JP2023141307A - ダンプトラックの走行システム - Google Patents
ダンプトラックの走行システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023141307A JP2023141307A JP2022047555A JP2022047555A JP2023141307A JP 2023141307 A JP2023141307 A JP 2023141307A JP 2022047555 A JP2022047555 A JP 2022047555A JP 2022047555 A JP2022047555 A JP 2022047555A JP 2023141307 A JP2023141307 A JP 2023141307A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- converter
- power
- storage device
- power storage
- bus line
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 8
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 230000000881 depressing effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009194 climbing Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000010720 hydraulic oil Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Hybrid Electric Vehicles (AREA)
- Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
【課題】蓄電装置および直流変換器を小型・軽量化することが可能なダンプトラックの走行システムを提供する。
【解決手段】ダンプトラックの走行システムは、電力供給装置30よりも出力密度が高い第1蓄電装置17と、第1DC/DCコンバータ15と電力供給装置30との間で電力変換を行う第2DC/DCコンバータ16とを備え、コントローラ13は、第2直流母線ライン20の電圧VBが第1直流母線ライン19の電圧VAよりも低くなるように第1DC/DCコンバータ15を制御するとともに、第3直流母線ライン21の電圧VCが第2直流母線ライン20の電圧VBよりも低くなるように第2DC/DCコンバータ16を制御する。
【選択図】 図2
【解決手段】ダンプトラックの走行システムは、電力供給装置30よりも出力密度が高い第1蓄電装置17と、第1DC/DCコンバータ15と電力供給装置30との間で電力変換を行う第2DC/DCコンバータ16とを備え、コントローラ13は、第2直流母線ライン20の電圧VBが第1直流母線ライン19の電圧VAよりも低くなるように第1DC/DCコンバータ15を制御するとともに、第3直流母線ライン21の電圧VCが第2直流母線ライン20の電圧VBよりも低くなるように第2DC/DCコンバータ16を制御する。
【選択図】 図2
Description
本発明は、ダンプトラックの走行システムに関する。
エンジンで発電機を駆動し、得られた電力で走行モータを駆動することで走行を行う鉱山用ダンプトラックが知られている。鉱山の代表的な形態である露天掘り鉱山では、鉱石が地中に存在するため、採掘を進めるに従い鉱山全体がすり鉢状の地形を形成していく。ここでダンプトラックは積荷が空の状態ですり鉢状の坂を下りていき、最下点となる積込場において鉱山用ショベルやホイールローダにより鉱石や剥土の積込を受ける。その後すり鉢状の坂を登り、ほぼ最上点付近にある放土場で鉱石や剥土を放土する。このような鉱山現場において、ダンプトラックは走行モータにより電気制動(ブレーキ)をかけながら長時間降坂を下りていくことになる。ここで、この時に発生する回生電力を蓄電池に蓄え、その後の走行駆動用のエネルギーとして使用することで燃料消費量を削減する試みがなされている。回生電力を無駄なく蓄電池に充電し、また走行に利用するためには充電池とその変換器に相応の出力と容量が必要とされる。しかし、一種類の蓄電池で出力と容量の要求を同時に満たすことは蓄電池の小型化、軽量化の阻害要因となり、また、それに伴うコスト増加も問題となる。このため、複数の種類の蓄電池を使い分けることで上記問題を解決する試みがなされている。例えば自動車業界では、特許文献1において、容量特性に優れる第1蓄電装置と出力特性に優れる第2蓄電装置を備え、コントローラ及び電圧変換器で協調的に制御することで第1蓄電装置への出力を抑える技術が開示されている。これにより出力の低い蓄電池を使用することができ装置の小型化・軽量化を可能としている。
しかしながら、特許文献1の方法は一般的な乗用車を想定しており、鉱山用ダンプトラックのような大規模な走行システム特有の事情については考慮されていない。ダンプトラックは走行駆動または制動に必要なトルク・出力が一般的な乗用車に比べてはるかに高い。このため、ダンプトラックの走行システムは高電圧の主機直流バス電圧回路部を備え、この主機直流バス電圧回路部に接続されたインバータで走行モータを駆動している。この走行システムの電力源として、一般的なリチウムイオンバッテリのような蓄電装置を用いた場合、蓄電装置の端子電圧と主機直流バス電圧回路部の電圧とを相互に変換するためのDC/DCコンバータ(直流変換器)が必要となる。ここで、蓄電装置の端子電圧は主機直流バス電圧回路部の電圧よりもはるかに低いため、DC/DCコンバータには高い変圧比と絶縁性能が要求される。また、走行モータの出力が乗用車より大きいことを加味すると、DC/DCコンバータが著しく巨大化、重量化する恐れがある。また、蓄電装置に要求される出力・容量も一般的な乗用車より高くなるため、蓄電装置も巨大化、重量化する恐れがある。以上より、直流変換器まで含めた走行システムの小型・軽量化が求められるが、特許文献1の方法は蓄電装置の長寿命化、ひいては小型・軽量化のみを主眼としており、高い変圧比が要求される直流変換器を小型・軽量化することはできない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄電装置および直流変換器を小型・軽量化することが可能なダンプトラックの走行システムを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、走行モータと、前記走行モータと電力の授受を行う第1インバータと、直流電力を出力可能な電力供給装置と、前記第1インバータと前記電力供給装置との間で電力変換を行う第1DC/DCコンバータと、前記第1インバータおよび前記第1DC/DCコンバータを制御するコントローラとを備え、前記第1DC/DCコンバータの一方の入出力端子は、第1直流母線ラインを介して前記第1インバータの直流側の入出力端子に接続されているダンプトラックの走行システムにおいて、前記電力供給装置よりも出力密度が高い第1蓄電装置と、前記第1DC/DCコンバータと前記電力供給装置との間で電力変換を行う第2DC/DCコンバータとを備え、前記第1DC/DCコンバータの他方の入出力端子は、第2直流母線ラインを介して前記第1蓄電装置の入出力端子と前記第2DC/DCコンバータの一方の入出力端子とに接続され、前記第2DC/DCコンバータの他方の入出力端子は、第3直流母線ラインを介して前記電力供給装置の出力端子に接続され、前記コントローラは、前記第2直流母線ラインの電圧が前記第1直流母線ラインの電圧よりも低くなるように前記第1DC/DCコンバータを制御するとともに、前記第3直流母線ラインの電圧が前記第2直流母線ラインの電圧よりも低くなるように前記第2DC/DCコンバータを制御するものとする。
以上のように構成した本発明によれば、第2直流母線ラインの電圧が電力供給装置の端子電圧(第3直流母線ラインの電圧)よりも高くなるため、第1DC/DCコンバータの変圧比が小さくなり、第1DC/DCコンバータ内での絶縁性の確保が不要となる。これにより、第1DC/DCコンバータの小型・軽量化が可能となる。また、第1DC/DCコンバータの入出力電力の一部が第1蓄電装置に入出力されるため、車体出力を維持しつつ第2DC/DCコンバータおよび電力供給装置の入出力電力を減らすことができる。これにより、第2DC/DCコンバータおよび電力供給装置の小型・軽量化が可能となる。
本発明に係るダンプトラックの走行システムによれば、蓄電装置および直流変換器を小型・軽量化することが可能となる。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各図中、同等の要素には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。また、本実施形態は、本発明に係るダンプトラックの走行システムを鉱山向けダンプトラックに適用したものであるが、本発明の適用対象はこれに限定されない。
図1は、本発明の第1の実施例における鉱山向けダンプトラック(以下、ダンプトラック)の側面図である。図1に示すように、ダンプトラックは、車体フレーム1と、土砂等のペイロード8を載せる荷台2とを備えている。車体フレーム1と荷台2はホイストシリンダ3とヒンジピン7で連結されている。ホイストシリンダ3を伸縮動作させることにより、荷台2が車体フレーム1に対してヒンジピン7を支点に上下方向に回動動作し、ペイロード8を放土することができる。
車体フレーム1には、図示しない機構部品を介して、左右のフロントタイヤ5F、左右のリアタイヤ5R、作動油タンク(図示せず)などが取り付けられている。リアタイヤ5Rの回転軸部には、リアタイヤ5Rを駆動する主機モータ(走行モータ)12L,12Rと、リアタイヤ5Rの回転数を調整する減速機が納められている。
ダンプトラックはまた、車体フレーム1の前側に一対のフロントサスペンションシリンダ4L,4Rを備え、車体フレーム1の後側に一対のリアサスペンションシリンダ6L,6Rを備えている。フロントサスペンションシリンダ4L,4Rは、左右のフロントタイヤ5Fを独立して上下させることができる独立懸架式のサスペンションシリンダであり、その上端側は車体フレーム1に取り付けられ、下端側は左右のフロントタイヤ5Fを支持している車輪支持部材(図示せず)に取り付けられている。リアサスペンションシリンダ6L,6Rは、左右のリアタイヤ5Rを独立して上下させることができる独立懸架式のサスペンションシリンダであり、その上端側は車体フレーム1に取り付けられ、下端側は左右のリアタイヤ5Rを支持している車輪支持部材(図示せず)に取り付けられている。
車体フレーム1の前側には、オペレータが歩行可能なデッキ9が取り付けられている。デッキ9上面には、ダンプトラックの操作を行うためにオペレータが搭乗するキャブ31、各種電力機器が収納されたコントロールキャビネット10、コントロールキャビネット10の余剰エネルギーを熱として放散するためのグリッドボックス11などが搭載されている。また、フロントタイヤ5Fにより隠れた部分には、蓄電装置17,18、主に補機類用電力源としての補助発電機(図示せず)、主に油圧機器用油圧源としてのメインポンプ(図示せず)などが搭載されている。
次に、ダンプトラックの操作方法について説明する。キャブ31内には不図示のアクセルペダル、ブレーキペダル、ホイストペダル、ハンドルが設置されている。オペレータはキャブ31内のアクセルペダル、ブレーキペダルを踏み込むことによりダンプトラックの駆動力、制動力を制御することができる(後述)。さらにオペレータはハンドルを左右に回転させることによって油圧駆動による操舵操作を行い、ホイストペダルを踏み込むことにより油圧駆動によるダンプ操作を行う。なお、操舵操作、ダンプ操作のシステムについては従来と同様であるため、説明は省略する。
図2は、図1に示すダンプトラックの走行システムの構成図である。図2に示すように、走行システムは、リアタイヤ5Rを駆動する主機モータ12L,12Rと、主機モータ12L,12Rと電力の授受を行う主機用インバータ14と、グリッドボックス11と、チョッパ22と、蓄電可能な電力量が小さくかつ出力密度(単位質量または単位体積当たりの出力電力)が高い(小容量高出力の)第1蓄電装置17と、蓄電可能な電力量が大きくかつ出力密度が低い(大容量低出力の)第2蓄電装置18からなる電力供給装置30と、第1DC/DCコンバータ15と、第2DC/DCコンバータ16と、チョッパ22、主機用インバータ14、第1DC/DCコンバータ15、および第2DC/DCコンバータ16を制御するコントローラ13とを備えている。コントローラ13、主機用インバータ14、第1DC/DCコンバータ15、および第2DC/DCコンバータ16は、コントロールキャビネット10に収納されている。
第1DC/DCコンバータ15の一方の入出力端子は、第1直流母線ライン19を介して主機用インバータ14の直流側の入出力端子とチョッパ22の直流側の入出力端子とに接続されている。第1DC/DCコンバータ15の他方の入出力端子は、第2直流母線ライン20を介して第1蓄電装置17の入出力端子と第2DC/DCコンバータ16の一方の入出力端子とに接続されている。第2DC/DCコンバータ16の他方の入出力端子は、第3直流母線ライン21を介して第2蓄電装置18の入出力端子に接続されている。
主機用インバータ14は、主機モータ12L,12Rと第1直流母線ライン19との間で電力の授受を行う。チョッパ22は、第1直流母線ライン19の電力をグリッドボックス11に供給する。グリッドボックス11は、チョッパ22から供給された電力を熱に変換して放出する。第1DC/DCコンバータ15は第1直流母線ライン19と第2直流母線ライン20との間で電力変換を行い、第2DC/DCコンバータ16は第2直流母線ライン20と第3直流母線ライン21との間で電力変換を行う。第2DC/DCコンバータ16は絶縁性を有しており、第2直流母線ライン20と第3直流母線ライン21と間の絶縁性を確保している。
コントローラ13は、ダンプトラックの状態を検知するセンサからの入力やオペレータの操作入力に応じて主機用インバータ14、第1DC/DCコンバータ15、第2DC/DCコンバータ16、およびチョッパ22に入出力指令を与えることにより、走行システム内の電力の流れを制御する。
次に、走行システム内の電力の流れの詳細について説明する。蓄電装置17,18はダンプトラックの停止時に予め、またはダンプトラックの走行中に外部から充電される。ダンプトラックは蓄電装置17,18が充電された状態で動作を開始する。走行システムをスタンバイ状態にするためオペレータがキーオン操作などを行うと、コントローラ13は第1DC/DCコンバータ15および第2DC/DCコンバータ16の動作を開始し、第1直流母線ライン19および第2直流母線ライン20の電圧を制御する。この制御に先立ち第1DC/DCコンバータ15および第2DC/DCコンバータ16に内蔵されているリレー回路などを駆動し、別途第1直流母線ライン19および第2直流母線ライン20の初期充電動作を行っても良い。
第1直流母線ライン19の電圧VAは、主機用インバータ14および主機モータ12L,12Rの電流を小さくするために比較的高圧(例えば1000~3000V)となるよう制御する。第3直流母線ライン21の電圧VCは第2蓄電装置18の端子電圧となるが、大容量電池の端子電圧を高くすることは安全上の懸念がある。そのため、第1直流母線ライン19の電圧VAよりも低い端子電圧(例えば100~500V)の電池を第2蓄電装置18として用いる。第2直流母線ライン20の電圧VBは第1蓄電装置17の端子電圧となるが、第1蓄電装置17は小容量であるため、第3直流母線ライン21の電圧VCよりも高い電圧(例えば600~800V)とすることができる。すなわち、車体走行が可能な制御状態ではVA>VB>VCの関係が成立する。
この状態でオペレータがアクセルペダルを踏み込むと、コントローラ13から主機用インバータ14に加速のための制御信号が入力され、主機モータ12L,12Rに電力が供給される。同時に第1DC/DCコンバータ15および第2DC/DCコンバータ16に制御信号を入力し、第1蓄電装置17および第2蓄電装置18の少なくとも一つを放電させ、主機用インバータ14への供給電力を維持する。これにより主機モータ12L,12Rは減速機を介してリアタイヤ5Rを駆動し、車体を前進または後進させる。一方、オペレータがブレーキペダルを踏んだ時や、降坂における制動動作時は、コントローラ13から主機用インバータ14に減速のための制御信号が入力され、主機モータ12L,12Rは車体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。すなわち、主機モータ12L,12Rは発電機として動作する。この時発生した電力は通常、第1直流母線ライン19および第1DC/DCコンバータ15を介して第1蓄電装置17または第2蓄電装置18に蓄えられる。第1蓄電装置17および第2蓄電装置18が満充電であった場合や、発生した電力が第1DC/DCコンバータ15の最大充放電電力を超過していた場合は、コントローラ13はチョッパ22を起動し、グリッドボックス11に電力を供給する。グリッドボックス11は内部に高出力の抵抗を備えており、電力を熱に変換し不図示のファンを用いて熱を大気中に放出することで走行システムの温度上昇を防ぐ。
コントローラ13の制御の詳細について図3および図4を用いて説明する。図3はコントローラ13の入出力信号を示す図であり、図4はコントローラの制御フローを示す図である。
コントローラ13には、第1直流母線ライン19の電圧指令VAref、および第2直流母線ライン20電圧指令VBrefが予め設定されている。なお、電圧指令VArefはオペレータのアクセルまたはブレーキ等の操作入力に応じて変更しても良い。
コントローラ13は、第1直流母線ライン19の電圧VAが電圧指令VArefと一致するように第1DC/DCコンバータ15のPWM(Pulse Width Modulation)のDutyを変化させる。そのための制御フローを図4の上側に示す。電圧制御部13aは、電圧指令VArefと電圧VAの検出値との差分を小さくするための電流指令IArefを決定する。電流指令制限部13bは、電流指令IArefを電流制限値IAmax以下に制限する。ここで、電流制限値IAmaxは第1DC/DCコンバータ15の機器由来の値であり、正側・負側ともに一定値である。電流制御部13cは、制限された電流指令IArefと電流IAの検出値との差分が小さくなるように第1DC/DCコンバータ15のDutyを決定し、このDutyに応じた制御信号を第1DC/DCコンバータ15へ出力する。
また、コントローラ13は、第2直流母線ライン20の電圧VBが電圧指令VBrefと一致するように第2DC/DCコンバータ16のPWMのDutyを変化させる。そのための制御フローを図4の下側に示す。電圧制御部13dは、電圧指令VBrefと電圧VBの検出値との差分を小さくするための電流指令IBrefを決定する。電流指令制限部13eは、電流指令IBrefを電流制限値IBmax以下に制限する。ここで、電流制限値IBmaxは第2DC/DCコンバータ16の機器由来の値であり、正側・負側ともに一定値である。電流制御部13fは、制限された電流指令IBrefと電流IBの検出値との差分が小さくなるように第2DC/DCコンバータ16のDutyを決定し、このDutyに応じた制御信号を第2DC/DCコンバータ16へ出力する。
本実施例における走行システムの各電圧および電流の変化の一例を図5に示す。図5は、ダンプトラックが停止、制動(降坂など)、惰性走行または停止、駆動、惰性走行という一連の動作を行った場合の各電圧および電流の変化を示している。なお、説明を簡略化するため、瞬時的な応答やオーバーシュート等は図示していない。また、各DC/DCコンバータ15,16の出力が一定の条件下において電圧VA,VB,VCが変動することによる電流IA,IB,ICの変化は無視している。
まず、車体が停止している状態(a)では、第1直流母線ライン19の電圧VA=電圧指令VAref、第2直流母線ライン20の電圧VB=電圧指令VBrefであるため、図4の制御フローによって電流IA,IB,ICはすべてゼロとなる。
次に、状態(a)で降坂などを開始し、車体に一定かつ比較的大きな制動力をかける状態(b)に移行する。この時、主機モータ12L,12Rからの回生電力により第1直流母線ライン19の電圧VAが上昇し、電圧VAと電圧指令VArefとの差分に応じてコントローラ13は第1DC/DCコンバータ15を動作させ、電流IA(図5には電流IAに代えて第1DC/DCコンバータ15の入出力電力VB×IAを記載)を出力する。これにより第2直流母線ライン20の電圧VBが上昇する。この電圧VBの上昇により電圧指令VBrefとの差分が大きくなり、コントローラ13は第2DC/DCコンバータ16を動作させて電流IBを出力させ、第2蓄電装置18に電力を蓄える。ここで、電流IBは電流指令制限部13eにより電流制限値IBmax以下に制限されているため、第1DC/DCコンバータ15の出力電力全てを第2蓄電装置18に蓄えることができず、第2直流母線ライン20の電圧VB(第1蓄電装置17の端子電圧)は時間とともに上昇していく。その結果、主機モータ12L,12Rで発生した電力は第1蓄電装置17および第2蓄電装置18の双方に充電される。
次に、状態(b)から比較的小さい制動力をかける状態(c)に移行する。主機モータ12L,12Rからの回生電力が状態(b)よりも小さくなるため、第1DC/DCコンバータ15の出力も小さくなるが、電圧VBは依然として電圧指令VBrefよりも十分に高いため、電流IBは電圧VBが電圧指令VBrefに近づくまで変化しない。このため、電圧VBは時間とともに低下していく。その結果、主機モータ12L,12Rからの回生電力、第1蓄電装置17の放電電力の双方が第2蓄電装置18に充電される。
次に、状態(c)から車体を停止または惰性走行させた状態(d)に移行する。主機モータ12L,12Rからの回生電力が発生しなくなるため、主機用コンバータ14および第1DC/DCコンバータ15は電圧VAを電圧指令VArefまで速やかに下降させたのちに出力を停止する。一方で電圧VBは依然として電圧指令VBrefよりも高く、主機用コンバータ14および第2DC/DCコンバータ16は電流IBを出力し続けるため、電圧VBは時間とともに低下していき、電圧指令VBrefに達した時点で第2DC/DCコンバータ16は出力を停止する。その結果、電圧VBが電圧指令VBrefに達するまで第1蓄電装置17が放電し、第2蓄電装置18が充電される。
続く状態(e)~(h)は車体駆動時の状態であるが、各電流の方向が制動時と逆であること以外は状態(a)~(e)と同様であるため、説明は省略する。
なお、本実施例では電圧を指令値として使用したが、各蓄電装置の充放電レベルを参照できる値、例えばSoC(State of Charge)を使用しても良い。また、簡便のため、第1直流母線ライン19の電圧VAおよび第2直流母線ライン20の電圧VBの制御方法を比例制御方式としたが、他の制御方法(例えば、PID)を用いても良い。また、第1蓄電装置17および第2蓄電装置18の入出力電力を決定するために電流制限値IAmax,IBmaxを用いたが、第1DC/DCコンバータ15の入出力電力が所定の閾値以下のときに第2蓄電装置18を第1蓄電装置17に優先して充放電させることのできる制御方法であれば、他の制御方法を用いても良い。
(まとめ)
本実施例では、走行モータ12L,12Rと、走行モータ12L,12Rと電力の授受を行う第1インバータ14と、直流電力を出力可能な電力供給装置30と、第1インバータ14と電力供給装置30との間で電力変換を行う第1DC/DCコンバータ15と、第1インバータ14および第1DC/DCコンバータ15を制御するコントローラ13とを備え、第1DC/DCコンバータ15の一方の入出力端子は、第1直流母線ライン19を介して第1インバータ14の直流側の入出力端子に接続されているダンプトラックの走行システムにおいて、電力供給装置30よりも出力密度が高い第1蓄電装置17と、第1DC/DCコンバータ15と電力供給装置30との間で電力を授受する第2DC/DCコンバータ16とを備え、第1DC/DCコンバータ15の他方の入出力端子は、第2直流母線ライン20を介して第1蓄電装置17の入出力端子と第2DC/DCコンバータ16の一方の入出力端子とに接続され、第2DC/DCコンバータ16の他方の入出力端子は、第3直流母線ライン21を介して電力供給装置30の出力端子に接続され、コントローラ13は、第2直流母線ライン20の電圧VBが第1直流母線ライン19の電圧VAよりも低くなるように第1DC/DCコンバータ15を制御するとともに、第3直流母線ライン21の電圧VCが第2直流母線ライン20の電圧VBよりも低くなるように第2DC/DCコンバータ16を制御する。
本実施例では、走行モータ12L,12Rと、走行モータ12L,12Rと電力の授受を行う第1インバータ14と、直流電力を出力可能な電力供給装置30と、第1インバータ14と電力供給装置30との間で電力変換を行う第1DC/DCコンバータ15と、第1インバータ14および第1DC/DCコンバータ15を制御するコントローラ13とを備え、第1DC/DCコンバータ15の一方の入出力端子は、第1直流母線ライン19を介して第1インバータ14の直流側の入出力端子に接続されているダンプトラックの走行システムにおいて、電力供給装置30よりも出力密度が高い第1蓄電装置17と、第1DC/DCコンバータ15と電力供給装置30との間で電力を授受する第2DC/DCコンバータ16とを備え、第1DC/DCコンバータ15の他方の入出力端子は、第2直流母線ライン20を介して第1蓄電装置17の入出力端子と第2DC/DCコンバータ16の一方の入出力端子とに接続され、第2DC/DCコンバータ16の他方の入出力端子は、第3直流母線ライン21を介して電力供給装置30の出力端子に接続され、コントローラ13は、第2直流母線ライン20の電圧VBが第1直流母線ライン19の電圧VAよりも低くなるように第1DC/DCコンバータ15を制御するとともに、第3直流母線ライン21の電圧VCが第2直流母線ライン20の電圧VBよりも低くなるように第2DC/DCコンバータ16を制御する。
以上のように構成した本実施例によれば、第2直流母線ライン20の電圧VBが電力供給装置30の端子電圧(第3直流母線ラインの電圧VC)よりも高くなるため、第1DC/DCコンバータ15の変圧比が小さくなり、第1DC/DCコンバータ15内での絶縁性の確保が不要となる。これにより、第1DC/DCコンバータ15の小型・軽量化が可能となる。また、第1DC/DCコンバータ15の入出力電力の一部が第1蓄電装置17に入出力されるため、車体出力を維持しつつ第2DC/DCコンバータ16および電力供給装置30の入出力電力を減らすことができる。これにより、第2DC/DCコンバータ16および電力供給装置30の小型・軽量化が可能となる。
また、本実施例における電力供給装置30は、第1蓄電装置17よりも容量の大きい第2蓄電装置18で構成されており、コントローラ13は、第1DC/DCコンバータ15から第1インバータ14に供給される電力が所定の閾値以下である場合に、第1蓄電装置17に優先して第2蓄電装置18が放電するように第2DC/DCコンバータ16を制御し、第1インバータ14から第1DC/DCコンバータ15に供給される電力が前記閾値以下である場合に、第1蓄電装置17に優先して第2蓄電装置18が充電されるように第2DC/DCコンバータ16を制御する。これにより、第1蓄電装置17が充電不足に陥る可能性を減じることが可能となる。
また、本実施例における電力供給装置30は、第1蓄電装置17よりも容量の大きい第2蓄電装置18で構成されており、コントローラ13は、前記第1DC/DCコンバータの入出力電力(VB×IA)が所定の閾値以下である場合に、第1蓄電装置17の蓄電状態に応じて、第1蓄電装置17と第2蓄電装置18との間で電力の授受を行うように第2DC/DCコンバータ16を制御する(図5の状態(c)、(d)、(g)、(h))。これにより、第1蓄電装置17の満充電によりエネルギー回収効率が低下する可能性、および第1蓄電装置17の充電不足により車体出力が不足する可能性を減じることが可能となる。
本発明の第2の実施例について、第1の実施例との相違点を中心に説明する。図6は、本実施例における走行システムの構成図である。図6において、第1の実施例(図2に示す)との相違点は、エンジン23エンジン23と、主発電機24と、補助発電機25と、補機用インバータ26と、各補機類を駆動する補機モータ27とを追加している点である。補機用インバータ26は、コントロールキャビネット10に収納されている。
主発電機24および補助発電機25は、エンジン23の出力軸に機械的に連結されており、ダンプトラックの動作時にエンジン23によって駆動される。主発電機24の出力端子は不図示の三相ダイオードを介して第1直流母線ライン19に接続されており、コントローラ13からの発電制御指令に応じて第1直流母線ライン19に給電を行う。補助発電機25の出力端子は不図示の三相ダイオードを介して第2直流母線ライン20に接続されており、コントローラ13からの発電制御指令に応じて第2直流母線ライン20に給電を行う。補機用インバータ26は、コントローラ13からの制御指令に応じて補機モータ27に給電を行う。補機モータ27は補機用インバータ26から供給される電力で駆動される。
次に、本実施例における走行システムの動作について説明する。主発電機24は、走行モータ12L,12Rに高い駆動力が要求されたときに、第1DC/DCコンバータ15とともに第1直流母線ライン19に電力を供給する。また、第1蓄電装置17または第2蓄電装置18の蓄電電力が少なくなった場合、主発電機24は第1DC/DCコンバータ15および第2DC/DCコンバータ16を介して第1蓄電装置17または第2蓄電装置18を充電することができる。補機用インバータ26および補機モータ27は通常、第1蓄電装置17および第2蓄電装置18の電力で駆動されるが、長期間の登坂などにより放電不可能になる可能性がある。その場合は補助発電機25で補機用インバータ26に電力を供給し、補機の出力を維持する。
(まとめ)
本実施例におけるダンプトラックの走行システムは、エンジン23と、エンジン23によって駆動され、第1直流母線ライン19に電力を供給する主発電機24と、エンジン23によって駆動され、第2直流母線ライン20に電力を供給する補助発電機25と、補機モータ27と、第2直流母線ライン20から供給される直流電力を交流電力に変換して補機モータ27に供給する第2インバータ26とを備える。
本実施例におけるダンプトラックの走行システムは、エンジン23と、エンジン23によって駆動され、第1直流母線ライン19に電力を供給する主発電機24と、エンジン23によって駆動され、第2直流母線ライン20に電力を供給する補助発電機25と、補機モータ27と、第2直流母線ライン20から供給される直流電力を交流電力に変換して補機モータ27に供給する第2インバータ26とを備える。
以上のように構成した本実施例においても、第1の実施例と同様の効果が得られる。さらに、第1蓄電装置17および第2蓄電装置18の出力に加え、主発電機24の出力で走行モータ12L,12Rを駆動できるため、車体の駆動力(加速力)の上積み、または、車体の駆動力(加速力)を維持しつつ第1DC/DCコンバータ15、第2DC/DCコンバータ16、第1蓄電装置17、および第2蓄電装置18の更なる小型化が可能となる。
また、主発電機24および補助発電機25により走行モータ12L,12Rおよび補機モータ27の駆動用の電力が確保されているため、第1蓄電装置17および第2蓄電装置18が完全に放電してしまった状態でも車体の走行が可能となる。これにより、オペレータは第1蓄電装置17および第2蓄電装置18の蓄電量を気にせず運転することができる。
本発明の第3の実施例について、第1の実施例との相違点を中心に説明する。図7は、本実施例における走行システムの構成図である。図7において、第1の実施例(図2に示す)との相違点は、電力供給装置30が燃料電池28で構成されている点である。なお、第1の実施例における第1蓄電装置17(図2に示す)は本実施例における唯一の蓄電装置であるため、本実施例では単に「蓄電装置」と記載している。
燃料電池28は必要な電圧、電流値を確保するために複数の燃料電池セルをスタックした機器であり、水素貯蔵タンクや冷却回路や燃料電池セル保護用のコントローラ等(いずれも不図示)を備えた機器である。燃料電池は水素と酸素の化学反応エネルギーを電力に変換する発電装置であり、水素貯蔵タンクに水素がある限り発電が可能であるため一般的な蓄電装置よりも容量の面で秀でているという特徴があるが、出力密度では劣っており、また、二次電池ではないため充電することができない。
本実施例における走行システムの各電圧および電流の変化の一例を図8に示す。図8に示す車体の走行動作は、比較のため、第1の実施例(図5に示す)と共通にしている。
まず、車体が停止している状態(a)では、第1直流母線ライン19の電圧VA=電圧指令VAref、第2直流母線ライン20の電圧VB=電圧指令VBrefであるため、図4の制御フローによって電流IA,IB,ICはすべてゼロとなる。
次に、状態(a)で降坂などを開始し、車体に制動力をかける状態(b)、(c)に移行する。この時、主機モータ12L,12Rからの回生電力により第1直流母線ライン19の電圧VAが上昇し、電圧VAと電圧指令VArefとの差分に応じてコントローラ13は第1DC/DCコンバータ15を動作させ、電流IA(図8には電流IAに代えて第1DC/DCコンバータ15の入出力電力VB×IAを記載)を出力する。第1の実施例の第2蓄電装置18とは異なり燃料電池28には充電することができないため、この時の回生電力はすべて蓄電装置18に蓄えられ、電圧VBが時間とともに上昇していく。
車体の停止、制動時は蓄電装置18に蓄えられた電力の消費先が存在しないため、制動が終了した後の惰性走行または停止状態(d)、(e)でも電圧VBは電圧指令VBrefよりも高くなる。
惰性走行または停止状態(d)、(e)から駆動状態(f)に移行すると、主機モータ12L,12Rで電力が消費されるため、蓄電装置18に蓄えられた電力が放電され、電圧VBが低下していく。電圧VBが電圧指令VBrefを下回ると燃料電池28が発電を開始する。この時、蓄電装置18と燃料電池28の双方の電力により主機モータ12L,12Rが駆動される。
主機モータ12L,12Rの駆動電力が低下した状態(g)に移行すると、燃料電池28の電力のみで主機モータ12L,12Rが駆動できるようになり、余剰の発電電力は蓄電装置18に蓄えられる。この充電動作は主機モータ12L,12Rが停止した後の惰性走行または停止状態(h)も継続し、電圧VBが電圧指令VBrefに一致した状態(i)になると停止する。
(まとめ)
本実施例における電力供給装置30は、燃料電池28で構成されている。
本実施例における電力供給装置30は、燃料電池28で構成されている。
以上のように構成した本実施例においても、第1の実施例と同様の効果が得られる。さらに、燃料電池28の発電能力に余裕があるタイミングで燃料電池28の発電電力で蓄電装置18を充電することができるため、蓄電装置18を第1の実施例よりも小容量化し、または、蓄電装置18の充電不足により主機モータ12L,12Rが出力不足に陥る可能性を第1の実施例よりも低くすることが可能となる。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、本発明は必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。
1…車体フレーム、2…荷台、3…ホイストシリンダ、4L,4R…フロントサスペンションシリンダ、5F…フロントタイヤ、5R…リアタイヤ、6L,6R…リアサスペンションシリンダ、7…ヒンジピン、8…ペイロード、9…デッキ、10…コントロールキャビネット、11…グリッドボックス、12L,12R…主機モータ(走行モータ)、13…コントローラ、13a…電圧制御部、13b…電流指令制限部、13c…電流制御部、13d…電圧制御部、13e…電流指令制限部、13f…電流制御部、14…主機用インバータ(第1インバータ)、15…第1DC/DCコンバータ、16…第2DC/DCコンバータ、17…第1蓄電装置、18…第2蓄電装置、19…第1直流母線ライン、20…第2直流母線ライン、21…第3直流母線ライン、22…チョッパ、23…エンジン、24…主発電機、25…補助発電機、26…補機用インバータ(第2インバータ)、27…補機モータ、28…燃料電池、30…電力供給装置、31…キャブ。
Claims (5)
- 走行モータと、
前記走行モータと電力の授受を行う第1インバータと、
直流電力を出力可能な電力供給装置と、
前記第1インバータと前記電力供給装置との間で電力変換を行う第1DC/DCコンバータと、
前記第1インバータおよび前記第1DC/DCコンバータを制御するコントローラとを備え、
前記第1DC/DCコンバータの一方の入出力端子は、第1直流母線ラインを介して前記第1インバータの直流側の入出力端子に接続されているダンプトラックの走行システムにおいて、
前記電力供給装置よりも出力密度が高い第1蓄電装置と、
前記第1DC/DCコンバータと前記電力供給装置との間で電力変換を行う第2DC/DCコンバータとを備え、
前記第1DC/DCコンバータの他方の入出力端子は、第2直流母線ラインを介して前記第1蓄電装置の入出力端子と前記第2DC/DCコンバータの一方の入出力端子とに接続され、
前記第2DC/DCコンバータの他方の入出力端子は、第3直流母線ラインを介して前記電力供給装置の出力端子に接続され、
前記コントローラは、前記第2直流母線ラインの電圧が前記第1直流母線ラインの電圧よりも低くなるように前記第1DC/DCコンバータを制御するとともに、前記第3直流母線ラインの電圧が前記第2直流母線ラインの電圧よりも低くなるように前記第2DC/DCコンバータを制御する
ことを特徴とするダンプトラックの走行システム。 - 請求項1に記載のダンプトラックの走行システムにおいて、
前記電力供給装置は、前記第1蓄電装置よりも容量の大きい第2蓄電装置で構成されており、
前記コントローラは、
前記第1DC/DCコンバータから前記第1インバータに供給される電力が所定の閾値以下である場合に、前記第1蓄電装置に優先して前記第2蓄電装置が放電するように第2DC/DCコンバータを制御し、
前記第1インバータから前記第1DC/DCコンバータに供給される電力が前記閾値以下である場合に、前記第1蓄電装置に優先して前記第2蓄電装置が充電されるように第2DC/DCコンバータを制御する
ことを特徴とするダンプトラックの走行システム。 - 請求項1に記載のダンプトラックの走行システムにおいて、
前記電力供給装置は、前記第1蓄電装置よりも容量の大きい第2蓄電装置で構成されており、
前記コントローラは、前記第1DC/DCコンバータの入出力電力が所定の閾値以下である場合に、前記第1蓄電装置の蓄電状態に応じて、前記第1蓄電装置と前記第2蓄電装置との間で電力の授受を行うように前記第2DC/DCコンバータを制御する
ことを特徴とするダンプトラックの走行システム。 - 請求項1に記載のダンプトラックの走行システムにおいて、
エンジンと、
前記エンジンによって駆動され、前記第1直流母線ラインに電力を供給する主発電機と、
前記エンジンによって駆動され、前記第2直流母線ラインに電力を供給する補助発電機と、
補機モータと、
前記第2直流母線ラインから供給される直流電力を交流電力に変換して前記補機モータに供給する第2インバータとを備える
ことを特徴とするダンプトラックの走行システム。 - 請求項1に記載のダンプトラックの走行システムにおいて、
前記電力供給装置は、燃料電池で構成されている
ことを特徴とするダンプトラックの走行システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022047555A JP2023141307A (ja) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | ダンプトラックの走行システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022047555A JP2023141307A (ja) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | ダンプトラックの走行システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023141307A true JP2023141307A (ja) | 2023-10-05 |
Family
ID=88205663
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022047555A Pending JP2023141307A (ja) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | ダンプトラックの走行システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023141307A (ja) |
-
2022
- 2022-03-23 JP JP2022047555A patent/JP2023141307A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102325947B (zh) | 具备电源系统的建筑机械以及工业车辆 | |
US8080971B2 (en) | Active electrical power flow control system for optimization of power delivery in electric hybrid vehicles | |
JP6493992B2 (ja) | 電動車両の制御装置及び電動車両 | |
AU2008247961B2 (en) | Propulsion system | |
CN101284532B (zh) | 一种混合动力汽车的电池荷电状态soc的控制方法 | |
JP2004040994A (ja) | 燃料電池ハイブリッド電気自動車の動力分配制御システム及び制御方法 | |
JP2008296908A (ja) | 制動時のエネルギーを回収するためのスーパーコンデンサを備えた車両 | |
JP2002118981A (ja) | 燃料電池を有する直流電源 | |
JPH11234806A (ja) | 電池の充電状態に依存する電池回生を用いる電気自動車 | |
JPH10271611A (ja) | 電気自動車の電源システム | |
EP2853459B1 (en) | Apparatus, vehicle, and method for operating vehicle | |
KR20080044097A (ko) | 수퍼커패시터를 이용한 연료전지 차량의 회생제동 시스템 | |
JP2002118979A (ja) | 燃料電池を有する直流電源 | |
JP6909694B2 (ja) | 作業車両の電力回生システム | |
JPH11285165A (ja) | クレーン用電源設備 | |
JP2006312352A (ja) | 駆動システムの制御装置 | |
CN112105521A (zh) | 用于电驱动的车辆的系统以及相关的车辆和相关的方法 | |
JP4010257B2 (ja) | 電気自動車およびその制御方法 | |
JP2011218920A (ja) | アーティキュレート式ダンプトラック | |
KR20010089643A (ko) | 하이브리드 구동 장치 | |
KR101237317B1 (ko) | 4륜구동 하이브리드 차량의 추진 장치 및 방법 | |
JP5648581B2 (ja) | リチウムイオン電池を搭載した電動カート及び電動カート用リチウムイオン電池の充電方法 | |
KR100579298B1 (ko) | 환경 차량의 보조 배터리 충전 제어방법 | |
JP2023141307A (ja) | ダンプトラックの走行システム | |
CN115946547A (zh) | 一种基于碳基电容电池的混合动力系统及控制方法 |