JP5584750B2 - Electric propulsion ship control system and electric propulsion ship - Google Patents
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本発明は、電気推進船のスクリューを駆動するための推進用電動機へ給電する電気推進船制御システムおよび該電気推進船制御システムを搭載した電気推進船に関する。 The present invention relates to an electric propulsion ship control system for supplying electric power to a propulsion motor for driving a screw of an electric propulsion ship, and an electric propulsion ship equipped with the electric propulsion ship control system.
近年、船舶が航行中に発生する排気ガスや二酸化炭素などの温室効果ガスを削減するために、船舶用の電気推進システムが開発されている。例えば、特許文献1では、発電装置と、この発電装置により充電される蓄電池からなるハイブリッド電源を船舶に搭載し、前記ハイブリッド電源における蓄電池から推進用電動機へ電力を供給することによって船舶を推進する技術が開示されている。また、推進用電動機において発生した回生電力を前記蓄電池へ充電することも開示されている。 In recent years, electric propulsion systems for ships have been developed in order to reduce greenhouse gases such as exhaust gas and carbon dioxide that are generated while the ship is sailing. For example, in Patent Document 1, a technology for propelling a ship by mounting a hybrid power source composed of a power generation device and a storage battery charged by the power generation device on a ship and supplying electric power from the storage battery in the hybrid power supply to a propulsion motor. Is disclosed. In addition, charging the regenerative power generated in the propulsion motor to the storage battery is also disclosed.
特許文献1の技術は、ハイブリッド電源を搭載し、航行中に推進用電動機において発生した回生電力を前記蓄電池へ充電してエネルギーの有効活用を図っているが、基本的には発電機の出力電力によって航行するものである。 The technology of Patent Document 1 is equipped with a hybrid power supply, and regenerative power generated in the propulsion motor during charging is charged to the storage battery to effectively use energy. Basically, the output power of the generator Is to be navigated by.
したがって、発電機並びにその駆動のための燃料を船舶に搭載する必要があり、積載重量が嵩む。その分、燃料消費量の増加につながるため、省エネルギーの観点から改善の余地がある。その一方、船舶に搭載した蓄電池の電力のみで長時間航行するには、大容量の蓄電池を搭載する必要があると共に、大容量の蓄電池に対して短時間で充電することが求められる。しかし、これらを解決する具体的手段について、特許文献1には開示がない。 Therefore, it is necessary to mount the generator and the fuel for driving it on the ship, which increases the loading weight. This leads to an increase in fuel consumption, so there is room for improvement from the viewpoint of energy saving. On the other hand, in order to navigate for a long time using only the power of the storage battery mounted on the ship, it is necessary to mount a large-capacity storage battery and to charge the large-capacity storage battery in a short time. However, Patent Document 1 does not disclose specific means for solving these problems.
本発明は上記に鑑みなされたものであり、大容量の蓄電池に対して短時間で充電することを可能とし、さらに、推進用電動機で発生した回生電力も有効利用できる電気推進船制御システムおよび該電気推進船制御システムを搭載した電気推進船を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above, and it is possible to charge a large-capacity storage battery in a short time, and furthermore, an electric propulsion ship control system capable of effectively using regenerative power generated by a propulsion motor, and It is an object to provide an electric propulsion ship equipped with an electric propulsion ship control system.
上記課題を解決するため、本発明の電気推進船制御システムは、電気推進船を推進するスクリューを駆動する推進用電動機へ給電するための電気推進船制御システムであって、陸上の商用電源から受電するための陸上電源用の受電座と、前記陸上電源用の受電座を介して供給される交流の電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器にて変圧された交流を直流に変換後、所定電圧の直流に変圧するDC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータにて変圧された所定電圧の直流が充電されるリチウムイオン電池と、前記DC/DCコンバータと前記推進用電動機との間に設けられ、前記推進用電動機へ電力を供給するため、前記リチウムイオン電池に蓄電された直流を交流に変換するインバータとを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, an electric propulsion ship control system of the present invention is an electric propulsion ship control system for supplying power to a propulsion motor that drives a screw propelling an electric propulsion ship, and receives power from a commercial power source on land. A power receiving seat for land power, a transformer for transforming an AC voltage supplied via the power receiving seat for the land power, and a predetermined voltage after converting the alternating current transformed by the transformer to direct current. A DC / DC converter that transforms a direct current to a voltage, a lithium-ion battery that is charged with a direct current of a predetermined voltage transformed by the DC / DC converter, and the DC / DC converter and the propulsion motor. And an inverter that converts direct current stored in the lithium ion battery into alternating current in order to supply electric power to the propulsion motor.
前記DC/DCコンバータと前記リチウムイオン電池との間に、抵抗を有する第一回路と抵抗を有していない第二回路とを並列に備え、前記DC/DCコンバータと前記リチウムイオン電池との間で流れる電流を流す際に、初期は前記第一回路を通電して流し、その後、前記第二回路を通電した後に前記第一回路を遮断するように制御される構成であることが好ましい。さらに、前記推進用電動機にて発生する回生電力が、前記インバータを介して前記リチウムイオン電池へ充電される構成であることが好ましい。 Between the DC / DC converter and the lithium ion battery, a first circuit having a resistance and a second circuit having no resistance are provided in parallel, and between the DC / DC converter and the lithium ion battery. It is preferable that the first circuit is initially energized to flow and then the first circuit is controlled to be shut off after the second circuit is energized. Furthermore, it is preferable that the regenerative power generated by the propulsion motor is charged to the lithium ion battery via the inverter.
また、本発明の電気推進船は、上記の電気推進船制御システムが搭載されていることを特徴とする。 The electric propulsion ship according to the present invention is equipped with the electric propulsion ship control system described above.
本発明によれば、電気推進船制御システムが、陸上の商用電源(陸上電源)からの交流の電圧を、変圧器にて変圧した後直流に変換し、さらにDC/DCコンバータによって所定電圧の直流に変圧する構成を有している。変圧された所定電圧の直流によって充電する構成であるため、大容量の蓄電が可能なリチウムイオン電池への短時間での充電が可能である。このため、陸上電源を利用して、船舶停泊中に短時間で大容量のリチウムイオン電池に充電でき、長時間の連続航行を達成することができる。 According to the present invention, the electric propulsion ship control system converts an alternating voltage from a land commercial power source (land power source) into a direct current after being transformed by a transformer, and further, a direct current of a predetermined voltage is obtained by the DC / DC converter. It has the structure which transforms to. Since it is configured to be charged by a transformed direct current of a predetermined voltage, it is possible to charge a lithium ion battery capable of storing a large capacity in a short time. For this reason, a large-capacity lithium ion battery can be charged in a short time while the ship is anchored by using the onshore power source, and long-term continuous navigation can be achieved.
また、DC/DCコンバータによって変圧された所定電圧の直流をリチウムイオン電池に流す際、並びに、リチウムイオン電池に蓄電した直流をDC/DCコンバータ側に流す際はいずれも、初期は、抵抗を有する第一回路に流し、その後、抵抗を有していない第二回路に流す構成とすることが好ましい。これにより、通電初期においては抵抗で電流制御がなされるため、所定電圧の直流が一気に流れることによるDC/DCコンバータ等への損傷を防止できる。 In addition, when direct current of a predetermined voltage transformed by the DC / DC converter is supplied to the lithium ion battery and when direct current stored in the lithium ion battery is supplied to the DC / DC converter side, the initial stage has resistance. It is preferable to use a configuration in which the current flows through the first circuit and then flows through the second circuit having no resistance. As a result, since current control is performed with resistance in the initial stage of energization, damage to the DC / DC converter or the like due to a direct current of a predetermined voltage flowing at a stretch can be prevented.
また、本発明では、推進用電動機にて発生する回生電力を、リチウムイオン電池へ充電する構成としたため、エネルギーの利用効率に優れ、省エネルギー効果が高く、航行中に発生する温室効果ガス等の削減にも寄与する。 In the present invention, since the regenerative power generated by the propulsion motor is configured to be charged to the lithium ion battery, the energy use efficiency is excellent, the energy saving effect is high, and the reduction of greenhouse gases generated during navigation. Also contributes.
以下、図面に示した実施形態に基づき本発明をさらに詳細に説明する。図1は、本発明の1の実施形態に係る電気推進船制御システム1の構成図であり、図2および図3に示した電気推進船20に搭載される。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of an electric propulsion ship control system 1 according to one embodiment of the present invention, which is mounted on the
ここで、理解の容易化のため、まず、本発明の1の実施形態に係る電気推進船20の概略構成について説明する。図2および図3に示したように、本実施形態の電気推進船20は、船体21がアルミニウム製で、例えば全長10〜20m、幅3〜5m、定員数十名程度のものである。もちろん、これより大型、小型のいずれでも本発明は適用可能である。また、電気推進船20の前進方向の前部に、操縦席23と客席28を配置した旅客室22が設けられ、前進方向の後部に、電気推進船20を推進するための各種機器を配置した動力室30が設けられている。
Here, for ease of understanding, first, a schematic configuration of the
電気推進船20を推進するスクリュー38は、船尾の幅方向中央付近の船底から水中へ延びるスクリューシャフト37によって回転する。スクリューシャフト37は、動力室30内に配置した推進用電動機36によって回転駆動される。推進用電動機36としては、例えば10〜数十kwで1000〜数千rpmのACモータが用いられ、例えば数ノット以上の速力で航行可能に設定される。推進用電動機36として、DCモータを用いると、減速手段としてのギヤによって回転制御する必要があるが、ACモータは電気制御可能であるため、構造を簡易化でき、軽量化に適している。
The
動力室30の前方側には、推進用電動機36の駆動を制御する推進用電動機制御盤10および船内給電用配電盤34が配置され、推進用電動機36へ電力を供給するリチウムイオン電池32,33が、動力室30のほぼ中央に並列に配置されている。本実施形態では、各リチウムイオン電池32,33が電池集合パックで構成されており、それぞれが数十kwの大容量の電力を蓄電可能となっている。なお、動力室の後方側には、複数個の小容量のバッテリー35が配置されているが、これらは、船内の照明、操縦用の電子機器、電熱機器、その他の機器の一般用電源として用いられる。
A propulsion
電気推進船20には、陸上の商用電源(陸上電源)の交流を受電するための受電座31R,31Lが設けられており(図1参照)、これらの受電座31R,31Lを介して、陸上電源、例えばAC220V、50Aの電力が上記リチウムイオン電池32,33に供給される。
The
電気推進船20に搭載される本実施形態の電気推進船制御システム1は、図1に示したように、上記した2個のリチウムイオン電池32,33と受電座31R,31Lを備えると共に、推進用電動機制御盤10に、受電座31R,31Lを介してリチウムイオン電池32,33に充電する制御回路が設けられている。より詳細には、変圧器11、AC/DCコンバータ12、チョッパ回路であるDC/DCコンバータ13を備えている。なお、受電座31R,31LからAC/DCコンバータ12までの間には、過電流保護のための配線用遮断器(MCCB1,MCCB2)、電流の流れを制御する電磁接触器(MC2)が設けられている。
As shown in FIG. 1, the electric propulsion ship control system 1 of this embodiment mounted on the
変圧器11は、陸上電源用の受電座31R,31Lを介して供給される交流の電圧を変圧する。例えば、受電座31R,31Lにて受電したAC220Vが、変圧器11によってAC480Vまで昇圧される。AC/DCコンバータ12は、変圧器11にて昇圧された交流を直流に変換する。
The
DC/DCコンバータ13は、AC/DCコンバータ12にて変換された直流を充電に適した直流電圧に変圧する。この所定電圧は、各リチウムイオン電池32,33の電圧によって最適な条件で充電するための電圧をいう。本実施形態では、AC/DCコンバータ12にて変換された直流電圧を、指令通りの電流値で充電出来る様に変圧して各リチウムイオン電池32,33へ充電する。
The DC /
本実施形態によれば、上記の構成により、陸上電源からの交流の電圧(AC220V)を、所定電圧の直流(例えばDC500V)に変換/変圧することができる。このため、リチウムイオン電池32,33が大容量であっても、短時間で急速充電することができる。2個のリチウムイオン電池32,33を組み合わせることにより、上記のように例えば数十kwという大容量の電力を蓄電でき、長時間の連続運転が可能となる。
According to the present embodiment, with the above configuration, it is possible to convert / transform the AC voltage (AC220V) from the onshore power source into a predetermined voltage (for example, DC500V). For this reason, even if the
ここで、図1の推進用電動機制御盤10では、上記の構成に加えて、DC/DCコンバータ13と各リチウムイオン電池32,33との間に、それぞれ、抵抗を有する第一回路(14a又は14b)と、抵抗を有していない第二回路(15a又は15b)とを並列に接続している。なお、第一回路(14a又は14b)と第二回路(15a又は15b)との並列回路には、過電流保護のための配線用遮断器(MCCB3,MCCB4)と、電流の流れを制御する電磁接触器(MC3,MC4,MC5,MC6)が配置されている。
Here, in the propulsion
具体的には、充電時にDC/DCコンバータ13と第一のリチウムイオン電池32との間においては、前記第一回路14aは、DC/DCコンバータ13からの変圧された所定電圧の直流を流す際、その初期に通電され、抵抗R1と電磁接触器MC5を直列に接続した回路を備えている。第二回路15aは、前記第一回路14aを電磁接触器MC5によって通電した後(通常、数秒後)、DC/DCコンバータ13からの変圧された所定電圧の直流が流れるように電磁接触器MC3を備えている。但し、抵抗は備えていない。そして、第一回路14aと第二回路15aを並列に接続し、配線用遮断器MCCB3を介して第一のリチウムイオン電池32へ接続している。
Specifically, between the DC /
したがって、最初に第一回路14aの電磁接触器MC5をONにすることで、最初にDC/DCコンバータ内のコンデンサに流れる大電流は、第一回路14aの抵抗R1にて抑えられる。その後第二回路15aの電磁接触器MC3をONにした後、第一回路14aの電磁接触器MC5をOFFにすることで、第二回路15aのみに切り替わる。
Therefore, by first turning on the magnetic contactor MC5 of the first circuit 14a, the large current that first flows through the capacitor in the DC / DC converter is suppressed by the resistor R1 of the first circuit 14a. Thereafter, the electromagnetic contactor MC3 of the
その結果、最初は前記の大電流が第一回路14aの抵抗R1で制御されるため、リチウムイオン電池32からDC/DCコンバータ13内のコンデンサに大電流を流すことなくコンデンサを充電させる。その後、第二回路15aを経て抵抗による電流制御がなされることなくDC/DCコンバータ13からリチウムイオン電池32へ流れて充電する。これにより、通電初期に大電流がDC/DCコンバータ13に流れることが抑制され、DC/DCコンバータ13等の損傷を防止できる。
As a result, since the large current is initially controlled by the resistor R1 of the first circuit 14a, the capacitor is charged without flowing a large current from the
DC/DCコンバータ13と第二のリチウムイオン電池33との間の作用も、上記と同様である。
The operation between the DC /
第一のリチウムイオン電池32および第二のリチウムイオン電池33に蓄電された電力は、交流モータ(ACモータ)からなる推進用電動機36へ供給される。そのため、上記したDC/DCコンバータ13と推進用電動機36であるACモータとの間に、インバータ16が配置されている。なお、インバータ16と推進用電動機36との間は、充電時の安全対策のための配線用遮断器MCCB5を配置している。
The electric power stored in the first
電気推進船20が航行する際、各リチウムイオン電池32,33の電力は、最初に、第一回路14a,14bの電磁接触器MC5,MC6をONにし、第二回路15a,15bの電磁接触器MC3,MC4をOFFにすることで、第一回路14a,14bの抵抗R1,R2を経てDC/DCコンバータ13へ流れる。その後(通常、数秒後)、第二回路15a,15bの電磁接触器MC3,MC4をONにして、その後第一回路14a,14bの電磁接触器MC5,MC6をOFFにすることで、各リチウムイオン電池32,33の電力が抵抗を備えていない第二回路15a,15bを経てDC/DCコンバータ13へ流れるように切り替わる。これにより、上記と同様に、通電初期から大電流が一気に供給されることが抑制され、DC/DCコンバータ13等に損傷を来すことが防止される。
When the
各リチウムイオン電池32,33の電力は、並列回路にてDC/DCコンバータ13へ供給される。DC/DCコンバータ13では、例えば各リチウムイオン電池32,33から供給されるDC500Vが、一定電圧の直流、例えばDC700Vに変換される。さらに、インバータ16によって直流から交流に変換されてから、推進用電動機であるACモータから構成される推進用電動機36に供給される。それにより推進用電動機36が回転し、スクリューシャフト37を介してスクリュー38が回転し、電気推進船20が推進する。
The electric power of each
ところで、電気推進船20が前進している航行状態では、推進用電動機36において回生電力は発生しないが、その航行中に速力を落とすためにブレーキをかけると、推進用電動機36にて回生電力が発生する。本実施形態では、この回生電力をそのまま熱エネルギーに変換して廃棄せずに、リチウムイオン電池に充電する構成としている。具体的には、回生電力の電流がインバータ16内の直流回路に流れ、その後、DC/DCコンバータ13に供給され、第一のリチウムイオン電池32又は第二のリチウムイオン電池33へ流れて充電に利用される。
By the way, in the navigation state in which the
以上のように、本実施形態によれば、推進用電動機36であるACモータにて発生した回生電力が、推進用電動機制御盤10の回路を介して第一のリチウムイオン電池32又は第二のリチウムイオン電池33へ充電されるので、エネルギーの利用効率の点で優れており、省エネルギー効果が高い。
As described above, according to the present embodiment, the regenerative power generated by the AC motor that is the
なお、図1に示した符号18は、BMC(Battery Management Controller)であり、各リチウムイオン電池32,33における温度、電圧、残量等を管理する。符号17は、シーケンサであり、配線用遮断器(MCCB1,MCCB2,MCCB3,MCCB4,MCCB5)、電磁接触器(MC2,MC3,MC4,MC5,MC6)などの各種制御機器の作動を制御する。
1 is a BMC (Battery Management Controller), which manages the temperature, voltage, remaining amount, and the like in each of the
1 電気推進船制御システム
10 推進用電動機制御盤
11 変圧器
12 AC/DCコンバータ
13 DC/DCコンバータ
14a,14b 第一回路
15a,15b 第二回路
16 インバータ
20 電気推進船
31R,31L 受電座
32 第一のリチウムイオン電池
33 第二のリチウムイオン電池
36 推進用電動機(ACモータ)
37 スクリューシャフト
38 スクリュー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric propulsion
37
Claims (4)
陸上の商用電源から受電するための陸上電源用の受電座と、
前記陸上電源用の受電座を介して供給される交流の電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器にて変圧された交流を直流に変換するAC/DCコンバータと、
前記AC/DCコンバータにより変換された直流を、所定電圧の直流に変圧するDC/DCコンバータと、
前記DC/DCコンバータにて変圧された所定電圧の直流が充電されるリチウムイオン電池と、
前記DC/DCコンバータと前記推進用電動機との間に設けられ、前記推進用電動機へ電力を供給するため、前記リチウムイオン電池に蓄電された直流を交流に変換するインバータと
を備え、
前記DC/DCコンバータが、前記リチウムイオン電池から供給される直流を、一定電圧の直流に変換して前記インバータに供給する構成である電気推進船制御システム。 An electric propulsion ship control system for supplying power to a propulsion motor that drives a screw propelling an electric propulsion ship,
A power reception seat for land power to receive power from land commercial power,
A transformer for transforming an AC voltage supplied via the power receiving seat for the land power source;
An AC / DC converter that converts alternating current transformed by the transformer into direct current;
A DC / DC converter that transforms the direct current converted by the AC / DC converter into a direct current of a predetermined voltage;
A lithium ion battery charged with a direct current of a predetermined voltage transformed by the DC / DC converter;
An inverter that is provided between the DC / DC converter and the propulsion motor and that converts direct current stored in the lithium ion battery into alternating current in order to supply electric power to the propulsion motor;
The DC / DC converter, electric propulsion boat control system DC is configured to supply to the inverter to convert the direct current of the constant voltage supplied from the lithium ion battery.
An electric propulsion ship on which the electric propulsion ship control system according to any one of claims 1 to 3 is mounted.
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