JP2017061310A - 船舶動力制御ストラテジ - Google Patents

Abstract

【課題】船舶動力制御ストラテジを提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、船舶制御ストラテジを提供し、コマンドデータ、潮汐データ、時間データ、水文データ、測位データ或いは気象データ等の水上運航に影響する非常に大きな要因を通じて、船舶動力の出力及び配分割合を随時変更することで、最適な動力制御とエネルギー運用を実現できる船舶動力システム及びその制御ストラテジである。【選択図】図２

Description

船舶のために設計する船舶動力制御ストラテジに関し、特に、順境ストラテジ及び逆境ストラテジを自由に切り替えることで、最高のエネルギー利用効果を奏することのできる船舶動力制御ストラテジに関する。

ハイブリッド等のデュアル動力システムが登場してから、エネルギー配分の動力制御は、明らかに重要になってきた。また多くのデュアル動力又はハイブリッドの動力制御ロールに関する発明が、雨後の竹ノ子のように次々と現れてきた。

しかし現在見られる大半の発明は、陸上運搬具の運用に属し、少数が陸上運搬具の動力制御方法一式を船舶に直接運用しているが、こうすると、船舶に最高の動力制御を働かせることができない以外に、間接的にも無駄なエネルギーを消費していた。

一般的な陸上運搬具の動力制御システムを船舶に運用する場合、主に船舶の設計において、人員の動力に対する関連操作が陸上運搬具に類似し、クラッチ及びスロットルバルブを通じて運搬具の前進を同じように制御していたが、陸上と水上において考慮すべき実際の環境要因は、かなり異なる。一般的な陸上運搬具が直面する可能性のある動力制御を必要とされる状況は、通常運搬具自体の負荷量（例えば荷重）、重力による登り坂・下り坂に対する影響及びブレーキ時に必要な摩擦力等であり；ただし水上で遭遇する状況は陸上とは全く異なる。

水上の場合において、負荷量自体の船舶に対する影響は、陸上のもとに比べてもさほど大きくなく、主に水が船舶等の運搬具に対し浮力を生じさせている。これ以外に、前進の時に受ける抵抗力に関し、陸上と水上を同等に見ることもできず、通常陸上運搬具が受ける抵抗力は、その速度に比例して線形的に増加する。船舶等の水上運搬具の場合、指数型比例増加を呈し、両者の動力制御ストラテジへの対応や解決しようとする課題は、実質上非常に大きな差がある。

これ以外に、海上気象及び水文の変化は、往々にして陸地より激しく且つ多変で、陸上運搬具に用いる動力制御ストラテジに依存するのは、水上で直面する状況に対し完璧に適応できない。

陸上運搬具がファジィルールに類した観念を運用してこの課題を解決しようとしても、環境が異なる状況において、実質的に水上の状況に運用することは非常に難しく、確率性で動力制御ストラテジを決定することは、１つの幅広い概念に属するが、現在においても水上運搬具のために設計され且つ合理的な動力制御ストラテジが見受けられない。

先行技術内で言及した課題を解決するため、本発明は、船舶動力システム及びその動力制御ストラテジを提供する。

前記船舶動力制御ストラテジは、順境ストラテジと逆境ストラテジとを含み、該順境ストラテジが第１蓄電状態及び第２蓄電状態に応じて第１航行モードを選択し、また該逆境ストラテジが該第１蓄電状態、該第２蓄電状態、第３蓄電状態及び閾値に応じて第２航行モードを選択する。

前記第１蓄電状態は、該第３蓄電状態より高く、該第３蓄電状態が該第２蓄電状態より高く、該順境ストラテジ及び該逆境ストラテジ間を互いに切り替えることができ、船舶に必要な動力が閾値を超え、且つ第１時間保持してから該逆境ストラテジに切り替え、該逆境ストラテジが第２時間保持してから自動的に該順境ストラテジに切り替える。

このほかに、本発明の別の実施例において、船舶動力制御方法を更に提供し、つまりまずユーザーが船舶上でモードを選択するステップ（Ａ）を実施し、次に該モードを複合動力モードと選択するテップ（Ｂ）を実施し、最終的に該船舶内のコントローラが動力配分を判断するステップ（Ｃ）を実施する。

前記船舶動力制御方法の該動力配分は、前記船舶動力制御ストラテジ内の順境ストラテジと逆境ストラテジとを含む。

また、前記船舶動力制御ストラテジに基づき、本発明では船舶航路計画方法を更に提供し、まず船舶内の演算モジュールにおいて起点及び終点を選定するステップ（Ｉ）を実施し、次に該演算モジュールで複数の航路を作成するステップ（ＩＩ）を実施してから、該演算モジュールが各該複数の航路シミュレーションに基づいて前記船舶動力制御ストラテジを実行するステップ（ＩＩＩ）を実施し、最後的に該演算モジュールが該複数の航路から最適な航路を選定すると共に表示モジュールに表示するステップ（ＩＶ）を実施する。

本発明に係る船舶動力制御ストラテジの順境ストラテジの制御フローチャートである。 本発明に係る船舶動力制御ストラテジの順境ストラテジの動力配分図である。 本発明に係る船舶動力制御ストラテジの逆境ストラテジの制御フローチャートである。 本発明に係る船舶動力制御ストラテジの逆境ストラテジの動力配分図である。 本発明に係る船舶動力制御方法のフローチャートである。 本発明に係る船舶航路計画方法のフローチャートである。 本発明に係る船舶航路計画方法の実例を示す模式図である。 本発明に運用した船舶動力システムの構造を示す模式図である。

本発明の技術的特徴及び実用効果を理解し、明細書の内容に基づいて実施できるため、更に図面に示す好ましい実施例で次の通り詳細に説明する。

同時に図１（ａ）乃至図１（ｄ）及び図４を参照すると、図１（ａ）は本発明に係る船舶動力制御ストラテジの順境ストラテジの制御フローチャートで、図１（ｂ）が本発明に係る船舶動力制御ストラテジの順境ストラテジの動力配分図で、図１（ｃ）が本発明に係る船舶動力制御ストラテジの逆境ストラテジの制御フローチャートで、図１（ｄ）が本発明に係る船舶動力制御ストラテジの逆境ストラテジの動力配分図で、図４が本発明に運用した船舶の構造を示す模式図である。まず図４を参照すると、図４に示すように、本実施例で例示している船舶動力システム１０の構造は、発電用エンジン３００と複数の充電器６００とバッテリー管理システム４００とインバータ５００とモータ７００とコントローラ１００と直流／直流コンバータ８００（ＤＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）と複数の監視モジュール９００と演算モジュール１０１と、を含む。

前記複数の充電器６００は、該発電用エンジン３００と接続し、該バッテリー管理システムが複数のバッテリー４０１を包括し、且つ該複数のバッテリー４０１が該複数の充電器６００と接続し、該インバータ５００が整流器５０１を包括し、且つ各々該複数のバッテリー４０１及び該発電用エンジン３００と接続し、複数の監視モジュール９００が該コントローラ１００と接続し、該モータ７００が該インバータ５００と接続する。このほかに、該複数の充電器６００及び該複数のバッテリー４０１は、更に直流／直流コンバータ（ＤＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を通じてバッテリー４０１’と接続し、複数のバッテリー４０１と異なるのはバッテリー４０１’が鉛酸バッテリーである。

発電用エンジン３００が発生する電力は、インバータ５００内の整流器５０１により直流電力に変換し、複数のバッテリー４０１又はバッテリー４０１’から供給される直流電力と一緒にモータ７００に動力を提供する。監視モジュール９００は、ジャイロスコープ、圧力計、風向風速計、湿度計、水流センサー或いはそれらの組み合わせとすることができ、水文測定システムとすることでもよく、例えば測深、サイドスキャン、チャープ等の機能を持ち、コントローラ１００に船舶の最高の動力制御ストラテジの切り替参考を提供でき、コントローラ１００と接続して現在船舶が直面している外部状況に注意を促すために用いられる。該コントローラ１００は、各々該発電用エンジン３００、該複数のバッテリー４０１及び該インバータ５００と接続し、該演算モジュール１０１が該コントローラ１００と接続する。このほかに、コントローラ１００と接続する操縦装置２０１を更に有し、本実施例においてバッテリー管理システム４００を利用して複数のバッテリー４０１の充電状態を管理する。また更にユーザーのニーズに応じて回路保護板等の充電常用素子を増設できるものとするが、本発明はこれに限られるものではない。

該船舶動力システム１０において、該演算モジュール１０１は産業用コンピュータ、単一チップ又はそれらの組み合わせで、該コントローラ１００がプログラマブルロジックコントローラ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、ＰＬＣ）、マイクロコントローラユニット（Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ、ＭＣＵ）或いはそれらの組み合わせとし、該複数のバッテリー４０１がリチウムイオンバッテリー、リチウムポリマーバッテリー、リン酸鉄リチウムバッテリー或いはそれらの組み合わせから選ぶことができ、船舶動力システム１０の需要によって設計できる。演算モジュール１０１は、更に表示モジュール２００に接続し、該表示モジュール２００がＬＣＤ、ＬＥＤのタッチスクリーンとすることができ、現在該船舶動力システム１０の各ソフト・ハードウェアの状態、航路、ＧＰＳ測位データ又はその他の重要なパラメータを表示するために用いられる。

これ以外に、該船舶動力システム１０を運用した該水上運搬具が、大型客船或いは観光用船等の場合、該複数のバッテリー４０１を更に複数のホテルロードと接続できる。前記ホテルロード（Ｈｏｔｅｌ ｌｏａｄ）は、船上の電気製品で、例えばクレーン、水ポンプ、動的測位システム（Ｄｙｎａｍｉｃ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）、遠隔操作型の無人潜水機（ｒｅｍｏｔｅｌｙ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ、ＲＯＶ）、電子レンジ、冷房、冷蔵庫、冷凍庫等の電気を消費する製品とすることができるが、本発明はこれに限られるものではない。

次に、上記船舶動力システム１０を図１（ａ）乃至図１（ｄ）に示すような実施例、つまり船舶動力制御ストラテジに適用する。該船舶動力制御ストラテジは、順境ストラテジと逆境ストラテジという２大モードを包括し、該順境ストラテジが第１蓄電状態及び第２蓄電状態に応じて第１航行モードを選択する。

該逆境ストラテジは、該第１蓄電状態、該第２蓄電状態、第３蓄電状態及び閾値によって第２航行モードを選択する。本実施例において、第１蓄電状態、該第２蓄電状態及び第３蓄電状態が複数のバッテリー４０１の蓄電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、ＳＯＣ）であり、該閾値がモータ７００運転の牽引動力とする。

本実施例において、第１蓄電状態は第３蓄電状態より高く、第３蓄電状態が第２蓄電状態より高く、順次に８０％、５０％及び２０％と設定する。該順境ストラテジ及び該逆境ストラテジ間を互いに切り替えることができ、船舶に必要な動力は閾値２５キロワット（つまり牽引モータ７００の動力）を超え且つ第１時間保持してから該逆境ストラテジに切り替え、該逆境ストラテジが第２時間保持してから自動的に該順境ストラテジに切り替える。

よって、図１（ａ）乃至図１（ｂ）は、順境ストラテジ下の制御フロー及びその動力配分の情報を含み；図１（ｃ）乃至図１（ｄ）は逆境ストラテジ下の制御フロー及びその動力配分の情報を含み、該４枚の図面は本実施例の船舶動力制御ストラテジの完全な構造を構成し、次に説明する。

一般的な状況において、船舶動力システム１０は、自動的に順境ストラテジをベースとして該船舶動力制御ストラテジを実行し、つまり図１（ａ）及び図１（ｂ）内の前記状況で、まず順境ストラテジは主に２種類動力運用を配分とし、第１充電モード及び第１電力駆動モード間の切り替えは複数のバッテリー４０１の蓄電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、ＳＯＣ）を根拠とし、つまり第１蓄電状態８０％及び第２蓄電状態２０％が第１航行モードを選択するために用いられ、第１充電モードと第１電力駆動モードとを含む。

総括から言うと、複数のバッテリー４０１の蓄電状態は第１蓄電状態８０％に達した時又は上回った時、第１電力駆動モードに切り替え；蓄電状態が第２蓄電状態２０％に達した時或いは下回った時、第１充電モードに切り替える。

上記運用方式は、図１（ｂ）内のような第１期間Ｐ１及び第２期間Ｐ２で解釈できる。まず複数のバッテリー４０１の蓄電状態が２０％に落ちた時、第１期間Ｐ１に入り、エンジンは発動（本実施例が発電用エンジン３００）されるため、発電用エンジン３００オンの状態において第１充電モードに入り、発電用エンジン３００が発生した電力がモータ７００の牽引力（Ｐｏｗｅｒ ｔｒａｃｔｉｏｎ）の閾値（本実施例が２５キロワット）を超えた部分は、複数の充電器６００を通じて複数のバッテリー４０１又はバッテリー４０１’に充電し；複数のバッテリー４０１の蓄電状態が８０％を上回った時、第２期間Ｐ２内の第１電力駆動モードに切り替えてモータ７００の運転を推進する。

前記複数のバッテリー４０１の蓄電状態は、総蓄電状態或いは平均蓄電状態とし、ユーザーのニーズを見て設けることができるが、本発明はこれに限られるものではない。

本実施例の船舶動力システム１０において、船舶動力システム１０の安全性を高めるため、複数のバッテリー４０１は、主要電源として用いられ、鉛酸バッテリーとするバッテリー４０１’が予備或いは非常電源として用いられる。

よって、図１（ｂ）を理解する状況において、図１（ａ）内で示すのは、本実施例の順境ストラテジの制御ストラテジ及びフローである。まず船舶動力システム１０が起動され、順境ストラテジに入り、最初が先にモータ７００で船舶を推進するために必要な牽引力は、引き続き閾値２５キロワットを下回ると共に第１時間保持するかを検査する。本実施例の前記第１時間は、１分間で、その判断基準が操舵手のスロットルバルブに対する踏み込み深さ、持続時間等を利用し、更に圧力センサー又はチップで測定して得られるものとするが、本発明はこれに限られるものではない。船舶に必要な牽引力は、引き続き閾値２５キロワット以上より高く、且つ１分間保持した場合、直接逆境ストラテジに切り替え、逆の場合、第１電力駆動モード（つまり第２期間Ｐ２）に入る。

船舶動力システム１０が第１電力駆動モードに入った時、一般的な状況において複数のバッテリー４０１がモータ７００にエネルギーを直接供給し、出力した牽引力が０〜５０キロワットとする。複数のバッテリー４０１が故障又は問題が発生した時、鉛酸バッテリーを有効にすることができ、まつりバッテリー４０１’は予備或いは非常電源として船舶の正常運転を維持する。

第１電力駆動モードの状態において、コントローラ１００が複数のバッテリー４０１又はバッテリー４０１’の蓄電状態を定期検査し、検査時間の間隔は船舶設計者或いはメーカが異なる船舶のニーズに応じて設計するものとするが、本発明はこれに限られるものではない。よって、コントローラ１００は複数のバッテリー４０１又はバッテリー４０１’の蓄電状態が引き続き第２蓄電状態の２０％を上回ると検出した時、図１（ａ）に示すように、操舵手が船舶前進を駆動する牽引力はやはり閾値２５キロワット範囲内にあり且つ１分間以上保持するかどうかを繰り返し確認し、範囲外の場合、逆境ストラテジに切り替えないと共に引き続き第１電力駆動モードで運転する。

コントローラ１００は、複数のバッテリー４０１の蓄電状態が第２蓄電状態の２０％を下回ると検出した時、船舶動力システム１０を第１充電運転モードに切り替えて運転し、第１充電運転モードの状態において、発電用エンジン３００からモータ７００に出力される電力が０〜２５キロワットとし、発電用エンジン３００の出力が牽引力の閾値２５キロワットを超えた部分は、充電器６００を通じて複数のバッテリー４０１或いはバッテリー４０１’に充電する。

ここで、第１充電モード運転の状態において、コントローラ１００はやはり複数のバッテリー４０１又はバッテリー４０１’の蓄電状態を定期検査し、一旦その蓄電状態が第１蓄電状態８０％を上回ると、第１電力駆動モードに切り替え；逆の場合、第１充電モード運転の状態において、蓄電状態が８０％を下回り且つ発電用エンジン３００からモータ７００に出力された牽引力はずっと閾値２５キロワット以上１分間保持すると、直接逆境ストラテジに切り替え、さもなければ、引き続き第１充電モードで運転する。

次に、図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示すように、順境ストラテジから逆境ストラテジに切り替えた時、該２つの図面をメインとして船舶動力システム１０の動力制御ストラテジを行う。総括から言うと、逆境ストラテジにおいて、順境ストラテジと同じのは第２充電モード、エクステンションモード及び第２電力駆動モード等の第２航行モード間の切り替えは、複数のバッテリー４０１又はバッテリー４０１’の蓄電状態及び発電用エンジン３００が発生したエネルギーが閾値を超えたかどうかを根拠として運転する。船舶の前進に必要なモータ７００の牽引力が閾値より低い時、該第２充電モードに切り替え；閾値を超えた時、該蓄電状態が第３蓄電状態の５０％を下回るかどうかを検査し、第３蓄電状態の５０％を上回ると、第２電力駆動モードに切り替える。逆の場合、蓄電状態が第３蓄電状態の５０％を下回った場合、蓄電状態が第２蓄電状態の２０％より高いかどうかを再検査し；第２蓄電状態の２０％より高いと、該エクステンションモードに切り替え、複数のバッテリー４０１又はバッテリー４０１’の蓄電状態は第２蓄電状態の２０％より低いと、該第２充電モードに切り替え、複数のバッテリー４０１又はバッテリー４０１’の蓄電状態が第１蓄電状態の８０％を上回るまで再運転する。

上記逆境ストラテジ運転の動力制御配分は、図１（ｄ）に示す通りとし、まず第３期間が前記エクステンションモードで、このモードにおいて発電用エンジン３００が発生したエンジン出力電力ＰＥだけに頼るのは、モータ７００に安定したモータ牽引力を提供すると共に船舶の定速度による前進を維持することに不足するため、複数のバッテリー４０１或いはバッテリー４０１’が更にバッテリー出力電力ＰＢをモータ７００に供給することで船舶前進を支持する必要があり、通常この状態において海流の逆流、逆風或いは海象劣悪等の逆境環境を有効にし、且つ複数のバッテリー４０１或いはバッテリー４０１’も一定の蓄電状態下で起動する。

エクステンションモードにおいて、発電用エンジン３００が発生した電力は交流電力で、複数のバッテリー４０１或いはバッテリー４０１’が発生した電力は直流電力で、本実施例において２種類の電流を結合してモータ７００に供給する手段は、インバータ５００内の整流器５０１を通じて直流電力に変換し、複数のバッテリー４０１或いはバッテリー４０１’からきた直流電力と一緒にモータ７００に牽引動力を供給して実現する。

第４期間Ｐ４の運転状態は、逆境ストラテジにおける第２充電モードを指し、このモードにおいて発電用エンジン３００が閾値２５キロワットの電力運転を維持し、インバータ５００の調整を通じて２５キロワットを２個部分に分け、各々エンジンの出力電力ＰＥ２及び充電電力Ｃとする。エンジンの出力電力ＰＥ２の部分は、モータ７００に動力を提供して船舶の定速度による前進を維持するために用いられ、充電電力Ｃの部分が複数のバッテリー４０１或いはバッテリー４０１’に切り替えて充電することである。

逆境ストラテジの原理を概要に記述した後、次に図１（ｃ）に示すように、図１（ｃ）内では逆境ストラテジにおける更な詳細制御フローを示す。逆境ストラテジに入ると同時に、コントローラ１００は、先にタイマーを起動して第２時間を計算し、本実施例において１５分間と設定し、その後発生した所要の動力が閾値２５キロワットを上回るかどうかを判定し、上回る場合、更に複数のバッテリー４０１又はバッテリー４０１’の蓄電状態が５０％より低いかどうかを検査し、逆の場合、第２充電モード（つまり第４期間Ｐ４）に切り替える。

複数のバッテリー４０１又はバッテリー４０１’の蓄電状態が第３蓄電状態の５０％より低いかを検査した後、その蓄電状態が第３蓄電状態の５０％より高いと、第２電力駆動モードに切り替え、つまりモータ７００の牽引力は全て複数のバッテリー４０１或いはバッテリー４０１’が供給し、モータ７００に必要な牽引力が引き続き２５キロワットを上回るかどうかを定期検査する。蓄電状態は第３蓄電状態の５０％を下回ると、蓄電状態が第２蓄電状態の２０％より高いかどうかを再検査し、高い場合、エクステンションモード（第３期間Ｐ３）に切り替える。エクステンションモードに切り替えた後、コントローラ１００も発電用エンジン３００の出力が引き続き２５キロワットを上回るかどうかを定期検査する。

上記制御ストラテジにおいて、蓄電状態は第２蓄電状態の２０％を下回ると、第２充電モード運転に切り替え、また第２充電モード運転を維持する状態において、複数のバッテリー４０１又はバッテリー４０１’の蓄電状態がやはり引き続き第１蓄電状態の８０％より低いかどうかを定期検査し、低くない場合、発電用エンジン３００が牽引力（高電圧を維持するため、０キロワットを出力）を出力しない。引き続き第１蓄電状態の８０％を低い場合、最初のモータ７００に必要な牽引力は引き続き２５キロワットを上回るかどうかを検査するフローのステップに戻る。

このほかに、船舶動力システム１０のメーカ又は設計者が設計や製造を行う時、順境ストラテジ及び逆境ストラテジの間の切り替えも基準を加えて追加パラメータとして判断を行うこともできる。該基準は、コマンドデータ、潮汐データ、時間データ、風向データ、水文データ、測位データ、気象データ或いはそれらの組み合わせを包括し、実施若しくは船舶種類のニーズのためだけに設計されるものとするが、本発明はこれに限られるものではない。

上記実例から言うと、順境ストラテジを逆境ストラテジに切り替えた時、船舶の設計者は牽引力が閾値を超えて１分間保持してから切り替える条件以外に、更に次のものを加えることができ、例えばコマンドデータはスロットルバルブの踏み込み頻度が頻繁且つ深いことを示し、水文データが逆流区、逆風区を示し或いは気象データが暴風雨を示した時保持時間を１０秒、更に短い時間に短縮することで、船舶に最適な制御ストラテジを提供する。コマンドデータ、潮汐データ、時間データ、水文データ、測位データ、気象データ或いはそれらの組み合わせ及び必要なセンサー素子は、ニーズに応じて船舶上に増設できるものとするが、本発明はこれに限られるものではない。

このほかに、逆境ストラテジ内のエクステンションモードの切り替えに関し、複数のバッテリー４０１が低電圧（例えば、蓄電状態が第３蓄電状態の５０％を下回る）状態にある場合、発電用エンジン３００はモータ７００にエネルギーを出力する。発電用エンジン３００が起動した時、複数の充電器６００を通じて高電圧を発生することで直ちにモータ７００の運転に必要なエネルギーを供給できるよう確保し、よって引き続き逆境ストラテジの運転を維持する。ただし、蓄電状態が第２蓄電状態の２０％を下回ると、順境ストラテジの運転に強制切り替えることで、複数のバッテリー４０１に充電する。逆に複数のバッテリー４０１が高電圧状態にある時（例えば、蓄電状態が第３蓄電状態の５０％を上回る）、空転により燃費効率が悪くなることを避けるため、できる限り発電用エンジン３００を起動させない。

上述のような順境ストラテジに強制切り替える状況が発生した時、複数のバッテリー４０１に充電する必要性があるため、発電用エンジン３００及び複数の充電器６００が発生する電圧を最高状態に維持させ、且つ複数のバッテリー４０１のモータ７００に対する放電ループをオープンにする。

この場合において、外部環境（つまり基準）は実際上、逆境ストラテジと判断したが、複数のバッテリー４０１の蓄電状態が逆境ストラテジの出力電力の維持を許容しないため、順境ストラテジの最大電力で複数のバッテリー４０１に充電しながら船舶動力システム１０の一定の動力出力を保留する。よって、発電用エンジン３００が単独でモータ７００にエネルギーを供給し、同時に複数の充電器６００及びコントローラ１００がエネルギー配分を調整し、運転の閾値２５キロワットの状態において、多くなくとも１６キロワットの電力で複数のバッテリー４０１に充電し、その蓄電状態が３０％以上に回復するまで、一般の逆境ストラテジ運転に戻すことができる。

一旦複数のバッテリー４０１及びバッテリー４０１’はいずれも故障した状況が発生した場合、本実施例ではエンジン駆動モードを有し、単純に発電用エンジン３００でエネルギーをモータ７００に直接供給して非常用動力源とする。

次に、図２を参照すると、図２は、本発明に係る船舶動力制御方法のフローチャートである。図２に示すように、まずユーザーが船舶上でモードを選択するステップ（Ａ）を実施する。ステップ（Ａ）において、前記船舶動力システム１０でモードを選択するのは、該船舶動力システム１０の船舶操舵手或いは関係の技術者を通じて航行ニーズに応じて判断することを指す。

次に、該モードを複合動力モードと選択するステップ（Ｂ）を実施する。特に、本実施例の状況において、前記ステップ（Ａ）内の該モードは、エンジン駆動モードを更に含む。つまり、本実施例において、ステップ（Ｂ）の複合動力モード以外に、発電用エンジン駆動モードを更に含み、発電用エンジン３００のみで発電してモータ７００に運転動力を供給し、非常用動力モードとする。

次に、該船舶内のコントローラは動力配分を判断するステップ（Ｃ）を実施する。ステップ（Ｃ）の前記コントローラ１００は、前記船舶動力制御ストラテジにおける前記基準を介して判断し、該基準が前述のようにコマンドデータ、潮汐データ、時間データ、風向データ、水文データ、測位データ、気象データ或いはそれらの組み合わせを包括し；該動力配分は、順境ストラテジと逆境ストラテジとを含む。

基準の判定が基本的に含まれるデータは、非常に繁多で、主に該船舶動力システム１０を運用した船舶が実際の水上で運航している時に動力制御ストラテジ判断を行う根拠である。前記コマンドデータは、操舵手のスロットルバルブに対する踏み込み量、頻度等の組み合わせ又は操縦装置２０１の操作方式等を指す。

陸上運搬具との相違点は、船舶に陸上運搬具のようなブレーキ構造を設けないため、コマンドデータにより該動力配分を判断する時陸上と明らかに異なる。このほかに、コマンドデータの判断根拠は、スロットルバルブを一定時間に踏み込む重さなどを含み、該船舶の設計者自身で設定できるものとするが、本発明はこれに限られるものではない。このほかに、スロットルバルブの踏み込み状態の検出もモータ出力の電力或いは圧力・時間センサー類のデバイスで実現できる。

次に、前記潮汐データ、時間データ、風向データ、水文データ、測位データ及び気象データ等は、主に現在の海上又は水上の状況を判断するために用いられ、潮汐データ及び水文データが時間データ、測位データ及び気象データを通じて得られることができる。該船舶動力システム１０を運用した船舶に対する影響が最大のものは、水流及び風向の順逆状況、波の大きさ及び船型設計等の要因である。

上記を総合すると、船舶動力システム１０の設計者は、該船舶の用途及び該船舶の航行しようとする海域或いは航行できる海域、河川或いは湖等の要因に応じて該基準を設計できる。このほかに、該船舶が宿泊・娯楽・観光レジャー機能として設計した船舶である場合も船舶上のホテルロード（Ｈｏｔｅｌ ｌｏａｄ）を視野に入れなければならず、例えば通常のピーク電気使用タイミングが大体どの時間帯であるか、若しくはいつクレーン、水ポンプ、動的測位システム（Ｄｙｎａｍｉｃ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）、遠隔操作型の無人潜水機（ｒｅｍｏｔｅｌｙ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ、ＲＯＶ）等の電力消費量が大きい負荷を起動するかである。

よって、上記基準によって判断した動力配分は、コントローラ１００が順境ストラテジ或いは逆境ストラテジを選択する。

上記船舶動力制御方法の基準に対する説明に鑑み、相当の実例の説明を挙げて順境ストラテジ或いは逆境ストラテジを選択する判断とする。例えば、該船舶動力システム１０を運用した船舶が季節風、洋流等の要因を受けて比較的大きい動力出力で航行しなければならない時、コントローラ１００は、船舶上の複数のセンサーで検出でき、或いは例えば気象ブイ、灯台、観測所、気象観測用気球その他の検出装置、更にその他の遠洋船舶と通信又は情報交換を行い、現在状態の動力配分が逆境ストラテジに適用するかどうかを決定できる。このほかに、操舵手は、船舶上のスロットルバルブの踏み込み深さ、頻度、操縦装置２０１の操作方式等の制御要因についても一緒に視野に入れる。

次に、同時に図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照すると、図３（ａ）は本発明に係る船舶航路計画方法のフローチャートで、図３（ｂ）が本発明に係る船舶航路計画方法の実例を示す模式図である。本実施例を上手く利用するため、本発明は更に船舶航路計画方法を提供し、まず船舶内の演算モジュールで起点及び終点を選定するステップ（Ｉ）を実施する。

先に図３（ｂ）を参照すると、ステップ（Ｉ）内の前記起点Ｓ及び終点Ｅを特定の港口又は上陸地点に設定し、操舵手が演算モジュール１０１内のデータベース又はＧＰＳ測位座標等のところから呼び出して設定するものとするが、本発明はこれに限られるものではない。次に該演算モジュール１０１が複数の航路を作成するステップ（ＩＩ）を実施する。演算モジュール１０１は、起点Ｓ及び終点Ｅの設定に基づいて、ネットワークデータ又はその内蔵しているデータベースを利用して該起点から終点まで実現可能な航路若しくはその他の船舶がかつて航行したことがある航路、例えば図３（ｂ）内の第１航路Ｒ１及び第２航路Ｒ２を分析し、またシミュレーションして表示モジュール２００上にリストアップすることで、操舵手がタッチ等の方式で電子海図上に表示されている航行予定航路を選択するために供する。

仮に操舵手が作成した該複数の航路を満足しない場合、操舵手にそのニーズ又は環境状況（例えば、季節、気候等）に応じてその航路を自ら設定させることができる。台湾を例にすると、冬季の時台湾では東北の季節風が吹き、夏季の時西南の季節風が吹くため、冬季の時北方に向かって航行すると、逆風の状況で、逆境ストラテジを有効にして船舶を操縦し、若しくはその他の航路を設定して避けなければならないものとするが、本発明はこれに限られるものではない。

次に該演算モジュールが各該複数の航路シミュレーションに基づいて前記船舶動力制御ストラテジを実行するステップ（ＩＩＩ）を実施する（図１（ａ）乃至図１（ｄ））。ステップ（ＩＩＩ）において、該演算モジュール１０１は、産業用コンピュータ、単一チップ又はそれらの組み合わせとするため、有線或いは無線接続のデータベース、ネットワーククラウドデータベース等を呼び出して、作成した各航路について各モード動力制御ストラテジ及び配分のシミュレーションすることができる。

シミュレーションの根拠は、電子海図上の各面積単位によってセル・区間に分ける計算を行い、またこれをもって異なる色で各航路を示す。

最後的に該演算モジュールが該複数の航路から最適な航路を選定すると共に表示モジュールに表示するステップ（ＩＶ）を実施する。演算モジュール１０１が表示する各航路上に各々異なる点の時にどのモードに切り替えるかを表示し、且つどの動力配分の採用を推奨し、最後にこれをもって該航路が相対的に何パーセントの総消費電力量を節約できることを表示する。本実施例において、選定された最適な航路は赤色の目立つ線で示し、その他の航路が推奨程度により異なる色、濃淡又はマークの方式で表示モジュール２００上に表示する。

操舵手が航行の航路を選定した後、演算モジュール１０１は予め設定された音声又は文字案内方式により操舵手を案内して航行し、各モードの切り替え点までに航行した時、再度当時の基準で動力配分を判断し、またこれをもって該船舶動力システム１０を運用した船舶の操舵手に注意を促す。本実施例の図３（ｂ）に示す第１航路Ｒ１から言うと、仮にシミュレーションした結果は表示モジュール２００に表示する×箇所に逆流の海流に遭遇した場合、船舶が該点に近づいた時、船舶動力システム１０が事前に逆境ストラテジに入るよう準備する。

本発明の前記モードの切り替え、判断及びハードウェア上の制御は、船舶の設計者がその船舶の必要に応じてリレースイッチ、周波数変更等の方式で実現でき、本実施例が例示通り該船舶動力システム１０を運用した船舶構造により設計及び設定を行うが、実際上、本発明に係る船舶動力制御ストラテジを運用できる水上運搬具は、いずれも本発明の範囲内に含まれる。

以上に説明するものは、本発明の好ましい実施例であって、本発明の実施範囲は、そのような実施例に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲及び明細書の内容に基づいて均等の範囲内で各種の変更や修飾を加えるものは、本発明にカバーされる範囲内に属する。

１０ 船舶動力システム
１００ コントローラ
１０１ 演算モジュール
２００ 表示モジュール
２０１ 操縦装置
３００ 発電用エンジン
４００ バッテリー管理システム
４０１ バッテリー
４０１’ バッテリー
５００ インバータ
５０１ 整流器
６００ 充電器
７００ モータ
８００ 直流／直流コンバータ
９００ 監視モジュール
Ｐ１ 第１期間
Ｐ２ 第２期間
Ｐ３ 第３期間
Ｐ４ 第４期間
ＰＢ バッテリー出力電力
ＰＥ エンジン出力電力
ＰＥ２ エンジン出力電力
Ｃ 充電電力
Ｓ 起点
Ｅ 終点
Ｒ１ 第１航路
Ｒ２ 第２航路
（Ａ）〜（Ｃ） ステップ
（Ｉ）〜（ＩＶ） ステップ

Claims (14)

1. 第１蓄電状態及び第２蓄電状態に応じて第１航行モードを選択する順境ストラテジと、
   前記第１蓄電状態、前記第２蓄電状態、第３蓄電状態及び閾値に応じて第２航行モードを選択する逆境ストラテジと、を含む船舶動力制御ストラテジにおいて、
   前記第１蓄電状態は、前記第３蓄電状態より高く、前記第３蓄電状態が前記第２蓄電状態より高く、前記順境ストラテジ及び前記逆境ストラテジ間を互いに切り替えることができ、船舶に必要な動力が前記閾値を超え、且つ第１時間保持してから前記逆境ストラテジに切り替え、前記逆境ストラテジが第２時間保持してから自動的に前記順境ストラテジに切り替えることを特徴とする船舶動力制御ストラテジ。
2. 前記第１蓄電状態は、８０％、前記第３蓄電状態が５０％、前記第２蓄電状態が２０％とすることを特徴とする請求項１に記載の船舶動力制御ストラテジ。
3. 前記第１航行モードは、第１充電モードと第１電力駆動モードとを含むことを特徴とする請求項１に記載の船舶動力制御ストラテジ。
4. 前記第２航行モードは、第２充電モードとエクステンションモードと第２電力駆動モードとを含むことを特徴とする請求項１に記載の船舶動力制御ストラテジ。
5. 船舶の蓄電状態は、前記第２蓄電状態に達した時或いはより低い時、第１充電モードを選択し；船舶の蓄電状態は、第１蓄電状態に達した時又はより高い時、第１電力駆動モードを選択することを特徴とする請求項１に記載の船舶動力制御ストラテジ。
6. 船舶が発生した動力は、引き続き前記閾値を下回り、又はその蓄電状態が前記第２蓄電状態に達した時或いはより低い時、前記第２充電モードを選択し；船舶の蓄電状態が前記第３蓄電状態と前記第２蓄電状態の間にある時、前記エクステンションモードを選択し；船舶が発生した動力が引き続き前記閾値を上回り、且つその蓄電状態が前記第３蓄電状態より高い時、前記第２電力駆動モードを選択することを特徴とする請求項４に記載の船舶動力制御ストラテジ。
7. 前記第２充電モードは、船舶の蓄電状態が前記第１蓄電状態に達するまで、或いは上回るまで、運転することを特徴とする請求項４に記載の船舶動力制御ストラテジ。
8. 前記閾値は、２５キロワットとすることを特徴とする請求項１に記載の船舶動力制御ストラテジ。
9. 前記第１時間は、１分間で、前記第２時間が１５分間とすることを特徴とする請求項１に記載の船舶動力制御ストラテジ。
10. 前記順境ストラテジと前記逆境ストラテジ間の切り替えは、基準で判断することを特徴とする請求項１に記載の船舶動力制御ストラテジ。
11. 前記基準は、コマンドデータ、潮汐データ、時間データ、風向データ、水文データ、測位データ、気象データ或いはそれらの組み合わせを包括することを特徴とする請求項１０に記載の船舶動力制御ストラテジ。
12. ユーザーが船舶上でモードを選択するステップ（Ａ）と、
    前記モードを複合動力モードと選択するテップ（Ｂ）と、
    前記船舶内のコントローラが請求項１〜１１に記載の順境ストラテジと逆境ストラテジとを含む動力配分を判断するステップ（Ｃ）と、
    を含むことを特徴とする船舶動力制御方法。
13. 前記モードは、エンジン駆動モードを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の船舶動力制御方法。
14. 船舶内の演算モジュールにおいて起点及び終点を選定するステップ（Ｉ）と、
    前記演算モジュールで複数の航路を作成するステップ（ＩＩ）と、
    前記演算モジュールが各前記複数の航路シミュレーションに基づいて請求項１〜１１に記載の船舶動力制御ストラテジを実行するステップ（ＩＩＩ）と、
    前記演算モジュールが前記複数の航路から最適な航路を選定すると共に表示モジュールに表示するステップ（ＩＶ）と、
    を含むことを特徴とする船舶航路計画方法。