JP3875208B2

JP3875208B2 - Hybrid vehicle emergency driving system

Info

Publication number: JP3875208B2
Application number: JP2003108024A
Authority: JP
Inventors: 朗小野田
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: JP2004320840A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば製鉄所構内などの運搬に使用され、走行装置を複数備える多軸の大型運搬車両を電動モータへの電力供給をハイブリッド式にしたものであって、エンジンや発電機、或いはバッテリが故障した非常時に早急に退避を可能にしたハイブリッド車両の非常走行システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄所等では、従来から製品や資材、或いはスクラップといったものを構内で運搬する際、いわゆるキャリヤとよばれる大型運搬車両（以下、単に「キャリヤ」と記す）が利用されている。図３及び図４は、そうしたキャリヤを示した側面図及び平面図である。例えばこのキャリヤ１００は、全長が１４メートル程あり、その車両自体２７トンもの重量を有する。
【０００３】
大型運搬物の積載が可能な荷台１０１を備え、９５トンもの搭載が可能であり、荷台１０１の下には前後方向に連続して並べられた適数個の走行装置１０２，１０２…が設けられている。ここで示したキャリヤ１００は、左右に２個、前後に５個の走行装置１０２，１０２…が設けられた１０軸のものである。
【０００４】
各走行装置１０２は、それぞれ左右２個ずつ計４個のタイヤを有している。そして、荷台１０１の下部に旋回可能に設けられたサスペンションブラケット１１１のアームに対し、上下方向に揺動可能なスイングアーム１１２が枢着され、そのスイングアーム１１２が油圧シリンダ１１３で支持されたジャッキアップ機構を構成するものである。
【０００５】
また、各走行装置１０２，１０２…には、そのスイングアーム１１２先端の支軸に軸箱が軸支され、軸箱内の車軸を回転させる電動モータ（走行モータ）１２１や、サスペンションブラケット１１１を旋回させる電動モータ（操舵モータ）１２２が設けられている。キャリヤ１００の走行及び操舵は、運転室１０３におけるハンドルやアクセルペダルの操作に従い、不図示のコントローラから指令信号が送られ、各走行装置１０２，１０２…の走行モータ１２１や操舵モータ１２２の制御が行われる。
【０００６】
ところで本出願人は、騒音や排ガスの低下を図ることを目的としたハイブリッド式のキャリヤを、特願第２００２−３１７１０７号にて提案している。図５は、同号と同様の構成をなすハイブリッド式キャリヤにおいて、その駆動システムを示したブロック図である。
【０００７】
エンジン２０１と発電機２０２とは機械的に直結され、その４極のブラシレス交流発電機から発生する電力によって走行モータ１２１，１２１…（操舵モータ１２２は省略）を駆動させるよう構成されている。そして、主バッテリ２２０を備えることによって、充電電力を利用して発電機２０２をアシストするようにしたハイブリッド式のキャリヤを構成している。
【０００８】
すなわち、エンジン２０１の駆動による機械エネルギーから発電機２０２が電気エネルギーを発生し、この電気エネルギーがコンバータ２０３及びインバータ２０４，２０４…を介して走行モータ１２１，１２１…へ送られ、そこで機械エネルギーに変換して車両を駆動させるシリーズハイブリッドである。
【０００９】
エンジン２０１には、その回転数の調整を行うガバナ２０５が接続されており、また発電機２０２には、界磁電流２０６によって界磁巻線を可変励磁することによって出力電圧が調整されるようになっている。一方、アクセルペダル２４０の踏み込み量に応答して各種制御指令信号などを送信するメインコントローラ２１０が、インバータ２０４，２０４…やコンバータ２０２などに接続されている。
【００１０】
コントローラ２１０に対してはＤＣ／ＤＣ電源２０７が接続され、コンバータ２０３やインバータ２０４に対しては２８０Ｖの電源が制御電源として主バッテリ２１０から供給され、コントローラにはＤＣ／ＤＣ電源を介して２４Ｖの電源が制御電源が供給されるようになっている。更に、エンジン２０１には、そのスタータ２０８にエンジン起動用バッテリ２３０が接続されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−３２４７５４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
こうしたキャリヤ１００は、主バッテリ２２０が何らかの原因（突発事故）で走行モータ１２１に電力を供給できないような状況に陥った場合、バッテリとして規定の電圧、電流出力が保てなくなってしまう。コンバータ２０３、インバータ２０４、コントローラ２１０などの制御部品が主バッテリ２２０から制御電源が供給されている関係上、キャリヤ１００の運転が不可能となってしまうからである。その結果、故障によって停止してしまったキャリヤ１００が走行路を塞いでしまい、走行する他のキャリヤ１００の障害となって運搬作業に支障をきたすことになり、強いては工場全体の物流に影響を及ぼしかねない。
【００１３】
ところで、制御電源を主バッテリ２２０から供給しているのは、このハイブリッド式キャリヤ１００の特徴として、運転作業の指示待ち時間や信号待ちをしている時に、省エネや排ガス量の低減など環境への配慮を目的としてエンジン２０１を停止（アイドリングストップ）させるため、発電機２０２からの電力供給がストップするからである。
【００１４】
一方、コントローラ２１０への制御電源をエンジン起動用バッテリ２３０から供給することも考えらる。しかし、ＤＣ／ＤＣ電源２０７を介して主バッテリ２２０から制御電源を供給しているのは、アイドリングストップ状態からエンジン２０１を始動させることでスタータモータの起動時に大電流が流れ、メインコントローラ２１０のＣＰＵがリセットされてしまい走行不能になるのを回避する必要があるからである。従って、エンジン起動用バッテリ２３０から制御電源を供給することは好ましくない。
【００１５】
ところで、ハイブリッド式キャリヤ１００が走行不可能な状態に陥ってしまった場合には、この大重量の大型運搬車両を走行路上から退避させるには、先ず運搬物を積載している場合には荷台１０１からその運搬物を降ろさなければならない。そして、それキャリヤ自身重量が重いため、同様のキャリヤなど大型車両を現場まで走行させ、そこで牽引して走行路上から退避させなければならない。従って、手間がかかって早急な退避措置をとることができず、退避に時間がかかるため他の運搬にも支障をきたしていた。
【００１６】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、早急な退避が可能なハイブリッド車両の非常走行システムを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るハイブリッド車両の非常走行システムは、エンジン発電機の発電電力をコンバータ及びインバータを介して走行モータに供給し、またバッテリの充電電力をインバータを介して走行モータに供給してその走行モータを駆動させるものであり、コンバータやインバータなどを制御するメインコントローラの制御電源がバッテリから供給されるように構成されたハイブリッド車両であって、エンジン、発電機又はコンバータが故障した時には、エンジンを起動させずに主バッテリから走行モータへ電力を供給するようにし、主バッテリが故障した時には、補助バッテリからの制御電源によって立ち上げられた非常走行用コントローラが、主バッテリを切り離し、駆動させたエンジン発電機からの交流電圧を直流電圧に変換してメインコントローラの制御電源を生成し、その制御電源によって立ち上がったメインコントローラが、エンジン発電機からの発電電力を走行モータへ供給するようにしたものであることを特徴とする。
【００１８】
よって、本発明によれば、走行モータに電力を供給するエンジン発電機又はバッテリの一方に故障が生じて走行停止状態になったとしても、バッテリからの充電電力又はエンジン発電機からの発電電力によって走行モータを駆動させることにより、走行路上から早急にハイブリッド車両を退避させることができる。そして、特に本発明では、バッテリ故障時に、非常走行用コントローラがエンジン発電機の発電電力から生成した制御電源をメインコントローラに対して供給することにより、そのメインコントローラを立ち上げて走行モータへの発電電力の供給を可能にしている。
【００１９】
また、本発明に係るハイブリッド車両の非常走行システムは、前記補助バッテリが、スタータに電力を供給するエンジン起動用バッテリであることを特徴とする。
また、本発明に係るハイブリッド車両の非常走行システムは、前記非常走行用コントローラがスタータに対してエンジン起動指令を出力し、ガバナに対しても発電機から所定の電力が出力されるように相当するエンジンの回転数指令を送信するようにしたものであることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係るハイブリッド車両の非常走行システムは、前記エンジン発電機及びバッテリと前記走行モータとを接続する主回路には、複数あるインバータ毎にコンタクタが設けられ、順次一つずつ投入するようにしたものであることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るハイブリッド車両の非常走行システムの一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態で説明するハイブリッド車両は、前記従来例で挙げたものと同様のキャリヤである。すなわち、荷台が１０機の走行装置に支えられた多軸の大型運搬車両であり、アクセペダルや昇降レバーなどの操作によって、荷台の昇降や走行モータの駆動による前進・後退などが行われるものである。そして、そのキャリヤは、全長が１０メートルを超え、車体重量が２７トンもあり、荷台には９５トンもの搭載が可能な大型車両である。
【００２２】
図１は、ハイブリッド式キャリヤにおける本実施形態の非常走行システムを示したブロック図である。このキャリヤでも、エンジン１と発電機２とが機械的に直結され、その４極のブラシレス交流発電機から発生する電力によって走行モータ５０，５０…（操舵モータは省略）を駆動させるよう構成されている。そして、発電機２から得られる電力に加え、主バッテリ１０を備えることにより、その充電電力を利用して発電機２をアシストするようにしたハイブリッド車両である。
【００２３】
すなわち、エンジン１の駆動による機械エネルギーから発電機２が電気エネルギーを発生し、この電気エネルギーをコンバータ３及びインバータ４，４…を介して走行モータ５０，５０…へ送り、そこで機械エネルギーに変換して車両を駆動させるシリーズハイブリッドを構成している。
発電機２に接続されたコンバータ３は、交流電力を直流電力に変換し、そのコンバータ３に接続されたインバータ４，４…が直流電力を交流電力に変換して電力を走行モータ５０，５０…に供給するようにしている。
【００２４】
こうして発電機２からの交流電力を一旦コンバータ３で直流電力に変換し、これをインバータ４，４…に送って再び交流電力に変換する構成をとっているのは、コンバータ３で変換した直流電力をインバータ４，４…によって目的とする周波数及び電圧の交流電力に変換することによって、最終的な出力を発電機出力電圧と周波数に依存しなくするためである。ここでコンバータ３は、ＡＣ２２０〜４４０ＶをＤＣ２８０Ｖ〜３８０Ｖに変換する機能をもつものである。
【００２５】
また、エンジン１には、その回転数の調整を行うガバナ５が接続されており、発電機２は、界磁電流６によって界磁巻線を可変励磁することによって出力電圧が調整されるようになっている。発電機２は界磁電流を一定とし、その出力（電圧、周波数）が回転数によって変化するようになっており、本実施形態では１５００ｒｐｍで発電機出力が最大となるように界磁電流が調整されている。
【００２６】
コンバータ３の入力範囲は、その発電機２によってエンジン１の回転数７５０ｒｐｍで発生する周波数２５Ｈｚ、電圧２２０Ｖの出力から、その回転数１５００ｒｐｍで出力される周波数５０Ｈｚ、電圧４４０Ｖの出力の間である。
一方、アクセルペダル３０の踏み込み量や、ハンドルの回転に応答して各種制御指令信号を送信するメインコントローラ７が、コンバータ３の他、インバータ４，４…やガバナ５などに接続されている。
【００２７】
主バッテリ１０は、コンバータ３、インバータ４，４…、そしてメインコントローラ７に対して制御電源を供給するように接続され、メインコントローラ７に対してはＤＣ／ＤＣ電源８を介して接続されている。従って、コンバータ３やインバータ４，４…に対しては２８０Ｖの制御電源が主バッテリ２１０から供給され、メインコントローラ７にはＤＣ／ＤＣ電源８を介して２４Ｖの制御電源が供給されるようになっている。
【００２８】
本実施形態のキャリヤでは、極板の短絡などによる主バッテリ１０の故障、或いは燃料切れや突発事故によりエンジン１や発電機２、コンバータ３に故障が生じ、主バッテリ１０側又は発電機２側の一方からの電力供給しかできない状況に陥った場合の退避措置を講ずるための構成がとられている。すなわち、主バッテリ１０の故障時には、その主バッテリ１０を切り離して発電機２からの電力を供給するようにし、エンジン１、発電機２又はコンバータ３が故障した時には、エンジン１を起動させずに主バッテリ１０から電力を供給するように構成されている。
【００２９】
主バッテリ１０の故障に対し、非常走行用コントローラ２０が設けられ、これが発電機２と主回路３０との間に接続されている。その主回路３０側にはコンタクタ３１が設けられ、また主バッテリ１０にも主回路３０との間にコンタクタ３２が設けられている。コンタクタ３１，３２はいずれも非常走行用コントローラ２０によって投入及び解放が行われるようになっている。また、非常走行用コントローラ２０は、電源スイッチ３５を介してエンジン起動用バッテリ１１に接続されるほか、そのエンジン起動用バッテリ１１が接続されているスタータ９や、ガバナ５に各種指令を送り、メインコントローラ７から指令を受けるようにそれぞれ接続されている。
【００３０】
ここで図２は、非常走行用コントローラ２０を示したブロック図である。非常走行用コントローラ２０は、発電機２に対してコンタクタ２１，２１を介し、電圧を下げるためのトランス２２が接続されている。そのトランス２２にはダイオードスタック（ダイオードブリッジ全波整流回路）２３が接続され、更に平滑コンデンサ２４が接続されている。そして、この回路には、非常走行用コントローラ２０の外部においてダイオード３８と前述したコンタクタ３１（３１ａ，３１ｂ）を介して負荷（走行モータ２０，２０…）が接続されている。そして、その負荷２０にはコンタクタ３２を介して主バッテリ１０が接続されている。
【００３１】
また、非常走行用コントローラ２０のＣＰＵ２５は、エンジン起動用バッテリ１１（図１参照）に接続され、電源スイッチ３５のＯＮによって立ち上がるようになっている。そして、このＣＰＵ２５は、スタータ９、ガバナ５及びメインコントローラ７に信号線が接続され、コンタクタ２１，３１，３２の投入又は解放を制御するように接続されている。更には、発電機２１からの電圧を検出しており、コンタクタ３９の投入又は解放を制御するように接続されている。
【００３２】
また、図１に示すように主回路３０とインバータ４，４…の接続を切り換えるコンタクタ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが設けられている。コンタクタ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄは、図示していないがメインコントローラ７からの投入及び解放指示によって動作するように構成されている。
【００３３】
次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の非常走行システムについてその作用を説明する。先ず、キャリヤの通常走行についてシステム全体の作用を説明する。なお、このキャリヤは、製鉄所等で製品や資材、或いはスクラップといったものを構内で運搬するキャリヤとよばれる大型運搬車両について構成されたものである。従って、以下に説明する作用はキャリヤが製鉄所内を走行する場合についてである。
【００３４】
キャリヤは、発電機２で発電された電力に加え、適宜主バッテリ１０からの放電電力を利用して効率の良い走行を可能としている。例えば負荷のかかる加速時には発電機２で発電された電力に加え、主バッテリ１０から供給される放電電力のアシストが行われる。一方、減速時には走行モータ５０，５０…からの回生エネルギを主バッテリ１０に送って充電が行われる。そして、負荷の小さい定速走行時には発電機２で発電した電力のみによって走行する場合と、発電機２で発電した電力によって走行しながらその電力を主バッテリ１０へ充電する場合、更には主バッテリ１０からの放電電力のみで走行を行う場合とに分けられる。
【００３５】
加速時には発電機２側からの電力と主バッテリ１０からの電力で所要電力を得られるようになっているが、メインコントローラ７からコンバータ３に対してバッテリ許容放電量が予め設定される。そこで、加速時に必要な所要電力がバッテリ許容放電電力分を差し引いた電力を発電機２が発電するように、エンジン１の回転数がメインコントローラ７からガバナ６へ指令信号が送信される。
【００３６】
一方、インバータ４，４…へは、アクセルペダル３０の踏み込み量に応じたトルク指令信号がメインコントローラ７から出力され、予めトルク指令に対応した速度マップの参照速度とインバータ４，４…からの実速度情報が平衡したポイントで、各種トルク指令出力が保持される。
メインコントローラ７は、コンバータ３を通してバッテリ電流信号を検出し、これを時間積分することによってバッテリ充放電量を算出する。そのため任意に設定された残容量レベルを下回った場合には、主バッテリ１０からの電力アシストを停止して発電機２からの発電電力のみによって走行し、その走行中又は停止中に発電機２からの電力によって回復充電をかける。
【００３７】
充放電量が残容量レベルを下回っていない場合には、コンバータ３の入力範囲を下回るようにエンジン１の回転数を落としてアイドリング状態にし、主バッテリ１０からの放電電力のみによって走行させるようにもする。
更に充放電量が残容量レベルを下回っている場合には、充電しながら走行すべくエンジン１の回転数を上げ、発電機２からの発電電力を走行に使用するとともに、主バッテリ１０への充電を行うようにする。
【００３８】
次に、低速走行時には走行モータ５０，５０…への電力供給が必要なくなるので、制御系消費電力には主バッテリ１０の放電電力が使用される。そのため、低速時にはエンジン１は回転数を落としてアイドリング状態にする。なお、ハイブリッド車両を一旦停止させた場合も同様にエンジン１はアイドリング状態にする。
そして、減速時には、ブレーキ力を電力に回生して蓄電すべく、回生制動時には走行モータ５０，５０…に発生した回生電力を主バッテリ１０に充電する。
【００３９】
従って、こうしたハイブリッド式キャリヤでは、エンジン１の回転数を落としても発電機２からの電力を得ることができ、また主バッテリ１０からの放電電力のアシストによって走行モータ５０，５０…を駆動させるので、騒音や排ガスを低下させることが可能となっている。
【００４０】
一方、こうしたキャリヤが走行中に主バッテリ１０やエンジン１等の故障によって走行が継続できなくなった場合には、次の作用によって走行路上からキャリヤを移動させる退避処置がとられる。
【００４１】
そこで、先に主バッテリ１０に故障が生じた場合について説明する。
主バッテリ１０の故障によりキャリヤが停止した場合には、先ず電源スイッチ３５が入れられる。これによりエンジン起動用バッテリ１１から非常走行用コントローラ２０に制御電源が供給され、ＣＰＵ２５が立ち上がる。
そこで、ＣＰＵ２５からコンタクタ３２に解放指示がなされ、そのコンタクタ３２の切り離しによって負荷である走行モータ５０，５０…が主バッテリ１０から遮断される。従ってこの場合は、発電機２からの電力供給によってのみ走行モータ５０，５０…の駆動が行われるようになる。
【００４２】
またＣＰＵ２５からは、スタータ９に対してエンジン起動指令が出力され、スタータ９によってエンジン１の運転が開始される。更にＣＰＵ２５からは、ガバナ５に対しても発電機２からＡＣ４００Ｖの電力が出力されるように相当するエンジン１の回転数指令が送信される。なお、界磁電流は一定とする。従って、発電機２からの電圧出力はエンジン１の回転数によって調整される。そして、発電機２からの出力はＣＰＵ２５によってモニタされ、４００Ｖの電圧出力になるようにエンジンの回転数が引き続き制御される。
【００４３】
４００Ｖの電圧を確認した後は、ＣＰＵ２５からコンタクタ２１へ投入指示がなされ、発電機２がトランス２２と接続される。これにより、非常走行用コントローラ２０内部では、発電機２からの交流の４００Ｖ電圧がトランス２２によって下げられ、ダイオードスタック２３によって全波整流が行われる。そして更に平滑コンデンサ２４によって脈動電圧が滑らかにされ、直流の２８０Ｖ電圧が生成される。
【００４４】
続いてＣＰＵ２５からは、コンタクタ３１へ投入指示がなされる。そのため、生成されたＤＣ２８０Ｖは制御電源としてコンバータ３、インバータ４，４…及びメインコントローラ７に供給され、その制御電源が供給されたコンバータ３、インバータ４，４…及びメインコントローラ７が立ち上がる。そうしたメインコントローラ７では、コンバータ３及びインバータ４，４…からの信号を監視し、更にエンジン１の運転信号と発電機２の出力も確認している。
【００４５】
こうしてコンバータ３などが正常に機能していることを確認した場合には、メインコントローラ７から４台のインバータ４のコンタクタ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄに対して投入指示が行われる。しかし、一斉には投入指示を行わず、１〜４のインバータに対して順次一つずつ投入指示が行われる。コンタクタ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄに対して順次投入指示を行うようにしたのは、インバータ４には大容量電源コンデンサが複数個並列に接続されているため、コンタクタ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ全てを一斉に投入すると、大きな突入電流が流れてコンバータ３の過電流出力を検出し、保護回路が働いてコンバータ３が異常停止してしまうためである。
【００４６】
コンタクタ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの投入によって発電機２から出力された電力は、通常運転時と同様に交流電力がコンバータ３によって直流電力に変換され、そのコンバータ３に接続されたインバータ４，４…を介して直流電力に変換されて走行モータ５０，５０…に供給される。このときメインコントローラ７では、発電機２からＡＣ４００Ｖの電力が出力されるように、ガバナ５に対して相当するエンジン１の回転数指令が出力される。
【００４７】
次いで、非常走行用コントローラ２０からの制御電源によって立ち上げられたメインコントローラ７により、非常走行用コントローラ２０に対して電源切断指令が出力される。従って、非常走行用コントローラ２０の動作が停止し、メインコントローラ７に制御処理が引き継がれる。
そして、走行モータ５０，５０…の駆動によって走行可能になったキャリヤは、コンバータ３の出力容量範囲内の速度で走行し、後続のキャリヤなどの走行に邪魔にならないよう走行路上から外れた位置へ退避させられる。
【００４８】
次に、エンジン１、発電機２又はコンバータ３の故障により走行が継続できなくなった場合について説明する。この場合は、メインコントローラ７から４台のインバータ４のコンタクタ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄに対して一斉に投入指示することはせず、１〜４のインバータ４，４，…に対して、順次一つずつ投入指示がなされる。コンタクタ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄに対して順次投入指示を行うようにしたのは、先の述べたのと同様、インバータ４は大容量電源コンデンサが複数個並列に接続されているため、一斉に投入すると大きな突入電流が流れ、主バッテリ１０の残容量レベルを著しく低下させてしまうためである。
【００４９】
走行モータ５０，５０…には主バッテリ１０から電力が供給され、キャリヤの走行が可能になる。そのためキャリヤは、主バッテリ１０の残容量範囲内の速度で走行することができ、後続のキャリヤなどの邪魔にならないよう走行路上から外れた位置へ退避させられる。
【００５０】
よって、本実施形態に係るハイブリッド車両の非常走行システムによれば、走行モータ５０，５０…に電力を供給する発電機２又はバッテリ１０の一方に故障が生じて走行停止状態になったとしても、バッテリ１０からの充電電力又は発電機２からの発電電力によって走行モータ５０，５０…を駆動させることにより、走行路上から早急にハイブリッド車両を退避させることができるようになった。そして、特にバッテリ故障時には、非常走行用コントローラ２０が発電機２の発電電力から生成した制御電源をメインコントローラ７に対して供給することにより、そのメインコントローラ７を立ち上げて走行モータ５０，５０…への発電電力の供給を可能にしている。従って、エンジン起電用バッテリ１１から制御電源を供給したのでは、スタータモータの起動時にＣＰＵのリセットなどで走行不能になるのを回避することができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は、エンジン、発電機又はコンバータが故障した時には、エンジンを起動させずに主バッテリから走行モータへ電力を供給するようにし、主バッテリが故障した時には、補助バッテリからの制御電源によって立ち上げられた非常走行用コントローラが、主バッテリを切り離し、駆動させたエンジン発電機からの交流電圧を直流電圧に変換してメインコントローラの制御電源を生成し、その制御電源によって立ち上がったメインコントローラが、エンジン発電機からの発電電力を走行モータへ供給するようにしたので、早急な退避が可能なハイブリッド車両の非常走行システムを提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハイブリッド式キャリヤにおける非常走行システムの一実施形態を示したブロック図である。
【図２】非常走行用コントローラを示したブロック図である。
【図３】キャリヤを示した側面図である。
【図４】キャリヤを示した平面図である。
【図５】ハイブリッド式キャリヤにおける従来の駆動システムを示したブロック図である。
【符号の説明】
１エンジン
２発電機
３コンバータ
４インバータ
７メインコントローラ
１０主バッテリ
１１エンジン起動用バッテリ
２０非常走行用コントローラ
５０走行モータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is, for example, used for transporting inside a steelworks premises, etc., and is a multi-axis large transport vehicle equipped with a plurality of traveling devices, in which power supply to an electric motor is made hybrid, and includes an engine, a generator, or a battery The present invention relates to an emergency traveling system for a hybrid vehicle that enables quick evacuation in the event of an emergency.
[0002]
[Prior art]
In steelworks or the like, conventionally, when transporting products, materials, or scraps on the premises, a large transport vehicle called a so-called carrier (hereinafter simply referred to as “carrier”) has been used. 3 and 4 are a side view and a plan view showing such a carrier. For example, the carrier 100 has a total length of about 14 meters and the vehicle itself has a weight of 27 tons.
[0003]
It is equipped with a loading platform 101 capable of loading a large transported object, and can carry as much as 95 tons. Under the loading platform 101, an appropriate number of traveling devices 102, 102,. ing. The carrier 100 shown here is a 10-axis one provided with two traveling devices 102, 102...
[0004]
Each traveling device 102 has a total of four tires, two on each side. A swing arm 112 that can swing in the vertical direction is pivotally attached to an arm of a suspension bracket 111 that is swingably provided at the bottom of the loading platform 101, and the swing arm 112 is supported by a hydraulic cylinder 113. It constitutes the mechanism.
[0005]
Further, each traveling device 102, 102... Has a shaft box supported on a support shaft at the tip of the swing arm 112, and rotates an electric motor (traveling motor) 121 that rotates an axle in the shaft box and a suspension bracket 111. An electric motor (steering motor) 122 is provided. In order to travel and steer the carrier 100, a command signal is sent from a controller (not shown) according to the operation of the steering wheel or the accelerator pedal in the cab 103, and the travel motor 121 and the steering motor 122 of each travel device 102, 102. Is called.
[0006]
By the way, the present applicant has proposed a hybrid carrier for the purpose of reducing noise and exhaust gas in Japanese Patent Application No. 2002-317107. FIG. 5 is a block diagram showing a drive system of a hybrid carrier having the same configuration as that of the same reference.
[0007]
The engine 201 and the generator 202 are mechanically directly connected to each other, and are configured to drive the traveling motors 121, 121... (The steering motor 122 is omitted) by electric power generated from the four-pole brushless AC generator. By providing the main battery 220, a hybrid carrier configured to assist the generator 202 using the charged power is configured.
[0008]
That is, the generator 202 generates electric energy from the mechanical energy generated by driving the engine 201, and this electric energy is sent to the traveling motors 121, 121 ... through the converter 203 and inverters 204, 204 ..., where they are converted into mechanical energy. The series hybrid that drives the vehicle.
[0009]
The engine 201 is connected with a governor 205 that adjusts the rotational speed thereof, and the generator 202 is adjusted so that the output voltage is adjusted by variably exciting the field winding by the field current 206. It has become. On the other hand, a main controller 210 that transmits various control command signals in response to the amount of depression of the accelerator pedal 240 is connected to the inverters 204, 204,.
[0010]
A DC / DC power source 207 is connected to the controller 210, a power supply of 280V is supplied as a control power source from the main battery 210 to the converter 203 and the inverter 204, and a 24V power source is supplied to the controller via the DC / DC power source. The power is supplied to the control power. Further, an engine starting battery 230 is connected to the starter 208 of the engine 201.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-11-324754
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
When such a carrier 100 falls into a situation in which the main battery 220 cannot supply power to the traveling motor 121 due to some cause (sudden accident), the specified voltage and current output cannot be maintained as a battery. This is because the control components such as the converter 203, the inverter 204, and the controller 210 are supplied with the control power from the main battery 220, so that the carrier 100 cannot be operated. As a result, the carrier 100 that has been stopped due to a failure will block the traveling path, which may interfere with other traveling carriers 100 and hinder the transportation work, which may affect the physical distribution of the entire factory. It can be affected.
[0013]
By the way, the control power is supplied from the main battery 220 as a feature of the hybrid type carrier 100. When waiting for an operation work instruction or waiting for a signal, the hybrid battery 100 can save energy and reduce the amount of exhaust gas. This is because the power supply from the generator 202 is stopped in order to stop the engine 201 (idling stop) for the purpose of consideration.
[0014]
On the other hand, it is also conceivable to supply control power to the controller 210 from the engine starting battery 230. However, the control power is supplied from the main battery 220 via the DC / DC power source 207 because the engine 201 is started from the idling stop state so that a large current flows when the starter motor is started, and the CPU of the main controller 210 This is because it is necessary to avoid that the vehicle is reset and disabled. Therefore, it is not preferable to supply control power from the engine starting battery 230.
[0015]
By the way, when the hybrid type carrier 100 falls into a state where it cannot travel, in order to retreat the heavy-duty large transport vehicle from the travel path, first, when a transport object is loaded, the loading platform 101 is loaded. You must unload the material from there. Since the weight of the carrier itself is heavy, a large vehicle such as a similar carrier has to travel to the site and be towed away from the traveling path. Therefore, it takes time and effort, and it is impossible to take a quick evacuation measure, and it takes time to evacuate, which hinders other transportation.
[0016]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an emergency traveling system for a hybrid vehicle that can be quickly evacuated in order to solve such a problem.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
An emergency traveling system for a hybrid vehicle according to the present invention supplies power generated by an engine generator to a traveling motor via a converter and an inverter, and supplies charging power of a battery to the traveling motor via an inverter. The hybrid vehicle is configured so that the control power of the main controller that controls the converter, inverter, etc. is supplied from the battery, and starts the engine when the engine, generator or converter fails Power is supplied from the main battery to the drive motor, and when the main battery breaks down, the emergency running controller started up by the control power supply from the auxiliary battery disconnects the main battery and drives the engine power generation. Convert AC voltage from the machine into DC voltage and Generates a control power controller, the main controller has risen by the control power supply, characterized in that is obtained so as to supply the generated power from the engine generator to traveling motor.
[0018]
Therefore, according to the present invention, even if one of the engine generator or the battery that supplies power to the traveling motor fails and the traveling is stopped, the charging power from the battery or the generated power from the engine generator By driving the travel motor, the hybrid vehicle can be quickly retracted from the travel path. In particular, in the present invention, when a battery failure occurs, the emergency travel controller supplies the main controller with a control power generated from the power generated by the engine generator, thereby starting up the main controller and generating power to the travel motor. The power supply is possible.
[0019]
In the emergency traveling system for a hybrid vehicle according to the present invention, the auxiliary battery is an engine starting battery that supplies electric power to the starter.
Further, the emergency traveling system for a hybrid vehicle according to the present invention corresponds to the emergency traveling controller outputting an engine start command to the starter and outputting predetermined power from the generator to the governor. An engine speed command is transmitted.
[0020]
In the emergency traveling system for a hybrid vehicle according to the present invention, a contactor is provided for each of a plurality of inverters in the main circuit connecting the engine generator and the battery and the traveling motor, and the contactors are sequentially turned on one by one. It is characterized by that.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of an emergency traveling system for a hybrid vehicle according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The hybrid vehicle described in the present embodiment is the same carrier as that described in the conventional example. In other words, the platform is a multi-axle large-sized transport vehicle supported by 10 traveling devices, and the platform is moved up and down by driving an accelerator pedal and a lift lever, and the traveling motor is driven forward and backward. is there. The carrier is a large vehicle having a total length exceeding 10 meters, a body weight of 27 tons, and a loading platform of 95 tons.
[0022]
FIG. 1 is a block diagram showing an emergency traveling system of this embodiment in a hybrid type carrier. Also in this carrier, the engine 1 and the generator 2 are mechanically directly connected, and the traveling motors 50, 50... (The steering motor is omitted) are driven by the electric power generated from the 4-pole brushless AC generator. Yes. In addition to the electric power obtained from the generator 2, the hybrid vehicle is provided with the main battery 10 to assist the generator 2 using the charged electric power.
[0023]
That is, the generator 2 generates electric energy from the mechanical energy generated by driving the engine 1, and this electric energy is sent to the traveling motors 50, 50... Via the converter 3 and the inverters 4, 4,. This constitutes a series hybrid that drives the vehicle.
The converter 3 connected to the generator 2 converts alternating current power into direct current power, and inverters 4, 4... Connected to the converter 3 convert direct current power into alternating current power and convert the electric power to the traveling motors 50, 50. To supply.
[0024]
In this way, the AC power from the generator 2 is once converted into DC power by the converter 3 and sent to the inverters 4, 4... Is converted into AC power having a target frequency and voltage by inverters 4, 4... So that the final output does not depend on the generator output voltage and frequency. Here, the converter 3 has a function of converting AC 220 to 440 V into DC 280 V to 380 V.
[0025]
The engine 1 is connected with a governor 5 for adjusting the rotational speed thereof, and the generator 2 is configured so that the output voltage is adjusted by variably exciting the field winding by the field current 6. It has become. The generator 2 has a constant field current, and its output (voltage, frequency) changes with the rotational speed. In this embodiment, the field current is adjusted so that the generator output becomes maximum at 1500 rpm. Has been.
[0026]
The input range of the converter 3 is between the output of a frequency of 25 Hz and a voltage of 220 V generated by the generator 2 at a rotational speed of the engine 1 of 750 rpm to the output of a frequency of 50 Hz and a voltage of 440 V output at the rotational speed of 1500 rpm.
On the other hand, the main controller 7 that transmits various control command signals in response to the amount of depression of the accelerator pedal 30 and the rotation of the steering wheel is connected to the inverters 4, 4.
[0027]
The main battery 10 is connected so as to supply control power to the converter 3, the inverters 4, 4... And the main controller 7, and is connected to the main controller 7 via a DC / DC power supply 8. . Therefore, 280 V control power is supplied from the main battery 210 to the converter 3 and the inverters 4, 4..., And 24 V control power is supplied to the main controller 7 via the DC / DC power supply 8. ing.
[0028]
In the carrier of this embodiment, the engine 1, the generator 2, or the converter 3 is damaged due to a failure of the main battery 10 due to a short circuit of the electrode plate or the out-of-fuel or sudden accident. A configuration has been adopted for taking evacuation measures in a situation where only one side can supply power. That is, when the main battery 10 fails, the main battery 10 is disconnected and the electric power from the generator 2 is supplied. When the engine 1, the generator 2 or the converter 3 fails, the engine 1 is not started. The battery 10 is configured to supply power.
[0029]
An emergency travel controller 20 is provided for a failure of the main battery 10, and is connected between the generator 2 and the main circuit 30. A contactor 31 is provided on the main circuit 30 side, and a contactor 32 is also provided between the main battery 10 and the main circuit 30. The contactors 31 and 32 are both turned on and off by the emergency travel controller 20. The emergency running controller 20 is connected to the engine starting battery 11 via the power switch 35, and also sends various commands to the starter 9 and the governor 5 to which the engine starting battery 11 is connected. Each is connected to receive a command from the controller 7.
[0030]
Here, FIG. 2 is a block diagram showing the emergency travel controller 20. The emergency running controller 20 is connected to the generator 2 via the contactors 21 and 21 and a transformer 22 for reducing the voltage. A diode stack (diode bridge full wave rectifier circuit) 23 is connected to the transformer 22, and a smoothing capacitor 24 is further connected. In addition, a load (travel motors 20, 20...) Is connected to the circuit via the diode 38 and the contactors 31 (31a, 31b) described above outside the emergency travel controller 20. The main battery 10 is connected to the load 20 via a contactor 32.
[0031]
Further, the CPU 25 of the emergency running controller 20 is connected to the engine starting battery 11 (see FIG. 1), and starts up when the power switch 35 is turned on. The CPU 25 has signal lines connected to the starter 9, governor 5 and main controller 7, and is connected so as to control the input or release of the contactors 21, 31 and 32. Furthermore, the voltage from the generator 21 is detected and connected to control the turning on or releasing of the contactor 39.
[0032]
1, contactors 33a, 33b, 33c, and 33d for switching the connection between the main circuit 30 and the inverters 4, 4,... Are provided. Although not shown, the contactors 33a, 33b, 33c, and 33d are configured to operate in response to an input / release instruction from the main controller 7.
[0033]
Next, the operation of the hybrid vehicle emergency travel system according to the present embodiment will be described. First, the operation of the entire system will be described for normal running of the carrier. This carrier is configured for a large transport vehicle called a carrier that transports products, materials, or scraps on the premises at an ironworks or the like. Therefore, the operation described below is for the case where the carrier travels in the steelworks.
[0034]
The carrier enables efficient traveling by appropriately using the discharge power from the main battery 10 in addition to the power generated by the generator 2. For example, at the time of acceleration in which a load is applied, in addition to the power generated by the generator 2, the discharge power supplied from the main battery 10 is assisted. On the other hand, at the time of deceleration, regenerative energy from the traveling motors 50, 50... Is sent to the main battery 10 for charging. When traveling at a constant speed with a small load, the vehicle travels only with the power generated by the generator 2, and when the power is charged to the main battery 10 while traveling with the power generated by the generator 2, the main battery 10 It is divided into the case where it runs only with the discharge electric power from.
[0035]
At the time of acceleration, the required power can be obtained from the power from the generator 2 side and the power from the main battery 10, but the battery allowable discharge amount is preset from the main controller 7 to the converter 3. Accordingly, a command signal is transmitted from the main controller 7 to the governor 6 so that the generator 2 generates power generated by subtracting the battery allowable discharge power from the required power required for acceleration.
[0036]
On the other hand, a torque command signal corresponding to the depression amount of the accelerator pedal 30 is output from the main controller 7 to the inverters 4, 4. Various torque command outputs are held at the point where the speed information is balanced.
The main controller 7 detects the battery current signal through the converter 3 and calculates the amount of charge / discharge of the battery by integrating it over time. Therefore, when it falls below the arbitrarily set remaining capacity level, the power assist from the main battery 10 is stopped and the vehicle travels only with the generated power from the generator 2, and from the generator 2 during or during the travel. The recovery charge is applied by the power.
[0037]
When the charge / discharge amount is not lower than the remaining capacity level, the engine 1 is reduced in idling state so as to fall below the input range of the converter 3, and the vehicle can be driven only by the discharge power from the main battery 10. To do.
Further, when the charge / discharge amount is lower than the remaining capacity level, the engine 1 is increased in speed to run while being charged, the generated power from the generator 2 is used for running, and the main battery 10 is charged. To do.
[0038]
Next, since power supply to the traveling motors 50, 50... Is not necessary during low-speed traveling, the discharge power of the main battery 10 is used for control system power consumption. For this reason, at low speed, the engine 1 is brought into an idling state by reducing the rotational speed. Note that the engine 1 is also in an idling state when the hybrid vehicle is temporarily stopped.
When the vehicle is decelerated, the main battery 10 is charged with the regenerative power generated in the travel motors 50, 50...
[0039]
Therefore, in such a hybrid type carrier, the electric power from the generator 2 can be obtained even when the rotational speed of the engine 1 is decreased, and the traveling motors 50, 50... Are driven by the assist of the discharge power from the main battery 10. It is possible to reduce noise and exhaust gas.
[0040]
On the other hand, when such a carrier cannot travel due to a failure of the main battery 10 or the engine 1 while traveling, a retreating measure is taken to move the carrier from the traveling path by the following action.
[0041]
Therefore, a case where a failure has occurred in the main battery 10 will be described first.
When the carrier stops due to a failure of the main battery 10, the power switch 35 is first turned on. As a result, the control power is supplied from the engine starting battery 11 to the emergency running controller 20, and the CPU 25 is started up.
Therefore, the CPU 25 issues a release instruction to the contactor 32, and when the contactor 32 is disconnected, the traveling motors 50, 50. Therefore, in this case, the driving motors 50, 50... Are driven only by the power supply from the generator 2.
[0042]
The CPU 25 outputs an engine start command to the starter 9, and the starter 9 starts the operation of the engine 1. Further, the CPU 25 transmits a corresponding rotation speed command of the engine 1 to the governor 5 so that the generator 2 outputs AC 400V power. The field current is assumed to be constant. Therefore, the voltage output from the generator 2 is adjusted by the rotational speed of the engine 1. The output from the generator 2 is monitored by the CPU 25, and the engine speed is continuously controlled so as to obtain a voltage output of 400V.
[0043]
After confirming the voltage of 400 V, the CPU 25 gives an input instruction to the contactor 21, and the generator 2 is connected to the transformer 22. Thereby, in the emergency running controller 20, the AC 400 V voltage from the generator 2 is lowered by the transformer 22, and full-wave rectification is performed by the diode stack 23. Further, the pulsating voltage is smoothed by the smoothing capacitor 24, and a DC 280V voltage is generated.
[0044]
Subsequently, the CPU 25 gives an input instruction to the contactor 31. Therefore, the generated DC 280V is supplied as control power to the converter 3, inverters 4, 4,... And the main controller 7, and the converter 3, inverters 4, 4,. The main controller 7 monitors signals from the converter 3 and the inverters 4, 4..., And further checks the operation signal of the engine 1 and the output of the generator 2.
[0045]
In this way, when it is confirmed that the converter 3 or the like is functioning normally, the main controller 7 instructs the contactors 33a, 33b, 33c, and 33d of the four inverters 4 to be turned on. However, the input instruction is not performed all at once, but the input instructions are sequentially performed on the inverters 1 to 4 one by one. The reason for sequentially instructing the contactors 33a, 33b, 33c, and 33d is that a plurality of large-capacity power capacitors are connected in parallel to the inverter 4, so that all of the contactors 33a, 33b, 33c, and 33d are connected. If all of them are turned on all at once, a large inrush current flows, an overcurrent output of the converter 3 is detected, the protection circuit is activated, and the converter 3 is abnormally stopped.
[0046]
The electric power output from the generator 2 by turning on the contactors 33a, 33b, 33c, and 33d is converted into DC power by the converter 3 as in the normal operation, and the inverters 4, 4 connected to the converter 3 are converted to DC power. Are converted into direct current power via... And supplied to the traveling motors 50, 50. At this time, the main controller 7 outputs a corresponding engine 1 rotational speed command to the governor 5 so that the generator 2 outputs AC 400V power.
[0047]
Next, the main controller 7 activated by the control power supply from the emergency travel controller 20 outputs a power-off command to the emergency travel controller 20. Accordingly, the operation of the emergency traveling controller 20 is stopped, and the control process is taken over by the main controller 7.
Then, the carrier that can travel by driving the travel motors 50, 50... Travels at a speed within the output capacity range of the converter 3, and moves to a position off the travel path so as not to interfere with the travel of subsequent carriers. Evacuated.
[0048]
Next, a case where traveling cannot be continued due to a failure of the engine 1, the generator 2, or the converter 3 will be described. In this case, the main controller 7 does not instruct the contactors 33a, 33b, 33c, and 33d of the four inverters 4 at once, and sequentially applies to the inverters 4, 4,. Instructions are given one by one. The reason why the contactors 33a, 33b, 33c, and 33d are sequentially instructed is that the inverter 4 is connected to a plurality of large-capacity power capacitors in parallel, as described above. This is because when the battery is turned on, a large inrush current flows and the remaining capacity level of the main battery 10 is significantly reduced.
[0049]
Power is supplied from the main battery 10 to the travel motors 50, 50. Therefore, the carrier can travel at a speed within the remaining capacity range of the main battery 10 and is retreated to a position off the traveling path so as not to obstruct the subsequent carrier.
[0050]
Therefore, according to the emergency traveling system of the hybrid vehicle according to the present embodiment, even if a failure occurs in one of the generator 2 or the battery 10 that supplies power to the traveling motors 50, 50. By driving the traveling motors 50, 50... With the charging power from the battery 10 or the generated power from the generator 2, the hybrid vehicle can be quickly retracted from the traveling road. In particular, when the battery is out of order, the emergency travel controller 20 supplies the main controller 7 with the control power generated from the power generated by the generator 2, so that the main controller 7 is activated and the travel motors 50, 50,. Supply of generated power to Therefore, if the control power is supplied from the engine electromotive battery 11, it is possible to avoid the case where the running becomes impossible due to the reset of the CPU or the like when the starter motor is started.
[0051]
【The invention's effect】
In the present invention, when an engine, a generator or a converter breaks down, power is supplied from the main battery to the traveling motor without starting the engine, and when the main battery breaks down, it is started up by a control power source from the auxiliary battery. The emergency running controller disconnects the main battery, converts the AC voltage from the driven engine generator into DC voltage, generates the control power for the main controller, and the main controller started up by the control power supplies the engine Since the power generated by the generator is supplied to the traveling motor, it is possible to provide an emergency traveling system for a hybrid vehicle that can be quickly evacuated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an emergency traveling system in a hybrid carrier.
FIG. 2 is a block diagram showing an emergency travel controller.
FIG. 3 is a side view showing a carrier.
FIG. 4 is a plan view showing a carrier.
FIG. 5 is a block diagram showing a conventional drive system in a hybrid carrier.
[Explanation of symbols]
1 engine
2 Generator
3 Converter
4 Inverter
7 Main controller
10 Main battery
11 Engine start-up battery
20 Emergency controller
50 Traveling motor

Claims

The power generated by the engine generator is supplied to the traveling motor via the converter and the inverter, and the charging power of the battery is supplied to the traveling motor via the inverter to drive the traveling motor. A hybrid vehicle configured such that control power of a main controller to be controlled is supplied from a battery,
When the engine, generator or converter fails, power is supplied from the main battery to the drive motor without starting the engine.
When the main battery breaks down, the emergency running controller started up by the control power supply from the auxiliary battery disconnects the main battery and converts the AC voltage from the driven engine generator into DC voltage to control the main controller. An emergency traveling system for a hybrid vehicle, characterized in that a main controller that generates a power source and that is started up by the control power source supplies power generated from an engine generator to a traveling motor.

In the emergency traveling system of the hybrid vehicle according to claim 1,
The emergency traveling system for a hybrid vehicle, wherein the auxiliary battery is an engine starting battery for supplying power to a starter.

In the emergency traveling system for a hybrid vehicle according to claim 1 or 2,
The emergency travel controller outputs an engine start command to the starter, and transmits a corresponding engine speed command to the governor so that predetermined power is output from the generator. An emergency traveling system for a hybrid vehicle, characterized in that:

In the emergency traveling system of the hybrid vehicle according to any one of claims 1 to 3,
An emergency of a hybrid vehicle characterized in that a contactor is provided for each of a plurality of inverters in a main circuit connecting the engine generator / battery and the traveling motor, and one contactor is sequentially inserted. Traveling system.