JP2004260905A - ハイブリッドシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】ハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充電状態ＳＯＣを精度よく演算し、過充電・過放電を防止して、確実な充放電制御を行うこと。
【解決手段】ハイブリッドシステムにおいて充放電を行うバッテリ１４の端子電圧ＶＢおよび充放電電流ＩＣＤを、電圧センサ３３および電流センサ３４により所定時間中に複数回、検出し、複数回分の検出結果に対して移動平均を使用して求めた傾きから内部抵抗Ｒ０の平均値を算出し、更に、これらに基づいてバッテリ開路電圧Ｅ０を演算する。次に、開路電圧Ｅ０とバッテリ液比重の関係からバッテリ液比重を演算する。そして、バッテリ液比重とバッテリ放電深度ＤＯＤの関係からバッテリ１４の放電深度ＤＯＤを演算し、これにより、充電状態ＳＯＣを求める。
【選択図】 図１
【解決手段】ハイブリッドシステムにおいて充放電を行うバッテリ１４の端子電圧ＶＢおよび充放電電流ＩＣＤを、電圧センサ３３および電流センサ３４により所定時間中に複数回、検出し、複数回分の検出結果に対して移動平均を使用して求めた傾きから内部抵抗Ｒ０の平均値を算出し、更に、これらに基づいてバッテリ開路電圧Ｅ０を演算する。次に、開路電圧Ｅ０とバッテリ液比重の関係からバッテリ液比重を演算する。そして、バッテリ液比重とバッテリ放電深度ＤＯＤの関係からバッテリ１４の放電深度ＤＯＤを演算し、これにより、充電状態ＳＯＣを求める。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッドシステムに関し、特に、エンジンを駆動源とした発電機器により発電された電力を、コンバータを介してバッテリに充電するハイブリッドシステムに関する。なお、本発明における「ハイブリッド」とは、エンジンから少なくとも機械的駆動力と電力を取り出すという意味である。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ハイブリッドシステムとして、例えば、電気自動車や船舶等の移動体にの移動体に用いられているものがあり、エンジンを駆動源とした発電機器により発電された電力をコンバータを介して、移動体に備えられたバッテリに充電する技術が知られている。そして、バッテリの充電状態（以下、「ＳＯＣ」という。）を検出する装置または方法、および、このＳＯＣに基づく充放電制御のことが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２３８１０６号公報
【特許文献２】
特開２００２−５１４７０号公報
【特許文献３】
特開２０００−１６６１０５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のハイブリッドシステムにおけるＳＯＣに基づく充放電制御には、次のような不具合があった。
まず、バッテリ充放電電流とバッテリ電圧とを検出して、バッテリ充放電電流の積算値（積分値）を算出することにより、バッテリのＳＯＣを推定していた。
しかし、バッテリ充放電電流の積分する際にバッテリ充放電電流の検出誤差をも積分していたため、ＳＯＣの推定結果において誤差が大きく生じ、その精度があまりよくないものとなっていた。このため、本発明においては、バッテリ充放電電流を積分して得られたＳＯＣを、バッテリが充放電状態にない場合のＳＯＣにより補正することで、ＳＯＣの誤差を少なくして、正確性の高いＳＯＣを推定することを課題とする。また、検出されたバッテリ充放電電流とバッテリ電圧に対して移動平均を使用することにより検出誤差を少なくして、バッテリのＳＯＣ推定の精度を向上させることを課題とする。
また、走行（航走）中において、バッテリの過放電を防止するために、バッテリのＳＯＣが所定レベルまで低下した場合に、発電走行を行い、ＳＯＣがある程度回復した場合に発電を停止して走行していた。このように、バッテリＳＯＣが所定の範囲に収まるように、目標ＳＯＣを設定し、発電機の発電を制御していた。しかし、この制御では、バッテリ使用領域を狭くするという問題があった。このため、本発明においては、通常のバッテリ制御領域とは別に充電優先制御領域を設け、この充電優先制御領域では、バッテリの充電をできるだけ確保することにより、バッテリ使用領域を広げ、かつ、バッテリの過放電を防止することを課題とする。
また、バッテリ充電電圧の上限値を設定し、この上限値よりもバッテリ電圧が上昇すると充電を終了していた。しかし、バッテリの過充電、または、充分に充電されないという問題があった。このため、本発明においては、バッテリ充電電流を段階的に減少させることにより、バッテリの過充電を防止し、バッテリのＳＯＣを充分に確保することを課題とする。
更に、バッテリ温度が低い場合には、バッテリで電圧降下が発生するため、充分な充放電電流が確保されないことにより、エンジンの始動不良やモータの出力不足が発生するという不具合があった。そして、この際、バッテリの暖機を手動により行っていた。このため、バッテリの暖機を自動的に、かつ、効果的に行い、これにより、バッテリ電圧降下を防止し、エンジンの始動不良やモータの出力不足を解消することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項１においては、エンジン、電動機器、動力伝達装置、発電機器、およびバッテリからなり、動力伝達装置の駆動源としてエンジンまたは電動機器が用いられ、発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、発電された電力によりコンバータを介してバッテリを充電するハイブリッドシステムにおいて、バッテリの端子電圧を所定時間中に複数回、検出するバッテリ端子電圧検出手段と、バッテリの充放電を所定時間中に複数回、検出するバッテリ充放電電流検出手段と、これらの検出結果に基づいてバッテリの内部抵抗の平均値を演算するバッテリ内部抵抗平均値演算手段と、この内部抵抗の平均値と前記検出結果に基づいてバッテリ開路電圧を演算するバッテリ開路電圧演算手段と、予め記憶されたバッテリ開路電圧とバッテリ液の比重との関係よりバッテリ液の比重を演算するバッテリ液比重演算手段と、予め記憶されたバッテリ液の比重とバッテリの放電深度、または、バッテリ充電状態との関係よりバッテリ充電状態を演算するバッテリ充電状態演算手段とを備えるものである。
【０００６】
請求項２においては、請求項１記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流の検出結果に基づき第一バッテリ充電状態を演算する第一バッテリ充電状態演算手段と、所定時間バッテリ充放電電流が停止したことを判定したときバッテリ端子電圧に基づきバッテリ開路電圧を演算するバッテリ開路電圧演算手段と、このバッテリ開路電圧に基づき前記バッテリ液比重演算手段およびバッテリ充電状態演算手段より演算される第二バッテリ充電状態と前記第一バッテリ充電状態の内分値を演算する内分値バッテリ充電状態演算手段とを備えるものである。
【０００７】
請求項３においては、請求項２記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流が所定値以上のときは、内分値バッテリ充電状態における第一バッテリ充電状態の占める割合を０．５より大きくするものである。
【０００８】
請求項４においては、請求項２記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流が所定値以下で、かつ、その期間が所定期間以上のときは、内分値バッテリ充電状態における第一バッテリ充電状態の占める割合を０．５より小さくするものである。
【０００９】
請求項５においては、請求項１または請求項２記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ充電状態が所定の下限値以下のときは充電のみ、所定の上限値以上のときは放電のみを行うよう制御するバッテリ充放電制御手段を備えるものである。
【００１０】
請求項６においては、請求項５記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ充電状態が所定値以下になると所定の下限値以下になるまでの間は、バッテリからの放電電流をバッテリ充電状態が所定の下限値に近づくほど減少させるバッテリ放電電流減少手段を備えるものである。
【００１１】
請求項７においては、請求項５記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ充電状態が所定値以上になると所定の上限値になるまでの間は、バッテリへの充電電流をバッテリ充電状態が所定の上限値に近づくほど減少させるバッテリ充電電流減少手段を備えるものである。
【００１２】
請求項８においては、エンジン、電動機器、動力伝達装置、発電機器、およびバッテリからなり、動力伝達装置の駆動源としてエンジンまたは電動機器が用いられ、発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、発電された電力によりコンバータを介してバッテリを充電するハイブリッドシステムにおいて、バッテリの端子電圧を検出するバッテリ端子電圧検出手段と、バッテリ端子電圧が所定の上限値になったとき充電電流を減少させるバッテリ充電電流減少手段とを備えるものである。
【００１３】
請求項９においては、請求項７記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流を所定時間中に複数回、検出するバッテリ充放電電流検出手段と、バッテリの充放電電流の検出結果に基づき第一バッテリ充電状態を演算する第一バッテリ充電状態演算手段と、第一バッテリ充電状態とバッテリ端子電圧に基づき充電電流を減少させる充電電流減少手段とを備えるものである。
【００１４】
請求項１０においては、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ雰囲気温度を検出するバッテリ温度検出手段と、バッテリ雰囲気温度が所定値より小さいとき目標バッテリ充電状態を大きくする目標バッテリ充電状態変更手段とを備えるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について添付の図面を用いて説明する。
図１は本発明の一つである「エンジン、発電機、モータ、コンバータ、バッテリ、および動力伝達装置」よりなるハイブリッドシステム（以下、「ハイブリッドシステムＡ」という。）を示す図、図２はハイブリッドシステムＡの動作モードの一例を示す図、図３はバッテリの内部抵抗を算出するためのバッテリ電圧と充放電電流との関係を示す図、図４はバッテリ液の比重とバッテリ開路電圧の関係を示す図、図５はバッテリ液の比重とバッテリの放電深度（ＤＯＤ）の関係を示す図、図６は内分値ＳＯＣを演算することによるバッテリのＳＯＣ推定の制御の手順を示す図、図７はバッテリの使用可能領域を示す図、図８はバッテリ充電電圧による充放電制御におけるバッテリ充電電圧と充電電流の時間変化を示す図、図９は充電優先制御領域の近傍における充放電制御の手順を示す図、図１０はＳＯＣとバッテリ端子電圧によりバッテリの充放電を制御する手順を示す図、図１１はバッテリ暖機制御における現在のＳＯＣと目標ＳＯＣの時間変化を示す図、図１２はバッテリ暖機制御の手順を示す図、図１３は本発明の一つである「エンジン、モータジェネレータ、コンバータ、バッテリ、および動力伝達装置」よりなるハイブリッドシステム（以下、「ハイブリッドシステムＢ」という。）を示す図、図１４はハイブリッドシステムＢの動作モードの一例を示す図、図１５はハイブリッドシステムＢのスタータ機能を示す図、図１６はハイブリッドシステムＢのモータジェネレータによる動力アシスト機能を示す図、図１７はハイブリッドシステムＢの電力供給（発電あり）機能を示す図、図１８はハイブリッドシステムＢの電力供給（発電なし）機能を示す図である。
【００１６】
本発明の一つであるハイブリッドシステムＡについて説明する。
ハイブリッドシステムＡは、図１に示すような構成である。ハイブリッドシステムＡでは、水中推進用に備えられるプロペラ４の駆動をエンジン２とモータ５との両方により可能としている。なお、後述するように、図１３に示すハイブリッドシステムＢのような構成とすることも可能である。また、以下では、ハイブリッドシステムを船舶について適用した実施例について説明しているが、その他の移動体（例えば、自動車等）に適用することも可能である。
【００１７】
図１において、システム１は、エンジン２および動力伝達装置３を有しており、該動力伝達装置３としてはセイルドライブが用いられ、その後下部にはプロペラ４が接続されている。これにより、システム１は船舶の推進システムとして利用することができる。
エンジン２からの駆動力は動力伝達装置３によりプロペラ４に伝達され、その結果プロペラ４が回転駆動される。動力伝達装置３内にはクラッチが備えられており、該クラッチによりエンジン２からの駆動力の断接と動力伝達の回転方向（プロペラ４の回転方向）の切り換えを行うようにしている。
なお、本実施例においては、システム１は動力伝達装置３がエンジン２の下方へ大きく延出し、該動力伝達装置３に直接プロペラ４が取り付けられたセイルドライブに構成されているが、動力伝達装置３の後端部に、プロペラ４のプロペラ軸が装着されるマリンギアに構成することもできる。
【００１８】
また、本システムにおいては、エンジン２と動力伝達装置（セイルドライブ）３との間に、発電機器である発電機１０を介装している。エンジン２により発電機１０を駆動して、該発電機１０により発電された電力は、後述するように電動機駆動用に用いられたり、船内電力として供給されたりするようにしている。
【００１９】
発電機１０は、例えば、高周波発電機に構成されており、該発電機１０の出力部には、リレー（電磁開閉器）１１、整流機器１２、インバータ１５が接続されている。
また、発電機１０は前記整流機器１２を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ（直流／直流コンバータ）１３と接続されている。
【００２０】
整流機器１２は、例えば、平滑用コンデンサで構成されており、発電機１０により発電された交流電力を整流・平滑化して、直流に変換する。整流機器１２からＤＣ／ＤＣコンバータ１３に送られた電力は、該ＤＣ／ＤＣコンバータ１３により所定の電圧に変圧されて、リレー１７を介してバッテリ１４を充電する。
【００２１】
一方、整流機器１２からインバータ１５に送られた電力は、該インバータ１５により交流に変換されて、切換機器１９を介して出力ソケット２０から交流電力として船内供給可能とされる。切換機器１９にて商用電源（外部電源）とインバータ１５により変換された交流電力とを切換可能としている。このように、インバータ１５を介して電気負荷（ＡＣ出力）が接続できるようにしている。なお、切換機器１９を切換スイッチで構成して手動により切り換えを行ってもよく、また、電磁接触器で構成してインバータ出力と商用電源との切り換えを自動で行ってもよい。電磁接触器で構成する場合には、該電磁接触器にシステムコントローラ７からオン・オフ信号が入力されるように、システムコントローラ７と接続しておく。そして、インバータ１５には、リレー１５ａが内蔵されており、該リレー１５ａはシステムコントローラ７と接続されている。
【００２２】
動力伝達装置３の上端部には電動機器（モータ）５が設置されており、該モータ５の出力軸は動力伝達装置３の伝達軸と接続されている。モータ５はモータコントローラ６と接続されており、該モータコントローラ６によりモータ５を制御する構成としている。また、モータコントローラ６はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７からの指令がモータコントローラ６へ入力されるようにしている。
また、モータコントローラ６は、リレー１８を介して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１３とバッテリ１４に接続されており、バッテリ１４、またはＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介して発電機１０から電力供給を受けて、フィールド電流（界磁電流）で発生させた磁界とアマチュア電流（電機子電流）によりモータ５を駆動する。そして、モータコントローラ６がこれらの電流または電圧を制御してモータ５の回転数およびトルクを制御する。
【００２３】
船体の前後進の切り換えやエンジン２の駆動力の調節は、船舶の操作部８に配設されるレバー９等の操作具を操作することによって行われる。レバー９には、例えば、シフトレバー、レギュレータレバー、モード切換レバー等があり、それぞれシステムコントローラ７と接続されている。そして、レバー９を操作することにより、システムコントローラ７にレバー位置に対応した信号が入力される。
【００２４】
例えば、操作部８のシフトレバーを操作すると、シフトレバー位置（前進・中立・後進）に対応する信号がシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７によりシフトアクチュエータ２１を作動させるようにしている。シフトアクチュエータ２１は動力伝達装置３のクラッチに接続されており、該シフトアクチュエータ２１の作動により、動力伝達装置３の伝動軸の正転・中立・逆転を切り換えて、前進・中立・後進の切り換えを行うこととしている。このように、シフトレバーを操作することにより、船体の前後進の切り換えを行っている。
【００２５】
また、操作部８のレギュレータレバーを操作すると、レギュレータレバー位置に対応する信号がシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７によりレギュレータアクチュエータ２２を作動させるようにしている。レギュレータアクチュエータ２２はエンジン２のレギュレータに接続されており、該レギュレータアクチュエータ２２の作動により、エンジン２における燃料噴射量を調節して、エンジン２の駆動力を調節可能としている。このように、レギュレータレバーを操作することにより、エンジン２の駆動力の調整を行っている。
【００２６】
また、操作部８にはモード切換レバーが配設されており、該モード切換レバーを操作することにより、本システムの動作モードを切換可能としている。この動作モードの例としては、図２に示すようなものがあり、モード切換レバーにより、「航走モード」の切り換えを行う。そして、「航走モード」の切り換えを行うと、システムコントローラ７へモード信号が入力されて、該システムコントローラ７により各「航走モード」に対応した本システムの制御が行われるようにしている。
具体的には、図２に示すように「航走モード」の切り換えにより、プロペラ４の駆動を、エンジン２のみにより駆動するモード、エンジン２により駆動しつつ、モータ５により駆動をアシストするモード、モータ５のみにより駆動するモード、の３種類のパターンにより行うことを可能としている。
【００２７】
エンジン２内にはエンジン２始動用のスタータモータ２ａと機関付発電機であるオルタネータ２ｂが備えられており、該スタータモータ２ａはリレー２５を介してスタータバッテリ２４と接続され、該スタータバッテリ２４はオルタネータ２ｂと接続されている。また、スタータモータ２ａ、オルタネータ２ｂ、スタータバッテリ２４はメインリレー２６を介して前記システムコントローラ７と接続されている。オルタネータ２ｂからの発電出力は、エンジン２のスタータモータ２ａを駆動するためのスタータバッテリ２４に充電され、該スタータバッテリ２４に蓄積された電力をエンジン２始動の際に用いるようにしている。
【００２８】
以上のように構成される本システムにおいて、メインコントローラとしてのシステムコントローラ７は次のように機能して、本システムの制御を行う。前述したように、システムコントローラ７は操作部８のレバー９（シフトレバー、レギュレータレバー、モード切換レバー）と接続されている。また、システムコントローラ７はシフトアクチュエータ２１およびレギュレータアクチュエータ２２と接続されている。
【００２９】
また、システムコントローラ７はエンジン２と接続されており、該エンジン２からシステムコントローラ７にエンジン回転数が入力される。エンジン２の回転数は、エンジン２に付設される回転数センサ３５により検出される。
また、システムコントローラ７はモータ５と接続されており、該モータ５からシステムコントローラ７にモータ回転数およびモータ５の温度が入力される。モータ５の回転数は、モータ５に付設される回転数センサ３６により検出され、モータ５の温度は、サーミスタ等の温度センサ（図示せず）により検出される。
【００３０】
また、システムコントローラ７はモータコントローラ６と接続されており、該システムコントローラ７はモータコントローラ６に対して回転方向信号、出力信号、モード信号等を出力する。一方、モータコントローラ６は、モータ５に異常が発生した場合には、アラーム信号をシステムコントローラ７へ送る。
また、システムコントローラ７は発電機１０と接続されており、該発電機１０からシステムコントローラ７に発電機１０の温度が入力される。発電機１０の温度は、サーミスタ等の温度センサ（図示せず）により検出される。
【００３１】
また、システムコントローラ７はリレー１１・１５ａ・１７・１８と接続されており、該システムコントローラ７は、図２に示すように、リレー１１・１５ａ・１７・１８のオン・オフ（開閉）を制御する。このオン・オフ制御は、船舶の航走状態、バッテリ１４の充放電状態、インバータ１５に接続される電気負荷（インバータ負荷）等の状態に基づいて行われている。
また、システムコントローラ７はＤＣ／ＤＣコンバータ１３に接続されており、該システムコントローラ７はＤＣ／ＤＣコンバータ１３に対して充電電流指示を送る。
【００３２】
また、システムコントローラ７はバッテリ１４と接続されており、該バッテリ１４からシステムコントローラ７にバッテリ１４の充放電状態を表す電圧値・電流値が入力される。バッテリ１４の電圧値および電流値はそれぞれ、バッテリ端子電圧検出手段としての電圧センサ３３、バッテリ充放電電流検出手段（バッテリ充電電流検出手段）としての電流センサ３４により検出される。更に、バッテリ１４には、バッテリ周囲温度（バッテリ雰囲気温度）を検出するバッテリ温度検出手段としてのサーミスタ等の温度センサ３７が付設されており、該温度センサ３７はシステムコントローラ７と接続されている。温度センサ３７により検出されたバッテリ雰囲気温度はシステムコントローラ７に入力される。
【００３３】
また、システムコントローラ７はインバータ１５に接続されており、該システムコントローラ７はインバータ１５（リレー１５ａ）に対してオン・オフ信号を出力する。一方、インバータ１５はシステムコントローラ７に対してインバータ１５に接続される電気負荷の状態を表すインバータ入力電圧値、インバータ入力電流値、アラーム信号を出力する。インバータ入力電圧値およびインバータ入力電流値は、それぞれ、電圧センサ３１および電流センサ３２により検出される。
【００３４】
また、システムコントローラ７は表示モニタ２３と接続されており、該表示モニタ２３はシステムコントローラ７に入力される種々の検出値等を表示して、操船者が本システムの状態を把握できるようにしている。
【００３５】
本システムでは、例えば、図２に示すようなＨ１からＨ１６までの動作モードがある。以下、各モードについて説明する。
【００３６】
Ｈ１およびＨ２は、モータ５のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源はバッテリ１４である。これらのモードによりエンジン停止状態でも航行可能となる。
【００３７】
Ｈ３およびＨ８は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源はバッテリ１４である。これらのモードにより、発電機１０が損傷等でその電力が使用できない場合であっても、モータ５によるエンジンアシストが可能となる。なお、本実施例で「エンジンアシスト」とは、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の一部をモータ５により賄うことを意味する。
【００３８】
Ｈ４およびＨ９は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源は発電機１０の電力である。これらのモードにより、バッテリ１４が損傷等でその電力が使用できない場合であっても、モータ５によるエンジンアシストが可能となる。
【００３９】
Ｈ５およびＨ１０は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動し、モータ５を駆動するに当たって発電機１０の電力が不足するときはバッテリ１４の放電により不足電力を補い、発電機１０の電力に余裕があるときはバッテリ１４を充電するモードである。これらのモードにより、モータ５の所要駆動力を確保してバッテリ１４の充電が可能となる。
【００４０】
Ｈ６およびＨ１１は、エンジン２および発電機１０の電力により駆動されるモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給するモードである。これらのモードにより、インバータ１５の電気負荷への電力供給とモータ５によるエンジンアシストの両立が可能となる。
【００４１】
Ｈ７およびＨ１２は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給し、モータ５を駆動するに当たって発電機１０の電力が不足するときはバッテリ１４の放電により不足電力を補い、モータ５の駆動およびインバータ１５を介しての電力供給に当たって発電機１０の電力に余裕があるときはバッテリ１４を充電するモードである。これらのモードにより、インバータ１５を介しての電力供給を安定化できるとともに、モータ５の所要駆動力を確保してエンジンアシストが可能となる。
【００４２】
Ｈ１３はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するのみであり発電機１０はエンジン２と同期回転するが実質停止しているモードである。このモードにより、インバータ１５を介しての電力供給およびモータ５の駆動が不要またはこれらの機器の損傷等により不能の場合にあってもエンジン航行が可能となる。
【００４３】
Ｈ１４はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、発電機１０の電力でバッテリ１４を充電するモードである。このモードにより、航行しながらバッテリ１４の充電が可能となる。
【００４４】
Ｈ１５はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、発電機１０の電力でバッテリ１４を充電およびインバータ１５を介して電力供給を行うモードである。このモードにより、航行、インバータ１５を介しての電力供給およびバッテリ１４の充電を並立できる。
【００４５】
Ｈ１６はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給するモードである。このモードにより、航行およびインバータ１５を介しての電力供給を並立できる。
【００４６】
なお、Ｈ１とＨ２との違いは、本システムを搭載した船舶が定常（＝定速）航行状態か加速航行状態かの違いである。Ｈ３とＨ８との違い、Ｈ４とＨ９との違い、Ｈ５とＨ１０との違い、Ｈ６とＨ１１との違い、およびＨ７とＨ１２との違いについても同様である。
また、モータ５によるエンジンアシストによりエンジン２を燃費の良い回転域で使用することができ、かつ、モータ５の駆動源もバッテリ１４またはエンジン２により駆動される発電機１０の電力であるので本システムの燃費性を向上できる。
一方、エンジン２により駆動される発電機１０の電力をインバータ１５を介して電気負荷へ供給できるので別個の発電機が不要とでき、本システムを搭載した船舶の空間利用性を向上できる。
【００４７】
次に、本システムにおける充放電制御について説明する。
まず、バッテリ端子電圧およびバッテリ充放電電流を計測することによるバッテリ１４の充電状態（以下、「ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）」という）を演算する制御について、図３、図４、図５を用いて説明する。前述したように、エンジン２の駆動により発電機１０にて発電された交流電力を整流機器１２にて整流・平滑化した後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３により所定の電圧に変圧されて、リレー１７を介してバッテリ１４に充電される（図１）。また、バッテリ１４からの放電電力によりモータコントローラ６へ電力供給を行って、モータ５を駆動可能としている（図１）。
【００４８】
充放電中のバッテリ電圧（バッテリ１４の端子電圧）ＶＢは、次式（１）により表され、この式を用いてバッテリ１４のＳＯＣを算出する。
ＶＢ＝Ｅ０±ＩＣＤ・Ｒ０ ・・・（１）
式（１）において、Ｅ０はバッテリ１４の起電力（バッテリ開路電圧）、ＩＣＤはバッテリ１４の充放電電流、Ｒ０はバッテリ１４の内部抵抗である。バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤは電流の向きによって、充電電流ＩＣまたは放電電流ＩＤとなり、式（１）においては、＋（プラス）の場合には充電電流であり、−（マイナス）の場合には放電電流である。
【００４９】
まず、バッテリ電圧ＶＢおよび充放電電流ＩＣＤが、電圧センサ３３および電流センサ３４により所定時間中に複数回、検出されて、検出されたバッテリ電圧ＶＢおよび充放電電流ＩＣＤがシステムコントローラ７に送られる。システムコントローラ７はバッテリ内部抵抗平均値演算手段として機能して、入力されたバッテリ電圧ＶＢおよび充放電電流ＩＣＤに基づいてバッテリ１４の内部抵抗Ｒ０を演算する。
図３には、複数回分（図３では１０回分）のバッテリ電圧ＶＢと充放電電流ＩＣＤの検出結果を示している。図３中の直線は、バッテリ電圧ＶＢと充放電電流ＩＣＤとの関係を示す直線であり、複数回分の検出結果に対して、検出誤差を少なくするために、移動平均を使用することにより求められる。このとき、直線の傾きがバッテリ１４の内部抵抗Ｒ０の平均値であり、この傾きを算出することにより、バッテリ１４の内部抵抗Ｒ０の平均値が求められる。
【００５０】
次に、算出された内部抵抗Ｒ０の平均値に基づき、式（１）からバッテリ開路電圧Ｅ０を演算する。このとき、システムコントローラ７はバッテリ開路電圧演算手段として機能する。
予めシステムコントローラ７には、図４に示すような、バッテリ開路電圧Ｅ０とバッテリ１４のバッテリ液（電解液）の比重との関係と、図５に示すような、バッテリ液の比重とバッテリ１４の放電深度（ＤＯＤ）との関係が記憶されている。このＤＯＤとＳＯＣとは、ともにバッテリの充電状態を表す量であり、両者間には、ＤＯＤ＋ＳＯＣ＝１００％という関係がある。
【００５１】
バッテリ開路電圧Ｅ０が分かると、システムコントローラ７は、バッテリ液比重演算手段として機能して、バッテリ開路電圧Ｅ０とのバッテリ液の比重との関係により、あるバッテリ温度（周囲温度）に対するバッテリ液の比重が算出される。そして、算出されたバッテリ液の比重から、バッテリ液の比重とＤＯＤとの関係により、バッテリ１４のＤＯＤが演算される。また、このＤＯＤに対するバッテリ１４のＳＯＣも演算される。このとき、システムコントローラ７はＳＯＣ演算手段（ＤＯＤ演算手段）として機能している。なお、システムコントローラ７には、バッテリ液とＤＯＤとの関係に替えて、バッテリ液とＳＯＣとの関係を予め記憶させておいてもよい。
【００５２】
このように、バッテリ１４の端子電圧ＶＢおよび充放電電流ＩＣＤを所定時間中に複数回検出して、バッテリ１４の内部抵抗Ｒ０の平均値を求め、この内部抵抗Ｒ０の平均値に基づいてＳＯＣを演算することにより、バッテリ１４の端子電圧ＶＢまたは充放電電流ＩＣＤの検出誤差を吸収してＳＯＣの正確性を高めることができる。そして、検出誤差の少ないＳＯＣを推定することにより、確実な充放電制御が可能となり、過充電および過放電の防止が図れ、更には、バッテリ１４の寿命を延ばすことにもつながる。
【００５３】
次に、内分値ＳＯＣを演算することによるバッテリ１４のＳＯＣを推定する制御について、図６を用いて説明する。この充放電制御は、バッテリ充放電電流ＩＣＤを積分して充電量ＳＯＣ１（第一ＳＯＣ）を推定し、更にバッテリ１４が充放電状態にない（充放電電流検出値がほぼ０）時のバッテリ端子電圧ＶＢを検出し、バッテリ１４の充電量ＳＯＣ２（第二ＳＯＣ）を推定する。そして、ＳＯＣ１をＳＯＣ２により補正し、正確性の高い充電量ＳＯＣを算出しようというものである。
【００５４】
具体的な制御について、図６を参照しながら説明する。
まず、システムコントローラ７からの指示により、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤを電流センサ３４により検出する（ステップＳ１）。このとき、検出された充放電電流ＩＣＤはシステムコントローラ７に入力される。次に、システムコントローラ７は、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤを積分（電流積算）することにより、ＩＣＤ・Δｔを求める（ステップＳ２）。ここで、Δｔは、充放電電流ＩＣＤの検出時間である。
【００５５】
そして、ＳＯＣ１を、次式（２）により推定する（ステップＳ３）。
ＳＯＣ１＝ＳＯＣ±ＩＣＤ・Δｔ ・・・（２）
式（２）の右辺のＳＯＣは、前述したように、バッテリ端子電圧ＶＢおよびバッテリ充放電電流ＩＣＤを検出することにより算出されるＳＯＣである。また、右辺の±（プラスマイナス）の符号は、前述の式（１）の場合と同様に、バッテリ１４の充放電電流の向きによって定まり、充電電流のときは、＋（プラス）となり、放電電流のときは、−（マイナス）となる。そして、式（２）によれば、バッテリ１４にて充放電が行われている場合には、ＳＯＣに変動があることを示しており、その変動後の充電量をＳＯＣ１として表している。このＳＯＣ１はバッテリ１４が充電状態の場合には増加し、放電状態の場合には減少するため、このＳＯＣ１からバッテリ１４の状態の変化を知ることができる。なお、このとき、システムコントローラ７は、ＳＯＣ１演算手段として機能する。
【００５６】
次に、バッテリ充放電電流ＩＣＤが０であるかどうかの判定を行う（ステップＳ４）。０である場合には、つまり、バッテリ１４が充放電を行っておらず、充放電電流ＩＣＤが停止している場合には、次のステップＳ５へ移行する。ステップＳ５では、所定時間以上待機したか否かの判定が行われ、待機時間が所定時間以上である場合には、システムコントローラ７が、バッテリ開路電圧演算手段として機能して、バッテリ開路電圧Ｅ０を算出する（ステップＳ６）。すなわち、ＩＣＤが０である場合には、バッテリ１４の内部抵抗Ｒ０を考慮する必要がなく、式（１）は、Ｅ０＝ＶＢとなるため、電圧センサ３３でバッテリ１４の端子電圧ＶＢを検出することによって、バッテリ開路電圧Ｅ０を算出できる。なお、充放電電流ＩＣＤが０であるとは、バッテリ１４が充放電を行っていない、待機状態にあることを意味しており、この待機状態のＳＯＣ（ＳＯＣ２）を求めることによって、バッテリ状態をより正確に把握できるようにしている。また、ステップＳ５においては、バッテリ１４が待機状態にあることを確認するために、所定時間の経過を判定している。
一方、ステップＳ４において、充放電電流ＩＣＤが０ではない場合、および、ステップＳ５において、待機時間が所定時間以下の場合には、前記ステップＳ１へ移行する。
【００５７】
バッテリ開路電圧Ｅ０を算出した後、システムコントローラ７に予め記憶されているバッテリ開路電圧Ｅ０とＳＯＣとの関係から、算出された開路電圧Ｅ０に対する充電量ＳＯＣ２を推定する（ステップＳ７）。このとき推定されるＳＯＣ２は、前述したように、バッテリ１４が充放電を行っていない静的状態（待機状態）にある場合のバッテリ１４の状態を示す量である。
次に、ＳＯＣ２によりＳＯＣ１を、次式（３）を用いて補正係数をＫ（０＜Ｋ＜１）として、補正する（ステップＳ８）。
内分値ＳＯＣ＝Ｋ・ＳＯＣ１＋（１−Ｋ）・ＳＯＣ２ ・・・（３）
この式（３）により求められる内分値ＳＯＣは、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤに基づくＳＯＣ１と、バッテリ開路電圧Ｅ０により算出したＳＯＣ２とを、（１−Ｋ）：Ｋの割合で内分した値である。つまり、内分値ＳＯＣは、バッテリ１４が充放電を行っている動的状態と、充放電を行っていない静的状態とを加味した値となっている。このとき、システムコントローラ７は、内分値ＳＯＣ演算手段として機能する。そして、システムコントローラ７は、算出されたＳＯＣ（内分値ＳＯＣ）を出力する（ステップＳ９）。
【００５８】
このように、動的変化の結果である、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤの検出結果に基づくＳＯＣ１と、静的状態の結果である、バッテリ開路電圧Ｅ０に基づくＳＯＣ２との内分値によりＳＯＣを演算することにより、充放電中および待機状態のいずれのＳＯＣについてもその正確性を高めることができる。従来は、検出されたバッテリ充放電電流ＩＣＤを積分してＳＯＣを推定してしたため、その測定誤差をも積分することとなり、ＳＯＣの推定結果における誤差が大きく生じてしまうという不具合があったが、以上のような制御を行うことにより、検出誤差の少ないバッテリ１４のＳＯＣの推定が可能となり、航走中においても、時間変化するＳＯＣを正確に求めることができる。
【００５９】
そして、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤが所定値以上のときは、式（３）における補正係数Ｋを０．５より大きく設定して、内分値ＳＯＣを算出する。つまり、内分値ＳＯＣにおけるＳＯＣ１の占める割合を０．５よりも大きくする。充放電電流ＩＣＤが所定値以上の場合には、バッテリ１４の動的変化の観点から求められるＳＯＣ１を重視して、内分値ＳＯＣにおけるその割合（補正係数）Ｋを大きくしている。
【００６０】
このように、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤが大きい場合には、バッテリ１４における電流の流出・流入が多く、充放電電流ＩＣＤによる影響が大きいものとして、その動的な状態をより反映させるため、内分値ＳＯＣにおけるＳＯＣ１の占める割合を、ＳＯＣ２の占める割合よりも大きく設定して、充放電中のＳＯＣの正確性を高めることを可能としている。
【００６１】
また、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤが所定値以下で、かつ、この所定値以下となっている期間が所定時間以上の場合には、式（３）における補正係数Ｋを０．５より小さく設定して、内分値ＳＯＣを算出する。つまり、内分値ＳＯＣにおけるＳＯＣ２の占める割合を０．５よりも大きくする。充放電電流ＩＣＤが所定値以下の場合には、バッテリ１４の静的状態の観点から求められるＳＯＣ２を重視して、内分値ＳＯＣにおけるその割合（１−Ｋ）を大きくしている。
【００６２】
このように、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤが小さく、その期間が長い場合には、バッテリ１４における電流の流出・流入が少なく、充放電電流ＩＣＤによる影響が小さいものとして、その待機状態または待機状態に近い状態をより反映させるため、内分値ＳＯＣにおけるＳＯＣ２の占める割合を、ＳＯＣ１の占める割合よりも大きく設定して、待機状態または待機状態に近い状態のＳＯＣの正確性を高めることを可能としている。
【００６３】
次に、本システムにおいてバッテリ１４の使用領域を広げる充放電制御について、図７、図９を用いて説明する。図７では、横軸をＳＯＣとし、縦軸を放電電流および充電電流としている。縦軸が放電電流である場合には、図７の下の方向（矢印の方向）に向かって、放電電流が小さくなる向きとしており、ＳＯＣが所定の下限値（図７では、５０％）以下では、放電電流は０となり、この場合には、バッテリ１４は充電のみを行うようにしている。また、縦軸が充電電流である場合には、上の方向（矢印の方向）に向かって、充電電流が小さくなる向きとしていおり、ＳＯＣが所定の上限値（図７では１００％）以上では、充電電流は０となり、この場合には、バッテリ１４は放電のみを行うようにしている。
図７においては、バッテリ使用可能領域が示されている。このバッテリ使用可能領域には、横軸のＳＯＣの値に応じて、通常制御領域と充電優先制御領域とが設けられている。通常制御領域として、ＥＶ用の通常制御領域とＨＶ用の通常制御領域とがあり、ＥＶ用通常制御領域では、「モータ単独」モードにて充放電制御が行われており、ＨＶ用通常制御領域では、「エンジンおよびモータ」モードにて充放電制御が行われている。ＳＯＣが小さくなる充電優先制御領域では、放電電流を徐々に減少させる制御（モータ出力制限）を行い、充電を極力確保することで、過放電境界でバッテリ１４を使用せず、バッテリ使用領域を広げるとともに、過放電を可能な限り防いでいる。一方、ＳＯＣが大きくなる領域では、バッテリ１４の容量密度を高めるために徐々に充電電流を減少させる制御を行っている。
【００６４】
充電優先制御領域の近傍における具体的な制御について、図９を参照しながら説明する。
まず、システムコントローラ７からの指示により、バッテリ１４の端子電圧ＶＢを電圧センサ３３により検出する（ステップＴ１）。このとき、検出されたバッテリ端子電圧ＶＢはシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７は、前述したＳＯＣを演算する制御の場合と同様にして、バッテリ１４のＳＯＣを算出する（ステップＴ２）。次に、システムコントローラ７は、モータ出力ＰＭおよび発電機出力ＰＧを算出する（ステップＴ３）。ＰＭおよびＰＧは、次式（４）、（５）により求められる値である。
ＰＭ＝ＮＭ・ＴＭ・ηＭ ・・・（４）
ＰＧ＝ＶＧ・ＩＧ・ηＧ ・・・（５）
ここで、ＮＭはモータ５の回転数、ＴＭはモータ５のトルク、ＶＧは発電機１０の出力電圧、ＩＧは発電機１０の出力電流、ηＭ、ηＧは所定の係数である。
【００６５】
次に、システムコントローラ７は、算出されたＰＧとＰＭとの大小を比較する（ステップＴ４）。つまり、充放電の出力の収支（ＰＧ−ＰＭ）により、バッテリ１４が充電状態か放電状態かが判定される。ステップＴ４の判定において、ＰＧ＞ＰＭの場合には、バッテリ１４は充電状態にあると判定され、ＰＧ≦ＰＭの場合には、バッテリ１４は放電状態にあると判定される。そして、充電状態（ＰＧ＞ＰＭ）と判定された場合には、ＳＯＣが所定値（図９では、６０％）以上であるかどうかの判定が行われ（ステップＴ５）、ＳＯＣが６０％以上である場合には、後述するような充電制御を行う（ステップＴ６）。一方、ＳＯＣが６０％以上ではない場合には、更に、ＳＯＣが所定の下限値（図９では、５０％）より小さいかどうかの判定が行われる（ステップＴ８）。なお、後述するハイブリッドシステムＢにあっては、充放電の判定は、昇降圧チョッパ４４（図１３）の動作状態、または昇降圧チョッパ４４とバッテリ１４の間を流れる電流の向きにより判定する。
【００６６】
そして、ＳＯＣが５０％より小さい場合には、システムコントローラ７はモータコントローラ６に対して発電機作動信号を出力して、強制的な発電によりバッテリ１４を充電状態とする強制充電モードとし、また、操船者へアラームにて強制発電機始動を知らせる（ステップＴ９）。
強制充電モードに切り換わると、エンジン２が駆動し、発電機１０が作動する（ステップＴ１０）。このとき、充電電流ＩＣは最大となっており（ステップＴ１１）、モータ５は停止状態にある（ステップＴ１２）。このように、強制充電モードでは、発電機１０を作動させて、バッテリ１４への充電のみを行い、モータ５（モータコントローラ６）へ電力供給を行わず、バッテリ１４からの放電を行わないこととしている。このとき、システムコントローラ７はバッテリ充放電制御手段として機能する。
その結果、ＳＯＣが所定値（図９では、６０％）以上となったか否かが判定され（ステップＴ１３）、ＳＯＣが６０％以上になっていない場合には、前記ステップＴ１１へ移行し、ＳＯＣが６０％以上となるまで強制充電モードを引き続き行う。
一方、６０％以上である場合には、強制充電モードを終了し、ＳＯＣとモータ５による発電制御に切り換える（ステップＴ１４）。この制御は、警報や強制充電なしのＳＯＣによる制御であって、常時発電可能でモータ５は一時的な出力となっており、このため細かな制御を必要としない。
【００６７】
前記（ステップＴ８）において、ＳＯＣが５０％より小さくない場合には、再度、ＳＯＣが６０％以下である否かを判定し（ステップＴ１５）、６０％以下ではない場合には、前記ステップＴ１４へ移行し、ＳＯＣとモータ５による発電制御を行う。一方、ＳＯＣが６０％以下である場合には、ＳＯＣは充電優先制御領域にあり、操船者に対してバッテリ１４への充電を行うように警告し（ステップＴ１６）、モータ５の出力制御を行った後（ステップＴ１７）、前記ステップＴ１４へ移行する。このモータ出力制御では、図７に示すように、ＳＯＣが充電優先制御領域にある場合に、ＳＯＣが所定の下限値（５０％）に近づくにつれてバッテリ１４からの放電電流を徐々に減少させることにより、バッテリ１４への充電を極力確保する制御を行っており、このとき、システムコントローラ７はバッテリ放電電流減少手段として機能する。
【００６８】
前記ステップＴ５において、バッテリ１４が放電状態（ＰＧ≦ＰＭ）と判定された場合には、航走モードが「モータ単独」となっているかどうかの判定が行われ（ステップＴ７）、「モータ単独」モードである場合には前記ステップＴ８へ移行し、「モータ単独」モードではない場合にはステップＴ１４へ移行する。
この「モータ単独」モードとなっているバッテリ１４が放電状態の場合においても、ＳＯＣが５０％以下であれば、モータ５を停止して、強制充電モードにて充放電制御が行われ（ステップＴ９〜ステップＴ１３）、ＳＯＣが５０％以上６０％以下の充電優先制御領域では、モータ５への放電電流を徐々に減少させるモータ出力制限による充放電制御が行われる（ステップＴ１６、Ｔ１７）。
【００６９】
このように、バッテリ１４のＳＯＣが所定の下限値以下の場合には、強制充電モードに切り換えて、充電のみを行う制御とすることにより、ＳＯＣにてバッテリ１４の充放電を制御しているため、バッテリ１４のＳＯＣ管理の制度が向上する。
また、バッテリ１４のＳＯＣが充電優先制御領域にある場合には、モータ出力制御に切り換えて、ＳＯＣが所定の下限値に近づくにつれて、バッテリ１４からの放電電流を徐々に減少させる制御を行うことにより、バッテリ１４が過放電状態になるのを防止するとともに、バッテリ１４の放電可能範囲を広げて、電気負荷への電力供給能力の向上が図れる。
【００７０】
次に、本システムにおいてバッテリ１４の充電電圧を検出することによる充放電制御について、図８を用いて説明する。図８には、この充放電制御におけるバッテリ端子電圧ＶＢとバッテリ充電電流ＩＣとの時間変化を表している。バッテリ端子電圧ＶＢとバッテリ充電電流ＩＣとは、システムコントローラ７の指示により、電圧センサ３３および電流センサ３４にて検出される。
【００７１】
図８に示すように、予めバッテリ充電電圧（バッテリ端子電圧）の上限値ＶＢＭＡＸ（図８の破線）を設定しておく。バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸを超えるまでは、バッテリ充電電流ＩＣを最大電流として、バッテリ１４の充電を行う。バッテリ１４の充電により、バッテリ１４のＳＯＣは徐々に大きくなる。そして、バッテリ端子電圧ＶＢが上昇して、上限値ＶＢＭＡＸとなったとき、バッテリ充電電流ＩＣを減少させる制御を行う。図８においては、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸに達したとき、バッテリ充電電流ＩＣを半減させている。このとき、システムコントローラ７がバッテリ充電電流減少手段として機能している。バッテリ充電電流ＩＣを減少させると、バッテリ端子電圧ＶＢも一旦降下し、この分だけの電位差が生ずるため、バッテリ１４への充電を行い易い状態になる。
【００７２】
次に、半減したバッテリ充電電流ＩＣにて充電を続けると、バッテリ端子電圧ＶＢが上昇して、再び、上限値ＶＢＭＡＸに達する。上限値ＶＢＭＡＸに達すると、再び、バッテリ充電電流ＩＣを減少させる制御を行う。図８においては、このとき減少された充電電流ＩＣは最大電流の１／４となっている。そして、バッテリ充電電流ＩＣを減少させると、バッテリ端子電圧ＶＢも再び降下する。
このような制御を繰り返すことにより、ＳＯＣが、充電末期となる１００％に近づくため、バッテリ充電電流ＩＣを減少させてもバッテリ端子電圧ＶＢが変化せず、バッテリ充電電流ＩＣも微小電流となる。図８では、バッテリ充電電流ＩＣを減少させる制御を三度繰り返した後に、最小電流にて長時間、バッテリ１４の充電を行っている。充電終了時には、徐々に電流が流れなくなり、バッテリ端子電圧ＶＢが一定となるため、特別な制御を必要としない。この場合、充電時間が長くなっても、バッテリ１４へは微小電流しか流れていないため、過充電を防止でき、また、長時間微小電流での充電が可能なため、充分にＳＯＣを確保できる。
【００７３】
以上のように、バッテリ１４の充電が進むにつれて（ＳＯＣが１００％に近づくにつれて）、段階的にバッテリ充電電流ＩＣを減少させることにより、バッテリ１４の過充電を防止できるとともに、ＳＯＣが１００％近傍の充電末期では、バッテリ充電電流ＩＣを少量にすることにより、バッテリ１４の容量密度を高め、かつ、充電精度を高めることができる。また、バッテリ１４の寿命を延ばすことができる。
【００７４】
また、バッテリ端子電圧ＶＢに加えて、バッテリ充電電流ＩＣから算出されるＳＯＣを考慮することによる充放電制御を行うことも可能である。この充放電制御について、図１０を参照しながら説明する。
まず、システムコントローラ７からの指示により、バッテリ１４の端子電圧ＶＢおよび充電電流ＩＣが電圧センサ３３および電流センサ３４にて検出され、このとき検出されたバッテリ端子電圧ＶＢおよび充電電流ＩＣがシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７は、前述したＳＯＣを演算する制御の場合と同様にして、バッテリ１４のＳＯＣを算出する（ステップＵ１）。次に、この算出されたＳＯＣを、ＳＯＣＬ（ＳＯＣの最小限度値）およびＳＯＣＨ（ＳＯＣの最大限度値）と比較する（ステップＵ２）。そして、算出されたＳＯＣがＳＯＣＨよりも大きい場合には（ＳＯＣ＞ＳＯＣＨ）、バッテリ１４は、すでに最大限充電された状態となっているため、何の制御も行わず、終了する。算出されたＳＯＣがＳＯＣＬ以上かつＳＯＣＨ以下である場合には（ＳＯＣＬ≦ＳＯＣ≦ＳＯＣＨ）、後述するステップＵ８へ移行する。一方、算出されたＳＯＣがＳＯＣＬよりも小さい場合には（ＳＯＣ＜ＳＯＣＬ）、前述の強制充電モードに切り換わり、強制的にバッテリ１４への充電のみを行うように制御する。このとき、電圧センサ３３により検出されたバッテリ端子電圧ＶＢが所定の上限値ＶＢＭＡＸより大きいか否かが判定され（ステップＵ３）、大きくない場合には、バッテリ充電電流ＩＣを最大電流の状態として、バッテリ１４への充電を行う（ステップＵ４）。
そして、前述したＳＯＣを演算する制御の場合と同様にして、バッテリ充電電流ＩＣを積算することにより、ＳＯＣの修正を行う（ステップＵ６）。つまり、前記式（２）を用いて、充電電流ＩＣを加味することにより算出されたＳＯＣ１を、修正したＳＯＣの値として採用する。
一方、ステップＵ３において、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸよりも大きい場合には、バッテリ１４への充電を行わずに（ステップＵ５）、ステップＵ６へ移行する。
【００７５】
次に、ステップＵ６において修正されたＳＯＣの値がＳＯＣＬより大きいか否かが判定される（ステップＵ７）。大きくない場合には（ＳＯＣ≦ＳＯＣＬ）、前記ステップＵ３へ移行し、ＳＯＣがＳＯＣＬより大きくなるまで強制充電モードを引き続き行う。一方、大きい場合には（ＳＯＣ＞ＳＯＣＬ）、再度、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸより大きいか否かが判定される（ステップＵ８）。大きくない場合には、バッテリ充電電流ＩＣを最大電流の状態にして、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸより大きくなるまで、バッテリ１４の充電を行う（ステップＵ９）。一方、ステップＵ８において、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸよりも大きい場合には、つまり、バッテリ端子電圧ＶＢが所定の上限値ＶＢＭＡＸに達した場合には、バッテリ充電電流ＩＣを減少させて、半分にする制御を行う（ステップＵ１０）。このとき、システムコントローラ７がバッテリ充電電流減少手段として機能し、バッテリ充電電流ＩＣは最大電流の１／２となる。
そして、前記ステップＵ６と同様にして半減させたバッテリ充電電流ＩＣを積算することにより、ＳＯＣの値を修正する（ステップＵ１１）。
【００７６】
次に、再度、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸより大きいか否かが判定される（ステップＵ１２）。大きくない場合には、バッテリ充電電流ＩＣを最大電流の１／２の状態にして、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸより大きくなるまで、バッテリ１４の充電を行う（ステップＵ１３）。一方、ステップＵ１２において、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸよりも大きい場合には、バッテリ充電電流ＩＣを減少させて、半分にする制御を行う（ステップＵ１４）。このとき、システムコントローラ７がバッテリ充電電流減少手段として機能し、バッテリ充電電流ＩＣは最大電流の１／４になっている。そして、前記ステップＵ６と同様にして減少したバッテリ充電電流ＩＣを積算することにより、ＳＯＣの値を修正する（ステップＵ１５）。
【００７７】
次に、再び、バッテリ端子電圧ＶＢが所定の上限値ＶＢＭＡＸより大きいか否かが判定される（ステップＵ１６）。大きくない場合には、バッテリ充電電流ＩＣを最大電流の１／４の状態にして、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸより大きくなるまで、バッテリ１４の充電を行う（ステップＵ１７）。一方、ステップＵ１６において、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸよりも大きい場合には、バッテリ充電電流ＩＣを減少させる制御を行う（ステップＵ１８）。このとき、システムコントローラ７がバッテリ充電電流減少手段として機能し、バッテリ充電電流ＩＣは最大電流の１／４よりも小さい最小電流（微小電流）となっている。
そして、前記ステップＵ６と同様にして、最小電流となったバッテリ充電電流ＩＣを積算することにより、ＳＯＣの値を修正する（ステップＵ１９）。
【００７８】
更に、バッテリ端子電圧ＶＢが所定の上限値ＶＢＭＡＸより大きいか否かが判定される（ステップＵ２０）。大きい場合には、この充放電制御を終了し、一方、大きくない場合には、バッテリ充電電流ＩＣを最小電流の状態として充電を始めてから、所定時間が経過したか否かが判定される（ステップＵ２１）。所定時間が経過している場合には、前記ステップＵ６と同様にして、最小電流となっているバッテリ充電電流ＩＣを積算することにより、ＳＯＣの値を修正して（ステップＵ２２）、この充放電制御を終了する。一方、所定時間が経過していない場合には、前記ステップＵ１８へ移行する。
【００７９】
このようにして、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤの影響を大きく受ける場合において、充放電電流ＩＣＤの検出結果に基づく第一ＳＯＣに基づいて充電電流ＩＣを減少させることにより、実際のＳＯＣに、より対応した充電が可能となる。また、バッテリ端子電圧ＶＢによって充電電流ＩＣを減少させることにより過充電を防止できる。また、以上のように、バッテリ１４のＳＯＣとバッテリ端子電圧ＶＢとを併用することにより、ＳＯＣのみを管理する場合に比べ、ＳＯＣ管理の精度を向上させることができる。更には、バッテリ１４の寿命を延ばすことが可能となる。
【００８０】
次に、本システムにおけるバッテリ１４の充放電制御によるバッテリ暖機制御について、図１１、図１２を用いて説明する。このバッテリ暖機制御では、温度センサ３７（図１）により検出されるバッテリ１４の周囲温度（バッテリ雰囲気温度）Ｔが所定温度ＴＳＥＴより低い場合に、目標ＳＯＣを変更することで、バッテリ１４を充電状態または放電状態として、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤが流れることに伴う発熱量によって、バッテリ１４の暖機を行うこととしている。
【００８１】
具体的な制御について、図１２を参照しながら説明する。
まず、システムコントローラ７からの指示により、バッテリ雰囲気温度Ｔが温度センサ３７により検出され（ステップＶ１）、検出されたバッテリ雰囲気温度Ｔがシステムコントローラ７に入力される（図１）。そして、このバッテリ雰囲気温度Ｔが基準となる所定温度ＴＳＥＴより低いか否かが判定され（ステップＶ２）、低くない場合には、バッテリ暖機の制御を行う必要がないため、バッテリ１４のＳＯＣを予めシステムコントローラ７に設定された目標ＳＯＣに近づけて、一致させるように発電機１０の発電量を制御する（ステップＶ４）。一方、低い場合には（Ｔ＜ＴＳＥＴ）、バッテリ雰囲気温度Ｔにおけるバッテリ１４のＳＯＣが、予めシステムコントローラ７に設定されている所定値（図１２では８０％）より大きいか否かが判定される（ステップＶ３）。バッテリ１４のＳＯＣは、前述したＳＯＣを演算する制御の場合と同様にして、バッテリ端子電圧ＶＢ、バッテリ充放電電流ＩＣＤを検出することにより算出される。そして、バッテリ１４のＳＯＣが８０％より大きい場合（図１１では、ＡおよびＣの場合）には、バッテリ１４を放電状態にして、バッテリ１４から放電電流を流すことによるバッテリ暖機制御を行い（ステップＶ５〜Ｖ９）、一方、バッテリ１４のＳＯＣが８０％より大きくない場合（図１１ではＢの場合）には、バッテリ１４を充電状態にして、バッテリ１４へ充電電流を流すことによるバッテリ暖機制御が行われる（ステップＶ１０〜Ｖ１４）。
【００８２】
放電によるバッテリ暖機制御では、まず、バッテリ雰囲気温度Ｔにおける設定ＳＯＣ（ＳＯＣＡＤＤＳＥＴ）を次式（６）により算出する（ステップＶ５）。
ＳＯＣＡＤＤＳＥＴ＝８０−（ＳＯＣ−８０）−ＳＯＣＡＤＤ ・・・（６）
この式（６）によれば、設定ＳＯＣは、予め設定された所定のＳＯＣ（８０％）から（ＳＯＣ−８０）を減じた値から、更に、若干の補正量ＳＯＣＡＤＤを減じた値となっている。よって、設定ＳＯＣは、８０％よりも小さい値となる。
【００８３】
次に、算出された設定ＳＯＣがＳＯＣ下限値（ＳＯＣＭＩＮ）より大きいか否かが判定される（ステップＶ６）。大きい場合には、設定ＳＯＣを目標ＳＯＣ（ＳＯＣＳＥＴ）として設定し（ステップＶ７）、大きくない場合には、ＳＯＣ下限値を目標ＳＯＣとして設定する（ステップＶ８）。このとき、システムコントローラ７が目標ＳＯＣ変更手段として機能している。図１１では、ＳＯＣ下限値は５５％に設定されており、ＳＯＣが５０％以下となる過放電領域に、目標ＳＯＣが設定されないようにしている。
【００８４】
そして、目標ＳＯＣは、現在のバッテリ１４のＳＯＣよりも小さくなっているため、バッテリ１４を放電状態としたモータ制御を行うことにより、現在のＳＯＣを目標ＳＯＣに近づける制御を行う（ステップＶ９）。このとき、バッテリ１４からバッテリ放電電流が流れているため、この放電電流による発熱によって、バッテリ暖機制御を行うこととしている。このように、バッテリ雰囲気温度Ｔが所定温度ＴＳＥＴより低くなる低温時に、目標ＳＯＣを小さく設定することにより放電電流が増し、バッテリ１４を暖機できる。また、これによりバッテリ１４の端子電圧ＶＢの降下を防止できる。
【００８５】
逆に、充電によるバッテリ暖機制御においても、まず、バッテリ雰囲気温度Ｔにおける設定ＳＯＣ（ＳＯＣＡＤＤＳＥＴ）を次式（７）により算出する（ステップＶ１０）。
ＳＯＣＡＤＤＳＥＴ＝８０＋（８０−ＳＯＣ）＋ＳＯＣＡＤＤ ・・・（７）
この式（７）によれば、設定ＳＯＣは、予め設定された所定のＳＯＣ（８０％）に（８０−ＳＯＣ）を加えた値に、更に、若干の補正量ＳＯＣＡＤＤを加えた値となっている。よって、この場合の設定ＳＯＣは、８０％よりも大きい値となる。
【００８６】
次に、算出された設定ＳＯＣがＳＯＣ上限値（ＳＯＣＭＡＸ）より小さいか否かが判定される（ステップＶ１１）。小さい場合には、設定ＳＯＣを目標ＳＯＣ（ＳＯＣＳＥＴ）として設定し（ステップＶ１２）、小さくない場合には、ＳＯＣ上限値を目標ＳＯＣとして設定する（ステップＶ１３）。このとき、システムコントローラ７が目標ＳＯＣ変更手段として機能している。図１１では、ＳＯＣ上限値は９５％に設定されており、ＳＯＣが１００％である過充電領域に、目標ＳＯＣが設定されないようにしている。
【００８７】
そして、目標ＳＯＣは、現在のバッテリ１４のＳＯＣよりも大きくなっているため、バッテリ１４を充電状態としたエンジン（発電）制御を行うことにより、現在のＳＯＣを目標ＳＯＣに近づける制御を行う（ステップＶ１４）。このとき、バッテリ１４へバッテリ充電電流が流れているため、この充電電流による発熱によって、バッテリ暖機制御を行うこととしている。このように、バッテリ雰囲気温度Ｔが所定温度ＴＳＥＴより低くなる低温時に、目標ＳＯＣを大きく設定することにより充電電流が増し、バッテリ１４を暖機できる。また、これによりバッテリ１４の端子電圧ＶＢの降下を防止できる。
【００８８】
以上のように、バッテリ１４の暖機を、ＳＯＣの値に応じて充放電を制御して、自動的に行うことにより、充電または放電、単独のみの場合に比べて、暖機速度を高めることができ、効果的な暖機を行うことができる。
そして、バッテリ１４の暖機を行うことにより、バッテリ１４の電圧降下を防ぎ、モータ５等の出力不足を防止できる。この結果、モータ５によるアシスト、加速を充分に行うことができ、迅速な応答性が得られる。更には、エンジン２の暖機も促進され、低温時の始動不良を改善することができる。
【００８９】
また、図１３に示すようなハイブリッドシステムＢにおいて、前述した充放電制御を行うことも可能である。
ハイブリッドシステムＢの構成は、ハイブリッドシステムＡの構成を変更したものとなっており、その機能は略同様のものとなっている。すなわち、ハイブリッドシステムＢにおけるモータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）４０が、ハイブリッドシステムＡのモータ５と発電機１０に相当する。また、ハイブリッドシステムＢにおけるＶＶＶＦインバータコンバータ（可変電圧可変周波数インバータコンバータ）４２と単相ＣＶＣＦインバータ（単相定電圧定周波数インバータ）４３と昇降圧チョッパ４４とにより構成されるインバータ部４１が、ハイブリッドシステムＡにおけるモータコントローラ６とＤＣ／ＤＣコンバータ１３と整流機器１２とインバータ１５に相当する。また、ハイブリッドシステムＢは、後述するようにスタータ機能を備えているため、ハイブリッドシステムＡにおけるエンジン２始動用のスタータモータ２ａ、スタータバッテリ２４等に相当するものを備えていない。
【００９０】
図１３に示すように、モータジェネレータ４０は、システム１において、エンジン２と動力伝達装置３との間に介装されている。モータジェネレータ４０が発電機器として機能する場合（図１４のＭ４からＭ７、および図１７の電力供給機能の場合）には、エンジン２の駆動によりモータジェネレータ４０が作動され、該モータジェネレータ４０により発電された電力（発電機出力）はインバータ部４１に入力され、該インバータ部４１からバッテリ１４への充電や、切換機器１９、出力ソケット２０を介して船内供給を行っている。また、モータジェネレータ４０が、モータとして機能する場合（図１４のＭ１からＭ３、図１５のスタータ機能、および図１６のアシスト機能の場合）には、エンジン２の始動や、航走のアシストを行っている。
【００９１】
インバータ部４１のＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、モータジェネレータ４０が発電機器として機能する場合にはインバータ部４１に入力される発電機出力の整流・平滑を行い、また、モータジェネレータ４０がモータとして機能する場合にはモータ制御を行う。また、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７はＶＶＶＦインバータコンバータ４２に対し、モータとしてのモータジェネレータ４０の起動（回転数）指示、およびアシスト（トルク）指令を出力する。一方、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はシステムコントローラ７へモータとしてのモータジェネレータ４０の回転数、トルク、アラーム、直流電圧を送る。
【００９２】
単相ＣＶＣＦインバータ４３は、該単相ＣＶＣＦインバータ４３に接続される電気負荷に電力を供給するときに作動して、その供給電力を所定の周波数の交流電力として供給できるようにしている。単相ＣＶＣＦインバータ４３には、該単相ＣＶＣＦインバータ４３に接続される電気負荷に供給される電流および電圧を検出するための電流センサおよび電圧センサ（図示略）が備えられている。また、単相ＣＶＣＦインバータ４３はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７は単相ＣＶＣＦインバータ４３に対し、運転・停止指示を出力する。一方、単相ＣＶＣＦインバータ４３はシステムコントローラ７へ前記電圧センサにより検出した交流電圧、電流センサにより検出した交流電流、交流電力、アラームを送る。
【００９３】
昇降圧チョッパ４４はバッテリ１４と接続されており、該バッテリ１４が放電を行う場合には、昇圧チョッパとして機能してバッテリ１４の放電電圧を所定の電圧に昇圧し、また、バッテリ１４への充電を行う場合には、降圧チョッパとして機能して、バッテリ１４への充電電圧を所定の電圧に降圧する。また、昇降圧チョッパ４４はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７は昇降圧チョッパ４４に対し、運転・停止指示、充電電流指示、充電指示、バッテリ温度検出指示を出力する。一方、昇降圧チョッパ４４はシステムコントローラ７へバッテリ電圧、バッテリ充放電電流、バッテリ温度（バッテリ雰囲気温度）、アラームを送る。バッテリ電圧およびバッテリ充放電電流は電圧センサおよび電流センサ（図示略）により検出される。また、バッテリ温度は、バッテリ１４に付設される温度センサにより検出される。
【００９４】
ハイブリッドシステムＢの動作モードを図１４から図１８により詳しく説明する。
図１５には、エンジン２を始動するときの電気回路の作動および駆動力の伝達状態が示されている。バッテリ１４から昇降圧チョッパ４４により昇圧された電力がＶＶＶＦインバータコンバータ４２により所要の電圧および周波数に変換されて、モータジェネレータ４０に供給され、モータジェネレータ４０がモータとして機能してエンジン２を始動する。これは、ハイブリッドシステムＡと比べてハイブリッドシステムＢ特有のモードである。ハイブリッドシステムＡに用いられる発電機１０並びにハイブリッドシステムＢに用いられるモータジェネレータ４０は、エンジン２のクランク軸と常時同期回転する構成である。このため、モータジェネレータ４０をモータとして駆動すればエンジン２の始動が可能となる。一方、ハイブリッドシステムＡの場合、モータ５はセイルドライブ３およびプロペラ４と常時同期回転する構成であり、エンジン２とはセイルドライブ３に内装されるクラッチにより断接されるからである。これにより、エンジン２を始動するためのスタータバッテリ２４等を削減できる。
【００９５】
図１６には、モータジェネレータ４０によりエンジンアシストを行うときの電気回路の作動および駆動力の伝達状態が示されている。バッテリ１４からモータジェネレータ４０までの電気回路の作動状態は図１５と同様である。モータジェネレータ４０およびエンジン２の駆動力の和が、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動力となる。これにより、モータジェネレータ４０によるエンジンアシストによりエンジン２を燃費の良い回転域で使用することができ、かつ、モータジェネレータ４０の駆動源もバッテリ１４であるので本システムの燃費性を向上できる。
【００９６】
図１７には、モータジェネレータ４０により発電された電力により単相ＣＶＣＦインバータ４３を介して電力供給、またはバッテリ１４の充電を行うときの電気回路の作動および駆動力の伝達状態が示されている。エンジン２によりセイルドライブ３およびプロペラ４並びにモータジェネレータ４０が駆動される。これにより、モータジェネレータ４０が発電を行い、その電力がＶＶＶＦインバータコンバータ４２により整流・平滑され、その後、単相ＣＶＣＦインバータ４３により所定の電圧および周波数に変換されて電気負荷へ供給される。このとき、整流・平滑後の電力に余剰があれば昇降圧チョッパ４４により降圧されてバッテリ１４の充電に費やされる。これにより、航行および単相ＣＶＣＦインバータ４３の電気負荷への電力供給が並立できる。更にバッテリ１４の充電も可能となる。
【００９７】
図１８には、バッテリ１４により昇降圧チョッパ４４および単相ＣＶＣＦインバータ４３を介して電力供給を行うときの電気回路の作動状態が示されている。バッテリ１４から昇降圧チョッパ４４により昇圧された電力が単相ＣＶＣＦインバータ４３により所定の電圧および周波数に変換されて電気負荷へ供給される。
これは、ハイブリッドシステムＡと比べてハイブリッドシステムＢ特有のモードである。これにより、モータジェネレータ４０で発電される電力が不足するときにその補償が可能となる。また、エンジン２の停止中でも単相ＣＶＣＦインバータ４３の電気負荷への電力供給が可能となる。
【００９８】
そして、図１４で示すＭ１は、図１５または図１６で表される動作モードである。Ｍ２は、図１６で表される動作モードである。Ｍ３は、図１５または図１６、および図１８で表される動作モードの組合せモードである。Ｍ４は、図２のＨ１３と同様の動作モードである。Ｍ５は、図１７の内、単相ＣＶＣＦインバータ４３による電力供給が停止している動作モードである。Ｍ６は、図１７で表される動作モードである。Ｍ７は、図１７の内、バッテリ１４の充電が停止している動作モードである。Ｍ８は、図１８で表される動作モードである。
【００９９】
ハイブリッドシステムＢでは、ハイブリッドシステムＡと比べてきめ細かなモードは実現できない代わりに配線を低減できるので本質的に生産性（特に組立性）および信頼性が向上できる。更に、ハイブリッドシステムＡと比べてエンジン２の始動のためのスタータバッテリ２４等が削減できるので、本システムを搭載した船舶の空間利用性を向上できる。また、モータジェネレータ４０で発電される電力が不足するときにその補償が可能となるとともに、エンジン２の停止中でも単相ＣＶＣＦインバータ４３の電気負荷への電力供給が可能となるので、電力使用の利便性が向上する。
【０１００】
ハイブリッドシステムＢには、システム１にバッテリ１４が備えられており、前述したハイブリッドシステムＡと略同様の充放電制御を行っている（図３乃至図１２参照）。
まず、バッテリ端子電圧およびバッテリ充放電電流を検出することによるバッテリ１４の充電状態（ＳＯＣ）を演算する制御では、バッテリ１４に備えられる前記電流センサがバッテリ充放電電流検出手段として、前記電圧センサがバッテリ端子電圧検出手段として、システムコントローラ７がバッテリ内部抵抗平均値演算手段、バッテリ開路電圧演算手段、バッテリ液比重演算手段、およびＳＯＣ演算手段として、それぞれ機能している。
【０１０１】
また、内分値ＳＯＣを演算することによるバッテリ１４のＳＯＣを推定する制御では、システムコントローラ７が、ＳＯＣ１演算手段、バッテリ開路電圧演算手段、および内分値ＳＯＣ演算手段として機能している。
また、バッテリ１４の使用領域を広げる充放電制御では、システムコントローラ７がバッテリ充放電制御手段、およびバッテリ放電電流減少手段として機能している。
また、バッテリ１４の充電電圧を検出することによる充放電制御では、バッテリ充電電流減少手段として機能している。
そして、バッテリ１４の充放電制御によるバッテリ暖機制御では、バッテリ１４に備えられる温度センサがバッテリ温度検出手段として、システムコントローラ７が目標ＳＯＣ変更手段として、それぞれ機能している。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、請求項１に示す如く、エンジン、電動機器、動力伝達装置、発電機器、およびバッテリからなり、動力伝達装置の駆動源としてエンジンまたは電動機器が用いられ、発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、発電された電力によりコンバータを介してバッテリを充電するハイブリッドシステムにおいて、バッテリの端子電圧を所定時間中に複数回、検出するバッテリ端子電圧検出手段と、バッテリの充放電を所定時間中に複数回、検出するバッテリ充放電電流検出手段と、これらの検出結果に基づいてバッテリの内部抵抗の平均値を演算するバッテリ内部抵抗平均値演算手段と、この内部抵抗の平均値と前記検出結果に基づいてバッテリ開路電圧を演算するバッテリ開路電圧演算手段と、予め記憶されたバッテリ開路電圧とバッテリ液の比重との関係よりバッテリ液の比重を演算するバッテリ液比重演算手段と、予め記憶されたバッテリ液の比重とバッテリの放電深度、または、バッテリ充電状態との関係よりバッテリ充電状態を演算するバッテリ充電状態演算手段とを備えるので、バッテリの端子電圧および充放電電流を所定時間中に複数回検出して、バッテリの内部抵抗の平均値を求め、この内部抵抗の平均値に基づいてＳＯＣを演算することにより、バッテリの端子電圧または充放電電流の検出誤差を吸収してＳＯＣの正確性を高めることができる。そして、検出誤差の少ないＳＯＣを推定することにより、確実な充放電制御が可能となり、過充電および過放電の防止が図れ、更には、バッテリの寿命を延ばすことにもつながる。
【０１０３】
請求項２に示す如く、請求項１記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流の検出結果に基づき第一バッテリ充電状態を演算する第一バッテリ充電状態演算手段と、所定時間バッテリ充放電電流が停止したことを判定したときバッテリ端子電圧に基づきバッテリ開路電圧を演算するバッテリ開路電圧演算手段と、このバッテリ開路電圧に基づき前記バッテリ液比重演算手段およびバッテリ充電状態演算手段より演算される第二バッテリ充電状態と前記第一バッテリ充電状態の内分値を演算する内分値バッテリ充電状態演算手段とを備えるので、動的変化の結果である、バッテリの充放電電流の検出結果に基づく第一ＳＯＣと、静的状態の結果である、バッテリ開路電圧に基づく第２ＳＯＣの内分値によりＳＯＣを演算することにより、充放電中および待機状態のいずれのＳＯＣについてもその正確性を高めることができる。検出誤差の少ないバッテリのＳＯＣの推定が可能となり、航走中においても、時間変化するＳＯＣを正確に求めることができる。
【０１０４】
請求項３に示す如く、請求項２記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流が所定値以上のときは、内分値バッテリ充電状態における第一バッテリ充電状態の占める割合を０．５より大きくするので、充放電電流の影響が大きい場合には、第一ＳＯＣの占める割合を０．５より大きくすることにより、充放電中のＳＯＣの正確性を高めることができる。
【０１０５】
請求項４に示す如く、請求項２記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流が所定値以下で、かつ、その期間が所定期間以上のときは、内分値バッテリ充電状態における第一バッテリ充電状態の占める割合を０．５より小さくするので、充放電電流の影響が小さく待機状態、または待機状態に近い状態の場合には、第一ＳＯＣの占める割合を０．５より小さくすることにより、待機状態、または待機状態に近い状態のＳＯＣの正確性を高めることができる。
【０１０６】
請求項５に示す如く、請求項１または請求項２記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ充電状態が所定の下限値以下のときは充電のみ、所定の上限値以上のときは放電のみを行うよう制御するバッテリ充放電制御手段を備えるので、ＳＯＣにより充放電を制限することにより、バッテリのＳＯＣ管理の精度の向上を図ることができる。
【０１０７】
請求項６に示す如く、請求項５記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ充電状態が所定値以下になると所定の下限値以下になるまでの間は、バッテリからの放電電流をバッテリ充電状態が所定の下限値に近づくほど減少させるバッテリ放電電流減少手段を備えるので、バッテリが過放電状態になるのを防止するとともに、バッテリの放電可能範囲を広げて電気負荷への電力供給能力の向上を図ることができる。
【０１０８】
請求項７に示す如く、請求項５記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ充電状態が所定値以上になると所定の上限値になるまでの間は、バッテリへの充電電流をバッテリ充電状態が所定の上限値に近づくほど減少させるバッテリ充電電流減少手段を備えるので、ＳＯＣが１００％に近づくにつれて、段階的に充電電流を抑制できることにより、過充電を防止できるとともに、ＳＯＣの１００％近傍では、充電電流を少量にできることにより、バッテリの容量密度を高め、かつ、充電精度を高めることができる。
【０１０９】
請求項８に示す如く、エンジン、電動機器、動力伝達装置、発電機器、およびバッテリからなり、動力伝達装置の駆動源としてエンジンまたは電動機器が用いられ、発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、発電された電力によりコンバータを介してバッテリを充電するハイブリッドシステムにおいて、バッテリの端子電圧を検出するバッテリ端子電圧検出手段と、バッテリ端子電圧が所定の上限値になったとき充電電流を減少させるバッテリ充電電流減少手段とを備えるので、充電が進むにつれて、段階的に充電電流を抑制できることにより、過充電を防止できるとともに、充電末期では、充電電流を少量にできることにより、バッテリの容量密度を高め、かつ、充電精度を高めることができる。また、バッテリの寿命を延ばすことができる。
【０１１０】
請求項９に示す如く、請求項７記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流を所定時間中に複数回、検出するバッテリ充放電電流検出手段と、バッテリの充放電電流の検出結果に基づき第一バッテリ充電状態を演算する第一バッテリ充電状態演算手段と、第一バッテリ充電状態とバッテリ端子電圧に基づき充電電流を減少させる充電電流減少手段とを備えるので、充放電電流の影響を大きく受ける場合において、充放電電流の検出結果に基づく第一ＳＯＣに基づいて充電電流を減少させることにより、実際のＳＯＣに、より対応した充電が可能となる。また、バッテリ端子電圧によって充電電流を減少させることにより過充電を防止できる。また、バッテリのＳＯＣとバッテリ端子電圧とを併用することにより、ＳＯＣのみを管理する場合に比べ、ＳＯＣ管理の精度を向上させることができる。更には、バッテリ１４の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１１１】
請求項１０に示す如く、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ雰囲気温度を検出するバッテリ温度検出手段と、バッテリ雰囲気温度が所定値より小さいとき目標バッテリ充電状態を大きくする目標バッテリ充電状態変更手段とを備えるので、低温時に目標ＳＯＣを大きくすることにより充電電流が増し、バッテリを暖機できる。また、バッテリ暖機により、バッテリの電圧降下を防ぎ、電動機等の出力不足を防止できる。この結果、電動機によるアシスト、加速を充分に行うことができ、迅速な応答性が得ることができる。更には、エンジンの暖機も促進され、低温時の始動不良を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハイブリッドシステムＡを示す図。
【図２】ハイブリッドシステムＡにおける動作モードの一例を示す図。
【図３】バッテリの内部抵抗を算出するためのバッテリ電圧と充放電電流との関係を示す図。
【図４】バッテリ液の比重とバッテリ開路電圧の関係を示す図。
【図５】バッテリ液の比重とバッテリの放電深度（ＤＯＤ）の関係を示す図。
【図６】内分値ＳＯＣを演算することによるバッテリのＳＯＣ推定の制御の手順を示す図。
【図７】バッテリの使用可能領域を示す図。
【図８】バッテリ充電電圧による充放電制御におけるバッテリ充電電圧と充電電流の時間変化を示す図。
【図９】充電優先制御領域の近傍における充放電制御の手順を示す図。
【図１０】ＳＯＣとバッテリ端子電圧によりバッテリの充放電を制御する手順を示す図。
【図１１】バッテリ暖機制御における現在のＳＯＣと目標ＳＯＣの時間変化を示す図。
【図１２】バッテリ暖機制御の手順を示す図。
【図１３】ハイブリッドシステムＢを示す図。
【図１４】ハイブリッドシステムＢにおける動作モードの一例を示す図。
【図１５】ハイブリッドシステムＢにおけるスタータ機能を示す図。
【図１６】ハイブリッドシステムＢにおけるモータジェネレータによる動力アシスト機能を示す図。
【図１７】ハイブリッドシステムＢにおける電力供給（発電あり）機能を示す図。
【図１８】ハイブリッドシステムＢにおける電力供給（発電なし）機能を示す図。
【符号の説明】
１ システム
２ エンジン
３ 動力伝達装置
４ プロペラ
５ モータ
７ システムコントローラ
１０ 発電機
１３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４ バッテリ
３３ 電圧センサ
３４ 電流センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッドシステムに関し、特に、エンジンを駆動源とした発電機器により発電された電力を、コンバータを介してバッテリに充電するハイブリッドシステムに関する。なお、本発明における「ハイブリッド」とは、エンジンから少なくとも機械的駆動力と電力を取り出すという意味である。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ハイブリッドシステムとして、例えば、電気自動車や船舶等の移動体にの移動体に用いられているものがあり、エンジンを駆動源とした発電機器により発電された電力をコンバータを介して、移動体に備えられたバッテリに充電する技術が知られている。そして、バッテリの充電状態（以下、「ＳＯＣ」という。）を検出する装置または方法、および、このＳＯＣに基づく充放電制御のことが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２３８１０６号公報
【特許文献２】
特開２００２−５１４７０号公報
【特許文献３】
特開２０００−１６６１０５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のハイブリッドシステムにおけるＳＯＣに基づく充放電制御には、次のような不具合があった。
まず、バッテリ充放電電流とバッテリ電圧とを検出して、バッテリ充放電電流の積算値（積分値）を算出することにより、バッテリのＳＯＣを推定していた。
しかし、バッテリ充放電電流の積分する際にバッテリ充放電電流の検出誤差をも積分していたため、ＳＯＣの推定結果において誤差が大きく生じ、その精度があまりよくないものとなっていた。このため、本発明においては、バッテリ充放電電流を積分して得られたＳＯＣを、バッテリが充放電状態にない場合のＳＯＣにより補正することで、ＳＯＣの誤差を少なくして、正確性の高いＳＯＣを推定することを課題とする。また、検出されたバッテリ充放電電流とバッテリ電圧に対して移動平均を使用することにより検出誤差を少なくして、バッテリのＳＯＣ推定の精度を向上させることを課題とする。
また、走行（航走）中において、バッテリの過放電を防止するために、バッテリのＳＯＣが所定レベルまで低下した場合に、発電走行を行い、ＳＯＣがある程度回復した場合に発電を停止して走行していた。このように、バッテリＳＯＣが所定の範囲に収まるように、目標ＳＯＣを設定し、発電機の発電を制御していた。しかし、この制御では、バッテリ使用領域を狭くするという問題があった。このため、本発明においては、通常のバッテリ制御領域とは別に充電優先制御領域を設け、この充電優先制御領域では、バッテリの充電をできるだけ確保することにより、バッテリ使用領域を広げ、かつ、バッテリの過放電を防止することを課題とする。
また、バッテリ充電電圧の上限値を設定し、この上限値よりもバッテリ電圧が上昇すると充電を終了していた。しかし、バッテリの過充電、または、充分に充電されないという問題があった。このため、本発明においては、バッテリ充電電流を段階的に減少させることにより、バッテリの過充電を防止し、バッテリのＳＯＣを充分に確保することを課題とする。
更に、バッテリ温度が低い場合には、バッテリで電圧降下が発生するため、充分な充放電電流が確保されないことにより、エンジンの始動不良やモータの出力不足が発生するという不具合があった。そして、この際、バッテリの暖機を手動により行っていた。このため、バッテリの暖機を自動的に、かつ、効果的に行い、これにより、バッテリ電圧降下を防止し、エンジンの始動不良やモータの出力不足を解消することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項１においては、エンジン、電動機器、動力伝達装置、発電機器、およびバッテリからなり、動力伝達装置の駆動源としてエンジンまたは電動機器が用いられ、発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、発電された電力によりコンバータを介してバッテリを充電するハイブリッドシステムにおいて、バッテリの端子電圧を所定時間中に複数回、検出するバッテリ端子電圧検出手段と、バッテリの充放電を所定時間中に複数回、検出するバッテリ充放電電流検出手段と、これらの検出結果に基づいてバッテリの内部抵抗の平均値を演算するバッテリ内部抵抗平均値演算手段と、この内部抵抗の平均値と前記検出結果に基づいてバッテリ開路電圧を演算するバッテリ開路電圧演算手段と、予め記憶されたバッテリ開路電圧とバッテリ液の比重との関係よりバッテリ液の比重を演算するバッテリ液比重演算手段と、予め記憶されたバッテリ液の比重とバッテリの放電深度、または、バッテリ充電状態との関係よりバッテリ充電状態を演算するバッテリ充電状態演算手段とを備えるものである。
【０００６】
請求項２においては、請求項１記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流の検出結果に基づき第一バッテリ充電状態を演算する第一バッテリ充電状態演算手段と、所定時間バッテリ充放電電流が停止したことを判定したときバッテリ端子電圧に基づきバッテリ開路電圧を演算するバッテリ開路電圧演算手段と、このバッテリ開路電圧に基づき前記バッテリ液比重演算手段およびバッテリ充電状態演算手段より演算される第二バッテリ充電状態と前記第一バッテリ充電状態の内分値を演算する内分値バッテリ充電状態演算手段とを備えるものである。
【０００７】
請求項３においては、請求項２記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流が所定値以上のときは、内分値バッテリ充電状態における第一バッテリ充電状態の占める割合を０．５より大きくするものである。
【０００８】
請求項４においては、請求項２記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流が所定値以下で、かつ、その期間が所定期間以上のときは、内分値バッテリ充電状態における第一バッテリ充電状態の占める割合を０．５より小さくするものである。
【０００９】
請求項５においては、請求項１または請求項２記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ充電状態が所定の下限値以下のときは充電のみ、所定の上限値以上のときは放電のみを行うよう制御するバッテリ充放電制御手段を備えるものである。
【００１０】
請求項６においては、請求項５記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ充電状態が所定値以下になると所定の下限値以下になるまでの間は、バッテリからの放電電流をバッテリ充電状態が所定の下限値に近づくほど減少させるバッテリ放電電流減少手段を備えるものである。
【００１１】
請求項７においては、請求項５記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ充電状態が所定値以上になると所定の上限値になるまでの間は、バッテリへの充電電流をバッテリ充電状態が所定の上限値に近づくほど減少させるバッテリ充電電流減少手段を備えるものである。
【００１２】
請求項８においては、エンジン、電動機器、動力伝達装置、発電機器、およびバッテリからなり、動力伝達装置の駆動源としてエンジンまたは電動機器が用いられ、発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、発電された電力によりコンバータを介してバッテリを充電するハイブリッドシステムにおいて、バッテリの端子電圧を検出するバッテリ端子電圧検出手段と、バッテリ端子電圧が所定の上限値になったとき充電電流を減少させるバッテリ充電電流減少手段とを備えるものである。
【００１３】
請求項９においては、請求項７記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流を所定時間中に複数回、検出するバッテリ充放電電流検出手段と、バッテリの充放電電流の検出結果に基づき第一バッテリ充電状態を演算する第一バッテリ充電状態演算手段と、第一バッテリ充電状態とバッテリ端子電圧に基づき充電電流を減少させる充電電流減少手段とを備えるものである。
【００１４】
請求項１０においては、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ雰囲気温度を検出するバッテリ温度検出手段と、バッテリ雰囲気温度が所定値より小さいとき目標バッテリ充電状態を大きくする目標バッテリ充電状態変更手段とを備えるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について添付の図面を用いて説明する。
図１は本発明の一つである「エンジン、発電機、モータ、コンバータ、バッテリ、および動力伝達装置」よりなるハイブリッドシステム（以下、「ハイブリッドシステムＡ」という。）を示す図、図２はハイブリッドシステムＡの動作モードの一例を示す図、図３はバッテリの内部抵抗を算出するためのバッテリ電圧と充放電電流との関係を示す図、図４はバッテリ液の比重とバッテリ開路電圧の関係を示す図、図５はバッテリ液の比重とバッテリの放電深度（ＤＯＤ）の関係を示す図、図６は内分値ＳＯＣを演算することによるバッテリのＳＯＣ推定の制御の手順を示す図、図７はバッテリの使用可能領域を示す図、図８はバッテリ充電電圧による充放電制御におけるバッテリ充電電圧と充電電流の時間変化を示す図、図９は充電優先制御領域の近傍における充放電制御の手順を示す図、図１０はＳＯＣとバッテリ端子電圧によりバッテリの充放電を制御する手順を示す図、図１１はバッテリ暖機制御における現在のＳＯＣと目標ＳＯＣの時間変化を示す図、図１２はバッテリ暖機制御の手順を示す図、図１３は本発明の一つである「エンジン、モータジェネレータ、コンバータ、バッテリ、および動力伝達装置」よりなるハイブリッドシステム（以下、「ハイブリッドシステムＢ」という。）を示す図、図１４はハイブリッドシステムＢの動作モードの一例を示す図、図１５はハイブリッドシステムＢのスタータ機能を示す図、図１６はハイブリッドシステムＢのモータジェネレータによる動力アシスト機能を示す図、図１７はハイブリッドシステムＢの電力供給（発電あり）機能を示す図、図１８はハイブリッドシステムＢの電力供給（発電なし）機能を示す図である。
【００１６】
本発明の一つであるハイブリッドシステムＡについて説明する。
ハイブリッドシステムＡは、図１に示すような構成である。ハイブリッドシステムＡでは、水中推進用に備えられるプロペラ４の駆動をエンジン２とモータ５との両方により可能としている。なお、後述するように、図１３に示すハイブリッドシステムＢのような構成とすることも可能である。また、以下では、ハイブリッドシステムを船舶について適用した実施例について説明しているが、その他の移動体（例えば、自動車等）に適用することも可能である。
【００１７】
図１において、システム１は、エンジン２および動力伝達装置３を有しており、該動力伝達装置３としてはセイルドライブが用いられ、その後下部にはプロペラ４が接続されている。これにより、システム１は船舶の推進システムとして利用することができる。
エンジン２からの駆動力は動力伝達装置３によりプロペラ４に伝達され、その結果プロペラ４が回転駆動される。動力伝達装置３内にはクラッチが備えられており、該クラッチによりエンジン２からの駆動力の断接と動力伝達の回転方向（プロペラ４の回転方向）の切り換えを行うようにしている。
なお、本実施例においては、システム１は動力伝達装置３がエンジン２の下方へ大きく延出し、該動力伝達装置３に直接プロペラ４が取り付けられたセイルドライブに構成されているが、動力伝達装置３の後端部に、プロペラ４のプロペラ軸が装着されるマリンギアに構成することもできる。
【００１８】
また、本システムにおいては、エンジン２と動力伝達装置（セイルドライブ）３との間に、発電機器である発電機１０を介装している。エンジン２により発電機１０を駆動して、該発電機１０により発電された電力は、後述するように電動機駆動用に用いられたり、船内電力として供給されたりするようにしている。
【００１９】
発電機１０は、例えば、高周波発電機に構成されており、該発電機１０の出力部には、リレー（電磁開閉器）１１、整流機器１２、インバータ１５が接続されている。
また、発電機１０は前記整流機器１２を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ（直流／直流コンバータ）１３と接続されている。
【００２０】
整流機器１２は、例えば、平滑用コンデンサで構成されており、発電機１０により発電された交流電力を整流・平滑化して、直流に変換する。整流機器１２からＤＣ／ＤＣコンバータ１３に送られた電力は、該ＤＣ／ＤＣコンバータ１３により所定の電圧に変圧されて、リレー１７を介してバッテリ１４を充電する。
【００２１】
一方、整流機器１２からインバータ１５に送られた電力は、該インバータ１５により交流に変換されて、切換機器１９を介して出力ソケット２０から交流電力として船内供給可能とされる。切換機器１９にて商用電源（外部電源）とインバータ１５により変換された交流電力とを切換可能としている。このように、インバータ１５を介して電気負荷（ＡＣ出力）が接続できるようにしている。なお、切換機器１９を切換スイッチで構成して手動により切り換えを行ってもよく、また、電磁接触器で構成してインバータ出力と商用電源との切り換えを自動で行ってもよい。電磁接触器で構成する場合には、該電磁接触器にシステムコントローラ７からオン・オフ信号が入力されるように、システムコントローラ７と接続しておく。そして、インバータ１５には、リレー１５ａが内蔵されており、該リレー１５ａはシステムコントローラ７と接続されている。
【００２２】
動力伝達装置３の上端部には電動機器（モータ）５が設置されており、該モータ５の出力軸は動力伝達装置３の伝達軸と接続されている。モータ５はモータコントローラ６と接続されており、該モータコントローラ６によりモータ５を制御する構成としている。また、モータコントローラ６はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７からの指令がモータコントローラ６へ入力されるようにしている。
また、モータコントローラ６は、リレー１８を介して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１３とバッテリ１４に接続されており、バッテリ１４、またはＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介して発電機１０から電力供給を受けて、フィールド電流（界磁電流）で発生させた磁界とアマチュア電流（電機子電流）によりモータ５を駆動する。そして、モータコントローラ６がこれらの電流または電圧を制御してモータ５の回転数およびトルクを制御する。
【００２３】
船体の前後進の切り換えやエンジン２の駆動力の調節は、船舶の操作部８に配設されるレバー９等の操作具を操作することによって行われる。レバー９には、例えば、シフトレバー、レギュレータレバー、モード切換レバー等があり、それぞれシステムコントローラ７と接続されている。そして、レバー９を操作することにより、システムコントローラ７にレバー位置に対応した信号が入力される。
【００２４】
例えば、操作部８のシフトレバーを操作すると、シフトレバー位置（前進・中立・後進）に対応する信号がシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７によりシフトアクチュエータ２１を作動させるようにしている。シフトアクチュエータ２１は動力伝達装置３のクラッチに接続されており、該シフトアクチュエータ２１の作動により、動力伝達装置３の伝動軸の正転・中立・逆転を切り換えて、前進・中立・後進の切り換えを行うこととしている。このように、シフトレバーを操作することにより、船体の前後進の切り換えを行っている。
【００２５】
また、操作部８のレギュレータレバーを操作すると、レギュレータレバー位置に対応する信号がシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７によりレギュレータアクチュエータ２２を作動させるようにしている。レギュレータアクチュエータ２２はエンジン２のレギュレータに接続されており、該レギュレータアクチュエータ２２の作動により、エンジン２における燃料噴射量を調節して、エンジン２の駆動力を調節可能としている。このように、レギュレータレバーを操作することにより、エンジン２の駆動力の調整を行っている。
【００２６】
また、操作部８にはモード切換レバーが配設されており、該モード切換レバーを操作することにより、本システムの動作モードを切換可能としている。この動作モードの例としては、図２に示すようなものがあり、モード切換レバーにより、「航走モード」の切り換えを行う。そして、「航走モード」の切り換えを行うと、システムコントローラ７へモード信号が入力されて、該システムコントローラ７により各「航走モード」に対応した本システムの制御が行われるようにしている。
具体的には、図２に示すように「航走モード」の切り換えにより、プロペラ４の駆動を、エンジン２のみにより駆動するモード、エンジン２により駆動しつつ、モータ５により駆動をアシストするモード、モータ５のみにより駆動するモード、の３種類のパターンにより行うことを可能としている。
【００２７】
エンジン２内にはエンジン２始動用のスタータモータ２ａと機関付発電機であるオルタネータ２ｂが備えられており、該スタータモータ２ａはリレー２５を介してスタータバッテリ２４と接続され、該スタータバッテリ２４はオルタネータ２ｂと接続されている。また、スタータモータ２ａ、オルタネータ２ｂ、スタータバッテリ２４はメインリレー２６を介して前記システムコントローラ７と接続されている。オルタネータ２ｂからの発電出力は、エンジン２のスタータモータ２ａを駆動するためのスタータバッテリ２４に充電され、該スタータバッテリ２４に蓄積された電力をエンジン２始動の際に用いるようにしている。
【００２８】
以上のように構成される本システムにおいて、メインコントローラとしてのシステムコントローラ７は次のように機能して、本システムの制御を行う。前述したように、システムコントローラ７は操作部８のレバー９（シフトレバー、レギュレータレバー、モード切換レバー）と接続されている。また、システムコントローラ７はシフトアクチュエータ２１およびレギュレータアクチュエータ２２と接続されている。
【００２９】
また、システムコントローラ７はエンジン２と接続されており、該エンジン２からシステムコントローラ７にエンジン回転数が入力される。エンジン２の回転数は、エンジン２に付設される回転数センサ３５により検出される。
また、システムコントローラ７はモータ５と接続されており、該モータ５からシステムコントローラ７にモータ回転数およびモータ５の温度が入力される。モータ５の回転数は、モータ５に付設される回転数センサ３６により検出され、モータ５の温度は、サーミスタ等の温度センサ（図示せず）により検出される。
【００３０】
また、システムコントローラ７はモータコントローラ６と接続されており、該システムコントローラ７はモータコントローラ６に対して回転方向信号、出力信号、モード信号等を出力する。一方、モータコントローラ６は、モータ５に異常が発生した場合には、アラーム信号をシステムコントローラ７へ送る。
また、システムコントローラ７は発電機１０と接続されており、該発電機１０からシステムコントローラ７に発電機１０の温度が入力される。発電機１０の温度は、サーミスタ等の温度センサ（図示せず）により検出される。
【００３１】
また、システムコントローラ７はリレー１１・１５ａ・１７・１８と接続されており、該システムコントローラ７は、図２に示すように、リレー１１・１５ａ・１７・１８のオン・オフ（開閉）を制御する。このオン・オフ制御は、船舶の航走状態、バッテリ１４の充放電状態、インバータ１５に接続される電気負荷（インバータ負荷）等の状態に基づいて行われている。
また、システムコントローラ７はＤＣ／ＤＣコンバータ１３に接続されており、該システムコントローラ７はＤＣ／ＤＣコンバータ１３に対して充電電流指示を送る。
【００３２】
また、システムコントローラ７はバッテリ１４と接続されており、該バッテリ１４からシステムコントローラ７にバッテリ１４の充放電状態を表す電圧値・電流値が入力される。バッテリ１４の電圧値および電流値はそれぞれ、バッテリ端子電圧検出手段としての電圧センサ３３、バッテリ充放電電流検出手段（バッテリ充電電流検出手段）としての電流センサ３４により検出される。更に、バッテリ１４には、バッテリ周囲温度（バッテリ雰囲気温度）を検出するバッテリ温度検出手段としてのサーミスタ等の温度センサ３７が付設されており、該温度センサ３７はシステムコントローラ７と接続されている。温度センサ３７により検出されたバッテリ雰囲気温度はシステムコントローラ７に入力される。
【００３３】
また、システムコントローラ７はインバータ１５に接続されており、該システムコントローラ７はインバータ１５（リレー１５ａ）に対してオン・オフ信号を出力する。一方、インバータ１５はシステムコントローラ７に対してインバータ１５に接続される電気負荷の状態を表すインバータ入力電圧値、インバータ入力電流値、アラーム信号を出力する。インバータ入力電圧値およびインバータ入力電流値は、それぞれ、電圧センサ３１および電流センサ３２により検出される。
【００３４】
また、システムコントローラ７は表示モニタ２３と接続されており、該表示モニタ２３はシステムコントローラ７に入力される種々の検出値等を表示して、操船者が本システムの状態を把握できるようにしている。
【００３５】
本システムでは、例えば、図２に示すようなＨ１からＨ１６までの動作モードがある。以下、各モードについて説明する。
【００３６】
Ｈ１およびＨ２は、モータ５のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源はバッテリ１４である。これらのモードによりエンジン停止状態でも航行可能となる。
【００３７】
Ｈ３およびＨ８は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源はバッテリ１４である。これらのモードにより、発電機１０が損傷等でその電力が使用できない場合であっても、モータ５によるエンジンアシストが可能となる。なお、本実施例で「エンジンアシスト」とは、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の一部をモータ５により賄うことを意味する。
【００３８】
Ｈ４およびＨ９は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源は発電機１０の電力である。これらのモードにより、バッテリ１４が損傷等でその電力が使用できない場合であっても、モータ５によるエンジンアシストが可能となる。
【００３９】
Ｈ５およびＨ１０は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動し、モータ５を駆動するに当たって発電機１０の電力が不足するときはバッテリ１４の放電により不足電力を補い、発電機１０の電力に余裕があるときはバッテリ１４を充電するモードである。これらのモードにより、モータ５の所要駆動力を確保してバッテリ１４の充電が可能となる。
【００４０】
Ｈ６およびＨ１１は、エンジン２および発電機１０の電力により駆動されるモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給するモードである。これらのモードにより、インバータ１５の電気負荷への電力供給とモータ５によるエンジンアシストの両立が可能となる。
【００４１】
Ｈ７およびＨ１２は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給し、モータ５を駆動するに当たって発電機１０の電力が不足するときはバッテリ１４の放電により不足電力を補い、モータ５の駆動およびインバータ１５を介しての電力供給に当たって発電機１０の電力に余裕があるときはバッテリ１４を充電するモードである。これらのモードにより、インバータ１５を介しての電力供給を安定化できるとともに、モータ５の所要駆動力を確保してエンジンアシストが可能となる。
【００４２】
Ｈ１３はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するのみであり発電機１０はエンジン２と同期回転するが実質停止しているモードである。このモードにより、インバータ１５を介しての電力供給およびモータ５の駆動が不要またはこれらの機器の損傷等により不能の場合にあってもエンジン航行が可能となる。
【００４３】
Ｈ１４はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、発電機１０の電力でバッテリ１４を充電するモードである。このモードにより、航行しながらバッテリ１４の充電が可能となる。
【００４４】
Ｈ１５はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、発電機１０の電力でバッテリ１４を充電およびインバータ１５を介して電力供給を行うモードである。このモードにより、航行、インバータ１５を介しての電力供給およびバッテリ１４の充電を並立できる。
【００４５】
Ｈ１６はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給するモードである。このモードにより、航行およびインバータ１５を介しての電力供給を並立できる。
【００４６】
なお、Ｈ１とＨ２との違いは、本システムを搭載した船舶が定常（＝定速）航行状態か加速航行状態かの違いである。Ｈ３とＨ８との違い、Ｈ４とＨ９との違い、Ｈ５とＨ１０との違い、Ｈ６とＨ１１との違い、およびＨ７とＨ１２との違いについても同様である。
また、モータ５によるエンジンアシストによりエンジン２を燃費の良い回転域で使用することができ、かつ、モータ５の駆動源もバッテリ１４またはエンジン２により駆動される発電機１０の電力であるので本システムの燃費性を向上できる。
一方、エンジン２により駆動される発電機１０の電力をインバータ１５を介して電気負荷へ供給できるので別個の発電機が不要とでき、本システムを搭載した船舶の空間利用性を向上できる。
【００４７】
次に、本システムにおける充放電制御について説明する。
まず、バッテリ端子電圧およびバッテリ充放電電流を計測することによるバッテリ１４の充電状態（以下、「ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）」という）を演算する制御について、図３、図４、図５を用いて説明する。前述したように、エンジン２の駆動により発電機１０にて発電された交流電力を整流機器１２にて整流・平滑化した後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３により所定の電圧に変圧されて、リレー１７を介してバッテリ１４に充電される（図１）。また、バッテリ１４からの放電電力によりモータコントローラ６へ電力供給を行って、モータ５を駆動可能としている（図１）。
【００４８】
充放電中のバッテリ電圧（バッテリ１４の端子電圧）ＶＢは、次式（１）により表され、この式を用いてバッテリ１４のＳＯＣを算出する。
ＶＢ＝Ｅ０±ＩＣＤ・Ｒ０ ・・・（１）
式（１）において、Ｅ０はバッテリ１４の起電力（バッテリ開路電圧）、ＩＣＤはバッテリ１４の充放電電流、Ｒ０はバッテリ１４の内部抵抗である。バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤは電流の向きによって、充電電流ＩＣまたは放電電流ＩＤとなり、式（１）においては、＋（プラス）の場合には充電電流であり、−（マイナス）の場合には放電電流である。
【００４９】
まず、バッテリ電圧ＶＢおよび充放電電流ＩＣＤが、電圧センサ３３および電流センサ３４により所定時間中に複数回、検出されて、検出されたバッテリ電圧ＶＢおよび充放電電流ＩＣＤがシステムコントローラ７に送られる。システムコントローラ７はバッテリ内部抵抗平均値演算手段として機能して、入力されたバッテリ電圧ＶＢおよび充放電電流ＩＣＤに基づいてバッテリ１４の内部抵抗Ｒ０を演算する。
図３には、複数回分（図３では１０回分）のバッテリ電圧ＶＢと充放電電流ＩＣＤの検出結果を示している。図３中の直線は、バッテリ電圧ＶＢと充放電電流ＩＣＤとの関係を示す直線であり、複数回分の検出結果に対して、検出誤差を少なくするために、移動平均を使用することにより求められる。このとき、直線の傾きがバッテリ１４の内部抵抗Ｒ０の平均値であり、この傾きを算出することにより、バッテリ１４の内部抵抗Ｒ０の平均値が求められる。
【００５０】
次に、算出された内部抵抗Ｒ０の平均値に基づき、式（１）からバッテリ開路電圧Ｅ０を演算する。このとき、システムコントローラ７はバッテリ開路電圧演算手段として機能する。
予めシステムコントローラ７には、図４に示すような、バッテリ開路電圧Ｅ０とバッテリ１４のバッテリ液（電解液）の比重との関係と、図５に示すような、バッテリ液の比重とバッテリ１４の放電深度（ＤＯＤ）との関係が記憶されている。このＤＯＤとＳＯＣとは、ともにバッテリの充電状態を表す量であり、両者間には、ＤＯＤ＋ＳＯＣ＝１００％という関係がある。
【００５１】
バッテリ開路電圧Ｅ０が分かると、システムコントローラ７は、バッテリ液比重演算手段として機能して、バッテリ開路電圧Ｅ０とのバッテリ液の比重との関係により、あるバッテリ温度（周囲温度）に対するバッテリ液の比重が算出される。そして、算出されたバッテリ液の比重から、バッテリ液の比重とＤＯＤとの関係により、バッテリ１４のＤＯＤが演算される。また、このＤＯＤに対するバッテリ１４のＳＯＣも演算される。このとき、システムコントローラ７はＳＯＣ演算手段（ＤＯＤ演算手段）として機能している。なお、システムコントローラ７には、バッテリ液とＤＯＤとの関係に替えて、バッテリ液とＳＯＣとの関係を予め記憶させておいてもよい。
【００５２】
このように、バッテリ１４の端子電圧ＶＢおよび充放電電流ＩＣＤを所定時間中に複数回検出して、バッテリ１４の内部抵抗Ｒ０の平均値を求め、この内部抵抗Ｒ０の平均値に基づいてＳＯＣを演算することにより、バッテリ１４の端子電圧ＶＢまたは充放電電流ＩＣＤの検出誤差を吸収してＳＯＣの正確性を高めることができる。そして、検出誤差の少ないＳＯＣを推定することにより、確実な充放電制御が可能となり、過充電および過放電の防止が図れ、更には、バッテリ１４の寿命を延ばすことにもつながる。
【００５３】
次に、内分値ＳＯＣを演算することによるバッテリ１４のＳＯＣを推定する制御について、図６を用いて説明する。この充放電制御は、バッテリ充放電電流ＩＣＤを積分して充電量ＳＯＣ１（第一ＳＯＣ）を推定し、更にバッテリ１４が充放電状態にない（充放電電流検出値がほぼ０）時のバッテリ端子電圧ＶＢを検出し、バッテリ１４の充電量ＳＯＣ２（第二ＳＯＣ）を推定する。そして、ＳＯＣ１をＳＯＣ２により補正し、正確性の高い充電量ＳＯＣを算出しようというものである。
【００５４】
具体的な制御について、図６を参照しながら説明する。
まず、システムコントローラ７からの指示により、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤを電流センサ３４により検出する（ステップＳ１）。このとき、検出された充放電電流ＩＣＤはシステムコントローラ７に入力される。次に、システムコントローラ７は、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤを積分（電流積算）することにより、ＩＣＤ・Δｔを求める（ステップＳ２）。ここで、Δｔは、充放電電流ＩＣＤの検出時間である。
【００５５】
そして、ＳＯＣ１を、次式（２）により推定する（ステップＳ３）。
ＳＯＣ１＝ＳＯＣ±ＩＣＤ・Δｔ ・・・（２）
式（２）の右辺のＳＯＣは、前述したように、バッテリ端子電圧ＶＢおよびバッテリ充放電電流ＩＣＤを検出することにより算出されるＳＯＣである。また、右辺の±（プラスマイナス）の符号は、前述の式（１）の場合と同様に、バッテリ１４の充放電電流の向きによって定まり、充電電流のときは、＋（プラス）となり、放電電流のときは、−（マイナス）となる。そして、式（２）によれば、バッテリ１４にて充放電が行われている場合には、ＳＯＣに変動があることを示しており、その変動後の充電量をＳＯＣ１として表している。このＳＯＣ１はバッテリ１４が充電状態の場合には増加し、放電状態の場合には減少するため、このＳＯＣ１からバッテリ１４の状態の変化を知ることができる。なお、このとき、システムコントローラ７は、ＳＯＣ１演算手段として機能する。
【００５６】
次に、バッテリ充放電電流ＩＣＤが０であるかどうかの判定を行う（ステップＳ４）。０である場合には、つまり、バッテリ１４が充放電を行っておらず、充放電電流ＩＣＤが停止している場合には、次のステップＳ５へ移行する。ステップＳ５では、所定時間以上待機したか否かの判定が行われ、待機時間が所定時間以上である場合には、システムコントローラ７が、バッテリ開路電圧演算手段として機能して、バッテリ開路電圧Ｅ０を算出する（ステップＳ６）。すなわち、ＩＣＤが０である場合には、バッテリ１４の内部抵抗Ｒ０を考慮する必要がなく、式（１）は、Ｅ０＝ＶＢとなるため、電圧センサ３３でバッテリ１４の端子電圧ＶＢを検出することによって、バッテリ開路電圧Ｅ０を算出できる。なお、充放電電流ＩＣＤが０であるとは、バッテリ１４が充放電を行っていない、待機状態にあることを意味しており、この待機状態のＳＯＣ（ＳＯＣ２）を求めることによって、バッテリ状態をより正確に把握できるようにしている。また、ステップＳ５においては、バッテリ１４が待機状態にあることを確認するために、所定時間の経過を判定している。
一方、ステップＳ４において、充放電電流ＩＣＤが０ではない場合、および、ステップＳ５において、待機時間が所定時間以下の場合には、前記ステップＳ１へ移行する。
【００５７】
バッテリ開路電圧Ｅ０を算出した後、システムコントローラ７に予め記憶されているバッテリ開路電圧Ｅ０とＳＯＣとの関係から、算出された開路電圧Ｅ０に対する充電量ＳＯＣ２を推定する（ステップＳ７）。このとき推定されるＳＯＣ２は、前述したように、バッテリ１４が充放電を行っていない静的状態（待機状態）にある場合のバッテリ１４の状態を示す量である。
次に、ＳＯＣ２によりＳＯＣ１を、次式（３）を用いて補正係数をＫ（０＜Ｋ＜１）として、補正する（ステップＳ８）。
内分値ＳＯＣ＝Ｋ・ＳＯＣ１＋（１−Ｋ）・ＳＯＣ２ ・・・（３）
この式（３）により求められる内分値ＳＯＣは、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤに基づくＳＯＣ１と、バッテリ開路電圧Ｅ０により算出したＳＯＣ２とを、（１−Ｋ）：Ｋの割合で内分した値である。つまり、内分値ＳＯＣは、バッテリ１４が充放電を行っている動的状態と、充放電を行っていない静的状態とを加味した値となっている。このとき、システムコントローラ７は、内分値ＳＯＣ演算手段として機能する。そして、システムコントローラ７は、算出されたＳＯＣ（内分値ＳＯＣ）を出力する（ステップＳ９）。
【００５８】
このように、動的変化の結果である、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤの検出結果に基づくＳＯＣ１と、静的状態の結果である、バッテリ開路電圧Ｅ０に基づくＳＯＣ２との内分値によりＳＯＣを演算することにより、充放電中および待機状態のいずれのＳＯＣについてもその正確性を高めることができる。従来は、検出されたバッテリ充放電電流ＩＣＤを積分してＳＯＣを推定してしたため、その測定誤差をも積分することとなり、ＳＯＣの推定結果における誤差が大きく生じてしまうという不具合があったが、以上のような制御を行うことにより、検出誤差の少ないバッテリ１４のＳＯＣの推定が可能となり、航走中においても、時間変化するＳＯＣを正確に求めることができる。
【００５９】
そして、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤが所定値以上のときは、式（３）における補正係数Ｋを０．５より大きく設定して、内分値ＳＯＣを算出する。つまり、内分値ＳＯＣにおけるＳＯＣ１の占める割合を０．５よりも大きくする。充放電電流ＩＣＤが所定値以上の場合には、バッテリ１４の動的変化の観点から求められるＳＯＣ１を重視して、内分値ＳＯＣにおけるその割合（補正係数）Ｋを大きくしている。
【００６０】
このように、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤが大きい場合には、バッテリ１４における電流の流出・流入が多く、充放電電流ＩＣＤによる影響が大きいものとして、その動的な状態をより反映させるため、内分値ＳＯＣにおけるＳＯＣ１の占める割合を、ＳＯＣ２の占める割合よりも大きく設定して、充放電中のＳＯＣの正確性を高めることを可能としている。
【００６１】
また、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤが所定値以下で、かつ、この所定値以下となっている期間が所定時間以上の場合には、式（３）における補正係数Ｋを０．５より小さく設定して、内分値ＳＯＣを算出する。つまり、内分値ＳＯＣにおけるＳＯＣ２の占める割合を０．５よりも大きくする。充放電電流ＩＣＤが所定値以下の場合には、バッテリ１４の静的状態の観点から求められるＳＯＣ２を重視して、内分値ＳＯＣにおけるその割合（１−Ｋ）を大きくしている。
【００６２】
このように、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤが小さく、その期間が長い場合には、バッテリ１４における電流の流出・流入が少なく、充放電電流ＩＣＤによる影響が小さいものとして、その待機状態または待機状態に近い状態をより反映させるため、内分値ＳＯＣにおけるＳＯＣ２の占める割合を、ＳＯＣ１の占める割合よりも大きく設定して、待機状態または待機状態に近い状態のＳＯＣの正確性を高めることを可能としている。
【００６３】
次に、本システムにおいてバッテリ１４の使用領域を広げる充放電制御について、図７、図９を用いて説明する。図７では、横軸をＳＯＣとし、縦軸を放電電流および充電電流としている。縦軸が放電電流である場合には、図７の下の方向（矢印の方向）に向かって、放電電流が小さくなる向きとしており、ＳＯＣが所定の下限値（図７では、５０％）以下では、放電電流は０となり、この場合には、バッテリ１４は充電のみを行うようにしている。また、縦軸が充電電流である場合には、上の方向（矢印の方向）に向かって、充電電流が小さくなる向きとしていおり、ＳＯＣが所定の上限値（図７では１００％）以上では、充電電流は０となり、この場合には、バッテリ１４は放電のみを行うようにしている。
図７においては、バッテリ使用可能領域が示されている。このバッテリ使用可能領域には、横軸のＳＯＣの値に応じて、通常制御領域と充電優先制御領域とが設けられている。通常制御領域として、ＥＶ用の通常制御領域とＨＶ用の通常制御領域とがあり、ＥＶ用通常制御領域では、「モータ単独」モードにて充放電制御が行われており、ＨＶ用通常制御領域では、「エンジンおよびモータ」モードにて充放電制御が行われている。ＳＯＣが小さくなる充電優先制御領域では、放電電流を徐々に減少させる制御（モータ出力制限）を行い、充電を極力確保することで、過放電境界でバッテリ１４を使用せず、バッテリ使用領域を広げるとともに、過放電を可能な限り防いでいる。一方、ＳＯＣが大きくなる領域では、バッテリ１４の容量密度を高めるために徐々に充電電流を減少させる制御を行っている。
【００６４】
充電優先制御領域の近傍における具体的な制御について、図９を参照しながら説明する。
まず、システムコントローラ７からの指示により、バッテリ１４の端子電圧ＶＢを電圧センサ３３により検出する（ステップＴ１）。このとき、検出されたバッテリ端子電圧ＶＢはシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７は、前述したＳＯＣを演算する制御の場合と同様にして、バッテリ１４のＳＯＣを算出する（ステップＴ２）。次に、システムコントローラ７は、モータ出力ＰＭおよび発電機出力ＰＧを算出する（ステップＴ３）。ＰＭおよびＰＧは、次式（４）、（５）により求められる値である。
ＰＭ＝ＮＭ・ＴＭ・ηＭ ・・・（４）
ＰＧ＝ＶＧ・ＩＧ・ηＧ ・・・（５）
ここで、ＮＭはモータ５の回転数、ＴＭはモータ５のトルク、ＶＧは発電機１０の出力電圧、ＩＧは発電機１０の出力電流、ηＭ、ηＧは所定の係数である。
【００６５】
次に、システムコントローラ７は、算出されたＰＧとＰＭとの大小を比較する（ステップＴ４）。つまり、充放電の出力の収支（ＰＧ−ＰＭ）により、バッテリ１４が充電状態か放電状態かが判定される。ステップＴ４の判定において、ＰＧ＞ＰＭの場合には、バッテリ１４は充電状態にあると判定され、ＰＧ≦ＰＭの場合には、バッテリ１４は放電状態にあると判定される。そして、充電状態（ＰＧ＞ＰＭ）と判定された場合には、ＳＯＣが所定値（図９では、６０％）以上であるかどうかの判定が行われ（ステップＴ５）、ＳＯＣが６０％以上である場合には、後述するような充電制御を行う（ステップＴ６）。一方、ＳＯＣが６０％以上ではない場合には、更に、ＳＯＣが所定の下限値（図９では、５０％）より小さいかどうかの判定が行われる（ステップＴ８）。なお、後述するハイブリッドシステムＢにあっては、充放電の判定は、昇降圧チョッパ４４（図１３）の動作状態、または昇降圧チョッパ４４とバッテリ１４の間を流れる電流の向きにより判定する。
【００６６】
そして、ＳＯＣが５０％より小さい場合には、システムコントローラ７はモータコントローラ６に対して発電機作動信号を出力して、強制的な発電によりバッテリ１４を充電状態とする強制充電モードとし、また、操船者へアラームにて強制発電機始動を知らせる（ステップＴ９）。
強制充電モードに切り換わると、エンジン２が駆動し、発電機１０が作動する（ステップＴ１０）。このとき、充電電流ＩＣは最大となっており（ステップＴ１１）、モータ５は停止状態にある（ステップＴ１２）。このように、強制充電モードでは、発電機１０を作動させて、バッテリ１４への充電のみを行い、モータ５（モータコントローラ６）へ電力供給を行わず、バッテリ１４からの放電を行わないこととしている。このとき、システムコントローラ７はバッテリ充放電制御手段として機能する。
その結果、ＳＯＣが所定値（図９では、６０％）以上となったか否かが判定され（ステップＴ１３）、ＳＯＣが６０％以上になっていない場合には、前記ステップＴ１１へ移行し、ＳＯＣが６０％以上となるまで強制充電モードを引き続き行う。
一方、６０％以上である場合には、強制充電モードを終了し、ＳＯＣとモータ５による発電制御に切り換える（ステップＴ１４）。この制御は、警報や強制充電なしのＳＯＣによる制御であって、常時発電可能でモータ５は一時的な出力となっており、このため細かな制御を必要としない。
【００６７】
前記（ステップＴ８）において、ＳＯＣが５０％より小さくない場合には、再度、ＳＯＣが６０％以下である否かを判定し（ステップＴ１５）、６０％以下ではない場合には、前記ステップＴ１４へ移行し、ＳＯＣとモータ５による発電制御を行う。一方、ＳＯＣが６０％以下である場合には、ＳＯＣは充電優先制御領域にあり、操船者に対してバッテリ１４への充電を行うように警告し（ステップＴ１６）、モータ５の出力制御を行った後（ステップＴ１７）、前記ステップＴ１４へ移行する。このモータ出力制御では、図７に示すように、ＳＯＣが充電優先制御領域にある場合に、ＳＯＣが所定の下限値（５０％）に近づくにつれてバッテリ１４からの放電電流を徐々に減少させることにより、バッテリ１４への充電を極力確保する制御を行っており、このとき、システムコントローラ７はバッテリ放電電流減少手段として機能する。
【００６８】
前記ステップＴ５において、バッテリ１４が放電状態（ＰＧ≦ＰＭ）と判定された場合には、航走モードが「モータ単独」となっているかどうかの判定が行われ（ステップＴ７）、「モータ単独」モードである場合には前記ステップＴ８へ移行し、「モータ単独」モードではない場合にはステップＴ１４へ移行する。
この「モータ単独」モードとなっているバッテリ１４が放電状態の場合においても、ＳＯＣが５０％以下であれば、モータ５を停止して、強制充電モードにて充放電制御が行われ（ステップＴ９〜ステップＴ１３）、ＳＯＣが５０％以上６０％以下の充電優先制御領域では、モータ５への放電電流を徐々に減少させるモータ出力制限による充放電制御が行われる（ステップＴ１６、Ｔ１７）。
【００６９】
このように、バッテリ１４のＳＯＣが所定の下限値以下の場合には、強制充電モードに切り換えて、充電のみを行う制御とすることにより、ＳＯＣにてバッテリ１４の充放電を制御しているため、バッテリ１４のＳＯＣ管理の制度が向上する。
また、バッテリ１４のＳＯＣが充電優先制御領域にある場合には、モータ出力制御に切り換えて、ＳＯＣが所定の下限値に近づくにつれて、バッテリ１４からの放電電流を徐々に減少させる制御を行うことにより、バッテリ１４が過放電状態になるのを防止するとともに、バッテリ１４の放電可能範囲を広げて、電気負荷への電力供給能力の向上が図れる。
【００７０】
次に、本システムにおいてバッテリ１４の充電電圧を検出することによる充放電制御について、図８を用いて説明する。図８には、この充放電制御におけるバッテリ端子電圧ＶＢとバッテリ充電電流ＩＣとの時間変化を表している。バッテリ端子電圧ＶＢとバッテリ充電電流ＩＣとは、システムコントローラ７の指示により、電圧センサ３３および電流センサ３４にて検出される。
【００７１】
図８に示すように、予めバッテリ充電電圧（バッテリ端子電圧）の上限値ＶＢＭＡＸ（図８の破線）を設定しておく。バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸを超えるまでは、バッテリ充電電流ＩＣを最大電流として、バッテリ１４の充電を行う。バッテリ１４の充電により、バッテリ１４のＳＯＣは徐々に大きくなる。そして、バッテリ端子電圧ＶＢが上昇して、上限値ＶＢＭＡＸとなったとき、バッテリ充電電流ＩＣを減少させる制御を行う。図８においては、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸに達したとき、バッテリ充電電流ＩＣを半減させている。このとき、システムコントローラ７がバッテリ充電電流減少手段として機能している。バッテリ充電電流ＩＣを減少させると、バッテリ端子電圧ＶＢも一旦降下し、この分だけの電位差が生ずるため、バッテリ１４への充電を行い易い状態になる。
【００７２】
次に、半減したバッテリ充電電流ＩＣにて充電を続けると、バッテリ端子電圧ＶＢが上昇して、再び、上限値ＶＢＭＡＸに達する。上限値ＶＢＭＡＸに達すると、再び、バッテリ充電電流ＩＣを減少させる制御を行う。図８においては、このとき減少された充電電流ＩＣは最大電流の１／４となっている。そして、バッテリ充電電流ＩＣを減少させると、バッテリ端子電圧ＶＢも再び降下する。
このような制御を繰り返すことにより、ＳＯＣが、充電末期となる１００％に近づくため、バッテリ充電電流ＩＣを減少させてもバッテリ端子電圧ＶＢが変化せず、バッテリ充電電流ＩＣも微小電流となる。図８では、バッテリ充電電流ＩＣを減少させる制御を三度繰り返した後に、最小電流にて長時間、バッテリ１４の充電を行っている。充電終了時には、徐々に電流が流れなくなり、バッテリ端子電圧ＶＢが一定となるため、特別な制御を必要としない。この場合、充電時間が長くなっても、バッテリ１４へは微小電流しか流れていないため、過充電を防止でき、また、長時間微小電流での充電が可能なため、充分にＳＯＣを確保できる。
【００７３】
以上のように、バッテリ１４の充電が進むにつれて（ＳＯＣが１００％に近づくにつれて）、段階的にバッテリ充電電流ＩＣを減少させることにより、バッテリ１４の過充電を防止できるとともに、ＳＯＣが１００％近傍の充電末期では、バッテリ充電電流ＩＣを少量にすることにより、バッテリ１４の容量密度を高め、かつ、充電精度を高めることができる。また、バッテリ１４の寿命を延ばすことができる。
【００７４】
また、バッテリ端子電圧ＶＢに加えて、バッテリ充電電流ＩＣから算出されるＳＯＣを考慮することによる充放電制御を行うことも可能である。この充放電制御について、図１０を参照しながら説明する。
まず、システムコントローラ７からの指示により、バッテリ１４の端子電圧ＶＢおよび充電電流ＩＣが電圧センサ３３および電流センサ３４にて検出され、このとき検出されたバッテリ端子電圧ＶＢおよび充電電流ＩＣがシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７は、前述したＳＯＣを演算する制御の場合と同様にして、バッテリ１４のＳＯＣを算出する（ステップＵ１）。次に、この算出されたＳＯＣを、ＳＯＣＬ（ＳＯＣの最小限度値）およびＳＯＣＨ（ＳＯＣの最大限度値）と比較する（ステップＵ２）。そして、算出されたＳＯＣがＳＯＣＨよりも大きい場合には（ＳＯＣ＞ＳＯＣＨ）、バッテリ１４は、すでに最大限充電された状態となっているため、何の制御も行わず、終了する。算出されたＳＯＣがＳＯＣＬ以上かつＳＯＣＨ以下である場合には（ＳＯＣＬ≦ＳＯＣ≦ＳＯＣＨ）、後述するステップＵ８へ移行する。一方、算出されたＳＯＣがＳＯＣＬよりも小さい場合には（ＳＯＣ＜ＳＯＣＬ）、前述の強制充電モードに切り換わり、強制的にバッテリ１４への充電のみを行うように制御する。このとき、電圧センサ３３により検出されたバッテリ端子電圧ＶＢが所定の上限値ＶＢＭＡＸより大きいか否かが判定され（ステップＵ３）、大きくない場合には、バッテリ充電電流ＩＣを最大電流の状態として、バッテリ１４への充電を行う（ステップＵ４）。
そして、前述したＳＯＣを演算する制御の場合と同様にして、バッテリ充電電流ＩＣを積算することにより、ＳＯＣの修正を行う（ステップＵ６）。つまり、前記式（２）を用いて、充電電流ＩＣを加味することにより算出されたＳＯＣ１を、修正したＳＯＣの値として採用する。
一方、ステップＵ３において、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸよりも大きい場合には、バッテリ１４への充電を行わずに（ステップＵ５）、ステップＵ６へ移行する。
【００７５】
次に、ステップＵ６において修正されたＳＯＣの値がＳＯＣＬより大きいか否かが判定される（ステップＵ７）。大きくない場合には（ＳＯＣ≦ＳＯＣＬ）、前記ステップＵ３へ移行し、ＳＯＣがＳＯＣＬより大きくなるまで強制充電モードを引き続き行う。一方、大きい場合には（ＳＯＣ＞ＳＯＣＬ）、再度、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸより大きいか否かが判定される（ステップＵ８）。大きくない場合には、バッテリ充電電流ＩＣを最大電流の状態にして、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸより大きくなるまで、バッテリ１４の充電を行う（ステップＵ９）。一方、ステップＵ８において、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸよりも大きい場合には、つまり、バッテリ端子電圧ＶＢが所定の上限値ＶＢＭＡＸに達した場合には、バッテリ充電電流ＩＣを減少させて、半分にする制御を行う（ステップＵ１０）。このとき、システムコントローラ７がバッテリ充電電流減少手段として機能し、バッテリ充電電流ＩＣは最大電流の１／２となる。
そして、前記ステップＵ６と同様にして半減させたバッテリ充電電流ＩＣを積算することにより、ＳＯＣの値を修正する（ステップＵ１１）。
【００７６】
次に、再度、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸより大きいか否かが判定される（ステップＵ１２）。大きくない場合には、バッテリ充電電流ＩＣを最大電流の１／２の状態にして、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸより大きくなるまで、バッテリ１４の充電を行う（ステップＵ１３）。一方、ステップＵ１２において、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸよりも大きい場合には、バッテリ充電電流ＩＣを減少させて、半分にする制御を行う（ステップＵ１４）。このとき、システムコントローラ７がバッテリ充電電流減少手段として機能し、バッテリ充電電流ＩＣは最大電流の１／４になっている。そして、前記ステップＵ６と同様にして減少したバッテリ充電電流ＩＣを積算することにより、ＳＯＣの値を修正する（ステップＵ１５）。
【００７７】
次に、再び、バッテリ端子電圧ＶＢが所定の上限値ＶＢＭＡＸより大きいか否かが判定される（ステップＵ１６）。大きくない場合には、バッテリ充電電流ＩＣを最大電流の１／４の状態にして、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸより大きくなるまで、バッテリ１４の充電を行う（ステップＵ１７）。一方、ステップＵ１６において、バッテリ端子電圧ＶＢが上限値ＶＢＭＡＸよりも大きい場合には、バッテリ充電電流ＩＣを減少させる制御を行う（ステップＵ１８）。このとき、システムコントローラ７がバッテリ充電電流減少手段として機能し、バッテリ充電電流ＩＣは最大電流の１／４よりも小さい最小電流（微小電流）となっている。
そして、前記ステップＵ６と同様にして、最小電流となったバッテリ充電電流ＩＣを積算することにより、ＳＯＣの値を修正する（ステップＵ１９）。
【００７８】
更に、バッテリ端子電圧ＶＢが所定の上限値ＶＢＭＡＸより大きいか否かが判定される（ステップＵ２０）。大きい場合には、この充放電制御を終了し、一方、大きくない場合には、バッテリ充電電流ＩＣを最小電流の状態として充電を始めてから、所定時間が経過したか否かが判定される（ステップＵ２１）。所定時間が経過している場合には、前記ステップＵ６と同様にして、最小電流となっているバッテリ充電電流ＩＣを積算することにより、ＳＯＣの値を修正して（ステップＵ２２）、この充放電制御を終了する。一方、所定時間が経過していない場合には、前記ステップＵ１８へ移行する。
【００７９】
このようにして、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤの影響を大きく受ける場合において、充放電電流ＩＣＤの検出結果に基づく第一ＳＯＣに基づいて充電電流ＩＣを減少させることにより、実際のＳＯＣに、より対応した充電が可能となる。また、バッテリ端子電圧ＶＢによって充電電流ＩＣを減少させることにより過充電を防止できる。また、以上のように、バッテリ１４のＳＯＣとバッテリ端子電圧ＶＢとを併用することにより、ＳＯＣのみを管理する場合に比べ、ＳＯＣ管理の精度を向上させることができる。更には、バッテリ１４の寿命を延ばすことが可能となる。
【００８０】
次に、本システムにおけるバッテリ１４の充放電制御によるバッテリ暖機制御について、図１１、図１２を用いて説明する。このバッテリ暖機制御では、温度センサ３７（図１）により検出されるバッテリ１４の周囲温度（バッテリ雰囲気温度）Ｔが所定温度ＴＳＥＴより低い場合に、目標ＳＯＣを変更することで、バッテリ１４を充電状態または放電状態として、バッテリ１４の充放電電流ＩＣＤが流れることに伴う発熱量によって、バッテリ１４の暖機を行うこととしている。
【００８１】
具体的な制御について、図１２を参照しながら説明する。
まず、システムコントローラ７からの指示により、バッテリ雰囲気温度Ｔが温度センサ３７により検出され（ステップＶ１）、検出されたバッテリ雰囲気温度Ｔがシステムコントローラ７に入力される（図１）。そして、このバッテリ雰囲気温度Ｔが基準となる所定温度ＴＳＥＴより低いか否かが判定され（ステップＶ２）、低くない場合には、バッテリ暖機の制御を行う必要がないため、バッテリ１４のＳＯＣを予めシステムコントローラ７に設定された目標ＳＯＣに近づけて、一致させるように発電機１０の発電量を制御する（ステップＶ４）。一方、低い場合には（Ｔ＜ＴＳＥＴ）、バッテリ雰囲気温度Ｔにおけるバッテリ１４のＳＯＣが、予めシステムコントローラ７に設定されている所定値（図１２では８０％）より大きいか否かが判定される（ステップＶ３）。バッテリ１４のＳＯＣは、前述したＳＯＣを演算する制御の場合と同様にして、バッテリ端子電圧ＶＢ、バッテリ充放電電流ＩＣＤを検出することにより算出される。そして、バッテリ１４のＳＯＣが８０％より大きい場合（図１１では、ＡおよびＣの場合）には、バッテリ１４を放電状態にして、バッテリ１４から放電電流を流すことによるバッテリ暖機制御を行い（ステップＶ５〜Ｖ９）、一方、バッテリ１４のＳＯＣが８０％より大きくない場合（図１１ではＢの場合）には、バッテリ１４を充電状態にして、バッテリ１４へ充電電流を流すことによるバッテリ暖機制御が行われる（ステップＶ１０〜Ｖ１４）。
【００８２】
放電によるバッテリ暖機制御では、まず、バッテリ雰囲気温度Ｔにおける設定ＳＯＣ（ＳＯＣＡＤＤＳＥＴ）を次式（６）により算出する（ステップＶ５）。
ＳＯＣＡＤＤＳＥＴ＝８０−（ＳＯＣ−８０）−ＳＯＣＡＤＤ ・・・（６）
この式（６）によれば、設定ＳＯＣは、予め設定された所定のＳＯＣ（８０％）から（ＳＯＣ−８０）を減じた値から、更に、若干の補正量ＳＯＣＡＤＤを減じた値となっている。よって、設定ＳＯＣは、８０％よりも小さい値となる。
【００８３】
次に、算出された設定ＳＯＣがＳＯＣ下限値（ＳＯＣＭＩＮ）より大きいか否かが判定される（ステップＶ６）。大きい場合には、設定ＳＯＣを目標ＳＯＣ（ＳＯＣＳＥＴ）として設定し（ステップＶ７）、大きくない場合には、ＳＯＣ下限値を目標ＳＯＣとして設定する（ステップＶ８）。このとき、システムコントローラ７が目標ＳＯＣ変更手段として機能している。図１１では、ＳＯＣ下限値は５５％に設定されており、ＳＯＣが５０％以下となる過放電領域に、目標ＳＯＣが設定されないようにしている。
【００８４】
そして、目標ＳＯＣは、現在のバッテリ１４のＳＯＣよりも小さくなっているため、バッテリ１４を放電状態としたモータ制御を行うことにより、現在のＳＯＣを目標ＳＯＣに近づける制御を行う（ステップＶ９）。このとき、バッテリ１４からバッテリ放電電流が流れているため、この放電電流による発熱によって、バッテリ暖機制御を行うこととしている。このように、バッテリ雰囲気温度Ｔが所定温度ＴＳＥＴより低くなる低温時に、目標ＳＯＣを小さく設定することにより放電電流が増し、バッテリ１４を暖機できる。また、これによりバッテリ１４の端子電圧ＶＢの降下を防止できる。
【００８５】
逆に、充電によるバッテリ暖機制御においても、まず、バッテリ雰囲気温度Ｔにおける設定ＳＯＣ（ＳＯＣＡＤＤＳＥＴ）を次式（７）により算出する（ステップＶ１０）。
ＳＯＣＡＤＤＳＥＴ＝８０＋（８０−ＳＯＣ）＋ＳＯＣＡＤＤ ・・・（７）
この式（７）によれば、設定ＳＯＣは、予め設定された所定のＳＯＣ（８０％）に（８０−ＳＯＣ）を加えた値に、更に、若干の補正量ＳＯＣＡＤＤを加えた値となっている。よって、この場合の設定ＳＯＣは、８０％よりも大きい値となる。
【００８６】
次に、算出された設定ＳＯＣがＳＯＣ上限値（ＳＯＣＭＡＸ）より小さいか否かが判定される（ステップＶ１１）。小さい場合には、設定ＳＯＣを目標ＳＯＣ（ＳＯＣＳＥＴ）として設定し（ステップＶ１２）、小さくない場合には、ＳＯＣ上限値を目標ＳＯＣとして設定する（ステップＶ１３）。このとき、システムコントローラ７が目標ＳＯＣ変更手段として機能している。図１１では、ＳＯＣ上限値は９５％に設定されており、ＳＯＣが１００％である過充電領域に、目標ＳＯＣが設定されないようにしている。
【００８７】
そして、目標ＳＯＣは、現在のバッテリ１４のＳＯＣよりも大きくなっているため、バッテリ１４を充電状態としたエンジン（発電）制御を行うことにより、現在のＳＯＣを目標ＳＯＣに近づける制御を行う（ステップＶ１４）。このとき、バッテリ１４へバッテリ充電電流が流れているため、この充電電流による発熱によって、バッテリ暖機制御を行うこととしている。このように、バッテリ雰囲気温度Ｔが所定温度ＴＳＥＴより低くなる低温時に、目標ＳＯＣを大きく設定することにより充電電流が増し、バッテリ１４を暖機できる。また、これによりバッテリ１４の端子電圧ＶＢの降下を防止できる。
【００８８】
以上のように、バッテリ１４の暖機を、ＳＯＣの値に応じて充放電を制御して、自動的に行うことにより、充電または放電、単独のみの場合に比べて、暖機速度を高めることができ、効果的な暖機を行うことができる。
そして、バッテリ１４の暖機を行うことにより、バッテリ１４の電圧降下を防ぎ、モータ５等の出力不足を防止できる。この結果、モータ５によるアシスト、加速を充分に行うことができ、迅速な応答性が得られる。更には、エンジン２の暖機も促進され、低温時の始動不良を改善することができる。
【００８９】
また、図１３に示すようなハイブリッドシステムＢにおいて、前述した充放電制御を行うことも可能である。
ハイブリッドシステムＢの構成は、ハイブリッドシステムＡの構成を変更したものとなっており、その機能は略同様のものとなっている。すなわち、ハイブリッドシステムＢにおけるモータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）４０が、ハイブリッドシステムＡのモータ５と発電機１０に相当する。また、ハイブリッドシステムＢにおけるＶＶＶＦインバータコンバータ（可変電圧可変周波数インバータコンバータ）４２と単相ＣＶＣＦインバータ（単相定電圧定周波数インバータ）４３と昇降圧チョッパ４４とにより構成されるインバータ部４１が、ハイブリッドシステムＡにおけるモータコントローラ６とＤＣ／ＤＣコンバータ１３と整流機器１２とインバータ１５に相当する。また、ハイブリッドシステムＢは、後述するようにスタータ機能を備えているため、ハイブリッドシステムＡにおけるエンジン２始動用のスタータモータ２ａ、スタータバッテリ２４等に相当するものを備えていない。
【００９０】
図１３に示すように、モータジェネレータ４０は、システム１において、エンジン２と動力伝達装置３との間に介装されている。モータジェネレータ４０が発電機器として機能する場合（図１４のＭ４からＭ７、および図１７の電力供給機能の場合）には、エンジン２の駆動によりモータジェネレータ４０が作動され、該モータジェネレータ４０により発電された電力（発電機出力）はインバータ部４１に入力され、該インバータ部４１からバッテリ１４への充電や、切換機器１９、出力ソケット２０を介して船内供給を行っている。また、モータジェネレータ４０が、モータとして機能する場合（図１４のＭ１からＭ３、図１５のスタータ機能、および図１６のアシスト機能の場合）には、エンジン２の始動や、航走のアシストを行っている。
【００９１】
インバータ部４１のＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、モータジェネレータ４０が発電機器として機能する場合にはインバータ部４１に入力される発電機出力の整流・平滑を行い、また、モータジェネレータ４０がモータとして機能する場合にはモータ制御を行う。また、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７はＶＶＶＦインバータコンバータ４２に対し、モータとしてのモータジェネレータ４０の起動（回転数）指示、およびアシスト（トルク）指令を出力する。一方、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はシステムコントローラ７へモータとしてのモータジェネレータ４０の回転数、トルク、アラーム、直流電圧を送る。
【００９２】
単相ＣＶＣＦインバータ４３は、該単相ＣＶＣＦインバータ４３に接続される電気負荷に電力を供給するときに作動して、その供給電力を所定の周波数の交流電力として供給できるようにしている。単相ＣＶＣＦインバータ４３には、該単相ＣＶＣＦインバータ４３に接続される電気負荷に供給される電流および電圧を検出するための電流センサおよび電圧センサ（図示略）が備えられている。また、単相ＣＶＣＦインバータ４３はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７は単相ＣＶＣＦインバータ４３に対し、運転・停止指示を出力する。一方、単相ＣＶＣＦインバータ４３はシステムコントローラ７へ前記電圧センサにより検出した交流電圧、電流センサにより検出した交流電流、交流電力、アラームを送る。
【００９３】
昇降圧チョッパ４４はバッテリ１４と接続されており、該バッテリ１４が放電を行う場合には、昇圧チョッパとして機能してバッテリ１４の放電電圧を所定の電圧に昇圧し、また、バッテリ１４への充電を行う場合には、降圧チョッパとして機能して、バッテリ１４への充電電圧を所定の電圧に降圧する。また、昇降圧チョッパ４４はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７は昇降圧チョッパ４４に対し、運転・停止指示、充電電流指示、充電指示、バッテリ温度検出指示を出力する。一方、昇降圧チョッパ４４はシステムコントローラ７へバッテリ電圧、バッテリ充放電電流、バッテリ温度（バッテリ雰囲気温度）、アラームを送る。バッテリ電圧およびバッテリ充放電電流は電圧センサおよび電流センサ（図示略）により検出される。また、バッテリ温度は、バッテリ１４に付設される温度センサにより検出される。
【００９４】
ハイブリッドシステムＢの動作モードを図１４から図１８により詳しく説明する。
図１５には、エンジン２を始動するときの電気回路の作動および駆動力の伝達状態が示されている。バッテリ１４から昇降圧チョッパ４４により昇圧された電力がＶＶＶＦインバータコンバータ４２により所要の電圧および周波数に変換されて、モータジェネレータ４０に供給され、モータジェネレータ４０がモータとして機能してエンジン２を始動する。これは、ハイブリッドシステムＡと比べてハイブリッドシステムＢ特有のモードである。ハイブリッドシステムＡに用いられる発電機１０並びにハイブリッドシステムＢに用いられるモータジェネレータ４０は、エンジン２のクランク軸と常時同期回転する構成である。このため、モータジェネレータ４０をモータとして駆動すればエンジン２の始動が可能となる。一方、ハイブリッドシステムＡの場合、モータ５はセイルドライブ３およびプロペラ４と常時同期回転する構成であり、エンジン２とはセイルドライブ３に内装されるクラッチにより断接されるからである。これにより、エンジン２を始動するためのスタータバッテリ２４等を削減できる。
【００９５】
図１６には、モータジェネレータ４０によりエンジンアシストを行うときの電気回路の作動および駆動力の伝達状態が示されている。バッテリ１４からモータジェネレータ４０までの電気回路の作動状態は図１５と同様である。モータジェネレータ４０およびエンジン２の駆動力の和が、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動力となる。これにより、モータジェネレータ４０によるエンジンアシストによりエンジン２を燃費の良い回転域で使用することができ、かつ、モータジェネレータ４０の駆動源もバッテリ１４であるので本システムの燃費性を向上できる。
【００９６】
図１７には、モータジェネレータ４０により発電された電力により単相ＣＶＣＦインバータ４３を介して電力供給、またはバッテリ１４の充電を行うときの電気回路の作動および駆動力の伝達状態が示されている。エンジン２によりセイルドライブ３およびプロペラ４並びにモータジェネレータ４０が駆動される。これにより、モータジェネレータ４０が発電を行い、その電力がＶＶＶＦインバータコンバータ４２により整流・平滑され、その後、単相ＣＶＣＦインバータ４３により所定の電圧および周波数に変換されて電気負荷へ供給される。このとき、整流・平滑後の電力に余剰があれば昇降圧チョッパ４４により降圧されてバッテリ１４の充電に費やされる。これにより、航行および単相ＣＶＣＦインバータ４３の電気負荷への電力供給が並立できる。更にバッテリ１４の充電も可能となる。
【００９７】
図１８には、バッテリ１４により昇降圧チョッパ４４および単相ＣＶＣＦインバータ４３を介して電力供給を行うときの電気回路の作動状態が示されている。バッテリ１４から昇降圧チョッパ４４により昇圧された電力が単相ＣＶＣＦインバータ４３により所定の電圧および周波数に変換されて電気負荷へ供給される。
これは、ハイブリッドシステムＡと比べてハイブリッドシステムＢ特有のモードである。これにより、モータジェネレータ４０で発電される電力が不足するときにその補償が可能となる。また、エンジン２の停止中でも単相ＣＶＣＦインバータ４３の電気負荷への電力供給が可能となる。
【００９８】
そして、図１４で示すＭ１は、図１５または図１６で表される動作モードである。Ｍ２は、図１６で表される動作モードである。Ｍ３は、図１５または図１６、および図１８で表される動作モードの組合せモードである。Ｍ４は、図２のＨ１３と同様の動作モードである。Ｍ５は、図１７の内、単相ＣＶＣＦインバータ４３による電力供給が停止している動作モードである。Ｍ６は、図１７で表される動作モードである。Ｍ７は、図１７の内、バッテリ１４の充電が停止している動作モードである。Ｍ８は、図１８で表される動作モードである。
【００９９】
ハイブリッドシステムＢでは、ハイブリッドシステムＡと比べてきめ細かなモードは実現できない代わりに配線を低減できるので本質的に生産性（特に組立性）および信頼性が向上できる。更に、ハイブリッドシステムＡと比べてエンジン２の始動のためのスタータバッテリ２４等が削減できるので、本システムを搭載した船舶の空間利用性を向上できる。また、モータジェネレータ４０で発電される電力が不足するときにその補償が可能となるとともに、エンジン２の停止中でも単相ＣＶＣＦインバータ４３の電気負荷への電力供給が可能となるので、電力使用の利便性が向上する。
【０１００】
ハイブリッドシステムＢには、システム１にバッテリ１４が備えられており、前述したハイブリッドシステムＡと略同様の充放電制御を行っている（図３乃至図１２参照）。
まず、バッテリ端子電圧およびバッテリ充放電電流を検出することによるバッテリ１４の充電状態（ＳＯＣ）を演算する制御では、バッテリ１４に備えられる前記電流センサがバッテリ充放電電流検出手段として、前記電圧センサがバッテリ端子電圧検出手段として、システムコントローラ７がバッテリ内部抵抗平均値演算手段、バッテリ開路電圧演算手段、バッテリ液比重演算手段、およびＳＯＣ演算手段として、それぞれ機能している。
【０１０１】
また、内分値ＳＯＣを演算することによるバッテリ１４のＳＯＣを推定する制御では、システムコントローラ７が、ＳＯＣ１演算手段、バッテリ開路電圧演算手段、および内分値ＳＯＣ演算手段として機能している。
また、バッテリ１４の使用領域を広げる充放電制御では、システムコントローラ７がバッテリ充放電制御手段、およびバッテリ放電電流減少手段として機能している。
また、バッテリ１４の充電電圧を検出することによる充放電制御では、バッテリ充電電流減少手段として機能している。
そして、バッテリ１４の充放電制御によるバッテリ暖機制御では、バッテリ１４に備えられる温度センサがバッテリ温度検出手段として、システムコントローラ７が目標ＳＯＣ変更手段として、それぞれ機能している。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、請求項１に示す如く、エンジン、電動機器、動力伝達装置、発電機器、およびバッテリからなり、動力伝達装置の駆動源としてエンジンまたは電動機器が用いられ、発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、発電された電力によりコンバータを介してバッテリを充電するハイブリッドシステムにおいて、バッテリの端子電圧を所定時間中に複数回、検出するバッテリ端子電圧検出手段と、バッテリの充放電を所定時間中に複数回、検出するバッテリ充放電電流検出手段と、これらの検出結果に基づいてバッテリの内部抵抗の平均値を演算するバッテリ内部抵抗平均値演算手段と、この内部抵抗の平均値と前記検出結果に基づいてバッテリ開路電圧を演算するバッテリ開路電圧演算手段と、予め記憶されたバッテリ開路電圧とバッテリ液の比重との関係よりバッテリ液の比重を演算するバッテリ液比重演算手段と、予め記憶されたバッテリ液の比重とバッテリの放電深度、または、バッテリ充電状態との関係よりバッテリ充電状態を演算するバッテリ充電状態演算手段とを備えるので、バッテリの端子電圧および充放電電流を所定時間中に複数回検出して、バッテリの内部抵抗の平均値を求め、この内部抵抗の平均値に基づいてＳＯＣを演算することにより、バッテリの端子電圧または充放電電流の検出誤差を吸収してＳＯＣの正確性を高めることができる。そして、検出誤差の少ないＳＯＣを推定することにより、確実な充放電制御が可能となり、過充電および過放電の防止が図れ、更には、バッテリの寿命を延ばすことにもつながる。
【０１０３】
請求項２に示す如く、請求項１記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流の検出結果に基づき第一バッテリ充電状態を演算する第一バッテリ充電状態演算手段と、所定時間バッテリ充放電電流が停止したことを判定したときバッテリ端子電圧に基づきバッテリ開路電圧を演算するバッテリ開路電圧演算手段と、このバッテリ開路電圧に基づき前記バッテリ液比重演算手段およびバッテリ充電状態演算手段より演算される第二バッテリ充電状態と前記第一バッテリ充電状態の内分値を演算する内分値バッテリ充電状態演算手段とを備えるので、動的変化の結果である、バッテリの充放電電流の検出結果に基づく第一ＳＯＣと、静的状態の結果である、バッテリ開路電圧に基づく第２ＳＯＣの内分値によりＳＯＣを演算することにより、充放電中および待機状態のいずれのＳＯＣについてもその正確性を高めることができる。検出誤差の少ないバッテリのＳＯＣの推定が可能となり、航走中においても、時間変化するＳＯＣを正確に求めることができる。
【０１０４】
請求項３に示す如く、請求項２記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流が所定値以上のときは、内分値バッテリ充電状態における第一バッテリ充電状態の占める割合を０．５より大きくするので、充放電電流の影響が大きい場合には、第一ＳＯＣの占める割合を０．５より大きくすることにより、充放電中のＳＯＣの正確性を高めることができる。
【０１０５】
請求項４に示す如く、請求項２記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流が所定値以下で、かつ、その期間が所定期間以上のときは、内分値バッテリ充電状態における第一バッテリ充電状態の占める割合を０．５より小さくするので、充放電電流の影響が小さく待機状態、または待機状態に近い状態の場合には、第一ＳＯＣの占める割合を０．５より小さくすることにより、待機状態、または待機状態に近い状態のＳＯＣの正確性を高めることができる。
【０１０６】
請求項５に示す如く、請求項１または請求項２記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ充電状態が所定の下限値以下のときは充電のみ、所定の上限値以上のときは放電のみを行うよう制御するバッテリ充放電制御手段を備えるので、ＳＯＣにより充放電を制限することにより、バッテリのＳＯＣ管理の精度の向上を図ることができる。
【０１０７】
請求項６に示す如く、請求項５記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ充電状態が所定値以下になると所定の下限値以下になるまでの間は、バッテリからの放電電流をバッテリ充電状態が所定の下限値に近づくほど減少させるバッテリ放電電流減少手段を備えるので、バッテリが過放電状態になるのを防止するとともに、バッテリの放電可能範囲を広げて電気負荷への電力供給能力の向上を図ることができる。
【０１０８】
請求項７に示す如く、請求項５記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ充電状態が所定値以上になると所定の上限値になるまでの間は、バッテリへの充電電流をバッテリ充電状態が所定の上限値に近づくほど減少させるバッテリ充電電流減少手段を備えるので、ＳＯＣが１００％に近づくにつれて、段階的に充電電流を抑制できることにより、過充電を防止できるとともに、ＳＯＣの１００％近傍では、充電電流を少量にできることにより、バッテリの容量密度を高め、かつ、充電精度を高めることができる。
【０１０９】
請求項８に示す如く、エンジン、電動機器、動力伝達装置、発電機器、およびバッテリからなり、動力伝達装置の駆動源としてエンジンまたは電動機器が用いられ、発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、発電された電力によりコンバータを介してバッテリを充電するハイブリッドシステムにおいて、バッテリの端子電圧を検出するバッテリ端子電圧検出手段と、バッテリ端子電圧が所定の上限値になったとき充電電流を減少させるバッテリ充電電流減少手段とを備えるので、充電が進むにつれて、段階的に充電電流を抑制できることにより、過充電を防止できるとともに、充電末期では、充電電流を少量にできることにより、バッテリの容量密度を高め、かつ、充電精度を高めることができる。また、バッテリの寿命を延ばすことができる。
【０１１０】
請求項９に示す如く、請求項７記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流を所定時間中に複数回、検出するバッテリ充放電電流検出手段と、バッテリの充放電電流の検出結果に基づき第一バッテリ充電状態を演算する第一バッテリ充電状態演算手段と、第一バッテリ充電状態とバッテリ端子電圧に基づき充電電流を減少させる充電電流減少手段とを備えるので、充放電電流の影響を大きく受ける場合において、充放電電流の検出結果に基づく第一ＳＯＣに基づいて充電電流を減少させることにより、実際のＳＯＣに、より対応した充電が可能となる。また、バッテリ端子電圧によって充電電流を減少させることにより過充電を防止できる。また、バッテリのＳＯＣとバッテリ端子電圧とを併用することにより、ＳＯＣのみを管理する場合に比べ、ＳＯＣ管理の精度を向上させることができる。更には、バッテリ１４の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１１１】
請求項１０に示す如く、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ雰囲気温度を検出するバッテリ温度検出手段と、バッテリ雰囲気温度が所定値より小さいとき目標バッテリ充電状態を大きくする目標バッテリ充電状態変更手段とを備えるので、低温時に目標ＳＯＣを大きくすることにより充電電流が増し、バッテリを暖機できる。また、バッテリ暖機により、バッテリの電圧降下を防ぎ、電動機等の出力不足を防止できる。この結果、電動機によるアシスト、加速を充分に行うことができ、迅速な応答性が得ることができる。更には、エンジンの暖機も促進され、低温時の始動不良を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハイブリッドシステムＡを示す図。
【図２】ハイブリッドシステムＡにおける動作モードの一例を示す図。
【図３】バッテリの内部抵抗を算出するためのバッテリ電圧と充放電電流との関係を示す図。
【図４】バッテリ液の比重とバッテリ開路電圧の関係を示す図。
【図５】バッテリ液の比重とバッテリの放電深度（ＤＯＤ）の関係を示す図。
【図６】内分値ＳＯＣを演算することによるバッテリのＳＯＣ推定の制御の手順を示す図。
【図７】バッテリの使用可能領域を示す図。
【図８】バッテリ充電電圧による充放電制御におけるバッテリ充電電圧と充電電流の時間変化を示す図。
【図９】充電優先制御領域の近傍における充放電制御の手順を示す図。
【図１０】ＳＯＣとバッテリ端子電圧によりバッテリの充放電を制御する手順を示す図。
【図１１】バッテリ暖機制御における現在のＳＯＣと目標ＳＯＣの時間変化を示す図。
【図１２】バッテリ暖機制御の手順を示す図。
【図１３】ハイブリッドシステムＢを示す図。
【図１４】ハイブリッドシステムＢにおける動作モードの一例を示す図。
【図１５】ハイブリッドシステムＢにおけるスタータ機能を示す図。
【図１６】ハイブリッドシステムＢにおけるモータジェネレータによる動力アシスト機能を示す図。
【図１７】ハイブリッドシステムＢにおける電力供給（発電あり）機能を示す図。
【図１８】ハイブリッドシステムＢにおける電力供給（発電なし）機能を示す図。
【符号の説明】
１ システム
２ エンジン
３ 動力伝達装置
４ プロペラ
５ モータ
７ システムコントローラ
１０ 発電機
１３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４ バッテリ
３３ 電圧センサ
３４ 電流センサ
Claims (10)
- エンジン、電動機器、動力伝達装置、発電機器、およびバッテリからなり、動力伝達装置の駆動源としてエンジンまたは電動機器が用いられ、発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、発電された電力によりコンバータを介してバッテリを充電するハイブリッドシステムにおいて、
バッテリの端子電圧を所定時間中に複数回、検出するバッテリ端子電圧検出手段と、バッテリの充放電を所定時間中に複数回、検出するバッテリ充放電電流検出手段と、これらの検出結果に基づいてバッテリの内部抵抗の平均値を演算するバッテリ内部抵抗平均値演算手段と、この内部抵抗の平均値と前記検出結果に基づいてバッテリ開路電圧を演算するバッテリ開路電圧演算手段と、予め記憶されたバッテリ開路電圧とバッテリ液の比重との関係よりバッテリ液の比重を演算するバッテリ液比重演算手段と、予め記憶されたバッテリ液の比重とバッテリの放電深度、または、バッテリ充電状態との関係よりバッテリ充電状態を演算するバッテリ充電状態演算手段とを備えることを特徴とするハイブリッドシステム。 - 請求項１記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流の検出結果に基づき第一バッテリ充電状態を演算する第一バッテリ充電状態演算手段と、所定時間バッテリ充放電電流が停止したことを判定したときバッテリ端子電圧に基づきバッテリ開路電圧を演算するバッテリ開路電圧演算手段と、このバッテリ開路電圧に基づき前記バッテリ液比重演算手段およびバッテリ充電状態演算手段より演算される第二バッテリ充電状態と前記第一バッテリ充電状態の内分値を演算する内分値バッテリ充電状態演算手段とを備えることを特徴とするハイブリッドシステム。
- 請求項２記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流が所定値以上のときは、内分値バッテリ充電状態における第一バッテリ充電状態の占める割合を０．５より大きくすることを特徴とするハイブリッドシステム。
- 請求項２記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流が所定値以下で、かつ、その期間が所定期間以上のときは、内分値バッテリ充電状態における第一バッテリ充電状態の占める割合を０．５より小さくすることを特徴とするハイブリッドシステム。
- 請求項１または請求項２記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ充電状態が所定の下限値以下のときは充電のみ、所定の上限値以上のときは放電のみを行うよう制御するバッテリ充放電制御手段を備えることを特徴とするハイブリッドシステム。
- 請求項５記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ充電状態が所定値以下になると所定の下限値以下になるまでの間は、バッテリからの放電電流をバッテリ充電状態が所定の下限値に近づくほど減少させるバッテリ放電電流減少手段を備えることを特徴とするハイブリッドシステム。
- 請求項５記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ充電状態が所定値以上になると所定の上限値になるまでの間は、バッテリへの充電電流をバッテリ充電状態が所定の上限値に近づくほど減少させるバッテリ充電電流減少手段を備えることを特徴とするハイブリッドシステム。
- エンジン、電動機器、動力伝達装置、発電機器、およびバッテリからなり、動力伝達装置の駆動源としてエンジンまたは電動機器が用いられ、発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、発電された電力によりコンバータを介してバッテリを充電するハイブリッドシステムにおいて、バッテリの端子電圧を検出するバッテリ端子電圧検出手段と、バッテリ端子電圧が所定の上限値になったとき充電電流を減少させるバッテリ充電電流減少手段とを備えることを特徴とするハイブリッドシステム。
- 請求項７記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充放電電流を所定時間中に複数回、検出するバッテリ充放電電流検出手段と、バッテリの充放電電流の検出結果に基づき第一バッテリ充電状態を演算する第一バッテリ充電状態演算手段と、第一バッテリ充電状態とバッテリ端子電圧に基づき充電電流を減少させる充電電流減少手段とを備えることを特徴とするハイブリッドシステム。
- 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ雰囲気温度を検出するバッテリ温度検出手段と、バッテリ雰囲気温度が所定値より小さいとき目標バッテリ充電状態を大きくする目標バッテリ充電状態変更手段とを備えることを特徴とするハイブリッドシステム。
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