JP2018145750A - 作業機械への電力供給方法および電力供給システム - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明に係る作業機械の電力供給システムの第一の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明の実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、特に断らない限り、同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
作業機械210は、図4(a)に示すように、ブーム219、アーム217およびバケット215を有する多関節型の作業装置と、上部旋回体221および下部走行体222を有する車体と、無線通信装置211と、各部を駆動する油圧ポンプ224と、油圧ポンプ224の駆動源である電動機223と、接続部材241と、電源ケーブル242と、を備える。
バッテリ511は、繰り返し使用可能な充電式の電池(二次電池)であり、作業機械210の電動機223に電力を供給する。充電設備410において充電され、運搬車両530により、作業機械210まで運搬される。
被牽引車510は、バッテリ511を搭載し、運搬車両530に牽引されて、充電施設400と作業場200との間を往復する。なお、本実施形態では、各被牽引車510に搭載されるバッテリ511の容量は、各作業機械210の1日の作業量を電力量に変換した値よりも小さく設定されており、1台の作業機械210を1日稼働するためには複数回のバッテリ511の交換が必要な構成とする。
運搬車両530は、図4(b)に示すように、1台の被牽引車510と給電装置520とを牽引して作業場200と充電施設400との間を往復する。本実施形態では、例えば、往路は、バッテリ511と給電装置520とを牽引して作業場200へ向かう。そして、復路は、往路に運搬したバッテリ511と交換したバッテリ511と、往路に運んだ給電装置520とを牽引して充電施設400へ戻る。
充電設備410は、バッテリ511を充電する。充電設備410は、無線通信装置411と、バッテリ511の状態監視等をはじめとした各種処理を行う充電監視制御部412と、バッテリ511を充電する充電器413と、充電器413とバッテリ511とを接続する接続ケーブル421とを備える。
給電装置520は、自家発電と給電とが可能な装置である。図4(b)に示すように、バッテリ511に接続され、バッテリ511とともに運搬車両530に牽引される。また、発電した電力は、バッテリ511に供給される。本図に示すように、給電装置520は、発電部522(522Aおよび522B)と電力供給部523とを備える。
次に、本実施形態の管理施設300内の管理システム301を構成する各部の詳細を図5(a)および図5(b)を用いて説明する。本実施形態の管理システム301は、予め定めた作業計画に従って、作業機械210にバッテリ511が供給されるよう制御する。
次に、本実施形態の作業機械への電力供給システム100による電力供給処理の流れを説明する。図6は、本実施形態の電力供給処理の処理フローである。ここでは、1台の運搬車両530が充電施設400から作業場200を経て充電施設400に戻るまでの流れを説明する。
次に、上記ステップS1103の、接続給電装置決定部316による接続給電装置決定処理の詳細を説明する。図7は、本実施形態の接続給電装置決定処理の処理フローである。
次に、本発明の第二の実施形態を説明する。第一の実施形態では、異なる給電能力を備えた複数の給電装置520を備える。本実施形態では、複数の給電装置520を備えるが、それらは、全て同一の給電能力を備えるものとする。
以下、本実施形態の接続給電装置決定部316による接続給電装置決定処理の流れを説明する。図9は、本実施形態の接続給電装置決定処理の処理フローである。本では、まず、合計給電能力が必要給電量を超えるよう接続する給電装置520の個数を決定し、当該個数の給電装置520を、接続給電装置520と決定する。
次に、本発明の第三の実施形態を説明する。本実施形態では、第一の実施形態同様、複数の異なる給電能力を有する給電装置520を用意する。さらに、本実施形態では、運搬中のバッテリ511の自然放電分を補う自然放電用給電装置として第二の給電装置521を備える。そして、図8(b)に示すように、運搬バッテリ511には、第二の給電装置521と接続給電装置520とを接続する。
次に、本実施形態の接続給電装置決定部316による接続給電装置決定処理の流れを説明する。図10は、本実施形態の接続給電装置決定処理の処理フローである。
次に、本発明の第四の実施形態を説明する。本実施形態では、基本的に第二の実施形態と同様に、同一の給電能力を備える複数の給電装置520を備える。そして、運搬バッテリ511に運搬中に給電するため、必要数の給電装置520を接続する。ただし、本実施形態では、図11(a)に示すように、運搬路500の途中で、不要な給電装置520を切り離す。そして、切り離された給電装置520は、いずれかの運搬車両530が復路において回収し、充電施設400に牽引する。
Whbat(t)=Whbat0−(Wge−Wndu)×t ・・・(1)
ここで、Whbat0[wh]は、必要給電量の初期値、すなわち、出発前に算出した値である。また、Wge[w]は、1つの給電装置520の、単位時間当たりの給電量である。また、Wndu[w]は、単位時間当たりの、自然放電量である。
図12に、本実施形態の、充電施設400を出発してから作業場200の接続位置に到着するまでの間の、接続給電装置切り離し処理の流れを示す。
次に、本発明の第五の実施形態を説明する。本実施形態では、給電装置520が自走機能を備え、運搬路500上で切り離された後、自身の機能により、充電施設400または、最寄りの運搬車両530へ向かう。
図13に、本実施形態の、切り離された後の、給電装置520における目的地決定部525による目的地決定処理の流れを示す。
200:作業場、210:作業機械、211:無線通信装置、213:ブームシリンダ、215:バケット、216:バケットシリンダ、217:アーム、218:アームシリンダ、219:ブーム、221:上部旋回体、222:下部走行体、223:電動機、224:油圧ポンプ、241:接続部材、242:電源ケーブル、
300:管理施設、301:管理システム、302:通信施設、303:表示端末、310:管理施設端末、311:作業計画管理部、312:車両管理部、313:バッテリ管理部、314:給電装置管理部、315:給電量算出部、316:接続給電装置決定部、317:運行管理部、321:CPU、322:メモリ、323:記憶装置、324:表示装置、325:操作装置、326:無線通信装置、327:I/O、328:I/O、
400:充電施設、410:充電設備、411:無線通信装置、412:充電監視制御部、413:充電器、421:接続ケーブル、
500:運搬路、510:被牽引車、511:バッテリ、512:バッテリ状態検出部、520:給電装置、521:第二の給電装置、522:発電部、523:電力供給部、524:無線通信部、525:目的地決定部、526:移動部、530:運搬車両、531:無線通信装置
Claims (8)
- バッテリで駆動される作業機械と、前記バッテリを充電施設から前記作業機械が作業する作業場まで予め定めた運搬路を運搬する運搬車両と、運搬中に発電しながら前記バッテリに給電する給電装置とを備えるシステムにおける作業機械への電力供給方法において、
運搬中に当該バッテリに給電すべき給電量である必要給電量を算出する給電量算出ステップと、
前記バッテリに接続する給電装置である接続給電装置を決定する接続給電装置決定ステップと、
前記接続給電装置から前記バッテリに給電しながら、当該バッテリを前記運搬車両で前記充電施設から前記作業場まで運搬する運搬給電ステップと、を備え、
前記給電量算出ステップでは、前記充電施設を出発直前の前記バッテリの充電率に基づいて、前記作業場に到着した際、当該バッテリが予め定めた充電量以上となるよう前記必要給電量を算出し、
前記接続給電装置決定ステップでは、給電能力が、前記必要給電量を超えるよう前記接続給電装置を決定すること
を特徴とする作業機械への電力供給方法。 - 請求項1記載の作業機械への電力供給方法において、
前記システムは、異なる給電能力を備えた複数の前記給電装置を備え、
前記接続給電装置決定ステップでは、前記必要給電量以上の供給能力を有する前記給電装置がある場合、当該給電装置を前記接続給電装置として決定すること
を特徴とする作業機械への電力供給方法。 - 請求項1記載の作業機械への電力供給方法において、
前記システムは、同一給電能力の複数の前記給電装置を備え、
前記接続給電装置決定ステップでは、合計給電能力が前記必要給電量を超える個数の前記給電装置がある場合、当該個数の前記給電装置を、前記接続給電装置と決定すること
を特徴とする作業機械への電力供給方法。 - 請求項1記載の作業機械への電力供給方法において、
前記システムは、前記バッテリが前記運搬路を運搬される際に自然放電する電力量を供給可能な自然放電用給電装置をさらに備え、
前記給電量算出ステップでは、必要給電量として、前記自然放電による電力量を除いた電力量を算出し、
前記運搬給電ステップでは、前記自然放電用給電装置から前記バッテリにさらに給電すること
を特徴とする作業機械への電力供給方法。 - 請求項3記載の作業機械への電力供給方法において、
前記運搬給電ステップにおいて、予め定めた時間間隔で、前記必要給電量と当該必要給電量を満たす前記給電装置の個数の最小値とを算出し、算出された個数を超える前記接続給電装置を切り離す指示を出力すること
を特徴とする作業機械への電力供給方法。 - 請求項5記載の作業機械への電力供給方法において、
前記運搬路上に切離された前記給電装置がある場合、当該給電装置を回収する運搬車両として回収車を決定する回収車決定ステップと、
前記回収車に前記給電装置を回収するよう指示する回収指示ステップと、をさらに備え、
前記回収車決定ステップでは、前記運搬路上の切離された前記給電装置より前記作業場側にあり、かつ、当該給電装置に最も近い前記運搬車両を、前記回収車と決定すること
を特徴とする作業機械への電力供給方法。 - 請求項5記載の作業機械への電力供給方法において、
前記給電装置は、自走機能と、目的地決定部と、を備え、
切離された際、前記目的地決定部が、移動コストが最も小さい目的地を決定する目的地決定ステップをさらに備えること
を特徴とする作業機械への電力供給方法。 - 充電施設からバッテリで駆動する作業機械が作業する作業場まで、当該バッテリを運搬する運搬車両と、
運搬中に発電するとともに前記バッテリに給電する給電装置と、
運搬中に前記バッテリに給電すべき給電量を算出する給電量算出部と、
前記バッテリに接続する給電装置である接続給電装置を決定する給電装置決定部と、を備え、
前記給電量算出部は、前記充電施設を出発直前の前記バッテリの充電率に基づいて、前記作業場に到着した際、当該バッテリが予め定めた充電量以上となるよう前記給電量を算出し、
前記給電装置決定部は、給電能力が前記算出した給電量を超えるよう前記給電装置を決定すること
を特徴とする作業機械への電力供給システム。
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