JP5578821B2 - 電力供給制御システム - Google Patents
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Description
電力供給制御システム100は、例えば、タイヤ式門型クレーンが備える電力負荷への電力の供給を制御するシステムである。電力負荷は、外部から電力の供給を受けて一次動作し、一次動作とは異なる二次動作することによって回生電力を発電する主機300、及び主機300よりも小さい電力の供給を受けて動作する補機400に大別される。主機300としては、例えば、巻上用モータ310、走行用モータ320、及び横行用モータ330等が挙げられる。補機400としては、例えば、運転室用のエアコンディショナー410、及び照明420等が挙げられる。巻上用モータ310は、タイヤ式門型クレーンが備えるクレーンの巻き上げ及び巻き下げを行うためのモータである。巻上用モータ310は、一次動作としてクレーンを巻き上げ、二次動作としてクレーンを巻き下げる。走行用モータ320は、タイヤ式門型クレーンが走行するためのモータである。横行用モータ330は、巻き用のトロリを横方向に移動させるためのモータである。走行用モータ320及び横行用モータ330は、一次動作としてタイヤ式門型クレーンを加速させ、二次動作としてタイヤ式門型クレーンを減速させる。これら電力負荷への電力の供給を制御する電力供給システム100は、エンジン発電機110、コンバータ120、インバータ130a〜e、リチウムイオン電池140、回生チョッパ150、回生抵抗160、直流電圧測定器171、交流電圧測定器172、電流測定器173、温度測定器174、BMU180、及びコントローラ200を備える。
コントローラ200は、直流母線電圧値データ入力部201、出力電圧値データ入力部202、出力電流値データ入力部203、温度データ入力部204、充電状態データ入力部205、主機始動要求受付部206、電力供給可否判定部207、アイドリング動作可否決定部208、出力停止時間設定部209、直流母線電圧値設定部210、出力電圧値設定部211、出力電流値設定部212、エンジン制御部213、第1の電力変換装置制御部214、第2の電力変換装置制御部215、及び切替装置制御部216を有する。
コントローラ200は、直流母線101にかかっている電圧に応じてコンバータ120が定電流出力又は定電圧出力を行うよう、次のような処理を行う。
まず、出力電流値データ入力部203は、コンバータ120の出力電流値を示すデータを、データケーブル104kを介して電流測定器173から入力する(S101)。具体的には、電流測定器173は、常時、コンバータ120の出力電流を測定しており、測定した出力電流値を示すデータを、微小時間置きにコントローラ200に出力する。出力電流値データ入力部203は、電流測定器173が微小時間置きに出力したデータを順次入力することとなる。
コントローラ200は、直流母線101にかかっている電圧に応じて回生チョッパ150がスイッチの開閉を切り替えるよう、次のような処理を行う。
まず、直流母線電圧値データ入力部201は、直流母線101にかかっている電圧値を示すデータを、データケーブル104iを介して直流電圧測定器171から入力する(S201)。この処理は、図3のS102の処理と同じ処理であるため、具体的な説明を省略する。
コントローラ200は、コンバータ120が出力を開始又は停止するよう、次のような処理を行う。なお、以下の説明においては、第1の電力変換装置制御部214は、定電圧出力するようコンバータ120を制御しているものとする。また、巻上用モータ310、走行用モータ320、及び横行用モータ330は、動作を停止しているか、回生電力を発電する二次動作している状態とする。
まず、出力電流値データ入力部203は、コンバータ120の出力電流値を示すデータを、データケーブル104kを介して電流測定器173から入力する(S301)。この処理は、図3のS101の処理と同じ処理であるため、具体的な説明を省略する。
すなわち、コンバータ120が出力を停止している場合、設定されている最小値に直流母線101にかかっている電圧が達すると、コンバータ120は、出力を開始する。その際、コンバータ120は、設定されている最大値の電流を定電流出力する。コンバータ120は、設定されている最大値に直流母線101の電圧が達するまで定電流出力し続ける。そして、設定されている最大値に直流母線101の電圧が達すると、コンバータ120は、直流母線101にかかっている電圧が最大値を維持するよう定電圧する。コンバータ120は、設定されている最小値にコンバータ120の出力電流が低下するまで定電圧出力し続ける。そして、設定されている最小値にコンバータ120の出力電流が低下すると、コンバータ120は、出力を停止する。コンバータ120は、設定されている最小値に直流母線101にかかっている電圧が降下するまで出力を停止する。そして、設定されている最小値まで直流母線101にかかっている電圧が降下すると、コンバータ120は、定電流出力を再開する。このようにして、電力供給制御システム100においては、リチウムイオン電池140の充放電を効率よく行うことができる。
コントローラ200の電流母線電圧値設定部210は、リチウムイオン電池140の温度に応じて、直流母線101にかかっているべき電圧の最大値の設定を変更するよう、次のような処理を行う。なお、タイヤ式門型クレーンの電力負荷制御に電力供給制御システム100を導入するにあたり、電流母線電圧値設定部210は、メンテナンス用の入力手段等を介して入力されたリチウムイオン電池140の最大許容電圧値以下の所定の電圧値を、直流母線101にかかっているべき電圧の最大値の初期値として設定しているものとする。
まず、温度データ入力部204は、リチウムイオン電池140の温度を示すデータを、データケーブル104lを介して温度測定器174から入力する(S401)。具体的には、温度測定器174は、常時、リチウムイオン電池140の温度を測定しており、測定した温度を示すデータを、微小時間置きにコントローラ200に出力する。温度データ入力部204は、温度測定器174が微小時間置きに出力したデータを順次入力することとなる。
コントローラ200の出力電流値設定部212は、リチウムイオン電池140の温度に応じて、コンバータ120が出力すべき電流の最小値の設定を変更するよう、次のような処理を行う。なお、タイヤ式門型クレーンの電力負荷制御に電力供給制御システム100を導入するにあたり、出力電流値設定部212は、メンテナンス用の入力手段等を介して入力された、リチウムイオン電池140が充電を終了すべきタイミングにおけるコンバータ120の出力電流の値を、コンバータ120が出力すべき電流の最小値の初期値として設定しているものとする。
まず、温度データ入力部204は、リチウムイオン電池140の温度を示すデータを、データケーブル104lを介して温度測定器174から入力する(S501)。この処理は、図6のS401の処理と同じ処理であるため、具体的な説明を省略する。
コントローラ200は、直流母線101にかかっている電圧値、及びコンバータ120が出力している電流値に応じて、エンジン発電機110が通常動作又はアイドリング動作するよう、次のような処理を行う。なお、以下の説明においては、エンジン発電機110は、最初、通常動作しているものとする。
まず、出力電流値データ入力部203は、コンバータ120の出力電流値を示すデータを、データケーブル104kを介して電流測定器173から入力する(S601)。この処理は、図1のS101と同じ処理であるため、具体的な説明を省略する。
コントローラ200は、エンジン発電機110がアイドリング動作し、コンバータ120が出力を停止している状態において、主機300を動作する旨の要求があった場合、次のような処理を行う。
まず、温度データ入力部204は、リチウムイオン電池140の温度を示すデータを、データケーブル104lを介して温度測定器174から入力する(S701)。この処理は、図6のS401と同じ処理であるため、具体的な説明を省略する。
コンバータ200は、主機300の動作状態に応じて、エンジン発電機110がアイドリング動作し、コンバータ120が出力を停止してもよいか否かを判定するために、次のような処理を行う。なお、以下の説明においては、主機300のうち巻上用モータ310の動作を対象とし、インバータ130のうち巻上用モータ310に接続されているインバータ130aの動作を対象として説明する。
まず、第2の電力変換装置215は、操作手段から巻上用モータ310の操作命令を示す信号を受け付ける(S801)。操作手段から受け付ける巻上用モータ310の操作命令を示す信号は、クレーンを動かすのに巻上用モータ310を始動させる旨の始動信号、クレーンを巻き上げるのに巻上用モータ310を一次動作させる旨の一次動作信号、クレーンを巻き下げるのに巻上用モータ320を二次動作させる旨の二次動作信号、及びクレーンを停止するのに巻上用モータ320を停止する旨の停止信号に大別される。
コントローラ200は、エンジン発電機110をアイドリング動作させる時間が指定されることにより、コンバータ120が出力すべき電流値、及び直流母線101にかかっているべき電圧値を変更するよう、次のような処理を行う。なお、以下の説明においては、アイドリング動作可否決定部208は、エンジン発電機110がアイドリング動作又は停止し、コンバータ120が出力を停止することを許可しているものとする。
まず、出力停止時間設定部209は、タイヤ式門型クレーンの運転用の操作手段やメンテナンス用の入力手段等を介して、エンジン発電機110をアイドリング動作させる時間を変更する旨の要求を受け付ける(S901)。
101 直流母線
102a〜f 交流ケーブル
103a〜i 直流ケーブル
104a〜m データケーブル
110 エンジン発電機
111 エンジン
112 発電機
120 コンバータ
130a〜e インバータ
140 リチウムイオン電池
150 回生チョッパ
160 回生抵抗
171 直流電圧測定器
172 交流電圧測定器
173 電流測定器
174 温度測定器
180 BMU
200 コントローラ
201 直流母線電圧値データ入力部
202 出力電圧値データ入力部
203 出力電流値データ入力部
204 温度データ入力部
205 充電状態データ入力部
206 主機始動要求受付部
207 電力供給可否判定部
208 アイドリング動作可否決定部
209 出力停止時間設定部
210 直流母線電圧値設定部
211 出力電圧値設定部
212 出力電流値設定部
213 エンジン制御部
214 第1の電力変換装置制御部
215 第2の電力変換装置制御部
216 切替装置制御部
300 主機
310 巻上用モータ
320 走行用モータ
330 横行用モータ
400 補機
410 エアコンディショナー
420 照明
Claims (16)
- 外部から電力の供給を受けて一次動作し、当該一次動作とは異なる二次動作することによって回生電力を発電する主機、及び当該主機よりも小さい電力の供給を受けて動作する補機への電力の供給を制御する電力供給制御システムであって、
エンジンによって駆動され、交流電力を発電する交流発電装置と、
前記交流発電装置と接続され、当該発電装置が発電した交流電力を直流電力に変換して出力する第1の電力変換装置と、
前記第1の電力変換装置が出力した直流電力を伝導する直流母線と前記主機との間に接続され、前記直流母線から入力される直流電力を交流電力に変換して前記主機へ出力し、前記主機において発電された回生電力を直流電力に変換して前記直流母線へ出力する第2の電力変換装置と、
前記直流母線と前記補機との間に接続され、前記直流母線から入力される直流電力を交流電力に変換して前記補機へ出力する第3の電力変換装置と、
当該電力供給制御システムを構成する前記各装置の動作を制御する制御装置と、
前記制御装置が制御することにより前記第1の電力変換装置が直流電力を出力した場合に、当該第1の電力変換装置が出力した出力電力、又は前記第2の電力変換装置が出力した回生電力の供給を受けて充電し、前記制御装置が制御することにより前記第1の電力変換装置が出力を停止している場合に、前記主機又は前記補機が動作する際に前記母線に直流電力を放電する二次電池と、
前記直流母線にかかっている電圧を測定する直流母線電圧測定装置と、
前記第1の電力変換装置が出力している電流を測定する電流測定装置と、
前記二次電池の温度を測定する二次電池温度測定装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記直流母線電圧測定装置が測定した電圧値を示すデータを入力する直流母線電圧値データ入力部と、
前記電流測定装置が測定した電流値を示すデータを入力する出力電流値データ入力部と、
前記二次電池温度測定装置が測定した温度を示すデータを入力する温度データ入力部と、
前記直流母線にかかっているべき電圧の最大値及び最小値を設定するにあたり、前記温度データ入力部が入力したデータによって示される温度が低くなるにつれ、前記直流母線にかかっているべき電圧の最大値を大きくするよう設定する直流母線電圧値設定部と、
前記第1の電力変換装置が出力すべき電流の最大値及び最小値を設定するにあたり、前記温度データ入力部が入力したデータによって示される温度が低くなるにつれ、前記第1の電力変換装置が出力すべき電流の最小値を大きくするよう設定する出力電流値設定部と、
前記直流母線電圧値データ入力部が入力したデータによって示される電圧値が、前記直流母線電圧値設定部が設定する最大値に達するまでの間、前記出力電流値データ入力部が入力するデータによって示される電流値が、前記出力電流値設定部が設定する最大値を維持するよう前記第1の電力変換装置の出力電流を制御し、前記直流母線電圧値データ入力部が入力したデータによって示される電圧値が、前記直流母線電圧値設定部が設定する最大値に達した場合、当該直流母線電圧値データ入力部が入力するデータによって示される電圧値が、当該直流母線電圧値設定部が設定する最大値を維持するよう前記第1の電力変換装置の出力を制御し、前記出力電流値データ入力部が入力したデータによって示される電流値が、前記出力電流値設定部が設定する最小値に達した場合、前記第1の電力変換装置が出力を停止するよう制御し、前記直流母線電圧値データ入力部が入力したデータによって示される電圧値が、前記直流母線電圧値設定部が設定する最小値に達した場合、前記第1の電力変換装置が出力を開始するよう制御する第1の電力変換装置制御部と
を有する電力供給制御システム。 - 前記直流母線電圧値設定部は、前記二次電池の最大許容電圧値以下の電圧値となるよう前記最大値を設定する
請求項1に記載の電力供給制御システム。 - 前記出力電流値設定部は、前記第1の電力変換装置の入力が前記交流発電装置の定格電力以下となるよう前記最大値を設定する
請求項1又は2に記載の電力供給制御システム。 - 電力を熱エネルギーとして放出する抵抗装置と、
前記直流母線と前記抵抗装置との間に接続され、当該直流母線と当該抵抗装置とを電気的に接続又は切断する切替装置と
を更に備え、
前記制御装置は、
前記直流母線電圧値データ入力部が入力したデータによって示される電圧値が、前記直流母線電圧値設定部が設定する最大値に達していない場合、前記直流母線と前記抵抗装置とを電気的に切断するよう前記切替装置の動作を制御し、前記直流母線電圧値データ入力部が入力したデータによって示される電圧値が、前記直流母線電圧値設定部が設定する最大値に達した場合、前記直流母線と前記抵抗装置とを電気的に接続するよう前記切替え装置の動作を制御する切替装置制御部
を更に有する請求項1から3のいずれか一項に記載の電力供給制御システム。 - 前記直流母線電圧値設定部は、前記二次電池が充電を開始すべき電圧値となるよう前記最小値を設定する
請求項1から4のいずれか一項に記載の電力供給制御システム。 - 前記出力電流値設定部は、前記二次電池が充電を終了すべき電流値となるよう前記最小値を設定する
請求項1から5のいずれか一項に記載の電力供給制御システム。 - 前記交流発電装置の出力電圧を測定する出力電圧測定装置
を更に備え、
前記制御装置は、
前記出力電圧測定装置が測定した出力電圧値を示すデータを入力する出力電圧値データ入力部と、
前記直流母線電圧値設定部が設定した直流母線にかかっているべき電圧の最大値に基づいて、前記交流発電装置が出力すべき電圧の最小値を設定する出力電圧値設定部と、
前記出力電流値データ入力部が入力したデータによって示される電流値が、前記出力電流値設定部が設定する最小値に達した場合、前記交流発電装置を駆動しているエンジンの回転速度を下げるべく、当該エンジンのスロットルの開度を小さくするよう制御し、前記直流母線電圧値データ入力部が入力したデータによって示される電圧値が、前記直流母線電圧値設定部が設定する最小値に達した場合、前記出力電圧値データ入力部が入力したデータによって示される出力電圧値が、前記出力電圧値設定部が設定する最小値以上の電圧値を維持するよう、前記交流発電装置を駆動しているエンジンの回転速度を上げるべく、当該エンジンのスロットルの開度を大きくするよう制御するエンジン制御部と
を更に有する請求項1から6のいずれか一項に記載の電力供給制御システム。 - 前記エンジン制御部は、前記出力電流値データ入力部が入力したデータによって示される電流値が、前記出力電流値設定部が設定する最小値に達した場合、前記交流発電装置を駆動しているエンジンを停止するよう制御し、前記直流母線電圧値データ入力部が入力したデータによって示される電圧値が、前記直流母線電圧値設定部が設定する最小値に達した場合、前記交流発電装置を駆動しているエンジンを始動するよう制御する
請求項7に記載の電力供給制御システム。 - 前記二次電池の充電状態を監視する充電状態監視装置
を更に備え、
前記制御装置は、
前記主機を始動する旨の要求を受け付ける主機始動要求受付部と、
前記充電状態監視装置が監視している充電状態値を示すデータを入力する充電状態データ入力部と、
前記主機始動要求受付部が要求を受け付けた場合、前記充電状態データ入力部が入力したデータによって示される充電状態値と、前記温度データ入力部が入力したデータによって示される温度とに基づいて、前記第1の電力変換装置が出力を停止している状態において、前記主機の最大負荷電力を前記二次電池が充電している電力のみによって供給することができるか否かを判定する電力供給可否判定部と、
前記主機の最大負荷電力を前記二次電池が充電している電力のみによって供給することができると前記電力供給可否判定部が判定した場合、前記直流母線の直流電力を交流電力に変換して出力するよう前記第2の電力変換装置の出力を制御し、前記主機の最大負荷電力を前記二次電池が充電している電力のみによって供給することができないと前記電力供給可否判定部が判定した場合、前記直流母線の直流電力を交流電力に変換して出力しないよう前記第2の電力変換装置の出力を制御する第2の電力変換装置制御部と
を更に有し、
前記主機始動要求受付部が要求を受け付けた場合、前記エンジン制御部は、前記交流発電装置を駆動しているエンジンが停止していれば始動するよう制御し、前記出力電圧値データ入力部が入力したデータによって示される出力電圧値が、前記出力電圧値設定部が設定する最小値以上の電圧値を維持するよう、前記交流発電装置を駆動しているエンジンの回転速度を上げるべく、当該エンジンのスロットルの開度を大きくするよう制御し、前記第1の電力変換装置制御部は、前記第1の電力変換装置が出力を開始するよう制御する
請求項7又は8に記載の電力供給制御システム。 - 前記制御装置は、
前記主機の動作の状態に基づいて、前記交流発電装置のアイドリング動作を許可するか否かを決定するアイドリング動作可否決定部
を更に有し、
アイドリング動作を許可する旨の決定を前記アイドリング動作可否決定部が行い、前記出力電流値データ入力部が入力したデータによって示される電流値が、前記出力電流値設定部が設定する最小値に達した場合、前記エンジン制御部は、スロットルを閉めることによって回転速度を下げるよう前記交流発電装置を駆動しているエンジンを制御し、前記第1の電力変換装置制御部は、出力を停止するよう前記第1の電力変換装置を制御する
請求項7から9のいずれか一項に記載の電力供給制御システム。 - 前記アイドリング動作可否決定部は、前記第2の電力変換装置制御部が前記第2の電力変換装置を、前記母線の直流電力を交流電力に変換して前記主機に出力するよう制御している場合、前記交流発電装置のアイドリング動作を許可しない旨の決定を行い、前記第2の電力変換装置制御部が前記第2の電力変換装置を、前記主機が出力した交流の回生電力を直流電力に変換して前記母線に出力するよう制御している場合、前記交流発電装置のアイドリング動作を許可する旨の決定を行う
請求項10に記載の電力供給制御システム。 - 前記アイドリング動作可否決定部は、前記第2の電力変換装置制御部が前記第2の電力変換装置を停止するよう制御している場合、前記交流発電装置のアイドリング動作を許可する旨の決定を行う
請求項10又は11に記載の電力供給制御システム。 - 前記制御装置は、
前記交流発電装置をアイドリング動作又は停止させるとともに、前記第1の電力変換装置の出力を停止させるべき時間を設定する出力停止時間設定部
を更に有し、
前記交流発電装置のアイドリング動作を許可すると前記アイドリング動作可否決定部が決定している場合において、前記出力停止時間設定部が設定する時間が長くなるにつれ、前記直流母線電圧値設定部は、前記直流母線にかかっているべき電圧の最大値を、前記二次電池の最大許容電圧に近づけるよう設定し、前記出力電流値設定部は、前記第1の電力変換装置が出力すべき電流の最小値を、当該第1の電力変換装置が出力すべき電流の最大値に近づけるよう設定する
請求項10から12のいずれか一項に記載の電力供給制御システム。 - 前記主機は、タイヤ式門型クレーンが備える巻上用モータを含む
請求項1から13のいずれか一項に記載の電力供給制御システム。 - 前記主機は、タイヤ式門型クレーンが備える走行用モータを含む
請求項1から14のいずれか一項に記載の電力供給制御システム。 - 前記主機は、タイヤ式門型クレーンが備える横行用モータを含む
請求項1から15のいずれか一項に記載の電力供給制御システム。
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