JPH10144327A - ハイブリッド式電源設備 - Google Patents

ハイブリッド式電源設備

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JPH10144327A JP8315579A JP31557996A JPH10144327A JP H10144327 A JPH10144327 A JP H10144327A JP 8315579 A JP8315579 A JP 8315579A JP 31557996 A JP31557996 A JP 31557996A JP H10144327 A JPH10144327 A JP H10144327A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、燃料電池と二次電池（蓄電地）とを
併設して、燃料電池に対する負荷要求の平準化をはかる
ことにより、設備全体の大型化を招くことなく効率のよ
い発電システムを構築する。 【解決手段】潜水調査船に搭載された燃料電池本体２と
二次電池15とが充放電管理装置16を介しスラスター18な
どの負荷側へ給電できるように構成されて、過負荷の際
には二次電池15からも給電できるようになっている。二
次電池15には受電コネクター3０を介し外部電源から充
電できるが、常時は燃料電池本体２からフロート充電さ
れる。燃料電池本体２の起動時には、その予熱のため二
次電池15から負荷回路31, スイッチ７を介し循環水タン
ク３内のヒーター３ａが作動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、深海潜水調査船や
海底観測ステーション，海中居住設備などで、電力源や
観測用機器の電源などに用いられる電源設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から開発されている無人式潜水調査
船に燃料電池のみの電源設備を装備した場合は、次のよ
うな問題点がある。 (1) 負荷最大値に合わせて、燃料電池を計画設計する必
要があるため、燃料や酸化剤などを含めた動力源システ
ムが大型化するとともに重くなり、無人潜水調査船の効
率のよい運用が期待できなくなる。 (2) 燃料電池の起動時に、外部電源からの給電が必要で
あり、システムの独立した安定的な起動を確認する時間
と手間とを必要とする。すなわち、燃料電池温度を最適
に保持することが難しく、効率のよい発電反応を設定す
ることが難しい。始動時に燃料電池の反応温度が低い
と、いくら発電反応を進めても効率は30％程度にしか上
がらない現象が確認されている。 (3) 海中で燃料電池の発電作用が停止した場合、その再
起動が困難になる。 (4) 燃料電池の発電が停止した場合、非常用動力源を用
意していないと、バラストウエイトの離脱などによる浮
上手段しか対策が立てられない。 (5) 動力源を効率的に運用するため海中で燃料電池を一
時停止するなどの自由度のある運用ができない。 (6) 過負荷の動力要求がなされた場合、発電反応が追随
できず、燃料電池の機構の損傷などを発生する可能性が
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述のような従来の問
題点に鑑みて、本発明は次のような事項を課題としてい
る。 (1) 燃料電池に対する過負荷に対応し、且つ発電システ
ム全体を大型にしない発電システムを構築する。すなわ
ち、燃料電池に対する負荷要求を平準化する手段を実現
する。 (2) 燃料電池の起動時に、運用上の簡便さから、できる
だけ外部電源を使用せずに発電システムの反応温度を最
適の温度に上げることのできる補助的手段を設ける。そ
して、その補助的手段としては、可逆性があり簡単に
（自動的に）充電できる方式が望まれる。 (3) 燃料電池としての動力源を一時的に休止状態にし、
再起動するなど、効率的に運用できるようにする。 (4) 燃料電池を主動力源とする場合に、制御系電源のバ
ックアップ、通信装置用電源のバックアップなどを行な
う非常用電源を準備する。 (5) 燃料電池における循環水の温度が、適切な温度範囲
に保たれるようにする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明のハイブリッド式電源設備は、電力による作
動システムの主電源として燃料電池をそなえるととも
に、同燃料電池の起動時に同燃料電池を予熱する電熱式
予熱手段をそなえ、同予熱手段の電源としての二次電池
（蓄電地）が設けられて、同二次電池が、上記燃料電池
からフロート充電を受けるように同燃料電池に結線され
るとともに、上記作動システムの過負荷時には上記燃料
電池と併用されるべく上記作動システムに対しても結線
されていることを特徴としている。
【０００５】上述の本発明のハイブリッド式電源設備で
は、燃料電池の起動に際して、二次電池からの給電を受
ける予熱手段で上記燃料電池の予熱を適切に行なうこと
が可能になり、これにより上記燃料電池の起動が的確に
行なわれるようになる。そして上記燃料電池が発電して
いる状態では、同燃料電池により上記二次電池がフロー
ト充電（floating charge）を受けるので、同二次電池
が初期に消費した電力は直ちに補充されるようになる。
【０００６】また上記作動システムが一時的に過負荷状
態になった場合は、上記二次電池が上記燃料電池の発電
量の不足分を補うことができるので、上記燃料電池を含
む設備全体を大型化しなくてすむようになり、上記燃料
電池に対する負荷要求を平準化することができる。
【０００７】また、本発明のハイブリッド式電源設備
は、上記二次電池が、外部電源からも充電可能に設けら
れるとともに、上記燃料電池の発電停止時に上記作動シ
ステムの非常用電源として接続されるように構成された
ことを特徴としている。
【０００８】これにより、上記燃料電池にトラブルを生
じて発電が停止された非常事態になっても、上記二次電
池からの給電により上記作動システムの機能を維持する
ことができる。
【０００９】さらに、上記の燃料電池および二次電池
が、充放電管理装置を介して、上記作動システムの負荷
回路に接続されていると、上記燃料電池による上記二次
電池へのフロート充電や、上記作動システムの過負荷時
に上記燃料電池を上記二次電池で助勢する作用が円滑に
行なわれるほか、上記燃料電池のトラブル発生時に上記
二次電池を非常用電源として切換える作用が的確に行な
われるようになる。このようにして非常用電源が設けら
れることにより、本設備における制御系電源や通信装置
用電源等のバックアップが確保されるようになる。
【００１０】また、上記燃料電池のための上記電熱式予
熱手段が、上記燃料電池の循環水系における循環水タン
ク内の電熱手段として設けられていると、上記燃料電池
の起動時の予熱が、同じ電源設備内の上記二次電池で効
率よく適切な温度範囲で行なわれるようになって、同燃
料電池の起動が的確に行なわれるようになる。
【００１１】さらに、本発明のハイブリッド式電源設備
は、上記作動システムが潜水調査船の電気式推進装置お
よび観測用機器を含む潜水調査用作動システムとして構
成され、上記燃料電池からの所要出力が所定値以下にな
ると同燃料電池を停止させて上記二次電池のみを上記作
動システムの電源として接続させる制御系が設けられた
ことを特徴としている。
【００１２】上述のように、潜水調査船に設けられた本
設備では、微速前進による観測作業などの際に、上記推
進装置に要する電力が少量の場合は、上記燃料電池を一
時的に停止させて、上記二次電池で所要電力を賄うこと
により、上記燃料電池で消費される燃料や酸化剤の効率
的運用をはかることができ、ひいては潜水調査船の観測
時間の延長や行動範囲の拡大が可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の一実施
形態としてのハイブリッド式電源設備について説明する
と、図１はそのブロック図、図２は本設備を潜水調査船
に適用した例を示す説明図である。
【００１４】図２に示すように、本実施形態のハイブリ
ッド式電源設備を搭載した潜水調査船Ｂは、海面Ｗにお
ける支援母船Ａに伴われて、スラスター18により自航し
ながら海底で観測を行なうようになっており、支援母船
Ａとの連絡は通信装置24を介して行なわれる。
【００１５】この潜水調査船Ｂに搭載されるハイブリッ
ド式電源設備は、図１に示すように、固体高分子型の燃
料電池モジュール１と、リチウムイオン電池あるいは酸
化銀亜鉛電池のごとき二次電池（蓄電地）15とをそなえ
ており、両電池１，15に結線された充放電管理装置16か
ら負荷回路31を介してスラスター18の駆動器（モータ
ー）17や、船体の姿勢制御用の海水ポンプユニット22，
通信装置24，ＣＴＤ26，観測ソーナー27，コントローラ
29などの電力による作動システムへ給電されるようにな
っている。なお、この給電系には、ＤＣ／ＤＣ変換器1
9, 20, 28や制御器21, 23, 25が介装されている。
【００１６】主電源としての燃料電池本体２のための燃
料タンク（高圧水素ガスボンベ）13および酸化剤タンク
（高圧酸素ガスボンベ）14が設けられ、これらのタンク
13,14から供給される水素ガスおよび酸素ガスは、それ
ぞれ加湿器11, 12を介して燃料電池本体２へ供給され
る。そして、燃料電池本体２には循環水タンク３からポ
ンプ４により循環水が送られるようになっている。
【００１７】燃料電池本体２は、その起動に際して予熱
する必要があるが、本実施形態では、二次電池15から充
放電管理装置16, 付加回路31，ＤＣ／ＤＣ変換器32およ
び予熱用開閉器７を経て循環水タンク３内のヒーター３
ａへ給電することにより、循環水を適温にして燃料電池
本体２の予熱が行なわれるようになっている。なお、燃
料電池本体２の起動時の予熱温度は70°Ｃ程度とするこ
とが望ましく、30°Ｃ程度で起動した場合は、発電効率
が30〜50％位にしか上がらないことが確かめられてい
る。
【００１８】燃料電池本体２の起動後の発電状態では、
燃料電池本体２内の反応水は冷却する必要があり、循環
水として熱交換器９により外水中へ放熱されるようにな
っている。燃料電池本体２の反応温度は循環水タンク３
の出口の水温計５によってモニターされており、同水温
計５からの計測情報に基づき制御装置６が熱交換器９に
よる放熱を調整するための弁10の開度制御を行ない、こ
れにより循環水の温度が適温に保たれる。
【００１９】二次電池15は、燃料電池本体２から充放電
管理装置16を介しフロート充電されるようになっている
が、受電コネクター30により充放電管理装置16を介して
外部電源からの充電も受けられるようになっている。
【００２０】このようにして、二次電池15には常時は十
分な電力が蓄えられており、主電源としての燃料電池本
体２がスラスター18などの作動システムの過負荷状態に
応じきれない場合は、二次電池15からの電力供給も充放
電管理装置16を介して行なわれる。
【００２１】また、燃料電池本体２の発電が急に停止す
るような非常事態に際しても、二次電池15が充放電管理
装置16を介し上記作動システムの非常用電源として給電
を行なうようになっており、少なくともＤＣ／ＤＣ変換
器28を介しコントローラ29に給電できるようになってい
るので、この潜水調査船が無人式の場合に、その回収が
容易になる。
【００２２】さらに、このハイブリッド式電源設備を搭
載した潜水調査船が、スラスター18のための所要出力の
小さい微速航行状態で観測を行なうような場合に、燃料
電池本体２からの所要出力が所定値以下になると同燃料
電池本体２の発電を停止させて二次電池15のみを作動シ
ステムの電源として接続させる制御系が充放電管理装置
16に設けられている。
【００２３】上述の本実施形態のハイブリッド式電源設
備では、燃料電池本体２の起動に際して、二次電池15か
らの給電を受ける予熱用ヒーター３ａで燃料電池の予熱
を適切に行なうことが可能になり、これにより燃料電池
本体２の起動が的確に行なわれるようになる。そして燃
料電池本体２が発電している状態では、同燃料電池本体
２により二次電池15がフロート充電（floating charg
e）を受けるので、同二次電池15が初期に消費した電力
は直ちに補充されるようになる。
【００２４】またスラスター18の駆動器17などの作動シ
ステムが一時的に過負荷状態になった場合は、二次電池
15が燃料電池本体２の発電量の不足分を補うことができ
るので、燃料電池本体２を含む設備全体を大型化しなく
てすむようになり、燃料電池本体２に対する負荷要求を
平準化することができる。
【００２５】また、燃料電池本体２にトラブルを生じて
発電が停止された非常事態になっても、二次電池15から
の給電により上記作動システムの機能を維持することが
できる。
【００２６】さらに、充放電管理装置16が設けられるの
で、燃料電池本体２による二次電池15へのフロート充電
や、上記作動システムの過負荷時に燃料電池本体２を二
次電池15で助勢する作用が円滑に行なわれるほか、燃料
電池本体２のトラブル発生時に二次電池15を非常用電源
として切換える作用が的確に行なわれるようになる。こ
のようにして非常用電源が設けられることにより、本設
備における制御系電源や通信装置用電源等のバックアッ
プが確保されるようになる。
【００２７】また、燃料電池本体２のための上記電熱式
予熱手段としてのヒーター３ａが、循環水タンク３に設
けられるので、燃料電池本体２の起動時の予熱が、同じ
電源設備内の二次電池15で効率よく適切な温度範囲で行
なわれるようになって、同燃料電池本体２の起動が的確
に行なわれるようになる。
【００２８】さらに、潜水調査船に設けられた本設備で
は、微速前進による観測作業などの際に、スラスター18
の作動に要する電力が少量の場合は、燃料電池本体２を
一時的に停止させて、二次電池15で所要電力を賄うこと
により、燃料電池本体２で消費される燃料や酸化剤の効
率的運用をはかることができ、ひいては潜水調査船の観
測時間の延長や行動範囲の拡大が可能になる。
【００２９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のハイブリ
ッド式電源設備によれば次のような効果が得られる。 (1) 燃料電池の起動に際して、二次電池からの給電を受
ける予熱手段で上記燃料電池の予熱を適切に行なうこと
が可能になり、これにより上記燃料電池の起動が的確に
行なわれるようになる。そして上記燃料電池が発電して
いる状態では、同燃料電池により上記二次電池がフロー
ト充電を受けるので、同二次電池が初期に消費した電力
は直ちに補充されるようになる。 (2) 作動システムが一時的に過負荷状態になった場合
は、上記二次電池が上記燃料電池の発電量の不足分を補
うことができるので、上記燃料電池を含む設備全体を大
型化しなくてすむようになり、上記燃料電池に対する負
荷要求を平準化することができる。 (3) 上記燃料電池にトラブルを生じて発電が停止された
非常事態になっても、上記二次電池からの給電により上
記作動システムの機能を維持することができる。 (4) 上記の燃料電池および二次電池が、充放電管理装置
を介して、上記作動システムの負荷回路に接続されてい
ると、上記燃料電池による上記二次電池へのフロート充
電や、上記作動システムの過負荷時に上記燃料電池を上
記二次電池で助勢する作用が円滑に行なわれるほか、上
記燃料電池のトラブル発生時に上記二次電池を非常用電
源として切換える作用が的確に行なわれるようになる。
このようにして非常用電源が設けられることにより、本
設備における制御系電源や通信装置用電源等のバックア
ップが確保されるようになる。 (5) 上記燃料電池のための電熱式予熱手段が、上記燃料
電池の循環水系における循環水タンク内の電熱手段とし
て設けられていると、上記燃料電池の起動時の予熱が、
同じ電源設備内の上記二次電池で効率よく適切な温度範
囲で行なわれるようになって、同燃料電池の起動が的確
に行なわれるようになる。 (6) 潜水調査船に設けられた本設備では、微速前進によ
る観測作業などの際に、上記推進装置に要する電力が少
量の場合は、上記燃料電池を一時的に停止させて、上記
二次電池で所要電力を賄うことにより、上記燃料電池で
消費される燃料や酸化剤の効率的運用をはかることがで
き、ひいては潜水調査船の観測時間の延長や行動範囲の
拡大が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としてのハイブリッド式電
源設備のブロック図である。
【図２】図１のハイブリッド式電源設備を潜水調査船に
適用した例の外観を示す説明図である。
【符号の説明】 １ 燃料電池モジュール ２ 燃料電池本体 ３ 循環水タンク ３ａ 予熱用ヒータ ４ 循環水ポンプ ５ 水温計 ６ 制御装置 ７ 予熱用開閉器 ８ 制御器 ９ 熱交換器 10 弁 11, 12 加湿器 13 燃料タンク（水素ガスボンベ） 14 酸化剤タンク（酸素ガスボンベ） 15 二次電池（蓄電地） 16 充放電管理装置 17 駆動器（モーター） 18 スラスター 19, 20 ＤＣ／ＤＣ変換器 21 制御器 22 海水ポンプユニット 23 制御器 24 通信装置 25 制御器 26 ＣＴＤ 27 観測ソーナー 28 ＤＣ／ＤＣ変換器 29 コントローラ 30 電源コネクタ 31 負荷回路 32 ＤＣ／ＤＣ変換器 Ａ 支援母船 Ｂ 潜水調査船

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電力による作動システムの主電源として
    燃料電池をそなえるとともに、同燃料電池の起動時に同
    燃料電池を予熱する電熱式予熱手段をそなえ、同予熱手
    段の電源としての二次電池が設けられて、同二次電池
    が、上記燃料電池からフロート充電を受けるように同燃
    料電池に結線されるとともに、上記作動システムの過負
    荷時には上記燃料電池と併用されるべく上記作動システ
    ムに対しても結線されていることを特徴とする、ハイブ
    リッド式電源設備。
  2. 【請求項２】 上記二次電池が、外部電源からも充電可
    能に設けられるとともに、上記燃料電池の発電停止時に
    上記作動システムの非常用電源として接続されるように
    構成されたことを特徴とする、請求項１に記載のハイブ
    リッド式電源設備。
  3. 【請求項３】 上記の燃料電池および二次電池が、充放
    電管理装置を介して、上記作動システムの負荷回路に接
    続されたことを特徴とする、請求項１または２に記載の
    ハイブリッド式電源設備。
  4. 【請求項４】 上記電熱式予熱手段が、上記燃料電池の
    循環水系における循環水タンク内の電熱手段として設け
    られたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つ
    に記載のハイブリッド式電源設備。
  5. 【請求項５】 上記作動システムが潜水調査船の電気式
    推進装置および観測用機器を含む潜水調査用作動システ
    ムとして構成され、上記燃料電池からの所要出力が所定
    値以下になると同燃料電池を停止させて上記二次電池の
    みを上記作動システムの電源として接続させる制御系が
    設けられたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか
    １つに記載のハイブリッド式電源設備。
JP31557996A 1996-11-12 1996-11-12 潜水調査船用ハイブリッド式電源設備 Expired - Fee Related JP3354814B2 (ja)

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