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JP7744816B2 - Ship control device, control method, and control program - Google Patents

Ship control device, control method, and control program

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JP7744816B2
JP7744816B2 JP2021206985A JP2021206985A JP7744816B2 JP 7744816 B2 JP7744816 B2 JP 7744816B2 JP 2021206985 A JP2021206985 A JP 2021206985A JP 2021206985 A JP2021206985 A JP 2021206985A JP 7744816 B2 JP7744816 B2 JP 7744816B2
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torque
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auxiliary
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直行 川崎
充真 古賀
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Nabtesco Corp
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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。 The present invention relates to a ship control device, control method, and control program.

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。 For example, Patent Document 1 describes a technology for generating propulsive force for a ship and supplying power to onboard electrical loads. To improve fuel efficiency, the technology in Patent Document 1 controls the main engine, auxiliary engines, and shaft generator based on the current rotational speeds of the propeller and motor, thereby operating the main engine in a fuel-efficient operating state.

特開2010-116070号公報JP 2010-116070 A

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。 The present invention aims to propose a technology that suppresses the deterioration of fuel efficiency of ships using a method different from that described in Patent Document 1.

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。 In order to solve the above problem, one embodiment of the present invention provides a ship control device that includes a main engine for generating propulsive force for propelling the ship; an auxiliary engine for generating electric power to be supplied to an inboard bus; a shaft generator connected to the output shaft of the main engine and capable of selectively generating electric power to be supplied to the inboard bus by rotation of the output shaft, and generating propulsive force for propelling the ship by outputting torque using electric power supplied via the inboard bus; a rotational speed acquisition unit that acquires the current rotational speed of the main engine and a target rotational speed of the main engine; a power consumption acquisition unit that acquires the current amount of power consumed within the ship; a calculation unit that calculates, based on the current rotational speed and the target rotational speed, a required propeller torque, which is the torque required for a propeller of the ship to set the rotational speed of the main engine to the target rotational speed; and a control unit that controls the main engine, the auxiliary engine, and the shaft generator based on the current required propeller torque and the amount of power consumed.

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。 A method for controlling a ship according to one embodiment of the present invention includes a main engine for generating propulsive force for propelling the ship, an auxiliary engine for generating electric power to be supplied to an inboard busbar, a shaft generator connected to the output shaft of the main engine and capable of selectively generating electric power to be supplied to the inboard busbar by rotation of the output shaft, and generating propulsive force for propelling the ship by outputting torque using electric power supplied via the inboard busbar, and the steps of acquiring the current rotational speed of the main engine and a target rotational speed of the main engine, acquiring the current amount of power consumed in the ship, calculating a required propeller torque, which is the torque required to set the rotational speed of the main engine to the target rotational speed, based on the current rotational speed and the target rotational speed, and controlling the main engine, the auxiliary engine, and the shaft generator based on the current required propeller torque and the amount of power consumed.

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。 A control program for a ship according to one embodiment of the present invention is a control program for a ship equipped with a main engine for generating propulsive force for propelling the ship, an auxiliary engine for generating electric power to be supplied to an inboard busbar, and a shaft generator connected to the output shaft of the main engine and capable of selectively generating electric power to be supplied to the inboard busbar by rotation of the output shaft, or generating propulsive force for propelling the ship by outputting torque using electric power supplied via the inboard busbar. The control program for a ship causes a computer to execute the following steps: acquiring the current rotational speed of the main engine and a target rotational speed of the main engine; acquiring the current amount of power consumed in the ship; calculating a required propeller torque, which is the torque required to set the rotational speed of the main engine to the target rotational speed, based on the current rotational speed and the target rotational speed; and controlling the main engine, the auxiliary engine, and the shaft generator based on the current required propeller torque and the amount of power consumed.

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。 In addition, any combination of the above, or mutual substitution of the components or expressions of the present invention between methods, devices, programs, temporary or non-temporary storage media on which programs are recorded, systems, etc., are also valid aspects of the present invention.

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。 This invention makes it possible to suppress the deterioration of a ship's fuel efficiency through a new method.

第1実施形態の船舶を概略的に示すブロック図である。1 is a block diagram schematically illustrating a marine vessel according to a first embodiment. 第1実施形態のECUの機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of an ECU according to the first embodiment. 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。4 is a flowchart illustrating processing of an ECU according to the first embodiment. 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。4 illustrates an example of the relationship between required propeller torque, power consumption, and operation mode in the first embodiment. 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。3A to 3C are diagrams illustrating the operating states of the main engine, the auxiliary engine, and the shaft generator for each operation mode of the first embodiment. 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。10 is a map illustrating an optimum power generation ratio between the auxiliary machinery and the shaft generator. 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。10 is a modified example of a map illustrating an optimum power generation ratio between the auxiliary machine and the shaft generator. 第2実施形態の船舶を概略的に示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram schematically illustrating a marine vessel according to a second embodiment. 第2実施形態のECUの機能ブロック図である。FIG. 10 is a functional block diagram of an ECU according to a second embodiment. 第2実施形態のECUの処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a process of an ECU according to a second embodiment. 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。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the relationship between required propeller torque, power consumption, and operation mode in the second embodiment. 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。10 is a flowchart showing a specific process of step S204 in the first mode or the fourth mode in the second embodiment. 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。FIG. 10 is a diagram for explaining a method for determining a provisional value of the charge amount of a battery. 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。4A and 4B are diagrams for explaining a method for determining the discharge amount of a battery and the power generation amount of an auxiliary device. 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。10 is a flowchart showing a specific process of step S204 in the second mode in the second embodiment. 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。FIG. 4 is a diagram for explaining a method for determining the maximum torque of the main engine. 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。10A and 10B are diagrams for explaining a method for determining the discharge amount of a battery and the power generation amount of a shaft generator. 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。10 is a flowchart showing a specific process of step S204 in a third mode according to the second embodiment. 各補機の発電比率で決定するための図である。FIG. 10 is a diagram for determining the power generation ratio of each auxiliary machine.

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。 In the following embodiments and variants, identical or equivalent components and parts are given the same reference numerals, and redundant explanations are omitted where appropriate. Furthermore, the dimensions of the parts in each drawing are enlarged or reduced as appropriate to facilitate understanding. Furthermore, some parts that are not important for explaining the embodiments are omitted from each drawing.

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。
1 is a block diagram that schematically illustrates a marine vessel 1 according to a first embodiment. The marine vessel 1 includes a telegraph 10, a propulsion generating unit 20, an auxiliary machine 30, an AC grid 40, and an ECU (electronic control unit) 100. The propulsion generating unit 20 includes a main engine 21, a shaft generator 22, and a propeller 23. The AC grid 40 includes an AC distribution panel 41, an inverter/converter 42, and an inverter 43. The inverter/converter 42, the auxiliary machine 30, the AC grid 40, and an onboard load 80 are connected via an onboard bus 60.

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。 Telegraph 10 is located, for example, on the bridge and supplies propulsion force command values to ECU 100.

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。 The main engine 21 generates thrust for propelling the vessel 1 by rotating and driving the propeller 23 via the output shaft 21a. The main engine 21 can be an internal combustion engine, such as a diesel engine. The output shaft 21a of the main engine 21 is connected to the shaft generator 22 and the propeller 23. The main engine 21 is driven at a rotational speed corresponding to a thrust command value from the telegraph 10. Note that the telegraph 10 can input commands based on the vessel's speed (surface speed or water speed), and the thrust command value may be a value indicating the rotational speed required to achieve the vessel's speed.

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。 The shaft generator 22 is configured to selectively function as a generator that generates electricity to be supplied to the inboard bus 60 by rotating the output shaft 21a of the main engine 21, and as an electric motor that generates propulsion force for propelling the vessel 1 by outputting torque using electricity supplied via the inboard bus 60. The shaft generator 22 is disposed on the output shaft 21a of the main engine 21 between the main engine 21 and the propeller 23. The electricity generated by the shaft generator 22 is supplied to the AC grid 40 via the inverter/converter 42. The rotational driving force of the shaft generator 22 is transmitted to the propeller 23 via the output shaft 21a of the main engine 21, thereby providing propulsion force for the vessel 1.

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。 The auxiliary equipment 30 generates electricity used within the vessel 1. The auxiliary equipment 30 includes an auxiliary engine (not shown) and an auxiliary generator (not shown) that is driven by the auxiliary engine to generate electricity to be supplied to the inboard bus 60. The auxiliary equipment 30 is, for example, a diesel generator composed of a diesel engine and an auxiliary generator. The rotational driving force generated by the diesel engine of the auxiliary equipment 30 is converted into electricity by the auxiliary generator.

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。 The power generated by the auxiliary machinery 30 is supplied to the AC distribution panel 41 of the AC grid 40 via the onboard bus 60. Furthermore, the power generated by the shaft generator 22 is supplied to the AC distribution panel 41 via the inverter/converter 42. The AC distribution panel 41 distributes the supplied power and supplies it to the onboard loads 80 via the inverter 43. The onboard loads 80 include loads from all equipment that receives power via the onboard bus 60 and consumes it on the ship 1, such as lighting equipment, air conditioning equipment, navigation equipment, and electric pumps installed on the ship 1, as well as the main engine 21, shaft generator 22, auxiliary machinery 30, AC grid 40, and ECU 100.

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。 The ECU 100 comprises an integrated control ECU 101, a main engine ECU 102, an auxiliary engine ECU 103, and a power control ECU 104. The main engine ECU 102 and auxiliary engine ECU 103 control the main engine 21 and auxiliary engine 30, respectively. The power control ECU 104 controls the supply and demand of electricity on board the ship by controlling the AC distribution panel 41, inverter/converter 42, and inverter 43 of the AC grid 40. The integrated control ECU 101 optimally integrates and controls the main engine ECU 102, auxiliary engine ECU 103, and power control ECU 104 at a higher level. The ECU 100 may comprise the integrated control ECU 101, main engine ECU 102, auxiliary engine ECU 103, and power control ECU 104 integrated within a single device, or these ECUs may be separately provided in separate devices. The ECU 100 of this embodiment is an example of a control device for the boat 1.

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。 The rotational speed sensor 71A is attached to the output shaft 21a of the main engine 21 and measures the rotational speed of the main engine 21. The rotational speed sensor 71B is attached to the rotating shaft of the propeller 23 and measures the rotational speed of the propeller 23. The rotational speed signals measured by the rotational speed sensors 71A and 71B are supplied to the ECU 100. The power consumption sensor 72 is provided between the inverter 43 and the onboard loads 80 and measures the current power consumption Pd within the ship 1. The power consumption Pd here is the power consumed by the onboard loads 80, that is, the power consumed by equipment in the ship 1 that receives power via the onboard bus 60. The power consumption signal measured by the power consumption sensor 72 is supplied to the ECU 100.

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。 Figure 2 is a functional block diagram of ECU 100. Each functional block shown in Figure 2 and other figures can be realized in hardware terms using electronic elements and mechanical parts, such as a computer CPU, and in software terms using computer programs, but here we depict functional blocks realized by the cooperation of these elements. Therefore, those skilled in the art will understand that these functional blocks can be realized in various ways using a combination of hardware and software.

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。 The ECU 100 includes an acquisition unit 110, a calculation unit 120, an operation mode determination unit 130, a control unit 140, and a memory unit 150. The acquisition unit 110 includes a rotational speed acquisition unit 111 and a power consumption acquisition unit 112.

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。 The rotational speed acquisition unit 111 acquires the current rotational speed Ne of the main engine 21, the current rotational speed Np of the propeller 23, and the target rotational speed of the main engine 21. The current rotational speed Ne of the main engine 21 is acquired, for example, from the measurement value of the rotational speed sensor 71A. The current rotational speed Np of the propeller 23 is acquired, for example, from the measurement value of the rotational speed sensor 71B. The target rotational speed of the main engine 21 is acquired, for example, based on the propulsion force command value input from the telegraph 10. The power consumption amount acquisition unit 112 acquires the current power consumption Pd within the vessel 1. The current power consumption Pd within the vessel 1 is acquired, for example, from the measurement value of the power consumption amount sensor 72.

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。 The calculation unit 120 calculates the required propeller torque based on the current rotational speed Ne and the target rotational speed of the main engine 21. The required propeller torque is the torque required in the propeller to make the current rotational speed Ne of the main engine 21 equal to the target rotational speed. In this embodiment, the calculation unit 120 calculates the required propeller torque Tp using PID control based on, for example, a comparison between the current rotational speed Ne of the main engine 21 and the target rotational speed.

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。 The operation mode determination unit 130 determines the operation mode based on the current required propeller torque Tp and the power consumption Pd. The operation mode and its determination method will be described later.

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。 The control unit 140 controls the main engine 21, the auxiliary engine 30, and the AC grid 40. The control unit 140 also controls the shaft generator 22 through integrated control of the main engine 21, the auxiliary engine 30, and the AC grid 40. The control unit 140 controls the main engine 21, the auxiliary engine 30, and the shaft generator 22 based on the current required propeller torque Tp and the power consumption Pd.

記憶部150は、各種プログラムや基準値、閾値等を記憶する。 The memory unit 150 stores various programs, reference values, thresholds, etc.

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。 It is known that the main engine 21 has better fuel economy when operated at high loads than when operated at low loads. It is also known that generating electricity using the shaft generator 22 by supplying rotational driving force from the main engine 21 to the shaft generator 22 via the output shaft 21a, rather than using the auxiliary engine 30, results in better fuel economy because the main engine 21 can be operated at a higher load. Furthermore, the main engine 21 generally has a better optimal fuel economy than the auxiliary engine 30.

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。 The inventors have come to recognize the following problem. Conventionally, there has been no technology for controlling the main engine 21, auxiliary engine 30, and shaft generator 22 in a way that improves fuel efficiency across the entire vessel. Below, we will explain in detail a method for solving this problem.

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。 Figure 3 is a flowchart showing processing S100 of the ECU 100 in the first embodiment.

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。 In step S101, the acquisition unit 110 acquires the current rotation speed Ne of the main engine 21, the current rotation speed Np of the propeller 23, the target rotation speed, and the current power consumption Pd of the vessel 1. The acquisition unit 110 supplies the acquired current rotation speed Ne and target rotation speed of the main engine 21 to the calculation unit 120, and supplies the acquired current rotation speed Ne of the main engine 21, the current rotation speed Np of the propeller 23, and the current power consumption Pd to the operation mode determination unit 130.

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。 In step S102, the calculation unit 120 calculates the current required propeller torque Tp based on the current rotational speed Ne and the target rotational speed. The calculation unit 120 supplies the calculation result of the current required propeller torque Tp to the operation mode determination unit 130.

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。 In step S103, the operation mode determination unit 130 determines the operation modes of the main engine 21, the auxiliary engine 30, and the shaft generator 22 based on the current rotational speed Ne, the current required propeller torque Tp, and the power consumption Pd. A specific method for determining the operation mode in the first embodiment will be described using Figure 4. Figure 4 illustrates an example of the relationship between the required propeller torque Tp, the power consumption Pd, and the operation mode in the first embodiment. This relationship between the required propeller torque Tp, the power consumption Pd, and the operation mode is determined in advance for each rotational speed Ne.

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。 The map in Figure 4 defines a first operating region R1 in which the required propeller torque and power consumption ranges are set so that the fuel efficiency of the main engine is better than a predetermined fuel efficiency standard. A second operating region R2 is defined outside this first operating region R1. The first operating region R1 includes a low-power consumption region R1A in which the power consumption range is set below the first power consumption reference value Pr1, and a high-power consumption region R1B in which the power consumption range is set equal to or above the first power consumption reference value Pr1. The second operating region R2 includes a low-torque, low-power consumption region R2A in which the required propeller torque range is set below the first torque reference value Tr1 and the power consumption range is set below the second power consumption reference value Pr2, and a high-torque, low-power consumption region R2B in which the required propeller torque range is set above the second torque reference value Tr2 and the power consumption range is set below the third power consumption reference value Pr3.

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。 Here, the fuel efficiency of the main engine refers to the output per unit of fuel consumption in the main engine [kWh/g]. Alternatively, the fuel efficiency of the main engine may be the fuel consumption per current unit of output in the main engine [g/kWh]. Therefore, "fuel efficiency better than a specified fuel efficiency standard" here means that the output per unit of fuel consumption in the main engine is equal to or greater than a specified output standard value, or the fuel consumption per current unit of output in the main engine is equal to or less than a specified consumption standard value.

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。 In the example of Figure 4, the operating point D of the vessel 1, which is determined by the current required propeller torque Tp and the current power consumption Pd, is included in the second operating region R2. In the second operating region R2, the first mode is basically set as the operating mode, except in cases corresponding to the fourth and fifth modes described below (when the operating point D is included in the low-torque, low-power consumption region R2A or the high-torque, low-power consumption region R2B). The first mode is used during normal operation, and the propulsive force of the vessel 1 is generated by the torque generated by the main engine 21 without the aid of propulsive force from the shaft generator 22.

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。 Figure 5 shows the operating states of the main engine 21, the auxiliary engine 30, and the shaft generator 22 for each operating mode. Here, the operating state of the main engine 21 includes an operating state in which the main engine 21 is operating and an idling state in which the main engine 21 is idling. The operating state of the auxiliary engine 30 includes an operating state in which the auxiliary engine 30 is operating and an stopped state in which the auxiliary engine 30 is stopped. The operating state of the shaft generator 22 includes an idling state in which the shaft generator 22 is idling, a power generation state in which the shaft generator 22 generates electricity by receiving rotational driving force from the main engine, and a torque output state in which the shaft generator 22 outputs torque by receiving power from the inboard bus 60. Note that although both the main engine 21 and the shaft generator 22 are described as "idling" here, a power connection/disconnection mechanism such as a clutch (not shown) may be provided in the power transmission system to stop the main engine 21 and the shaft generator 22 and disengage the clutch. As shown in Figure 5, when the operating mode is the first mode, the main engine 21 is in operation, the auxiliary engine 30 is in operation, and the shaft generator 22 is in an idling state.

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。 When operating point D is within the low power consumption region R1A, the second mode is determined as the operating mode (see Figure 4). Furthermore, when operating point D is within the high power consumption region R1B, the third mode is determined as the operating mode. It is known that the main engine 21 can be operated with the best fuel economy at a load that is neither too low nor too high. The second and third modes allow the main engine 21 to operate with good fuel economy in an operating range that is neither too low nor too high. The second mode is used when the vessel 1 has sufficient power reserves to handle an increase in power consumption Pd. As shown in Figure 5, when the operating mode is the second mode, the main engine 21 is in operation, the auxiliary engine 30 is stopped, and the shaft generator 22 is in a generating state. When the operating mode is the third mode, the main engine 21 is in operation, the auxiliary engine 30 is in operation, and the shaft generator 22 is in a generating state.

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)。 When operating point D is within the low-torque, low-power consumption region R2A, the fourth mode is determined as the operating mode (see Figure 4). The fourth mode is used when propulsion control is required at extremely low loads (where operation using the main engine 21 would result in poor fuel economy). When the operating mode is the fourth mode, the main engine 21 is in an idling state, the auxiliary engine 30 is in operation, and the shaft generator 22 is in a torque output state (see Figure 5).

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。 When operating point D is within the high-torque, low-power consumption region R2B, the fifth mode is determined as the operating mode (see Figure 4). The fifth mode is used when the vessel 1 has a power surplus, the main engine is operating near maximum load, and it is desired to further increase the propeller torque, and the shaft generator 22 supplements the propulsive force of the main engine 21. The premise for the fifth operating mode is that the main engine torque Tm is operating at or near maximum torque at the current rotational speed. When the operating mode is the fifth mode, the main engine 21 is in an operating state, the auxiliary engine 30 is in an operating state, and the shaft generator 22 is in a torque output state.

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。 The operation mode determination unit 130 supplies the operation mode determination result to the calculation unit 120. It is preferable to set hysteresis at the boundaries of each operation mode in Figure 4 to prevent frequent switching of the operation mode. The map shown in Figure 4 may be determined appropriately in advance by conducting experiments, etc. The same applies to Figure 11, which will be described later.

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。 In step S104, the calculation unit 120 calculates the torque and power generation amount of the main engine 21, auxiliary engine 30, and shaft generator 22 based on the result of determining the operation mode. This is explained below for each operation mode.

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。
When the operation mode is the first mode, the torque Tm of the main engine 21 and the power generation amount Pdg of the auxiliary engine 30 are expressed by the following equations (1) and (2).
Tm=Tp Formula (1)
Pdg=Pd Formula (2)
In this way, in the first mode, the main engine 21 alone outputs torque equivalent to the required propeller torque Tp, and the power consumption amount Pd is covered by the power generation amount Pdg of the auxiliary engine 30.

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。
When the operating mode is the second mode, the torque Tm of the main engine 21 and the power generation amount Psg of the shaft generator 22 are expressed by the following equations (3) and (4).
Tm=Tp+Pd/ηsg/Ne*C Formula (3)
Psg=Pd Formula (4)
Here, ηsg is the power generation efficiency of the shaft generator 22 and is set based on the specifications of the shaft generator 22. C is a constant for converting the rotational speed into torque. In this way, in the second mode, the main engine 21 generates torque for supplying a rotational driving force to the shaft generator 22 to generate electricity, in addition to torque corresponding to the required propeller torque Tp. The power consumption Pd is covered by the power generation amount Psg of the shaft generator 22. In this way, by covering the power consumption Pd using the shaft generator 22 when the power consumption Pd is small, fuel efficiency can be improved compared to when power is generated using the auxiliary equipment 30.

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)
When the operating mode is the third mode, the torque Tm of the main engine 21, the power generation amount Pdg of the auxiliary engine 30, and the power generation amount Psg of the shaft generator 22 are expressed by the following equations (5) and (6).
Tm=Tp+Psg/ηsg/Ne*C Formula (5)
Pdg+Psg=Pd Formula (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。 In the third mode, the power generation ratios of Pdg and Psg relative to Pd are determined, for example, based on a map showing the optimal power generation ratios of the auxiliary machinery 30 and the shaft generator 22, as shown in FIG. 6. As shown in FIG. 6, when the power consumption Pd is relatively large, the power generation ratio is set so that the proportion of the power generated by the auxiliary machinery 30 and the shaft generator 22 in the total power generation is higher than when the power consumption Pd is relatively small. Furthermore, when the required propeller torque Tp is relatively large, the power generation ratio is set so that the proportion of the power generated by the auxiliary machinery 30 in the total power generation is higher than when the required propeller torque Tp is relatively small. For example, the power generation ratio of the auxiliary machinery 30 may be set to increase linearly or nonlinearly as the current power consumption Pd or the required propeller torque Tp increases, or the power generation ratio of the auxiliary machinery 30 may be set to increase stepwise as the current power consumption Pd or the required propeller torque Tp increases. This allows the auxiliary machinery 30 and the shaft generator 22 to operate efficiently, thereby improving fuel efficiency.

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。 In this way, in the third mode, as in the second mode, the main engine 21 generates torque equivalent to the required propeller torque Tp, as well as torque for supplying rotational driving force to the shaft generator 22 to generate electricity. Furthermore, the power consumption Pd is covered at an optimal power generation ratio by the power generation amount Pdg of the auxiliary engine 30 and the power generation amount Psg of the shaft generator 22. When the power consumption Pd is large and the power generation amount Psg of the shaft generator 22 cannot cover all of the power consumption Pd, power can be generated using the auxiliary engine 30, thereby preventing power shortages.

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。
When the operating mode is the fourth mode, the torque Ts of the shaft generator 22 and the power generation amount Pdg of the auxiliary machine 30 are expressed by the following equations (7) and (8).
Ts=Tp Formula (7)
Pdg=Pd+Tp/ηsg*Np/C Formula (8)
Thus, in the fourth mode, the shaft generator 22 alone outputs torque equivalent to the required propeller torque Tp, and the power generation amount Pdg of the auxiliary machine 30 provides the amount of power required to rotate and drive the shaft generator 22 in addition to the power consumption amount Pd. When the required propeller torque Tp and the power consumption amount Pd are small, the shaft generator 22 outputs torque equivalent to the required propeller torque Tp, which suppresses operation of the main machine 21 at low loads and suppresses deterioration of fuel efficiency.

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。
When the operating mode is the fifth mode, the torque Ts of the shaft generator 22 and the power generation amount Pdg of the auxiliary machine 30 are expressed by the following equations (9) and (10).
Pdg=K1(Tp-Tm) Formula (9)
Ts=(Pdg-Pd)*ηsg/Np*C Formula (10)
Here, K1 is a coefficient for converting torque into electric energy. In the fifth mode, the power generation amount Pdg of the auxiliary machine 30 has an upper limit of Pdgmax. Pdgmax is the maximum power generation amount that can be output by the auxiliary machine 30 and is determined in advance based on the specifications of the auxiliary machine 30. In this way, when the required propeller torque Tp is large and the power consumption amount Pd is small, the torque Tm of the main machine 21 can be prevented from becoming too large by having the shaft generator 22 output torque, and therefore deterioration of fuel efficiency can be suppressed.

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。 The calculation unit 120 supplies the calculation results of the torque and power generation amount of the main engine 21, auxiliary engine 30, and shaft generator 22 to the control unit 140.

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。 In step S105, the control unit 140 controls the main engine 21, the auxiliary engine 30, and the shaft generator 22 based on the supplied calculation results. The control unit 140 controls the main engine 21, the auxiliary engine 30, and the shaft generator 22 so as to achieve the above-mentioned operating state, torque, and power generation amount corresponding to the determined operating mode.

ステップS105の後、処理S100は終了する。 After step S105, process S100 ends.

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。 As described above, in this embodiment, the control unit 140 controls the main engine 21, the auxiliary engine 30, and the shaft generator 22 based on the current required propeller torque Tp and the current power consumption Pd. According to this configuration, by using the current required propeller torque Tp and the current power consumption Pd, the main engine 21, the auxiliary engine 30, and the shaft generator 22 can be operated with an appropriate energy output distribution while ensuring the necessary propulsion force and power supply for the vessel 1, thereby making it possible to effectively improve fuel efficiency throughout the vessel.

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。 In this embodiment, when the vessel's operating point D is within the second operating region R2 outside the first operating region R1, the control unit 140 places the main engine 21 and auxiliary engine 30 in an operating state and the shaft generator 22 in an idling state. When the operating point D is within the low power consumption region R1A, the control unit 140 places the main engine 21 in an operating state, the auxiliary engine 30 in a stopped state, and the shaft generator 22 in a generating state. When the operating point D is within the high power consumption region R1B, the control unit 140 places the main engine 21 and auxiliary engine 30 in an operating state and the shaft generator 22 in a generating state. The required propeller torque and power consumption range in the first operating region R1 are set so that the fuel efficiency of the main engine 21 is better than a predetermined fuel efficiency standard. With this configuration, placing the shaft generator in a generating state allows the main engine 21 to operate in a more fuel-efficient operating region, thereby improving the fuel efficiency of the main engine 21. Furthermore, since the main engine 21 generates electricity, which is more fuel-efficient than the auxiliary engine 30, the amount of fuel consumed for power generation can be reduced. Furthermore, if the power generation capacity Psg of the shaft generator 22 is insufficient to match the current power consumption Pd, the auxiliary equipment 30 can be operated to supply power, thereby preventing power shortages.

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。 In this embodiment, when operating point D is within the low-torque, low-power consumption region R2A, the control unit 140 puts the main engine 21 into an idling state, the auxiliary engine 30 into an operating state, and the shaft generator 22 into a torque output state. According to this configuration, when the required propeller torque Tp and power consumption Pd are small, torque is output by the shaft generator 22, which prevents the main engine 21 from operating at a low load, thereby preventing a deterioration in fuel efficiency.

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。 In this embodiment, when operating point D is within the high-torque, low-power consumption region R2B, the control unit 140 places the main engine 21 and auxiliary engine 30 in an operating state and the shaft generator 22 in a torque output state. According to this configuration, when the required propeller torque Tp is large and the power consumption Pd is small, the shaft generator 22 is caused to output torque, thereby preventing the torque Tm of the main engine 21 from becoming too large, thereby preventing a deterioration in fuel efficiency of the main engine 21.

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。 In this embodiment, when the auxiliary equipment 30 is in an operating state and the shaft generator 22 is in a generating state, if the power consumption Pd is relatively small, the control unit 140 increases the proportion of the power generation amount Psg of the shaft generator 22 in the total power generation amount (Pdg + Psg) of the auxiliary equipment 30 and the shaft generator 22 compared to when the power consumption Pd is relatively large. With this configuration, when the power consumption Pd is small, the shaft generator 22 generates power preferentially, preventing the auxiliary equipment 30 from operating in a low-load range where fuel efficiency is poor, thereby improving fuel efficiency.

以下、実施形態の変形例を説明する。 Modifications to the embodiment are described below.

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。 The above-mentioned thresholds and constants are set in advance taking into consideration the fuel efficiency, transient response, risk of misfire and knocking of the main engine 21, etc., but they may also be corrected or changed in accordance with changes in the performance of the main engine 21 due to deterioration of the main engine 21 or changes in fuel properties while monitoring the actual operating conditions of the main engine 21.

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。 In the embodiment, an example is shown in which the power generation ratio between the shaft generator 22 and the auxiliary machine 30 is determined using the map shown in Figure 6, but this is not limited to this, and the vertical axis, horizontal axis, plotted values, etc. may be interchanged as appropriate. For example, as shown in Figure 7, a map may be used in which the vertical axis represents the power consumption amount Pd and the horizontal axis represents the required propeller torque Tp.

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。 In the embodiment, the shaft generator 22 is controlled by executing the process shown in FIG. 3, but this is not limiting. For example, the main engine 21, the auxiliary engine 30, and the shaft generator 22 may be controlled based on output data of a computational model that includes at least the current required propeller torque and the amount of power consumed by the vessel as input data, and includes the torque Tm of the main engine 21, the power generation amount Pdg of the auxiliary engine 30, and the torque Tsg of the shaft generator 22 or the power generation amount Psg of the shaft generator 22 as output data. This computational model may be a trained model that has been trained by machine learning using a neural network, for example.

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。
Second Embodiment A second embodiment of the present invention will now be described. In the drawings and description of the second embodiment, components and members that are the same as or equivalent to those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals. Explanations that overlap with the first embodiment will be omitted as appropriate, and the description will focus on the configurations that differ from the first embodiment.

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。 Figure 8 is a block diagram schematically illustrating a marine vessel 1 according to a second embodiment. The AC grid of the marine vessel 1 according to the second embodiment further includes a battery 44 and a bidirectional inverter/converter 45. The battery 44 is a battery that can be repeatedly charged and discharged, such as a lead-acid battery, a nickel-metal hydride battery, or a lithium-ion battery. The battery 44 is connected to the AC distribution panel 41 via the bidirectional inverter/converter 45. An SOC sensor 73 is attached to the battery 44 to detect the SOC (state of charge) of the battery 44. The SOC sensor detects the SOC based on, for example, the voltage of the battery 44. The bidirectional inverter/converter 45 can selectively convert AC current from the AC distribution panel 41 to DC current and supply it to the battery 44 when charging the battery 44, and convert DC current from the battery 44 to AC current and supply it to the AC distribution panel 41 when discharging the battery 44. The bidirectional inverter/converter 45 is controlled by the power control ECU 104.

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。 Figure 9 is a functional block diagram of the ECU 100 of the second embodiment. The acquisition unit 110 of the ECU 100 of the second embodiment further includes an SOC acquisition unit 113 that acquires the SOC of the battery 44. The SOC acquisition unit 113 acquires the SOC from, for example, the SOC sensor 73.

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。 Figure 10 is a flowchart showing processing S200 of the ECU 100 in the second embodiment. Steps S201 to S205 in Figure 11 are essentially the same as steps S101 to S105 in Figure 3, except where otherwise noted, and therefore, explanations of overlapping content may be omitted.

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。 In step S201, the acquisition unit 110 acquires the current rotation speed Ne of the main engine 21, the current rotation speed Np of the propeller 23, the target rotation speed, the current power consumption Pd of the ship, and the SOC. The acquisition unit 110 supplies the acquired current rotation speed Ne, target rotation speed, and SOC of the main engine 21 to the calculation unit 120, and supplies the acquired current rotation speed Ne of the main engine 21, the current rotation speed Np of the propeller 23, and the current power consumption Pd to the operation mode determination unit 130.

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。 After that, after step S202, in step S203, the operation mode determination unit 130 determines the operation modes of the main engine 21, auxiliary engine 30, and shaft generator 22 based on the current rotation speed Ne, the current required propeller torque Tp, and the power consumption Pd.

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。 Figure 11 illustrates the relationship between the required propeller torque Tp, power consumption Pd, and operating mode in the second embodiment. As shown in Figure 11, in the second embodiment, the second operating region includes, in addition to regions R2A and R2B, an extremely low torque, extremely low power consumption region R2C in which the required propeller torque range is set below the lower limit value TpR2 of the required propeller torque in the low torque, low power consumption region R2A and the power consumption range is set below the extremely low power consumption reference value PrVL, which is smaller than the second power consumption reference value Pr2. In the extremely low torque, extremely low power consumption region R2C, operation is performed in the sixth mode. The sixth mode is an operating mode designed for operation at low ship speeds, such as in a harbor. In the sixth mode, when the SOC of the battery 44 is greater than a threshold value, the main engine 21 is in an idling state, the auxiliary engine 30 is in a stopped state, and the shaft generator 22 is in a torque output state. In the sixth mode, the power consumption Pd (including the amount of power required to drive the shaft generator 22) is entirely supplied by the battery 44, reducing fuel consumption and improving fuel efficiency. Furthermore, the main engine 21 and auxiliary engine 30 can be stopped, allowing for extremely quiet operation.

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。 In step S204, the calculation unit 120 calculates the torque and power generation amount of the main engine 21, the auxiliary engine 30, and the shaft generator 22, and the charge or discharge amount of the battery 44 based on the result of determining the operation mode. Here, using Figure 12, the calculation method when the operation mode in step S204 is the first mode or the fourth mode will be explained. In the first mode or the fourth mode, the battery charge amount Pc, discharge amount Pb, and power generation amount Pdg of the auxiliary engine 30 are calculated as described below using Figure 12.

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。
In step S301, the calculation unit 120 determines whether the power consumption Pd is smaller than Pgm. In the fourth mode, the power consumption Pd includes the power required to generate torque in the shaft generator 22. Here, Pgm is the amount of power obtained by subtracting a predetermined power generation margin m from the maximum power generation capacity Pdgmax of the auxiliary machine 30, and is expressed by the following equation (11).
Pgm=Pdgmax/m Formula (11)
The power generation margin m is set in advance taking into consideration the type of ship, equipment specifications, operation mode, etc., as well as the range of sudden fluctuations in power consumption. If the power consumption amount Pd is smaller than Pgm (Y in S301), step S204 proceeds to step S302.

ステップS302で、算出部120は、SOCが低SOC基準値Eよりも小さいか否かを判断する。SOCが低SOC基準値E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。 In step S302, calculation unit 120 determines whether or not the SOC is smaller than the low SOC reference value EL . If the SOC is smaller than the low SOC reference value EL (Y in S302), step S204 proceeds to step S303.

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。 In step S303, the calculation unit 120 calculates a provisional value Pc1 of the amount of power to be charged to the battery 44 (hereinafter referred to as the "battery charge amount") according to the SOC. A method for calculating the provisional value Pc1 of the charge amount of the battery 44 will be described using FIG. 13. FIG. 13 shows a map in which the relationship between the SOC and the provisional value Pc1 is set so that the provisional value Pc1 of the charge amount of the battery 44 decreases as the SOC increases. The calculation unit 120 calculates the provisional value Pc1 of the charge amount of the battery 44 using the map of FIG. 13. Furthermore, for example, the provisional value Pc1 of the charge amount of the battery 44 may be calculated to decrease linearly or nonlinearly as the SOC increases, or the provisional value Pc1 of the charge amount of the battery 44 may be calculated to decrease stepwise as the SOC increases.

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。 In step S304, the calculation unit 120 determines whether (Pc1 + Pd) is smaller than Pgm. If (Pc1 + Pd) is smaller than Pgm (Y in S304), step S204 proceeds to step S305.

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)
In step S305, the calculation unit 120 calculates the charge amount Pc of the battery 44 and the power generation amount Pdg of the auxiliary machine 30 using the following equations (12) and (13).
Pc=Pc1 Formula (12)
Pdg=Pc+Pd Formula (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)
Returning to step S304, if (Pc1 + Pd) is not smaller than Pgm (N in S304), step S204 proceeds to step S306. In step S306, the calculation unit 120 calculates the charge amount Pc of the battery 44 and the power generation amount Pdg of the auxiliary machine 30 using the following equations (14) and (15).
Pc=Pgm-Pd Formula (14)
Pdg=Pgm Formula (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よりも小さいか否かを判断する。高SOC基準値Eは、低SOC基準値Eよりも大きい。SOCが高SOC基準値E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。 Returning to step S301 or S302, if the power consumption amount Pd is not less than Pgm (N in S301) or if the SOC is not less than the low SOC reference value EL (N in S302), step S204 proceeds to step S307. In step S307, calculation unit 120 determines whether the SOC is less than the high SOC reference value EH . The high SOC reference value EH is greater than the low SOC reference value EL . If the SOC is not less than the high SOC reference value EH (N in S307), step S204 proceeds to step S308.

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。
In step S308, the calculation unit 120 calculates the amount of power Pb to be discharged from the battery 44 (hereinafter referred to as the "discharge amount of the battery 44") and the power generation amount Pdg of the auxiliary machine 30 using the following equation (16).
Pd=Pb+Pdg Formula (16)
Here, the discharge amount Pb of the battery 44 and the power generation amount Pdg of the auxiliary device 30 are calculated in an allocation or ratio according to the power consumption amount Pd. For example, as shown in Fig. 14 , the discharge amount Pb of the battery 44 and the power generation amount Pdg of the auxiliary device 30 are calculated so that the sum of the discharge amount Pb of the battery 44 and the power generation amount Pdg of the auxiliary device 30 increases as the power consumption amount Pd increases.

ステップS307に戻ると、SOCが高SOC基準値E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。 Returning to step S307, if the SOC is smaller than the high SOC reference value EH (Y in S307), step S204 proceeds to step S309. In step S309, the calculation unit 120 determines whether the power consumption Pd is smaller than the maximum fuel-efficient power generation amount Pdgbest of the auxiliary device 30. The best fuel-efficient power generation amount Pdgbest of the auxiliary device 30 is the power generation amount when the fuel efficiency of the auxiliary device 30 is optimal, and is determined in advance based on the specifications of the auxiliary device 30. If the power consumption Pd is smaller than the maximum fuel-efficient power generation amount Pdgbest of the auxiliary device 30 (Y in S309), step S204 proceeds to step S310.

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)
In step S310, the calculation unit 120 calculates the charge amount Pc of the battery 44 and the power generation amount Pdg of the auxiliary machine 30 using the following equations (17) and (18).
Pc = Pdgbest - Pd Equation (17)
Pdg=Pdgbest Formula (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)
Returning to step S309, if the power consumption Pd is not smaller than the maximum fuel consumption power generation Pdgbest of the auxiliary device 30 (N in S309), step S204 proceeds to step S311. In step S311, the calculation unit 120 calculates the charge amount Pc of the battery 44 and the power generation amount Pdg of the auxiliary device 30 using the following equations (19) and (20).
Pc=0 Formula (19)
Pdg=Pd Formula (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。 After steps S305, S306, S308, S310, and S311, processing of step S204 in first mode or fourth mode ends.

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。 Next, using Figure 15, we will explain the calculation method when the operating mode in step S204 is the second mode.

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。 In step S401, the calculation unit 120 calculates the maximum torque Tmmax of the main engine 21 according to the current rotation speed Ne of the main engine 21. A method for calculating the maximum torque Tmmax of the main engine 21 will be explained using Figure 16. Figure 16 shows a map that sets the relationship between the rotation speed Ne and the maximum torque Tmmax. The calculation unit 120 calculates the maximum torque Tmmax of the main engine 21 using the map in Figure 16.

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。
In step S402, the calculation unit 120 determines whether the power consumption amount Pd is smaller than Psm, where Psm is the amount of power obtained by taking into account a predetermined power generation margin m from the maximum power generation amount Psgmax of the shaft generator, and is expressed by the following equation (21).
Psm=Psgmax/m Formula (21)
The maximum power generation capacity Psgmax of the shaft generator 22 is expressed by equation (22).
Psgmax=(Tmmax-Tp)*ηsg*Ne/C Formula (22)
If the power consumption amount Pd is smaller than Psm (Y in S402), step S204 proceeds to step S403.

ステップS403で、算出部120は、SOCが低SOC基準値Eよりも小さいか否かを判断する。SOCが低SOC基準値E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。 In step S403, calculation unit 120 determines whether or not the SOC is smaller than the low SOC reference value EL . If the SOC is smaller than the low SOC reference value EL (Y in S403), step S204 proceeds to step S404.

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。 In step S404, the calculation unit 120 calculates a provisional value Pc1 of the charge amount of the battery 44 based on the SOC. Step S404 is similar to step S303 described above, and therefore its description will be omitted.

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。 In step S405, the calculation unit 120 determines whether (Pc1 + Pd) is smaller than Psm. If (Pc1 + Pd) is smaller than Psm (Y in S405), step S204 proceeds to step S406.

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)
In step S406, the calculation unit 120 calculates the charge amount Pc of the battery 44 and the power generation amount Psg of the shaft generator 22 using the following equations (23) and (24).
Pc=Pc1 Formula (23)
Psg=Pc+Pd Formula (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)
Returning to step S405, if (Pc1 + Pd) is not smaller than Psm (N in S405), step S204 proceeds to step S407. In step S407, the calculation unit 120 calculates the charge amount Pc of the battery 44 and the power generation amount Psg of the shaft generator 22 using the following equations (25) and (26).
Pc=Psm-Pd Formula (25)
Pdg=Psm Formula (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)
After step S406 or S407, in step S408, the calculation unit 120 calculates the torque Tm of the main engine 21 using the following equation (27).
Tm=Tp+Psg/ηsg/Ne*C Formula (27)

ステップS403に戻ると、SOCが低SOC基準値E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。 Returning to step S403, if the SOC is not smaller than the low SOC reference value EL (N in S403), step S204 proceeds to step S409. In step S409, calculation unit 120 determines whether the SOC is smaller than the high SOC reference value EH . Step S409 is the same as step S307 described above. If the SOC is not smaller than the high SOC reference value EH (N in S409), step S204 proceeds to step S410.

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。
In step S410, the calculation unit 120 calculates the discharge amount Pb of the battery 44 and the power generation amount Psg of the shaft generator 22 using the following equation (28).
Pd=Pb+Psg Formula (28)
Here, the discharge amount Pb of the battery 44 and the power generation amount Psg of the shaft generator 22 are calculated in an allocation or ratio according to the power consumption Pd. For example, as shown in Fig. 17 , when the power consumption Pd is equal to or less than the power consumption reference value Pdr, the power generation amount Psg of the shaft generator 22 is increased in proportion to the power consumption Pd, and when the power consumption Pd is greater than the power consumption reference value Pdr, the power generation amount Psg of the shaft generator 22 is calculated to set the power generation amount Psg of the shaft generator 22 to a constant value (maximum value). Also, when the power consumption Pd is equal to or less than the power consumption reference value Pdr, the discharge amount Pb of the battery 44 is set to 0 to prevent discharge, and when the power consumption Pd is greater than the power consumption reference value Pdr, the discharge amount Pb of the battery 44 is calculated to increase in proportion to the power consumption Pd.

ステップS410の後、ステップS204は上述のステップS408に進む。 After step S410, step S204 proceeds to step S408 described above.

ステップS409に戻ると、SOCが高SOC基準値E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。 Returning to step S409, if the SOC is smaller than the high SOC reference value EH (Y in S409), step S204 proceeds to step S411. In step S411, the calculation unit 120 determines whether the required propeller torque Tp is smaller than the best fuel economy torque Tm best of the main engine 21. The best fuel economy torque Tm best of the main engine 21 is the torque at which the fuel economy of the main engine 21 is optimal, and is determined in advance based on the specifications of the main engine 21. If the required propeller torque Tp is smaller than the best fuel economy torque Tm best of the main engine 21 (Y in S411), step S204 proceeds to step S412.

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)
In step S412, the calculation unit 120 calculates the torque of the main engine 21, the charge amount Pc of the battery 44, the torque Tm of the main engine, and the power generation amount Psg of the shaft generator 22 using the following equations (29) to (31).
Pc=Psg-Pd Formula (29)
Tm=Tmbest Formula (30)
Psg=(Tm-Tp)*ηsg*Ne/C Formula (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。
Returning to step S402, if the power consumption Pd is not smaller than Psm (N in S402), step S204 proceeds to step S413. Also, returning to step S411, if the required propeller torque Tp is not smaller than the best fuel consumption torque Tm best of the main engine 21 (N in S411), step S204 proceeds to step S413. In step S413, the calculation unit 120 calculates the charge amount Pc and discharge amount Pb of the battery 44 and the power generation amount Psg of the shaft generator 22 using the following equations (32) to (34):
Pc=0 Formula (32)
Pb = 0 Equation (33)
Pd=Psg Formula (34)
As shown in equations (32) to (34), the battery 44 is not charged or discharged, and the power consumption Pd is covered by the power generation amount Psg of the shaft generator 22.

ステップS413の後、ステップS204は上述のステップS408に進む。 After step S413, step S204 proceeds to step S408 described above.

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。 After step S408 or S412, processing of step S204 in the second mode ends.

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。 Next, using Figure 18, we will explain the calculation method when the operating mode in step S204 is the third mode.

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。 In step S501, the calculation unit 120 calculates the maximum torque Tmmax of the main engine 21 based on the current rotation speed Ne of the main engine 21. Step S501 is similar to step S401 described above, and therefore its description will be omitted.

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。
In step S502, the calculation unit 120 determines whether the power consumption Pd is smaller than Pm, where Pm is the amount of power obtained by taking into account a predetermined power generation margin m from the sum of the maximum power generation capacity Psgmax of the shaft generator 22 and the maximum power generation capacity Pdgmax of the auxiliary machine 30, and is expressed by the following equation (35):
Pm=(Psgmax+Pdgmax)/m Formula (35)
The maximum power generation capacity Psgmax of the shaft generator 22 is expressed by the above formula (22), and the maximum power generation capacity Pdgmax of the auxiliary machine 30 is determined in advance as described above. If the power consumption capacity Pd is smaller than Pm (Y in S502), step S204 proceeds to step S503.

ステップS503で、算出部120は、SOCが極低SOC基準値EVLよりも小さいか否かを判断する。SOCが極低SOC基準値EVL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。 In step S503, the calculation unit 120 determines whether the SOC is smaller than the extremely low SOC reference value E VL . If the SOC is smaller than the extremely low SOC reference value E VL (Y in S503), step S204 proceeds to step S504.

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。
In step S504, the calculation unit 120 calculates the charge amount Pc of the battery, the power generation amount Pdg of the auxiliary machine 30, and the power generation amount Psg of the shaft generator 22 using the following equations (36) to (38).
Pc=Pm-Pd Formula (36)
Pdg=Pgm Formula (37)
Psg=Psm Formula (38)
Pgm and Psm are as described above in equations (11) and (21), respectively.

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)
In step S505, the calculation unit 120 calculates the torque Tm of the main engine 21 using the following equation (39).
Tm=Tp+Psg/ηsg/Ne*C Formula (39)

ステップS503に戻ると、SOCが極低SOC基準値EVL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。 Returning to step S503, if the SOC is not smaller than the extremely low SOC reference value EVL (N in S503), step S204 proceeds to step S506.

ステップS506で、算出部120は、SOCが低SOC基準値Eよりも小さいか否かを判断する。SOCが低SOC基準値E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。 In step S506, calculation unit 120 determines whether or not the SOC is smaller than the low SOC reference value EL . If the SOC is smaller than the low SOC reference value EL (Y in S506), step S204 proceeds to step S507.

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。 In step S507, the calculation unit 120 calculates a provisional value Pc1 of the charge amount of the battery 44 based on the SOC. Step S507 is similar to step S303 described above, and therefore its description will be omitted.

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。 In step S508, the calculation unit 120 determines whether (Pc1 + Pd) is greater than Pm. If (Pc1 + Pd) is greater than Pm (Y in S508), step S204 proceeds to step S504. If (Pc1 + Pd) is not greater than Pm (N in S508), step S204 proceeds to step S509.

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。
In step S509, the calculation unit 120 calculates the charge amount Pc of the battery, the power generation amount Psg of the shaft generator 22, and the power generation amount Pdg of the auxiliary machine 30 using the following equations (40) and (41).
Pc=Pc1 Formula (40)
Pc+Pd=Psg+Pdg Formula (41)
Here, the power generation amount Psg of the shaft generator 22 and the power generation amount Pdg of the auxiliary machine 30 are calculated. For example, using the map of Figure 6 in which the parameter Pd in the graph is replaced with Pd + Pc, Psg and Pdg are calculated with the power generation ratio optimized based on (Pd + Pc) and the required propeller torque. After step S509, step S204 proceeds to the above-mentioned step S505.

ステップS506に戻ると、SOCが低SOC基準値E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。 Returning to step S506, if the SOC is not smaller than the low SOC reference value EL (N in S506), step S204 proceeds to step S510. In step S510, calculation unit 120 determines whether the SOC is smaller than the high SOC reference value EH . Step S510 is the same as step S307 described above. If the SOC is not smaller than the high SOC reference value EH (N in S510), step S204 proceeds to step S511.

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。
In step S511, the calculation unit 120 calculates the discharge amount Pb of the battery 44, the power generation amount Psg of the shaft generator 22, and the power generation amount Pdg of the auxiliary machine 30 using the following equations (42) and (43).
Pd=Psg+P' Formula (42)
P'=Pb+Pdg Formula (43)
Here, P' is the total amount of power discharged Pb and the amount of power generated Pdg by the auxiliary 30. In equation (42), the power generation ratio between the amount of power generated Psg of the shaft generator 22 and the total amount of power P' is optimized using the map of FIG. 6 in which the amount of power generated Pdg of the auxiliary 30 on the vertical axis is replaced with the total amount of power P'. Furthermore, the allocation of the amount of power discharged Pb and the amount of power generated Pdg by the auxiliary 30 in the total amount of power P' is determined as described above using FIG. 14 in which the amount of power consumed Pd on the horizontal axis is replaced with P'. After step S511, step S204 proceeds to the above-mentioned step S505.

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。
Returning to step S502 or S510, if the power consumption Pd is not less than Pm (N in S502) or if the SOC is less than the high SOC reference value EH (Y in S510), step S204 proceeds to step S512. In step S512, the calculation unit 120 calculates the charge amount Pc and discharge amount Pb of the battery 44, the power generation amount Psg of the shaft generator 22, and the power generation amount Pdg of the auxiliary machine 30 using the following equations (44) to (46).
Pc=0 Formula (44)
Pb = 0 Equation (45)
Pd=Psg+Pdg Formula (46)
As shown in equations (44) to (46), the battery 44 is not charged or discharged, and the power consumption Pd is covered by the power generation amount Psg of the shaft generator 22 and the power generation amount Pdg of the auxiliary machine 30. Here, the power generation ratio between the power generation amount Psg of the shaft generator 22 and the power generation amount Pdg of the auxiliary machine 30 is optimized as described above using the map of Figure 6.

ステップS512の後、ステップS204は上述のステップS505に進む。 After step S512, step S204 proceeds to step S505 described above.

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。 After step S505, processing of step S204 in the third mode ends.

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。 In the second embodiment, there is a margin for the storage/discharge capacity of the battery 44, as well as for the amount of power generated by the shaft generator 22 and the increase/decrease in torque. This makes it possible to more effectively suppress deterioration in fuel economy.

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。 In the second embodiment, the control unit 140 controls at least one of the charge amount Pc or discharge amount Pb of the battery 44 and the power generation amount of the auxiliary machinery 30 and the shaft generator 22 based on the current power consumption amount Pd and the SOC of the battery 44. This configuration makes it possible to appropriately control the power supply within the vessel from the battery 44, the auxiliary machinery 30, and the shaft generator 22, thereby improving fuel efficiency.

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。 In the second embodiment, when the operating point D is within the extremely low torque extremely low power consumption region R2C and the SOC of the battery 44 is greater than the threshold value, the control unit 140 puts the main engine 21 into an idling state, the auxiliary engine 30 into a stopped state, and the shaft generator 22 into a torque output state. With this configuration, the propulsive force of the vessel 1 is generated by the power supply from the battery 44 to the shaft generator 22, and the power consumption Pd, including the power supply from the battery 44 to the shaft generator 22, is entirely covered by the battery 44, thereby reducing fuel consumption and improving fuel efficiency. Furthermore, since the main engine 21 and auxiliary engine 30 can be stopped, extremely quiet operation is possible.

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。 As a modification of the second embodiment, when the shaft generator 22 is controlled using the above-described computational model (trained model), this model may further include the SOC of the battery 44 as input data, and may further include the charge amount Pc or discharge amount Pb of the battery 44 as output data.

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。 In the embodiment, the number of auxiliary devices 30 was not taken into consideration, but if multiple auxiliary devices 30 are provided, the power generation ratio of each auxiliary device 30 may be determined. An example of a method for determining the power generation ratio of each auxiliary device will be described using Figure 19. Figure 19 illustrates an example in which three auxiliary devices 30A, 30B, and 30C are used. If the power consumption Pd is small enough to be covered by the power generation capacity of a single auxiliary device, the power generation capacity of only auxiliary device 30A is increased in proportion to the power consumption Pd. If the power consumption Pd exceeds, for example, 33% of the total power that can be generated by each auxiliary device 30 and cannot be covered by the power generation capacity of a single auxiliary device, auxiliary device 30B is made to generate power in addition to auxiliary device 30A, and auxiliary device 30A is made to generate power at 100% output, while the power generation capacity of the second auxiliary device 30B is increased in proportion to the power consumption Pd. If the power consumption Pd exceeds, for example, 66% of the total power that can be generated by each auxiliary device 30 and the power generation capacity of two auxiliary devices is insufficient, auxiliary device 30C is further made to generate power, auxiliary devices 30A and 30B are made to generate power at 100% output, and the power generation capacity of the third auxiliary device 30C is increased in proportion to the power consumption Pd. Here, when multiple auxiliary devices 30 are installed, fuel efficiency is improved if the outputs of each auxiliary device 30 are approximately the same. In this way, by sequentially generating power in this way, multiple auxiliary devices 30 can be operated at approximately the same output using 100% output, while the power generation capacity of the other auxiliary devices 30 can be adjusted according to the power consumption Pd, thereby improving fuel efficiency.

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。 The graphs and maps in Figures 4, 6, 7, 11, 13, 14, 16, 17, and 19 are merely examples and may be set appropriately through experiments, etc., taking into account the specifications and usage of the main engine 21, etc.

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。 Any combination of the above-described embodiments and variations is also useful as an embodiment of the present invention. New embodiments resulting from such combinations combine the effects of the combined embodiments and variations.

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。 Among the embodiments disclosed herein, those comprised of multiple objects may have the multiple objects integrated, and conversely, those comprised of a single object may be separated into multiple objects. Regardless of whether they are integrated, it is sufficient that they are configured in a way that enables the purpose of the invention to be achieved. Among the embodiments disclosed herein, those comprised of multiple distributed functions may have some or all of those functions integrated, and conversely, those comprised of multiple distributed functions may have some or all of those functions integrated. Regardless of whether the functions are integrated or distributed, it is sufficient that they are configured in a way that enables the purpose of the invention to be achieved.

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。 1 Ship, 10 Telegraph, 20 Propulsion generating device, 21 Main engine, 22 Shaft generator, 23 Propeller, 30 Auxiliary engine, 40 AC grid, 44 Battery, 60 Inboard busbar, 80 Inboard load, 100 ECU, 110 Acquisition unit, 111 Rotational speed acquisition unit, 112 Power consumption acquisition unit, 113 SOC acquisition unit, 120 Calculation unit, 130 Operation mode determination unit, 140 Control unit, 150 Memory unit.

Claims (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、
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。
a main engine for generating a thrust for propulsion of the ship;
an auxiliary machine that generates power to be supplied to the onboard bus;
a shaft generator connected to an output shaft of the main engine, capable of selectively performing a function of generating electric power to be supplied to the inboard busbar by rotation of the output shaft, and a function of generating a propulsive force for propelling the ship by outputting torque using electric power supplied via the inboard busbar;
a rotation speed acquisition unit that acquires a current rotation speed of the main engine and a target rotation speed of the main engine;
a power consumption amount acquiring unit that acquires a current power consumption amount in the ship;
a calculation unit that calculates a required propeller torque, which is a torque required in a propeller of the ship in order to make the rotational speed of the main engine the target rotational speed, based on the current rotational speed and the target rotational speed;
a control unit that controls the main engine, the auxiliary engine, and the shaft generator based on the current required propeller torque and the amount of power consumption;
A control device for a ship comprising:
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。
when an operating point of the ship determined by the required propeller torque and the amount of power consumption is included in a second operating region outside a first operating region, the control unit sets the main engine and the auxiliary engine to an operating state and the shaft generator to an idling state,
the required propeller torque and the range of the power consumption amount in the first operating region are set so that the fuel efficiency of the main engine is better than a predetermined fuel efficiency standard,
the first operating region includes a low power consumption region in which the range of power consumption is set below a first power consumption reference value, and a high power consumption region in which the range of power consumption is set equal to or above the first power consumption reference value;
When the operating point is included in the low power consumption region, the control unit sets the main engine in an operating state, the auxiliary engine in a stopped state, and the shaft generator in a power generating state,
When the operating point is included in the high power consumption region, the main engine and the auxiliary engine are in an operating state and the shaft generator is in a power generating state.
The control device for a vessel according to claim 1.
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。
the ranges of the required propeller torque and the power consumption amount in the first operating region are set so that the fuel efficiency of the main engine is better than a predetermined fuel efficiency standard,
a second operating region outside the first operating region includes a low-torque, low-power-consumption region in which the range of the required propeller torque is set below a first torque reference value and the range of the power consumption is set below a second power consumption reference value;
when an operating point of the ship determined by the required propeller torque and the amount of power consumption is included in the low torque, low power consumption region, the control unit puts the main engine into an idling state, the auxiliary engine into an operating state, and the shaft generator into a torque output state in which torque is output to the shaft generator.
The control device for a ship according to claim 1 or 2.
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。
a battery connected to the inboard busbar and configured to be chargeable and dischargeable;
the second operating region includes an extremely low torque, extremely low power consumption region in which the range of the required propeller torque is set below a lower limit value of the required propeller torque in the low torque, low power consumption region, and the range of the power consumption is set below an extremely low power consumption reference value that is smaller than the second power consumption reference value,
when the operating point is included in the extremely low torque extremely low power consumption region and the SOC of the battery is greater than a threshold value, the control unit puts the main engine into an idling state, the auxiliary engine into a stopped state, and the shaft generator into a torque output state in which torque is output to the shaft generator.
The control device for a vessel according to claim 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。
the ranges of the required propeller torque and the power consumption amount in the first operating region are set so that the fuel efficiency of the main engine is better than a predetermined fuel efficiency standard,
a second operating region outside the first operating region includes a high-torque, low-power consumption region in which the required propeller torque range is set above a second torque reference value and the power consumption range is set below a third power consumption reference value;
when an operating point of the ship determined by the required propeller torque and the amount of power consumption is included in the high-torque, low-power consumption region, the control unit sets the main engine and the auxiliary engine to an operating state and sets the shaft generator to a torque output state in which torque is output to the shaft generator.
The vessel control device according to any one of claims 1 to 4.
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。
When the auxiliary machine is in an operating state and the shaft generator is in a power generating state, if the amount of power consumption is relatively large, the control unit increases the proportion of the amount of power generated by the auxiliary machine in the total amount of power generated by the auxiliary machine and the shaft generator compared to when the amount of power consumption is relatively small.
The vessel control device according to any one of claims 1 to 5.
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。
a battery connected to the inboard busbar and configured to be chargeable and dischargeable;
the control unit controls at least one of the charge amount or discharge amount of the battery and the power generation amount of the auxiliary machine and the shaft generator based on the power consumption amount and the SOC of the battery.
The control device for a vessel according to any one of claims 1 to 6.
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。
the control unit controls the main engine, the auxiliary machine, and the shaft generator based on the output data of a trained model that includes, as input data, the current required propeller torque and the power consumption amount, and includes, as output data, the torque of the main engine, the power generation amount of the auxiliary machine, and the torque of the shaft generator or the power generation amount of the shaft generator.
The control device for a vessel according to claim 1.
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。
a battery connected to the inboard busbar and configured to be chargeable and dischargeable;
the input data further includes an SOC of the battery, and the output data further includes an amount of power to be charged to the battery or an amount of power to be discharged from the battery.
The control device for a vessel according to claim 8.
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。
a main engine for generating a thrust for propulsion of the ship;
an auxiliary device including an auxiliary engine and an auxiliary generator that is driven by the auxiliary engine to generate electric power to be supplied to an inboard bus;
a shaft generator connected to an output shaft of the main engine, capable of selectively performing a function of generating electric power to be supplied to the inboard busbar by rotation of the output shaft, and a function of generating a propulsive force for propelling the ship by outputting torque using electric power supplied via the inboard busbar;
obtaining a current rotation speed of the main engine and a target rotation speed of the main engine;
obtaining a current amount of power consumption on board the vessel;
calculating a required propeller torque, which is a torque required to make the rotational speed of the main engine the target rotational speed, based on the current rotational speed and the target rotational speed;
controlling the main engine, the auxiliary engine, and the shaft generator based on the current required propeller torque and the amount of power consumption;
A method for controlling a vessel, comprising:
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。
a main engine for generating a thrust for propulsion of the ship;
an auxiliary device including an auxiliary engine and an auxiliary generator that is driven by the auxiliary engine to generate electric power to be supplied to an inboard bus;
a shaft generator connected to an output shaft of the main engine, capable of selectively performing a function of generating electric power to be supplied to the inboard busbar by rotation of the output shaft, and a function of generating a propulsive force for propelling the ship by outputting torque using electric power supplied via the inboard busbar;
The control program for the ship includes:
obtaining a current rotation speed of the main engine and a target rotation speed of the main engine;
obtaining a current amount of power consumption on board the vessel;
calculating a required propeller torque, which is a torque required to make the rotational speed of the main engine the target rotational speed, based on the current rotational speed and the target rotational speed;
controlling the main engine, the auxiliary engine, and the shaft generator based on the current required propeller torque and the amount of power consumption;
A ship's control program for executing the above.
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