WO2019031419A1 - 制御装置、輸送用冷凍システム、制御方法及び充電率算出方法 - Google Patents

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WO2019031419A1
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power
refrigerator
secondary battery
generator
battery
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PCT/JP2018/029288
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定治 成田
政和 甲斐
雄一朗 水野
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三菱重工サーマルシステムズ株式会社
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    • B60H1/00357—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00—Machines, plants or systems, using particular sources of energy

Definitions

  • the present invention relates to a transport refrigeration system for cooling a luggage compartment of a vehicle, a control device, a control method, and a charging rate calculation method thereof.
  • an electric transport refrigeration system including a generator driven by an engine of a vehicle and a refrigerator operated by the electric power generated by the generator.
  • the power generated by the generator changes due to fluctuations in engine speed. Therefore, it is necessary to match the load power of the refrigerator to the condition that the engine generates the slowest speed and the power generated by the generator is the smallest, and it is difficult to obtain the power necessary to bring the temperature of the refrigerator to the desired target temperature.
  • a secondary battery for storing the generated power is mounted when the generated power of the generator is large, and when the generated power of the generator is small, the secondary battery also supplies power to the refrigerator.
  • Patent Document 1 relates to control of drive and stop of a generator of a so-called micro hybrid vehicle provided with a mechanism for storing electric power generated by the generator by driving the engine in a secondary battery. It is a technology to improve the fuel efficiency performance by the battery while reducing the load on the engine when the engine efficiency is low by lengthening the interval from the engine to the stop and shortening the interval from the drive to the stop when the engine efficiency decreases. It is disclosed.
  • the present invention provides a control device, a transport refrigeration system, a control method, and a charging rate calculation method that can solve the above-mentioned problems.
  • the control device is a control device for a refrigerator that uses as a power source a generator driven by a power source of the moving body and a secondary battery storing the electric power generated by the generator. If the electric power generated by the generator is smaller than the load required by the refrigerator, the electric power stored in the secondary battery is determined if the charging rate of the secondary battery is equal to or higher than a predetermined first threshold. It supplies to the said refrigerator.
  • the charging rate of the secondary battery is smaller than a predetermined second threshold value. Then, the supply of power from the secondary battery to the refrigerator is stopped.
  • the charging rate of the secondary battery is smaller than a predetermined second threshold value. Then, the load required by the refrigerator is reduced.
  • the control device when the load is lowered, the control device reduces the load so that the amount of power consumed by the load is smaller than the amount of power generated by the generator.
  • the control device when the load is lowered, sets the load such that the charging current of the secondary battery has a predetermined value.
  • the control device when the power supply from the secondary battery to the refrigerator is not performed, supplies an excess of the power generated by the generator to generate the secondary power. Charge the battery.
  • control device calculates the charging rate of the secondary battery based on the charge / discharge current from the secondary battery.
  • the control device integrates the charge and discharge current based on a charge rate based on an open circuit voltage measured when the operation of the refrigerator is stopped, and the charge rate is integrated.
  • control device corrects the charging rate based on the temperature of the secondary battery.
  • a transport refrigeration system includes a generator driven by a power source for driving a mobile body, a secondary battery storing the electric power generated by the generator, and the control device described above And.
  • the control device is a control device for a refrigerator that uses as a power source a generator driven by a power source of the moving body and a secondary battery storing the electric power generated by the generator.
  • the charging rate of the secondary battery is calculated based on the charge and discharge current from the secondary battery.
  • the transport refrigeration system further comprises means for charging the secondary battery with power from an external power source.
  • the control method is a control method of a refrigerator using as a power source a generator driven by a power source of a moving body and a secondary battery storing the electric power generated by the generator. If the electric power generated by the generator is smaller than the load required by the refrigerator, the electric power stored in the secondary battery is determined if the charging rate of the secondary battery is equal to or higher than a predetermined first threshold. It supplies to the said refrigerator.
  • the method of calculating a charging rate includes: a generator driven by a motive power source of a moving body; and a refrigerator having a secondary battery storing power generated by the generator as a power source. It is a charging rate calculation method of a secondary battery, Comprising: The charging rate of the said secondary battery is calculated based on the charging / discharging electric current from the said secondary battery.
  • the control device in the transport refrigeration system using the generator that generates electric power by driving the power source of the moving body and the secondary battery as a power source, the power stored by the secondary battery is Even in the situation where it is used, the operating time can be extended without reducing the refrigeration capacity.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a vehicle provided with a transport refrigeration system according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle A is, for example, a truck equipped with a refrigerator.
  • the vehicle A includes an engine 2 for driving the vehicle A, a refrigerator 3 mounted in a luggage compartment, a generator 10 for a refrigerator driven by the engine 2, and a vehicle driven by the engine 2 A generator 11, a battery 20 for a refrigerator, a battery 21 for a vehicle, and a refrigeration unit 30 are provided.
  • the generator 11 for the vehicle and the battery 21 for the vehicle are mounted for the purpose of supplying power to the traveling of the vehicle A and the electrical equipment provided in the vehicle A.
  • the generator 10 for the refrigerator and the battery 20 for the refrigerator are mounted for the purpose of supplying power to the refrigeration unit 30.
  • the refrigeration unit 30 operates using the power generated by the generator 10 (generated power) or the power generated by the generator 10 and the power stored by the battery 20 as a power source, and sets the temperature in the cold storage 3 to a temperature desired by the user. Cooling.
  • the rated voltage of the generator 10 and the battery 20 is 12 V or 24 V, for example.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of a transport refrigeration system according to an embodiment of the present invention.
  • the transport refrigeration system 1 includes a generator 10, a battery 20, and a refrigeration unit 30.
  • the generator 10 is a constant voltage generator that generates electric power by the rotation of the engine 2.
  • the generator 10 is connected to the refrigeration unit 30, and the power generated by the generator 10 is supplied to the refrigeration unit 30.
  • the refrigeration unit 30 cools the refrigerator 3 to a desired temperature.
  • the refrigeration unit 30 includes a converter 31, an inverter 32, a refrigerator 33, and a controller 40.
  • the converter 31 boosts the power supplied from the generator 10.
  • Converter 31 outputs the boosted DC power to inverter 32.
  • the inverter 32 converts the DC power from the converter 31 into three-phase AC power of a frequency according to the refrigeration load, and supplies it to the electric compressor 34 of the refrigerator 33.
  • the refrigerator 33 includes a refrigerant circuit including a motor compressor 34 and other not shown condensers, an evaporator, an expansion valve and the like.
  • the electric compressor 34 When the electric compressor 34 is driven by the electric power supplied from the inverter 32, the electric compressor 34 sends and circulates the refrigerant into the refrigerant circuit. Thereby, the refrigerator 33 cools the space in the cold storage 3 to the temperature set by the user.
  • the controller 40 controls the operation of the refrigerator 33. For example, the controller 40 controls the power supplied to the refrigerator 33 via the inverter 32.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of output characteristics of a generator according to an embodiment of the present invention.
  • the vertical axis in FIG. 3 is the output current from the generator 10, and the horizontal axis is the rotational speed of the generator 10.
  • ID indicates the number of revolutions (for example, 1200 to 1600 rpm) of the generator 10 while the vehicle A is idling, and the output current in that case is about 40 A, for example.
  • MAX indicates the rotational speed of the generator 10 (for example, 5000 to 6000 rpm) when the rotational speed of the engine of the vehicle A is maximum, and the output current in that case is about 90 A, for example .
  • the transport refrigeration system 1 includes a battery 20 as an auxiliary power supply.
  • the battery 20 is a secondary battery that stores the power generated by the generator 10 and supplies the stored power to the refrigeration unit 30.
  • the battery 20 is configured to be able to store the surplus power of the power (load power) consumed by the refrigeration unit 30 among the DC power converted by the converter 31 according to the instruction of the controller 40.
  • the power stored in the battery 20 is discharged by an instruction of the controller 40 and supplied to the inverter 32.
  • the inverter 32 converts the DC power from the battery 20 into three-phase AC power of a frequency corresponding to the load power required by the refrigerator 33 and supplies it to the electric compressor 34.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a constant voltage charging characteristic of the battery in the embodiment of the present invention.
  • the vertical axis in FIG. 4 is the value of the charging current
  • the horizontal axis is the SOC of the secondary battery.
  • the output of the generator 10 is a constant voltage (e.g. 14V or 28V).
  • the SOC of the battery 20 when the SOC of the battery 20 is low, a large current flows through the battery 20, and when the SOC becomes high, the current flowing becomes small.
  • the charge current is about 50 A when the SOC is around 0, but decreases to 2 to 3 A when the SOC exceeds 90%.
  • a voltage sensor 22 and a current sensor 23 are provided between the battery 20 and the refrigeration unit 30, and the voltage value measured by the voltage sensor 22 and the current value measured by the current sensor 23 are output to the controller 40.
  • the battery 20 is provided with a temperature sensor 24, and the temperature measured by the temperature sensor 24 is output to the controller 40.
  • the controller 40 calculates the SOC (State of charge) of the battery 20 using the information of the voltage value, the current value, and the temperature acquired from each sensor.
  • the controller 40 controls the charge and discharge of the battery 20 according to the SOC of the battery 20, the generated power of the generator 10, and the load power required by the refrigeration unit 30 while controlling the operation of the refrigerator 33.
  • the transport refrigeration system 1 may further include means for charging the battery 20 by the power supplied from the external power supply, and means for supplying power to the refrigerator.
  • the transport refrigeration system 1 further includes a charging device 50, and the charging stand S receives power from the AC power supply V and converts it into DC power. Then, when the vehicle A and the charging stand S are connected by a charging cable, DC power is supplied from the charging stand S to the vehicle A side, and the charging device 50 is configured to charge the battery 20. With such a configuration, charging of the battery 20 and power supply to the refrigerator can be performed even when the generator 10 is not started.
  • FIG. 5 is a functional block diagram showing an example of a controller provided in the transport refrigeration system in an embodiment of the present invention.
  • the controller 40 is, for example, a computer such as a microcomputer.
  • the controller 40 includes a sensor information acquisition unit 41, a charging rate estimation unit 42, a generated power calculation unit 43, a load power information acquisition unit 44, a charge and discharge control unit 45, a target load setting unit 46, and an input unit 47. , A refrigerator control unit 48, and a storage unit 49.
  • the sensor information acquisition unit 41 acquires the voltage value measured by the voltage sensor 22, the current value measured by the current sensor 23, and the temperature measured by the temperature sensor 24.
  • the sensor information acquisition unit 41 acquires the number of rotations from a rotation sensor (not illustrated) that measures the number of rotations of the generator 10 (or a rotation sensor that measures the number of rotations of the engine 2).
  • the charging rate estimation unit 42 calculates the SOC of the battery 20 based on the voltage value and the current value acquired by the sensor information acquisition unit 41. For example, the charging rate estimating unit 42 determines that the open circuit voltage (OCV) measured by the voltage sensor 22 when the battery 20 is in an equilibrium state after a predetermined time has elapsed since the operation of the refrigerator 33 is stopped.
  • the SOC (initial SOC) of the battery 20 is calculated based on a function or the like that indicates the relationship between the open circuit voltage of the battery 20 and the SOC.
  • the charging rate estimating unit 42 integrates the current value (charging current or discharging current) measured by the current sensor 23 into the initial SOC to calculate the current SOC of the battery 20 (current Accumulation method).
  • temperature correction may be performed on the calculated SOC.
  • the charging rate estimation unit 42 calculates a correction amount according to the temperature measured by the temperature sensor 24 using a predetermined SOC correction value calculation model that defines the correction amount of the SOC according to the temperature of the battery 20, The correction amount is added to the SOC calculated by the current integration method to correct the SOC.
  • the generated power calculation unit 43 calculates the generated power of the generator 10. For example, the generated power calculating unit 43 obtains an output current based on the graph illustrated in FIG. 3 from the rotational speed of the generator 10 acquired by the sensor information acquiring unit 41, and multiplies the output current by, for example, 24 V. Calculate the power (W).
  • the load power information acquisition unit 44 acquires information of the power necessary for the operation of the refrigerator 33. For example, the load power information acquisition unit 44 acquires information on power consumption from the inverter 32. For example, the load power information acquisition unit 44 acquires a detection value of power consumption by the refrigerator 33.
  • the charge / discharge control unit 45 stores the electric power stored in the battery 20 if the generated power by the generator 10 is smaller than the load power of the refrigerator 33 and the SOC of the battery 20 is equal to or higher than a predetermined threshold (first threshold). The supplied power is supplied to the inverter 32. At this time, the charge / discharge control unit 45 allows the load power with which the SOC of the battery 20 decreases, and supplies the power corresponding to the shortage obtained by subtracting the generated power from the load power from the battery 20 to the inverter 32.
  • a predetermined threshold first threshold
  • the charge / discharge control unit 45 supplies the power stored in the battery 20 to the inverter 32, if the SOC of the battery 20 becomes smaller than a predetermined threshold value (second threshold value), the power supply from the battery 20 to the inverter 32 Stop the supply.
  • the charge / discharge control unit 45 supplies the surplus of the power generated by the generator 10 to the battery 20 to charge the battery 20 in a state where the power stored in the battery 20 is not supplied to the inverter 32.
  • the target load setting unit 46 supplies power from the battery 20 to the inverter 32, if the SOC of the battery 20 becomes smaller than the second threshold, the power consumed by the load is more than the amount of power generated by the generator 10 Reduce the load to reduce the amount. For example, if the generated power of the generator 10 is smaller than the load power of the refrigerator 33 and the SOC of the battery 20 becomes smaller than the second threshold, the target load setting unit 46 sets the load power of the refrigerator 33 to The load power is reduced so as to be smaller than the power generated by the generator 10. Alternatively, the target load setting unit 46 may lower the load power such that a predetermined charging current (for example, a charging current based on the charge / discharge current illustrated in FIG. 4 and according to the SOC) flows into the battery 20. .
  • a predetermined charging current for example, a charging current based on the charge / discharge current illustrated in FIG. 4 and according to the SOC
  • the load until that time is maintained as long as possible, and then the load is rapidly reduced, and the amount of power consumed by the load from when the SOC falls below the second threshold until the predetermined time elapses is You may control so that it may become smaller than the electric energy which the generator 10 generate
  • the target load The setting unit 46 maintains the load as it is.
  • the input unit 47 receives, from the user, information on the target temperature of the cold storage 3 and information to instruct start and stop of the refrigerator 33.
  • the refrigerator control unit 48 controls the operation of the refrigerator 33. For example, when the user performs an operation to start the operation of the refrigerator 33, the refrigerator control unit 48 outputs a control signal instructing start-up to the refrigerator 33 via the inverter 32. In the refrigerator 33, the electric compressor 34 is started based on the control signal, and the refrigerator 33 starts operation.
  • the refrigerator control unit 48 When the user sets the target temperature of the cold storage 3, the refrigerator control unit 48 generates a control signal according to the target temperature based on the temperature in the cold storage 3, the outside air temperature, etc., and adjusts the frequency of the inverter 32.
  • the operation state of the refrigerator 33 is controlled by carrying out, for example.
  • the refrigerator control unit 48 when the user performs an operation to stop the operation of the refrigerator 33, the refrigerator control unit 48 outputs a control signal to stop the operation of the refrigerator 33, and the refrigerator 33 operates according to the control signal. Stop.
  • the storage unit 49 stores various information such as a first threshold and a second threshold.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining charge / discharge control of the transport refrigeration system according to an embodiment of the present invention.
  • the graph of FIG. 6 shows the time-series graph of the rotational speed of the generator 10 (FIG. 6A), the graph of the time-series graph of load power by the refrigerator 33 (FIG. 6B), and the charge / discharge current of the battery 20.
  • the relationship between the time-series graph (FIG. 6 (c)) and the time-series graph (FIG. 6 (d)) of the SOC of the battery 20 is shown.
  • the horizontal axis of each graph indicates the passage of time, and the same position on the horizontal axis of each graph indicates the same time.
  • the vehicle A travels at a constant speed.
  • the rotational speed of the generator 10 is constant (FIG. 6 (a)).
  • the refrigerator 33 starts operation at time T1, and operates at a constant load power w1 with respect to the target temperature set by the user (FIG. 6 (b)).
  • the generated power of the generator 10 is larger than the load power w1 by the operation of the refrigerator 33.
  • the charge / discharge control unit 45 allocates the surplus of the generated power of the generator 10 (generated power-load power w1) to the charge of the battery 20 (FIG. 6 (c)).
  • the same power as before can be charged after time T1.
  • the SOC of the battery 20 continues to rise (FIG. 6 (d)).
  • the SOC of the battery 20 becomes a first threshold at time T1 '.
  • the first threshold is a threshold of SOC at which the start of discharge of the battery 20 is permitted in the charge and discharge control of the present embodiment.
  • the charge / discharge control unit 45 starts the supply of power from the battery 20 to the refrigeration unit 30. Further, as described below, the charge / discharge control unit 45 controls the charge / discharge and the load power so that the SOC of the battery 20 does not fall below the second threshold (for example, the SOC when the refrigerator 33 starts operation). Control the The SOC (SOC at time T1) when the refrigerator 33 starts the operation is taken as a second threshold.
  • the second threshold is the lowest value of SOC that the battery 20 can take in the charge and discharge control of the present embodiment.
  • the SOC of the battery 20 is controlled by the charge / discharge control unit 45 so as to maintain the second threshold or more.
  • the condition may be that the SOC of the battery 20 is equal to or greater than the second threshold at the start of operation of the refrigerator 33.
  • the charge / discharge control unit 45 stops charging the battery 20 at time T4. After time T4, since the power generated by the generator 10 is not sufficient for the load power w1 requested by the refrigerator 33, the charge / discharge control unit 45 removes the shortage (load power w1-generated power) from the battery 20. I am satisfied with the discharge of At this time, it is a condition that the SOC of the battery 20 is equal to or higher than the first threshold, but in the present example, the SOC of the battery 20 is equal to or higher than the first threshold at time T4 (FIG. 6 (d)) ) So fulfill this condition. The charge / discharge control unit 45 discharges the battery 20 (FIG.
  • the rotational speed of the generator 10 continues to rise thereafter, and the generated power also rises to exceed the load power w1.
  • the charge / discharge control unit 45 supplies the surplus of the generated power of the generator 10 to the battery 20 to charge the battery 20 (FIG. 6 (c)).
  • the SOC of the battery 20 rises.
  • the target load setting unit 46 reduces the load so that the amount of power consumed by the load is equal to or less than the amount of power generated by the generator 10. For example, the target load setting unit 46 reduces the load power from w1 to w2 (FIG.
  • the target load setting unit 46 sets the load power w2 to a value smaller than the power generated by the generator 10 when the vehicle A is in the idling state. By reducing the load power to w2, even if the generated power of the generator 10 is supplied to the refrigerator 33, surplus power is generated.
  • the charge / discharge control unit 45 supplies the surplus power to the battery 20 to charge the battery 20. As a result, the SOC of the battery 20 rises and eventually recovers to the first threshold or more. When the SOC of the battery 20 recovers to the first threshold or more, the charge / discharge control unit 45 can discharge the battery 20.
  • the target load setting unit 46 may restore the load power from w2 back to w1.
  • Control may be performed such that the SOC of the battery 20 is rapidly recovered so that the maximum charging current corresponding to the SOC based on the graph flows to the battery 20, and the original target temperature is restored in as short a time as possible.
  • the refrigeration capacity is lowered by lowering the load power to w2, and the temperature of the cold storage 3 may rise.
  • the target temperature desired by the user can be obtained by performing the charge / discharge control of this embodiment.
  • the time for operating the refrigerator 33 can be lengthened while maintaining the load power w1 according to.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of charge / discharge control of the transport refrigeration system according to an embodiment of the present invention.
  • the sensor information acquisition unit 41 acquires the open circuit voltage of the battery 20 measured by the voltage sensor 22 in a state where it can be considered that the refrigerator 33 has not been started.
  • the charging rate estimating unit 42 calculates the initial SOC of the battery 20 based on the acquired voltage (step S11).
  • the charging rate estimation unit 42 records the calculated initial SOC value in the storage unit 49.
  • the refrigerator 33 starts operation (step S12).
  • the refrigerator control unit 48 drives the electric compressor 34 via the inverter 32.
  • the refrigerator control unit 48 sets the internal temperature of the cold storage 3 to the target temperature set by the user via the input unit 47 according to various operating conditions such as the internal temperature of the cold storage 3 and the outside temperature.
  • the frequency of the inverter 32 is controlled to operate the refrigerator 33.
  • the generated power calculation unit 43 calculates the generated power by calculating the output current from the rotational speed of the generator 10 acquired by the sensor information acquisition unit 41, for example, based on the graph of FIG. 3 and multiplying the voltage (Step S13).
  • the generated power calculation unit 43 outputs the calculated value of the generated power to the charge and discharge control unit 45.
  • the load power information acquisition unit 44 acquires the value of load power from the inverter 32 (step S14).
  • the load power information acquisition unit 44 outputs the value of the acquired load power to the charge / discharge control unit 45.
  • the charge / discharge control unit 45 compares the generated power with the load power (step S15).
  • the charge / discharge control unit 45 supplies the surplus of the generated power obtained by subtracting the load power from the generated power to the battery 20 to charge the battery 20 (Step S16).
  • the sensor information acquisition unit 41 acquires the value of the charging current flowing to the battery 20 measured by the current sensor 23.
  • the charging rate estimation unit 42 integrates the current value measured by the current sensor 23, adds the integrated value to the initial SOC, and calculates the SOC of the battery 20 being charged (step S17). At this time, the charging rate estimating unit 42 may correct the SOC based on the internal temperature of the battery 20 measured by the temperature sensor 24.
  • the charging rate estimation unit 42 records the calculated value of the SOC in the storage unit 49.
  • the charge / discharge control unit 45 determines whether the SOC of the battery 20 is equal to or more than the first threshold (step S18). If the SOC of the battery 20 is equal to or higher than the first threshold (step S18; Yes), the charge / discharge control unit 45 discharges the battery 20 and subtracts the generated power from the load power to obtain the shortage of power obtained from the battery 20 It supplies to the inverter 32 (step S19).
  • the sensor information acquisition unit 41 acquires the value of the discharge current flowing from the battery 20 measured by the current sensor 23.
  • the charging rate estimating unit 42 integrates the current values measured by the current sensor 23 to calculate the SOC of the battery 20 during discharge (step S20). Similar to step S17, the charging rate estimating unit 42 may perform the correction based on the temperature of the SOC.
  • step S21 determines whether the SOC of the battery 20 is greater than or equal to the second threshold. If the SOC of the battery 20 is greater than or equal to the second threshold (step S21; Yes), the processes after step S15 are repeated. If the SOC of the battery 20 is less than the second threshold (step S21; No), the charge / discharge control unit 45 stops the discharge from the battery 20 (step S22). Since the load of the refrigerator 33 can not be covered only by the electric power generated by the generator 10, the target load setting unit 46 reduces the load so that the amount of power consumed by the load is smaller than the amount of power generated by the generator 10. (Step S23).
  • the target load setting unit 46 sets a target value of load power to be equal to or less than the generated power of the generator 10, and sets the target value of load power newly set to the refrigerator.
  • Output to the control unit 48 Alternatively, for example, a reference value of the charging current to the battery 20 may be provided based on the graph of FIG. 4 and the load power may be set such that the value of the charging current measured by the current sensor 23 is equal to or higher than this reference value. .
  • the refrigerator control unit 48 reduces the frequency of the inverter 32 in accordance with the load power set by the target load setting unit 46. Thereby, the load power by the operation of the refrigerator 33 can be reduced.
  • the refrigerator control unit 48 determines whether to stop the operation of the refrigerator 33 (step S24). For example, when the user inputs an operation to stop the operation of the refrigerator 33 via the input unit 47, the refrigerator control unit 48 determines that the operation of the refrigerator 33 is to be stopped. When the operation of the refrigerator 33 is stopped (Step S24; Yes), the flowchart is ended.
  • Step S24 When the operation of the refrigerator 33 is continued (Step S24; No), the processing from Step S13 is repeated.
  • the load is reduced in the process of step S23, the rotational speed of the electric compressor 34 is reduced due to the reduction of load, and the refrigeration capacity for the cold storage 3 is reduced.
  • the charge / discharge control unit 45 charges the battery 20 because the electric power is higher than that.
  • the SOC of the battery 20 gradually recovers, and when the SOC becomes equal to or higher than the first threshold value, discharging becomes possible again.
  • the excess and deficiency of the power generated by the generator 10 with respect to the load power can be compensated by the battery 20.
  • sudden changes in the running state of the vehicle A Even if the variation of the power generated by the generator 10 is large, etc., stable operation of the refrigerator 33 can be performed.
  • load power exceeding the power generated by the generator 10 can be supplied, and a large refrigeration capacity can be provided.
  • the load power more than the power generated by the generator 10 until the SOC eventually falls below the second threshold and the discharging from the battery 20 is stopped. Can be supplied continuously. Therefore, when discharging from the battery, the refrigeration capacity can be exhibited for a long time as compared with the conventional control that saves the refrigeration capacity, so the temperature inside the cold storage 3 is controlled to a desired temperature. It's easy to do.
  • the battery 20 is charged with the surplus power to keep the SOC of the battery 20 high, which makes it easy to maintain a state in which power can be supplied from the battery 20 and more stable operation. Can be realized. Further, even in a situation where the discharge from the battery 20 is large, the SOC can be maintained at the second threshold value or more, so that it is possible to prevent the early deterioration (sulfation) of the battery 20 due to the overdischarge. Further, the excess or deficiency of the generated power with respect to the load power can be indirectly grasped by the charge / discharge current value to the battery 20.
  • the SOC of the battery 20 can be calculated in real time based on the charging / discharging current from the battery 20.
  • the transport refrigeration system 1 can be applied not only to vehicles but also to aircraft and ships.
  • the controller 40 is an example of a control device.
  • the vehicle A is an example of a moving body.
  • the engine 2 is an example of a power source of a moving body.
  • Another example of the power source of the moving body is, for example, a motor.
  • the control device in the transport refrigeration system using the generator that generates electric power by driving the power source of the moving body and the secondary battery as a power source, the power stored by the secondary battery is Even in the situation where it is used, the operating time can be extended without reducing the refrigeration capacity.

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Abstract

移動体の動力源によって駆動する発電機と、発電機が発電した電力を蓄電する二次電池とを電源とする冷凍機の制御装置であって、発電機が発電する電力が、冷凍機が要求する負荷より小さい場合、二次電池の充電率が所定の閾値以上であれば、二次電池の蓄電した電力を冷凍機に供給する。

Description

制御装置、輸送用冷凍システム、制御方法及び充電率算出方法
　本発明は、車両の荷室を冷却する輸送用冷凍システム、その制御装置、制御方法及び充電率算出方法に関する。本願は、２０１７年８月７日に、日本に出願された特願２０１７－１５２７３８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　車両のエンジンにより駆動する発電機と、その発電機が発電した電力で作動する冷凍機を備えた電動式輸送用冷凍システムが提供されている。発電機の発電電力は、エンジンの回転数の変動により変化する。従って、エンジンが最も低速回転となり発電機の発電電力が最も小さい条件に冷凍機の負荷電力を合わせる必要があり、保冷庫の温度を所望の目標温度にするために必要な電力を得ることが困難な場合がある。これに対し、発電機の発電電力が大きいときに発電電力を蓄電する二次電池を搭載し、発電機の発電電力が小さいときには、この二次電池からも冷凍機に電力を供給することで、上記課題に対応しようとする輸送用冷凍システムが存在する。
　特許文献１には、エンジンの駆動により発電機が発電した電力を二次電池に蓄電する仕組みを備えるいわゆるマイクロハイブリッド車の発電機の駆動および停止の制御に関して、エンジン効率が高いときには発電機の駆動から停止までの間隔を長くし、エンジン効率が低くなると駆動から停止までの間隔を短くすることで、エンジン効率が低いときのエンジンの負荷を低減しつつ、バッテリによる燃費性能の向上を図る技術が開示されている。
特開２０１６－２０３９７３号公報
　しかし、冷凍機の電源に二次電池を加えた上記の構成の場合、二次電池が用いられる運転状況になると、冷凍機の冷凍能力を低下させて運転するよう制御されることが多く、やはり、十分な冷凍能力が得られないことがある。
　本発明は、上述の課題を解決することのできる制御装置、輸送用冷凍システム、制御方法及び充電率算出方法を提供する。
　本発明の一つの態様によれば、制御装置は、移動体の動力源によって駆動する発電機と、前記発電機が発電した電力を蓄電する二次電池とを電源とする冷凍機の制御装置であって、前記発電機が発電する電力が、前記冷凍機が要求する負荷より小さい場合、前記二次電池の充電率が所定の第１閾値以上であれば、前記二次電池の蓄電した電力を前記冷凍機に供給する。
　本発明の一つの態様によれば、前記制御装置は、前記二次電池から前記冷凍機への電力の供給を行っているときに、前記二次電池の充電率が所定の第２閾値より小さくなると、前記二次電池から前記冷凍機への電力の供給を停止する。
　本発明の一つの態様によれば、前記制御装置は、前記二次電池から前記冷凍機への電力の供給を行っているときに、前記二次電池の充電率が所定の第２閾値より小さくなると、前記冷凍機が要求する負荷を引き下げる。
　本発明の一つの態様によれば、前記制御装置は、前記負荷を引き下げる場合、前記発電機が発電する電力量より前記負荷が消費する電力量が小さくなるよう前記負荷を引き下げる。
　本発明の一つの態様によれば、前記制御装置は、前記負荷を引き下げる場合、前記二次電池の充電電流が所定の値となるように前記負荷を設定する。
　本発明の一つの態様によれば、前記制御装置は、前記二次電池から前記冷凍機への電力の供給を行わない場合、前記発電機が発電した電力の余剰分を供給して前記二次電池を充電する。
　本発明の一つの態様によれば、前記制御装置は、前記二次電池からの充放電電流に基づいて、前記二次電池の充電率を算出する。
　本発明の一つの態様によれば、前記制御装置は、前記冷凍機の運転が停止しているときに計測した開放電圧に基づく充電率を基準として、前記充放電電流を積算して前記充電率を算出する。
　本発明の一つの態様によれば、前記制御装置は、前記二次電池の温度に基づいて前記充電率を補正する。
　本発明の一つの態様によれば、輸送用冷凍システムは、移動体を駆動する動力源により駆動する発電機と、前記発電機が発電した電力を蓄電する二次電池と、上述の制御装置と、を備える。
　本発明の一つの態様によれば、制御装置は、移動体の動力源によって駆動する発電機と、前記発電機が発電した電力を蓄電する二次電池とを電源とする冷凍機の制御装置であって、前記二次電池からの充放電電流に基づいて、前記二次電池の充電率を算出する。
　本発明の一つの態様によれば、前記輸送用冷凍システムは、前記二次電池を外部の電源からの電力によって充電する手段、をさらに備える。
　本発明の一つの態様によれば、制御方法は、移動体の動力源によって駆動する発電機と、前記発電機が発電した電力を蓄電する二次電池とを電源とする冷凍機の制御方法であって、前記発電機が発電する電力が、前記冷凍機が要求する負荷より小さい場合、前記二次電池の充電率が所定の第１閾値以上であれば、前記二次電池の蓄電した電力を前記冷凍機に供給する。
　本発明の一つの態様によれば、充電率算出方法は、移動体の動力源によって駆動する発電機と、前記発電機が発電した電力を蓄電する二次電池とを電源とする冷凍機における前記二次電池の充電率算出方法であって、前記二次電池からの充放電電流に基づいて、前記二次電池の充電率を算出する。
　上述の制御装置、輸送用冷凍システム及び制御方法によれば、移動体の動力源の駆動により発電する発電機と二次電池を電源とする輸送用冷凍システムにおいて、二次電池が蓄電した電力を利用する状況であっても、冷凍能力を低下させることなく、運転する時間を長くすることができる。
本発明の一実施形態における輸送用冷凍システムを備える車両の一例を示す図である。 本発明の一実施形態における輸送用冷凍システムの一例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における発電機の出力特性の一例を示す図である。 本発明の一実施形態におけるバッテリの定電圧充電特性の一例を示す図である。 本発明の一実施形態における輸送用冷凍システムが備えるコントローラの一例を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態における輸送用冷凍システムの充放電制御を説明する図である。 本発明の一実施形態における輸送用冷凍システムの充放電制御の一例を示すフローチャートである。
＜実施形態＞
　以下、本発明の一実施形態による空調機を図１～図７を参照して説明する。
　図１は、本発明の一実施形態における輸送用冷凍システムを備える車両の一例を示す図である。
　車両Ａは、例えば、冷凍機が搭載されたトラックである。図示するように車両Ａは、車両Ａを駆動するエンジン２と、荷室に搭載された保冷庫３と、エンジン２によって駆動する冷凍機用の発電機１０と、エンジン２によって駆動する車両用の発電機１１と、冷凍機用のバッテリ２０と、車両用のバッテリ２１と、冷凍ユニット３０とを備える。車両用の発電機１１と車両用のバッテリ２１とは、車両Ａの走行や車両Ａが備える電装設備に電力を供給する目的で搭載されている。一方、冷凍機用の発電機１０と冷凍機用のバッテリ２０とは、冷凍ユニット３０に電力を供給する目的で搭載される。冷凍ユニット３０は、発電機１０が発電する電力（発電電力）、又は、発電機１０の発電電力およびバッテリ２０が蓄電する電力を電源として動作し、保冷庫３内の温度をユーザ所望の温度に冷却する。発電機１０およびバッテリ２０の定格電圧は、例えば１２Ｖまたは２４Ｖである。
　図２は、本発明の一実施形態における輸送用冷凍システムの一例を示すブロック図である。
　輸送用冷凍システム１は、発電機１０と、バッテリ２０と、冷凍ユニット３０とを備える。
　発電機１０は、エンジン２の回転によって発電する定電圧の発電機である。発電機１０は、冷凍ユニット３０に接続されており、発電機１０が発電した電力は、冷凍ユニット３０へ供給される。
　冷凍ユニット３０は、保冷庫３を所望の温度に冷却する。冷凍ユニット３０は、コンバータ３１と、インバータ３２と、冷凍機３３と、コントローラ４０とを備える。コンバータ３１は、発電機１０から供給された電力を昇圧する。コンバータ３１は昇圧した直流電力をインバータ３２に出力する。インバータ３２は、コンバータ３１からの直流電力を冷凍負荷に応じた周波数の三相交流電力に変換し、冷凍機３３の電動圧縮機３４に供給する。冷凍機３３は、電動圧縮機３４をはじめとする図示しない凝縮器、蒸発器、膨張弁などで構成される冷媒回路を備える。インバータ３２から供給された電力により、電動圧縮機３４が駆動すると、電動圧縮機３４により、冷媒が冷媒回路中に送出され循環する。これにより、冷凍機３３は、保冷庫３内の空間をユーザが設定した温度に冷却する。コントローラ４０は、冷凍機３３の運転を制御する。例えば、コントローラ４０は、インバータ３２を介して冷凍機３３に供給する電力を制御する。
　ここで、図３を用いて、発電機１０の出力特性について説明する。
　図３は、本発明の一実施形態における発電機の出力特性の一例を示す図である。図３の縦軸は発電機１０からの出力電流、横軸は発電機１０の回転数である。図中、ＩＤは車両Ａがアイドリング中の発電機１０の回転数（例えば、１２００～１６００ｒｐｍ）を示し、その場合の出力電流は、例えば４０Ａ程度である。また、図中、ＭＡＸは車両Ａのエンジンの回転数が最大となっているときの発電機１０の回転数（例えば、５０００～６０００ｒｐｍ）を示し、その場合の出力電流は、例えば９０Ａ程度である。このように車両Ａの走行状態に応じて、発電機１０が出力する電流の大きさは倍以上変動する。このため、保冷庫３の目標温度（冷凍機３３が要求する負荷）、あるいは、車両Ａの走行状態によっては、発電機１０の発電により冷凍ユニット３０に供給される電力だけでは不足する可能性がある。これを補うため、輸送用冷凍システム１は、補助電源としてバッテリ２０を備える。
　バッテリ２０は、発電機１０が発電した電力を蓄電し、蓄電した電力を冷凍ユニット３０に供給する二次電池である。バッテリ２０は、コントローラ４０の指示によりコンバータ３１で変換された直流電力のうち、冷凍ユニット３０が消費する電力（負荷電力）の余剰分の電力を蓄電できるよう構成されている。また、発電機１０が発電電力だけでは足りない場合、バッテリ２０に蓄電された電力は、コントローラ４０の指示により放電され、インバータ３２へと供給されるよう構成されている。インバータ３２は、バッテリ２０からの直流電力を冷凍機３３が要求する負荷電力に応じた周波数の三相交流電力に変換し、電動圧縮機３４に供給する。
　ここで、図４を用いて充電電流とＳＯＣとの関係について説明する。
　図４は、本発明の一実施形態におけるバッテリの定電圧充電特性の一例を示す図である。
　図４の縦軸は充電電流の値、横軸は二次電池のＳＯＣである。上記のとおり、発電機１０の出力は定電圧（例えば１４Ｖまたは２８Ｖ）である。図４より、バッテリ２０のＳＯＣが低いときには、バッテリ２０には大電流が流れ、ＳＯＣが高くなると流れる電流が小さくなる。例えば、ＳＯＣが０付近では充電電流は５０Ａ程度だが、ＳＯＣが９０％を超えると２～３Ａに低下する。
　バッテリ２０と冷凍ユニット３０の間には電圧センサ２２、電流センサ２３が設けられ、電圧センサ２２が計測した電圧値、電流センサ２３が計測した電流値は、コントローラ４０へ出力される。バッテリ２０には温度センサ２４が設けられ、温度センサ２４が計測した温度は、コントローラ４０へ出力される。コントローラ４０は、各センサから取得した電圧値、電流値、温度の情報を用いてバッテリ２０のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｃｈａｒｇｅ：充電率）を算出する。コントローラ４０は、冷凍機３３の運転を制御しつつ、バッテリ２０のＳＯＣ、発電機１０の発電電力、冷凍ユニット３０が要求する負荷電力に応じて、バッテリ２０の充放電を制御する。
　輸送用冷凍システム１はさらに外部電源から供給される電力によってバッテリ２０を充電する手段、及び冷凍機へ電力を供給する手段を備えていても良い。例えば、輸送用冷凍システム１はさらに充電装置５０を備え、充電スタンドＳは交流電源Ｖからの電力を受電して直流電力に変換する。そして、車両Ａと充電スタンドＳとを充電用ケーブルで接続すると、充電スタンドＳから直流電力が車両Ａ側へと供給され、充電装置５０がバッテリ２０を充電するよう構成されている。このような構成を備えることで、発電機１０が起動していない状態でも、バッテリ２０への充電と冷凍機への電力の供給を行うことができる。
　次にコントローラ４０について図５を用いて説明する。
　図５は、本発明の一実施形態における輸送用冷凍システムが備えるコントローラの一例を示す機能ブロック図である。
　コントローラ４０は、例えばマイコン等のコンピュータである。コントローラ４０は、センサ情報取得部４１と、充電率推定部４２と、発電電力算出部４３と、負荷電力情報取得部４４と、充放電制御部４５と、目標負荷設定部４６と、入力部４７と、冷凍機制御部４８と、記憶部４９と、を備える。
　センサ情報取得部４１は、電圧センサ２２が計測した電圧値、電流センサ２３が計測した電流値、温度センサ２４が計測した温度を取得する。センサ情報取得部４１は、発電機１０の回転数を計測する図示しない回転センサ（またはエンジン２の回転数を計測する回転センサ）から回転数を取得する。
　充電率推定部４２は、センサ情報取得部４１が取得した電圧値と電流値に基づいて、バッテリ２０のＳＯＣを算出する。例えば、充電率推定部４２は、冷凍機３３の運転が停止してから所定時間が経過し、バッテリ２０が平衡状態にあるときに電圧センサ２２が計測した開放電圧（ＯＣＶ：open circuit voltage）と、バッテリ２０の開放電圧とＳＯＣとの関係を示す関数等に基づいて、バッテリ２０のＳＯＣ（初期ＳＯＣとする）を算出する。冷凍機３３が運転を開始すると、充電率推定部４２は、初期ＳＯＣに、電流センサ２３が計測した電流値（充電電流や放電電流）を積算してバッテリ２０の現在のＳＯＣを算出する（電流積算法）。また、バッテリ２０は温度によって抵抗値が変化するため、算出したＳＯＣに対して温度補正を行っても良い。例えば、充電率推定部４２は、バッテリ２０の温度に応じたＳＯＣの補正量を規定する所定のＳＯＣ補正値算出モデルを用いて、温度センサ２４が計測した温度に応じた補正量を算出し、その補正量を電流積算法により算出したＳＯＣに加算して、ＳＯＣを補正する。
　発電電力算出部４３は、発電機１０の発電電力を算出する。例えば、発電電力算出部４３は、センサ情報取得部４１が取得した発電機１０の回転数から、図３で例示したグラフに基づいて出力電流を求め、出力電圧（例えば２４Ｖ）と乗じることで発電電力（Ｗ）を算出する。
　負荷電力情報取得部４４は、冷凍機３３の運転に必要な電力の情報を取得する。例えば、負荷電力情報取得部４４は、インバータ３２から消費電力の情報を取得する。例えば、負荷電力情報取得部４４は、冷凍機３３による消費電力の検出値を取得する。
　充放電制御部４５は、発電機１０による発電電力が、冷凍機３３の負荷電力より小さい場合であって、バッテリ２０のＳＯＣが所定の閾値（第１閾値）以上であれば、バッテリ２０の蓄電した電力をインバータ３２へ供給する。このとき、充放電制御部４５は、バッテリ２０のＳＯＣが低下する負荷電力を許容し、負荷電力から発電電力を減算した不足分に見合う電力をバッテリ２０からインバータ３２へ供給する。充放電制御部４５は、バッテリ２０の蓄電した電力をインバータ３２へ供給しているときに、バッテリ２０のＳＯＣが所定の閾値（第２閾値）より小さくなると、バッテリ２０からインバータ３２への電力の供給を停止する。充放電制御部４５は、バッテリ２０が蓄電した電力をインバータ３２へ供給しない状況において、発電機１０が発電した電力の余剰分をバッテリ２０へ供給して、バッテリ２０を充電する。
　目標負荷設定部４６は、バッテリ２０からインバータ３２への電力の供給を行っているときに、バッテリ２０のＳＯＣが第２閾値より小さくなると、発電機１０が発電する電力量より負荷が消費する電力量が小さくなるよう負荷を引き下げる。例えば、発電機１０の発電電力が、冷凍機３３の負荷電力より小さい場合であって、バッテリ２０のＳＯＣが第２閾値より小さくなると、目標負荷設定部４６は、冷凍機３３の負荷電力が、発電機１０の発電電力よりも小さくなるように負荷電力を引き下げる。または、目標負荷設定部４６は、所定の充電電流（例えば、図４で例示した充放電電流に基づく、ＳＯＣに応じた充電電流）が、バッテリ２０へ流入するように負荷電力を引き下げてもよい。その他、例えば、できるだけ長時間それまでの負荷を維持し、その後、急激に負荷を低下させるようにして、ＳＯＣが第２閾値を下回ってから所定時間が経過するまでの負荷による消費電力量が、発電機１０が発電する電力量より小さくなるよう制御してもよい。一方、バッテリ２０のＳＯＣが第２閾値以上であって、発電機１０の発電する電力量とバッテリ２０から供給する電力量の合計が、負荷が消費する電力量を満たすことができる場合、目標負荷設定部４６は、負荷を現状のまま維持する。
　入力部４７は、ユーザから保冷庫３の目標温度の情報や、冷凍機３３の起動、停止を指示する情報の入力を受け付ける。
　冷凍機制御部４８は、冷凍機３３の運転を制御する。例えば、ユーザが、冷凍機３３の運転を開始する操作を行うと、冷凍機制御部４８が、起動を指示する制御信号を、インバータ３２を介して、冷凍機３３側へ出力する。冷凍機３３では、その制御信号に基づいて電動圧縮機３４が起動し、冷凍機３３は運転を開始する。ユーザが、保冷庫３の目標温度を設定すると、冷凍機制御部４８は、保冷庫３内の温度、外気温などに基づいて目標温度に応じた制御信号を生成し、インバータ３２の周波数調整を行うなどして冷凍機３３の運転状態を制御する。例えば、ユーザが、冷凍機３３の動作を停止する操作を行った場合、冷凍機制御部４８は、冷凍機３３の動作を停止する制御信号を出力し、冷凍機３３はその制御信号に従って動作を停止する。
　記憶部４９は、第１閾値、第２閾値など種々の情報を記憶する。
　次に本実施形態の充放電制御について図６を用いて説明する。
　図６は、本発明の一実施形態における輸送用冷凍システムの充放電制御を説明する図である。
　図６に発電機１０の回転数の時系列のグラフ（図６（ａ））と、冷凍機３３による負荷電力の時系列のグラフ（図６（ｂ））と、バッテリ２０の充放電電流の時系列のグラフ（図６（ｃ））と、バッテリ２０のＳＯＣの時系列のグラフ（図６（ｄ））との関係を示す。各グラフの横軸は時間の経過を示し、各グラフの横軸の同じ位置は同じ時刻を示している。
（時刻０～Ｔ０）
　まず、時刻０の時点で車両Ａのエンジン２が起動する。エンジン２が起動すると、エンジン２の回転数に応じて発電機１０の回転数が上昇し、アイドリング状態で一定の回転数を維持する（図６（ａ））。このとき、冷凍機３３は運転しておらず、従って負荷電力は０である（図６（ｂ））。負荷電力が０のため、冷凍機用の発電機１０の発電電力は全て余剰分となる。充放電制御部４５は、発電機１０の発電電力を全てバッテリ２０の充電に割り当てる（図６（ｃ））。この間、バッテリ２０のＳＯＣは、上昇する（図６（ｄ））。
（時刻Ｔ０～Ｔ１）
　時刻Ｔ０で車両Ａが走行を開始すると、発電機１０の回転数は上昇し、しばらくの間、変動する（図６（ａ））。引き続き、冷凍機３３は停止しており負荷電力は０である（図６（ｂ））。充放電制御部４５は、発電機１０の発電電力を全てバッテリ２０の充電に割り当てる（図６（ｃ））。バッテリ２０のＳＯＣは上昇し続ける（図６（ｄ））。
（時刻Ｔ１～Ｔ２）
　その後、車両Ａは、一定の速度で走行する。発電機１０の回転数は一定となる（図６（ａ））。一方、時刻Ｔ１で冷凍機３３は運転を開始し、ユーザが設定した目標温度に対して、一定の負荷電力ｗ１で運転を行う（図６（ｂ））。この例では、発電機１０の発電電力が、冷凍機３３の運転による負荷電力ｗ１より大きいとする。この場合、充放電制御部４５は、発電機１０の発電電力の余剰分（発電電力－負荷電力ｗ１）をバッテリ２０の充電に割り当てる（図６（ｃ））。この例の場合、時刻Ｔ１以降もそれまでと同じ電力を充電することができる。引き続きバッテリ２０のＳＯＣは上昇し続ける（図６（ｄ））。バッテリ２０のＳＯＣは時刻Ｔ１´で第１閾値となる。第１閾値とは、本実施形態の充放電制御においてバッテリ２０の放電の開始が許容されるＳＯＣの閾値である。
　バッテリ２０のＳＯＣが第１閾値以上となって、且つ、負荷電力ｗ１が発電電力を上回ると、充放電制御部４５は、バッテリ２０から冷凍ユニット３０への電力の供給を開始する。また、以下説明するように充放電制御部４５は、バッテリ２０のＳＯＣが、第２閾値（例えば、冷凍機３３が運転を開始するときのＳＯＣ）を下回らないように充放電の制御および負荷電力の制御を行う。冷凍機３３が運転を開始したときのＳＯＣ（時刻Ｔ１でのＳＯＣ）を第２閾値とする。第２閾値とは、本実施形態の充放電制御においてバッテリ２０が取り得るＳＯＣの最低値である。つまり、バッテリ２０が放電中でも、バッテリ２０のＳＯＣは、充放電制御部４５により、第２閾値以上を維持するように制御される。冷凍機３３の運転開始時点で、バッテリ２０のＳＯＣが第２閾値以上となっていることを条件としても良い。
（時刻Ｔ２～Ｔ５）
　その後、車両Ａは減速し、それに伴い、発電機１０の回転数も低下する（図６（ａ））。冷凍機３３は同じ負荷電力ｗ１での運転を継続する（図６（ｂ））。発電機１０が発電した電力の低下に伴って、時刻Ｔ３において、充放電制御部４５によるバッテリ２０に流れる充電電流値が低下し始める（図６（ｃ））。
　時刻Ｔ４において、発電機１０が発電した電力の大きさと冷凍機３３の負荷電力ｗ１の大きさが等しくなる。時刻Ｔ４以降は、発電機１０が発電した電力が冷凍機３３の負荷電力ｗ１よりも小さくなる。そして、時刻Ｔ５となると車両Ａの走行はアイドリング状態となる。これに伴い、充放電制御部４５は、バッテリ２０への充電を時刻Ｔ４で停止する。時刻Ｔ４以降は、発電機１０による発電電力が冷凍機３３が要求する負荷電力ｗ１に対して足りなくなる為、充放電制御部４５は、この不足分（負荷電力ｗ１－発電電力）をバッテリ２０からの放電で賄う。このとき、バッテリ２０のＳＯＣが第１閾値以上となっていることが条件であるが、本例では、時刻Ｔ４において、バッテリ２０のＳＯＣが第１閾値以上となっている（図６（ｄ））のでこの条件を満たす。充放電制御部４５は、バッテリ２０を放電させ（図６（ｃ））、バッテリ２０の蓄電した電力をインバータ３２を介して、冷凍機３３へ供給する。これにより時刻Ｔ４以降、バッテリ２０のＳＯＣは低下し始める（図６（ｄ））。
　バッテリ２０からの電力の供給が開始されても、ＳＯＣが第２閾値以上である間は、目標負荷設定部４６により負荷電力はｗ１に維持されるため、冷凍機３３の運転が制限されることは無い。従って、時刻Ｔ４以降も、保冷庫３の温度は、ユーザ所望の目標温度に制御される。
（時刻Ｔ５～Ｔ６）
　時刻Ｔ５からしばらくの間、車両Ａはアイドリング状態のまま停車する。その間、発電機１０の回転数は一定である（図６（ａ））。この間、発電機１０の発電電力は負荷電力ｗ１を下回り、一方、バッテリ２０のＳＯＣは第２閾値以上であるので、充放電制御部４５は、バッテリ２０の放電を継続する（図６（ｃ））。これに伴いバッテリ２０のＳＯＣは低下し続ける（図６（ｄ））。目標負荷設定部４６により、負荷電力はｗ１に維持される（図６（ｂ））。この間も、保冷庫３の温度は、ユーザ所望の目標温度に制御される。
（時刻Ｔ６～Ｔ８）
　時刻Ｔ６となると、車両Ａは走行を開始し、発電機１０の回転数、発電電力は上昇していく。発電機１０の発電電力の上昇に伴い、充放電制御部４５は、バッテリ２０の放電電力を低下させ（図６（ｃ））、発電機１０の発電電力とバッテリ２０の放電電力の合計が、負荷電力ｗ１と等しくなるよう制御する。
　その後、時刻Ｔ７において、発電機１０の発電電力と冷凍機３３の負荷電力ｗ１が等しくなると（図６（ａ））、充放電制御部４５は、バッテリ２０の放電を時刻Ｔ７に停止する（図６（ｃ））。発電機１０の回転数は、その後も上昇し続け、発電電力も上昇し、負荷電力ｗ１を上回るようになる。これに伴い、時刻Ｔ７以降、充放電制御部４５は、発電機１０の発電電力の余剰分をバッテリ２０に供給しバッテリ２０を充電する（図６（ｃ））。これにより、バッテリ２０のＳＯＣは上昇する。
（時刻Ｔ８以降）
　時刻Ｔ８で車両Ａは再び減速し、アイドリング状態となる。発電機１０の回転数、発電電力は低下する（図６（ａ））。やがて、発電機１０による発電電力が負荷電力ｗ１以下となると、充放電制御部４５は、バッテリ２０のＳＯＣが第１閾値以上であることに基づいて、バッテリ２０から放電させ、発電電力の負荷電力に対する不足分を補う（図６（ｃ））。これにより、バッテリ２０のＳＯＣは低下する（図６（ｄ））。
　この間も、バッテリ２０のＳＯＣが第２閾値以上であることに基づき、冷凍機３３の運転が制限されることは無く、保冷庫３の温度は、ユーザ所望の目標温度に制御される。
　時刻Ｔ９になると、バッテリ２０のＳＯＣは第２閾値に至る。すると、充放電制御部４５は、時刻Ｔ９にバッテリ２０の放電を停止する（図６（ｃ））。車両Ａは、時刻Ｔ９以降もアイドリング状態を続けるため、発電機１０の発電電力も負荷電力ｗ１を下回ったままである。ＳＯＣが低下し第２閾値に至ったことに基づいて、バッテリ２０の放電を停止したので、このまま負荷電力ｗ１を維持することができない。従って、目標負荷設定部４６は、負荷が消費する電力量が、発電機１０が発電する電力量以下となるように負荷を引き下げる。例えば、目標負荷設定部４６は、負荷電力をｗ１からｗ２まで引き下げる（図６（ｂ））。例えば、目標負荷設定部４６により、負荷電力ｗ２は、車両Ａがアイドリング状態となっているときの発電機１０の発電電力よりも小さな値に設定される。負荷電力をｗ２まで引き下げたことにより、発電機１０の発電電力を冷凍機３３に供給しても、余剰の電力が生じる。充放電制御部４５は、この余剰の電力をバッテリ２０に供給し、バッテリ２０を充電する。これにより、バッテリ２０のＳＯＣは上昇し、やがて第１閾値以上に回復する。バッテリ２０のＳＯＣが第１閾値以上に回復すると、充放電制御部４５は、バッテリ２０からの放電が可能になる。バッテリ２０のＳＯＣが、第１閾値以上に回復すると、目標負荷設定部４６は、負荷電力をｗ２から元のｗ１に戻してもよい。例えば、保冷庫３の温度が十分冷却されている場合など、負荷電力ｗ２を大幅に引き下げ（例えば、一時的にｗ２＝０としてもよい）、なるべく多くの充電電流（例えば、図４に例示したグラフに基づくＳＯＣに応じた最大の充電電流）がバッテリ２０に流れるようにして急速にバッテリ２０のＳＯＣを回復させ、なるべく短時間で元の目標温度に戻すような制御を行ってもよい。
　なお、負荷電力をｗ２に低下することで冷凍能力が低下し、保冷庫３の温度が上昇してしまう可能性があるが、本実施形態の充放電制御を行うことで、ユーザ所望の目標温度に応じた負荷電力ｗ１を維持したまま冷凍機３３を運転する時間を長くすることができる。
従来、バッテリからの電力で冷凍機を運転する状況では、バッテリ上がりを防止するために冷凍機３３の冷凍能力をセーブする（目標温度を引き上げる）制御が行われることが多い。このような制御の場合、発電電力が不足する時間が長く続くと、この間中、継続して冷凍機３３の冷凍能力がセーブされることになる。これにより、保冷庫３の温度が上昇する可能性が高くなる。これに対し、本実施形態の充放電制御によれば、バッテリ２０を利用する運転状態であっても、バッテリ２０のＳＯＣに応じて冷凍機３３の冷凍能力をセーブすることなく、最大限に活用する時間を長くすることができる。これにより、保冷庫３の庫内温度が、ユーザ所望の目標温度から乖離するリスクを低減することができる。
　次にエンジン２が駆動している状態であるとして、本実施形態の充放電制御の処理の流れについて説明する。
　図７は、本発明の一実施形態における輸送用冷凍システムの充放電制御の一例を示すフローチャートである。
　まず、センサ情報取得部４１が、冷凍機３３が起動していない無負荷とみなせる状態で電圧センサ２２が計測したバッテリ２０の開放電圧を取得する。次に充電率推定部４２が、取得した電圧に基づいて、バッテリ２０の初期ＳＯＣを算出する（ステップＳ１１）。充電率推定部４２は、算出した初期ＳＯＣの値を記憶部４９に記録する。
　次に冷凍機３３が運転を開始する（ステップＳ１２）。冷凍機３３が運転を開始すると、冷凍機制御部４８がインバータ３２を介して電動圧縮機３４を駆動する。冷凍機制御部４８は、保冷庫３の庫内温度、庫外温度など種々の運転条件に応じて、保冷庫３の庫内温度が、ユーザが入力部４７を介して設定した目標温度となるよう、インバータ３２の周波数を制御して冷凍機３３を運転する。
　発電電力算出部４３は、センサ情報取得部４１が取得した発電機１０の回転数から、例えば図３のグラフに基づいて出力電流を求め、電圧を乗じて発電電力を算出する（ステップＳ１３）。発電電力算出部４３は、算出した発電電力の値を充放電制御部４５へ出力する。負荷電力情報取得部４４は、インバータ３２から負荷電力の値を取得する（ステップＳ１４）。負荷電力情報取得部４４は、取得した負荷電力の値を充放電制御部４５へ出力する。充放電制御部４５は、発電電力と負荷電力とを比較する（ステップＳ１５）。発電電力が負荷電力以上の場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、充放電制御部４５は、発電電力から負荷電力を減算して得られる発電電力の余剰分をバッテリ２０に供給し、バッテリ２０を充電する（ステップＳ１６）。センサ情報取得部４１は、電流センサ２３が計測したバッテリ２０へ流れる充電電流の値を取得する。充電率推定部４２は、電流センサ２３が計測した電流値を積算し、積算した値を初期ＳＯＣに加算して、充電中のバッテリ２０のＳＯＣを算出する（ステップＳ１７）。このとき、充電率推定部４２は、温度センサ２４が計測したバッテリ２０の内部温度に基づいて、ＳＯＣに対する補正を行っても良い。充電率推定部４２は、算出したＳＯＣの値を記憶部４９に記録する。
　発電電力が負荷電力より小さい場合（ステップＳ１５；Ｎｏ）、充放電制御部４５は、バッテリ２０のＳＯＣが第１閾値以上かどうかを判定する（ステップＳ１８）。バッテリ２０のＳＯＣが第１閾値以上の場合（ステップＳ１８；Ｙｅｓ）、充放電制御部４５は、バッテリ２０を放電させ、負荷電力から発電電力を減算して得られる電力の不足分をバッテリ２０からインバータ３２に供給する（ステップＳ１９）。センサ情報取得部４１は、電流センサ２３が計測したバッテリ２０から流れる放電電流の値を取得する。充電率推定部４２は、電流センサ２３が計測した電流値を積算し、放電中のバッテリ２０のＳＯＣを算出する（ステップＳ２０）。ステップＳ１７と同様、充電率推定部４２は、ＳＯＣの温度による補正を行ってもよい。
　バッテリ２０のＳＯＣが第１閾値未満の場合（ステップＳ１８；Ｎｏ）、続いて、充放電制御部４５は、バッテリ２０のＳＯＣが第２閾値以上かどうかを判定する（ステップＳ２１）。バッテリ２０のＳＯＣが第２閾値以上の場合（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）、ステップＳ１５以降の処理を繰り返す。バッテリ２０のＳＯＣが第２閾値未満の場合（ステップＳ２１；Ｎｏ）、充放電制御部４５は、バッテリ２０からの放電を停止する（ステップＳ２２）。発電機１０による発電電力だけでは、冷凍機３３の負荷を賄うことができないので、目標負荷設定部４６が、負荷の消費する電力量が発電機１０の発電する電力量より小さくなるよう負荷を引き下げる（ステップＳ２３）。例えば、目標負荷設定部４６は、車両Ａの走行状態に関わらず、発電機１０の発電電力以下となるような負荷電力の目標値を設定し、新たに設定した負荷電力の目標値を冷凍機制御部４８へ出力する。あるいは、例えば、図４のグラフに基づいてバッテリ２０への充電電流の基準値を設け、電流センサ２３が計測する充電電流の値がこの基準値以上となるように負荷電力を設定してもよい。
　冷凍機制御部４８は、目標負荷設定部４６が設定した負荷電力に応じてインバータ３２の周波数を低下させる。これにより、冷凍機３３の運転による負荷電力を低下することができる。
　次に冷凍機制御部４８が、冷凍機３３の運転を停止するかどうかを判定する（ステップＳ２４）。例えば、ユーザが入力部４７を介して冷凍機３３の運転を停止する操作を入力すると、冷凍機制御部４８は、冷凍機３３の運転を停止すると判定する。冷凍機３３の運転を停止する場合（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）、フローチャートを終了する。
　冷凍機３３の運転が継続される場合（ステップＳ２４；Ｎｏ）、ステップＳ１３からの処理を繰り返す。例えば、ステップＳ２３の処理で負荷を引き下げた場合、負荷が低下したことにより電動圧縮機３４の回転数は低下し、保冷庫３に対する冷凍能力は低下するが、ステップＳ１５の判定で発電電力は負荷電力以上となり、充放電制御部４５は、バッテリ２０を充電する。これにより、バッテリ２０のＳＯＣは徐々に回復し、やがて第１閾値以上となると、再び放電が可能な状態となる。
　本実施形態によれば、負荷電力に対する発電機１０による発電電力の過不足を、バッテリ２０により補うことができるので、例えば、車両Ａの走行状態の急激な変化（発停、走行速度の変化など）などにより、発電機１０の発電電力の変動が大きい場合でも、安定した冷凍機３３の運転を行うことができる。例えば、車両Ａがアイドリング状態で停車している間も走行時と変わらない冷凍能力を発揮することが可能である。
　特に、バッテリ２０のＳＯＣが高い状態では、発電機１０による発電電力を超える負荷電力を供給することが可能となり、大きな冷凍能力を提供することができる。また、バッテリ２０のＳＯＣが第２閾値以上であれば、最終的にＳＯＣが第２閾値以下に低下し、バッテリ２０からの放電を停止するまでの間、発電機１０による発電電力以上の負荷電力を継続して供給することができる。従って、バッテリからの放電を行う場合には冷凍能力をセーブするような従来の制御に比べ、長時間、冷凍能力を発揮させることができるので、保冷庫３の庫内温度を所望の温度に制御しやすい。
　また、発電電力が負荷電力を上回る状況では、その余剰電力でバッテリ２０を充電しバッテリ２０のＳＯＣを高く保つことで、バッテリ２０からの電力供給が可能な状態を維持しやすく、より安定した運転を実現することができる。
　また、バッテリ２０からの放電が多大となる場面でも、ＳＯＣを第２閾値以上に保つことができるので、過放電によるバッテリ２０の早期劣化（サルフェーション）を防ぐことができる。
　また、負荷電力に対する発電電力の過不足をバッテリ２０への充放電電流値により間接的に把握することができる。
　また、上記制御を実行するにあたっては、バッテリ２０のＳＯＣに基づいて充放電を制御したり、冷凍機３３の要求負荷を引き下げたりするが、そのためには、バッテリ２０のＳＯＣを正確に検出する必要がある。本実施形態の充電率推定部４２によれば、バッテリ２０からの充放電電流に基づいて、リアルタイムにバッテリ２０のＳＯＣを算出することができる。
　その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、輸送用冷凍システム１は、車両だけではなく、航空機、船舶に適用することができる。コントローラ４０は制御装置の一例である。車両Ａは、移動体の一例である。エンジン２は、移動体の動力源の一例である。移動体の動力源の他の例として例えば、モータが挙げられる。
　上述の制御装置、輸送用冷凍システム及び制御方法によれば、移動体の動力源の駆動により発電する発電機と二次電池を電源とする輸送用冷凍システムにおいて、二次電池が蓄電した電力を利用する状況であっても、冷凍能力を低下させることなく、運転する時間を長くすることができる。
　Ａ　　　車両
　２　　　エンジン
　３　　　保冷庫
　１０、１１　　　発電機
　２０、２１　　　冷凍機用のバッテリ
　２２　　　電圧センサ
　２３　　　電流センサ
　２４　　　温度センサ
　３０　　　冷凍ユニット
　３１　　　コンバータ
　３２　　　インバータ
　３３　　　冷凍機
　３４　　　電動圧縮機
　４０　　　コントローラ
　４１　　　センサ情報取得部
　４２　　　充電率推定部
　４３　　　発電電力算出部
　４４　　　負荷電力情報取得部
　４５　　　充放電制御部
　４６　　　目標負荷設定部
　４７　　　入力部
　４８　　　冷凍機制御部
　４９　　　記憶部

Claims (14)

  1. 　移動体の動力源によって駆動する発電機と、前記発電機が発電した電力を蓄電する二次電池とを電源とする冷凍機の制御装置であって、
    　前記発電機が発電する電力が、前記冷凍機が要求する負荷より小さい場合、前記二次電池の充電率が所定の第１閾値以上であれば、前記二次電池の蓄電した電力を前記冷凍機に供給する、
    　制御装置。
  2. 　前記二次電池から前記冷凍機への電力の供給を行っているときに、前記二次電池の充電率が所定の第２閾値より小さくなると、前記二次電池から前記冷凍機への電力の供給を停止する、
    　請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記二次電池から前記冷凍機への電力の供給を行っているときに、前記二次電池の充電率が所定の第２閾値より小さくなると、前記冷凍機が要求する負荷を引き下げる、
    　請求項１または請求項２に記載の制御装置。
  4. 　前記負荷を引き下げる場合、前記発電機が発電する電力量より前記負荷が消費する電力量が小さくなるよう前記負荷を引き下げる、
    　請求項３に記載の制御装置。
  5. 　前記負荷を引き下げる場合、前記二次電池の充電電流が所定の値となるように前記負荷を設定する、
    　請求項３に記載の制御装置。
  6. 　前記二次電池から前記冷凍機への電力の供給を行わない場合、前記発電機が発電した電力の余剰分を供給して前記二次電池を充電する、
    　請求項１から請求項５の何れか１項に記載の制御装置。
  7. 　前記二次電池からの充放電電流に基づいて、前記二次電池の充電率を算出する、
    　請求項１から請求項６の何れか１項に記載の制御装置。
  8. 　前記冷凍機の運転が停止しているときに計測した開放電圧に基づく充電率を基準として、前記充放電電流を積算して前記充電率を算出する、
    　請求項７に記載の制御装置。
  9. 　前記二次電池の温度に基づいて前記充電率を補正する、
    　請求項７または請求項８に記載の制御装置。
  10. 　移動体の動力源によって駆動する発電機と、前記発電機が発電した電力を蓄電する二次電池とを電源とする冷凍機の制御装置であって、前記二次電池からの充放電電流に基づいて、前記二次電池の充電率を算出する制御装置。
  11. 　移動体の動力源により駆動する発電機と、
    　前記発電機が発電した電力を蓄電する二次電池と、
    　前記発電機と前記二次電池とを電源とする冷凍機と、
    　請求項１から請求項９の何れか１項に記載の制御装置と、
    　を備える輸送用冷凍システム。
  12. 　前記二次電池を外部の電源から供給される電力によって充電及び前記冷凍機へ電力を供給する手段、
    　をさらに備える請求項１１に記載の輸送用冷凍システム。
  13. 　移動体の動力源によって駆動する発電機と、前記発電機が発電した電力を蓄電する二次電池とを電源とする冷凍機の制御方法であって、
    　前記発電機が発電する電力が、前記冷凍機が要求する負荷より小さい場合、前記二次電池の充電率が所定の第１閾値以上であれば、前記二次電池の蓄電した電力を前記冷凍機に供給する、制御方法。
  14. 　移動体の動力源によって駆動する発電機と、前記発電機が発電した電力を蓄電する二次電池とを電源とする冷凍機における前記二次電池の充電率算出方法であって、前記二次電池からの充放電電流に基づいて、前記二次電池の充電率を算出する、充電率算出方法。
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