JP2021069239A - ダンプトラック - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも信頼性および耐用性を向上させた複数の電力変換モジュールを搭載したダンプトラックを提供する。【解決手段】パワーコントローラ１５０は、一部の電力変換モジュール１６１の故障時に、故障した電力変換モジュール１６１を短絡させるバイパス回路１６２に制御信号ＣＳ１を出力するとともに、電力回生装置１６０を介した高圧直流ライン１１２から補機直流ライン１８０への電力回生時に電力回生装置１６０の出力電圧を維持するように正常な電力変換モジュール１６１の出力電圧を上昇させる。【選択図】図２

Description

本開示は、ダンプトラックに関する。

従来から電力変換システムに関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された電力変換器システムは、電力変換器群と、制御手段と、故障検出手段と、出力切り離しスイッチと、バイパススイッチと、を備えている（同文献、請求項１、第０００５段落等を参照）。前記電力変換器群は、半導体スイッチ素子を用いて形成された複数の単相電力変換器の出力を直列接続した構成を有する。前記制御手段は、その電力変換器群を制御する。前記故障検出手段は、前記各単相電力変換器の故障を検出する。

前記出力切り離しスイッチは、前記単相電力変換器の出力線に挿入されている。前記バイパススイッチは、その切り離しスイッチを含めて各単相電力変換器の出力をバイパスするバイパス回路に挿入されている。前記制御手段は、前記故障検出手段から出力される故障検出信号に応答して、当該故障に係る前記単相電力変換器の出力切り離しスイッチを開き、かつバイパススイッチを閉じる指令を出力する。

このように構成することにより、一つの単相電力変換器が故障した場合、制御手段と出力切り離しスイッチにより、その単相電力変換器がシステムから切り離され、かつバイパススイッチにより、その単相電力変換器の出力がバイパスされて、システムから故障に係る単相電力変換器が除去される。その結果、残りの健全な単相電力変換器の直列出力により、負荷への電力供給が継続されることになり、電力供給の信頼性が向上する（同文献、第０００６段落等を参照）。

特開２０００−２４５１６８号公報

前記従来の電力変換システムは、システムから故障した単相電力変換器を除去して負荷への電力供給を継続すると、他の正常な単相電力変換器の負担が大きくなり、それら正常な単相電力変換器の故障を誘発するおそれがある。

本開示は、従来よりも信頼性および耐用性が向上した電力回生装置を搭載したダンプトラックを提供する。

本開示の一態様は、走行モータと、該走行モータに接続された電力回生装置と、該電力回生装置に接続された蓄電装置と、前記電力回生装置および前記蓄電装置に接続された補機と、前記走行モータ、前記電力回生装置および前記蓄電装置を制御するパワーコントローラと、を備えたダンプトラックであって、前記電力回生装置は、直列に接続された複数の電力変換モジュールと、前記パワーコントローラから出力される制御信号により各々の前記電力変換モジュールを短絡させる複数のバイパス回路とを有し、前記電力変換モジュールは、前記走行モータに高圧直流ラインを介して接続されたインバータと、前記蓄電装置および前記補機に補機直流ラインを介して接続された整流回路と、前記インバータおよび前記整流回路に接続されたトランスと、を有し、前記パワーコントローラは、一部の前記電力変換モジュールの故障時に、故障した前記電力変換モジュールを短絡させる前記バイパス回路に前記制御信号を出力するとともに、一部の前記電力変換モジュールの故障時かつ前記電力回生装置を介した前記高圧直流ラインから前記補機直流ラインへの電力供給時に、前記蓄電装置から前記補機へ不足した電力を供給させることを特徴とするダンプトラックである。

本開示の上記一態様によれば、電力回生装置の複数の電力変換モジュールの一部が故障した場合に、高圧直流ラインから電力回生装置を介して補機に供給する電力が不足した場合でも、蓄電装置から補機へ不足した電力を供給することができる。したがって、一部の故障した電力変換モジュール以外の正常な電力変換モジュールの消費電力の増加を抑制することができ、従来よりも信頼性および耐用性が向上した電力回生装置を搭載したダンプトラックを提供することができる。

本開示に係るダンプトラックの実施形態１を示す側面図。 図１に示すダンプトラックの動力システムのブロック図。 図２の動力システムを構成する電力変換モジュールの一例を示す回路図。 図２の動力システムを構成する蓄電装置の一例を示す回路図。 図２の動力システムを構成するパワーコントローラの機能ブロック図。 図５のパワーコントローラによる制御の流れの一例を示すフロー図。 図５のパワーコントローラによる制御の流れの一例を示すフロー図。 図１に示すダンプトラックの動作を示すタイムチャート。 本開示に係るダンプトラックの実施形態２のパワーコントローラの機能ブロック図。 図９のパワーコントローラを備えるダンプトラックの動作を示すタイムチャート。

以下、図面を参照して本開示に係るダンプトラックの実施形態を説明する。

［実施形態１］
図１は、本開示に係るダンプトラックの実施形態１を示す側面図である。本実施形態のダンプトラック１０は、たとえば、鉱山の採掘オペレーションに使用されるリジッドダンプトラックである。本実施形態のダンプトラック１０は、たとえば、車体フレーム１１と、左右の前輪１２Ｆと、左右の後輪１２Ｒと、左右の前輪側サスペンション装置と、左右の後輪側サスペンション装置１３Ｒと、センサ１３Ｓと、を有している。

また、ダンプトラック１０は、たとえば、積載物を積載するボディ１４と、左右のホイストシリンダ１５と、キャブ１６と、走行駆動装置１７と、建屋１８と、グリッドボックス１９と、を有している。ダンプトラック１０のボディ１４に積み込まれる積載物は、特に限定はされないが、たとえば、土砂、砕石、鉱物資源などである。また、センサ１３Ｓは、たとえば、後輪側サスペンション装置１３Ｒの油圧シリンダ内に収容された油圧センサであり、シリンダ内の油圧を検知することで、ボディ１４に積載された積載物の重量を検知する。

図２は、本実施形態のダンプトラック１０の動力システム１００のブロック図である。動力システム１００は、図１に示すダンプトラック１０に搭載され、ダンプトラック１０を駆動させる。動力システム１００は、たとえば、走行モータ１１０と、インバータ１１１と、高圧直流ライン１１２と、電圧計１１３と、ダイオードブリッジ１１４と、発電機１２０と、エンジン１３０と、を有している。また、動力システム１００は、たとえば、メインコントローラ１４０と、パワーコントローラ１５０と、電力回生装置１６０と、蓄電装置１７０と、補機直流ライン１８０と、グリッドボックス抵抗１９１と、グリッドボックスファンモータ１９２と、を有している。

走行モータ１１０は、たとえば、左右の後輪１２Ｒをそれぞれ独立して駆動させるように、左右の後輪１２Ｒのそれぞれに対して設けられている。図２では、二つの走行モータ１１０のうち、一つの走行モータ１１０の図示を省略している。走行モータ１１０は、たとえば、減速機を介して後輪１２Ｒに連結され、後輪１２Ｒを駆動する走行駆動装置１７を構成している。走行モータ１１０は、たとえば、インバータ１１１を介して高圧直流ライン１１２に接続されている。走行モータ１１０は、高圧直流ライン１１２の直流電力がインバータ１１１を介して交流電力に変換されて供給されることで駆動される。

高圧直流ライン１１２は、インバータ１１１とグリッドボックス抵抗１９１とを接続するとともに、ダイオードブリッジ１１４を介して発電機１２０に接続されている。また、高圧直流ライン１１２は、電力回生装置１６０に接続されている。電圧計１１３は、高圧直流ライン１１２に接続され、高圧直流ライン１１２の電圧を測定し、測定結果を出力信号Ｓ２としてパワーコントローラ１５０へ出力する。

発電機１２０は、たとえば、エンジン１３０の出力軸に対して動力伝達機構を介して機械的に接続された入力軸を備えている。発電機１２０は、エンジン１３０の出力軸が回転することで、動力伝達機構を介して入力軸が回転させられて発電する。発電機１２０は、発電した三相交流電力を、ダイオードブリッジ１１４によって直流電力に変換して高圧直流ライン１１２へ供給する。

エンジン１３０は、たとえば、ダンプトラック１０の車体フレーム１１に支持されている。エンジン１３０は、メインコントローラ１４０から出力された制御信号が入力されることで、メインコントローラ１４０によって制御される。エンジン１３０は、各種のセンサによって検知した運転状態等をメインコントローラ１４０へ出力する。

メインコントローラ１４０は、たとえば、マイクロコンピュータやファームウェアによって構成され、ＣＰＵなどの処理装置、ＲＡＭなどのメモリやハードディスクを含む記憶装置、記憶装置に記憶されたコンピュータプログラムおよびデータ、入出力装置などを含む制御部である。メインコントローラ１４０は、たとえば、ダンプトラック１０の状態を検知する各種のセンサの出力が入力される。

また、メインコントローラ１４０は、たとえば、図示を省略するキャブ１６内に設置されてダンプトラック１０のオペレータによって操作されるアクセルペダル、ブレーキペダル、ホイストレバー、ステアリングホイールなどの操作装置の操作量が入力される。メインコントローラ１４０は、たとえば、前述のような各種のセンサの出力および操作装置の操作量に基づいて、エンジン１３０およびパワーコントローラ１５０に制御信号を出力することで、これらを統合的に制御している。

パワーコントローラ１５０は、たとえば、メインコントローラ１４０と同様の構成を備えた制御部である。パワーコントローラ１５０は、メインコントローラ１４０から入力された制御信号に基づいて、走行モータ１１０用のインバータ１１１、発電機１２０、グリッドボックス抵抗１９１、グリッドボックスファンモータ１９２、電力回生装置１６０、および蓄電装置１７０へ制御信号を出力する。これにより、走行モータ１１０、発電機１２０、電力回生装置１６０、蓄電装置１７０、グリッドボックス抵抗１９１、およびグリッドボックスファンモータ１９２が、適切なタイミングおよび出力で駆動される。

より詳細には、パワーコントローラ１５０は、たとえば、電力回生装置１６０から入力された電流や電圧等の情報に基づいて、電力回生装置１６０の出力電圧を制御するための制御信号を電力回生装置１６０へ出力する。また、パワーコントローラ１５０は、たとえば、蓄電装置１７０から入力された電圧の情報と、電圧計１８１から入力された補機直流ライン１８０の電圧の情報に基づいて、蓄電装置１７０の充放電を制御するための制御信号を、蓄電装置１７０へ出力する。

電力回生装置１６０は、入力側が高圧直流ライン１１２を介して走行モータ１１０に接続され、出力側が補機直流ライン１８０を介して蓄電装置１７０およびグリッドボックスファンモータ１９２などの補機に接続されている。電力回生装置１６０は、たとえば、複数の電力変換モジュール１６１と、複数のバイパス回路１６２と、リレー１６３と、を備えている。より具体的には、電力回生装置１６０は、たとえば、入力側が直列に接続されたＮ台（Ｎは２以上の自然数）の電力変換モジュール１６１と、各々の電力変換モジュール１６１の両端に設けられたバイパス回路１６２と、電力回生装置１６０の入力側に設けられた一つのリレー１６３とを有している。

図３は、電力変換モジュール１６１の一例を示す回路図である。電力変換モジュール１６１は、たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータである。電力変換モジュール１６１は、たとえば、インバータ１６１ａと、トランス１６１ｂと、整流回路１６１ｃとを備える。また、電力変換モジュール１６１は、たとえば、ヒューズなどの保護部品、ノイズフィルタ、電圧検出器、電流検出器などを備えていてもよい。

インバータ１６１ａは、たとえば電力変換モジュール１６１の入力端子に接続されている。特に限定はされないが、図３に示す例において、インバータ１６１ａは、四個のスイッチング素子を備えるフルブリッジインバータ回路によって構成されている。インバータ１６１ａを構成するスイッチング素子としては、たとえば、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどを使用することができる。インバータ１６１ａは、電力変換モジュール１６１に入力される直流電圧を交流電圧に変換し、出力端子を介してトランス１６１ｂの入力端子に交流電圧を印加する。

トランス１６１ｂは、インバータ１６１ａの出力端子に接続された一次巻線と、整流回路１６１ｃの入力端子に接続された二次巻線とを備えている。特に限定はされないが、図３に示す例において、トランス１６１ｂは、二個の二次巻線を備えるセンタータップ型のトランスである。トランス１６１ｂは、一次巻線に印加された交流電圧を二次巻線によって降圧し、その降圧された交流電圧を出力端子から出力する。

整流回路１６１ｃは、たとえば、二個のダイオードとチョークコイルとによって構成されている。整流回路１６１ｃの入力端子は、トランス１６１ｂの出力端子に接続されている。整流回路１６１ｃは、トランス１６１ｂの出力端子を介して入力端子に印加された交流電圧を直流電圧に変換する。整流回路１６１ｃの出力端子は、電力変換モジュール１６１の出力端子に接続されている。

このような構成により、電力変換モジュール１６１は、入出力端子間がトランス１６１ｂによって絶縁されている。電力変換モジュール１６１は、たとえば、高圧直流ライン１１２から入力端子に入力された高圧の直流電圧を降圧し、出力端子から補機直流ライン１８０へ低圧の直流電圧を出力する。また、電力変換モジュール１６１は、たとえば、補機直流ライン１８０から出力端子に入力された低圧の直流電圧を昇圧し、入力端子から高圧直流ライン１１２へ高圧の直流電圧を出力することも可能である。

複数の電力変換モジュール１６１の入力側の端子は、それぞれ、バイパス回路１６２を介して直列に接続されている。また、図２に示す例では、複数の電力変換モジュール１６１の出力側の端子も、それぞれ、バイパス回路１６２を介して直列に接続されている。これにより、各々の電力変換モジュール１６１において、高速動作が可能で低電力損失の低耐圧スイッチング素子を使用することができ、トランスの小型軽量化が可能になる。しかし、補機直流ライン１８０の電圧が高圧直流ライン１１２の電圧と比較して十分に低くなる場合には、複数の電力変換モジュール１６１の出力側の端子を、並列に接続してもよい。また、電力変換モジュール１６１の入力端子間および出力端子間に平滑コンデンサを接続してもよい。

たとえば、電力回生装置１６０の入力側に接続された高圧直流ライン１１２の電圧をＶｉとする。この場合、Ｎ台の電力変換モジュール１６１の入力側を直列に接続することで、各々の電力変換モジュール１６１にかかる電圧は、たとえばＶｉ／Ｎとなる。すなわち、電力回生装置１６０の入力側にかかる電圧を、各々の電力変換モジュール１６１に分散させて低下させることができる。したがって、電力変換モジュール１６１に低耐圧の部品を使用することができる。また、電力変換モジュール１６１の出力側を直列に接続することで、電力回生装置１６０の出力電圧は、すべての電力変換モジュール１６１の出力電圧の和になる。

バイパス回路１６２は、たとえば、スイッチング素子やリレーを含み、パワーコントローラ１５０から入力される制御信号ＣＳ１に基づいて、電力変換モジュール１６１の入力端子間と出力端子間とを、それぞれ短絡させる。バイパス回路１６２は、たとえば、故障が発生した電力変換モジュール１６１の入力端子間と出力端子間とをそれぞれ短絡させる。これにより、電力回生装置１６０から故障が発生した電力変換モジュール１６１を切り離しつつ、他の複数の健全な電力変換モジュール１６１の接続を維持して電力回生装置１６０の運転を継続することができる。なお、複数の電力変換モジュール１６１の出力側の端子を並列に接続する場合には、出力側のバイパス回路１６２は省略可能である。

リレー１６３は、パワーコントローラ１５０から入力される制御信号ＣＳ１と遮断制御信号ＣＳ１’とに基づいて開閉することで、電力回生装置１６０の入力側と高圧直流ライン１１２との間を切断したり接続したりする。なお、電力回生装置１６０は、たとえば、電力変換モジュール１６１、バイパス回路１６２、およびリレー１６３の他に、図示を省略するブレーカやリレーなどの制御部品、ヒューズなどの保護部品、電圧検出器、電流検出器、およびノイズフィルタなどを備えていてもよい。また、電力回生装置１６０は、各々の電力変換モジュール１６１の電圧、電流、温度、その他の電力変換モジュール１６１の状態を示す物理量を検出するセンサを備え、検出した物理量をパワーコントローラ１５０へ出力する。

電力回生装置１６０は、たとえば、センサの出力に基づいて各々の電力変換モジュール１６１の状態を検知し、各々の電力変換モジュール１６１の状態を表す状態信号Ｓ１をパワーコントローラ１５０へ出力する。電力変換モジュール１６１の状態信号Ｓ１は、たとえば、特定の電力変換モジュール１６１が故障していることを表す故障信号や、各々の電力変換モジュール１６１が正常に動作していることを示す正常信号などを含む。

図４は、蓄電装置１７０の一例を示す回路図である。蓄電装置１７０は、たとえば、二次電池１７１と、充放電部１７２と、電圧計１７３とを備えている。また、蓄電装置１７０は、たとえば、ヒューズなどの保護部品、ノイズフィルタ、および電流検出器などを備えてもよい。また、蓄電装置１７０の入出力端子間に平滑コンデンサを接続してもよい。

二次電池１７１は、たとえば、リチウムイオン二次電池などの複数の電池セルによって構成されている。充放電部１７２は、たとえば、インバータ１７２ａ，１７２ｂおよびトランス１７２ｃを備えたＤＣ／ＤＣコンバータである。なお、インバータ１７２ａ，１７２ｂの回路構成は、図４に示す構成に限定されない。インバータ１７２ａ，１７２ｂのスイッチング素子としては、たとえば、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどを使用することができる。

インバータ１７２ａの一方の端子は、たとえば、蓄電装置１７０の入出力端子に接続され、インバータ１７２ａの他方の端子は、トランス１７２ｃの一方の端子に接続される。さらに、トランス１７２ｃの他方の端子は、インバータ１７２ｂの一方の端子に接続され、インバータ１７２ｂの他方の端子は、二次電池１７１の入出力端子に接続される。電圧計１７３は、二次電池１７１の一対の入出力端子に接続され、一対の入出力端子間の電圧を測定する。

このような構成により、蓄電装置１７０は、充電時に、補機直流ライン１８０から入出力端子に直流電圧が入力されると、充放電部１７２を介して二次電池１７１が充電される。また、蓄電装置１７０は、放電時に、二次電池１７１に蓄積された電気エネルギーを充放電部１７２を介して入出力端子から補機直流ライン１８０へ直流電圧として出力する。

補機直流ライン１８０は、電力回生装置１６０と蓄電装置１７０とを接続するとともに、グリッドボックスファンモータ１９２を電力回生装置１６０および蓄電装置１７０に接続している。補機直流ライン１８０には、グリッドボックスファンモータ１９２の電圧を測定する電圧計１８１が接続されている。電圧計１８１は、測定したグリッドボックスファンモータ１９２の電圧の情報を、パワーコントローラ１５０へ出力する。グリッドボックス抵抗１９１およびグリッドボックスファンモータ１９２は、たとえば、図１に示すグリッドボックス１９内に収容されている。

グリッドボックス抵抗１９１は、チョッパ１９１ａを備え、高圧直流ライン１１２に接続されている。グリッドボックス抵抗１９１は、パワーコントローラ１５０から出力される制御信号が入力され、制御信号に基づいて、グリッドボックス抵抗１９１を高圧直流ライン１１２に対して接続したり切り離したりする。グリッドボックス抵抗１９１は、たとえば、電圧計１１３によって検出された電圧が規定値を超えたときにチョッパ１９１ａによって高圧直流ライン１１２に接続され、高圧直流ライン１１２に蓄えられた電気エネルギーを熱に変換して大気に放出する。

グリッドボックスファンモータ１９２は、補機直流ライン１８０に接続され、パワーコントローラ１５０から出力される制御信号が入力される。グリッドボックスファンモータ１９２は、パワーコントローラ１５０の制御信号に基づいて駆動され、図示を省略するグリッドボックスファンを回転させてグリッドボックス抵抗１９１を空冷する。グリッドボックスファンモータ１９２は、たとえば、グリッドボックス抵抗１９１に印加される電圧が規定値を超えた場合に入力される制御信号に基づいて回転し、グリッドボックス抵抗１９１を強制空冷する。グリッドボックスファンモータ１９２を含む補機類は、それぞれの補機の負荷の情報を含む出力信号Ｓ６をパワーコントローラ１５０へ出力する。

図５は、図２に示すパワーコントローラ１５０の機能ブロック図である。パワーコントローラ１５０は、たとえば、故障判定機能Ｆ１と、動作判定機能Ｆ２と、電圧判定機能Ｆ３と、平均負荷算出機能Ｆ４と、充放電判定機能Ｆ５と、を有している。また、パワーコントローラ１５０は、たとえば、バイパススイッチ制御信号出力機能Ｆ６と、モジュール制御信号出力機能Ｆ７と、充放電制御信号出力機能Ｆ８と、健全性通知機能Ｆ９とを有している。これらの各機能は、たとえば、パワーコントローラ１５０を構成する処理装置、記憶装置、コンピュータプログラム、入出力装置等によって実現されている。

故障判定機能Ｆ１は、電力回生装置１６０から出力された状態信号Ｓ１を入力とし、各々の電力変換モジュール１６１の故障を判定する。また、故障判定機能Ｆ１は、たとえば、状態信号Ｓ１に故障信号が含まれる場合、故障した電力変換モジュール１６１を特定するとともに、故障した電力変換モジュール１６１の数、すなわち故障数を算出する。故障判定機能Ｆ１は、故障した電力変換モジュール１６１の情報および故障数の情報を動作判定機能Ｆ２およびバイパススイッチ制御信号出力機能Ｆ６へ出力する。

動作判定機能Ｆ２は、高圧直流ライン１１２の電圧を検出する電圧計１１３の出力信号Ｓ２と、ダンプトラック１０の状態を検知する各種のセンサからの出力信号Ｓ３と、補機直流ライン１８０の電圧を検出する電圧計１８１からの出力信号Ｓ４とを入力とする。さらに、動作判定機能Ｆ２は、故障判定機能Ｆ１の出力を入力とする。動作判定機能Ｆ２は、入力された情報に基づく電力回生装置１６０の動作状態、電力変換モジュール１６１の運転指令を、充放電判定機能Ｆ５、モジュール制御信号出力機能Ｆ７、および健全性通知機能Ｆ９へ出力する。

電圧判定機能Ｆ３は、図４に示す蓄電装置１７０の二次電池１７１の一対の入出力端子間の電圧を検出する電圧計１７３の出力信号Ｓ５を入力とする。電圧判定機能Ｆ３は、入力された出力信号Ｓ５に基づく二次電池１７１の現在の電圧値と、あらかじめ設定されて記憶装置に記憶された充電開始電圧値および充電停止電圧値とを比較する。充電開始電圧値は、たとえば、二次電池１７１の充電を開始する基準となる電圧のしきい値であり、充電停止電圧値は、たとえば、二次電池１７１の充電を停止する基準となる電圧のしきい値である。電圧判定機能Ｆ３は、たとえば、二次電池１７１の現在の電圧値と充電開始電圧値および充電停止電圧値との比較の結果に基づく蓄電装置１７０の充放電動作情報を充放電判定機能Ｆ５へ出力する。蓄電装置１７０の充放電動作情報は、たとえば、二次電池１７１の充電を実施する充電状態、二次電池１７１の放電を実施する放電状態、または、二次電池１７１の充電および放電のいずれもが可能な充放電状態を含む。

平均負荷算出機能Ｆ４は、グリッドボックスファンモータ１９２を含む補機類から出力された補機の負荷の情報を含む出力信号Ｓ６を入力とする。平均負荷算出機能Ｆ４は、補機類の出力信号Ｓ６に基づいて、一定期間の補機の負荷の平均値を算出して健全性通知機能Ｆ９へ出力する。この補機の負荷の平均値を算出する一定期間は、たとえば、ダンプトラック１０がボディ１４に積載物を積み込み、ボディ１４に積載物を積載した状態で目的地へ走行し、ボディ１４の積載物を目的地で放出し、再びボディ１４に積載物を積み込むために走行するダンプトラック１０の稼働サイクルよりも長い時間とする。より具体的には、たとえば、１２［ｈ］、２４［ｈ］など、ダンプトラック１０の走行時および停車時を含めた補機の負荷の平均を算出することができる期間を、上記一定期間として設定することができる。

充放電判定機能Ｆ５は、電圧判定機能Ｆ３の出力である蓄電装置１７０の充放電動作情報と、補機直流ライン１８０の電圧を検出する電圧計１８１の出力信号Ｓ４とを入力とする。また、充放電判定機能Ｆ５は、グリッドボックスファンモータ１９２などの補機類の負荷の情報を含む出力信号Ｓ６と、動作判定機能Ｆ２の出力である電力回生装置１６０の動作状態を入力とする。充放電判定機能Ｆ５は、入力された情報に基づいて蓄電装置１７０の充放電動作を決定し、決定した蓄電装置１７０の充放電動作に必要な情報を、動作判定機能Ｆ２および充放電制御信号出力機能Ｆ８へ出力する。

バイパススイッチ制御信号出力機能Ｆ６は、故障判定機能Ｆ１の出力である故障した電力変換モジュール１６１の情報および故障数を入力とする。バイパススイッチ制御信号出力機能Ｆ６は、故障した電力変換モジュール１６１に対応するバイパス回路１６２へスイッチング素子やリレーをオンにする制御信号ＣＳ１を、電力回生装置１６０へ出力する。

また、バイパススイッチ制御信号出力機能Ｆ６は、入力された故障数を、あらかじめ設定されて記憶装置に記憶された故障数のしきい値である許容数と比較し、入力された故障数が許容数を超えた場合に、リレー１６３をオフにする遮断制御信号ＣＳ１’を、電力回生装置１６０へ出力する。なお、電力変換モジュール１６１の故障数のしきい値である許容数は、たとえば、各々の電力変換モジュール１６１が出力可能な電圧の範囲と補機直流ライン１８０の設定電圧とから算出される電圧を出力可能な電力変換モジュール１６１の個数に基づいて決定することができる。具体的には電力変換モジュール１６１の故障数の許容数は、補機直流ライン１８０の設定電圧を、各々の電力変換モジュール１６１の出力可能な電圧範囲の最小値で除した値としてもよいし、他の観点に基づいて決定してもよい。

モジュール制御信号出力機能Ｆ７は、動作判定機能Ｆ２から出力された電力変換モジュール１６１の運転指令を入力とする。また、モジュール制御信号出力機能Ｆ７は、電力変換モジュール１６１の運転指令に基づく制御信号ＣＳ２を、電力回生装置１６０へ出力する。

充放電制御信号出力機能Ｆ８は、充放電判定機能Ｆ５から出力された蓄電装置１７０の充放電動作に必要な情報、たとえば、インバータ１７２ａ，１７２ｂの操作タイミングを入力とする。充放電制御信号出力機能Ｆ８は、たとえば、入力されたインバータ１７２ａ，１７２ｂの操作タイミングの情報などに基づいて、インバータ１７２ａ，１７２ｂのスイッチング素子を駆動させる制御信号ＣＳ３を、蓄電装置１７０へ出力する。

健全性通知機能Ｆ９は、動作判定機能Ｆ２から出力された電力変換モジュール１６１の状態の判定結果、充放電判定機能Ｆ５から出力された蓄電装置１７０の充放電動作に必要な情報、たとえば二次電池１７１の容量、および、平均負荷算出機能Ｆ４から出力された補機の負荷の情報を入力とする。健全性通知機能Ｆ９は、入力された情報に基づいて、たとえば、ダンプトラック１０を稼働させることができる期間を算出する。また、健全性通知機能Ｆ９は、たとえば、ダンプトラック１０のキャブ１６内に設置された表示装置２０に対し、動力システム１００の健全性を表示させる制御信号ＣＳ４を出力する。

図６は、図５のパワーコントローラ１５０の各機能による電力回生装置１６０の制御の流れの一例を示すフロー図である。パワーコントローラ１５０は、電力回生装置１６０の制御を開始すると、まず、故障判定機能Ｆ１により、電力回生装置１６０から出力される状態信号Ｓ１を受信する（処理Ｐ１）。次に、故障判定機能Ｆ１は、たとえば、受信した状態信号Ｓ１に含まれる故障信号の有無に基づいて、電力回生装置１６０を構成する各々の電力変換モジュール１６１の故障の有無を判定する（処理Ｐ２）。

処理Ｐ２において、故障判定機能Ｆ１によって電力変換モジュール１６１の故障がないと判定された場合（ＮＯ）、すなわち状態信号Ｓ１に故障信号が含まれていない場合、動作判定機能Ｆ２は、充放電判定機能Ｆ５から出力された蓄電装置１７０の充放電動作に必要な情報を取得する（処理Ｐ３）。次に、動作判定機能Ｆ２は、取得した情報に基づく電力回生装置１６０の運転指令が強制運転を示す信号であるか否かを判定する（処理Ｐ４）。なお、電力回生装置１６０の強制運転では、故障した電力変換モジュール１６１に対応するバイパス回路１６２がオンにされ、故障した電力変換モジュール１６１を除く正常な電力変換モジュール１６１が動作する。

処理Ｐ４において、動作判定機能Ｆ２は、電力変換モジュール１６１の運転指令が強制運転を示す信号ではない場合（ＮＯ）、ダンプトラック１０の状態を検出するセンサの出力信号Ｓ３を取得する（処理Ｐ５）。ここで、出力信号Ｓ３は、たとえば、ダンプトラック１０の走行速度、走行モータ１１０の回転数および出力トルク、リタードペダルの操作量、ダンプトラック１０の運転支援機能によるリタード指令などを含む。

処理Ｐ５の終了後、動作判定機能Ｆ２は、ダンプトラック１０が回生動作中であるか否かを判定する（処理Ｐ６）。動作判定機能Ｆ２は、たとえば、ダンプトラック１０の加速度や、走行モータ１１０の回転数と出力トルクとの関係などに基づいて、ダンプトラック１０が回生動作中であるか否かを判定することができる。

処理Ｐ６において、動作判定機能Ｆ２は、ダンプトラック１０が回生動作中ではない（ＮＯ）と判定すると、電力回生装置１６０の動作状態を停止状態に設定する（処理Ｐ７）。処理Ｐ７の終了後、動作判定機能Ｆ２は、電力回生装置１６０の動作状態をモジュール制御信号出力機能Ｆ７へ出力し、モジュール制御信号出力機能Ｆ７は、すべての電力変換モジュール１６１のインバータ１６１ａのスイッチング素子を停止させる制御信号ＣＳ２を生成する（処理Ｐ８）。

処理Ｐ８の終了後、モジュール制御信号出力機能Ｆ７は、生成した制御信号ＣＳ２を電力回生装置１６０へ出力する（処理Ｐ９）。処理Ｐ９の終了後、動作判定機能Ｆ２は、前の処理で設定した電力回生装置１６０の動作状態に、電力変換モジュール１６１の故障数の情報を追加する（処理Ｐ１０）。

一方、前述の処理Ｐ４において、動作判定機能Ｆ２は、電力変換モジュール１６１の運転指令が強制運転を示す信号である場合（ＹＥＳ）、電力回生装置１６０の動作状態を運転状態に設定する（処理Ｐ１１）。また、前述の処理Ｐ６において、動作判定機能Ｆ２は、ダンプトラック１０が回生動作中である（ＹＥＳ）と判定した場合も同様に、電力回生装置１６０の動作状態を運転状態に設定する（処理Ｐ１１）。

この処理Ｐ１１において、動作判定機能Ｆ２は、電力回生装置１６０の出力電圧が常に一定になるように、故障していない電力変換モジュール１６１の出力電圧を、電力変換モジュール１６１の故障数に応じて変化させるための情報を出力する。たとえば、電力回生装置１６０が故障した電力変換モジュール１６１を含む場合を想定する。この場合、動作判定機能Ｆ２は、電力回生装置１６０の出力電圧が、すべての電力変換モジュール１６１が正常な場合と同じ出力電圧になるように、故障していない電力変換モジュール１６１の出力電圧を上昇させるための情報を出力する。

より詳細には、電力回生装置１６０がＮ台の電力変換モジュール１６１を備えているとする。また、すべての電力変換モジュール１６１が正常であるときの各々の電力変換モジュール１６１の出力電圧をＶ１とし、Ｍ台の電力変換モジュール１６１が故障しているときの他の正常な各々の電力変換モジュール１６１の出力電圧をＶ２とする。この場合には、Ｖ２＝Ｖ１×Ｎ／（Ｎ−Ｍ）となる。動作判定機能Ｆ２は、たとえば、このような演算を行うことで、故障していない電力変換モジュール１６１の出力電圧を上昇させるための情報をモジュール制御信号出力機能Ｆ７へ出力する。

処理Ｐ１１の終了後、モジュール制御信号出力機能Ｆ７は、動作判定機能Ｆ２から入力された情報に基づいて、電力変換モジュール１６１のインバータ１６１ａを動作させる制御信号ＣＳ２を生成する（処理Ｐ１２）。具体的には、モジュール制御信号出力機能Ｆ７は、たとえば、各々の電力変換モジュール１６１の出力電圧をＶ２とするように、インバータ１６１ａのスイッチング素子のオンデューティを増加させる制御信号ＣＳ２を生成する。この処理Ｐ１２の終了後、動作判定機能Ｆ２は、前述の処理Ｐ９および処理Ｐ１０を実施して、生成した制御信号ＣＳ２を電力回生装置１６０へ出力し、電力変換モジュール１６１の故障数の情報を追加し、電力回生装置１６０の制御を終了する。

一方、前述の処理Ｐ２において、故障判定機能Ｆ１によって電力変換モジュール１６１の故障があると判定された場合（ＹＥＳ）、すなわち状態信号Ｓ１に故障信号が含まれている場合、故障判定機能Ｆ１は、故障した電力変換モジュール１６１の情報を、バイパススイッチ制御信号出力機能Ｆ６へ出力する（処理Ｐ１３）。この処理Ｐ１３において、バイパススイッチ制御信号出力機能Ｆ６は、入力された情報に基づいて、故障した電力変換モジュール１６１を短絡させるバイパス回路１６２のスイッチング素子を閉じてオンにするための制御信号ＣＳ１を、電力回生装置１６０へ出力する。

処理Ｐ１３の終了後または処理Ｐ１３と並行して、故障判定機能Ｆ１は、電力変換モジュール１６１の故障数を算出して、バイパススイッチ制御信号出力機能Ｆ６へ出力する（処理Ｐ１４）。次に、バイパススイッチ制御信号出力機能Ｆ６は、入力された故障数が、許容数よりも多いか否かを判定する（処理Ｐ１５）。この処理Ｐ１５において、バイパススイッチ制御信号出力機能Ｆ６により、入力された故障数が許容数以下である（ＮＯ）と判定されると、動作判定機能Ｆ２は、前述の処理Ｐ３を実施する。

一方、処理Ｐ１５において、バイパススイッチ制御信号出力機能Ｆ６は、入力された故障数が許容数よりも多い（ＹＥＳ）と判定すると、リレー１６３を開にしてオフにする遮断制御信号ＣＳ１’を、電力回生装置１６０へ出力する（処理Ｐ１６）。その後、動作判定機能Ｆ２は、故障判定機能Ｆ１から出力された電力変換モジュール１６１の故障数に基づいて、電力回生装置１６０の動作状態を、故障状態に設定する（処理Ｐ１７）。

処理Ｐ１７の終了後、動作判定機能Ｆ２は、前述の処理Ｐ８から処理Ｐ１０を実施する。すなわち、動作判定機能Ｆ２は、電力回生装置１６０の動作状態をモジュール制御信号出力機能Ｆ７へ出力し、モジュール制御信号出力機能Ｆ７は、すべての電力変換モジュール１６１のインバータ１６１ａのスイッチング素子を停止させる制御信号ＣＳ２を生成する。その後、動作判定機能Ｆ２は、生成した制御信号ＣＳ２を電力回生装置１６０へ出力し、電力変換モジュール１６１の故障数の情報を追加し、電力回生装置１６０の制御を終了する。

以上のように、パワーコントローラ１５０は、図６に示す開始から終了までの処理を繰り返し実行して、電力回生装置１６０を制御する。これにより、本実施形態のダンプトラック１０は、電力回生装置１６０が故障した電力変換モジュール１６１を含む場合であっても、その故障した電力変換モジュール１６１をバイパス回路１６２によって短絡させることができる。そのため、故障した電力変換モジュール１６１以外の正常な電力変換モジュール１６１を動作させ、電力回生装置１６０の運転を継続することができる。また、複数の電力変換モジュール１６１のうち、一つ以上の電力変換モジュール１６１が故障して、動作可能な電力変換モジュール１６１の数が減少しても、動作可能な電力変換モジュール１６１の出力電圧を上昇させることで、電力回生装置１６０の出力電圧を維持することができる。

図７は、図５のパワーコントローラ１５０の各機能による蓄電装置１７０の制御の流れの一例を示すフロー図である。パワーコントローラ１５０は、蓄電装置１７０の制御を開始すると、まず、充放電判定機能Ｆ５により、動作判定機能Ｆ２の出力である電力回生装置１６０の動作状態を取得する（処理Ｐ２１）。次に、充放電判定機能Ｆ５は、取得した電力回生装置１６０の動作状態が、故障状態であるか否かを判定する（処理Ｐ２２）。

処理Ｐ２２において、充放電判定機能Ｆ５が故障状態である（ＹＥＳ）と判定すると、その判定結果に基づいて、充放電判定機能Ｆ５は、動作判定機能Ｆ２に対して、電力変換モジュール１６１を停止させるための停止指令を出力する（処理Ｐ２３）。さらに、この処理Ｐ２３において、モジュール制御信号出力機能Ｆ７は、動作判定機能Ｆ２から入力された停止指令に基づいて、電力回生装置１６０を停止させるための制御信号ＣＳ２を電力回生装置１６０へ出力する。電力回生装置１６０の停止は、たとえば、リレー１６３をオフにすることにより行う。

次に、平均負荷算出機能Ｆ４および充放電判定機能Ｆ５は、電圧計１８１の出力信号Ｓ４と、グリッドボックスファンモータ１９２を含む補機の出力信号Ｓ６に基づいて、補機直流ライン１８０の電圧と補機の負荷を取得する（処理Ｐ２４）。ここで、補機の負荷は、補機直流ライン１８０の電圧と、補機へ流れる電流を計測する電流計（図示略）で計測した電流値の積から求めてもよいし、補機の動作指令とあらかじめ記憶装置に記憶させたテーブルから動作指令に応じて求めてもよい。

次に、充放電判定機能Ｆ５は、補機直流ライン１８０の電圧に基づいて、蓄電装置１７０のインバータ１７２ａ，１７２ｂのスイッチング素子の駆動信号を生成する（処理Ｐ２５）。具体的には、補機直流ライン１８０の電圧があらかじめ設定された補機の使用電圧となるように、スイッチング素子のオンデューティを変更する。補機の使用電圧は、補機として使用する機器の電圧範囲および構成に基づいて決定する。

次に、充放電制御信号出力機能Ｆ８は、充放電判定機能Ｆ５によって生成された駆動信号に基づいてインバータ１７２ａ，１７２ｂのスイッチング素子を駆動させる制御信号ＣＳ３を、蓄電装置１７０へ出力する（処理Ｐ２６）。以上の処理Ｐ２１から処理Ｐ２６により、パワーコントローラ１５０は、電力回生装置１６０を構成する電力変換モジュール１６１の故障数が許容数を超えた故障状態において、たとえば、蓄電装置１７０を放電させてグリッドボックスファンモータ１９２を含む補機を駆動させる。

一方、前述の処理Ｐ２２において、充放電判定機能Ｆ５が故障状態でない（ＮＯ）と判定すると、電圧判定機能Ｆ３は、電圧計１７３の出力信号Ｓ５に基づいて、蓄電装置１７０を構成する二次電池１７１の一対の入出力端子間の電圧を取得する（処理Ｐ２７）。さらに、電圧判定機能Ｆ３は、二次電池１７１の電圧と動作判定機能Ｆ２で生成された電力変換モジュール１６１の運転指令が、特定の条件を満たすか否かを判定する（処理Ｐ２８）。

この処理Ｐ２８における上記特定の条件の一つは、たとえば、処理Ｐ２７で取得した二次電池１７１の電圧Ｖｂが、二次電池１７１の最低使用電圧ＶｂＬ以下になっていることである。また、上記特定の条件のもう一つは、たとえば、二次電池１７１の電圧Ｖｂが二次電池１７１の定格電圧ＶｂＲ未満であり、かつ、動作判定機能Ｆ２で生成された運転指令が電力変換モジュール１６１に強制運転を行わせるための強制運転指令となっていることである。すなわち、処理Ｐ２８において、電圧判定機能Ｆ３は、たとえば、二次電池１７１の電圧Ｖｂが最低使用電圧ＶｂＬ以下である条件、または、二次電池１７１の電圧Ｖｂが定格電圧ＶｂＲ未満かつ運転指令が強制運転指令である条件を満たすか否かを判定する。

処理Ｐ２８において、上記特定の条件を満たさない場合（ＮＯ）、充放電判定機能Ｆ５は、動作判定機能Ｆ２に対して、電力回生装置１６０に通常運転を行わせるための通常運転指令を出力する（処理Ｐ２９）。電力回生装置１６０の通常運転では、すべての電力変換モジュール１６１に対応するバイパス回路１６２をオフにする。次に、充放電判定機能Ｆ５は、電力回生装置１６０の動作状態が運転状態か否かを判定する（処理Ｐ３０）。

処理Ｐ３０において、充放電判定機能Ｆ５が、電力回生装置１６０の動作状態を運転状態ではない（ＮＯ）と判定すると、パワーコントローラ１５０は、前述の処理Ｐ２４から処理Ｐ２６を実施する。これにより、パワーコントローラ１５０は、蓄電装置１７０を放電させてグリッドボックスファンモータ１９２を含む補機を駆動させる。

一方、処理Ｐ３０において、充放電判定機能Ｆ５が、電力回生装置１６０の動作状態を運転状態である（ＹＥＳ）と判定すると、電圧判定機能Ｆ３は、電圧計１７３の出力信号Ｓ５に基づく二次電池１７１の電圧Ｖｂが所定の条件を満たすか否かを判定する（処理Ｐ３１）。この処理Ｐ３１において、二次電池１７１の電圧Ｖｂの所定の条件は、たとえば、二次電池１７１の電圧Ｖｂが二次電池１７１の最高使用電圧ＶｂＨ以上（Ｖｂ≧ＶｂＨ）という条件である。

処理Ｐ３１において、電圧判定機能Ｆ３が、二次電池１７１の電圧Ｖｂの所定の条件（Ｖｂ≧ＶｂＨ）を満たす（ＹＥＳ）と判定すると、充放電判定機能Ｆ５は、蓄電装置１７０のインバータ１７２ａ，１７２ｂのスイッチング素子を停止させるための信号を生成する（処理Ｐ３２）。その後、パワーコントローラ１５０は、前述の処理Ｐ２６を実施して、インバータ１７２ａ，１７２ｂのスイッチング素子を停止させる制御信号ＣＳ３を、蓄電装置１７０へ出力する。この場合、蓄電装置１７０は、放電動作も行わない停止状態になる。

一方、処理Ｐ３１において、電圧判定機能Ｆ３が、二次電池１７１の電圧Ｖｂの所定の条件（Ｖｂ≧ＶｂＨ）を満たさない（ＮＯ）と判定すると、平均負荷算出機能Ｆ４および充放電判定機能Ｆ５は、補機の負荷と、補機直流ライン１８０の電圧と、を取得する（処理Ｐ３３）。なお、補機の負荷は、グリッドボックスファンモータ１９２を含む補機の出力信号Ｓ６に基づいて取得され、補機直流ライン１８０の電圧は、電圧計１８１の出力信号Ｓ４に基づいて取得される。

その後、充放電判定機能Ｆ５は、取得した補機の負荷と、補機直流ライン１８０の電圧と、電力変換モジュール１６１の故障数に基づいて、蓄電装置１７０のインバータ１７２ａのスイッチング素子の駆動信号を生成する（処理Ｐ３４）。具体的には、充放電判定機能Ｆ５は、まず、電力変換モジュール１６１の故障数の分だけ低下している電力回生装置１６０の出力電力を計算する。次に、充放電判定機能Ｆ５は、算出した電力回生装置１６０の出力電力から補機の負荷を減算した電力が二次電池１７１に充電されるように、二次電池１７１のインバータ１７２ａのスイッチング素子のオンデューティを制御する駆動信号を生成する。

その後、パワーコントローラ１５０は、前述の処理Ｐ２６を実施して、インバータ１７２ａのスイッチング素子を制御するための制御信号ＣＳ３を、蓄電装置１７０へ出力する。これにより、ダンプトラック１０の回生動作中に、高圧直流ライン１１２から電力回生装置１６０を介して補機直流ライン１８０へ電力が供給され、蓄電装置１７０の二次電池１７１を充電することができる。

一方、処理Ｐ２８において、上記特定の条件、たとえば、二次電池１７１の電圧Ｖｂが最低使用電圧ＶｂＬ以下である条件、または、二次電池１７１の電圧Ｖｂが定格電圧ＶｂＲ未満かつ運転指令が強制運転指令である条件を満たした（ＹＥＳ）とする。この場合、充放電判定機能Ｆ５は、動作判定機能Ｆ２に対して、電力変換モジュール１６１に強制運転を行わせるための強制運転指令を出力する（処理Ｐ３５）。さらに、この処理Ｐ３５において、モジュール制御信号出力機能Ｆ７は、動作判定機能Ｆ２から入力された強制運転指令に基づいて、電力変換モジュール１６１を強制運転させるための制御信号ＣＳ２を電力回生装置１６０へ出力する。

その後、パワーコントローラ１５０は、前述の処理Ｐ３３、処理Ｐ３４、および処理Ｐ２６を実施する。これにより、電力回生装置１６０の強制運転中、すなわち故障した電力変換モジュール１６１に対応するバイパス回路１６２がオンにされた状態で、高圧直流ライン１１２から電力回生装置１６０を介して補機直流ライン１８０へ電力が供給され、蓄電装置１７０の二次電池１７１を充電することができる。なお、パワーコントローラ１５０は、たとえば、図７に示す開始から終了までの処理を、所定の周期で繰り返し実行する。

以下、本実施形態のダンプトラック１０の作用を説明する。

ダンプトラック１０は、エンジン１３０の出力軸の回転によって発電機１２０を回転させることによって発電した三相交流電圧をダイオードブリッジ１１４によって直流電圧に変換し、高圧直流ライン１１２およびインバータ１１１を介して走行モータ１１０に電力を供給する。この状態で、キャブ１６内のオペレータが踏み込んだアクセルペダルの操作量、または、メインコントローラ１４０の自動運転機能に基づいて、パワーコントローラ１５０にアクセル信号が入力される。すると、パワーコントローラ１５０は、インバータ１１１に対して加速制御信号ＣＳ７を出力する。これにより、走行モータ１１０が回転し、走行駆動装置１７によって後輪１２Ｒが駆動され、ダンプトラック１０が前進または後進する。

一方、たとえば、ダンプトラック１０の降坂時や減速時などの制動時には、キャブ１６内のオペレータが踏み込んだブレーキペダルまたはリタードペダルの操作量、または、メインコントローラ１４０の自動運転機能に基づいて、パワーコントローラ１５０にブレーキ信号が入力される。すると、パワーコントローラ１５０は、インバータ１１１に対して減速制御信号ＣＳ７’を出力する。これにより、走行モータ１１０は、発電機として機能して回転方向と逆方向にトルクを発生させ、ダンプトラック１０の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する回生動作を行う。

この回生動作によって発生した電力は、インバータ１１１の高圧直流ライン１１２に直流電圧として蓄えられるが、安全に蓄えられる電力には限界がある。そのため、パワーコントローラ１５０は、電圧計１１３によって検出した直流電圧が規定値を超えた場合に、チョッパ１９１ａへ放電制御信号ＣＳ８を出力する。これにより、高圧直流ライン１１２からグリッドボックス抵抗１９１に電力が供給され、過剰な電気エネルギーが熱としてグリッドボックス１９から大気へ放散される。グリッドボックス１９は、通常は、自然空冷されている。

しかし、グリッドボックス抵抗１９１の発熱量が大きい場合は、パワーコントローラ１５０からグリッドボックスファンモータ１９２へ冷却制御信号ＣＳ９を出力する。これにより、グリッドボックスファンモータ１９２が駆動され、図示を省略するグリッドボックスファンが回転し、グリッドボックスファンの送風によってグリッドボックス抵抗１９１が強制空冷される。なお、パワーコントローラ１５０は、たとえば、状況に応じて走行モータ１１０による回生制動と機械式のブレーキシステムのいずれかを選択し、または、これらを併用する。

蓄電装置１７０は、パワーコントローラ１５０によって制御され、二次電池１７１に蓄えられた電気エネルギーを補機直流ライン１８０を介してグリッドボックスファンモータ１９２などの補機へ供給する。パワーコントローラ１５０は、蓄電装置１７０からグリッドボックスファンモータ１９２などの補機への電力の供給によって二次電池１７１に蓄えられた電気エネルギーが減少すると、電力回生装置１６０を制御して、高圧直流ライン１１２から補機直流ライン１８０へ電力を供給する。また、パワーコントローラ１５０は、高圧直流ライン１１２から補機直流ライン１８０への電力供給時に、蓄電装置１７０を制御して二次電池１７１の充電を行い、電力回生装置１６０を介して供給された電力によってグリッドボックスファンモータ１９２などを駆動させる。

以上のように、本実施形態のダンプトラック１０は、走行モータ１１０と、その走行モータ１１０に接続された電力回生装置１６０と、その電力回生装置１６０に接続された蓄電装置１７０と、を備えている。さらに、ダンプトラック１０は、電力回生装置１６０および蓄電装置１７０に接続された補機であるグリッドボックスファンモータ１９２と、走行モータ１１０、電力回生装置１６０および蓄電装置１７０を制御するパワーコントローラ１５０と、を備えている。また、電力回生装置１６０は、直列に接続された複数の電力変換モジュール１６１と、パワーコントローラ１５０から出力される制御信号ＣＳ１により各々の電力変換モジュール１６１を短絡させる複数のバイパス回路１６２とを有している。また、電力変換モジュール１６１は、走行モータ１１０に高圧直流ライン１１２を介して接続されたインバータ１６１ａと、蓄電装置１７０および補機であるグリッドボックスファンモータ１９２に補機直流ライン１８０を介して接続された整流回路１６１ｃと、インバータ１６１ａおよび整流回路１６１ｃに接続されたトランス１６１ｂと、を有している。また、パワーコントローラ１５０は、一部の電力変換モジュール１６１の故障時に、故障した電力変換モジュール１６１を短絡させるバイパス回路１６２に制御信号ＣＳ１を出力するとともに、一部の電力変換モジュール１６１の故障時かつ電力回生装置１６０を介した高圧直流ライン１１２から補機直流ライン１８０への電力供給時に、蓄電装置１７０から補機であるグリッドボックスファンモータ１９２へ不足した電力を供給させる。

このような構成により、本実施形態のダンプトラック１０は、電力回生装置１６０の複数の電力変換モジュール１６１の一部が故障した場合に、高圧直流ライン１１２から電力回生装置１６０を介してグリッドボックスファンモータ１９２などの補機に供給する電力が不足した場合でも、蓄電装置１７０から補機へ不足した電力を供給することができる。したがって、一部の故障した電力変換モジュール１６１以外の正常な電力変換モジュール１６１の消費電力の増加を抑制することができ、従来よりも信頼性および耐用性が向上した電力回生装置１６０を搭載したダンプトラック１０を提供することができる。

また、本実施形態のダンプトラック１０において、電力回生装置１６０は、パワーコントローラ１５０から出力される遮断制御信号ＣＳ１’に基づいて高圧直流ライン１１２と電力変換モジュール１６１との間の接続を遮断するリレー１６３を有している。パワーコントローラ１５０は、故障した電力変換モジュール１６１の数が許容数を超えた場合に、リレー１６３へ遮断制御信号ＣＳ１’を出力する。

このような構成により、本実施形態のダンプトラック１０は、故障した電力変換モジュール１６１の数が許容数を超えた場合に、電力回生装置１６０のすべての電力変換モジュール１６１を停止させることができる。これにより、電力回生装置１６０の一部の電力変換モジュール１６１の故障時に、正常な電力変換モジュール１６１に対する過度の負担を防止することができる。したがって、従来よりも信頼性および耐用性が向上した電力回生装置１６０を搭載したダンプトラック１０を提供することができる。また、電力回生装置１６０のすべての電力変換モジュール１６１が停止した場合でも、蓄電装置１７０から補機直流ライン１８０を介してグリッドボックスファンモータ１９２等の補機に電力を供給して、補機を稼働させることができる。

また、本実施形態のダンプトラック１０において、パワーコントローラ１５０は、蓄電装置１７０を構成する二次電池１７１の電圧が最低使用電圧ＶｂＬ以下である場合、または、故障した電力変換モジュール１６１がバイパス回路１６２によって短絡されかつ二次電池１７１の電圧が定格電圧ＶｂＲ未満である場合に、電力回生装置１６０および蓄電装置１７０を制御して高圧直流ライン１１２から補機直流ライン１８０へ電力を回生させて蓄電装置１７０を充電する。

このような構成により、本実施形態のダンプトラック１０は、電圧計１７３によって検出した二次電池１７１の電圧が、最低使用電圧ＶｂＬ以上となるように、二次電池１７１を充電することができる。または、本実施形態のダンプトラック１０は、電圧計１７３によって検出した二次電池１７１の電圧が、一部の電力変換モジュール１６１の故障時に定格電圧ＶｂＲ以上となるように、二次電池１７１を充電することができる。したがって、蓄電装置１７０からグリッドボックスファンモータ１９２などの補機に対してより確実に電力を供給することが可能になる。

また、本実施形態のダンプトラック１０において、パワーコントローラ１５０は、一部の電力変換モジュール１６１の故障時かつ電力回生装置１６０を介した高圧直流ライン１１２から補機直流ライン１８０への電力供給時に、故障した電力変換モジュール１６１の出力電圧を補償して電力回生装置１６０の出力電圧を維持するように、正常な電力変換モジュール１６１の出力電圧を上昇させる。

このような構成により、本実施形態のダンプトラック１０は、故障した一部の電力回生装置１６０を除く正常な電力変換モジュール１６１の消費電力を抑制しつつ、一部の電力変換モジュール１６１の故障前と故障後で、電力回生装置１６０の出力電圧を一定にすることができる。したがって、従来よりも信頼性および耐用性が向上した電力回生装置１６０を搭載したダンプトラック１０を提供することができる。

以下、図８を参照して、本実施形態のダンプトラック１０の作用を、より具体的に説明する。図８は、ダンプトラック１０の動作を示すタイムチャートである。図８に示す各グラフは、それぞれ、横軸を時間としている。また、各グラフの縦軸は、上から下へ、それぞれ、二次電池１７１の電圧（電池電圧）、電力回生装置１６０の電力変換モジュール１６１の数（モジュール数）、ダンプトラック１０の減速の有無（減速）、電力回生装置１６０の出力電力、蓄電装置１７０の充放電電力量である。なお、図８に示す例では、上から二番目のグラフに示すように、電力回生装置１６０が備える電力変換モジュール１６１の数を５台としているが、電力変換モジュール１６１の数がこの例に限定されないことは言うまでもない。

図８に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間は、電力回生装置１６０を構成する５台の電力変換モジュール１６１がすべて正常に動作している（モジュール数＝５）。また、時刻ｔ０から時刻ｔａまでの間は、グリッドボックスファンモータ１９２などの補機が、蓄電装置１７０から補機直流ライン１８０を介して供給される電力によって駆動されることで、電池電圧、すなわち蓄電装置１７０を構成する二次電池１７１の電圧が漸減している。

時刻ｔａから時刻ｔｂの間は、ダンプトラック１０が減速することで（減速＝１）、走行モータ１１０が発電する回生動作が行われて、高圧直流ライン１１２から電力回生装置１６０を介して補機直流ライン１８０へ電力が供給され、二次電池１７１が充電される。これにより、電池電圧が漸増している。時刻ｔｂ以降、ダンプトラック１０は、非減速時（減速＝０）に蓄電装置１７０から補機へ電力を供給し、減速時（減速＝１）に高圧直流ライン１１２から補機直流ライン１８０へ回生した電力によって二次電池１７１を充電することを繰り返す。

電力回生装置１６０の出力電力は、グリッドボックスファンモータ１９２を含むすべての補機が最大出力で作動している状態で、二次電池を充電可能な電力になっている。そのため、電力回生装置１６０のすべての電力変換モジュール１６１が正常に作動しているときには、二次電池１７１の電圧である電池電圧は、最高使用電圧ＶｂＨと最低使用電圧ＶｂＬとの間に維持される。

時刻ｔ１において、電力回生装置１６０を構成する５台の電力変換モジュール１６１のうちの１台に故障が発生し、故障した電力変換モジュール１６１がバイパス回路１６２によって短絡されている。これにより、モジュール数、すなわち、電力回生装置１６０を構成する正常な電力変換モジュール１６１の数が、５台から４台に減少している。すなわち、時刻ｔ１以降は、グリッドボックスファンモータ１９２を含む補機の負荷は変化せず、電力回生装置１６０の出力電力が、たとえば２０［％］程度減少し、時刻ｔ１前の８０［％］程度になっている。そのため、電力回生装置１６０の出力電力の減少した分の電力が蓄電装置１７０の二次電池１７１の放電によって賄われ、電池電圧が時間の経過とともに漸減する。

さらに、時刻ｔ２において、電力回生装置１６０を構成する５台の電力変換モジュール１６１のうちの２台に故障が発生し、故障した電力変換モジュール１６１がバイパス回路１６２によって短絡されている。これにより、モジュール数、すなわち、電力回生装置１６０を構成する正常な電力変換モジュール１６１の数が、４台から３台に減少している。その結果、時刻ｔ２以降は、電力回生装置１６０の出力電力が、さらに２０［％］程度減少し、時刻ｔ１前の６０［％］程度になっている。そのため、より多くの電力が蓄電装置１７０の二次電池１７１の放電によって賄われ、電池電圧がより短時間に低下している。

その後、時刻ｔ３において、二次電池１７１の電圧である電池電圧が最低使用電圧ＶｂＬ以下になると、パワーコントローラ１５０は、ダンプトラック１０の減速の有無すなわち回生動作に関わらず、高圧直流ライン１１２から電力回生装置１６０を介して補機直流ライン１８０へ電力を供給させる。これにより、時刻ｔ３以降は、蓄電装置１７０の二次電池１７１が充電され、電池電圧が時間の経過とともに漸増している。この二次電池１７１の充電は、たとえば、二次電池１７１の電圧が定格電圧ＶｂＲを超えるまで継続される。二次電池１７１の電圧が定格電圧ＶｂＲを超えると、時刻ｔ２から時刻ｔ３までと同様に、ダンプトラック１０の回生動作中に二次電池１７１を充電し、ダンプトラック１０が回生動作中ではないときに二次電池１７１を放電させることを繰り返す。

以上のように、本実施形態のダンプトラック１０によれば、電力回生装置１６０の複数の電力変換モジュール１６１の一部が故障しても、グリッドボックスファンモータ１９２を含む補機への電力および二次電池１７１の充電を継続し、ダンプトラック１０の稼働を継続することができる。また、蓄電装置１７０を備えることで、電力回生装置１６０の出力電力を、故障した電力変換モジュール１６１の出力電力の分だけ減少させることができる。これにより、故障していない正常な電力変換モジュール１６１の負荷が、一部の電力変換モジュール１６１が故障する前とほぼ変化せず、正常な電力変換モジュール１６１が負荷の上昇によって故障することを防止できる。したがって、本実施形態によれば、従来よりも信頼性および耐用性が向上した電力回生装置１６０を搭載したダンプトラック１０を提供することができる。

［実施形態２］
以下、図１から図４を援用し、図９および図１０を参照して本開示に係るダンプトラックの実施形態２を説明する。図９は、本実施形態のダンプトラック１０のパワーコントローラ１５０の機能ブロック図である。なお、本実施形態のダンプトラック１０は、パワーコントローラ１５０が、実施形態１で説明した各機能に加えて、積載判定機能Ｆ１１と、縮退運転制御機能Ｆ１２と、を有する点で、実施形態１のダンプトラック１０と異なっている。本実施形態のダンプトラック１０のその他の構成は、前述の実施形態１のダンプトラック１０と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

積載判定機能Ｆ１１は、ダンプトラック１０の後輪側サスペンション装置１３Ｒ内の油圧を検出するセンサ１３Ｓの出力信号Ｓ７を入力とする。積載判定機能Ｆ１１は、センサ１３Ｓの出力信号Ｓ７に基づいて、ボディ１４に積載物が積載されているか否かを判定し、判定結果を縮退運転制御機能Ｆ１２へ出力する。

縮退運転制御機能Ｆ１２は、動作判定機能Ｆ２から出力された電力回生装置１６０の動作状態を入力として、電力回生装置１６０の動作状態が故障状態か否かを判定する。また、縮退運転制御機能Ｆ１２は、電圧判定機能Ｆ３から出力された蓄電装置１７０の充放電動作情報を入力とし、その充放電動作情報が充電状態か否かを判定する。縮退運転制御機能Ｆ１２は、電力回生装置１６０の動作状態が故障状態、かつ蓄電装置１７０の充放電動作情報が充電状態の場合は、充放電判定機能Ｆ５および動作判定機能Ｆ２へ縮退運転指令を出力する。また、縮退運転制御機能Ｆ１２は、走行モータ１１０のインバータ１１１およびグリッドボックスファンモータ１９２を含む補機に、負荷を制限するための制御信号ＣＳ１０を出力する。

このように、電力回生装置１６０の動作状態が故障状態の場合は、高圧直流ライン１１２から電力回生装置１６０を介して補機直流ライン１８０に接続されたグリッドボックスファンモータ１９２を含む補機へ電力を供給できない。また、蓄電装置１７０の充放電動作情報が充電状態の場合は、二次電池１７１の電圧が最低使用電圧ＶｂＬ以下になっており、二次電池１７１から補機へ電力を供給できない。そのため、電力回生装置１６０の動作状態が故障状態、かつ蓄電装置１７０の充放電動作情報が充電状態の場合に、縮退運転制御機能Ｆ１２は、充放電判定機能Ｆ５および動作判定機能Ｆ２へ縮退運転指令を出力し、走行モータ１１０のインバータ１１１および補機に、負荷を制限する制御信号ＣＳ１０を出力する。

走行モータ１１０のインバータ１１１の負荷の制限は、たとえば、走行モータ１１０の電流値の上限である許容電流値を規定し、走行モータ１１０の電流値が許容電流値を超えないように、インバータ１１１のオンデューティを制御することによって行う。また、グリッドボックスファンモータ１９２などの補機の負荷の制限は、たとえば、周波数指令の上限を規定し、回転数を減少させることによって行う。

また、縮退運転制御機能Ｆ１２は、上記のような電力回生装置１６０の動作状態が故障状態、かつ蓄電装置１７０の充放電動作情報が充電状態である場合の動作を行っている縮退運転中に、積載判定機能Ｆ１１からボディ１４に積載物が積載されている判定が入力されると、次のように動作する。縮退運転制御機能Ｆ１２は、たとえば、走行モータ１１０のインバータ１１１に対して出力していた負荷を制限するための制御信号ＣＳ１０を停止して、負荷の制限を解除する。

また、動作判定機能Ｆ２は、縮退運転制御機能Ｆ１２の出力である縮退運転指令が入力された場合に、前述の実施形態１において説明した動作に加えて、次の動作を行う。動作判定機能Ｆ２は、電力変換モジュール１６１の故障数が許容数を超えている場合でも、高圧直流ライン１１２から電力回生装置１６０を介して補機直流ライン１８０へ電力を供給するように、インバータ１６１ａの操作タイミングを決定してモジュール制御信号出力機能Ｆ７へ出力する。

また、充放電判定機能Ｆ５は、縮退運転制御機能Ｆ１２の出力である縮退運転指令が入力された場合に、実施形態１において説明した動作に加えて、次の動作を行う。充放電判定機能Ｆ５は、蓄電装置１７０のインバータ１７２ａ，１７２ｂのすべてのスイッチング素子を停止させる制御信号を生成する指令を充放電制御信号出力機能Ｆ８へ出力する。

図１０は、図９のパワーコントローラ１５０を備える本実施形態のダンプトラック１０の動作を示すタイムチャートである。図１０の各グラフの縦軸と横軸は、前述の実施形態１において説明した図８の各グラフと同様である。また、以下の本実施形態のダンプトラック１０において、前述の実施形態１のダンプトラック１０と重複する説明は省略する。

図１０に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ４までの間は、電力回生装置１６０を構成する５台の電力変換モジュール１６１がすべて正常に動作している（モジュール数＝５）。時刻ｔ４において、２台の電力変換モジュール１６１が故障し、これらをバイパス回路１６２によって短絡させる。これにより、時刻ｔ４以降は、３台の正常な電力変換モジュール１６１が動作しているが、二次電池１７１の放電によって電池電圧が時間の経過とともに漸減していく。

時刻ｔ５において、二次電池１７１の電圧である電池電圧が、最低使用電圧ＶｂＬ以下になると、ダンプトラック１０の回生動作に関わらず高圧直流ライン１１２から電力回生装置１６０を介して補機直流ライン１８０へ電力が供給される。これにより、時刻ｔ５以降に電池電圧が時間の経過とともに漸増している。しかし、時刻ｔ６でさらに１台の電力変換モジュール１６１が故障してバイパス回路１６２によって短絡され、正常な電力変換モジュール１６１が２台になっている。

ここで、電力変換モジュール１６１の故障数の許容数が２台に設定されているとする。この場合、時刻ｔ６において、電力変換モジュール１６１の故障数が３台となり、故障数が許容数を超える。すると、パワーコントローラ１５０は、電力回生装置１６０を停止させ、走行モータ１１０と、グリッドボックスファンモータ１９２を含む補機の負荷を制限する縮退運転を実施する。また、パワーコントローラ１５０は、ダンプトラック１０の動作によらず、蓄電装置１７０の二次電池１７１を放電させてグリッドボックスファンモータ１９２を含む補機を駆動させる。これにより、時刻ｔ６以降、電池電圧が時間の経過とともに漸減している。

時刻ｔ７以降は、二次電池１７１の電圧である電池電圧が最低使用電圧ＶｂＬ以下になった場合のダンプトラック１０の動作を示している。パワーコントローラ１５０の電圧判定機能Ｆ３により二次電池１７１の電圧が最低使用電圧ＶｂＬ以下であると判定されると、縮退運転制御機能Ｆ１２は、走行モータ１１０と補機の負荷を制限する。その後、動作判定機能Ｆ２は、モジュール制御信号出力機能Ｆ７に電力回生装置１６０を駆動させる指令を出力する。また、動作判定機能Ｆ２は、充放電判定機能Ｆ５に蓄電装置１７０の二次電池１７１の充放電を停止させる指令を出力する。また、積載判定機能Ｆ１１によりボディ１４に積載物が積載されていると判定され、かつ、動作判定機能Ｆ２により回生動作中であると判定された場合は、走行モータ１１０と補機の負荷の制限を解除する。

以上のように、本実施形態のダンプトラック１０において、パワーコントローラ１５０は、故障した電力変換モジュール１６１の数が許容数を超え、かつ蓄電装置１７０を構成する二次電池１７１の電圧が最低使用電圧ＶｂＬ以下である場合に、走行モータ１１０および補機の負荷を制限する。

この構成により、本実施形態のダンプトラック１０は、電力回生装置１６０の複数の電力変換モジュール１６１の一部が故障し、必要な電力を補機等へ供給できなくなった場合でも、補機等において必要とする電力を低減させ、ダンプトラック１０の最低限の動作を継続することができる。

また、本実施形態のダンプトラック１０は、積載物を積載するボディ１４と、そのボディ１４に積載された積載物の重量を検知するセンサ１３Ｓと、を備えている。そして、パワーコントローラ１５０は、センサ１３Ｓの出力に基づいてボディ１４に積載物が積載されていることを判定し、かつ、走行モータ１１０が発電する回生動作中であることを判定した場合に、走行モータ１１０および補機の負荷の制限を解除する。

ダンプトラック１０の総重量は、たとえば、ボディ１４に積載物を積載している状態とボディ１４が空の状態とで、倍になったり半分になったりする。そのため、ダンプトラック１０は、ボディ１４に積載物を積載しているときに走行モータ１１０の出力に制限をかけている状態で減速すると、制動力が足りずに逸走してしまう可能性がある。しかし、本実施形態のダンプトラック１０によれば、ボディ１４に積載物を積載した状態で走行モータ１１０の負荷の制限を解除することで、十分な制動力を確保して逸走を防止することができる。

以上、図面を用いて本開示に係るダンプトラックの実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

１０ ダンプトラック
１３Ｓ センサ
１４ ボディ
１１０ 走行モータ
１１２ 高圧直流ライン
１５０ パワーコントローラ
１６０ 電力回生装置
１６１ 電力変換モジュール
１６１ａ インバータ
１６１ｂ トランス
１６１ｃ 整流回路
１６２ バイパス回路
１６３ リレー
１７０ 蓄電装置
１７１ 二次電池
１８０ 補機直流ライン
１９２ グリッドボックスファンモータ（補機）
ＣＳ１ 制御信号
ＣＳ１’ 遮断制御信号
ＶｂＬ 最低使用電圧
ＶｂＲ 定格電圧

Claims (6)

1. 走行モータと、該走行モータに接続された電力回生装置と、該電力回生装置に接続された蓄電装置と、前記電力回生装置および前記蓄電装置に接続された補機と、前記走行モータ、前記電力回生装置および前記蓄電装置を制御するパワーコントローラと、を備えたダンプトラックであって、
   前記電力回生装置は、直列に接続された複数の電力変換モジュールと、前記パワーコントローラから出力される制御信号により各々の前記電力変換モジュールを短絡させる複数のバイパス回路とを有し、
   前記電力変換モジュールは、前記走行モータに高圧直流ラインを介して接続されたインバータと、前記蓄電装置および前記補機に補機直流ラインを介して接続された整流回路と、前記インバータおよび前記整流回路に接続されたトランスと、を有し、
   前記パワーコントローラは、一部の前記電力変換モジュールの故障時に、故障した前記電力変換モジュールを短絡させる前記バイパス回路に前記制御信号を出力するとともに、一部の前記電力変換モジュールの故障時かつ前記電力回生装置を介した前記高圧直流ラインから前記補機直流ラインへの電力供給時に、前記蓄電装置から前記補機へ不足した電力を供給させることを特徴とするダンプトラック。
2. 前記電力回生装置は、前記パワーコントローラから出力される遮断制御信号に基づいて前記高圧直流ラインと前記電力変換モジュールとの間の接続を遮断するリレーを有し、
   前記パワーコントローラは、故障した前記電力変換モジュールの数が許容数を超えた場合に、前記リレーへ前記遮断制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のダンプトラック。
3. 前記パワーコントローラは、前記蓄電装置を構成する二次電池の電圧が最低使用電圧以下である場合、または、故障した前記電力変換モジュールが前記バイパス回路によって短絡されかつ前記二次電池の前記電圧が定格電圧未満である場合に、前記電力回生装置および前記蓄電装置を制御して前記高圧直流ラインから前記補機直流ラインへ電力を回生させて前記二次電池を充電することを特徴とする請求項１に記載のダンプトラック。
4. 前記パワーコントローラは、故障した前記電力変換モジュールの数が許容数を超え、かつ前記蓄電装置を構成する二次電池の電圧が最低使用電圧以下である場合に、前記走行モータおよび前記補機の負荷を制限することを特徴とする請求項１に記載のダンプトラック。
5. 積載物を積載するボディと、前記ボディに積載された前記積載物の重量を検知するセンサと、を備え、
   前記パワーコントローラは、前記センサの出力に基づいて前記ボディに前記積載物が積載されていることを判定し、かつ、前記走行モータが発電する回生動作中であることを判定した場合に、前記制限を解除することを特徴とする請求項４に記載のダンプトラック。
6. 前記パワーコントローラは、一部の前記電力変換モジュールの故障時かつ前記電力回生装置を介した前記高圧直流ラインから前記補機直流ラインへの電力供給時に、故障した前記電力変換モジュールの出力電圧を補償して前記電力回生装置の出力電圧を維持するように正常な前記電力変換モジュールの出力電圧を上昇させることを特徴とする請求項１に記載のダンプトラック。

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