WO2023145719A1 - 制御システム、作業車両および作業車両の制御方法 - Google Patents

制御システム、作業車両および作業車両の制御方法 Download PDF

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WO2023145719A1
WO2023145719A1 PCT/JP2023/002049 JP2023002049W WO2023145719A1 WO 2023145719 A1 WO2023145719 A1 WO 2023145719A1 JP 2023002049 W JP2023002049 W JP 2023002049W WO 2023145719 A1 WO2023145719 A1 WO 2023145719A1
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WO
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power
travel route
work vehicle
fuel cell
battery
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Application number
PCT/JP2023/002049
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English (en)
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Inventor
翔太 山脇
Original Assignee
株式会社小松製作所
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/40—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for controlling a combination of batteries and fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
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    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
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    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
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    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables

Definitions

  • the present disclosure relates to control systems, work vehicles, and methods of controlling work vehicles.
  • This application claims priority to Japanese Patent Application No. 2022-012530 filed in Japan on January 31, 2022, the content of which is incorporated herein.
  • Patent Document 1 the amount of power consumed in one cycle of operation is monitored, and the power supplied to the motor is adjusted according to the current SOC (State of Charge) of the battery so that the remaining number of operations can be performed.
  • SOC State of Charge
  • Limiting energy management techniques are disclosed.
  • a range extender method is known as a method of operating a power supply system that includes a fuel cell and a battery.
  • the range extender system is a system in which the fuel cell always outputs constant power, and the difference between the power required to drive the work vehicle and the power output by the fuel cell is covered by charging or discharging the battery.
  • the travel route of the mine is not necessarily constant, and the load on the travel route fluctuates. Even in such a situation, it is desired to appropriately obtain the electric power to be output from the fuel cell.
  • An object of the present disclosure is to provide a control system, a work vehicle, and a control method for the work vehicle that can appropriately distribute the energy of the fuel cell and the battery.
  • a control system is a control system that controls a work vehicle that includes a fuel cell and a battery, and includes: a power determination unit that determines a target power generation of the fuel cell based on a time series; a fuel cell control unit that controls the fuel cell to output the target power generation while traveling along the travel route; a battery control unit that controls charging or discharging of the battery based on a difference between the required electric power required to drive the work vehicle and the target generated electric power during travel along the travel route.
  • control system can appropriately distribute the energy of the fuel cell and the battery.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a transport vehicle according to a first embodiment
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of a power system and a drive system provided in a transport vehicle according to a first embodiment
  • FIG. 7 is a flowchart showing control data setting processing by the control device according to the first embodiment.
  • It is a flow chart which shows traveling control processing by a control device concerning a first embodiment.
  • 9 is a flowchart showing control data setting processing by the control device according to the second embodiment.
  • 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a computer according to at least one embodiment
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a transport system 1 according to the first embodiment.
  • the transportation system 1 is used to transport mined crushed stones or the like using a plurality of transportation vehicles 10 .
  • the transportation vehicle 10 is driven by a fuel cell using hydrogen gas as fuel.
  • the transport vehicle 10 is an example of a working vehicle.
  • the mine has a mining site P1 and a dumping site P2.
  • the transport vehicle 10 is loaded with crushed stones by the loading machine 30 at the excavation site P1, conveys the crushed stones to the unloading site P2, and discharges the crushed stones at the unloading site P2.
  • the loading machine 30 may be, for example, a hydraulic excavator or a wheel loader. After discharging the crushed stone at the unloading site P2, the transport vehicle 10 moves to the mining site P1 again and loads the quarried stone.
  • the mine is provided with a course C on which the transportation vehicle 10 travels.
  • Course C may be a two-way road as shown in FIG. 1 or a one-way road.
  • the transportation vehicle 10 travels along a travel route from the mining site P1 to the mining site P1 via the dumping site P2.
  • the travel route of the transport vehicle 10 may be determined in advance, or may be dynamically assigned by a management device (not shown).
  • a management device not shown.
  • the mining site P1 at the starting point and the mining site P1 at the end point of the travel route may be the same or different.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing the transport vehicle 10 according to the first embodiment.
  • the transport vehicle 10 includes a dump body 11 , a vehicle body 12 and a travel device 13 .
  • the dump body 11 is a member on which cargo is loaded. At least part of the dump body 11 is arranged above the vehicle body 12 .
  • the dump body 11 performs a dump operation and a lowering operation. The dumping operation and the lowering operation adjust the dumping body 11 to the dumping attitude and the loading attitude.
  • the dump posture refers to a posture in which the dump body 11 is raised.
  • the loading posture refers to a posture in which the dump body 11 is lowered.
  • the dumping operation refers to the operation of separating the dumping body 11 from the vehicle body 12 and tilting it in the dumping direction.
  • the dumping direction is the rear of the vehicle body 12 .
  • the dumping operation includes raising the front end of the dump body 11 to tilt the dump body 11 rearward. Due to the dumping operation, the loading surface of the dump body 11 is inclined downward toward the rear.
  • a lowering operation refers to an operation to bring the dump body 11 closer to the vehicle body 12 .
  • the lowering motion includes lowering the front end of the dump body 11 .
  • the dump body 11 When carrying out earth-removing work, the dump body 11 performs a dumping operation so as to change from the loading attitude to the dumping attitude.
  • the dump body 11 When the dump body 11 is loaded with cargo, the cargo is discharged rearward from the rear end portion of the dump body 11 by the dump operation.
  • the dump body 11 When the loading operation is carried out, the dump body 11 is adjusted to the loading posture.
  • the vehicle body 12 includes a vehicle body frame.
  • the vehicle body 12 supports the dump body 11 .
  • the vehicle body 12 is supported by the travel device 13 .
  • the traveling device 13 supports the vehicle body 12.
  • the traveling device 13 causes the transportation vehicle 10 to travel.
  • the travel device 13 moves the transport vehicle 10 forward or backward. At least part of the travel device 13 is arranged below the vehicle body 12 .
  • the travel device 13 includes a pair of front wheels and a pair of rear wheels.
  • the front wheels are steering wheels and the rear wheels are driving wheels. Note that the combination of the steered wheels and the drive wheels is not limited to this, and the travel device 13 may be four-wheel drive or four-wheel steering.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram showing the configuration of the power system 14 and drive system 15 provided in the transportation vehicle 10 according to the first embodiment.
  • the power system 14 includes a hydrogen tank 141 , a hydrogen supply device 142 , a fuel cell 143 , a battery 144 , a DCDC converter 145 and a retarder grid 146 .
  • the hydrogen supply device 142 supplies hydrogen gas filled in the hydrogen tank 141 to the fuel cell 143 .
  • the fuel cell 143 generates electric power by causing an electrochemical reaction between hydrogen supplied from the hydrogen supply device 142 and oxygen contained in the outside air.
  • Battery 144 stores the power generated in fuel cell 143 .
  • the DCDC converter 145 outputs electric power from the connected fuel cell 143 or battery 144 in accordance with an instruction from the control system 16 (see FIG. 4).
  • the retarder grid 146 converts regenerated electric power from the drive train 15 into heat energy when the battery 144 cannot be charged.
  • the electric power output by the power system 14 is output to the drive system 15 via the bus B.
  • the drive system 15 has an inverter 151 , a pump drive motor 152 , a hydraulic pump 153 , a hoist cylinder 154 , an inverter 155 and a travel drive motor 156 .
  • the inverter 151 converts the direct current from the bus B into a three-phase alternating current and supplies it to the pump drive motor 152 .
  • a pump drive motor 152 drives a hydraulic pump 153 . Hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 153 is supplied to the hoist cylinder 154 via a control valve (not shown).
  • the hoist cylinder 154 is operated by supplying hydraulic oil to the hoist cylinder 154 .
  • the hoist cylinder 154 causes the dump body 11 to dump or lower.
  • Inverter 155 converts the DC current from bus B into a three-phase AC current and supplies it to travel drive motor 156 .
  • the rotational force generated by the travel drive motor 156 is transmitted to the drive wheels of the travel device 13 .
  • the transportation vehicle 10 includes a control system 16 that controls the power system 14 and the drive system 15 .
  • FIG. 4 is a schematic block diagram showing the configuration of the control system 16 provided in the transportation vehicle 10 according to the first embodiment.
  • the control system 16 includes a measuring device 161 , a control device 162 and an operating device 163 .
  • the measuring device 161 collects data on the operating state and running state of the transport vehicle 10 .
  • the measuring device 161 includes a positioning device that measures the position and orientation of the transport vehicle 10 by GNSS (Global Navigation Satellite System), a speedometer that measures the speed of the transport vehicle 10, and electric power supplied to the battery 144 and discharged from the battery 144. includes at least a power meter for measuring the magnitude of the power applied.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • the control device 162 drives the transport vehicle 10 according to the measurement data acquired by the measurement device 161 and the operation amount of the operation device 163 .
  • the operation device 163 is provided in the driver's cab and receives operations by an operator.
  • the operating device 163 includes an accelerator pedal, a brake pedal, a steering wheel, a dump lever, and the like.
  • the control device 162 includes a storage unit 171, a data acquisition unit 172, a time zone identification unit 173, a pattern determination unit 174, a power determination unit 175, a vehicle body control unit 176, a fuel cell control unit 177, a required power calculation unit 178, and a battery control unit. 179.
  • the data acquisition unit 172 acquires measurement data from the measurement device 161 .
  • the data acquisition unit 172 records the acquired measurement data in the storage unit 171 together with the time information.
  • the time period identification unit 173 identifies the timing at which the transportation vehicle 10 is present in the mining site P1 based on the measurement data of the position of the transportation vehicle 10 acquired by the measuring device 161, thereby allowing the transportation vehicle 10 to travel along the travel route. Identify the time of day. That is, the time zone identification unit 173 identifies the timing at which the travel route starts at the mine P1 and the end point at the mine P1. Note that the time zone identification unit 173 can determine that the transport vehicle 10 is present at the dumping site P2 when the dump lever is operated by the operation device 163 .
  • the time zone identification unit 173 operates the dump lever based on the operation of the operation device 163. may be used to identify the time period during which the transportation vehicle 10 travels along the travel route.
  • the time zone specifying unit 173 specifies each timing at which the transport vehicle 10 is positioned at a specific point, and travels the travel route during a time zone between two consecutive timings among the plurality of specified timings. Specify as a time period.
  • the mining site P1 according to the first embodiment is an example of a specific point.
  • the traveling route is a route from the unloading site P2 to the unloading site P2 via the mining site P1
  • the unloading site P2 is an example of the specific point.
  • the transportation vehicle 10 stays at the mining site P1.
  • the time zone identification unit 173 determines, for example, when the position of the transportation vehicle 10 indicated by the measurement data changes from outside the mining site P1 to within the mining site P1 in order to specify one timing in the period during which the transporting vehicle 10 is present in the mining site P1.
  • the timing at which the transportation vehicle 10 is located in the mining site P1 and the traveling state is changed to the stopped state may be specified.
  • the pattern determination unit 174 determines whether or not the transportation vehicle 10 travels the travel route in a normal pattern during the time period specified by the time period specification unit 173 .
  • Examples of cases where the travel route is not traveled in a normal pattern include, for example, when the transport vehicle 10 travels off the travel route for replenishment of hydrogen gas (when the travel route is not traveled), or when the worker takes a break.
  • the transportation vehicle 10 stops for a long time (does not travel in a normal pattern). Based on the average value and standard deviation of the lengths of the plurality of time periods identified in the past by the time period identification section 173, the pattern determination section 174 determines whether the length of the time period identified this time corresponds to an outlier.
  • the time-series feature amount of the measurement data related to the plurality of time periods specified in the past by the time-zone specifying unit 173 and the time-series feature amount of the measurement data related to the currently specified time zone It may be determined whether or not the transportation vehicle 10 has traveled the travel route in a normal pattern based on the degree of similarity with the feature amount.
  • the power determining unit 175 calculates the amount of charge and the amount of discharge of the battery 144 in the time period specified by the time period specifying unit 173 from the time series of the measurement data in the time period.
  • the time series of measurement data is a data string in which measurement data are arranged in order of measurement time.
  • the power determination unit 175 determines the sum of the amount of power charged to the battery 144 (for example, the amount of power with a positive sign in the measurement data) and the amount of power discharged from the battery 144 (for example, Calculate the sum of the electric energy with negative sign of the measurement data).
  • Power determination unit 175 determines the target power generation of fuel cell 143 based on the amount of charge and the amount of discharge of battery 144 in the specified time period.
  • the power determination unit 175 sets the determined target power generation in the fuel cell control unit 177 .
  • the power determination unit 175 according to the first embodiment sets a unique target power generation for each travel route. In other words, the target power generation is a constant value while the travel route is traveled.
  • the vehicle body control unit 176 generates a control signal for controlling the transportation vehicle 10 according to the operation amount of the operation device 163 .
  • the vehicle body control unit 176 generates control signals for controlling the steering, accelerator, brake, and vessel operations of the travel device 13 .
  • the fuel cell control unit 177 controls the amount of hydrogen supplied by the hydrogen supply device 142 so that the fuel cell 143 outputs the target power generation set by the power determination unit 175 .
  • the fuel cell control unit 177 since a constant value is set as the target power generation regardless of time, the fuel cell control unit 177 outputs a constant electric power while the travel route is being traveled. 142 to control the amount of hydrogen supplied.
  • the required electric power calculation unit 178 calculates the required electric power required in the power system 14 based on the control signal generated by the vehicle body control unit 176, for example, by referring to a pre-stored table.
  • Battery control unit 179 calculates the difference between the power generated by fuel cell 143 and the required power. The battery control unit 179 charges the battery 144 with the difference when the generated power is greater than the required power, and discharges the difference from the battery 144 when the generated power is less than the required power. It controls the DCDC converter 145 connected to the battery 144 .
  • FIG. 5 is a flowchart showing control data setting processing by the control device 162 according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing travel control processing by the control device 162 according to the first embodiment.
  • the control device 162 executes the following processes in each predetermined control cycle.
  • the data acquisition unit 172 of the control device 162 acquires measurement data from the measurement device 161 (step S1).
  • the data acquisition unit 172 records the acquired measurement data together with the time information in the storage unit 171 (step S2).
  • the time zone identification unit 173 determines whether or not the transport vehicle 10 exists in the mining site P1 based on the acquired measurement data (step S3).
  • the fuel cell control unit 177 causes the fuel cell 143 to output the target power generation set in advance or by the power determination unit 175.
  • the hydrogen supply device 142 is controlled (step S4).
  • the vehicle body control unit 176 generates a control signal for controlling the transportation vehicle 10 based on the operation amount of the operation device 163, and outputs it to each actuator (step S5).
  • the required power calculator 178 calculates the required power required in the power system 14 based on the control signal generated in step S5 (step S6).
  • the battery control unit 179 calculates the difference between the power generated by the fuel cell 143 and the required power (step S7).
  • the battery control unit 179 controls the DCDC converter 145 connected to the battery 144 so as to charge or discharge the battery 144 based on the electric power related to the difference (step S8). Then, the control device 162 returns the process to step S1 and determines reception of the next control data.
  • the time zone identification unit 173 records the current time in the storage unit 171 as the time when the transport vehicle 10 is present at the mining site P1 (step S9).
  • the time period identification unit 173 identifies the time period from the time when the transportation vehicle 10 was present in the mining site P1 last time to the current time (step S10).
  • the pattern determination unit 174 compares the time period specified in step S10 with the time period measured in the past from leaving the mining site P1 to returning to the mining site P1, and determines that the transporting It is determined whether or not the vehicle 10 has traveled the travel route in a normal pattern (step S11).
  • step S11: NO the control device 162 updates the target generated power. Instead, the transport vehicle 10 is controlled by the processing from step S4 to step S8.
  • step S11 determines that the power determined in step S10. Based on the time series of the measurement data in the time period obtained, the amount of charge and the amount of discharge of the battery 144 in the time period are calculated (step S12). The power determination unit 175 determines whether or not the absolute value of the difference between the amount of charge and the amount of discharge of the battery 144 exceeds a predetermined threshold (step S13).
  • step S13: NO If the absolute value of the difference between the amount of charge and the amount of discharge of the battery 144 does not exceed the threshold value (step S13: NO), the control device 162 does not update the target power generation, and the transport vehicle control 10. This is because the amount of charge and discharge of the battery 144 is balanced with the current set values.
  • step S13: YES if the absolute value of the difference between the charge amount and the discharge amount of the battery 144 exceeds the threshold (step S13: YES), the power determining unit 175 determines whether the charge amount is greater than the discharge amount (step S14). . If the charge amount is greater than the discharge amount (step S14: YES), the power determining unit 175 reduces the target generated power from the current value by the unit amount (step S15).
  • the power determination unit 175 increases the target generated power from the current value by the unit amount (step S16). In another embodiment, the power determination unit 175 may increase or decrease the target generated power by an amount proportional to the absolute value of the difference between the charged amount and the discharged amount. Then, the control device 162 controls the transport vehicle 10 based on the updated target power generation through the processing from step S4 to step S8.
  • the transportation system 1 determines the target generated power of the fuel cell 143 based on the time series of the measured values related to the power while the transportation vehicle 10 travels along the travel route.
  • the fuel cell 143 is controlled according to.
  • the transport vehicle 10 determines the target power generation that allows the battery 144 to absorb load fluctuations based on the travel history of the past travel route, thereby reducing the charge amount and discharge amount of the battery 144 during travel along the travel route. You can keep your balance.
  • the measuring device 161 according to the first embodiment measures the charging power and discharging power of the battery 144, but is not limited to this.
  • the measuring device 161 may monitor the SOC of the battery 144 . In this case, the measuring device 161 may determine the target power generation based on the difference between the SOC at the start point of the time period and the SOC at the end point of the time period.
  • the SOC of battery 144 is an example of a power measurement.
  • the transportation system 1 compares the time period in which the transport vehicle 10 may have traveled the travel route with the time period identified in the past, and the transportation vehicle 10 follows the travel route in a normal pattern. Determine whether or not it has run. As a result, it is possible to prevent the target power generation from being inappropriately updated based on the measurement data when the transport vehicle 10 travels irregularly.
  • the control device 162 according to the first embodiment updates the target power generation based on the difference between the charged power amount and the discharged power amount of the battery 144 .
  • the control device 162 according to the second embodiment updates the target power generation based on the power running power and regenerative power of the transport vehicle 10 . Therefore, the measuring device 161 according to the second embodiment measures the power consumption and regenerative power of the travel drive motor 156 instead of the charging power and discharging power of the battery 144 .
  • FIG. 7 is a flowchart showing control data setting processing by the control device 162 according to the second embodiment.
  • the processing of the control device 162 according to the second embodiment differs from that of the first embodiment in the operation of the power determination unit 175 .
  • the power determination unit 175 according to the second embodiment executes the following steps S21 to S22 instead of the steps S12 to S16.
  • the power determination unit 175 calculates the power running power amount and the regenerative power amount in the time period specified in step S10 based on the time series of the measurement data in the time period specified in step S10 (step S21). Based on the power running power amount and the regenerative power amount, the power determination unit 175 estimates the target power generation that can keep the charge/discharge amount of the battery 144 in balance, and updates the target power generation (step S22). For example, the power determining unit 175 may estimate the target generated power that can keep the charge/discharge amount of the battery 144 in balance based on the ratio of the power running power amount to the regenerative power amount. Further, for example, the power determination unit 175 may estimate the target power generation based on the power obtained by dividing the difference between the power running power amount and the regenerative power amount by the travel time of the travel route.
  • control device 162 may be configured by a single computer, or the configuration of the control device 162 may be divided into a plurality of computers, and the plurality of computers may cooperate with each other. may function as the control device 162. At this time, a part of the computers constituting the control device 162 may be mounted inside the transport vehicle 10, and the other computers may be provided outside the working machine (for example, a management device (not shown)).
  • the control device 162 updates the target power generation based on the measurement data when the transportation vehicle 10 travels the most recent travel route, but is not limited to this.
  • the control device 162 may update the target electric power generation based on statistical processing of measurement data obtained when traveling a plurality of past travel routes.
  • the control device 162 may update the target electric power generation based on an average of measured data during travel on a plurality of past travel routes.
  • the control device 162 may update the target power generation based on the group from which outliers are excluded based on the standard deviation.
  • the transport vehicle 10 according to the embodiment described above is a manned vehicle operated by an operator, but is not limited to this.
  • the transport vehicle 10 according to another embodiment may be an unmanned vehicle that automatically travels.
  • the control system 16 of the transport vehicle 10 does not have to include the operation device 163 .
  • the vehicle body control unit 176 may generate a control signal by PID control or the like based on the traveling route and the measured values of the measuring device 161 .
  • the transport vehicle 10 is described as an example of the work vehicle, but the work vehicle is not limited to this.
  • controller 162 may be mounted on other work vehicles such as hydraulic excavators, wheel loaders, dump trucks, and the like.
  • both the start point and the end point of the travel route of the transportation vehicle 10 are the mining site P1, and the travel route constitutes one work cycle in the mine, but the present invention is not limited to this.
  • the travel route according to another embodiment may be a route starting at the excavation site P1 and ending at the unloading site P2, or a route starting at the unloading site P2 and ending at the unloading site P1. good too.
  • the transport vehicle 10 determines the target power generation for each type of travel route.
  • the target power generation is determined for each of the traveling route starting from the quarry P1 and the traveling route starting from the unloading site P2, and the transport vehicle 10 travels. The target power generation may be switched according to the travel route.
  • the measuring device 161 measures the power related to the transportation vehicle 10, but it is not limited to this, and the measuring device 161 according to other embodiments may obtain a measured value related to power. .
  • the measurement device 161 according to another embodiment may measure voltage, current, resistance, and the like.
  • FIG. 8 is a schematic block diagram showing the configuration of a computer according to at least one embodiment.
  • Computer 90 comprises processor 91 , main memory 93 , storage 95 and interface 97 .
  • the controller 162 described above is implemented in the computer 90 .
  • the operation of each processing unit described above is stored in the storage 95 in the form of a program.
  • the processor 91 reads a program from the storage 95, develops it in the main memory 93, and executes the above processes according to the program.
  • the processor 91 secures storage areas corresponding to the storage units described above in the main memory 93 according to the program. Examples of the processor 91 include a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphic Processing Unit), a microprocessor, and the like.
  • the program may be for realizing part of the functions to be exhibited by the computer 90.
  • the program may function in combination with another program already stored in the storage or in combination with another program installed in another device.
  • the computer 90 may include a custom LSI (Large Scale Integrated Circuit) such as a PLD (Programmable Logic Device) in addition to or instead of the above configuration.
  • PLDs include PAL (Programmable Array Logic), GAL (Generic Array Logic), CPLD (Complex Programmable Logic Device), and FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • part or all of the functions implemented by processor 91 may be implemented by the integrated circuit.
  • Such an integrated circuit is also included as an example of a processor.
  • Examples of the storage 95 include magnetic disks, magneto-optical disks, optical disks, and semiconductor memories.
  • the storage 95 may be an internal medium directly connected to the bus of the computer 90, or an external medium connected to the computer 90 via an interface 97 or communication line. Further, when this program is delivered to the computer 90 via a communication line, the computer 90 receiving the delivery may load the program into the main memory 93 and execute the above process.
  • storage 95 is a non-transitory, tangible storage medium.
  • the program may be for realizing part of the functions described above.
  • the program may be a so-called difference file (difference program) that implements the above-described functions in combination with another program already stored in the storage 95 .
  • control system can appropriately distribute the energy of the fuel cell and the battery.

Abstract

電力決定部は、作業車両が所定の走行ルートを走行する間における電力に係る計測値の時系列に基づいて、燃料電池の目標発電電力を決定する。燃料電池制御部は、走行ルートの走行中に、目標発電電力を出力するように燃料電池を制御する。バッテリ制御部は、走行ルートの走行中に、作業車両の駆動に要する必要電力と、目標発電電力との差に基づいて、バッテリの充電または放電を制御する。

Description

制御システム、作業車両および作業車両の制御方法
　本開示は、制御システム、作業車両および作業車両の制御方法に関する。
　本願は、２０２２年１月３１日に日本に出願された特願２０２２－０１２５３０号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　特許文献１には、１サイクルの動作で消費した電力量をモニタし、現在のバッテリのＳＯＣ（State of Charge）に応じて残りの作業回数の動作が可能なように、モータに供給する電力を制限するエネルギーマネジメント技術が開示されている。ところで、近年、水素ガスを燃料として用いる燃料電池を搭載する作業車両が検討されている。燃料電池で駆動する作業車両は通常、燃料電池の搭載量を抑え、また降坂における回生電力を吸収させるために、バッテリを備える。
特開２０１２－２５０８４１号公報
　燃料電池とバッテリとを備える電源システムの稼働方法として、レンジエクステンダ方式が知られている。レンジエクステンダ方式は、燃料電池から常に一定の電力を出力させ、作業車両の駆動に必要な電力と燃料電池が出力する電力との差分を、バッテリの充電または放電で賄う方式である。しかしながら、鉱山の走行ルートは必ずしも一定でなく、走行ルートの走行に掛かる負荷は変動する。このような場面においても、燃料電池に出力させる電力を適切に求めることが望まれている。
　本開示の目的は、燃料電池とバッテリのエネルギーを適切に分配することができる制御システム、作業車両および作業車両の制御方法を提供することにある。
　本開示の一態様によれば、制御システムは、燃料電池とバッテリとを備える作業車両を制御する制御システムであって、前記作業車両が所定の走行ルートを走行する間における電力に係る計測値の時系列に基づいて、前記燃料電池の目標発電電力を決定する電力決定部と、前記走行ルートの走行中に、前記目標発電電力を出力するように前記燃料電池を制御する燃料電池制御部と、前記走行ルートの走行中に、前記作業車両の駆動に要する必要電力と、前記目標発電電力との差に基づいて、前記バッテリの充電または放電を制御するバッテリ制御部とを備える。
　上記態様によれば、制御システムは、燃料電池とバッテリのエネルギーを適切に分配することができる。
第一の実施形態に係る運搬システムの構成を示す図である。 第一の実施形態に係る運搬車両を模式的に示す斜視図である。 第一の実施形態に係る運搬車両が備える動力系および駆動系の構成を示す概略ブロック図である。 第一の実施形態に係る運搬車両が備える制御系の構成を示す概略ブロック図である。 第一の実施形態に係る制御装置による制御データの設定処理を示すフローチャートである。 第一の実施形態に係る制御装置による走行制御処理を示すフローチャートである。 第二の実施形態に係る制御装置による制御データの設定処理を示すフローチャートである。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
〈第一の実施形態〉
《運搬システム１の構成》
　以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
　図１は、第一の実施形態に係る運搬システム１の構成を示す図である。運搬システム１は、複数の運搬車両１０を用いて採掘された砕石等を運搬するために用いられる。運搬車両１０は、水素ガスを燃料とする燃料電池によって駆動する。運搬車両１０は作業車両の一例である。
　鉱山には、採掘場Ｐ１と排土場Ｐ２とが設けられる。運搬車両１０は、採掘場Ｐ１にて積込機械３０によって砕石を積み込まれ、砕石を排土場Ｐ２まで運搬し、排土場Ｐ２にて砕石を排出する。積込機械３０は、例えば油圧ショベルやホイルローダであってよい。運搬車両１０は、排土場Ｐ２にて砕石を排出すると、再度採掘場Ｐ１へ移動し、採石を積載する。鉱山には、運搬車両１０が走行するコースＣが設けられる。コースＣは、図１に示すように対面通行道路であってもよいし、一方通行道路であってもよい。運搬車両１０は、採掘場Ｐ１から排土場Ｐ２を経由して採掘場Ｐ１へ戻る走行ルートを走行する。運搬車両１０の走行ルートは、予め決定されていてもよいし、図示しない管理装置によって動的に割り当てられてもよい。走行ルートが動的に割り当てられる場合、走行ルートの始点の採掘場Ｐ１と終点の採掘場Ｐ１は同じであってもよいし、異なっていてもよい。
《運搬車両１０の構成》
　図２は、第一の実施形態に係る運搬車両１０を模式的に示す斜視図である。運搬車両１０は、ダンプボディ１１と、車体１２と、走行装置１３とを備える。
　ダンプボディ１１は、積荷が積載される部材である。ダンプボディ１１の少なくとも一部は、車体１２よりも上方に配置される。ダンプボディ１１は、ダンプ動作及び下げ動作する。ダンプ動作及び下げ動作により、ダンプボディ１１は、ダンプ姿勢及び積載姿勢に調整される。ダンプ姿勢とは、ダンプボディ１１が上昇している姿勢をいう。積載姿勢とは、ダンプボディ１１が下降している姿勢をいう。
　ダンプ動作とは、ダンプボディ１１を車体１２から離隔させてダンプ方向に傾斜させる動作をいう。ダンプ方向は、車体１２の後方である。実施形態において、ダンプ動作は、ダンプボディ１１の前端部を上昇させて、ダンプボディ１１を後方に傾斜させることを含む。ダンプ動作により、ダンプボディ１１の積載面は、後方に向かって下方に傾斜する。
　下げ動作とは、ダンプボディ１１を車体１２に接近させる動作をいう。実施形態において、下げ動作は、ダンプボディ１１の前端部を下降させることを含む。
　排土作業を実施する場合、ダンプボディ１１は、積載姿勢からダンプ姿勢に変化するように、ダンプ動作する。ダンプボディ１１に積荷が積載されている場合、積荷は、ダンプ動作により、ダンプボディ１１の後端部から後方に排出される。積込作業が実施される場合、ダンプボディ１１は、積載姿勢に調整される。
　車体１２は、車体フレームを含む。車体１２は、ダンプボディ１１を支持する。車体１２は、走行装置１３に支持される。
　走行装置１３は、車体１２を支持する。走行装置１３は、運搬車両１０を走行させる。走行装置１３は、運搬車両１０を前進又は後進させる。走行装置１３の少なくとも一部は、車体１２よりも下方に配置される。走行装置１３は、一対の前輪と一対の後輪とを備える。前輪は操舵輪であり、後輪は駆動輪である。なお、操舵輪と駆動輪の組み合わせはこれに限られず、走行装置１３は、四輪駆動、四輪操舵であってもよい。
　図３は、第一の実施形態に係る運搬車両１０が備える動力系１４および駆動系１５の構成を示す概略ブロック図である。動力系１４は、水素タンク１４１、水素供給装置１４２、燃料電池１４３、バッテリ１４４、ＤＣＤＣコンバータ１４５、リターダグリッド１４６を備える。
　水素供給装置１４２は、水素タンク１４１に充填された水素ガスを燃料電池１４３に供給する。燃料電池１４３は、水素供給装置１４２から供給される水素と外気に含まれる酸素とを電気化学反応させて電力を発生する。バッテリ１４４は、燃料電池１４３において発生した電力を蓄える。ＤＣＤＣコンバータ１４５は、制御系１６（図４参照）からの指示に従って接続される燃料電池１４３またはバッテリ１４４から電力を出力させる。リターダグリッド１４６は、バッテリ１４４への充電ができない場合に、駆動系１５からの回生電力を熱エネルギーに変換する。
　動力系１４が出力した電力は、母線Ｂを介して駆動系１５へ出力される。駆動系１５は、インバータ１５１と、ポンプ駆動モータ１５２と、油圧ポンプ１５３と、ホイストシリンダ１５４と、インバータ１５５と、走行駆動モータ１５６とを有する。インバータ１５１は、母線Ｂからの直流電流を三相交流電流に変換してポンプ駆動モータ１５２に供給する。ポンプ駆動モータ１５２は、油圧ポンプ１５３を駆動する。油圧ポンプ１５３から吐出された作動油は、図示しない制御弁を介してホイストシリンダ１５４に供給される。作動油がホイストシリンダ１５４に供給されることにより、ホイストシリンダ１５４が作動する。ホイストシリンダ１５４は、ダンプボディ１１をダンプ動作又は下げ動作させる。インバータ１５５は、母線Ｂからの直流電流を三相交流電流に変換して走行駆動モータ１５６に供給する。走行駆動モータ１５６が発生した回転力は、走行装置１３の駆動輪に伝達される。
　運搬車両１０は、動力系１４および駆動系１５を制御する制御系１６を備える。図４は、第一の実施形態に係る運搬車両１０が備える制御系１６の構成を示す概略ブロック図である。制御系１６は、計測装置１６１、制御装置１６２、操作装置１６３を備える。
　計測装置１６１は、運搬車両１０の稼働状態および走行状態に関するデータを収集する。計測装置１６１は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）により運搬車両１０の位置及び方位を計測する測位装置、運搬車両１０の速度を計測する速度計およびバッテリ１４４に供給される電力およびバッテリ１４４から放出される電力の大きさを計測する電力計を少なくとも含む。
　制御装置１６２は、計測装置１６１が取得した計測データおよび操作装置１６３の操作量に従って、運搬車両１０を駆動させる。
　操作装置１６３は、運転室に設けられ、オペレータによる操作を受け付ける。操作装置１６３は、アクセルペダル、ブレーキペダル、ステアリングホイール、ダンプレバーなどを備える。
　制御装置１６２は、記憶部１７１、データ取得部１７２、時間帯特定部１７３、パターン判定部１７４、電力決定部１７５、車体制御部１７６、燃料電池制御部１７７、必要電力算出部１７８、バッテリ制御部１７９を備える。
　データ取得部１７２は、計測装置１６１から計測データを取得する。データ取得部１７２は、取得した計測データを時刻情報と共に記憶部１７１に記録する。
　時間帯特定部１７３は、計測装置１６１が取得した運搬車両１０の位置の計測データに基づいて、運搬車両１０が採掘場Ｐ１に存在するタイミングを特定することで、運搬車両１０が走行ルートを走行する時間帯を特定する。すなわち、時間帯特定部１７３は、走行ルートの始点の採掘場Ｐ１に存在するタイミングおよび終点の採掘場Ｐ１に存在するタイミングを特定する。なお、時間帯特定部１７３は、操作装置１６３によるダンプレバーの操作があったときに、運搬車両１０が排土場Ｐ２に存在すると判定することができる。そのため、走行ルートが排土場Ｐ２から採掘場Ｐ１を経由して排土場Ｐ２へ戻るルートである他の実施形態においては、時間帯特定部１７３は、操作装置１６３によるダンプレバーの操作に基づいて、運搬車両１０が走行ルートを走行する時間帯を特定してもよい。換言すると、時間帯特定部１７３は、運搬車両１０が特定ポイントに位置するタイミングをそれぞれ特定し、特定された複数のタイミングのうち連続する２つのタイミングの間の時間帯を、走行ルートを走行する時間帯として特定する。第１の実施形態に係る採掘場Ｐ１は特定ポイントの一例である。また、走行ルートが排土場Ｐ２から採掘場Ｐ１を経由して排土場Ｐ２へ戻るルートである他の実施形態においては、排土場Ｐ２が特定ポイントの一例である。
　なお、運搬車両１０は、採掘場Ｐ１で積込機械３０によって砕石を積み込まれるため、採掘場Ｐ１に滞留する。時間帯特定部１７３は、運搬車両１０が採掘場Ｐ１に存在する期間のうち１つのタイミングを特定するために、例えば計測データが示す運搬車両１０の位置が採掘場Ｐ１の外から採掘場Ｐ１の内へ遷移したタイミングを特定してもよいし、運搬車両１０が採掘場Ｐ１に位置し、かつ走行状態から停車状態へ遷移したタイミングを特定してもよい。
　パターン判定部１７４は、時間帯特定部１７３が特定した時間帯に、運搬車両１０が走行ルートを通常のパターンで走行したか否かを判定する。走行ルートを通常のパターンで走行しない場合の例としては、例えば運搬車両１０が水素ガスの補給などのために走行ルートを外れて走行する場合（走行ルートを走行しない場合）や、作業者の休憩等のために運搬車両１０が長時間停車する場合（通常のパターンで走行しない場合）などが挙げられる。パターン判定部１７４は、時間帯特定部１７３によって過去に特定された複数の時間帯の長さの平均値および標準偏差に基づいて、今回特定された時間帯の長さが外れ値に相当するか否かを判定することで、運搬車両１０が走行ルートを通常のパターンで走行したか否かを判定する。なお、他の実施形態においては、時間帯特定部１７３によって過去に特定された複数の時間帯に係る計測データの時系列の特徴量と、今回特定された時間帯に係る計測データの時系列の特徴量との類似度に基づいて運搬車両１０が走行ルートを通常のパターンで走行したか否かを判定してもよい。
　電力決定部１７５は、時間帯特定部１７３が特定した時間帯における計測データの時系列から、当該時間帯におけるバッテリ１４４の充電量および放電量を算出する。計測データの時系列は、計測データを計測時刻順に並べたデータ列である。電力決定部１７５は、計測データの時系列のうち、バッテリ１４４に充電される電力量（例えば、計測データの符号がプラスの電力量）の総和と、バッテリ１４４から放電される電力量（例えば、計測データの符号がマイナスの電力量）の総和を求める。電力決定部１７５は、特定した時間帯におけるバッテリ１４４の充電量および放電量に基づいて、燃料電池１４３の目標発電電力を決定する。電力決定部１７５は、決定した目標発電電力を燃料電池制御部１７７に設定する。第１の実施形態に係る電力決定部１７５は、走行ルートごとに一意の目標発電電力を設定する。つまり、目標発電電力は、走行ルートの走行中一定の値である。
　車体制御部１７６は、操作装置１６３の操作量により、運搬車両１０を制御するための制御信号を生成する。例えば車体制御部１７６は、走行装置１３のステアリング、アクセル、ブレーキ、ベッセル動作などを制御する制御信号を生成する。
　燃料電池制御部１７７は、燃料電池１４３が電力決定部１７５が設定した目標発電電力を出力するように、水素供給装置１４２による水素の供給量を制御する。なお、第１の実施形態では、目標発電電力として時間によらず一定の値が設定されるため、走行ルートの走行中、燃料電池制御部１７７は一定の電力を出力するように、水素供給装置１４２による水素の供給量を制御する。
　必要電力算出部１７８は、車体制御部１７６が生成する制御信号に基づいて、例えばあらかじめ記憶されたテーブルを参照して動力系１４において必要とされる必要電力を算出する。
　バッテリ制御部１７９は、燃料電池１４３の発電電力と必要電力との差分を算出する。バッテリ制御部１７９は、発電電力が必要電力より大きい場合に、差分に係る電力をバッテリ１４４に充電させ、発電電力が必要電力より小さい場合に、差分に係る電力をバッテリ１４４から放電させるように、バッテリ１４４に接続されたＤＣＤＣコンバータ１４５を制御する。
《制御装置１６２の動作》
　図５は、第一の実施形態に係る制御装置１６２による制御データの設定処理を示すフローチャートである。図６は、第一の実施形態に係る制御装置１６２による走行制御処理を示すフローチャートである。制御装置１６２は、所定の制御周期ごとに以下の処理を実行する。
　制御装置１６２のデータ取得部１７２は、計測装置１６１から計測データを取得する（ステップＳ１）。データ取得部１７２は、取得した計測データを時刻情報と共に記憶部１７１に記録する（ステップＳ２）。次に、時間帯特定部１７３は、取得した計測データに基づいて、運搬車両１０が採掘場Ｐ１に存在するか否かを判定する（ステップＳ３）。
　運搬車両１０が採掘場Ｐ１に存在しないと判定した場合（ステップＳ３：ＮＯ）、燃料電池制御部１７７は、燃料電池１４３が予めまたは電力決定部１７５によって設定された目標発電電力を出力するように水素供給装置１４２を制御する（ステップＳ４）。車体制御部１７６は、操作装置１６３の操作量に基づいて運搬車両１０を制御するための制御信号を生成し、各アクチュエータに出力する（ステップＳ５）。必要電力算出部１７８は、ステップＳ５で生成した制御信号に基づいて動力系１４において必要とされる必要電力を算出する（ステップＳ６）。バッテリ制御部１７９は、燃料電池１４３の発電電力と必要電力との差分を算出する（ステップＳ７）。バッテリ制御部１７９は、差分に係る電力に基づくバッテリ１４４の充電または放電を実現するように、バッテリ１４４に接続されたＤＣＤＣコンバータ１４５を制御する（ステップＳ８）。そして、制御装置１６２はステップＳ１に処理を戻し、次の制御データの受信を判定する。
　運搬車両１０が採掘場Ｐ１に存在すると判定した場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、時間帯特定部１７３は、運搬車両１０が採掘場Ｐ１に存在した時刻として、現在時刻を記憶部１７１に記録する（ステップＳ９）。時間帯特定部１７３は、運搬車両１０が採掘場Ｐ１に前回存在した時刻から現在時刻までの時間帯を特定する（ステップＳ１０）。パターン判定部１７４は、ステップＳ１０で特定した時間帯と、過去に計測された採掘場Ｐ１を出て採掘場Ｐ１へ戻るまでの時間帯とを比較し、ステップＳ１０で特定した時間帯に、運搬車両１０が走行ルートを通常のパターンで走行したか否かを判定する（ステップＳ１１）。
　パターン判定部１７４がステップＳ１０で特定した時間帯に、運搬車両１０が走行ルートを通常のパターンで走行していないと判定した場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、制御装置１６２は、目標発電電力を更新せずにステップＳ４からステップＳ８の処理により、運搬車両１０を制御する。
　パターン判定部１７４がステップＳ１０で特定した時間帯に、運搬車両１０が走行ルートを通常のパターンで走行していたと判定した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、電力決定部１７５は、ステップＳ１０で特定された時間帯における計測データの時系列に基づいて、当該時間帯におけるバッテリ１４４の充電量および放電量を算出する（ステップＳ１２）。電力決定部１７５は、バッテリ１４４の充電量と放電量の差の絶対値が所定の閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ１３）。
　バッテリ１４４の充電量と放電量の差の絶対値が閾値を超えない場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、制御装置１６２は、目標発電電力を更新せずにステップＳ４からステップＳ８の処理により、運搬車両１０を制御する。これは、現在の設定値でバッテリ１４４の充放電量の均衡がとれているためである。
　他方、バッテリ１４４の充電量と放電量の差の絶対値が閾値を超える場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、電力決定部１７５は、充電量が放電量より大きいか否かを判定する（ステップＳ１４）。充電量が放電量より大きい場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、電力決定部１７５は、目標発電電力を現在の値より単位量だけ低減させる（ステップＳ１５）。他方、放電量が充電量より大きい場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、電力決定部１７５は、目標発電電力を現在の値より単位量だけ増加させる（ステップＳ１６）。なお、他の実施形態においては、電力決定部１７５は、充電量と放電量の差の絶対値の大きさに比例した量だけ目標発電電力を増減させてもよい。そして、制御装置１６２は、ステップＳ４からステップＳ８の処理により、更新した目標発電電力に基づいて運搬車両１０を制御する。
《作用・効果》
　このように、第一の実施形態に係る運搬システム１は、運搬車両１０が走行ルートを走行する間における電力に係る計測値の時系列に基づいて燃料電池１４３の目標発電電力を決定し、これに従って燃料電池１４３を制御する。これにより、運搬車両１０は過去の走行ルートの走行履歴に基づいて負荷変動をバッテリ１４４によって吸収できるような目標発電電力を決定することで、走行ルートの走行におけるバッテリ１４４の充電量および放電量の均衡を保つことができる。なお、第一の実施形態に係る計測装置１６１は、バッテリ１４４の充電電力および放電電力を計測するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る計測装置１６１は、バッテリ１４４のＳＯＣを監視するものであってもよい。この場合、計測装置１６１は、時間帯の始点におけるＳＯＣと時間帯の終点におけるＳＯＣとの差に基づいて目標発電電力を決定してもよい。バッテリ１４４のＳＯＣは、電力に係る計測値の一例である。
　また、第一の実施形態に係る運搬システム１は、走行ルートを走行した可能性がある時間帯について、過去に特定された時間帯と比較して、運搬車両１０が走行ルートを通常のパターンで走行したか否かを判定する。これにより、運搬車両１０がイレギュラーな走行をしたときの計測データに基づいて、目標発電電力が不適切に更新されることを防ぐことができる。
〈第二の実施形態〉
　第一の実施形態に係る制御装置１６２は、バッテリ１４４の充電電力量と放電電力量との差に基づいて目標発電電力を更新する。これに対し、第二の実施形態に係る制御装置１６２は、運搬車両１０の力行電力および回生電力に基づいて目標発電電力を更新する。したがって、第二の実施形態に係る計測装置１６１は、バッテリ１４４の充電電力および放電電力に代えて、走行駆動モータ１５６の消費電力および回生電力を計測する。
《制御装置１６２の動作》
　図７は、第二の実施形態に係る制御装置１６２による制御データの設定処理を示すフローチャートである。第二の実施形態に係る制御装置１６２の処理は、第一の実施形態と電力決定部１７５の動作が異なる。第二の実施形態に係る電力決定部１７５は、ステップＳ１２からステップＳ１６の処理に代えて、以下のステップＳ２１からステップＳ２２の処理を実行する。
　電力決定部１７５は、ステップＳ１０で特定された時間帯における計測データの時系列に基づいて、当該時間帯における力行電力量および回生電力量を算出する（ステップＳ２１）。電力決定部１７５は、力行電力量と回生電力量とに基づいて、バッテリ１４４の充放電量の均衡を保つことができる目標発電電力を推定し、目標発電電力を更新する（ステップＳ２２）。例えば、電力決定部１７５は、力行電力量と回生電力量との比率に基づいて、バッテリ１４４の充放電量の均衡を保つことができる目標発電電力を推定してよい。また例えば、電力決定部１７５は、力行電力量と回生電力量との差を、走行ルートの走行時間で除算した電力に基づいて目標発電電力を推定してもよい。
〈他の実施形態〉
　以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。
　上述した実施形態に係る制御装置１６２は、単独のコンピュータによって構成されるものであってもよいし、制御装置１６２の構成を複数のコンピュータに分けて配置し、複数のコンピュータが互いに協働することで制御装置１６２として機能するものであってもよい。このとき、制御装置１６２を構成する一部のコンピュータが運搬車両１０の内部に搭載され、他のコンピュータが作業機械の外部（例えば図示しない管理装置）に設けられてもよい。
　上述した実施形態に係る制御装置１６２は、運搬車両１０による直近の走行ルートの走行時の計測データに基づいて目標発電電力を更新するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１６２は、過去の複数の走行ルートの走行時の計測データの統計処理に基づいて目標発電電力を更新してもよい。例えば、制御装置１６２は、過去の複数の走行ルートの走行時の計測データの平均に基づいて目標発電電力を更新してもよい。このとき、制御装置１６２は、標準偏差に基づいて外れ値を除外した群に基づいて目標発電電力を更新してもよい。
　上述した実施形態に係る運搬車両１０は、オペレータによって操作される有人車両であるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る運搬車両１０は、自動走行する無人車両であってもよい。この場合、運搬車両１０の制御系１６は操作装置１６３を備えなくてもよい。また車体制御部１７６は、走行ルートと計測装置１６１の計測値によるＰＩＤ制御などによって、制御信号を生成すればよい。
　また、上述した実施形態では、作業車両として運搬車両１０を例に説明したが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、制御装置１６２は、油圧ショベル、ホイルローダ、ダンプトラックなどの他の作業車両に搭載されてもよい。
　また、上述した実施形態では、運搬車両１０が、走行ルートの始点と終点がいずれも採掘場Ｐ１であり、走行ルートが鉱山における作業サイクルの１サイクルを構成するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る走行ルートは、例えば採掘場Ｐ１を始点とし、排土場Ｐ２を終点とするルートや、排土場Ｐ２を始点とし、採掘場Ｐ１を終点とするルートであってもよい。この場合、運搬車両１０は、走行ルートの種類別に目標発電電力を決定する。例えば、他の実施形態に係る走行ルートは、採掘場Ｐ１を始点とする走行ルートと、排土場Ｐ２を始点とする走行ルートとのそれぞれについて、目標発電電力を決定し、運搬車両１０が走行する走行ルートに応じて目標発電電力を切り替えてよい。
　また、上述した実施形態では、計測装置１６１が運搬車両１０に係る電力を計測するが、これに限られず、他の実施形態に係る計測装置１６１は電力に係る計測値を得るものであればよい。例えば、他の実施形態に係る計測装置１６１は、電圧、電流、抵抗値などを計測するものであってよい。
〈コンピュータ構成〉
　図８は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
　コンピュータ９０は、プロセッサ９１、メインメモリ９３、ストレージ９５、インタフェース９７を備える。
　上述の制御装置１６２は、コンピュータ９０に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ９５に記憶されている。プロセッサ９１は、プログラムをストレージ９５から読み出してメインメモリ９３に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ９１は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ９３に確保する。プロセッサ９１の例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、マイクロプロセッサなどが挙げられる。
　プログラムは、コンピュータ９０に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージに既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、コンピュータ９０は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサ９１によって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。このような集積回路も、プロセッサの一例に含まれる。
　ストレージ９５の例としては、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ９５は、コンピュータ９０のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース９７または通信回線を介してコンピュータ９０に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９０に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９０が当該プログラムをメインメモリ９３に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ９５は、一時的でない有形の記憶媒体である。
　また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能をストレージ９５に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
　上記態様によれば、制御システムは、燃料電池とバッテリのエネルギーを適切に分配することができる。
　１…運搬システム　１０…運搬車両　１１…ダンプボディ　１２…車体　１３…走行装置　１４…動力系　１４１…水素タンク　１４２…水素供給装置　１４３…燃料電池　１４４…バッテリ　１４５…ＤＣＤＣコンバータ　１４６…リターダグリッド　１５…駆動系　１５１…インバータ　１５２…ポンプ駆動モータ　１５３…油圧ポンプ　１５４…ホイストシリンダ　１５５…インバータ　１５６…走行駆動モータ　１６…制御系　１６１…計測装置　１６２…制御装置　１６３…操作装置　１７１…記憶部　１７２…データ取得部　１７３…時間帯特定部　１７４…パターン判定部　１７５…電力決定部　１７６…車体制御部　１７７…燃料電池制御部　１７８…必要電力算出部　１７９…バッテリ制御部　３０…積込機械　９０…コンピュータ　９１…プロセッサ　９３…メインメモリ　９５…ストレージ　９７…インタフェース　Ｂ…母線　Ｃ…コース　Ｐ１…採掘場　Ｐ２…排土場　

Claims (10)

  1. 　燃料電池とバッテリとを備える作業車両を制御する制御システムであって、
    　前記作業車両が所定の走行ルートを走行する間における電力に係る計測値の時系列に基づいて、前記燃料電池の目標発電電力を決定する電力決定部と、
    　前記走行ルートの走行中に、前記目標発電電力を出力するように前記燃料電池を制御する燃料電池制御部と、
    　前記走行ルートの走行中に、前記作業車両の駆動に要する必要電力と、前記目標発電電力との差に基づいて、前記バッテリの充電または放電を制御するバッテリ制御部と
    　を備える制御システム。
  2. 　前記作業車両の計測データに基づいて、前記作業車両が前記走行ルート上の特定ポイントに存在するタイミングを特定することで、前記作業車両が前記走行ルートを走行する時間帯を特定する時間帯特定部を備え、
    　前記電力決定部は、特定された前記時間帯における電力の前記計測値の時系列に基づいて、前記目標発電電力を決定する
    　請求項１に記載の制御システム。
  3. 　前記走行ルートは、前記特定ポイントを始点かつ終点とするルートであって、
    　前記時間帯特定部は、前記作業車両が前記特定ポイントに位置するタイミングを特定することで、特定された複数のタイミングのうち連続する２つのタイミングの間の時間帯を前記作業車両が前記走行ルートを走行する時間帯として特定する
    　請求項２に記載の制御システム。
  4. 　前記時間帯特定部が特定した時間帯に、前記走行ルートを通常のパターンで走行したか否かを判定するパターン判定部を備え、
    　前記電力決定部は、前記走行ルートを通常のパターンで走行したと判定された前記時間帯における電力の前記計測値の時系列に基づいて、前記目標発電電力を決定する
    　請求項３に記載の制御システム。
  5. 　前記電力決定部は、前記走行ルートの走行中一定の前記目標発電電力を決定する
    　請求項１から請求項４の何れか1項に記載の制御システム。
  6. 　前記電力決定部は、前記作業車両による前記走行ルートの複数回の走行それぞれについての前記電力に係る計測値の時系列に基づいて、前記燃料電池の目標発電電力を決定する　請求項１から請求項５の何れか１項に記載の制御システム。
  7. 　前記電力決定部は、前記作業車両が所定の走行ルートを走行する間における充電電力および放電電力に係る計測値の時系列に基づいて、前記燃料電池の目標発電電力を決定する　請求項１から請求項６の何れか１項に記載の制御システム。
  8. 　前記電力決定部は、前記作業車両が所定の走行ルートを走行する間における力行電力および回生電力に係る計測値の時系列に基づいて、前記燃料電池の目標発電電力を決定する　請求項１から請求項６の何れか１項に記載の制御システム。
  9. 　燃料電池と、
    　バッテリと、
    　請求項１から請求項８の何れか１項に記載の制御システムと
    　を備える作業車両。
  10. 　燃料電池とバッテリとを備える作業車両の制御方法であって、
    　前記作業車両が所定の走行ルートを走行する間における電力に係る計測値の時系列に基づいて、前記燃料電池の目標発電電力を決定するステップと、
    　前記走行ルートの走行中に、前記目標発電電力を出力するように前記燃料電池を制御するステップと、
    　前記走行ルートの走行中に、前記作業車両の駆動に要する必要電力と、前記目標発電電力との差に基づいて、前記バッテリの充電または放電を制御するステップと
    　を備える作業車両の制御方法。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001025105A (ja) * 1999-07-09 2001-01-26 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池車の電力制御装置
JP2007005038A (ja) * 2005-06-21 2007-01-11 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及び移動体
JP2015231777A (ja) * 2014-06-10 2015-12-24 日立建機株式会社 鉱山用ハイブリッド式ダンプトラック
JP2020174008A (ja) * 2019-04-12 2020-10-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、および、制御方法
JP2021016284A (ja) * 2019-07-16 2021-02-12 三菱自動車工業株式会社 制御装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001025105A (ja) * 1999-07-09 2001-01-26 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池車の電力制御装置
JP2007005038A (ja) * 2005-06-21 2007-01-11 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及び移動体
JP2015231777A (ja) * 2014-06-10 2015-12-24 日立建機株式会社 鉱山用ハイブリッド式ダンプトラック
JP2020174008A (ja) * 2019-04-12 2020-10-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、および、制御方法
JP2021016284A (ja) * 2019-07-16 2021-02-12 三菱自動車工業株式会社 制御装置

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