JP5394156B2 - バッテリ充電制御装置およびそれを備えた船舶 - Google Patents
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Description
また、1つの実施形態において、前記第2制御ユニットは、平均化処理された前記アクセサリバッテリ電圧が前記第2上限値を超えると、前記スイッチング素子を駆動して前記発電機を短絡する。これにより、アクセサリバッテリ電圧の短時間の変動に伴うスイッチング素子の駆動、即ち発電機の短絡を抑制または防止できる。これにより、メインバッテリへの充電を安定して行うことができるから、その過放電(電圧の下がりすぎ)を防止することができる。
複数の第1制御ユニットの制御電圧(第1上限値)は、当該制御ユニットを構成する部品の製造公差その他の要因によって、ばらついている場合がある。同様に、複数の第2制御ユニットの制御電圧(第2上限値)は、当該制御ユニットを構成する部品の製造公差その他の要因によって、ばらついている場合がある。このような場合には、制御電圧が比較的高い制御ユニットに対応する発電機によってアクセサリバッテリが充電されるから、アクセサリバッテリの電圧は比較的高くなる。
図1は、本実施形態の一実施形態に係るバッテリ充電制御装置を搭載した船舶の概略構成図である。この船舶は、オープンデッキタイプの船体52の船尾に船外機1を2基搭載し、前部に操船席を備えている。操船席には、ステアリングホイール54、シート55、リモコンレバー56、スイッチパネル57、およびメータパネル58が配設されている。スイッチパネル57は、メインスイッチ及びスタートスイッチを有する。
船外機1は、図2に示すように、エンジンカバー3、アッパケース4、ロアケース5を備えている。この船外機1は、図示しないクランプによって、船体52に対し、上下方向及び横方向に揺動可能に取付けられている。エンジンカバー3は、トップカバー3Uとロアカバー3Lの組合せからなり、内部にエンジン2(内燃機関)を収容している。
シフト変換機構83は、いずれもベベルギヤで構成される駆動ギヤ85、前進ギヤ86Fおよび後進ギヤ86Rと、ドグクラッチ87とを備えている。駆動ギヤ85は、ドライブシャフト80の下端に固定されている。この駆動ギヤ85に、プロペラシャフト6a上に回転自在に配置した前進ギヤ86Fと後進ギヤ86Rとが夫々噛合している。プロペラシャフト6a上には、当該プロペラシャフト6aに対して摺動可能で回転不能に、ドグクラッチ87が配置されている。このドグクラッチ87は、前進ギヤ86Fと後進ギヤ86Rとの間に配置されている。
船体52には、燃料タンク30が搭載されている。燃料タンク30は配管31を介して船外機1に燃料を供給する。船外機1は、燃料ポンプ35を備えている。燃料ポンプ35は、燃料タンク30から燃料を汲み出して、エンジン2に付設された燃料噴射装置36へと供給する。燃料ポンプ35および燃料噴射装置36は、メインバッテリ12a,12bからの電力供給を受けて作動する。
メインバッテリ充電制御部20a,20bは、それぞれメインバッテリ12a,12bの充電状態を制御するために、必要時に充電停止信号を出力する。アクセサリバッテリ充電制御部21a,21bは、アクセサリバッテリ13の充電状態を制御するために、必要時に充電停止信号を出力する。
タイミング調整部19a,19bおよびメインバッテリ充電制御部20a,20bは、既存の充電制御装置(例えばレクチファイアレギュレータ)に内蔵されたICなどのアナログ回路によって形成されてもよい。アクセサリバッテリ充電制御部21a,21bの機能は、マイクロコンピュータ213a,213b(コンピュータシステムの一例)のプログラムによって実現される。
まず、メインバッテリ充電制御部20a,20bは、ステップS1で示すように、メインバッテリ電圧(対応するメインバッテリ12a,12bの電圧)を読込む。次いで、メインバッテリ充電制御部20a,20b(比較器201a,201b)は、ステップS2に示すように、メインバッテリ電圧がメインバッテリ許容電圧の範囲内か否かを判定する。より具体的には、メインバッテリ充電制御部20a,20bは、対応するメインバッテリ12a,12bの電圧がメインバッテリ許容電圧の上限値(第1上限値)MUL(=Vref。たとえば14V)以下であるか否かを判定する。メインバッテリ電圧が上限値MUL以下である場合には、メインバッテリ充電制御部20a,20bは、ステップS3に示すように、充電許可信号(サイリスタオフ指令)を出力する。一方、メインバッテリ電圧が上限値MULを越えている場合には、メインバッテリ充電制御部20a,20bは、ステップS4に示すように、充電停止信号(サイリスタオン指令)を出力する。
充電中であるとき(ステップS21:YES)、マイクロコンピュータ213a,213bは、アクセサリバッテリ電圧の平均値(図4BのステップS12での演算値)が、第2上限値AULを超えているかどうかを判断する(ステップS22)。充電中であって、かつ、アクセサリバッテリ電圧の平均値が第2上限値AULを超えているときには、マイクロコンピュータ213a,213bは、内部のタイマをリセットし、アクセサリバッテリ制御周期の計時を開始する(ステップS23)。
このように、マイクロコンピュータ213a,213bは、メインバッテリ電圧に基づく制御を前記充電制御周期(たとえば、10ミリ秒)で行う一方で、アクセサリバッテリ電圧に基づく制御をアクセサリバッテリ制御周期(たとえば1〜2秒)で行う。メインバッテリ電圧が下限値MLL未満のときは(ステップS13)、アクセサリバッテリ電圧に基づく制御(ステップS14,S15,S16,S18,S19)は、無効化される。すなわち、マイクロコンピュータ213a,213bによるステップS13の処理は、無効化ユニットとしての機能に対応している。
ステップS17では、マイクロコンピュータ213a,213bは、タイミング制御部19a,19bに対して、充電制御が行われるべく充電許可信号(サイリスタオフ指令)を出力してからメインプログラムに復帰する。
メインバッテリ12a,12bの電力は、船外機1のエンジン2の運転のために用いられる。具体的には、スタータモータ、点火プラグ、燃料噴射装置36、燃料ポンプ35、シフトアクチュエータ82、その他エンジン2の運転のための電装品に対して、メインバッテリ12a,12bからの電力が供給される。したがって、船外機1を運転して船舶を航走させれば、メインバッテリ12a,12bの電力は消費される。メインバッテリ12a,12bの電圧があまり低いと、前記電装品の駆動に支障を来すおそれがあるので、メインバッテリ電圧を許容範囲内に保持することが重要である。とくに、燃料ポンプ35および燃料噴射装置36は、適切な電圧(たとえば14V)で駆動しなければ、必要な吐出圧を得ることができない。
図5Aは、メインバッテリ充電制御部20a,20bによるレギュレート制御を示す図であり、メインバッテリ電圧およびアクセサリバッテリ電圧の時間変化の一例を示す。アクセサリバッテリ13に接続された機器が十分に電力を消費している状況では、アクセサリバッテリ13の電圧上昇は抑えられる。この場合、アナログ回路で構成されたメインバッテリ充電制御部12a,12bによる数ミリ秒周期の制御により、メインバッテリ12a,12bおよびアクセサリバッテリ13への充電が制御される。したがって、充電とそのレギュレートとが短い周期で切り換わり、メインバッテリ12a,12bおよびアクセサリバッテリ13の電圧は、ほぼ14V(第1上限値MUL)に維持される。
図5Cは、アクセサリバッテリ充電制御部21a,21bによるレギュレート制御を示す図であり、メインバッテリ電圧およびアクセサリバッテリ電圧の時間変化の他の例を示す。アクセサリバッテリ13は、複数の充電制御装置18a,18bによって充電される。たとえば、一方の充電制御装置18aは電圧の読み込みが低めであるのに対して、他方の充電制御装置18bは電圧を適正に読み込む場合を想定する。この場合、前述のとおり、充電制御装置18bは、充電制御装置18aよりも充電をレギュレートしやすくなる。その結果、充電制御装置18bに対応したメインバッテリ12bが充電され難くなる。このような状況でも、アクセサリバッテリ制御周期が長いので、メインバッテリ12bの充電機会は或る程度確保されている。しかし、それでもなお、メインバッテリ12bの電圧が徐々に低下し、下限値MLLを割り込む状況が発生し得る。
なお、図3に破線で示すように、アクセサリバッテリ充電制御部21a,21bは、通信ライン40を介して互いにデータ通信を行うことができるようになっていてもよい。これにより、アクセサリバッテリ制御周期を同期させることができる。複数のアクセサリバッテリ充電制御部21a,21bのアクセサリバッテリ制御周期が同期していないと、何れかの充電制御装置が充電をレギュレートしていても、他の充電制御装置がアクセサリバッテリ13への充電を行ってしまう場合が生じうる。これにより、アクセサリバッテリ13の電圧が上がりすぎてしまう恐れがある。そこで、複数のアクセサリバッテリ充電制御部21a,21bにおけるアクセサリバッテリ制御周期を同期させることによって、アクセサリバッテリ電圧の上がりすぎを抑制することができる。
図6は、この発明の第2の実施形態に係る船舶の充電制御装置の構成を示すブロック図である。図6において、前述の図3の各部の対応部分には同一参照符号を付す。
船舶の構成は、図1に示す構成と同等である。ただし、この実施形態では、図2に示す構成の船外機1が1基だけ設けられている。それに応じて、発電機11aも1基、メインバッテリ12aも1つだけであり、充電制御装置18aも1つしか設けられていない。この構成においても、前記図4Aの内容の制御をメインバッテリ制御部20aにおいて行い、前記図4Bおよび図4Cの内容の制御をアクセサリバッテリ制御部21aで行えばよい。これにより、メインバッテリ12a及びアクセサリバッテリ13の電圧を適正に制御することが可能となる。
本参考形態では、船体に搭載されているメインバッテリ12a,12b及びアクセサリバッテリ13の充電制御装置が、前記第1実施形態の図3のものから図7のものに変更されている。なお、この充電制御装置には、図3の充電制御装置と同等の構成部分も含まれている。そこで、同等の構成部分には同じ符号を付す。
なお、本発明の船舶のバッテリ充電制御装置が適用される船外機は、前記実施形態に記載されるものに限定されない。船外機の数も1基または2基である必要はなく、3基以上の船外機を備えた船舶にもこの発明を適用できる。また、船外機に限らず、他の形態の推進機が用いられる場合にも、この発明を同様に適用することができる。さらに、本発明の船舶のバッテリ充電制御装置が適用される船舶は、前記実施形態に記載されるものに限定されない。
この明細書および図面の記載から抽出される他の特徴を以下に記す。
A1.船舶に搭載された複数のバッテリへの充電を制御する充電制御装置であって、
前記複数のバッテリが、推進機のエンジンを運転するための電力を供給するメインバッテリと、前記船舶に搭載され前記エンジン以外の機器のための電力を供給するアクセサリバッテリとを含み、前記メインバッテリおよびアクセサリバッテリが、前記エンジンに取り付けられた発電機に並列に接続されており、
前記充電制御装置が、
前記発電機と前記メインバッテリとの間の充電経路を開閉する第1スイッチング素子と、
前記発電機と前記アクセサリバッテリとの間の充電経路を開閉する第2スイッチング素子と、
前記メインバッテリの電圧に応じて前記第1スイッチング素子を制御する第1制御ユニットと、
前記アクセサリバッテリの電圧に応じて前記第2スイッチング素子を制御する第2制御ユニットとを含む、船舶のバッテリ充電制御装置。
この船舶のバッテリ充電制御装置では、メインバッテリの電圧に応じて、第1スイッチング素子によって、当該メインバッテリを発電機に接続できる。また、アクセサリバッテリの電圧に応じて、第2スイッチング素子によって、当該アクセサリバッテリを発電機に接続できる。この構成により、大型のスイッチを用いることなく、限りある発電電力を、状況に応じて、必要な側に必要なだけ分配することが可能となる。加えて、各バッテリの電圧を適切に制御することができる。
A2.前記第1制御ユニットは、前記メインバッテリの電圧が第1上限値を超えると前記第1スイッチング素子を開き、前記メインバッテリの電圧が前記第1上限値以下のときは前記第1スイッチング素子を閉じる第1制御を第1制御周期で実行し、
前記第2制御ユニットは、前記アクセサリバッテリの電圧が第2上限値を超えると前記第2スイッチング素子を開き、前記アクセサリバッテリの電圧が上記第2上限値以下のときは前記第2スイッチング素子を閉じる第2制御を第2制御周期で実行する、A1項に記載の船舶のバッテリ充電制御装置。
A3.前記船舶が複数の推進機を備え、前記メインバッテリは、当該複数の推進機の夫々に対応するように複数個備えられており、夫々のメインバッテリは対応する推進機のエンジンに取り付けられている発電機で充電し、複数の推進機の夫々のエンジンに取り付けられている複数の前記発電機で1つの前記アクセサリバッテリを充電する、A1項またはA2項に記載の船舶のバッテリ充電制御装置。
A4.前記複数の推進機の各々に対応して、前記第1制御ユニット、前記第2制御ユニット、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子が備えられている、A3項に記載の船舶のバッテリ充電制御装置。
A5.前記複数の推進機にそれぞれ備えられた複数の前記第2制御ユニットは、互いに情報を交換して、前記第2スイッチング素子の駆動タイミングを調整する、A4項に記載の船舶のバッテリ充電制御装置。
A6.船体と、
前記船体に設けられ、エンジンと、前記エンジンに取り付けられた発電機とを有する推進機と、
前記船体に搭載され、前記発電機に接続され、前記推進機のエンジンを運転するための電力を供給するメインバッテリと、
前記船体に搭載され、前記メインバッテリと並列に前記発電機に接続され、前記エンジン以外の機器のための電力を供給するアクセサリバッテリと、
前記メインバッテリおよび前記アクセサリバッテリへの充電を制御する、A1項〜A5項のいずれか一項に記載のバッテリ充電制御装置と
を含む、船舶。
2 エンジン
6 プロペラ
11a,11b 発電機
12a,12b メインバッテリ
13 アクセサリバッテリ
14a,14b,15a,15b,16a,16b 整流子群
17a,17b サイリスタ群
18a,18b 充電制御装置
19a,19b タイミング調整部
20a,20b メインバッテリ充電制御部
201a,201b 比較器
21a,21b アクセサリバッテリ充電制御部
213a,213b マイクロコンピュータ
22a,22b ORゲート
30 燃料タンク
31 配管
35 燃料ポンプ
36 燃料噴射装置
38 バッテリケーブル
40 通信ライン
52 船体
Claims (10)
- 船舶に搭載された複数のバッテリへの充電を制御する充電制御装置であって、
前記複数のバッテリが、推進機のエンジンを運転するための電力を供給するメインバッテリと、前記船舶に搭載され前記エンジン以外の機器のための電力を供給するアクセサリバッテリとを含み、前記メインバッテリおよびアクセサリバッテリが、前記エンジンに取り付けられた発電機に並列に接続されており、
前記充電制御装置が、
前記発電機を短絡するスイッチング素子と、
前記メインバッテリの電圧が第1上限値を超えると前記スイッチング素子を駆動して前記発電機を短絡する第1制御を第1制御周期で実行する第1制御ユニットと、
前記アクセサリバッテリの電圧が第2上限値を超えると前記スイッチング素子を駆動して前記発電機を短絡する第2制御を、前記第1制御周期よりも長い第2制御周期で実行する第2制御ユニットとを含む、船舶のバッテリ充電制御装置。 - 前記第2上限値が、前記第1上限値より高く設定されている、請求項1に記載の船舶のバッテリ充電制御装置。
- 前記第2制御ユニットは、平均化処理された前記アクセサリバッテリ電圧が前記第2上限値を超えると、前記スイッチング素子を駆動して前記発電機を短絡する、請求項1または2に記載の船舶のバッテリ充電制御装置。
- 前記メインバッテリの電圧が前記第1上限値よりも低い下限値未満のときに、前記第2制御ユニットによる第2制御を無効化する無効化ユニットをさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の船舶のバッテリ充電制御装置。
- 前記船舶が複数の推進機を備え、前記メインバッテリは、当該複数の推進機の夫々に対応するように複数個備えられており、夫々のメインバッテリは対応する推進機のエンジンに取り付けられている発電機で充電し、複数の推進機の夫々のエンジンに取り付けられている複数の前記発電機で1つの前記アクセサリバッテリを充電する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の船舶のバッテリ充電制御装置。
- 前記複数の推進機の各々に対応して、前記第1制御ユニット、前記第2制御ユニットおよび前記スイッチング素子が備えられている、請求項5に記載の船舶のバッテリ充電制御装置。
- 前記複数の推進機にそれぞれ備えられた複数の前記第2制御ユニットは、互いに情報を交換して、前記スイッチング素子の駆動タイミングを調整する、請求項6に記載の船舶のバッテリ充電制御装置。
- 船舶に搭載された複数のバッテリへの充電を制御する充電制御装置であって、
前記複数のバッテリが、推進機のエンジンを運転するための電力を供給するメインバッテリと、前記船舶に搭載され前記エンジン以外の機器のための電力を供給するアクセサリバッテリとを含み、前記メインバッテリおよびアクセサリバッテリが、前記エンジンに取り付けられた発電機に並列に接続されており、
前記充電制御装置が、
前記発電機を短絡するスイッチング素子と、
前記メインバッテリの電圧が第1上限値を超えると充電停止信号を出力し、前記メインバッテリの電圧が前記第1上限値以下のときには充電停止信号を停止する第1制御を第1制御周期で実行するメインバッテリ充電制御ユニットと、
前記アクセサリバッテリの電圧が前記第1上限値よりも高い第2上限値を超えると充電停止信号を出力し、前記アクセサリバッテリの電圧が前記第2上限値以下のときには充電停止信号を停止する第2制御を、前記第1制御周期よりも長い第2制御周期で実行するアクセサリバッテリ充電制御ユニットと、
前記充電停止信号に応答して前記スイッチング素子を駆動し、前記発電機を短絡して前記メインバッテリおよびアクセサリバッテリへの充電を停止する素子制御ユニットと
を含む、船舶のバッテリ充電制御装置。 - 前記メインバッテリの電圧が前記第1上限値よりも低い下限値未満のときに、前記アクセサリバッテリ充電制御ユニットによる第2制御を無効化し、前記スイッチング素子を開状態として、前記メインバッテリおよびアクセサリバッテリへの充電を行わせる無効化ユニットをさらに含む、請求項8に記載の船舶のバッテリ充電制御装置。
- 船体と、
前記船体に設けられ、エンジンと、前記エンジンに取り付けられた発電機とを有する推進機と、
前記船体に搭載され、前記発電機に接続され、前記推進機のエンジンを運転するための電力を供給するメインバッテリと、
前記船体に搭載され、前記メインバッテリと並列に前記発電機に接続され、前記エンジン以外の機器のための電力を供給するアクセサリバッテリと、
前記メインバッテリおよび前記アクセサリバッテリへの充電を制御する、請求項1〜9のいずれか一項に記載のバッテリ充電制御装置と
を含む、船舶。
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