JP2023092028A - 船舶の制御装置、制御方法、及び制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】新たな方法により船舶の燃費の悪化を抑制可能な技術を提供する。【解決手段】本発明の船舶の制御装置は、主機と、補機と、軸発電機と、主機の現在の回転速度及び主機の目標回転速度を取得する取得部１１０と、現在の回転速度及び目標回転速度に基づいて要求プロペラトルクを算出する算出部１２０と、現在の要求プロペラトルクと消費電力量とに基づいて主機、補機及び軸発電機を制御する制御部１４０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、船舶の制御装置、制御方法、及び制御プログラムに関する。

例えば、特許文献１には、船舶の推進力を発生させるとともに船内電力負荷に対して電力を供給する技術が記載されている。特許文献１の技術では、燃費効率を改善するために、プロペラやモータの現在の回転速度に基づいて主機、補機、及び軸発電機を制御することにより、主機を燃費効率の良い運転状態で運転させている。

特開２０１０－１１６０７０号公報

本発明は、特許文献１とは異なる方法により船舶の燃費の悪化を抑制する技術を提案することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の船舶の制御装置は、船舶の推進のための推進力を発生させるための主機と、船内母線に供給する電力を発生させる補機と、前記主機の出力軸に連結され、前記出力軸の回転によって前記船内母線に供給する電力を発生させる機能と、前記船内母線を介して供給された電力によりトルクを出力することによって前記船舶の推進のための推進力を発生させる機能とを選択的に実行可能な軸発電機と、前記主機の現在の回転速度と前記主機の目標回転速度を取得する回転速度取得部と、前記船舶内の現在の消費電力量を取得する消費電力量取得部と、前記現在の回転速度と前記目標回転速度とに基づいて前記主機の回転速度を前記目標回転速度にするために前記船舶のプロペラにおいて要求されるトルクである要求プロペラトルクを算出する算出部と、現在の前記要求プロペラトルクと前記消費電力量とに基づいて前記主機、前記補機及び前記軸発電機を制御する制御部と、を備える。

本発明のある態様の船舶の制御方法は、船舶の推進のための推進力を発生させるための主機と、船内母線に供給する電力を発生させる補機と、前記主機の出力軸に連結され、前記出力軸の回転によって前記船内母線に供給する電力を発生させる機能と、前記船内母線を介して供給された電力によりトルクを出力することによって前記船舶の推進のための推進力を発生させる機能とを選択的に実行可能な軸発電機と、前記主機の現在の回転速度と前記主機の目標回転速度を取得するステップと、前記船舶内の現在の消費電力量を取得するステップと、前記現在の回転速度と前記目標回転速度に基づいて前記主機の回転速度を前記目標回転速度にするために要求されるトルクである要求プロペラトルクを算出するステップと、現在の前記要求プロペラトルクと前記消費電力量とに基づいて前記主機、前記補機及び前記軸発電機を制御するステップと、を備える。

本発明のある態様の船舶の制御プログラムは、船舶の推進のための推進力を発生させるための主機と、船内母線に供給する電力を発生させる補機と、前記主機の出力軸に連結され、前記出力軸の回転によって前記船内母線に供給する電力を発生させる機能と、前記船内母線を介して供給された電力によりトルクを出力することによって前記船舶の推進のための推進力を発生させる機能とを選択的に実行可能な軸発電機と、を備える前記船舶の制御プログラムであって、コンピュータに、前記主機の現在の回転速度と前記主機の目標回転速度を取得するステップと、前記船舶内の現在の消費電力量を取得するステップと、前記現在の回転速度と前記目標回転速度に基づいて前記主機の回転速度を前記目標回転速度にするために要求されるトルクである要求プロペラトルクを算出するステップと、現在の前記要求プロペラトルクと前記消費電力量とに基づいて前記主機、前記補機及び前記軸発電機を制御するステップと、を実行させるための船舶の制御プログラムである。

なお、以上の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、プログラム、プログラムを記録した一時的なまたは一時的でない記憶媒体、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、新たな方法により船舶の燃費の悪化を抑制することが可能になる。

第１実施形態の船舶を概略的に示すブロック図である。 第１実施形態のＥＣＵの機能ブロック図である。 第１実施形態のＥＣＵの処理を例示するフローチャートである。 第１実施形態の要求プロペラトルクと消費電力量と運転モードとの関係を例示する。 第１実施形態の運転モード毎の主機、補機、及び軸発電機の動作状態を示す図である。 補機と軸発電機の最適な発電比率を例示するマップである。 補機と軸発電機の最適な発電比率を例示するマップの変形例である。 第２実施形態の船舶を概略的に示すブロック図である。 第２実施形態のＥＣＵの機能ブロック図である。 第２実施形態のＥＣＵの処理を示すフローチャートである。 第２実施形態の要求プロペラトルクと消費電力量と運転モードとの関係を例示する図である。 第２実施形態における第１モード又は第４モードでのステップＳ２０４の具体的な処理を示すフローチャートである。 バッテリの充電量の暫定値の決定方法を説明するための図である。 バッテリの放電量と補機の発電量の決定方法を説明するための図である。 第２実施形態における第２モードでのステップＳ２０４の具体的な処理を示すフローチャートである。 主機の最大トルクの決定方法を説明するための図である。 バッテリの放電量と軸発電機の発電量の決定方法を説明するための図である。 第２実施形態における第３モードでのステップＳ２０４の具体的な処理を示すフローチャートである。 各補機の発電比率で決定するための図である。

以下の実施形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

第１実施形態
図１は、第１実施形態の船舶１を概略的に示すブロック図である。船舶１は、テレグラフ１０と、推進力発生装置２０と、補機３０と、ＡＣグリッド４０と、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１００と、を備える。推進力発生装置２０は、主機２１と、軸発電機２２と、プロペラ２３と、を備える。ＡＣグリッド４０は、ＡＣ配電盤４１と、インバータ／コンバータ４２と、インバータ４３と、を備える。インバータ／コンバータ４２、補機３０、ＡＣグリッド４０、及び船内負荷８０は、船内母線６０を介して接続される。

テレグラフ１０は、例えば船橋に配置され、ＥＣＵ１００に推進力指令値を供給する。

主機２１は、出力軸２１ａを介してプロペラ２３を回転駆動させることにより船舶１の推進のための推進力を発生させる。主機２１は、内燃機関とすることができ、例えばディーゼルエンジンである。主機２１の出力軸２１ａは軸発電機２２及びプロペラ２３に連結される。主機２１は、テレグラフ１０からの推進力指令値に応じた回転速度で駆動される。なお、テレグラフ１０は船速（対地船速又は対水船速）に基づく指令を入力可能なものとし、推進力指令値は船速を達成するために必要な回転速度を示す値としてもよい。

軸発電機２２は、主機２１の出力軸２１ａの回転によって船内母線６０に供給する電力を発生させる発電機としての機能と、船内母線６０を介して供給された電力によりトルクを出力することによって船舶１の推進のための推進力を発生させる電動機としての機能と、を選択的に実行可能に構成される。軸発電機２２は、主機２１の出力軸２１ａにおいて主機２１とプロペラ２３との間に配置される。軸発電機２２によって発電された電力は、インバータ／コンバータ４２を介してＡＣグリッド４０に供給される。軸発電機２２の回転駆動力は、主機２１の出力軸２１ａを介してプロペラ２３に伝達され、これにより船舶１に対する推進力が得られる。

補機３０は、船舶１内で使用される電力を生成する。補機３０は、補機エンジン（不図示）と補機エンジンにより駆動されることによって船内母線６０に供給する電力を発生させる補機発電機（不図示）とを含む。補機３０は、例えば、ディーゼルエンジン及び補機発電機で構成されるディーゼル発電機である。補機３０のディーゼルエンジンで発生した回転駆動力は、補機発電機で電力に変換される。

補機３０で発生した電力は船内母線６０を介してＡＣグリッド４０のＡＣ配電盤４１に供給される。また、軸発電機２２で発生した電力はインバータ／コンバータ４２を介してＡＣ配電盤４１に供給される。ＡＣ配電盤４１は、供給された電力を分配してインバータ４３を介して船内負荷８０に供給する。船内負荷８０は、船舶１に設置された照明機器、空調機器、航海機器や電動ポンプの他、主機２１、軸発電機２２、補機３０、ＡＣグリッド４０、ＥＣＵ１００など、船舶１において船内母線６０を介して電力供給を受けて電力を消費するあらゆる機器による負荷を含む。

ＥＣＵ１００は、統合制御ＥＣＵ１０１と、主機ＥＣＵ１０２と、補機ＥＣＵ１０３と、電力制御ＥＣＵ１０４と、を備える。主機ＥＣＵ１０２及び補機ＥＣＵ１０３は、それぞれ、主機２１及び補機３０を制御する。電力制御ＥＣＵ１０４は、ＡＣグリッド４０のＡＣ配電盤４１、インバータ／コンバータ４２及びインバータ４３を制御することにより船舶内の電力需給を制御する。統合制御ＥＣＵ１０１は、主機ＥＣＵ１０２、補機ＥＣＵ１０３及び電力制御ＥＣＵ１０４の上位でそれぞれを最適に統合制御する。ＥＣＵ１００は、統合制御ＥＣＵ１０１と、主機ＥＣＵ１０２と、補機ＥＣＵ１０３と、電力制御ＥＣＵ１０４とを１つの装置内で一体的に備えてもよいし、これらのＥＣＵを別々の装置で別体的に備えてもよい。本実施形態のＥＣＵ１００は、船舶１の制御装置の一例である。

回転速度センサ７１Ａは、主機２１の出力軸２１ａに取り付けられ、主機２１の回転速度を計測する。回転速度センサ７１Ｂは、プロペラ２３の回転軸に取り付けられ、プロペラ２３の回転速度を計測する。回転速度センサ７１Ａ及び７１Ｂで計測された回転速度信号はＥＣＵ１００に供給される。消費電力量センサ７２は、インバータ４３と船内負荷８０との間に設けられ、船舶１内の現在の消費電力量Ｐｄを計測する。ここでの消費電力量Ｐｄは、船内負荷８０によって消費される電力であり、つまり船舶１において船内母線６０を介して電力供給を受ける機器によって消費された電力である。消費電力量センサ７２で計測された消費電力量信号は、ＥＣＵ１００に供給される。

図２は、ＥＣＵ１００の機能ブロック図である。図２を含む各図に示す各機能ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする電子素子や機械部品などで実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラムなどによって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描く。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

ＥＣＵ１００は、取得部１１０と、算出部１２０と、運転モード決定部１３０と、制御部１４０と、記憶部１５０と、を備える。取得部１１０は、回転速度取得部１１１と、消費電力量取得部１１２と、を備える。

回転速度取得部１１１は、主機２１の現在の回転速度Ｎｅ、現在のプロペラ２３の回転速度Ｎｐ、主機２１の目標回転速度を取得する。主機２１の現在の回転速度Ｎｅは、例えば、回転速度センサ７１Ａの計測値から取得される。プロペラ２３の現在の回転速度Ｎｐは、例えば、回転速度センサ７１Ｂの計測値から取得される。主機２１の目標回転速度は、例えば、テレグラフ１０から入力された推進力指令値に基づいて取得される。消費電力量取得部１１２は、船舶１内の現在の消費電力量Ｐｄを取得する。船舶１内の現在の消費電力量Ｐｄは、例えば、消費電力量センサ７２の計測値から取得される。

算出部１２０は、主機２１の現在の回転速度Ｎｅ及び目標回転速度に基づいて要求プロペラトルクを算出する。要求プロペラトルクは、主機２１の現在の回転速度Ｎｅを目標回転速度にするためにプロペラにおいて要求されるトルクである。本実施形態の算出部１２０は、例えば、主機２１の現在の回転速度Ｎｅと目標回転速度との比較に基づくＰＩＤ制御において要求プロペラトルクＴｐを算出する。

運転モード決定部１３０は、現在の要求プロペラトルクＴｐと消費電力量Ｐｄとに基づいて、運転モードを決定する。運転モード及びその決定方法は後述する。

制御部１４０は、主機２１、補機３０及びＡＣグリッド４０を制御する。また、制御部１４０は、主機２１、補機３０及びＡＣグリッド４０の統合制御を通じて、軸発電機２２を制御する。制御部１４０は、現在の要求プロペラトルクＴｐと消費電力量Ｐｄとに基づいて、主機２１、補機３０及び軸発電機２２を制御する。

記憶部１５０は、各種プログラムや基準値、閾値等を記憶する。

ところで、主機２１では、低負荷側の運転よりも高負荷側の運転の方が燃費が良いことが知られている。また、補機３０を用いて発電するよりも、主機２１から出力軸２１ａを介して軸発電機２２に回転駆動力を供給することにより軸発電機２２で発電したほうが、主機２１をより高負荷側で運転できるため燃費が良いことが知られている。更に一般には補機３０よりも主機２１の方が燃費効率の最良値が優れている。

本発明者は、次の課題を認識するに至った。すなわち、従来、船舶全体での燃費を改善するように、主機２１、補機３０及び軸発電機２２を制御する技術はなかった。以下、これを解決する手法について具体的に説明する。

図３は、第１実施形態のＥＣＵ１００の処理Ｓ１００を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１で、取得部１１０は、主機２１の現在の回転速度Ｎｅ、プロペラ２３の現在の回転速度Ｎｐ、目標回転速度、及び船舶１における現在の消費電力量Ｐｄを取得する。取得部１１０は、取得した主機２１の現在の回転速度Ｎｅ及び目標回転速度を算出部１２０に供給し、取得した主機２１の現在の回転速度Ｎｅ、プロペラ２３の現在の回転速度Ｎｐ及び現在の消費電力量Ｐｄを運転モード決定部１３０に供給する。

ステップＳ１０２で、算出部１２０は、現在の回転速度Ｎｅ及び目標回転速度に基づいて、現在の要求プロペラトルクＴｐを算出する。算出部１２０は、現在の要求プロペラトルクＴｐの算出結果を運転モード決定部１３０に供給する。

ステップＳ１０３で、運転モード決定部１３０は、現在の回転速度Ｎｅ、現在の要求プロペラトルクＴｐ、及び消費電力量Ｐｄに基づいて、主機２１、補機３０、及び軸発電機２２の運転モードを決定する。図４を用いて、第１実施形態の運転モードの具体的な決定方法について説明する。図４は、第１実施形態の要求プロペラトルクＴｐと消費電力量Ｐｄと運転モードとの関係を例示する。この要求プロペラトルクＴｐと消費電力量Ｐｄと運転モードとの関係は、回転速度Ｎｅ毎に予め定められる。

図４のマップでは、主機の燃費が所定の燃費基準よりも良くなるように要求プロペラトルク及び消費電力量の範囲が設定された第１運転領域Ｒ１が定められ、この第１運転領域Ｒ１の外に第２運転領域Ｒ２が定められる。第１運転領域Ｒ１は、消費電力量の範囲が第１消費電力量基準値Ｐｒ１よりも下側に設定される低消費電力量領域Ｒ１Ａと、消費電力量の範囲が第１消費電力量基準値Ｐｒ１と同じか又は上側に設定される高消費電力量領域Ｒ１Ｂとを含む。第２運転領域Ｒ２は、要求プロペラトルクの範囲が第１トルク基準値Ｔｒ１よりも下側に設定され且つ消費電力量の範囲が第２消費電力量基準値Ｐｒ２よりも下側に設定される低トルク低消費電力量領域Ｒ２Ａと、要求プロペラトルクの範囲が第２トルク基準値Ｔｒ２よりも上側に設定され且つ消費電力量の範囲が第３消費電力量基準値Ｐｒ３よりも下側に設定される高トルク低消費電力量領域Ｒ２Ｂを含む。

ここで、主機の燃費とは、主機における燃料の単位消費量当たりの出力［ｋＷｈ／ｇ］をいう。また、主機の燃費は、主機における現在の単位出力当たりの燃料消費量［ｇ／ｋＷｈ］であってもよい。従って、ここでの「燃費が所定の燃費基準よりも良い」とは、主機における燃料の単位消費量当たりの出力が所定の出力基準値以上となるか、又は主機における現在の単位出力当たりの燃料消費量が所定の消費量基準値以下となることをいう。

図４の例では、現在の要求プロペラトルクＴｐ及び現在の消費電力量Ｐｄで定められる船舶１の運転点Ｄは、第２運転領域Ｒ２に含まれている。第２運転領域Ｒ２では、後述の第４モード及び第５モードに該当する場合（運転点Ｄが低トルク低消費電力量領域Ｒ２Ａ又は高トルク低消費電力量領域Ｒ２Ｂに含まれる場合）を除いて、基本的に第１モードが運転モードとして設定される。第１モードは、通常運転時に利用され、軸発電機２２による推進力の加勢なしで主機２１が発生するトルクにより船舶１の推進力を生成する。

図５は、運転モード毎の主機２１、補機３０、及び軸発電機２２の動作状態を示す。ここで、主機２１の動作状態は、主機２１が運転中である運転状態と、主機２１が空転している空転状態とを含む。補機３０の動作状態は、補機３０が運転している運転状態と、補機３０が停止している停止状態とを含む。軸発電機２２の動作状態は、軸発電機２２が空転している空転状態と、軸発電機２２が主機からの回転駆動力の供給を受けて発電する発電状態と、軸発電機２２が船内母線６０を介して電力供給されることにより軸発電機２２にトルクを出力させるトルク出力状態と、を含む。なお、ここでは主機２１及び軸発電機２２ともに「空転」と表現しているが、動力伝達系に図示しないクラッチなどの動力断接機構を設け、主機２１及び軸発電機２２を停止し、クラッチを切るようにしても良い。図５に示すように、運転モードが第１モードである場合、主機２１は運転状態、補機３０は運転状態、軸発電機２２は空転状態にされる。

運転点Ｄが低消費電力量領域Ｒ１Ａに含まれる場合、第２モードが運転モードとして決定される（図４参照）。また、運転点Ｄが高消費電力量領域Ｒ１Ｂに含まれる場合、第３モードが運転モードとして決定される。ここで、主機２１では、低負荷過ぎず且つ高負荷過ぎない負荷において、最も良好な燃費で運転できることが知られている。第２モード及び第３モードは、低負荷側過ぎず且つ高負荷側過ぎない運転領域において良好な燃費において主機２１を運転できる。第２モードは、消費電力量Ｐｄの増大にも対応できる程度に船舶１に電力余裕がある場合に利用される。図５に示すように、運転モードが第２モードである場合、主機２１は運転状態、補機３０は停止状態、軸発電機２２は発電状態にされ、運転モードが第３モードである場合、主機２１は運転状態、補機３０は運転状態、軸発電機２２は発電状態にされる。

運転点Ｄが低トルク低消費電力量領域Ｒ２Ａに含まれる場合、第４モードが運転モードとして決定される（図４参照）。第４モードは、（仮に主機２１で運転した場合には燃費が悪い）極低負荷での推進力制御が必要な場合に利用される。運転モードが第４モードである場合、主機２１は空転状態、補機３０は運転状態、軸発電機２２はトルク出力状態にされる（図５参照）。

運転点Ｄが高トルク低消費電力量領域Ｒ２Ｂに含まれる場合、第５モードが運転モードとして決定される（図４参照）。第５モードは、船舶１に電力余裕がある場合であって、主機が最大負荷付近で運転していて、更にプロペラトルクを上げたいときに、主機２１での推進力に加えて軸発電機２２によって加勢する際に利用される。運転モードが第５モードとなる前提は、主機トルクＴｍが現在の回転速度において最大トルクもしくはそれに近い状態で運転していることを想定している。運転モードが第５モードである場合、主機２１は運転状態、補機３０は運転状態、軸発電機２２はトルク出力状態にされる。

運転モード決定部１３０は、運転モードの決定結果を算出部１２０に供給する。なお、運転モードが頻繁に切り替わるのを抑制するために、図４における各運転モードの境界にヒステリシスが設定されるのが好ましい。また、図４に示されるマップは予め実験等を行うことにより適宜定められればよい。後述の図１１も同様である。

ステップＳ１０４で、算出部１２０は、運転モードの決定結果に基づいて、主機２１、補機３０、及び軸発電機２２のトルク及び発電量を算出する。以下、これを各運転モードについて説明する。

運転モードが第１モードである場合、主機２１のトルクＴｍ及び補機３０の発電量Ｐｄｇは、以下の式（１）及び式（２）で示される。
Ｔｍ＝Ｔｐ 式（１）
Ｐｄｇ＝Ｐｄ 式（２）
このように、第１モードでは、主機２１が単独で要求プロペラトルクＴｐに相当するトルクを出力し、補機３０の発電量Ｐｄｇによって消費電力量Ｐｄが賄われる。

運転モードが第２モードである場合、主機２１のトルクＴｍ及び軸発電機２２の発電量Ｐｓｇは、以下の式（３）及び式（４）で示される。
Ｔｍ＝Ｔｐ＋Ｐｄ／ηｓｇ／Ｎｅ＊Ｃ 式（３）
Ｐｓｇ＝Ｐｄ 式（４）
ここで、ηｓｇは軸発電機２２の発電効率であり、軸発電機２２の仕様に基づいて設定される。Ｃは回転数をトルクに換算するための定数である。このように、第２モードでは、主機２１は、要求プロペラトルクＴｐ分のトルクに加え、軸発電機２２に回転駆動力を供給して発電させるためのトルクを発生させる。軸発電機２２の発電量Ｐｓｇによって消費電力量Ｐｄが賄われる。このように、消費電力量Ｐｄが小さい場合に軸発電機２２を用いて消費電力量Ｐｄを賄うことにより、補機３０を用いて発電する場合と比較して燃費を改善できる。

運転モードが第３モードである場合、主機２１のトルクＴｍ、補機３０の発電量Ｐｄｇ及び軸発電機２２の発電量Ｐｓｇは、以下の式（５）及び式（６）で示される。
Ｔｍ＝Ｔｐ＋Ｐｓｇ／ηｓｇ／Ｎｅ＊Ｃ 式（５）
Ｐｄｇ＋Ｐｓｇ＝Ｐｄ 式（６）

ここで、第３モードにおいて、Ｐｄに対するＰｄｇとＰｓｇとの発電比率は、例えば、図６に例示する補機３０と軸発電機２２の最適な発電比率を示すマップに基づいて決定される。図６に示すように、消費電力量Ｐｄが相対的に大きい場合には、消費電力量Ｐｄが相対的に小さい場合と比較して、補機３０と軸発電機２２の総発電量における補機の発電量の割合を大きくするように発電比率が設定される。また、要求プロペラトルクＴｐが相対的に大きい場合には、要求プロペラトルクＴｐが相対的に小さい場合と比較して、補機３０と軸発電機２２の総発電量における補機の発電量の割合を大きくするように発電比率が設定される。例えば、現在の消費電力量Ｐｄや要求プロペラトルクＴｐが大きくなるにつれて補機３０の発電量の割合が線形又は非線形に大きくなるように設定されてもよいし、現在の消費電力量Ｐｄや要求プロペラトルクＴｐが大きくなるにつれて補機３０の発電量の割合がステップ状に大きくなるように設定されてもよい。これにより、補機３０及び軸発電機２２を効率的に運転できるため、燃費を改善できる。

このように、第３モードでも第２モードと同様に、主機２１は、要求プロペラトルクＴｐ分のトルクに加え、軸発電機２２に回転駆動力を供給して発電させるためのトルクを発生させる。また、補機３０の発電量Ｐｄｇ及び軸発電機２２の発電量Ｐｓｇによって最適な発電比率で消費電力量Ｐｄが賄われる。消費電力量Ｐｄが大きく、軸発電機２２の発電量Ｐｓｇでは消費電力量Ｐｄを全て賄えない場合に補機３０を用いて発電することにより、電力量不足に陥ることを抑制できる。

運転モードが第４モードである場合、軸発電機２２のトルクＴｓ、補機３０の発電量Ｐｄｇは、以下の式（７）及び式（８）で示される。
Ｔｓ＝Ｔｐ 式（７）
Ｐｄｇ＝Ｐｄ＋Ｔｐ／ηｓｇ＊Ｎｐ／Ｃ 式（８）
このように、第４モードでは、軸発電機２２が単独で要求プロペラトルクＴｐに相当するトルクを出力し、補機３０の発電量Ｐｄｇによって消費電力量Ｐｄに加えて軸発電機２２を回転駆動させるための電力量が賄われる。要求プロペラトルクＴｐ及び消費電力量Ｐｄが小さい場合には軸発電機２２によって要求プロペラトルクＴｐ分のトルクが出力されるため、主機２１の低負荷での運転が抑制され、燃費の悪化を抑制できる。

運転モードが第５モードである場合、軸発電機２２のトルクＴｓ、補機３０の発電量Ｐｄｇは、以下の式（９）及び式（１０）で示される。
Ｐｄｇ＝Ｋ１（Ｔｐ－Ｔｍ） 式（９）
Ｔｓ＝（Ｐｄｇ－Ｐｄ）＊ηｓｇ／Ｎｐ＊Ｃ 式（１０）
ここで、Ｋ１は、トルクを電力量に換算するための係数である。第５モードにおいて補機３０の発電量Ｐｄｇは、Ｐｄｇmaxを上限とする。Ｐｄｇmaxは、補機３０の出力可能な最大発電量であり、補機３０の仕様に基づいて予め定められる。このように、要求プロペラトルクＴｐが大きく且つ消費電力量Ｐｄが小さい場合、軸発電機２２にトルクを出力させることで主機２１のトルクＴｍが大きくなりすぎることを抑制できるため、燃費の悪化を抑制できる。

算出部１２０は、主機２１、補機３０、及び軸発電機２２のトルク及び発電量の算出結果を制御部１４０に供給する。

ステップＳ１０５で、制御部１４０は、供給された算出結果に基づいて、主機２１、補機３０、及び軸発電機２２を制御する。制御部１４０は、決定された運転モードに対応する上述の動作状態、トルク及び発電量とするように、主機２１、補機３０、及び軸発電機２２を制御する。

ステップＳ１０５の後、処理Ｓ１００は終了する。

以上のように、本実施形態では、制御部１４０は、現在の要求プロペラトルクＴｐと現在の消費電力量Ｐｄとに基づいて主機２１、補機３０及び軸発電機２２を制御する。本構成によると、現在の要求プロペラトルクＴｐと現在の消費電力量Ｐｄとに基づくことにより、船舶１において必要な推進力及び電力供給を確保しつつ、主機２１、補機３０及び軸発電機２２を適切なエネルギー出力配分で運転できるため、船舶全体で効果的に燃費を改善することが可能となる。

本実施形態では、制御部１４０は、船舶の運転点Ｄが第１運転領域Ｒ１の外にある第２運転領域Ｒ２に含まれる場合、主機２１及び補機３０を運転状態、軸発電機２２を空転状態とし、運転点Ｄが低消費電力量領域Ｒ１Ａに含まれる場合、主機２１を運転状態、補機３０を停止状態、軸発電機２２を発電状態とし、運転点Ｄが高消費電力量領域Ｒ１Ｂに含まれる場合、主機２１及び補機３０を運転状態、軸発電機２２を発電状態とする。第１運転領域Ｒ１における要求プロペラトルク及び消費電力量の範囲は、主機２１の燃費が所定の燃費基準よりも良くなるように設定される。本構成によると、軸発電機を発電状態とすることにより主機２１をより燃費の良い運転領域で運転できるため主機２１の燃費を改善できるとともに、補機３０よりも燃費の良い主機２１で発電するので、発電に要する燃料消費量を低減できる。また、現在の消費電力量Ｐｄに応じて軸発電機２２の発電量Ｐｓｇでは十分でない場合に補機３０を運転して電力供給できるため、電力量不足に陥ることを抑制できる。

本実施形態では、制御部１４０は、運転点Ｄが低トルク低消費電力量領域Ｒ２Ａに含まれる場合、主機２１を空転状態、補機３０を運転状態、軸発電機２２をトルク出力状態とする。本構成によると、要求プロペラトルクＴｐ及び消費電力量Ｐｄが小さい場合には軸発電機２２によってトルクが出力されるため、主機２１の低負荷での運転が抑制され、燃費の悪化を抑制できる。

本実施形態では、制御部１４０は、運転点Ｄが高トルク低消費電力量領域Ｒ２Ｂに含まれる場合、主機２１及び補機３０を運転状態、軸発電機２２をトルク出力状態とする。本構成によると、要求プロペラトルクＴｐが大きく且つ消費電力量Ｐｄが小さい場合、軸発電機２２にトルクを出力させることで主機２１のトルクＴｍが大きくなりすぎることを抑制できるため、主機２１の燃費の悪化を抑制できる。

本実施形態では、制御部１４０は、補機３０が運転状態であり且つ軸発電機２２が発電状態であるとき、消費電力量Ｐｄが相対的に小さい場合には、消費電力量Ｐｄが相対的に大きい場合と比較して、補機３０及び軸発電機２２の総発電量（Ｐｄｇ＋Ｐｓｇ）における軸発電機２２の発電量Ｐｓｇの割合を大きくする。本構成によると、消費電力量Ｐｄが小さい場合には軸発電機２２が優先的に発電されるため、補機３０が燃費の悪い低負荷域で運転することを抑制できるので燃費を改善できる。

以下、実施形態の変形例を説明する。

上述した閾値や定数等は主機２１の燃費性能や過渡応答性・失火やノッキングのリスクなどを考慮して予め設定されるが、実際の主機２１の運転状況をモニターしながら主機２１の劣化や燃料性状の変化による主機２１の性能の変化に合わせて補正あるいは変更するようにしてもよい。

実施形態では、図６に示すマップを用いて軸発電機２２と補機３０との発電比率を決定する例を示したが、これに限定されず、縦軸、横軸、及びプロット値等は適宜入れ替えてもよい。例えば、図７に示すように、縦軸を消費電力量Ｐｄとし、横軸を要求プロペラトルクＴｐとしたマップが用いられてもよい。

実施形態では、図３に示す処理を実行することにより、軸発電機２２が制御されたが、これに限定されない。例えば、少なくとも現在の要求プロペラトルク及び船舶の消費電力量を入力データとして含み、主機２１のトルクＴｍと、補機３０の発電量Ｐｄｇと、軸発電機２２のトルクＴｓｇ又は軸発電機２２の発電量Ｐｓｇとを出力データとして含む演算モデルの出力データに基づいて、主機２１、補機３０、及び軸発電機２２が制御されてもよい。この演算モデルは、例えばニューラルネットワークによる機械学習によって学習された学習済みモデルであってもよい。

第２実施形態
以下、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態の図面および説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

図８は、第２実施形態の船舶１を概略的に示すブロック図である。第２実施形態の船舶１のＡＣグリッドは、バッテリ４４と、双方向インバータ／コンバータ４５と、をさらに備える。バッテリ４４は、例えば、鉛蓄電池、ニッケル水素蓄電池、リチウムイオン電池等の充放電を繰り返して使用できる電池である。バッテリ４４は、双方向インバータ／コンバータ４５を介してＡＣ配電盤４１に接続される。バッテリ４４には、バッテリ４４のＳＯＣ（充電率）を検出するＳＯＣセンサ７３が取り付けられている。ＳＯＣセンサは、例えばバッテリ４４の電圧に基づいてＳＯＣを検出する。双方向インバータ／コンバータ４５は、バッテリ４４の充電の際にＡＣ配電盤４１からの交流電流を直流電流に変換してバッテリ４４に供給する機能と、バッテリ４４の放電の際にバッテリ４４からの直流電流を交流電流に変換してＡＣ配電盤４１に供給する機能とを選択的に実行可能である。双方向インバータ／コンバータ４５は、電力制御ＥＣＵ１０４によって制御される。

図９は、第２実施形態のＥＣＵ１００の機能ブロック図である。第２実施形態のＥＣＵ１００の取得部１１０は、バッテリ４４のＳＯＣを取得するＳＯＣ取得部１１３をさらに備える。ＳＯＣ取得部１１３は、例えばＳＯＣセンサ７３からＳＯＣを取得する。

図１０は、第２実施形態のＥＣＵ１００の処理Ｓ２００を示すフローチャートである。図１１のステップＳ２０１～Ｓ２０５は、特に言及する点を除いて、図３のステップＳ１０１～Ｓ１０５と基本的に同様であるため、重複する内容についてはその説明を省略する場合がある。

ステップＳ２０１で、取得部１１０は、主機２１の現在の回転速度Ｎｅ、プロペラ２３の現在の回転速度Ｎｐ、目標回転速度、船舶における現在の消費電力量Ｐｄ、及びＳＯＣを取得する。取得部１１０は、取得した主機２１の現在の回転速度Ｎｅ、目標回転速度、ＳＯＣを算出部１２０に供給し、取得した主機２１の現在の回転速度Ｎｅ、プロペラ２３の現在の回転速度Ｎｐ及び現在の消費電力量Ｐｄを運転モード決定部１３０に供給する。

その後、ステップＳ２０２を経て、ステップＳ２０３で、運転モード決定部１３０は、現在の回転速度Ｎｅ、現在の要求プロペラトルクＴｐ、及び消費電力量Ｐｄに基づいて、主機２１、補機３０、及び軸発電機２２の運転モードを決定する。

図１１は、第２実施形態の要求プロペラトルクＴｐと消費電力量Ｐｄと運転モードとの関係を例示する。図１１に示すように、第２実施形態では、第２運転領域は、領域Ｒ２Ａ及びＲ２Ｂの他に、要求プロペラトルクの範囲が低トルク低消費電力量領域Ｒ２Ａにおける要求プロペラトルクの下限値ＴｐＲ２よりも下側に設定され且つ消費電力量の範囲が第２消費電力量基準値Ｐｒ２よりも小さい極低消費電力量基準値ＰｒＶＬよりも下側に設定された極低トルク極低消費電力量領域Ｒ２Ｃを含む。極低トルク極低消費電力量領域Ｒ２Ｃでは、第６モードで運転される。第６モードは、港湾内などの低船速での操船を想定した運転モードである。第６モードでは、バッテリ４４のＳＯＣが閾値よりも大きい場合、主機２１は空転状態、補機３０は停止状態、軸発電機２２はトルク出力状態にされる。第６モードでは、（軸発電機２２を駆動するための電力量を含む）消費電力量Ｐｄは全てバッテリ４４により賄われ、燃料消費を抑制できるため、燃費を改善できる。また、主機２１及び補機３０を停止できるので、非常に静粛な運転が可能である。

ステップＳ２０４で、算出部１２０は、運転モードの決定結果に基づいて、主機２１、補機３０、及び軸発電機２２のトルク及び発電量、バッテリ４４の充電量又は放電量を算出する。ここで、図１２を用いて、ステップＳ２０４における運転モードが第１モード又は第４モードである場合の算出方法について説明する。第１モード又は第４モードでは、図１２を用いて以下で説明するようにバッテリの充電量Ｐｃ、放電量Ｐｂ及び補機３０の発電量Ｐｄｇが算出される。

ステップＳ３０１で、算出部１２０は、消費電力量ＰｄがＰｇｍよりも小さいか否かを判断する。ちなみに第４モードの場合は軸発電機２２でトルクを発生するために必要な電力も、消費電力量Ｐｄに含まれる。ここで、Ｐｇｍは、補機３０の最大発電量Ｐｄｇmaxから所定の発電余裕ｍを考慮した電力量であり、以下の式（１１）で表される。
Ｐｇｍ＝Ｐｄｇmax／ｍ 式（１１）
発電余裕ｍは、船の種類、機器仕様、運用形態などや、急激な消費電力の変動幅を考慮した上で予め設定される。消費電力量ＰｄがＰｇｍよりも小さい場合（Ｓ３０１のＹ）、ステップＳ２０４はステップＳ３０２に進む。

ステップＳ３０２で、算出部１２０は、ＳＯＣが低ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｌよりも小さいか否かを判断する。ＳＯＣが低ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｌよりも小さい場合（Ｓ３０２のＹ）、ステップＳ２０４はステップＳ３０３に進む。

ステップＳ３０３で、算出部１２０は、ＳＯＣに応じて、バッテリ４４に充電させる電力量（以下、「バッテリの充電量」という）の暫定値Ｐｃ１を算出する。図１３を用いて、バッテリ４４の充電量の暫定値Ｐｃ１の算出方法を説明する。図１３には、ＳＯＣが増加するにつれてバッテリ４４の充電量の暫定値Ｐｃ１が小さくなるようにＳＯＣ及び暫定値Ｐｃ１の関係が設定されたマップが示されている。算出部１２０は、図１３のマップを用いて、バッテリ４４の充電量の暫定値Ｐｃ１を算出する。また、例えば、ＳＯＣが大きくなるにつれてバッテリ４４の充電量の暫定値Ｐｃ１が線形又は非線形に小さくなるように算出されてもよいし、ＳＯＣが大きくなるにつれてバッテリ４４の充電量の暫定値Ｐｃ１がステップ状に小さくなるように算出されてもよい。

ステップＳ３０４で、算出部１２０は、（Ｐｃ１＋Ｐｄ）がＰｇｍよりも小さいか否かを判断する。（Ｐｃ１＋Ｐｄ）がＰｇｍよりも小さい場合（Ｓ３０４のＹ）、ステップＳ２０４はステップＳ３０５に進む。

ステップＳ３０５で、算出部１２０は、以下の式（１２）及び式（１３）を用いてバッテリ４４の充電量Ｐｃ及び補機３０の発電量Ｐｄｇを算出する。
Ｐｃ＝Ｐｃ１ 式（１２）
Ｐｄｇ＝Ｐｃ＋Ｐｄ 式（１３）

ステップＳ３０４に戻ると、（Ｐｃ１＋Ｐｄ）がＰｇｍよりも小さくない場合（Ｓ３０４のＮ）、ステップＳ２０４はステップＳ３０６に進む。ステップＳ３０６で、算出部１２０は、以下の式（１４）及び式（１５）を用いてバッテリ４４の充電量Ｐｃ及び補機３０の発電量Ｐｄｇを算出する。
Ｐｃ＝Ｐｇｍ－Ｐｄ 式（１４）
Ｐｄｇ＝Ｐｇｍ 式（１５）

ステップＳ３０１又はＳ３０２に戻ると、消費電力量ＰｄがＰｇｍよりも小さくない場合（Ｓ３０１のＮ）、又はＳＯＣが低ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｌよりも小さくない場合（Ｓ３０２のＮ）、ステップＳ２０４はステップＳ３０７に進む。ステップＳ３０７で、算出部１２０は、ＳＯＣが高ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｈよりも小さいか否かを判断する。高ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｈは、低ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｌよりも大きい。ＳＯＣが高ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｈよりも小さくない場合（Ｓ３０７のＮ）、ステップＳ２０４はステップＳ３０８に進む。

ステップＳ３０８で、算出部１２０は、以下の式（１６）を用いて、バッテリ４４に放電させる電力量（以下、「バッテリ４４の放電量」という）Ｐｂと補機３０の発電量Ｐｄｇとを算出する。
Ｐｄ＝Ｐｂ＋Ｐｄｇ 式（１６）
ここでは、消費電力量Ｐｄに応じた配分又は比率においてバッテリ４４の放電量Ｐｂと補機３０の発電量Ｐｄｇとが算出される。例えば、図１４に示すように、消費電力量Ｐｄの増加に伴い、バッテリ４４の放電量Ｐｂと補機３０の発電量Ｐｄｇとの和を大きくするようにバッテリ４４の放電量Ｐｂと補機３０の発電量Ｐｄｇとが算出される。

ステップＳ３０７に戻ると、ＳＯＣが高ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｈよりも小さい場合（Ｓ３０７のＹ）、ステップＳ２０４はステップＳ３０９に進む。ステップＳ３０９で、算出部１２０は、消費電力量Ｐｄが補機３０の最大燃費発電量Ｐｄｇbestよりも小さいか否かを判断する。補機３０の最良燃費発電量Ｐｄｇbestは、補機３０の燃費が最良となるときの発電量であり、補機３０の仕様に基づいて予め定められる。消費電力量Ｐｄが補機３０の最大燃費発電量Ｐｄｇbestよりも小さい場合（Ｓ３０９のＹ）、ステップＳ２０４はステップＳ３１０に進む。

ステップＳ３１０で、算出部１２０は、以下の式（１７）及び式（１８）を用いてバッテリ４４の充電量Ｐｃ及び補機３０の発電量Ｐｄｇを算出する。
Ｐｃ＝Ｐｄｇbest－Ｐｄ 式（１７）
Ｐｄｇ＝Ｐｄｇbest 式（１８）

ステップＳ３０９に戻ると、消費電力量Ｐｄが補機３０の最大燃費発電量Ｐｄｇbestよりも小さくない場合（Ｓ３０９のＮ）、ステップＳ２０４はステップＳ３１１に進む。ステップＳ３１１で、算出部１２０は、以下の式（１９）及び式（２０）を用いてバッテリ４４の充電量Ｐｃ及び補機３０の発電量Ｐｄｇを算出する。
Ｐｃ＝０ 式（１９）
Ｐｄｇ＝Ｐｄ 式（２０）

ステップＳ３０５、Ｓ３０６、Ｓ３０８、Ｓ３１０、Ｓ３１１の後、第１モード又は第４モードにおけるステップＳ２０４の処理を終了する。

次に、図１５を用いて、ステップＳ２０４における運転モードが第２モードである場合の算出方法について説明する。

ステップＳ４０１で、算出部１２０は、主機２１の現在の回転速度Ｎｅに応じて主機２１の最大トルクＴｍmaxを算出する。図１６を用いて、主機２１の最大トルクＴｍmaxの算出方法を説明する。図１６には、回転速度Ｎｅ及び最大トルクＴｍmaxの関係が設定されたマップが示されている。算出部１２０は、図１６のマップを用いて、主機２１の最大トルクＴｍmaxを算出する。

ステップＳ４０２で、算出部１２０は、消費電力量ＰｄがＰｓｍよりも小さいか否かを判断する。ここで、Ｐｓｍは軸発電機の最大発電量Ｐｓｇmaxから所定の発電余裕ｍを考慮した電力量であり、以下の式（２１）で表される。
Ｐｓｍ＝Ｐｓｇmax／ｍ 式（２１）
軸発電機２２の最大発電量Ｐｓｇmaxは、式（２２）で表される。
Ｐｓｇmax＝（Ｔｍmax－Ｔｐ）＊ηｓｇ＊Ｎｅ／Ｃ 式（２２）
消費電力量ＰｄがＰｓｍよりも小さい場合（Ｓ４０２のＹ）、ステップＳ２０４はステップＳ４０３に進む。

ステップＳ４０３で、算出部１２０は、ＳＯＣが低ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｌよりも小さいか否かを判断する。ＳＯＣが低ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｌよりも小さい場合（Ｓ４０３のＹ）、ステップＳ２０４はステップＳ４０４に進む。

ステップＳ４０４で、算出部１２０は、ＳＯＣに応じて、バッテリ４４の充電量の暫定値Ｐｃ１を算出する。ステップＳ４０４は、上述のステップＳ３０３と同様であるため、その説明を省略する。

ステップＳ４０５で、算出部１２０は、（Ｐｃ１＋Ｐｄ）がＰｓｍよりも小さいか否かを判断する。（Ｐｃ１＋Ｐｄ）がＰｓｍよりも小さい場合（Ｓ４０５のＹ）、ステップＳ２０４はステップＳ４０６に進む。

ステップＳ４０６で、算出部１２０は、以下の式（２３）及び式（２４）を用いて、バッテリ４４の充電量Ｐｃ及び軸発電機２２の発電量Ｐｓｇを算出する。
Ｐｃ＝Ｐｃ１ 式（２３）
Ｐｓｇ＝Ｐｃ＋Ｐｄ 式（２４）

ステップＳ４０５に戻ると、（Ｐｃ１＋Ｐｄ）がＰｓｍよりも小さくない場合（Ｓ４０５のＮ）、ステップＳ２０４はステップＳ４０７に進む。ステップＳ４０７で、算出部１２０は、以下の式（２５）及び式（２６）を用いてバッテリ４４の充電量Ｐｃ及び軸発電機２２の発電量Ｐｓｇを算出する。
Ｐｃ＝Ｐｓｍ－Ｐｄ 式（２５）
Ｐｄｇ＝Ｐｓｍ 式（２６）

ステップＳ４０６又はＳ４０７の後、ステップＳ４０８で、算出部１２０は、以下の式（２７）を用いて、主機２１のトルクＴｍを算出する。
Ｔｍ＝Ｔｐ＋Ｐｓｇ／ηｓｇ／Ｎｅ＊Ｃ 式（２７）

ステップＳ４０３に戻ると、ＳＯＣが低ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｌよりも小さくない場合（Ｓ４０３のＮ）、ステップＳ２０４はステップＳ４０９に進む。ステップＳ４０９で、算出部１２０は、ＳＯＣが高ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｈよりも小さいか否かを判断する。ステップＳ４０９は上述のステップＳ３０７と同様である。ＳＯＣが高ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｈよりも小さくない場合（Ｓ４０９のＮ）、ステップＳ２０４はステップＳ４１０に進む。

ステップＳ４１０で、算出部１２０は、以下の式（２８）を用いて、バッテリ４４の放電量Ｐｂと軸発電機２２の発電量Ｐｓｇを算出する。
Ｐｄ＝Ｐｂ＋Ｐｓｇ 式（２８）
ここでは、消費電力量Ｐｄに応じた配分又は比率においてバッテリ４４の放電量Ｐｂと軸発電機２２の発電量Ｐｓｇとが算出される。例えば、図１７に示すように、消費電力量Ｐｄが消費電力量基準値Ｐｄｒ以下である場合には消費電力量Ｐｄに比例して軸発電機２２の発電量Ｐｓｇを大きくし、消費電力量Ｐｄが消費電力量基準値Ｐｄｒよりも大きい場合には軸発電機２２の発電量Ｐｓｇを一定値（最大値）とするように軸発電機２２の発電量Ｐｓｇが算出される。また、消費電力量Ｐｄが消費電力量基準値Ｐｄｒ以下である場合にはバッテリ４４の放電量Ｐｂを０として放電させず、消費電力量Ｐｄが消費電力量基準値Ｐｄｒよりも大きい場合には消費電力量Ｐｄに比例してバッテリ４４の放電量Ｐｂを大きくするようにバッテリ４４の放電量Ｐｂが算出される。

ステップＳ４１０の後、ステップＳ２０４は上述のステップＳ４０８に進む。

ステップＳ４０９に戻ると、ＳＯＣが高ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｈよりも小さい場合（Ｓ４０９のＹ）、ステップＳ２０４はステップＳ４１１に進む。ステップＳ４１１で、算出部１２０は、要求プロペラトルクＴｐが主機２１の最良燃費トルクＴｍbestよりも小さいか否かを判断する。主機２１の最良燃費トルクＴｍbestは、主機２１の燃費が最良となるときのトルクであり、主機２１の仕様に基づいて予め定められる。要求プロペラトルクＴｐが主機２１の最良燃費トルクＴｍbestよりも小さい場合（Ｓ４１１のＹ）、ステップＳ２０４はステップＳ４１２に進む。

ステップＳ４１２で、算出部１２０は、以下の式（２９）～式（３１）を用いて、主機２１のトルク、バッテリ４４の充電量Ｐｃ、主機のトルクＴｍ、及び軸発電機２２の発電量Ｐｓｇを算出する。
Ｐｃ＝Ｐｓｇ－Ｐｄ 式（２９）
Ｔｍ＝Ｔｍbest 式（３０）
Ｐｓｇ＝（Ｔｍ－Ｔｐ）＊ηｓｇ＊Ｎｅ／Ｃ 式（３１）

ステップＳ４０２に戻ると、消費電力量ＰｄがＰｓｍよりも小さくない場合（Ｓ４０２のＮ）、ステップＳ２０４はステップＳ４１３に進む。また、ステップＳ４１１に戻ると、要求プロペラトルクＴｐが主機２１の最良燃費トルクＴｍbestよりも小さくない場合（Ｓ４１１のＮ）、ステップＳ２０４はステップＳ４１３に進む。ステップＳ４１３で、算出部１２０は、以下の式（３２）～式（３４）を用いて、バッテリ４４の充電量Ｐｃ、放電量Ｐｂ及び軸発電機２２の発電量Ｐｓｇを算出する。
Ｐｃ＝０ 式（３２）
Ｐｂ＝０ 式（３３）
Ｐｄ＝Ｐｓｇ 式（３４）
式（３２）～式（３４）に示されるように、バッテリ４４による充放電はなされず、軸発電機２２の発電量Ｐｓｇによって消費電力量Ｐｄが賄われる。

ステップＳ４１３の後、ステップＳ２０４は上述のステップＳ４０８に進む。

ステップＳ４０８又はＳ４１２の後、第２モードにおけるステップＳ２０４の処理を終了する。

次に、図１８を用いて、ステップＳ２０４における運転モードが第３モードである場合の算出方法について説明する。

ステップＳ５０１で、算出部１２０は、主機２１の現在の回転速度Ｎｅに応じて主機２１の最大トルクＴｍmaxを算出する。ステップＳ５０１は、上述のステップＳ４０１と同様であるため、その説明を省略する。

ステップＳ５０２で、算出部１２０は、消費電力量ＰｄがＰｍよりも小さいか否かを判断する。ここで、Ｐｍは、軸発電機２２の最大発電量Ｐｓｇmax及び補機３０の最大発電量Ｐｄｇmaxの和から所定の発電余裕ｍを考慮した電力量であり、以下の式（３５）で表される。
Ｐｍ＝（Ｐｓｇmax＋Ｐｄｇmax）／ｍ 式（３５）
軸発電機２２の最大発電量Ｐｓｇmaxは上記式（２２）で表され、補機３０の最大発電量Ｐｄｇmaxは上述したように予め定められる。消費電力量ＰｄがＰｍよりも小さい場合（Ｓ５０２のＹ）、ステップＳ２０４はステップＳ５０３に進む。

ステップＳ５０３で、算出部１２０は、ＳＯＣが極低ＳＯＣ基準値Ｅ_ＶＬよりも小さいか否かを判断する。ＳＯＣが極低ＳＯＣ基準値Ｅ_ＶＬよりも小さい場合（Ｓ５０３のＹ）、ステップＳ２０４はステップＳ５０４に進む。

ステップＳ５０４で、算出部１２０は、以下の式（３６）～（３８）を用いて、バッテリの充電量Ｐｃ、補機３０の発電量Ｐｄｇ、軸発電機２２の発電量Ｐｓｇを算出する。
Ｐｃ＝Ｐｍ－Ｐｄ 式（３６）
Ｐｄｇ＝Ｐｇｍ 式（３７）
Ｐｓｇ＝Ｐｓｍ 式（３８）
Ｐｇｍ及びＰｓｍは式（１１）及び式（２１）でそれぞれ上述した通りである。

ステップＳ５０５で、算出部１２０は、以下の式（３９）を用いて、主機２１のトルクＴｍを算出する。
Ｔｍ＝Ｔｐ＋Ｐｓｇ／ηｓｇ／Ｎｅ＊Ｃ 式（３９）

ステップＳ５０３に戻ると、ＳＯＣが極低ＳＯＣ基準値Ｅ_ＶＬよりも小さくない場合（Ｓ５０３のＮ）、ステップＳ２０４はステップＳ５０６に進む。

ステップＳ５０６で、算出部１２０は、ＳＯＣが低ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｌよりも小さいか否かを判断する。ＳＯＣが低ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｌよりも小さい場合（Ｓ５０６のＹ）、ステップＳ２０４はステップＳ５０７に進む。

ステップＳ５０７で、算出部１２０は、ＳＯＣに応じて、バッテリ４４の充電量の暫定値Ｐｃ１を算出する。ステップＳ５０７は、上述のステップＳ３０３と同様であるため、その説明を省略する。

ステップＳ５０８で、算出部１２０は、（Ｐｃ１＋Ｐｄ）がＰｍよりも大きいか否かを判断する。（Ｐｃ１＋Ｐｄ）がＰｍよりも大きい場合（Ｓ５０８のＹ）、ステップＳ２０４はステップＳ５０４に進む。（Ｐｃ１＋Ｐｄ）がＰｍよりも大きくない場合（Ｓ５０８のＮ）、ステップＳ２０４はステップＳ５０９に進む。

ステップＳ５０９で、算出部１２０は、以下の式（４０）及び式（４１）を用いて、バッテリの充電量Ｐｃ、軸発電機２２の発電量Ｐｓｇ、及び補機３０の発電量Ｐｄｇを算出する。
Ｐｃ＝Ｐｃ１ 式（４０）
Ｐｃ＋Ｐｄ＝Ｐｓｇ＋Ｐｄｇ 式（４１）
ここでは、軸発電機２２の発電量Ｐｓｇ及び補機３０の発電量Ｐｄｇが算出される。例えば、グラフ内のパラメータＰｄがＰｄ＋Ｐｃに置き換えられた図６のマップを用いて、（Ｐｄ＋Ｐｃ）と要求プロペラトルクとに基づいて発電比率が最適化されたＰｓｇ及びＰｄｇが算出される。ステップＳ５０９の後、ステップＳ２０４は上述のステップＳ５０５に進む。

ステップＳ５０６に戻ると、ＳＯＣが低ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｌよりも小さくない場合（Ｓ５０６のＮ）、ステップＳ２０４はステップＳ５１０に進む。ステップＳ５１０で、算出部１２０は、ＳＯＣが高ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｈよりも小さいか否かを判断する。ステップＳ５１０は上述のステップＳ３０７と同様である。ＳＯＣが高ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｈよりも小さくない場合（Ｓ５１０のＮ）、ステップＳ２０４はステップＳ５１１に進む。

ステップＳ５１１で、算出部１２０は、以下の式（４２）及び式（４３）を用いて、バッテリ４４の放電量Ｐｂ、軸発電機２２の発電量Ｐｓｇ及び補機３０の発電量Ｐｄｇを算出する。
Ｐｄ＝Ｐｓｇ＋Ｐ’ 式（４２）
Ｐ’＝Ｐｂ＋Ｐｄｇ 式（４３）
ここで、Ｐ’は放電量Ｐｂと補機３０の発電量Ｐｄｇとの合計電力量である。式（４２）では、縦軸の補機３０の発電量Ｐｄｇが合計電力量Ｐ’に置き換えられた図６のマップを用いて軸発電機２２の発電量Ｐｓｇと合計電力量Ｐ’の発電比率が最適化される。また、合計電力量Ｐ’における放電量Ｐｂと補機３０の発電量Ｐｄｇとの配分は、横軸の消費電力量ＰｄがＰ’に置き換えられた図１４を用いて上述したように決定される。ステップＳ５１１の後、ステップＳ２０４は上述のステップＳ５０５に進む。

ステップＳ５０２又はＳ５１０に戻ると、消費電力量ＰｄがＰｍよりも小さくない場合（Ｓ５０２のＮ）、又はＳＯＣが高ＳＯＣ基準値Ｅ_Ｈよりも小さい場合（Ｓ５１０のＹ）、ステップＳ２０４はステップＳ５１２に進む。ステップＳ５１２で、算出部１２０は、以下の式（４４）～式（４６）を用いて、バッテリ４４の充電量Ｐｃ、放電量Ｐｂ、軸発電機２２の発電量Ｐｓｇ、及び補機３０の発電量Ｐｄｇを算出する。
Ｐｃ＝０ 式（４４）
Ｐｂ＝０ 式（４５）
Ｐｄ＝Ｐｓｇ＋Ｐｄｇ 式（４６）
式（４４）～式（４６）に示されるように、バッテリ４４による充放電はなされず、軸発電機２２の発電量Ｐｓｇ及び補機３０の発電量Ｐｄｇによって消費電力量Ｐｄが賄われる。ここでは、図６のマップを用いて上述したように軸発電機２２の発電量Ｐｓｇ及び補機３０の発電量Ｐｄｇの発電比率が最適化される。

ステップＳ５１２の後、ステップＳ２０４は上述のステップＳ５０５に進む。

ステップＳ５０５の後、第３モードにおけるステップＳ２０４の処理を終了する。

第２実施形態では、バッテリ４４への蓄電／放電容量分、軸発電機２２での発電量やトルクの増減量にマージンができる。そのため、より効果的に燃費の悪化を抑制できる。

第２実施形態では、制御部１４０は、現在の消費電力量Ｐｄ及びバッテリ４４のＳＯＣに基づいて、バッテリ４４の充電量Ｐｃ又は放電量Ｐｂと補機３０及び軸発電機２２の発電量の少なくとも一方とを制御する。本構成によると、バッテリ４４、補機３０及び軸発電機２２からの船舶内の電力供給を適切に制御することが可能となるため、燃費を改善できる。

第２実施形態では、制御部１４０は、運転点Ｄが極低トルク極低消費電力量領域Ｒ２Ｃに含まれ且つバッテリ４４のＳＯＣが閾値よりも大きい場合、主機２１を空転状態、補機３０を停止状態、軸発電機２２をトルク出力状態とする。本構成によると、バッテリ４４から軸発電機２２への電力供給により船舶１の推進力が生成され且つこのバッテリ４４から軸発電機２２への電力供給量を含む消費電力量Ｐｄが全てバッテリ４４により賄われるため、燃料消費を抑制でき、燃費を改善できる。また、主機２１・補機３０を停止できるので、非常に静粛な運転が可能である。

第２実施形態の変形例として、上述した演算モデル（学習済みモデル）を利用して軸発電機２２を制御する場合、このモデルは、入力データとしてバッテリ４４のＳＯＣをさらに含んでもよく、出力データとしてバッテリ４４の充電量Ｐｃ又は放電量Ｐｂをさらに含んでもよい。

実施形態では、補機３０の台数を考慮しなかったが、補機３０が複数台設けられている場合には、各補機３０の発電比率を決定してもよい。図１９を用いて、各補機の発電比率の決定方法の例を説明する。図１９では、３台の補機３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを用いる場合を例に説明する。消費電力量Ｐｄが補機１台の発電量で賄える程度に小さい場合には消費電力量Ｐｄに比例して１台の補機３０Ａのみの発電量を大きくする。消費電力量Ｐｄが各補機３０で発電できる合計電力量の例えば３３％分を超えて補機１台の発電量で賄えない場合、補機３０Ａに加えて補機３０Ｂに発電させ、補機３０Ａを１００％の出力で発電させるとともに消費電力量Ｐｄに比例して２台目の補機３０Ｂの発電量を大きくする。消費電力量Ｐｄが各補機３０で発電できる合計電力量の例えば６６％分を超えて補機２台の発電量で賄えない場合、さらに補機３０Ｃに発電させ、補機３０Ａ及び３０Ｂを１００％の出力で発電させるとともに消費電力量Ｐｄに比例して３台目の補機３０Ｃの発電量を大きくする。ここで、補機３０が複数台設けられている場合、各補機３０の出力は同程度であるほうが燃費が良くなる。このように、補機３０を順次発電させることにより、例えば複数台の補機３０を１００％の出力を用いて同程度の出力で運転させつつ、消費電力量Ｐｄに応じて他の補機３０の発電量を調整できるため、燃費を改善できる。

図４、６、７、１１、１３、１４、１６、１７、１９のグラフやマップ等は、あくまで例示であり、主機２１等の仕様や使用態様を考慮して実験等により適宜設定されればよい。

上述した実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

本明細書で開示した実施形態のうち、複数の物体で構成されているものは、当該複数の物体を一体化してもよく、逆に一つの物体で構成されているものを複数の物体に分けることができる。一体化されているか否かにかかわらず、発明の目的を達成できるように構成されていればよい。本明細書で開示した実施形態のうち、複数の機能が分散して設けられているものは、当該複数の機能の一部又は全部を集約して設けても良く、逆に複数の機能が集約して設けられているものを、当該複数の機能の一部又は全部が分散するように設けることができる。機能が集約されているか分散されているかにかかわらず、発明の目的を達成できるように構成されていればよい。

１ 船舶、 １０ テレグラフ、 ２０ 推進力発生装置、 ２１ 主機、 ２２ 軸発電機、 ２３ プロペラ、 ３０ 補機、 ４０ ＡＣグリッド、 ４４ バッテリ、 ６０ 船内母線、 ８０ 船内負荷、 １００ ＥＣＵ、 １１０ 取得部、 １１１ 回転速度取得部、 １１２ 消費電力量取得部、 １１３ ＳＯＣ取得部、 １２０ 算出部、 １３０ 運転モード決定部、 １４０ 制御部、 １５０ 記憶部。

Claims (11)

1. 船舶の推進のための推進力を発生させるための主機と、
   船内母線に供給する電力を発生させる補機と、
   前記主機の出力軸に連結され、前記出力軸の回転によって前記船内母線に供給する電力を発生させる機能と、前記船内母線を介して供給された電力によりトルクを出力することによって前記船舶の推進のための推進力を発生させる機能とを選択的に実行可能な軸発電機と、
   前記主機の現在の回転速度と前記主機の目標回転速度を取得する回転速度取得部と、
   前記船舶内の現在の消費電力量を取得する消費電力量取得部と、
   前記現在の回転速度と前記目標回転速度とに基づいて前記主機の回転速度を前記目標回転速度にするために前記船舶のプロペラにおいて要求されるトルクである要求プロペラトルクを算出する算出部と、
   現在の前記要求プロペラトルクと前記消費電力量とに基づいて前記主機、前記補機及び前記軸発電機を制御する制御部と、
   を備える、船舶の制御装置。
2. 前記制御部は、前記要求プロペラトルク及び前記消費電力量で定められる前記船舶の運転点が第１運転領域の外にある第２運転領域に含まれる場合、前記主機及び前記補機を運転状態、前記軸発電機を空転状態とし、
   前記第１運転領域における前記要求プロペラトルク及び前記消費電力量の範囲は、前記主機の燃費が所定の燃費基準よりも良くなるように設定され、
   前記第１運転領域は、前記消費電力量の範囲が第１消費電力量基準値よりも下側に設定される低消費電力量領域と、前記消費電力量の範囲が前記第１消費電力量基準値と同じか又は上側に設定される高消費電力量領域とを含み、
   前記制御部は、前記運転点が前記低消費電力量領域に含まれる場合、前記主機を運転状態、前記補機を停止状態、前記軸発電機を発電状態とし、
   前記運転点が前記高消費電力量領域に含まれる場合、前記主機及び前記補機を運転状態、前記軸発電機を発電状態とする、
   請求項１に記載の船舶の制御装置。
3. 第１運転領域における前記要求プロペラトルク及び前記消費電力量の範囲は前記主機の燃費が所定の燃費基準よりも良くなるように設定され、
   前記第１運転領域の外にある第２運転領域は前記要求プロペラトルクの範囲が第１トルク基準値よりも下側に設定され且つ前記消費電力量の範囲が第２消費電力量基準値よりも下側に設定される低トルク低消費電力量領域を含み、
   前記制御部は、前記要求プロペラトルク及び前記消費電力量で定められる前記船舶の運転点が前記低トルク低消費電力量領域に含まれる場合、前記主機を空転状態、前記補機を運転状態、前記軸発電機を前記軸発電機にトルクを出力させるトルク出力状態とする、
   請求項１又は２に記載の船舶の制御装置。
4. 前記船内母線に接続され、充放電可能に構成されたバッテリを備え、
   前記第２運転領域は、前記要求プロペラトルクの範囲が前記低トルク低消費電力量領域における前記要求プロペラトルクの下限値よりも下側に設定され且つ前記消費電力量の範囲が前記第２消費電力量基準値よりも小さい極低消費電力量基準値よりも下側に設定された極低トルク極低消費電力量領域を含み、
   前記制御部は、前記運転点が前記極低トルク極低消費電力量領域に含まれ且つ前記バッテリのＳＯＣが閾値よりも大きい場合、前記主機を空転状態、前記補機を停止状態、前記軸発電機を前記軸発電機にトルクを出力させるトルク出力状態とする、
   請求項３に記載の船舶の制御装置。
5. 第１運転領域における前記要求プロペラトルク及び前記消費電力量の範囲は前記主機の燃費が所定の燃費基準よりも良くなるように設定され、
   前記第１運転領域の外にある第２運転領域は前記要求プロペラトルクの範囲が第２トルク基準値よりも上側に設定され且つ前記消費電力量の範囲が第３消費電力量基準値よりも下側に設定される高トルク低消費電力量領域を含み、
   前記制御部は、前記要求プロペラトルク及び前記消費電力量で定められる前記船舶の運転点が前記高トルク低消費電力量領域に含まれる場合、前記主機及び前記補機を運転状態、前記軸発電機を前記軸発電機にトルクを出力させるトルク出力状態とする、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の船舶の制御装置。
6. 前記制御部は、前記補機が運転状態であり且つ前記軸発電機が発電状態であるとき、前記消費電力量が相対的に大きい場合には、前記消費電力量が相対的に小さい場合と比較して、前記補機及び前記軸発電機の総発電量における前記補機の発電量の割合を大きくする、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の船舶の制御装置。
7. 前記船内母線に接続され、充放電可能に構成されたバッテリを備え、
   前記制御部は前記消費電力量及び前記バッテリのＳＯＣに基づいて前記バッテリの充電量又は放電量と前記補機及び前記軸発電機の発電量の少なくとも一方とを制御する、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の船舶の制御装置。
8. 前記制御部は、現在の前記要求プロペラトルクと前記消費電力量とを入力データとして含み、前記主機のトルクと、前記補機の発電量と、前記軸発電機のトルク又は前記軸発電機の発電量とを出力データとして含む学習済みモデルの前記出力データに基づいて、前記主機、前記補機及び前記軸発電機を制御する、
   請求項１に記載の船舶の制御装置。
9. 前記船内母線に接続され、充放電可能に構成されたバッテリを備え、
   前記入力データは前記バッテリのＳＯＣをさらに含み、前記出力データは前記バッテリに充電させる電力量又は前記バッテリから放電させる電力量をさらに含む、
   請求項８に記載の船舶の制御装置。
10. 船舶の推進のための推進力を発生させるための主機と、
    補機エンジンと前記補機エンジンにより駆動されることによって船内母線に供給する電力を発生させる補機発電機とを含む補機と、
    前記主機の出力軸に連結され、前記出力軸の回転によって前記船内母線に供給する電力を発生させる機能と、前記船内母線を介して供給された電力によりトルクを出力することによって前記船舶の推進のための推進力を発生させる機能とを選択的に実行可能な軸発電機と、
    前記主機の現在の回転速度と前記主機の目標回転速度を取得するステップと、
    前記船舶内の現在の消費電力量を取得するステップと、
    前記現在の回転速度と前記目標回転速度に基づいて前記主機の回転速度を前記目標回転速度にするために要求されるトルクである要求プロペラトルクを算出するステップと、
    現在の前記要求プロペラトルクと前記消費電力量とに基づいて前記主機、前記補機及び前記軸発電機を制御するステップと、
    を備える、船舶の制御方法。
11. 船舶の推進のための推進力を発生させるための主機と、
    補機エンジンと前記補機エンジンにより駆動されることによって船内母線に供給する電力を発生させる補機発電機とを含む補機と、
    前記主機の出力軸に連結され、前記出力軸の回転によって前記船内母線に供給する電力を発生させる機能と、前記船内母線を介して供給された電力によりトルクを出力することによって前記船舶の推進のための推進力を発生させる機能とを選択的に実行可能な軸発電機と、
    を備える前記船舶の制御プログラムであって、コンピュータに、
    前記主機の現在の回転速度と前記主機の目標回転速度を取得するステップと、
    前記船舶内の現在の消費電力量を取得するステップと、
    前記現在の回転速度と前記目標回転速度に基づいて前記主機の回転速度を前記目標回転速度にするために要求されるトルクである要求プロペラトルクを算出するステップと、
    現在の前記要求プロペラトルクと前記消費電力量とに基づいて前記主機、前記補機及び前記軸発電機を制御するステップと、
    を実行させるための船舶の制御プログラム。

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