制御装置８は、発電機６と切換装置３との間の中間回路での、またはそれぞれの消費部１０，１２に供給をする回路での、電流ないし電圧ないし要請される出力の判定を通じて、相応の電流設定、電圧設定、または出力設定を導き出すことができる。

【0068】

制御装置８は、データバンク８０に保存されているデータ、表、パラメータ、および／または特性曲線を基礎としたうえでも、どのような調節量のときに、および特にどのような管理量の値のときに、装置４を適切かつ特に特別に効率的に作動させることができるかを決定することができる。

【0069】

たとえば、制御装置８のデータバンク８０には内燃機関７のエンジン特性曲線が保存される。したがって、制御装置８は、データバンク８０から既知である特性曲線を基礎としたうえで、どの動作点で内燃機関７を作動させるべきかを決定することができ、それに応じた設定をエンジン管理量として内燃機関７の調節装置７０へ送ることができる。

【0070】

たとえば内燃機関７は制御装置８により、最大効率で作動するよう指示を受けることができる。そして制御装置８は相応の回転数設定をエンジン管理量として内燃機関７の調節装置７０に送り、内燃機関７がそれに応じて最大効率で作動するようにする。

【0071】

しかし、いっそう高い出力放出が必要であることを制御装置８が認識したときは、内燃機関７が最大出力で作動するように内燃機関７の調節装置７０に指示することもでき、それにより、調節装置７０はそれに応じて制御装置８から、内燃機関７をその最大効率で作動させる回転数設定を通常上回る回転数設定をエンジン管理量として受け取る。

【0072】

ただしその際に、最大の効率の回転数で特定の出力範囲をカバーできることも制御装置８によって考慮することができる。したがって出力要求の上昇は、最大の効率の回転数から逸脱しなければならないことを自動的に意味するわけではない。その回転数で最大限実現可能な出力を出力要求が上回ったときに初めて、回転数設定も制御装置８によって引き上げられる。

【0073】

発電機６ないし発電機６の発電機調節装置６０に対する相応の設定も、同じくデータバンク８０に保存されている特性曲線を基礎として、またはそのつど設定されるバッテリバンク２への中間回路１２０若しくはそれぞれの消費部回路の測定ないし監視を基礎として、制御装置８によって設定することができる。

【0074】

たとえば制御装置８は船内電力網１００から、特定の電流、特定の出力、または特定の電圧が要請されていることを判定することができる。それに応じてそれが発電機管理量として発電機調節装置６０に通信され、さらに発電機調節装置が相応の発電機調整量を通じて、たとえばトルクまたは発電機電流が規定されてそれが発電機調節装置６０により自律的に適合調節されることを通じて、発電機６を当該作業点へと移行させる。

【0075】

制御装置８は、バッテリバンク２のための充電動作が意図されている場合にも、相応の充電曲線を発電機調節装置６０に設定することができ、それにより、装置４が能動的なバッテリ充電機器として直接機能するようになっている。換言すると、制御装置８は、バッテリバンク２のための相応の充電出力を提供するために、最善の充電曲線ないし効率的な充電曲線を経過させることができる。

【0076】

その場合、たとえばメイン充電区域ではバッテリバンク２を最大電流で負荷することができ、それにより、制御装置８から発電機調節装置６０へ伝送される発電機管理量もそれに応じて最大電流設定となり、これがさらに発電機６で発電機調節装置６０によって自律的に調節される。

【0077】

そして制御装置８がバッテリバンク２で目標充電電圧への到達を検知すると、発電機６の動作が新たな発電機管理量の伝送によって、このケースでは目標充電電圧の大きさの設定電圧の伝送によって、当該電圧に合わせて調節されて、その後はこの電圧が発電機調節装置６０によって維持されたままに保たれる。それに応じて発電機６は電圧設定に合わせて作動し、それにより、再充電領域でバッテリバンク２を同じく最適化して充電することができる。

【0078】

このようにして、内燃機関７と発電機６をいずれも広い範囲内で互いに独立して調節し、それにもかかわらず、所望の電気エネルギーを船内電力網１００で消費部への供給のために、またはバッテリバンクの充電のために利用し、確実に提供することが可能である。

【0079】

バッテリバンク２の充電プロセスは、船内電力網１００の他の出力要求に合わせて特徴づけることもできる。換言すると、制御装置８を通じて、もともと存在している船内電力網１００内部の出力要求に合わせて、一例として先ほど説明した充電曲線の特徴づけを行うことができる。このようにして、他の消費部の出力需要にもかかわらず、バッテリバンク２が発電機６を通じて確実に充電されることを実現することができる。そして消費部によって取り出さされずにそのつど余剰となるエネルギーが、相応にバッテリバンク２へ供給される。

【0080】

装置４の設計に応じて、および内燃機関７の設計に応じて、内燃機関７がエンジン調節装置７０を通じて、たとえば船内電力網１００の電流設定、電圧設定、または出力設定であるエンジン管理量の供給を受ける内燃機関７の動作が好ましい場合があり得る。これに対応する監視パラメータを、エンジン調節装置７０へ直接的に、または制御装置８の仲介によって送ることができる。

【0081】

それに応じて内燃機関７はエンジン調節装置７０によって、船内電力網１００でたとえば所望の電流設定、電圧設定、または出力設定が実現されるように調節される。それと同時に発電機６は発電機調節装置６０を通じて、回転数を実質的に一定に保つように作動するのが好ましい。

【0082】

このようにして制御装置８により、相応にコストの利点を提供するどちらかというと制御工学的に簡素に構成された内燃機関７であっても、エンジン調節装置７０による内燃機関７の調節を通じて、たとえば電圧設定に合わせていっそう容易に調節をすることができる。発電機６がすでに回転数を固定していて、それに応じてそのつど必要な出力が、内燃機関７への相応の燃料供給のダイナミックな調節を通じて実行されるからである。

【0083】

さらに装置４は、発電機６が同時に内燃機関７のためのスタータモータとしての役目も果たすことによって、特別に効率的に構成することができる。したがって、内燃機関７が相応に駆動されることで、これを確実な点火を可能にする回転数にすることができる。そしてその後、発電機６は発電機動作へと切り換えられる。

【0084】

図２には、電気エネルギーを提供する装置４が、駆動シャフト７２を介して発電機６を駆動する内燃機関７を含むように構成された、船内システム１の別の構成が示されている。内燃機関７の出力は、エンジン調整量の調節を提供するために、燃料ポンプ７４を通じて変更される。

【0085】

整流器５が発電機６と統合されており、それにより、船内電力網１００には直流電流が発電機６から供給される。

【0086】

図２に示す実施例では、第１の調節段６２で実際電圧Ｖ_Ａｋｔが、発電機管理量として意図される電圧設定Ｖ_Ｓｅｔにより調節される発電機調節装置６０が設けられる。それに伴い、発電機トルクに相応に影響を及ぼすために、発電機電流の形態の発電機調整量が提供される。

【0087】

発電機調節装置６０の第２の調節段では、発電機電流Ｉ_Ｓｅｔの発電機管理量を通じての発電機トルクが発電機６で生じている直流電流Ｉ_Ａｋｔと比較され、それに応じて発電機電流についての調整量が提供される。このようにして発電機６のトルクを発電機電流を通じて提供することができる。

【0088】

制御装置８は発電機電圧Ｖ_Ｓｅｔの発電機管理量を規定する。さらに、制御装置８によって内燃機関について回転数ｎ_Ｓｅｔが規定され、この回転数は相応にエンジン調節装置７０を通じて、エンジン調節装置７０が噴射ポンプ７４のエンジン調整量の変更を通じて相応に内燃機関７の回転数を適合調節することができるように適合調節することができる。内燃機関７の回転数は、エンジン調節装置７０にｎ_Ａｋｔとして供給される。

【0089】

これに応じて制御装置８では電圧制御を基礎としながら、たとえば固定的な乗算器または相応の数値表または相応の特性曲線を考慮したうえで、相応のエンジン回転数がエンジン管理量として提供され、これがエンジン調節装置７０を通じて内燃機関７の調節のために援用される。

【0090】

それに伴い、制御装置８は本実施例では発電機調節装置６０に電圧設定を与え、エンジン調節装置７０に回転数設定を与える。

【0091】

したがって、発電機６は発電機管理量に準じて、このケースでは船内電力網１００で実現されるべき設定電圧に準じて管理され、そして発電機６は、同時に発電機トルクにも影響を及ぼすその調整量すなわち発電機電流に関して調節される。

【0092】

それに伴い、内燃機関７と発電機６の実質的に独立した調節は、最適化プロセスで特別に効率的な動作を実現できるように、かつ、電気エネルギーへの燃料の転換を船内システム１のそのつどの動作前提条件にとって特別に効率的に実行できるように行われる。

【0093】

図３には、船内システム１のさらに別の構造が示されている。ここでは制御装置８によって発電機調節装置６０に発電機回転数ｎ_Ｓｅｔが与えられ、これが第１の調節段６２で発電機電流Ｉ_Ｓｅｔの発電機管理量を通じて発電機トルクを設定し、これが第２の制御段６４で発電機６に生じている発電機電流Ｉ_Ａｋｔと比較され、それに応じて発電機電流についての調整量を提供する。

【0094】

内燃機関７は噴射ポンプ７４での調整量に関して、制御装置８により設定される電圧Ｖ_Ｓｅｔが船内電力網１００の実際電圧Ｖ_Ａｋｔに対して適合調節されるようにエンジン調節装置７０を通じて調節される。

【0095】

それに応じて発電機６のトルクは発電機調節装置６０を通じて、発電機６の実際の最新の回転数を基礎として決定され、たとえば固定的な係数、参照表、または回転数を発電機のトルクと関連づける特性曲線を基礎として決定される。それに応じて内燃機関７は、所望の電圧が船内電力網１００で維持されるように制御される。

【0096】

それに伴って制御装置８は、本実施例では発電機調節装置６０に回転数設定を与えるとともに、エンジン調節装置７０に電圧設定を与える。

【0097】

したがって、内燃機関の回転数を、発電機６のそのつどの調節課題に関わりなく、広い範囲で調整することができる。発電機６が発電機調節装置６０によって独立して調節されるからである。このことは、内燃機関７を効率的に作動させることを可能にする。

【0098】

適用可能である限りにおいて、本発明の範囲から外れることなく、各実施例に示されている個々の構成要件をすべて相互に組み合わせることができ、および／または入れ替えることができる。

【符号の説明】

【0099】

１ 船内システム
１０ 電気モータ
１２ ランプ
１００ 船内電力網
１２０ 中間回路
２ バッテリバンク
３ 切換装置
４ 電気エネルギーを提供する装置
５ 整流器
６ 発電機
６０ 発電機調節装置
７ 内燃機関
７０ エンジン調節装置
７２ 駆動シャフト
７４ 噴射ポンプ
８ 制御装置
８０ データバンク

【図1】

【図2】

【図3】