JP2024053572A - Electric Work Vehicle - Google Patents
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Abstract
【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータを小型化するとともに、補機への安定的な電力供給を確保しつつ、停止時や低速走行時に生じる損失やノイズを低減することができる電動作業車両を提供すること。【解決手段】発電装置で生成された直流電力が供給される主機直流ラインと、主機直流ラインに供給される直流電力によって走行モータを駆動するインバータと、補機装置を駆動するための直流電力を供給する補機直流ラインと、主機直流ラインの直流電圧が予め定めた電圧閾値以上である場合に主機直流ラインの直流電圧を変換して補機直流ラインに供給可能なＤＣ／ＤＣコンバータと、補機直流ラインに供給可能な電力を蓄電する蓄電装置とを有する補機電源装置と、発電装置および補機電源装置を制御する制御装置とを備え、制御装置は、走行モータの回転速度および蓄電装置の蓄電残量に応じて、発電装置および補機電源装置を制御する。【選択図】 図１[Problem] To provide an electric work vehicle that can reduce losses and noise that occur when stopped or traveling at low speeds while miniaturizing a DC/DC converter and ensuring a stable power supply to the auxiliary equipment. [Solution] An auxiliary power supply unit having a main DC line to which DC power generated by a power generator is supplied, an inverter that drives a traveling motor with DC power supplied to the main DC line, an auxiliary DC line that supplies DC power to drive the auxiliary equipment, a DC/DC converter that can convert the DC voltage of the main DC line and supply it to the auxiliary DC line when the DC voltage of the main DC line is equal to or higher than a predetermined voltage threshold, and a power storage device that stores power that can be supplied to the auxiliary DC line, and a control device that controls the power generator and the auxiliary power supply unit, and the control device controls the power generator and the auxiliary power supply unit according to the rotational speed of the traveling motor and the remaining amount of storage in the power storage device. [Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、電動作業車両に関する。 The present invention relates to an electric work vehicle.
近年、化石燃料の枯渇や地球環境問題の悪化を背景として、ハイブリッド自動車や電気自動車のように電気エネルギーを利用した電動車両の普及が進んでいる。例えば、鉱山現場においては様々な電気駆動の作業車両が用いられており、搬送用の作業車両としては、電気駆動ダンプトラックなどのような大型の電動作業車両も用いられている。 In recent years, against the backdrop of the depletion of fossil fuels and worsening global environmental problems, electric vehicles that use electrical energy, such as hybrid cars and electric cars, have become increasingly popular. For example, various electrically powered work vehicles are used at mining sites, and large electric work vehicles, such as electrically powered dump trucks, are also used as work vehicles for transportation.
このような電動車両の電源制御に係る技術としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１には、走行用の電力を蓄えるメインバッテリと、車両の補機に供給するための電力を蓄える補機バッテリと、前記メインバッテリと前記補機バッテリとの間で双方向の電力変換を実行することが可能なコンバータとを備えた車両の電源システムにおいて、前記メインバッテリと前記補機バッテリと前記コンバータとを制御するコントローラを備え、前記コントローラは、予め定められた所定の条件が成立する場合に前記メインバッテリから前記補機バッテリに電力を供給するように構成され、前記車両の電源システムがオフか否かを判断し、前記車両の電源システムがオフの場合に、前記メインバッテリの充電残量が予め定められた所定値以下であるか否かを更に判断し、前記メインバッテリの充電残量が前記所定値以下の場合に、前記補機の稼働を禁止するように構成されている車両の電源システムが開示されている。
For example, a technology related to power supply control of such an electric vehicle is disclosed in
電気駆動ダンプトラックには、エンジンに接続された主機発電機の発電電力をインバータによって変換して主機直流ラインに接続された走行モータを駆動するとともに、主機直流ラインの電力をＤＣ／ＤＣコンバータで変換して補機直流ラインに供給し、エアコンのコンプレッサモータシステムや冷却用のブロアモータシステムといった補機を駆動する電気駆動システムが備えられている。 Electrically driven dump trucks are equipped with an electric drive system that uses an inverter to convert the power generated by the main engine generator connected to the engine to drive the traction motor connected to the main engine DC line, and also converts the power of the main engine DC line using a DC/DC converter and supplies it to the auxiliary DC line to drive auxiliary equipment such as the air conditioner compressor motor system and the cooling blower motor system.
鉱山で用いられる電気駆動ダンプトラックのような大型の電動作業車両では、電気駆動システムの大容量化に伴って主機直流ラインで扱う電力も高電圧化する傾向にある。一方、電動作業車両の停止時や低速走行時には、走行モータには比較的低い電圧を印加すればよい。そこで、速度応じて主機直流ラインの電圧を変化させることが考えられる。すなわち、停止時や低速走行時に主機直流ラインの電圧を低く制御することで、主機直流ライン側の回路で発生する損失やノイズを低減することができる。 In large electric work vehicles such as electrically driven dump trucks used in mines, the power handled by the main DC line tends to become higher voltage as the capacity of the electric drive system increases. On the other hand, when the electric work vehicle is stopped or traveling at low speed, a relatively low voltage can be applied to the travel motor. Therefore, it is possible to change the voltage of the main DC line according to the speed. In other words, by controlling the voltage of the main DC line to a low value when the vehicle is stopped or traveling at low speed, it is possible to reduce losses and noise generated in the circuit on the main DC line side.
しかしながら、主機直流ラインから補機直流ラインに供給される電力の電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータは、主機直流ライン側の入力電圧の対応可能範囲が広くなるほど回路が大型化してしまう。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータを高電圧から低電圧までの広範な入力電圧に対応させる場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータの大型化を招く。 However, the larger the DC/DC converter that converts the voltage of the power supplied from the main DC line to the auxiliary DC line, the larger the circuit becomes. In other words, if the DC/DC converter is made to handle a wide range of input voltages from high to low, the DC/DC converter will have to be larger.
一方、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧の対応可能範囲を狭くすることで、ＤＣ／ＤＣコンバータの小型化を図ることも考えられる。しかしながら、停止時や低速走行時などにおいて、主機直流ライン側の電圧がＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧の対応可能範囲よりも低くなってしまうような場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータが動作不可となってしまい、補機への電力供給ができなくなるおそれがある。 On the other hand, it is also possible to reduce the size of the DC/DC converter by narrowing the range of input voltage that the DC/DC converter can handle. However, if the voltage on the main DC line side becomes lower than the range of input voltage that the DC/DC converter can handle when the vehicle is stopped or traveling at low speed, the DC/DC converter may become inoperable, and it may not be possible to supply power to the auxiliary equipment.
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、ＤＣ／ＤＣコンバータを小型化するとともに、補機への安定的な電力供給を確保しつつ、停止時や低速走行時に生じる損失やノイズを低減することができる電動作業車両を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above, and aims to provide an electric work vehicle that can reduce losses and noise that occur when stopped or traveling at low speeds while miniaturizing the DC/DC converter and ensuring a stable power supply to the auxiliary equipment.
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、発電装置と、前記発電装置で生成された直流電力が供給される主機直流ラインと、走行モータと、前記主機直流ラインに供給される直流電力によって前記走行モータを駆動するインバータと、補機装置と、前記補機装置を駆動するための直流電力を供給する補機直流ラインと、前記主機直流ラインの直流電圧が予め定めた電圧閾値以上である場合に前記主機直流ラインの直流電圧を変換して前記補機直流ラインに供給可能なＤＣ／ＤＣコンバータと、前記補機直流ラインに供給可能な電力を蓄電する蓄電装置とを有する補機電源装置と、前記発電装置および前記補機電源装置を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記走行モータの回転速度および前記蓄電装置の蓄電残量に応じて、前記発電装置および前記補機電源装置を制御するものとする。 The present application includes a number of means for solving the above problems, and an example thereof includes an auxiliary power supply device having a power generating device, a main DC line to which DC power generated by the power generating device is supplied, a travel motor, an inverter for driving the travel motor with DC power supplied to the main DC line, an auxiliary device, an auxiliary DC line for supplying DC power for driving the auxiliary device, a DC/DC converter capable of converting the DC voltage of the main DC line and supplying it to the auxiliary DC line when the DC voltage of the main DC line is equal to or higher than a predetermined voltage threshold, and a power storage device for storing power that can be supplied to the auxiliary DC line, and a control device for controlling the power generating device and the auxiliary power supply device, and the control device controls the power generating device and the auxiliary power supply device according to the rotation speed of the travel motor and the remaining amount of power stored in the power storage device.
本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータを小型化するとともに、補機への安定的な電力供給を確保しつつ、停止時や低速走行時に生じる損失やノイズを低減することができる。 The present invention makes it possible to miniaturize the DC/DC converter, ensure a stable power supply to the auxiliary equipment, and reduce losses and noise that occur when the vehicle is stopped or traveling at low speeds.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、電動作業車両の一例として電気駆動ダンプトラックを示して説明するが、例えば、電気駆動ホイールローダのような他の電気駆動作業車両であっても本発明の適用が可能である。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Note that in this embodiment, an electrically driven dump truck is shown as an example of an electric work vehicle, but the present invention can also be applied to other electrically driven work vehicles, such as an electrically driven wheel loader.
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図１～図８、及び図１７を参照しつつ説明する。
First Embodiment
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8 and 17. FIG.
図１７は、本実施の形態に係る電気駆動ダンプトラックの外観を模式的に示す側面図である。また、図１は、電気駆動ダンプトラックの電気駆動システムを概略的に示す図である。なお、図１７においては、従動輪、駆動輪、及び、走行モータ等は、左右一対の構成のうちの一方のみを図示して符号を付し、他方については図中に括弧書きで符号のみを示して図示を省略する。 Figure 17 is a side view showing a schematic appearance of an electrically driven dump truck according to this embodiment. Also, Figure 1 is a diagram showing an electric drive system of an electrically driven dump truck. Note that in Figure 17, only one of a pair of left and right components, such as a driven wheel, a driving wheel, and a traveling motor, is shown and referenced, and the other components are not shown, with only the references indicated in parentheses in the figure.
図１７において、電気駆動ダンプトラック１００は、前後方向に延在して支持構造体を形成する車体フレーム１と、車体フレーム１の上部に前後方向に延在するように配置され、その後端下部をピン結合部５ａを介して車体フレーム１に傾動可能に設けられた荷台（ベッセル）５と、車体フレーム１の下方前側左右に設けられた一対の従動輪（前輪）２Ｌ，２Ｒと、車体の下方後側左右に設けられた一対の駆動輪（後輪）３Ｌ，３Ｒと、車体フレーム１の上方前側に設けられた運転室（キャブ）４と、車体フレーム１の下方に設けられた燃料タンク９と、車体フレーム１上に配置され、燃料タンク９から供給される燃料により駆動するエンジン１２（図１参照）と、エンジン１２に接続されて駆動される主機発電機１３（図１参照）等を有し、主機発電機１３で生成されて出力される電力を車輪（駆動輪３Ｌ，３Ｒ）を駆動する走行モータ１０Ｌ，１０Ｒや補機装置３１等に供給する電気駆動システム（図１参照）とから概略構成されている。
In FIG. 17, the electrically driven
走行モータ１０Ｌ，１０Ｒは、図示しない減速機とともに駆動輪３Ｌ，３Ｒの回転軸部に収められており、インバータ１６を介して供給される電力により駆動される。なお、図１においては、図示の簡単のために符号の一部を省略し、左右の走行モータ１０Ｌ，１０Ｒを併せて単に符号「１０」で標記している。
The
車体フレーム１と荷台５とはホイストシリンダ６を介して接続されており、ホイストシリンダ６の伸縮によって荷台５がピン結合部５ａを中心に回動され、車体フレーム１に対して荷台５が上げ下げされる。
The
車体フレーム１には、オペレータが歩行可能なデッキやステップ等が取り付けられており、オペレータはこれらのデッキやステップを介して運転室４への移動が可能である。運転室４の内部には、図示しないアクセルペダル、ブレーキペダル、ホイストペダル、ハンドルなどが設置されている。オペレータは運転室４内のアクセルペダルやブレーキペダルの踏み込み量により電気駆動ダンプトラック１００の加速力や制動力を制御し、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荷台５のダンプ操作を行う。
A deck and steps on which the operator can walk are attached to the
運転室４の後方には、各種電力機器が収納されたコントロールキャビネット８と、余剰エネルギーを電力消費装置１７（図１参照）などによって熱として放散するための複数のグリッドボックス７とが搭載されている。なお、図１７には図示しないが、左右の前輪２Ｌ，２Ｒの間に位置する車体フレーム１上には、図１に示すエンジン１２や主機発電機１３などが搭載されている。
Behind the cab 4, there is a
図１において、電気駆動ダンプトラック１００の電気駆動システムは、エンジン１２に接続される主機発電機１３と、主機発電機１３に接続され、主機発電機１３の出力を整流して直流電力として主機直流ライン１５に出力する整流回路１４と、主機直流ライン１５と走行モータ１０Ｌ，１０Ｒとの間に接続される走行モータ用のインバータ１６と、主機直流ライン１５の電力を消費可能な電力消費装置１７と、補機装置３１と、補機装置３１を駆動するための直流電力を供給する補機直流ライン３０と、主機直流ライン１５の直流電力の電圧（直流電圧）が予め定めた電圧閾値（後述）以上である場合に主機直流ライン１５の直流電力の電圧（直流電圧）を変換して補機直流ライン３０に供給可能なＤＣ／ＤＣコンバータを有する補機電源装置２０と、主機発電機１３や補機電源装置２０などの動作を制御する制御装置４０とを備えている。
In FIG. 1, the electric drive system of the electrically driven
発電装置１１は、エンジン１２、主機発電機１３、及び整流回路１４により構成されており、主機直流ライン１５に電力を供給することで、主機直流ライン１５に主機電圧ＶＭを生成する。
The
走行モータ用のインバータ１６の直流入力は、主機直流ライン１５に接続される。インバータ１６の交流出力は、走行モータ１０に接続される。
The DC input of the
インバータ１６と走行モータ１０の間には電流検出器５０が設けられており、インバータ１６から走行モータ１０に供給される電流ＩＭを検出し、検出値を制御装置４０に送信する。また、走行モータ１０には、速度検出器５１が設けられており、走行モータ１０の回転速度ＮＭを検出し、検出値を制御装置４０に送信する。なお、図１においては、電流ＩＭの検出について１個の電流検出器５０及び１本の検出信号線を示したが、走行モータ１０に流れる三相交流電流のうち少なくとも二相分を検出するように構成しても良い。また、走行モータが複数ある場合には、全ての走行モータについて電流と回転速度を検出するように構成しても良い。
A
主機直流ライン１５には、インバータ１６の他に、走行モータ１０の回生電力を消費するための電力消費装置１７が接続されている。電力消費装置１７は、スイッチング素子１７１及びダイオード１７２から成るチョッパ回路と、抵抗１７３と、制御装置４０からの制御信号ＣＳＲ（後述）に基づいてスイッチング素子１７１を駆動する駆動制御装置１７４とから構成されている。
In addition to the
主機直流ライン１５には、電圧検出器１８が設けられており、主機直流ライン１５に発生する直流電圧である主機電圧ＶＭを検出し、検出値を制御装置４０に送信する。また、主機直流ライン１５には、主機電圧ＶＭを平滑するためのコンデンサ１９が設けられている。
A
補機電源装置２０の入力部は主機直流ライン１５に接続され、出力部は補機直流ライン３０に接続されている。
The input of the auxiliary
補機装置３１は、例えば、エアコン用のインバータ及びコンプレッサモータシステム、機器冷却用のインバータ及びブロアモータシステムなどである。本実施の形態の図１においては、説明の簡単のためにこれらの負荷を１個の等価インピーダンスにまとめ、補機装置３１として示した。
The
補機直流ライン３０には、電圧検出器３２が設けられており、補機直流ライン３０に発生する直流電圧である補機電圧ＶＡを検出し、検出値を制御装置４０に送信する。また、補機直流ライン３０には、補機電圧ＶＡを平滑するためのコンデンサ３３が設けられている。
A
なお、図１や上記説明では省略したが、主機直流ライン１５や補機直流ライン３０にはコンデンサの放電抵抗、バリスタやアレスタといったサージプロテクタなどが接続されてもよい。また、各機器を主機直流ライン１５や補機直流ライン３０に接続する場合に、ヒューズ、リアクトル、スイッチ類（電磁接触器や遮断器など）を挿入してもよい。
Although not shown in FIG. 1 or the above description, the
また、インバータ１６や電力消費装置１７のスイッチング素子としてＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)を例示し、図１ではＩＧＢＴの回路記号を示したが、これに限られない。例えば、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)、バイポーラトランジスタ、サイリスタなど他種の素子を用いしてもよい。
In addition, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) are shown as examples of switching elements for the
また、整流回路１４としてダイオードを用いる場合を例示し、図１ではダイオードの回路記号を示したが、これに限られない。例えば、整流回路１４としてスイッチング素子を用いたＡＣ／ＤＣコンバータを利用してもよい。
In addition, a case where a diode is used as the
以下の説明においては、主機発電機１３は巻線励磁型の同期発電機であり、アクチュエータである励磁装置を有する場合を例示する。ただし、上述のように整流回路１４としてＡＣ／ＤＣコンバータを利用し、永久磁石同期発電機など他の種類の発電機を用いてもよい。
In the following explanation, the
制御装置４０には、電圧検出器１８の検出値（主機電圧ＶＭ）、電圧検出器３２の検出値（補機電圧ＶＡ）、電流検出器５０の検出値（電流ＩＭ）、及び速度検出器５１の検出値（回転速度ＮＭ）入力されている。また、制御装置４０には、外部の上位制御システムから車両情報信号ＤＳＶが入力されている。なお、図１においては、車両情報信号ＤＳＶを１本の信号線で示したが、車両情報信号ＤＳＶは車両の車体速度情報や、オペレータの操作入力情報（アクセルペダル操作量ＤＳＡＣＬやブレーキペダル操作量ＤＳＢＲＫなど）といった複数の情報を含むものである。また、制御装置４０には、補機電源装置２０から検出信号ＤＳＡが入力されている。
The
制御装置４０は、各検出器１８，３２，５０，５１からの検出値（検出信号ＶＭ，ＶＡ，ＩＭ，ＮＭ）及び、信号ＤＳＶ，ＤＳＡに基づいて各機器の制御信号を生成し送信することで、電気駆動システム内の電圧やパワーフローを制御する。制御装置４０で生成され送信される制御信号には、エンジン１２の制御信号ＣＳＥ、インバータ１６の制御信号ＣＳＩ、電力消費装置１７の制御信号ＣＳＲ、補機電源装置２０の制御信号ＣＳＡ、主機発電機１３の制御信号ＶＦｒｅｆなどがある。例えば、主機発電機１３の制御信号ＶＦｒｅｆは、励磁電圧の指令値であり、主機発電機１３の励磁装置は制御信号（励磁電圧）ＶＦｒｅｆの値に従って励磁電圧を制御する。なお、図１においては、これらの制御信号等をそれぞれ１本の矢印で示したが、各信号は複数の情報を含んでいてもよい。
The
制御装置４０の実現方法については任意であるが、例えば、基板上にＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)、マイクロコンピュータ、ＦＰＧＡ(Field-Programmable Gate Array)などのデバイスを搭載して電子回路として実現する方法がある。また、制御装置４０は、複数の演算ブロックを備えるため、各演算ブロックを別々の基板またはデバイスに実装してもよい。また、一つの演算ブロックを複数の基板またはデバイスに分割して実装してもよい。
The
図２は、補機電源装置の構成を概略的に示す図である。 Figure 2 is a diagram showing the schematic configuration of the auxiliary power supply unit.
図２において、補機電源装置２０は、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、蓄電装置６０とを備えている。
In FIG. 2, the auxiliary
第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の入力部は、主機直流ライン１５に接続されており、出力部は補機直流ライン３０に接続されている。また、蓄電装置６０は、補機直流ライン３０に接続されている。
The input of the first DC/
蓄電装置６０は、蓄電デバイス６１、スイッチ６２，６３、抵抗６４、電圧検出器６５、電流検出器６６により構成されている。
The
蓄電デバイス６１は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池、または、電気二重層コンデンサやリチウムイオンキャパシタといったコンデンサがある。
The
スイッチ６２，６３は、蓄電デバイス６１と補機直流ライン３０との間に直列に配置されており、スイッチ６３には抵抗６４が並列に接続されている。スイッチ６２は、蓄電デバイス６１と補機直流ライン３０の間を開閉する。また、スイッチ６３と抵抗６４の並列体は、補機直流ライン３０のコンデンサ３３の初期充電回路として機能する。スイッチ６２，６３が開状態である場合において、まず、スイッチ６２を閉じると、蓄電デバイス６１からの電力が抵抗６４を介してコンデンサ３３が充電され、補機電圧ＶＡは蓄電デバイス６１の入出力部の直流電圧である電圧ＶＢと同じレベルまで増大する。その後、スイッチ６３を閉じると、抵抗６４はバイパスされる。なお、これらのスイッチ操作は、電動作業車両である電気駆動ダンプトラック１００の起動後に行われる。また、補機電圧ＶＡは蓄電デバイス６１の電圧ＶＢと等しくなるため、電圧ＶＢが補機装置３１の動作電圧の範囲内となるように、蓄電デバイス６１の電圧仕様を決定する。また、蓄電装置６０を補機直流ライン３０に接続する際には、ヒューズや遮断器を挿入してもよい。
The
スイッチ６２，６３としては、例えば、電磁接触器や電磁開閉器を例示して説明するが、コイルや駆動回路等については図示を省略する。スイッチ６２，６３は、それぞれ、制御信号ＣＳＳ１，ＣＳＳ２によって開閉制御される。なお、スイッチ６２，６３に送信される制御信号ＣＳＳ１，ＣＳＳ２、及び、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１に送信される制御信号ＣＳＤ１（後述）は、制御装置４０から補機電源装置２０に送信される制御信号ＣＳＡに含まれている。
The
蓄電デバイス６１と補機直流ライン３０との間（すなわち、蓄電デバイス６１の入出力部）には、電圧検出器６５および電流検出器６６が設けられており、蓄電デバイス６１の入出力部の直流電圧である電圧ＶＢ、及び、蓄電デバイス６１と補機直流ライン３０との間で授受される直流電流である充放電電流ＩＢを検出し、これらの検出値を併せて検出信号ＤＳＡとして制御装置４０に送信する。
A
以上のように、補機電源装置２０は、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１からの出力電力によって、補機装置３１を駆動するとともに、蓄電デバイス６１を充電することができる。また、補機電源装置２０は、蓄電デバイス６１の放電によって補機装置３１に電力を供給することもできる。
As described above, the
図３は、第一ＤＣ／ＤＣコンバータの構成を概略的に示す図である。 Figure 3 is a diagram showing the schematic configuration of the first DC/DC converter.
図３において、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、主機直流ライン１５の直流電力の電圧（主機電圧ＶＭ）が予め定めた電圧閾値（後述）以上である場合に、主機直流ライン１５の直流電力の電圧（主機電圧ＶＭ）を補機電圧ＶＡに変換して補機直流ライン３０に供給するものであり、４個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４により構成されたフルブリッジインバータ２１１、トランス２１２、４個のダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４により構成されたフルブリッジ整流回路２１３、チョークコイル２１４、コンデンサ２１５，２１６、及び、駆動制御装置２１７により概略構成されている。
In FIG. 3, the first DC/
フルブリッジインバータ２１１は、主機直流ライン１５から入力される主機電圧ＶＭを交流電圧ＶＴＲに変換し、トランス２１２の一次巻線（主機直流ライン１５側）に印加する。トランス２１２は、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の入出力間（主機直流ライン１５と補機直流ライン３０の間）を絶縁しつつ、一次巻線に印加された電圧を変圧して二次巻線（補機直流ライン３０側）に交流電圧を発生させる。トランス２１２の二次巻線に発生した交流電圧は、フルブリッジ整流回路２１３によって直流電圧に変換され、チョークコイル２１４とコンデンサ２１６から構成されるフィルタ回路を介して補機直流ライン３０に補機電圧ＶＡで出力される。すなわち、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、トランス２１２を用いることで、主機直流ライン１５と補機直流ライン３０とを絶縁することができる。また、主機直流ライン１５の主機電圧ＶＭと補機直流ライン３０の補機電圧ＶＡの差が大きい場合であっても、トランス２１２を用いることで一次側回路に流れる電流を低減することができる。
The full-
駆動制御装置２１７は、制御装置４０から入力される制御信号ＣＳＤ１に基づいて、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を構成する各素子の駆動電圧を出力する。例えば、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１がパルス幅変調（ＰＷＭ： Pulse Width Modulation）に基づいて各素子をオン・オフ制御する構成である場合、制御信号ＣＳＤ１はＰＷＭデューティまたはＰＷＭ信号となる。
The
なお、図３では、スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いた場合を例示して説明したが、これに限られず、ＭＯＳＦＥＴのような他の種類のスイッチング素子を利用してもよい。また、上記構成の他にも、スイッチ類、ヒューズやサージプロテクタなどの保護部品、ノイズフィルタなどを備えた構成としてもよい。また、図３及び上述の図２では、制御信号ＣＳＤ１を１本の矢印で示したが、制御信号ＣＳＤ１は複数の情報を含む場合があり、例えば、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が複数のスイッチング素子を備える場合には、制御信号ＣＳＤ１は各素子に対する制御信号の集合として構成される。
In FIG. 3, an example is described in which an IGBT is used as the switching element, but this is not limiting, and other types of switching elements such as a MOSFET may be used. In addition to the above configuration, a configuration including switches, protective components such as fuses and surge protectors, and noise filters may also be used. In FIG. 3 and the above-mentioned FIG. 2, the control signal CSD1 is shown with a single arrow, but the control signal CSD1 may include multiple pieces of information. For example, if the first DC/
ここで、主機直流ライン１５の主機電圧ＶＭの可変範囲と第一ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧範囲について説明する。
Here, we explain the variable range of the main motor voltage VM of the main
図１に示す本実施の形態に係る電気駆動システムにおいては、主機直流ライン１５の主機電圧ＶＭは、発電装置１１または電力消費装置１７によって制御される。走行モータ１０の停止時や力行時においては、主機電圧ＶＭは発電装置１１によって制御される。また、走行モータ１０の回生時においては、発電装置１１の出力は不要であり、主機電圧ＶＭは電力消費装置１７によって制御される。
In the electric drive system according to this embodiment shown in FIG. 1, the main engine voltage VM of the main
前述のように、電気駆動ダンプトラック１００が鉱山ダンプトラックのような大型の電動作業車両である場合には、主機電圧ＶＭが高電圧化する傾向にある。一方、大型の電動作業車両であっても、停止時や低速走行時においては、インバータ１６が走行モータ１０に印加すべき電圧は比較的低くなる。
As mentioned above, when the electrically driven
そこで、本実施の形態においては、主機電圧ＶＭの最大値および最小値がそれぞれＶＭｍａｘ，ＶＭｍｉｎとなるように設定し、主機電圧ＶＭを電気駆動ダンプトラック１００の速度（ここでは、走行モータ１０の回転速度ＮＭ）に応じて変化させることで、停止時や低速走行時では主機電圧ＶＭを低く制御し、インバータ１６や電力消費装置１７といった主機回路で発生する損失やノイズの低減を図る。
Therefore, in this embodiment, the maximum and minimum values of the main engine voltage VM are set to VMmax and VMmin, respectively, and the main engine voltage VM is changed according to the speed of the electrically driven dump truck 100 (here, the rotation speed NM of the travel motor 10), thereby controlling the main engine voltage VM to a low value when stopped or traveling at low speeds, thereby reducing losses and noise generated in the main engine circuits such as the
一方、主機電圧ＶＭを変化させる構成とした場合、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は主機電圧ＶＭの変化範囲に対応可能な広範な入力電圧仕様とする必要がある。また、入力電圧仕様の範囲が広くなるほど、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は大型化する。具体的には、トランス２１２の一次側回路に流れる電流の振幅が増大するため、この電流に耐えうるようにトランス２１２やフルブリッジインバータ２１１、及び、図示しない冷却システムを大型化する必要がある。また、主機電圧ＶＭが低い場合には、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の入力電流が増大するため、入力部の図示しないスイッチ類やヒューズを大型化する必要がある。
On the other hand, if the main voltage VM is changed, the first DC/
本実施の形態においては、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の大型化を避けるために、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が電力変換の動作を行う範囲を主機電圧ＶＭが所定の電圧下限値（閾値電圧）ＶＤｍｉｎ以上である場合に限定することで、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の小型化を図る。このとき、電圧下限値（閾値電圧）ＶＤｍｉｎを主機電圧ＶＭの最小値ＶＭｍｉｎより高く設定し、その上で、電圧下限値ＶＤｍｉｎをより高く設定することで、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１をより小型化することができる。また、主機電圧ＶＭが第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１による主機直流ライン１５から補機直流ライン３０への電力供給を行わない範囲である場合（すなわち、電圧下限値ＶＤｍｉｎ＞主機電圧ＶＭ≧最小値ＶＭｍｉｎである場合）には、必要に応じて蓄電デバイス６１から補機装置３１への電力供給を行う。以上のような本実施の形態に係る電気駆動システムの制御は、制御装置４０により実現される。
In this embodiment, in order to avoid the first DC/
図４は、制御装置の処理内容を概略的に示す機能ブロック図である。 Figure 4 is a functional block diagram that shows an outline of the processing performed by the control device.
図４において、制御装置４０は、駆動制御部４１、ＳｏＣ演算部４２、主機電圧指令生成部４３、発電装置制御部４４、電力消費装置制御部４５、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部４６、及び、蓄電装置スイッチ制御部４７により構成されている。
In FIG. 4, the
駆動制御部４１は、上位制御システムからの車両情報信号ＤＳＶに含まれるアクセルペダル操作量ＤＳＡＣＬやブレーキペダル操作量ＤＳＢＲＫなどの操作入力情報にしたがって制御信号ＣＳＥ，ＣＳＩを生成し、エンジン１２とインバータ１６にそれぞれ出力する。これにより、アクセルペダル操作量ＤＳＡＣＬやブレーキペダル操作量ＤＳＢＲＫにしたがって車両を適切に加速または減速させることができる。
The
ＳｏＣ演算部４２は、蓄電デバイス６１の残容量ＳｏＣ（State of Charge）を演算して主機電圧指令生成部４３及び第一ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部４６に出力する。残容量ＳｏＣの演算方式としては、蓄電デバイス６１の電圧値ＶＢと残容量ＳｏＣとの関係を利用する方式、または、蓄電デバイス６１の電流値ＩＢの積分値から残容量ＳｏＣの変化量を求める方式が用いられる。ＳｏＣ演算部４２では、入力された電圧値ＶＢや電流値ＩＢを用いて残容量ＳｏＣを演算する。
The
主機電圧指令生成部４３は、走行モータ１０の回転速度ＮＭと残容量ＳｏＣとにしたがって主機電圧Ｖｍに係る指令値（主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆ）を生成し、発電装置制御部４４及び電力消費装置制御部４５に出力する。なお、図４においては、主機電圧指令生成部４３に入力される速度として速度検出器５１によって検出される走行モータ１０の回転速度ＮＭを例示したが、これに限られず、速度検出器５１以外の手段によって走行モータ１０または電気駆動ダンプトラック１００の速度を検出または推定できるのであれば、それらの値を回転速度ＮＭの代わりに主機電圧指令生成部４３に入力し、主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆを算出するように構成してもよい。
The main motor voltage
発電装置制御部４４は、主機電圧ＶＭが主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆと一致するように演算を行い、発電装置１１の操作量である制御信号ＶＦｒｅｆを生成し、発電装置１１の主機発電機１３に出力する。
The power generation
電力消費装置制御部４５は、発電装置制御部４４と同様に、主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆに基づいて主機電圧ＶＭを制御するための演算を行い、電力消費装置１７の制御信号ＣＳＲを生成し、駆動制御装置１７４に出力する。ただし、後述するように、主機電圧ＶＭの指令値を主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆから変更する。
The power consumption
第一ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部４６は、残容量ＳｏＣ、電流値ＩＢ、及び、主機電圧ＶＭに基づいて第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の制御信号ＣＳＤ１を生成し、駆動制御装置２１７に出力する。具体的には、残容量ＳｏＣに基づく電流値ＩＢの指令値ＩＢｒｅｆの生成、電流値ＩＢを指令値ＩＢｒｅｆにしたがって制御するための電流制御演算、主機電圧ＶＭに基づくオン・オフ制御が行われ、これらの結果として制御信号ＣＳＤ１が生成される。
The first DC/DC
蓄電装置スイッチ制御部４７は、車両情報信号ＤＳＶ、補機電圧ＶＡ、蓄電デバイス６１の電圧ＶＢに基づいて、制御信号ＣＳＳ１，ＣＳＳ２を生成し、スイッチ６２，６３にそれぞれ出力する。具体的には、蓄電装置スイッチ制御部４７は車両情報信号ＤＳＶに基づいて電気駆動ダンプトラック１００の起動を検出すると、スイッチ６２を閉じるように制御信号ＣＳＳ１を生成（変更）する。その後、補機電圧ＶＡが電圧ＶＢとほぼ同じレベルまで増大したことを検出すると、スイッチ６３を閉じるように制御信号ＣＳＳ２を生成（変更）する。なお、蓄電装置スイッチ制御部４７には、車両情報信号ＤＳＶに基づいて車両の異常を検出した場合には、スイッチ６２を開くように制御信号ＣＳＳ１を生成（変更）する機能を備えてもよい。
The power storage device
図５は、主機電圧指令生成部の処理内容を概略的に示す機能ブロック図である。また、図６は、主機電圧指令生成部の処理内容を示すフローチャートである。 Figure 5 is a functional block diagram that shows the outline of the processing contents of the main motor voltage command generation unit. Also, Figure 6 is a flowchart that shows the processing contents of the main motor voltage command generation unit.
図５に示すように、主機電圧指令生成部４３は、主機電圧指令テーブル４３１、主機電圧指令リミッタ４３２、及び、主機電圧指令選択部４３３を備えている。
As shown in FIG. 5, the main engine voltage
主機電圧指令テーブル４３１は、走行モータ１０の回転速度ＮＭと主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆの第一暫定値ＶＭｒｅｆ１の関係が設定されたテーブルである。図５では、主機電圧指令テーブル４３１の縦軸に第一暫定値ＶＭｒｅｆ１を、横軸に回転速度ＮＭをそれぞれ示している。主機電圧指令テーブル４３１においては、回転速度ＮＭが０から予め定めた回転速度Ｎ１になるまでは第一暫定値ＶＭｒｅｆ１は最小値ＶＭｍｉｎをとり、回転速度ＮＭが回転速度Ｎ１を超えると回転速度ＮＭの増加に伴って第一暫定値ＶＭｒｅｆ１も増加し、回転速度ＮＭが予め定めた回転速度Ｎ２以上になると第一暫定値ＶＭｒｅｆ１は最大値ＶＭｍａｘをとる。ここで、回転速度ＮＭが回転速度閾値Ｎｔｈのときには第一暫定値ＶＭｒｅｆ１は電圧下限値ＶＤｍｉｎをとる。すなわち、回転速度ＮＭが回転速度閾値Ｎｔｈより低いときには第一暫定値ＶＭｒｅｆ１は電圧下限値ＶＤｍｉｎより低くなる。また、電圧下限値ＶＤｍｉｎ以上の値として電圧値（第一電圧値Ｖ１）を設定した。
The main motor voltage command table 431 is a table in which the relationship between the rotation speed NM of the
主機電圧指令リミッタ４３２は、第一暫定値ＶＭｒｅｆ１と第二暫定値ＶＭｒｅｆ２の関係が設定されたテーブルであり、第一暫定値ＶＭｒｅｆ１をリミット処理して主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆの第二暫定値ＶＭｒｅｆ２を生成するものである。図５では、主機電圧指令リミッタ４３２の縦軸に第二暫定値ＶＭｒｅｆ２を、横軸に第一暫定値ＶＭｒｅｆ１をそれぞれ示している。主機電圧指令リミッタ４３２においては、第一暫定値ＶＶＭｒｅｆ１が０から第一電圧値Ｖ１になるまでは第二暫定値ＶＭｒｅｆ２は電圧値Ｖ１（すなわち、第一電圧値Ｖ１）をとり、第一暫定値ＶＭｒｅｆ１が電圧値Ｖ１以上になると第二暫定値ＶＭｒｅｆ２は第一暫定値ＶＭｒｅｆ１と同じ値をとる。すなわち、主機電圧指令リミッタ４３２は、第二暫定値ＶＭｒｅｆ２の下限値が第一電圧値Ｖ１となるようにリミット処理を行う。これにより、回転速度ＮＭが回転数閾値Ｎｔｈよりも低く、第一暫定値ＶＭｒｅｆ１が電圧下限値ＶＤｍｉｎより低かったとしても、第二暫定値ＶＭｒｅｆ２は電圧下限値ＶＤｍｉｎ以上に設定された第一電圧値Ｖ１となる。
The main engine
主機電圧指令選択部４３３は、残容量ＳｏＣに基づいて、第一暫定値ＶＭｒｅｆ１と第二暫定値ＶＭｒｅｆ２の何れか一方かを選択し、主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆとして出力する。具体的には、主機電圧指令選択部４３３は、残容量ＳｏＣが残容量閾値Ｓｔｈ以上である場合には、第一暫定値ＶＭｒｅｆ１を主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆとして選択し、また、残容量ＳｏＣが残容量閾値Ｓｔｈよりも小さい場合には第二暫定値ＶＭｒｅｆ２を主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆとして選択する。
The main machine voltage
図６に示すように、主機電圧指令生成部４３は、走行モータ１０の回転速度ＮＭを取得すると（ステップＳ１００）、主機電圧指令テーブル４３１を参照して第一暫定値ＶＭｒｅｆ１し（ステップＳ１１０）、主機電圧指令リミッタ４３２を参照して第二暫定値ＶＭｒｅｆ２を生成する（ステップＳ１２０）。
As shown in FIG. 6, when the main motor voltage
続いて、蓄電デバイス６１の残容量ＳｏＣを取得し（ステップＳ１３０）、残容量ＳｏＣが残容量閾値Ｓｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。
Next, the remaining capacity SoC of the
ステップＳ１４０での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、残容量ＳｏＣが残容量閾値Ｓｔｈ以上である場合には、蓄電デバイス６１の残容量ＳｏＣが十分であると判断し、主機電圧ＶＭが電圧下限値ＶＤｍｉｎよりも小さくなる可能性のある、すなわち、補機電源装置２０による補機直流ライン３０への電力供給が無い可能性のある第一暫定値ＶＭｒｅｆ１を主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆとして設定し（ステップＳ１５０）、処理を終了する。
If the determination result in step S140 is YES, i.e., if the remaining capacity SoC is equal to or greater than the remaining capacity threshold Sth, it is determined that the remaining capacity SoC of the
また、ステップＳ１４０での判定結果がＮＯの場合、すなわち、残容量ＳｏＣが残容量閾値Ｓｔｈよりも小さい場合には、蓄電デバイス６１の残容量ＳｏＣが十分でないと判断し、主機電圧ＶＭが電圧下限値ＶＤｍｉｎよりも小さくなる可能性のない、すなわち、補機電源装置２０による補機直流ライン３０への電力供給が行われる第二暫定値ＶＭｒｅｆ２を主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆとして設定し（ステップＳ１５１）、処理を終了する。
Also, if the determination result in step S140 is NO, i.e., if the remaining capacity SoC is smaller than the remaining capacity threshold Sth, it is determined that the remaining capacity SoC of the
以上のように構成した主機電圧指令生成部４３においては、回転速度ＮＭが回転速度閾値Ｎｔｈより低く、かつ、残容量ＳｏＣが残容量閾値Ｓｔｈ以上であれば主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆは電圧下限値ＶＤｍｉｎより低くなる。一方、残容量ＳｏＣが残容量閾値Ｓｔｈより小さければ、回転速度ＮＭが回転速度閾値Ｎｔｈより低い場合であっても主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆは第一電圧値Ｖ１以上の値となる。ここで、第一電圧値Ｖ１は電圧下限値ＶＤｍｉｎ以上の値に設定されるため、主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆも電圧下限値ＶＤｍｉｎ以上の値となる。
In the main motor voltage
図７は、発電装置制御部と電力消費装置制御部の処理内容を概略的に示す機能ブロック図である。 Figure 7 is a functional block diagram that shows the general processing contents of the power generation device control unit and the power consumption device control unit.
図７において、発電装置制御部４４は、電圧制御演算部４４１及び演算部４４２を備えている。
In FIG. 7, the power generation
発電装置制御部４４は、演算部４４２において主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆと主機電圧ＶＭの偏差（ＶＭｒｅｆ－ＶＭ）を計算した後、その計算結果に基づいて電圧制御演算部４４１において制御信号ＶＦｒｅｆを生成する。
The power generation
電圧制御演算部４４１は、例えば、比例積分（ＰＩ： Proportional Integral）制御などの制御則を利用して、主機電圧ＶＭの主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆとの偏差を小さくするように制御信号ＶＦｒｅｆを生成する（変化させる）。具体的には、主機電圧ＶＭ＜主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆであれば、発電装置１１の出力を増大させるために制御信号ＶＦｒｅｆを増大させる。
The voltage
また、図７において、電力消費装置制御部４５は、電圧制御演算部４５１及び演算部４５２，４５３を備えている。
In addition, in FIG. 7, the power consumption
電力消費装置制御部４５は、まず、演算部４５２において主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆに予め定めた電圧指令オフセットΔＶ（＞０）を加算して、電力消費装置用の指令値ＶＭｒｅｆＲを生成する。続いて、演算部４５３において主機電圧ＶＭと指令値ＶＭｒｅｆＲの偏差（ＶＭ－ＶＭｒｅｆＲ）を計算した後、その計算結果に基づいて電圧制御演算部４５１において制御信号ＣＳＲを生成する。ここでは、制御信号ＣＳＲは電力消費装置１７のスイッチング素子をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号であるとする。
The power consumption
電圧制御演算部４５１は、例えば、ＰＩ制御などの制御則を利用して、主機電圧ＶＭの指令値ＶＭｒｅｆＲとの偏差を小さくするように制御信号ＣＳＲのＰＷＭデューティを変化させる。具体的には、主機電圧ＶＭ＞指令値ＶＭｒｅｆＲであれば、電力消費装置１７の消費電力を増大させるためにＰＷＭデューティを増大させる。
The voltage
以上のように構成した本実施の形態における発電装置制御部４４及び電力消費装置制御部４５では、電圧指令オフセットΔＶを利用して指令値ＶＭｒｅｆＲ＞主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆとすることで、走行モータ１０の停止時や力行時では、発電装置１１が主機電圧ＶＭを主機直流電圧指令値ＶＭｒｅｆに制御し、電力消費装置１７の消費電力はゼロとなる。また、走行モータ１０の回生時では、電力消費装置１７が主機電圧ＶＭを指令値ＶＭｒｅｆＲに制御し、発電装置１１は出力をゼロにする。
In the present embodiment, the power generation
図８は、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部の処理内容を概略的に示す機能ブロック図である。 Figure 8 is a functional block diagram that shows the processing contents of the first DC/DC converter control unit.
図８において、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部４６は、電流指令生成部４６１と電流制御系４６２とを備えている。
In FIG. 8, the first DC/DC
電流指令生成部４６１は、残容量ＳｏＣに基づいて電流ＩＢの指令値（電流指令値ＩＢｒｅｆ）を生成し、電流制御系４６２に出力する。具体的には、残容量ＳｏＣが上限値（残容量上限値Ｓｍａｘ）よりも小さい場合には、蓄電デバイス６１を充電するために電流指令値ＩＢｒｅｆを予め定めた負の指令値Ｉ１に設定する。また、残容量ＳｏＣが残容量上限値Ｓｍａｘ以上である場合には、蓄電デバイス６１の充電を停止するために電流指令値ＩＢｒｅｆを０（ゼロ）に設定する。なお、電流ＩＢが負の値をとる場合は充電電流を表す。
The current
電流制御系４６２は、電流指令値ＩＢｒｅｆ、電流ＩＢ、及び、主機電圧ＶＭに基づいて制御信号ＣＳＤ１を生成するものであり、電流制御演算部４６３、オン・オフ制御部４６４、及び、演算部４６５を備えている。
The
電流制御系４６２は、演算部４６５において電流ＩＢと電流指令値ＩＢｒｅｆの偏差（ＩＢ－ＩＢｒｅｆ）を計算した後、その計算結果に基づいて電流制御演算部４６３において制御信号ＣＳＤ１の暫定信号ＣＳＤ１ｔｅｍｐを生成する。制御信号ＣＳＤ１および暫定信号ＣＳＤ１ｔｅｍｐはそれぞれ第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１のスイッチング素子をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号である。具体的には、電流制御演算部４６３は、ＰＩ制御などの制御則を利用して、電流ＩＢの電流指令値ＩＢｒｅｆとの偏差を小さくするように暫定信号ＣＳＤ１ｔｅｍｐのＰＷＭデューティを変化させる。例えば、電流ＩＢ＞電流指令値ＩＢｒｅｆである場合は、充電電流が不足している状態であり、電流ＩＢを減少させる（充電電流を増大させる）必要がある場合を意味する。この場合には、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から補機直流ライン３０への出力電流が増大するようにＰＷＭデューティを変化させる。このとき、補機直流ライン３０から補機装置３１への入力電流が一定であると仮定すると、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１からの出力電流が増大することで蓄電デバイス６１へ充電電流も増大（すなわち、電流ＩＢが減少）する。
The
オン・オフ制御部４６４は、主機電圧ＶＭに基づいて第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１のオン・オフ制御を行う。具体的には、主機電圧ＶＭが電圧下限値ＶＤｍｉｎ以上の場合、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は主機直流ライン１５の直流電力の電圧を変換して補機直流ライン３０に出力可能であり、暫定信号ＣＳＤ１ｔｅｍｐをそのまま制御信号ＣＳＤ１として出力する。また、主機電圧ＶＭが電圧下限値ＶＤｍｉｎより小さい場合には、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は主機直流ライン１５の直流電力の電圧を変換しない（補機直流ライン３０への電力の供給ができない）。この場合には、暫定信号ＣＳＤ１ｔｅｍｐのＰＷＭデューティによらず第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の全てのスイッチング素子がオフになるように制御信号ＣＳＤ１を生成して出力する。
The on/off
以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。 The effects of this embodiment configured as above are explained below.
本実施の形態においては、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は主機電圧ＶＭが所定の電圧下限値ＶＤｍｉｎより高い場合に補機直流ライン３０への電力の出力が可能である。また、このように第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が出力可能な主機電圧ＶＭの範囲を制限することで、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を小型化することができる。
In this embodiment, the first DC/
制御装置４０は、走行モータ１０の回転速度ＮＭが所定の回転速度閾値Ｎｔｈより低く、かつ、蓄電デバイス６１の残容量ＳｏＣが所定の残容量閾値Ｓｔｈ以上であるときに、主機電圧ＶＭが電圧下限値ＶＤｍｉｎより低くなるように発電装置１１を制御する。すなわち、回転速度が低い場合には走行モータ１０に印加すべき電圧が比較的低くてもよいことに着目して主機電圧ＶＭを低下させることで、主機直流ライン１５側の回路構成において発生する損失やノイズを低減することができる。また、主機直流ライン１５側のスイッチング素子に印加される電圧が低減され、耐電圧に対して十分なマージンを確保することができる。このとき、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は補機直流ライン３０への直流電力の供給はできないものの、蓄電デバイス６１の残容量ＳｏＣに余裕があるため、蓄電装置６０からの放電によって補機装置３１を安定に駆動することができる。
When the rotation speed NM of the traveling
制御装置４０は、蓄電デバイス６１の残容量ＳｏＣが所定の残容量閾値Ｓｔｈより小さいとき、主機電圧ＶＭが第一電圧値Ｖ１以上となるように発電装置１１を制御し、蓄電デバイス６１を充電するように補機電源装置２０を制御する。また、第一電圧値Ｖ１は電圧下限値ＶＤｍｉｎ以上の値に設定される。このとき、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は補機直流ライン３０への電力の供給ができるため、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力によって補機装置３１を安定に駆動しつつ、蓄電デバイス６１を充電することができる。
When the remaining capacity SoC of the
このように、蓄電デバイス６１の残容量ＳｏＣが小さくなった場合には第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を動作させて充電できるため、蓄電デバイス６１の容量を必要最小限とすることができ、蓄電デバイス６１を小型化することができる。
In this way, when the remaining capacity SoC of the
すなわち、本実施の形態においては、ＤＣ／ＤＣコンバータを小型化するとともに、補機への安定的な電力供給を確保しつつ、停止時や低速走行時に生じる損失やノイズを低減することができる。 In other words, in this embodiment, the DC/DC converter can be made smaller, and a stable power supply to the auxiliary equipment can be ensured while reducing losses and noise that occur when the vehicle is stopped or traveling at low speeds.
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態を図９～図１３を参照しつつ説明する。
Second Embodiment
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施の形態は、第１の実施の形態の構成に加え、蓄電デバイス６１とスイッチ６３の間に第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７を配置したものである。本実施の形態において、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を用い、適宜説明を省略する。
In this embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, a second DC/
図９は、本実施の形態に係る補機電源装置の構成を概略的に示す図である。 Figure 9 is a diagram showing the schematic configuration of the auxiliary power supply device according to this embodiment.
図９において、補機電源装置２０Ａは、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、蓄電装置６０Ａとを備えている。
In FIG. 9, the auxiliary
第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の入力部は、主機直流ライン１５に接続されており、出力部は補機直流ライン３０に接続されている。また、蓄電装置６０Ａは、補機直流ライン３０に接続されている。
The input of the first DC/
蓄電装置６０Ａは、蓄電デバイス６１、スイッチ６２，６３、抵抗６４、電圧検出器６５、電流検出器６６、及び、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７により構成されている。
The
蓄電装置６０Ａにおいて、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７は蓄電デバイス６１とスイッチ６３の間に接続されている。また、制御信号ＣＳＡには、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の制御信号ＣＳＤ２が含まれている。第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７は双方向動作が可能なＤＣ／ＤＣコンバータであり、蓄電デバイス６１を充放電することができる。
In the
図１０は、第二ＤＣ／ＤＣコンバータの構成を概略的に示す図である。 Figure 10 is a diagram showing the schematic configuration of the second DC/DC converter.
図１０において、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７は、２個のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６により構成された上下アーム（ハーフブリッジ回路）６７１、チョークコイル６７２、コンデンサ６７３，６７４、及び、駆動制御装置６７５により構成されている。
In FIG. 10, the second DC/
駆動制御装置６７５は、制御装置４０からの制御信号ＣＳＤ２に基づいて各素子の駆動電圧を出力する。各素子は、例えば、ＰＷＭに基づいて制御されるものであり、制御信号ＣＳＤ２はＰＷＭデューティまたはＰＷＭ信号である。なお、第二ＤＣ／ＤＣコンバータとしては、双方向動作が可能なＤＣ／ＤＣコンバータであれば他の回路構成を用いてもよい。
The
第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の入力側と出力側にはそれぞれコンデンサ６７３，６７４が接続されている。このとき、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の入力電圧は蓄電デバイス６１の電圧ＶＢと等しくなる。また、スイッチ６２とスイッチ６３が閉じた状態では、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の出力電圧は補機電圧ＶＡと等しくなる。本実施の形態においては、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の出力電圧（補機電圧ＶＡ）は入力電圧（電圧ＶＢ）より高くなる。そのため、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の補機直流ライン３０への出力電圧が補機装置３１の電圧仕様を満たすように、蓄電デバイス６１および電圧ＶＢが補機電圧ＶＡより低くなるように、蓄電デバイス６１および第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の電圧仕様を決定する。
第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７は、各素子をスイッチング動作させると、チョッパ電圧ＶＣＨとしてパルス電圧が発生し、チョークコイル６７２の電流ＩＬが増大または減少する。スイッチング素子Ｑ６のオン期間では、チョッパ電圧ＶＣＨはほぼ０（ゼロ）となり、電流ＩＬは蓄電デバイス６１からの放電の向き（矢印の向き）に増大する。また、スイッチング素子Ｑ５のオン期間では、チョッパ電圧ＶＣＨは出力電圧とほぼ等しくなり、電流ＩＬは減少する。このとき、コンデンサ６７３の静電容量が十分に大きければ、定常状態において充放電電流ＩＢは電流ＩＬの直流成分（平均値）となる。ＰＷＭによって電流ＩＬひいては電流ＩＢの極性及び絶対値を制御することで、蓄電デバイス６１の充放電電流を制御することができる。
When the second DC/
なお、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の出力側に蓄電デバイス６１を接続し、入力側にスイッチ６３を接続する構成も考えられるが、この場合には、電圧ＶＢが補機電圧ＶＡより高くなるように、蓄電デバイス６１の電圧仕様を決定する必要がある。
It is also possible to connect the
図１１は、本実施の形態に係る制御装置の処理内容を概略的に示す機能ブロック図である。 Figure 11 is a functional block diagram that shows an outline of the processing performed by the control device according to this embodiment.
図１１において、制御装置４０Ａは、駆動制御部４１、ＳｏＣ演算部４２、主機電圧指令生成部４３、発電装置制御部４４、電力消費装置制御部４５、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部４６Ａ、蓄電装置スイッチ制御部４７、及び、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部６８により構成されている。
In FIG. 11, the
第一ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部４６Ａは、主機電圧ＶＭおよび補機電圧ＶＡに基づいて第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の制御信号ＣＳＤ１を生成し、駆動制御装置２１７に出力する。
The first DC/DC
第二ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部４８は、残容量ＳｏＣ、補機電圧ＶＡ、電流ＩＢ、及び、蓄電装置スイッチ制御部４７からの制御信号ＣＳＳ１，ＣＳＳ２に基づいて第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の制御信号ＣＳＤ２を生成し、駆動制御装置６７５に出力する。
The second DC/DC
図１２は、本実施の形態に係る第一ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部の処理内容を概略的に示す機能ブロック図である。 Figure 12 is a functional block diagram that shows the processing of the first DC/DC converter control unit according to this embodiment.
図１２において、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部４６Ａは、オン・オフ制御部４６４、電圧制御演算部４６６、及び、演算部４６７を備えている。
In FIG. 12, the first DC/DC
第一ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部４６Ａは、内部で生成される補機電圧ＶＡの第一指令値（第一電圧指令値ＶＡｒｅｆ１）にしたがって補機電圧ＶＡを制御するように第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の制御信号ＣＳＤ１を生成するものである。
The first DC/DC
第一ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部４６Ａは、まず、演算部４６７において第一電圧指令値ＶＡｒｅｆ１（予め定めた電圧Ｖ２）と補機電圧ＶＡの偏差（ＶＡｒｅｆ１－ＶＡ）を計算し、その計算結果に基づいて電圧制御演算部４６６において制御信号ＣＳＤ１の暫定信号ＣＳＤ１ｔｅｍｐを生成する。具体的には、電圧制御演算部４６６は、ＰＩ制御などの制御則を利用して、補機電圧ＶＡの第一電圧指令値ＶＡｒｅｆ１との偏差を小さくするように暫定信号ＣＳＤ１ｔｅｍｐ生成する（変化させる）。なお、第一電圧指令値ＶＡｒｅｆ１として設定される電圧Ｖ２は、補機装置３１の動作電圧範囲の中に入るように設定される。
First, the first DC/DC
オン・オフ制御部４６４は、主機電圧ＶＭに基づいて第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１のオン・オフ制御を行う。具体的には、主機電圧ＶＭが電圧下限値ＶＤｍｉｎ以上の場合、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は主機直流ライン１５の直流電力の電圧を変換して補機直流ライン３０に出力可能であり、暫定信号ＣＳＤ１ｔｅｍｐをそのまま制御信号ＣＳＤ１として出力する。また、主機電圧ＶＭが電圧下限値ＶＤｍｉｎより小さい場合には、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は主機直流ライン１５の直流電力の電圧を変換しない（補機直流ライン３０への電力の供給ができない）。この場合には、暫定信号ＣＳＤ１ｔｅｍｐのＰＷＭデューティによらず第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の全てのスイッチング素子がオフになるように制御信号ＣＳＤ１を生成して出力する。
The on/off
図１３は、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部を概略的に示す機能ブロック図である。 Figure 13 is a functional block diagram that shows the second DC/DC converter control unit.
図１３において、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部４８は、電流制限値生成部４８１と電圧制御系４８２とを備えている。
In FIG. 13, the second DC/DC
また、電圧制御系４８２は、電圧制御演算部４８３、可変リミッタ４８４、電流制御系４８５、及び、演算部４８８を備えている。
The
電流制限値生成部４８１は、蓄電デバイス６１の残容量ＳｏＣに基づいて電流ＩＢの下限値（電流制限値ＩＢｌｉｍ）を生成する。具体的には、電流制限値生成部４８１は、残容量ＳｏＣが上限値（残容量上限値Ｓｍａｘ）より小さい場合には、電流制限値ＩＢｌｉｍを予め定めた負の値Ｉ１に設定する。また、残容量ＳｏＣが残容量上限値Ｓｍａｘ以上である場合には、電流制限値ＩＢｌｉｍに０（ゼロ）を設定する。
The current limit
電圧制御系４８２は、内部で生成される補機電圧ＶＡの第二指令値（第二電圧指令値ＶＡｒｅｆ２）にしたがって補機電圧ＶＡを制御するように第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の制御信号ＣＳＤ２を生成し、駆動制御装置６７５に出力する。
The
電圧制御系４８２は、まず、演算部４８８によって補機電圧ＶＡと第二電圧指令値ＶＡｒｅｆ２の偏差（ＶＡｒｅｆ２－ＶＡ）を計算し、この計算結果に基づいて電圧制御演算部４８３は電流ＩＢの第一指令値（第一電流指令値ＩＢｒｅｆ１）を生成する。具体的には、電圧制御演算部４８３は、ＰＩ制御などの制御則を利用して、補機電圧ＶＡの第二電圧指令値ＶＡｒｅｆ２との偏差を小さくするように第一電流指令値ＩＢｒｅｆ１を変化させる。例えば、補機電圧ＶＡ＜第二電圧指令値ＶＡｒｅｆ２である場合には、蓄電デバイス６１の放電電流を増大させるために第一電流指令値ＩＢｒｅｆ１を増大させる。なお、第二電圧指令値ＶＡｒｅｆ２として設定される電圧Ｖ３は、前述の電圧Ｖ２より低く、かつ、補機装置３１の動作電圧範囲の中に入るように設定される。
In the
可変リミッタ４８４は、第一電流指令値ＩＢｒｅｆ１にリミッタ処理を施して下限値がＩＢｌｉｍとなるようにしたものを電流ＩＢの第二指令値（第二電流指令値ＩＢｒｅｆ２）として生成する。
The
電流制御系４８５は、第二電流指令値ＩＢｒｅｆ２、電流ＩＢ、及び、制御信号ＣＳＳ１，ＣＳＳ２に基づいて制御信号ＣＳＤ２を生成するものであり、電流制御演算部４８６、オン・オフ制御部４８７、及び、演算部４８９を備えている。
The
電流制御系４８５は、まず、演算部４８９によって第二電流指令値ＩＢｒｅｆ２と電流ＩＢの偏差（ＩＢｒｅｆ２－ＩＢ）を計算し、この計算結果に基づいて電流制御演算部４８６により制御信号ＣＳＤ２の暫定信号ＣＳＤ２ｔｅｍｐを生成する。具体的には、電流制御演算部４８６は、ＰＩ制御などの制御則を利用して、電流ＩＢの第二電流指令値ＩＢｒｅｆ２との偏差を小さくするように暫定信号ＣＳＤ２ｔｅｍｐのＰＷＭデューティを変化させる。なお、制御信号ＣＳＤ２と暫定信号ＣＳＤ２ｔｅｍｐとはそれぞれ第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７のスイッチング素子をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号である。
The
オン・オフ制御部４８７は、蓄電装置６０のスイッチ６２，６３の制御信号ＣＳＳ１，ＣＳＳ２に基づいて第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７のオン・オフ制御を行う。具体的には、スイッチ６２，６３が共に閉じている場合、すなわち、蓄電デバイス６１を充放電する準備ができている場合には、暫定信号ＣＳＤ２ｔｅｍｐをそのまま制御信号ＣＳＤ２として出力する。また、スイッチ６２，６３の少なくともどちらか一方が開いている場合には、蓄電デバイス６１を充放電できないため、暫定信号ＣＳＤ２ｔｅｍｐのＰＷＭデューティによらず第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の全てのスイッチング素子がオフになるように制御信号ＣＳＤ２を生成して出力する。
The on/off
以上のように構成した本実施の形態における動作を説明する。 The operation of this embodiment configured as above will now be explained.
制御装置４０は、回転速度ＮＭが速度閾値Ｎｔｈより低く、かつ、残容量ＳｏＣが残容量閾値Ｓｔｈ以上である場合には、主機電圧ＶＭが電圧下限値ＶＤｍｉｎより低くなるように発電装置１１を制御する。このとき、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は補機直流ライン３０への電力供給ができないため、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７によって蓄電デバイス６１を放電することで補機装置３１を駆動する。なお、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７は、補機電圧ＶＡが電圧Ｖ３となるように制御し、また、電流ＩＢは補機装置３１の消費電力によって決まる。
When the rotation speed NM is lower than the speed threshold Nth and the remaining capacity SoC is equal to or higher than the remaining capacity threshold Sth, the
また、制御装置４０は、残容量ＳｏＣがＳｔｈより小さい場合には、主機電圧ＶＭが第一電圧値Ｖ１（≧ＶＤｍｉｎ）以上となるように発電装置１１を制御する。このとき、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、補機電圧ＶＡが電圧Ｖ２となるように動作する。ここで、電圧Ｖ２＞電圧Ｖ３であることから、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の放電動作より優先して出力することができ、結果として補機電圧ＶＡは電圧Ｖ２となるように制御される。第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７は、補機電圧ＶＡを電圧Ｖ３まで低下させるように動作し、電流ＩＢを減少させる、すなわち、充電電流を増大させる。ただし、可変リミッタ４８４によって電流ＩＢは電流Ｉ１に制限される。補機装置３１の消費電力と蓄電デバイス６１の充電電力は全て第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から供給される。ただし、残容量ＳｏＣが上限値Ｓｍａｘに達すると充電電流は０（ゼロ）に制限される。
When the remaining capacity SoC is smaller than Sth, the
その他の構成は第１の実施の形態と同様である。 The rest of the configuration is the same as in the first embodiment.
以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 The present embodiment, configured as described above, can achieve the same effects as the first embodiment.
また、本実施の形態においては、補機装置３１と蓄電デバイス６１の間に第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７を接続したので、電圧ＶＢが補機装置３１の動作電圧範囲内となるように蓄電デバイス６１の電圧仕様を決定する必要がなくなり、蓄電デバイス６１を電圧仕様を決定する際の自由度が高くなる。
In addition, in this embodiment, since the second DC/
また、電圧ＶＢが残容量ＳｏＣによって変化したとしても、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１または第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７によって補機電圧ＶＡをそれぞれ電圧Ｖ２または電圧Ｖ３に制御できるので、蓄電デバイス６１の残容量ＳｏＣを広い範囲で変化させたとしても、補機装置３１を安定に駆動することができる。
In addition, even if the voltage VB changes depending on the remaining capacity SoC, the auxiliary voltage VA can be controlled to voltage V2 or voltage V3 by the first DC/
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態を図１４～図１６を参照しつつ説明する。
Third Embodiment
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施の形態は、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１及び蓄電デバイス６１（詳細にはスイッチ６２）と補機装置３１の間に第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７を配置したものである。本実施の形態において、第１及び第２の実施の形態と同様の部材には同じ符号を用い、適宜説明を省略する。
In this embodiment, a second DC/
図１４は、本実施の形態に係る補機電源装置の構成を概略的に示す図である。 Figure 14 is a diagram showing the schematic configuration of the auxiliary power supply device according to this embodiment.
図１４において、補機電源装置２０Ｂは、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、蓄電装置６０Ｂとを備えている。また、蓄電装置６０Ｂは、蓄電デバイス６１、スイッチ６２，６３、抵抗６４、電圧検出器６５、電流検出器６６、及び、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７により構成されている。
In FIG. 14, the
補機電源装置２０Ｂにおいて、蓄電装置６０Ｂの第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７は第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と補機直流ライン３０（すなわち、補機装置３１）の間に接続されている。すなわち、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の入力部は、主機直流ライン１５に接続されており、出力部は蓄電装置６０Ｂの第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の入力部に接続されている。また、蓄電デバイス６１は、スイッチ６２，６３を介して第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の入力部に接続されている。このとき、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の出力電圧は補機電圧ＶＡとなる。また、スイッチ６２，６３が閉じた後では、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の入力電圧は電圧ＶＢとなる。なお、制御信号ＣＳＡには、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の制御信号ＣＳＤ２が含まれている。
In the
なお、本実施の形態における第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７は、双方向動作が可能な構成でなくともよい。したがって、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の回路構成として、第１の実施の形態で示した第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１（図３参照）や第２の実施の形態で示した第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７（図１０参照）などの回路構成を用いてもよい。ただし、第２の実施の形態で示した第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７（図１０参照）に示した回路構成を用いる場合には、蓄電デバイス６１の電圧ＶＢが補機装置３１の動作電圧より高く設定されるのであれば、コンデンサ６７３が接続される方を出力側（補機装置３１側）とする必要がある。
The second DC/
図１５は、本実施の形態に係る制御装置の処理内容を概略的に示す機能ブロック図である。 Figure 15 is a functional block diagram that shows an outline of the processing performed by the control device according to this embodiment.
図１５において、制御装置４０Ｂは、駆動制御部４１、ＳｏＣ演算部４２、主機電圧指令生成部４３、発電装置制御部４４、電力消費装置制御部４５、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部４６、蓄電装置スイッチ制御部４７、及び、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部６８Ｂにより構成されている。
In FIG. 15, the
図１６は、本実施の形態に係る第二ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部を概略的に示す機能ブロック図である。 Figure 16 is a functional block diagram that shows a schematic of the second DC/DC converter control unit according to this embodiment.
図１６において、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部４８Ｂは、電圧制御演算部４９０と、演算部４９１とを備えている。
In FIG. 16, the second DC/DC
第二ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部４８Ｂは、演算部４９１において補機電圧ＶＡの第二指令値ＶＡｒｅｆ２と補機電圧ＶＡの偏差（ＶＡｒｅｆ２－ＶＡ）を計算し、その計算結果に基づいて電圧制御演算部４９０において第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の制御信号ＣＳＤ２を生成する。具体的には、電圧制御演算部４９０は、ＰＩ制御などの制御則を利用して、補機電圧ＶＡの第二電圧指令値ＶＡｒｅｆ２との偏差を小さくするように制御信号ＣＳＤ２を変化させる。なお、本実施の形態においては、第二電圧指令値ＶＡｒｅｆ２の値は第２の実施の形態の図１３と同様に電圧Ｖ３に設定したが、図１２と同様に電圧Ｖ２に設定しても良い。
The second DC/DC
以上のように構成した本実施の形態における動作を説明する。 The operation of this embodiment configured as above will now be explained.
制御装置４０Ｂは、走行モータ１０の回転速度ＮＭが速度閾値Ｎｔｈより低く、かつ、残容量ＳｏＣが残容量閾値Ｓｔｈ以上である場合には、主機電圧ＶＭが電圧下限値ＶＤｍｉｎより低くなるように発電装置１１を制御する。このとき、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は補機直流ライン３０側（すなわち、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７の入力部）への電力供給ができないため、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７によって蓄電デバイス６１を放電することで補機装置３１を駆動する。なお、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７は、補機電圧ＶＡが電圧Ｖ３となるように制御し、また、電流ＩＢは補機装置３１の消費電力によって決まる。
When the rotation speed NM of the
また、制御装置４０Ｂは、残容量ＳｏＣが残容量閾値Ｓｔｈより小さい場合には、主機電圧ＶＭが第一電圧値Ｖ１（≧ＶＤｍｉｎ）以上となるように発電装置１１を制御する。このとき、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、電流ＩＢを電流値Ｉ１とするように動作し、蓄電デバイス６１を充電する。補機装置３１の消費電力と蓄電デバイス６１の充電電力は全て第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から供給される。ただし、蓄電デバイス６１の残容量ＳｏＣが上限値Ｓｍａｘに達すると充電電流は０（ゼロ）に制限される。
When the remaining capacity SoC is less than the remaining capacity threshold Sth, the
その他の構成は第１及び第２の実施の形態と同様である。 The rest of the configuration is the same as in the first and second embodiments.
以上のように構成した本実施の形態においても第１及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 The present embodiment, configured as described above, can also achieve the same effects as the first and second embodiments.
また、本実施の形態においては、主機直流ライン１５と補機直流ライン３０の間に、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７とを直列に接続した。第２の実施の形態においては、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１としてはトランスありの絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを利用し、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７としてはトランスなしの非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを利用した。しかしながら、本実施の形態においては、第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２１に非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを、第二ＤＣ／ＤＣコンバータ６７に絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれ適用することができ、主機直流ライン１５と補機直流ライン３０の間を絶縁することができる。特に本実施の形態においては、主機電圧ＶＭを広い範囲で変化させることを想定しているため、これらの構成の方が絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧と出力電圧の変動をそれぞれ小さくすることができ、結果として絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの小型化を図ることができる。
In addition, in this embodiment, the first DC/
＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
<Additional Notes>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and combinations within the scope of the gist of the present invention. The present invention is not limited to those having all the configurations described in the above-described embodiments, and includes those in which some of the configurations are deleted. The above-described configurations, functions, etc. may be realized by designing some or all of them as an integrated circuit, for example. The above-described configurations, functions, etc. may be realized by software, in which a processor interprets and executes a program that realizes each function.
１…車体フレーム、２Ｌ，２Ｒ…従動輪（前輪）、３Ｌ，３Ｒ…駆動輪（後輪）、４…運転室、５…荷台（ベッセル）、５ａ…ピン結合部、６…ホイストシリンダ、７…グリッドボックス、８…コントロールキャビネット、９…燃料タンク、１０Ｌ，１０Ｒ…走行モータ、１１…発電装置、１２…エンジン、１３…主機発電機、１４…整流回路、１５…主機直流ライン、１６…インバータ、１７…電力消費装置、１８…電圧検出器、１９…コンデンサ、２０，２０Ａ，２０Ｂ…補機電源装置、２１…第一ＤＣ／ＤＣコンバータ、３０…補機直流ライン、３１…補機装置、３２…電圧検出器、３３…コンデンサ、４０，４０Ａ，４０Ｂ…制御装置、４１…駆動制御部、４２…ＳｏＣ演算部、４３…主機電圧指令生成部、４４…発電装置制御部、４５…電力消費装置制御部、４６，４６Ａ…第一ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部、４７…蓄電装置スイッチ制御部、４８，４８Ｂ…第二ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部、５０…電流検出器、５１…速度検出器、６０，６０Ａ，６０Ｂ…蓄電装置、６１…蓄電デバイス、６２，６３…スイッチ、６４…抵抗、６５…電圧検出器、６６…電流検出器、６７…第二ＤＣ／ＤＣコンバータ、６８，６８Ｂ…第二ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部、１００…電気駆動ダンプトラック 1...vehicle frame, 2L, 2R...driven wheels (front wheels), 3L, 3R...driving wheels (rear wheels), 4...operator cab, 5...cargo platform (vessel), 5a...pin connection, 6...hoist cylinder, 7...grid box, 8...control cabinet, 9...fuel tank, 10L, 10R...travel motor, 11...power generation device, 12...engine, 13...main engine generator, 14...rectifier circuit, 15...main engine DC line, 16...inverter, 17...power consumption device, 18...voltage detector, 19...capacitor, 20, 20A, 20B...auxiliary power supply device, 21...first DC/DC converter, 30...auxiliary DC line, 31...auxiliary device, 32...voltage detector, 33...con condenser, 40, 40A, 40B...control device, 41...drive control unit, 42...SoC calculation unit, 43...main engine voltage command generation unit, 44...power generation unit control unit, 45...power consumption unit control unit, 46, 46A...first DC/DC converter control unit, 47...power storage unit switch control unit, 48, 48B...second DC/DC converter control unit, 50...current detector, 51...speed detector, 60, 60A, 60B...power storage unit, 61...power storage device, 62, 63...switch, 64...resistor, 65...voltage detector, 66...current detector, 67...second DC/DC converter, 68, 68B...second DC/DC converter control unit, 100...electrically driven dump truck
Claims (8)
前記発電装置で生成された直流電力が供給される主機直流ラインと、
走行モータと、
前記主機直流ラインに供給される直流電力によって前記走行モータを駆動するインバータと、
補機装置と、
前記補機装置を駆動するための直流電力を供給する補機直流ラインと、
前記主機直流ラインの直流電圧が予め定めた電圧閾値以上である場合に前記主機直流ラインの直流電圧を変換して前記補機直流ラインに供給可能なＤＣ／ＤＣコンバータと、前記補機直流ラインに供給可能な電力を蓄電する蓄電装置とを有する補機電源装置と、
前記発電装置および前記補機電源装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記走行モータの回転速度および前記蓄電装置の蓄電残量に応じて、前記発電装置および前記補機電源装置を制御することを特徴とする電動作業車両。 A power generation device;
a main engine DC line to which the DC power generated by the power generation device is supplied;
A driving motor;
an inverter that drives the traveling motor by DC power supplied to the main engine DC line;
An auxiliary device;
an auxiliary DC line for supplying DC power for driving the auxiliary device;
an auxiliary power supply device including a DC/DC converter capable of converting a DC voltage of the main DC line and supplying the converted DC voltage to the auxiliary DC line when the DC voltage of the main DC line is equal to or higher than a predetermined voltage threshold, and a power storage device that stores power that can be supplied to the auxiliary DC line;
a control device for controlling the power generation device and the auxiliary power supply device,
The control device controls the power generation device and the auxiliary power supply device in accordance with a rotation speed of the travel motor and a remaining amount of stored electricity in the electricity storage device.
前記制御装置は、
前記走行モータの回転速度が予め定めた速度閾値よりも低く、かつ、前記蓄電装置の蓄電残量が予め定めた残量閾値以上であるときには、前記主機直流ラインの電圧が前記電圧閾値よりも低くなるように前記発電装置を制御し、
前記走行モータの回転速度が予め定めた前記速度閾値よりも低く、かつ、前記蓄電装置の蓄電残量が前記残量閾値よりも小さいときには、前記主機直流ラインの電圧が前記電圧閾値よりも高くなるように前記発電装置を制御しつつ、前記蓄電装置を充電するように前記補機電源装置を制御することを特徴とする電動作業車両。 2. The electric work vehicle according to claim 1,
The control device includes:
when the rotation speed of the travel motor is lower than a predetermined speed threshold and the remaining amount of stored electricity of the power storage device is equal to or greater than a predetermined remaining amount threshold, the power generation device is controlled so that the voltage of the main engine DC line becomes lower than the voltage threshold;
an auxiliary power supply device that controls the power generation device so that the voltage of the main DC line becomes higher than the voltage threshold, while controlling the auxiliary power supply device to charge the power storage device, when the rotational speed of the travel motor is lower than a predetermined speed threshold and the remaining charge of the power storage device is smaller than the remaining charge threshold.
前記制御装置は、
前記走行モータの回転速度と、前記発電装置を制御する指令値の暫定値として生成される第一暫定電圧指令値との関係を規定した主機電圧指令テーブルと、
前記主機電圧指令テーブルに応じて生成される前記第一暫定電圧指令値と、前記第一暫定電圧指令値に電圧下限値を設定した第二暫定電圧指令値との関係を規定した主機電圧指令限定テーブルとを有し、
前記蓄電装置の蓄電残量が予め定めた残量閾値以上であるときには、前記第一暫定電圧指令値に応じて前記発電装置を制御し、前記蓄電装置の蓄電残量が前記残量閾値よりも小さい場合には、前記第二暫定電圧指令値に応じて前記発電装置を制御することを特徴とする電動作業車両。 2. The electric work vehicle according to claim 1,
The control device includes:
a main motor voltage command table that defines a relationship between a rotation speed of the traveling motor and a first interim voltage command value that is generated as a provisional value of a command value for controlling the power generation device;
a main motor voltage command limit table that defines a relationship between the first interim voltage command value generated according to the main motor voltage command table and a second interim voltage command value that sets a voltage lower limit value to the first interim voltage command value,
an electric work vehicle characterized in that, when the remaining amount of stored power of the power storage device is equal to or greater than a predetermined remaining amount threshold, the power generation device is controlled in accordance with the first interim voltage command value, and, when the remaining amount of stored power of the power storage device is smaller than the remaining amount threshold, the power generation device is controlled in accordance with the second interim voltage command value.
前記主機電圧指令テーブルは、前記回転速度が前記速度閾値より低いときには前記第一暫定電圧指令値が前記電圧下限値より低くなり、前記回転速度が前記速度閾値より高いときには前記第一暫定電圧指令値が前記電圧下限値よりも高くなるように規定され、
前記主機電圧指令限定テーブルは、前記電圧下限値が前記電圧閾値よりも大きい値となるように規定されたことを特徴とする電動作業車両。 4. The electric work vehicle according to claim 3,
the main motor voltage command table is defined such that, when the rotation speed is lower than the speed threshold value, the first interim voltage command value is lower than the voltage lower limit value, and, when the rotation speed is higher than the speed threshold value, the first interim voltage command value is higher than the voltage lower limit value;
The electric work vehicle, wherein the main engine voltage command limit table specifies the voltage lower limit value to be a value greater than the voltage threshold value.
前記制御装置は、
前記主機直流ラインの直流電圧が予め定めた電圧閾値以上で、かつ、前記蓄電装置の蓄電残量が予め定めた残容量上限値よりも小さい場合には、
前記蓄電装置を充電するために前記補機直流ラインから前記蓄電装置に供給する電流の目標値である電流目標値を設定し、
前記蓄電装置に供給される電流値と前記電流目標値の偏差が小さくなるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする電動作業車両。 3. The electric work vehicle according to claim 2,
The control device includes:
When the DC voltage of the main DC line is equal to or higher than a predetermined voltage threshold value and the remaining amount of storage of the storage device is smaller than a predetermined remaining capacity upper limit value,
setting a current target value that is a target value of a current to be supplied from the auxiliary DC line to the power storage device in order to charge the power storage device;
an electric work vehicle, characterized in that the DC/DC converter is controlled so as to reduce a deviation between a current value supplied to the power storage device and the target current value.
前記主機直流ラインの直流電圧が予め定めた電圧閾値よりも小さい場合には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータによる前記主機直流ラインの直流電圧の変換および前記補機直流ラインへの供給を停止することを特徴とする電動作業車両。 3. The electric work vehicle according to claim 2,
an electric work vehicle characterized in that, when the DC voltage of the main DC line is lower than a predetermined voltage threshold, the DC/DC converter stops converting the DC voltage of the main DC line and stopping the supply to the auxiliary DC line.
前記補機電源装置は、
前記主機直流ラインの直流電圧が予め定めた電圧閾値以上である場合に前記主機直流ラインの直流電圧を変換して前記補機直流ラインに供給可能なＤＣ／ＤＣコンバータである第一ＤＣ／ＤＣコンバータの他に、
前記蓄電装置と前記補機直流ラインとの間で直流電圧を変換して相互に供給可能な第二ＤＣ／ＤＣコンバータをさらに有し、
前記制御装置は、
前記主機直流ラインの電圧と前記補機直流ラインの電圧とに基づいて、前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータの制御信号を生成する第一ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部と、
前記蓄電装置の蓄電残量と放電電流とに基づいて、前記第二ＤＣ／ＤＣコンバータの制御信号を生成する第二ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部とを備え、
前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部は、前記主機直流ラインの電圧が前記電圧閾値以上である場合には、前記補機直流ラインの電圧と予め定めた第一電圧指令値の偏差が小さくなるように、前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータの制御信号を生成し、
前記第二ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部は、
前記蓄電装置の蓄電残量が予め定めた蓄電残量上限値より小さい場合には、電流制限値として前記蓄電装置の充電方向の電流値を設定する電流制限値生成部と、
前記補機直流ラインの電圧が予め定めた第二電圧指令値より低い場合に、予め定めた第一電流指令値を増大させる電圧制御演算部と、前記第一電流指令値が前記電流制限値以上となるように前記第一電流指令値にリミッタ処理を施して第二電流指令値を生成する可変リミッタと、前記蓄電装置の充放電を制御する電流制御系とを有する電圧制御系とを備え、
前記電流制御系は、前記蓄電装置の充電方向の電流値と前記第二電流指令値の偏差が小さくなるように前記第二ＤＣ／ＤＣコンバータの制御信号を生成し、
前記第二電圧指令値は、前記第一電圧指令値より低く設定されたことを特徴とする電動作業車両。 3. The electric work vehicle according to claim 2,
The auxiliary power supply device is
In addition to a first DC/DC converter, which is a DC/DC converter capable of converting a DC voltage of the main DC line and supplying the converted DC voltage to the auxiliary DC line when the DC voltage of the main DC line is equal to or higher than a predetermined voltage threshold,
a second DC/DC converter capable of converting a DC voltage between the power storage device and the auxiliary DC line and supplying the converted DC voltage to each other;
The control device includes:
a first DC/DC converter control unit that generates a control signal for the first DC/DC converter based on a voltage of the main DC line and a voltage of the auxiliary DC line;
a second DC/DC converter control unit that generates a control signal for the second DC/DC converter based on a remaining charge of the power storage device and a discharge current of the power storage device,
the first DC/DC converter control unit generates a control signal for the first DC/DC converter so that a deviation between the voltage of the auxiliary DC line and a predetermined first voltage command value becomes small when the voltage of the main DC line is equal to or higher than the voltage threshold value;
The second DC/DC converter control unit
a current limit value generation unit that sets a current value in a charging direction of the power storage device as a current limit value when a remaining amount of power stored in the power storage device is smaller than a predetermined remaining amount upper limit value;
a voltage control system including a voltage control calculation unit that increases a predetermined first current command value when a voltage of the auxiliary DC line is lower than a predetermined second voltage command value, a variable limiter that generates a second current command value by applying limiter processing to the first current command value so that the first current command value is equal to or greater than the current limit value, and a current control system that controls charging and discharging of the power storage device,
the current control system generates a control signal for the second DC/DC converter so as to reduce a deviation between a current value in a charging direction of the power storage device and the second current command value;
An electric work vehicle, wherein the second voltage command value is set lower than the first voltage command value.
前記補機電源装置は、
前記主機直流ラインの直流電圧が予め定めた電圧閾値以上である場合に前記主機直流ラインの直流電圧を変換して前記補機直流ラインに供給可能なＤＣ／ＤＣコンバータである第一ＤＣ／ＤＣコンバータの他に、
前記補機直流ライン上に設けられ、前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記蓄電装置の直流電圧を変換して前記補機装置に供給可能な第二ＤＣ／ＤＣコンバータをさらに有し、
前記制御装置は、
前記蓄電装置の蓄電残量と、前記主機直流ラインの電圧と、前記蓄電装置の放電方向の電流値とに基づいて、前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータの制御信号を生成する第一ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部と、
前記補機直流ラインの電圧に基づいて、前記第二ＤＣ／ＤＣコンバータの制御信号を生成する第二ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部とを備え、
前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部は、
前記蓄電装置の蓄電残量が予め定めた蓄電残量上限値より小さい場際には、電流指令値として前記蓄電装置の充電方向の電流値を設定する電流指令生成部と、
前記主機直流ラインの電圧が前記電圧閾値以上である場合には、前記蓄電装置の充電方向の電流値と前記電流指令値の偏差が小さくなるように前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータの制御信号を生成する電流制御系とを備え、
前記第二ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部は、前記補機直流ラインの電圧と予め定めた電圧指令値の偏差が小さくなるように前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータの制御信号を生成することを特徴とする電動作業車両。 3. The electric work vehicle according to claim 2,
The auxiliary power supply device is
In addition to a first DC/DC converter, which is a DC/DC converter capable of converting a DC voltage of the main DC line and supplying the converted DC voltage to the auxiliary DC line when the DC voltage of the main DC line is equal to or higher than a predetermined voltage threshold,
a second DC/DC converter provided on the auxiliary DC line and capable of converting a DC voltage of the first DC/DC converter and the power storage device and supplying the converted DC voltage to the auxiliary device;
The control device includes:
a first DC/DC converter control unit that generates a control signal for the first DC/DC converter based on a remaining amount of charge of the power storage device, a voltage of the main DC line, and a current value in a discharging direction of the power storage device;
a second DC/DC converter control unit that generates a control signal for the second DC/DC converter based on a voltage of the auxiliary DC line,
The first DC/DC converter control unit
a current command generating unit that sets a current value in a charging direction of the power storage device as a current command value when a remaining amount of power stored in the power storage device is smaller than a predetermined remaining amount upper limit value;
a current control system that generates a control signal for the first DC/DC converter so as to reduce a deviation between a current value in a charging direction of the power storage device and the current command value when the voltage of the main DC line is equal to or higher than the voltage threshold value;
The electric work vehicle, wherein the second DC/DC converter control unit generates a control signal for the first DC/DC converter so as to reduce a deviation between the voltage of the auxiliary DC line and a predetermined voltage command value.
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2022
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