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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023050950
(43)【公開日】2023-04-11
(54)【発明の名称】作業機械の制御装置および作業機械の制御方法
(51)【国際特許分類】
B60L 58/30 20190101AFI20230404BHJP
B60L 58/40 20190101ALI20230404BHJP
H01M 8/04 20160101ALI20230404BHJP
H01M 8/04537 20160101ALI20230404BHJP
H01M 8/04858 20160101ALI20230404BHJP
【ＦＩ】
B60L58/30
B60L58/40
H01M8/04 Z
H01M8/04537
H01M8/04858
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021161335
(22)【出願日】2021-09-30
(71)【出願人】
【識別番号】000001236
【氏名又は名称】株式会社小松製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001634
【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山脇 翔太
【テーマコード（参考）】
5H125
5H127
【Ｆターム（参考）】
5H125AA03
5H125AC07
5H125AC12
5H125BC05
5H125BD02
5H125EE33
5H125EE51
5H127AB04
5H127AB11
5H127AB29
5H127AC15
5H127BA02
5H127BA22
5H127BB02
5H127DB69
5H127DC45
5H127FF04
(57)【要約】
【課題】作業機械に搭載された複数の燃料電池を効率よく運転する。
【解決手段】負荷率決定部は、作業機械の必要電力に基づいて、複数の燃料電池それぞれの負荷率を決定する。運転指示部は、複数の燃料電池それぞれを、決定した負荷率で運転させる。
【選択図】図２
【解決手段】負荷率決定部は、作業機械の必要電力に基づいて、複数の燃料電池それぞれの負荷率を決定する。運転指示部は、複数の燃料電池それぞれを、決定した負荷率で運転させる。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の燃料電池を備える作業機械の制御装置であって、
前記作業機械の必要電力に基づいて、前記複数の燃料電池それぞれの負荷率を決定する負荷率決定部と、
前記複数の燃料電池それぞれを、決定した前記負荷率で運転させる運転指示部と
を備える作業機械の制御装置。
前記作業機械の必要電力に基づいて、前記複数の燃料電池それぞれの負荷率を決定する負荷率決定部と、
前記複数の燃料電池それぞれを、決定した前記負荷率で運転させる運転指示部と
を備える作業機械の制御装置。
【請求項2】
前記負荷率決定部は、
前記作業機械の必要電力に基づいて、前記複数の燃料電池のエネルギーロスの合計が最小となるように、前記複数の燃料電池それぞれの負荷率を決定する
請求項１に記載の作業機械の制御装置。
前記作業機械の必要電力に基づいて、前記複数の燃料電池のエネルギーロスの合計が最小となるように、前記複数の燃料電池それぞれの負荷率を決定する
請求項１に記載の作業機械の制御装置。
【請求項3】
前記負荷率決定部は、
前記複数の燃料電池のうち少なくとも１個の燃料電池を運転させないように、前記複数の燃料電池それぞれの負荷率を決定する
請求項１又は請求項２に記載の作業機械の制御装置。
前記複数の燃料電池のうち少なくとも１個の燃料電池を運転させないように、前記複数の燃料電池それぞれの負荷率を決定する
請求項１又は請求項２に記載の作業機械の制御装置。
【請求項4】
前記必要電力は、少なくともダンプボディの操作量基づいて決定される
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の作業機械の制御装置。
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の作業機械の制御装置。
【請求項5】
前記負荷率決定部は、
前記複数の燃料電池のうちＮ個の燃料電池を最大効率点に係る負荷率で運転させ、１個の燃料電池に前記必要電力と前記Ｎ個の燃料電池の出力電力との差の電力を出力させ、残りの燃料電池を運転させないパターン、および
前記複数の燃料電池のうちＮ個の燃料電池それぞれに、前記必要電力をＮで除算した電力を出力させ、残りの燃料電池を運転させないパターン
を含む複数のパターンについて前記負荷率を演算し、前記複数の燃料電池のエネルギーロスの合計が最小となるパターンに基づいて、前記複数の燃料電池それぞれの負荷率を決定する
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の作業機械の制御装置。
前記複数の燃料電池のうちＮ個の燃料電池を最大効率点に係る負荷率で運転させ、１個の燃料電池に前記必要電力と前記Ｎ個の燃料電池の出力電力との差の電力を出力させ、残りの燃料電池を運転させないパターン、および
前記複数の燃料電池のうちＮ個の燃料電池それぞれに、前記必要電力をＮで除算した電力を出力させ、残りの燃料電池を運転させないパターン
を含む複数のパターンについて前記負荷率を演算し、前記複数の燃料電池のエネルギーロスの合計が最小となるパターンに基づいて、前記複数の燃料電池それぞれの負荷率を決定する
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の作業機械の制御装置。
【請求項6】
電力範囲ごとに前記電力範囲内の電力を出力するときにエネルギーロスが最小となる、前記複数の燃料電池それぞれの負荷率のパターンを関連付けたパターンデータを記憶する記憶部を備え、
前記負荷率決定部は、前記パターンデータにおいて前記必要電力が含まれる電力範囲に関連付けられたパターンに基づいて、前記複数の燃料電池それぞれの負荷率を決定する
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の作業機械の制御装置。
前記負荷率決定部は、前記パターンデータにおいて前記必要電力が含まれる電力範囲に関連付けられたパターンに基づいて、前記複数の燃料電池それぞれの負荷率を決定する
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の作業機械の制御装置。
【請求項7】
前記複数の燃料電池の使用状況を特定する状況特定部と、
前記負荷率決定部は、前記複数の燃料電池のうち、一部の燃料電池を運転させない場合に、前記使用状況に基づいて前記複数の燃料電池のうち運転させないものを決定する
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の作業機械の制御装置。
前記負荷率決定部は、前記複数の燃料電池のうち、一部の燃料電池を運転させない場合に、前記使用状況に基づいて前記複数の燃料電池のうち運転させないものを決定する
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の作業機械の制御装置。
【請求項8】
前記作業機械は、バッテリをさらに備え、
前記複数の燃料電池が出力する電力と、前記必要電力との差の電力を、前記バッテリに出力させるバッテリ制御部を備える
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の作業機械の制御装置。
前記複数の燃料電池が出力する電力と、前記必要電力との差の電力を、前記バッテリに出力させるバッテリ制御部を備える
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の作業機械の制御装置。
【請求項9】
複数の燃料電池を備える作業機械の制御方法であって、
前記作業機械の必要電力に基づいて、前記複数の燃料電池それぞれの負荷率を決定するステップと、
前記複数の燃料電池それぞれを、決定した前記負荷率で運転させるステップと
を備える作業機械の制御方法。
前記作業機械の必要電力に基づいて、前記複数の燃料電池それぞれの負荷率を決定するステップと、
前記複数の燃料電池それぞれを、決定した前記負荷率で運転させるステップと
を備える作業機械の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、作業機械の制御装置および作業機械の制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、化石燃料に代えて、クリーンなエネルギーを作業機械の動力とするために、作業機械に燃料電池を搭載することが検討されている。作業機械のように大型の機械を燃料電池によって稼働させるためには、複数の燃料電池（燃料電池モジュール）を並列に搭載することが考えられる（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０２１／０６４０１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一方で、燃料電池は、負荷率によって効率が変化することが知られている。そのため、作業機械の稼働に必要な電力を、並列に搭載した燃料電池に均等に出力させる場合、必ずしも効率よく燃料電池を運転できるとは限らない。
本開示の目的は、作業機械に搭載された複数の燃料電池を効率よく運転することができる作業機械の制御装置および作業機械の制御方法を提供することにある。
本開示の目的は、作業機械に搭載された複数の燃料電池を効率よく運転することができる作業機械の制御装置および作業機械の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様によれば、作業機械の制御装置は、複数の燃料電池を備える作業機械の制御装置であって、前記作業機械の必要電力に基づいて、前記複数の燃料電池それぞれの負荷率を決定する負荷率決定部と、前記複数の燃料電池それぞれを、決定した前記負荷率で運転させる運転指示部とを備える。
【発明の効果】
【0006】
上記態様によれば、作業機械に搭載された複数の燃料電池を効率よく運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第１の実施形態に係る運搬車両を模式的に示す側面図である。
【図2】第１の実施形態に係る運搬車両の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。
【図3】第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図4】燃料電池の負荷率と効率との関係の一例を示す図である。
【図5】第１の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図6】第２の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図7】第２の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図8】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。
【発明を実施するための形態】
【0008】
〈第１の実施形態〉
《運搬車両の構成》
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１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、鉱山などの作業現場を走行して積荷を運搬するダンプトラックである。運搬車両１０は、運転者による運転操作によらずに無人で稼働する無人ダンプトラックでもよいし、運転者による運転操作に基づいて稼働する有人ダンプトラックでもよい。
運搬車両１０は、ベッセル（ダンプボディ）１１と、車体１２と、走行装置１３とを備える。
《運搬車両の構成》
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１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、鉱山などの作業現場を走行して積荷を運搬するダンプトラックである。運搬車両１０は、運転者による運転操作によらずに無人で稼働する無人ダンプトラックでもよいし、運転者による運転操作に基づいて稼働する有人ダンプトラックでもよい。
運搬車両１０は、ベッセル（ダンプボディ）１１と、車体１２と、走行装置１３とを備える。
【0009】
ベッセル１１は、積荷が積載される部材である。ベッセル１１の少なくとも一部は、車体１２よりも上方に配置される。ベッセル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、ベッセル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、ベッセル１１が上昇している姿勢をいう。積載姿勢とは、ベッセル１１が下降している姿勢をいう。
【0010】
ダンプ動作とは、ベッセル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、ベッセル１１の前端部を上昇させて、ベッセル１１を後方に傾斜させることを含む。ダンプ動作により、ベッセル１１の積載面は、後方に向かって下方に傾斜する。
【0011】
下げ動作とは、ベッセル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、ベッセル１１の前端部を下降させることを含む。
【0012】
排土作業を実施する場合、ベッセル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。ベッセル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、ベッセル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、ベッセル１１は、積載姿勢に調整される。
【0013】
車体１２は、車体フレームを含む。車体１２は、ベッセル１１を支持する。車体１２は、走行装置１３に支持される。
【0014】
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。
【0015】
動力系１４は、水素と酸素とを反応させて走行装置１３を駆動するための動力を発生する。走行装置１３を駆動することは、走行装置１３の後輪を回転させることを含む。
【0016】
図２は、第１の実施形態に係る運搬車両１０の動力系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を備える。なお、動力系１４は、複数の燃料電池１４３を備える。第１の実施形態では、燃料電池１４３の数をＭ個とする。Ｍは自然数である。
水素供給装置１４２は、水素タンク１４１の水素を燃料電池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、制御装置１６（図３参照）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。動力系１４は、Ｍ＋１個のＤＣＤＣコンバータ１４５を備える。
水素供給装置１４２は、水素タンク１４１の水素を燃料電池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、制御装置１６（図３参照）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。動力系１４は、Ｍ＋１個のＤＣＤＣコンバータ１４５を備える。
【0017】
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、ベッセル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の後輪に伝達される。
【0018】
《制御装置１６の構成》
図３は、第１の実施形態に係る制御装置１６の構成を示す概略ブロック図である。制御装置１６は、状況特定部１６１、操作量取得部１６２、必要電力決定部１６３、負荷率決定部１６４、分担決定部１６５、運転指示部１６６を備える。
図３は、第１の実施形態に係る制御装置１６の構成を示す概略ブロック図である。制御装置１６は、状況特定部１６１、操作量取得部１６２、必要電力決定部１６３、負荷率決定部１６４、分担決定部１６５、運転指示部１６６を備える。
【0019】
図４は、燃料電池１４３の負荷率と効率との関係の一例を示す図である。負荷率とは燃料電池の定格電流に対する出力電流の割合である。図４に示すように、各燃料電池１４３は、個体ごとに効率が最大となる負荷率が定まっており、負荷率が最大効率点より高くなるほど、または最大効率点より低くなるほど、その効率が低下する。第１の実施形態に係る制御装置１６は、動力系１４が備えるＭ個の燃料電池１４３の全体の効率が高くなるように、動力系１４を制御する。
【0020】
状況特定部１６１は、Ｍ個の燃料電池１４３それぞれの使用状況を特定する。具体的には、状況特定部１６１は、燃料電池１４３の出力端それぞれに設けられた電流計から電流値を取得し、一定時間（例えば、１時間）における平均を求めることで使用状況を特定する。電流値の平均が大きいほど燃料電池１４３の直近の使用負荷が高いことを示す。なお、他の実施形態に係る状況特定部１６１は、電流値以外の物理量に基づいて使用負荷を特定してもよい。例えば、他の実施形態に係る状況特定部１６１は、燃料電池１４３の出力電力に基づいて使用負荷を特定してもよいし、燃料電池１４３の冷却水の出口温度に基づいて使用負荷を特定してもよい。なお、燃料電池１４３は、反応によって熱を生じるため、出口温度が高いほど燃料電池１４３の直近の使用負荷が高いことを示す。
また状況特定部１６１は、母線Ｂに供給される電力を検出する。
また状況特定部１６１は、母線Ｂに供給される電力を検出する。
【0021】
操作量取得部１６２は、図示しない運搬車両１０の操作装置からベッセル１１および走行装置１３の操作量を示す操作信号を取得する。
必要電力決定部１６３は、操作量取得部１６２が取得した操作量に基づいて、ベッセル１１および走行装置１３の操作のためにＭ個の燃料電池１４３から出力すべき電力である必要電力を決定する。例えば、予めベッセル１１と走行装置１３のそれぞれについて、操作量と必要電力との関係を示す電力決定関数を求めておき、必要電力決定部１６３は、電力決定関数に取得した操作量を代入することで、必要電力を決定してよい。なお、必要電力は、必ずしもベッセル１１および走行装置１３の稼働に要する全電力でなくてよい。例えば、動力系１４が、燃料電池１４３に一定の電力を出力させ、操作量の変動を主にバッテリ１４４に吸収させる場合や、バッテリ１４４に一定の電力を出力させ、操作量の変動を主に燃料電池１４３に吸収させる場合などには、ベッセル１１および走行装置１３の稼働に要する全電力からバッテリ１４４の出力分を減じた部分を、必要電力として算出する。
必要電力決定部１６３は、操作量取得部１６２が取得した操作量に基づいて、ベッセル１１および走行装置１３の操作のためにＭ個の燃料電池１４３から出力すべき電力である必要電力を決定する。例えば、予めベッセル１１と走行装置１３のそれぞれについて、操作量と必要電力との関係を示す電力決定関数を求めておき、必要電力決定部１６３は、電力決定関数に取得した操作量を代入することで、必要電力を決定してよい。なお、必要電力は、必ずしもベッセル１１および走行装置１３の稼働に要する全電力でなくてよい。例えば、動力系１４が、燃料電池１４３に一定の電力を出力させ、操作量の変動を主にバッテリ１４４に吸収させる場合や、バッテリ１４４に一定の電力を出力させ、操作量の変動を主に燃料電池１４３に吸収させる場合などには、ベッセル１１および走行装置１３の稼働に要する全電力からバッテリ１４４の出力分を減じた部分を、必要電力として算出する。
【0022】
負荷率決定部１６４は、必要電力決定部１６３が決定した必要電力に基づいて、第１の運転パターンと第２の運転パターンのうち、エネルギーロスが最小となるパターン、すなわち最も燃料電池１４３全体の効率が高いパターンを決定する。
【0023】
第１の運転パターンは、以下の条件でＭ個の燃料電池を運転させるパターンである。
・Ｎ個の燃料電池１４３を、最大効率点に係る負荷率で運転させる。ただし、Ｎは、Ｎ≦Ｍ－１を満たす自然数である。
・１個の燃料電池１４３に、必要電力とＮ個の燃料電池１４３の出力電力との差の電力を出力させる。
・残りの（Ｍ－Ｎ－１）個の燃料電池を運転させない。
・Ｎ個の燃料電池１４３を、最大効率点に係る負荷率で運転させる。ただし、Ｎは、Ｎ≦Ｍ－１を満たす自然数である。
・１個の燃料電池１４３に、必要電力とＮ個の燃料電池１４３の出力電力との差の電力を出力させる。
・残りの（Ｍ－Ｎ－１）個の燃料電池を運転させない。
【0024】
第２の運転パターンは、以下の条件でＭ個の燃料電池を運転させるパターンである。
・Ｎ個の燃料電池１４３に、必要電力をＮで除算した電力を出力させる。ただし、Ｎは、Ｎ≦Ｍを満たす自然数である。
・残りの（Ｍ－Ｎ）個の燃料電池を運転させない。
・Ｎ個の燃料電池１４３に、必要電力をＮで除算した電力を出力させる。ただし、Ｎは、Ｎ≦Ｍを満たす自然数である。
・残りの（Ｍ－Ｎ）個の燃料電池を運転させない。
【0025】
分担決定部１６５は、状況特定部１６１によって特定された各燃料電池１４３の使用状況に基づいて、各燃料電池１４３の負荷率の分担を決定する。具体的には、分担決定部１６５は、直近の使用負荷が高い燃料電池１４３を運転させず、直近の使用負荷が低い燃料電池１４３を優先的に運転させるよう、分担を決定する。
【0026】
運転指示部１６６は、分担決定部１６５が決定した分担および負荷率決定部１６４が決定した運転パターンに従って、燃料電池１４３に接続されたＤＣＤＣコンバータ１４５に運転指示を出力する。また運転指示部１６６は、状況特定部１６１が特定した母線の電力と必要電力決定部１６３が決定した必要電力との差の電力を出力させる運転指示を、バッテリ１４４に接続されたＤＣＤＣコンバータ１４５に出力する。つまり、運転指示部１６６は、バッテリ制御部の一例である。
【0027】
《制御装置１６の動作》
図５は、第１の実施形態に係る制御装置１６の動作を示すフローチャートである。第１の実施形態に係る制御装置１６は、所定の燃料電池制御周期（例えば数十msec）ごとに、図５に示す燃料電池１４３の制御処理を実行する。
まず制御装置１６の状況特定部１６１は、各燃料電池１４３に設けられたセンサから状態量を取得することで、各燃料電池１４３の使用状況（使用負荷）を特定する（ステップＳ１）。次に、操作量取得部１６２は、図示しない操作装置からベッセル１１および走行装置１３の操作量を示す操作信号を取得する（ステップＳ２）。必要電力決定部１６３は、操作量取得部１６２が取得した操作量に基づいて、ベッセル１１および走行装置１３の操作に必要な電力を決定する（ステップＳ３）。
図５は、第１の実施形態に係る制御装置１６の動作を示すフローチャートである。第１の実施形態に係る制御装置１６は、所定の燃料電池制御周期（例えば数十msec）ごとに、図５に示す燃料電池１４３の制御処理を実行する。
まず制御装置１６の状況特定部１６１は、各燃料電池１４３に設けられたセンサから状態量を取得することで、各燃料電池１４３の使用状況（使用負荷）を特定する（ステップＳ１）。次に、操作量取得部１６２は、図示しない操作装置からベッセル１１および走行装置１３の操作量を示す操作信号を取得する（ステップＳ２）。必要電力決定部１６３は、操作量取得部１６２が取得した操作量に基づいて、ベッセル１１および走行装置１３の操作に必要な電力を決定する（ステップＳ３）。
【0028】
次に、負荷率決定部１６４は、ステップＳ３で決定した必要電力を、各燃料電池１４３の最大効率点に係る電力で除算した商の整数部Ｎと、剰余Ｖ１を特定する（ステップＳ４）。なお、燃料電池１４３の定格出力は既知であることから、負荷率決定部１６４は、定格出力に最大効率点に係る負荷率を乗算することで、最大効率点に係る電力を求めることができる。
【0029】
負荷率決定部１６４は、商の整数部Ｎが燃料電池１４３の数Ｍより大きいか否かを判定する（ステップＳ５）。商の整数部Ｎが燃料電池１４３の数Ｍより大きい場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、負荷率決定部１６４は、ステップＳ３で決定した必要電力を燃料電池１４３の数Ｍで除算した商Ｖ０を、出力電力として特定する（ステップＳ６）。そして、運転指示部１６６は、各燃料電池１４３に接続されたＤＣＤＣコンバータ１４５に、ステップＳ６で特定した出力電力Ｖ０を出力させる運転指示を出力する（ステップＳ７）。つまり、負荷率決定部１６４は、燃料電池１４３の運転パターンを、Ｎ＝Ｍとする第２の運転パターンに決定する。
【0030】
他方、商の整数部Ｎが燃料電池１４３の数Ｍ以下の場合（ステップＳ５：ＮＯ）、負荷率決定部１６４は、ステップＳ４で求めた商の整数部Ｎと剰余Ｖ１とに基づいて、Ｎ個の燃料電池１４３を最大効率点で動作させ、１個の燃料電池にＶ１の電力を出力させる場合のエネルギーロスを算出する（ステップＳ８）。つまり、負荷率決定部１６４は、第１の運転パターンについてのエネルギーロスを算出する。
【0031】
次に、負荷率決定部１６４は、ステップＳ３で決定した必要電力をステップＳ４で求めたＮで除算した商Ｖ２を特定する（ステップＳ９）。負荷率決定部１６４は、商Ｖ２について小数点以下の値も計算する。負荷率決定部１６４は、ステップＳ４で求めたＮとステップＳ９で求めたＶ２とに基づいて、Ｎ個の燃料電池１４３にＶ２の電力を出力させる場合のエネルギーロスを算出する（ステップＳ１０）。つまり、負荷率決定部１６４は、最大効率点を超える負荷率で燃料電池１４３を運転させる第２の運転パターンについてのエネルギーロスを算出する。
【0032】
次に、負荷率決定部１６４は、ステップＳ４で求めたＮに基づいて、ステップＳ３で決定した必要電力を（Ｎ＋１）で除算した商Ｖ３を特定する（ステップＳ１１）。負荷率決定部１６４は、商Ｖ３について小数点以下の値も計算する。負荷率決定部１６４は、ステップＳ４で求めたＮとステップＳ１１で求めたＶ３とに基づいて、（Ｎ＋１）個の燃料電池１４３にＶ３の電力を出力させる場合のエネルギーロスを算出する（ステップＳ１２）。つまり、負荷率決定部１６４は、最大効率点未満の負荷率で燃料電池１４３を運転させる第２の運転パターンについてのエネルギーロスを算出する。
【0033】
負荷率決定部１６４は、ステップＳ８、ステップＳ１０、ステップＳ１２で算出した運転パターンのうちエネルギーロスが最も小さくなるものを、燃料電池１４３の運転パターンに決定する（ステップＳ１３）。分担決定部１６５は、ステップＳ１で特定した燃料電池１４３の負荷に基づいて、負荷が小さい燃料電池１４３ほど高い負荷率を分担するように、各燃料電池１４３の負荷率を決定する（ステップＳ１４）。具体的には、負荷率決定部１６４がステップＳ８の第１の運転パターンに決定した場合、分担決定部１６５は、使用負荷が低い下位Ｎ個を最大効率点で運転させ、使用負荷が高い上位（Ｍ－Ｎ－１）個を運転させず、残りの１つに電力Ｖ１を出力させることを決定する。負荷率決定部１６４がステップＳ１０の第２の運転パターンに決定した場合、分担決定部１６５は、使用負荷が低い下位Ｎ個に電力Ｖ２を出力させ、残りを運転させないことを決定する。負荷率決定部１６４がステップＳ１２の第２の運転パターンに決定した場合、分担決定部１６５は、使用負荷が低い下位Ｎ＋１個に電力Ｖ３を出力させ、残りを運転させないことを決定する。
【0034】
なお、分担決定部１６５は、負荷率決定部１６４が決定した運転パターンおよび稼働させる燃料電池１４３の個数Ｎが前回の決定時と同じであるならば、各燃料電池１４３の分担を変えず、負荷率のみを変更する。これにより、頻繁な分担の変更が生じることを防ぐことができる。
【0035】
運転指示部１６６は、分担決定部１６５が決定した分担および負荷率決定部１６４が決定した運転パターンに従って、燃料電池１４３に接続されたＤＣＤＣコンバータ１４５に運転指示を出力する（ステップＳ１５）。
【0036】
なお、制御装置１６は、上記の燃料電池１４３の制御処理と並行して、燃料電池制御周期と同等の周期で、バッテリ１４４に接続されたＤＣＤＣコンバータ１４５に、母線Ｂの電力と必要電力との差の電力を出力させる運転指示を出力する。燃料電池１４３の出力は、瞬時に変化するのではなく、遷移に数秒程度の時間を要する。上記のように、母線Ｂの電力と必要電力との差をバッテリ１４４に吸収させることで、母線Ｂに供給される電力を安定させることができる。
【0037】
このように、第１の実施形態に係る制御装置１６は、運搬車両１０の必要電力に基づいて、複数の燃料電池１４３のエネルギーロスの合計が最小となるように、複数の燃料電池１４３それぞれの負荷率を決定する。これにより、制御装置１６は、複数の燃料電池１４３に必要電力を出力させつつ、かつ複数の燃料電池１４３全体を高効率に運用することができる。
【0038】
また、第１の実施形態に係る制御装置１６は、第１の運転パターンと第２の運転パターンとのうちエネルギーロスが最小のものに基づいて複数の燃料電池１４３を制御する。これにより、制御装置１６は複数の燃料電池１４３それぞれの負荷率を変数とする複雑な最適化問題を解くことなく、少ない計算量で燃料電池１４３の運転パターンを決定することができる。なお、他の実施形態においては、制御装置１６は、第１の運転パターンおよび第２の運転パターンに加えて、またはこれらの何れかに代えて、他の運転パターンを含めて計算を行ってもよい。
【0039】
また、第１の実施形態に係る制御装置１６は、複数の燃料電池１４３のうち一部の燃料電池１４３を運転させない場合に、複数の燃料電池１４３の使用負荷が大きいものを、運転させない燃料電池に決定する。これにより、複数の燃料電池１４３で負荷を分散させることができる。
【0040】
また、第１の実施形態に係る運搬車両１０は、バッテリ１４４を備え、制御装置１６は、複数の燃料電池１４３が出力する電力と、必要電力との差の電力を、バッテリ１４４に出力させる。これにより、燃料電池１４３の出力の切り替わりによる母線Ｂの負荷の変動を、バッテリ１４４に吸収させることができる。
【0041】
〈第２の実施形態〉
第１の実施形態に係る制御装置１６は、必要電力を供給可能な複数の運転パターンについてエネルギーロスを求め、エネルギーロスが最小になる運転パターンを特定する。これに対し、第２の実施形態では、予め最適化計算等によりエネルギーロスが最小となる運転パターンを求め、必要電力から運転パターンを決定するためのパターンテーブルを制御装置１６に記憶させておき、制御装置１６がパターンテーブルに基づいて運転パターンを特定する。
第１の実施形態に係る制御装置１６は、必要電力を供給可能な複数の運転パターンについてエネルギーロスを求め、エネルギーロスが最小になる運転パターンを特定する。これに対し、第２の実施形態では、予め最適化計算等によりエネルギーロスが最小となる運転パターンを求め、必要電力から運転パターンを決定するためのパターンテーブルを制御装置１６に記憶させておき、制御装置１６がパターンテーブルに基づいて運転パターンを特定する。
【0042】
《制御装置１６の構成》
図６は、第２の実施形態に係る制御装置１６の構成を示す概略ブロック図である。第２の実施形態に係る制御装置１６は、第１の実施形態の構成に加え、さらに記憶部１６７を備える。記憶部１６７は、電力範囲ごとに、その電力範囲内の電力を出力するときにエネルギーロスが最小となる運転パターンを関連付けたパターンテーブルを記憶する。運転パターンは、第１の実施形態のように第１の運転パターンと第２の運転パターンの何れかであってもよいし、これとは異なるパターンが含まれていてもよい。またパターンテーブルには、運転させる燃料電池１４３の台数Ｎも記録されている。これにより、負荷率決定部１６４は、パターンテーブルにおいて、必要電力決定部１６３が決定した必要電力を含む電力範囲に関連付けられた運転パターンを読み出すことで、エネルギーロスが最小になる運転パターンを特定することができる。
図６は、第２の実施形態に係る制御装置１６の構成を示す概略ブロック図である。第２の実施形態に係る制御装置１６は、第１の実施形態の構成に加え、さらに記憶部１６７を備える。記憶部１６７は、電力範囲ごとに、その電力範囲内の電力を出力するときにエネルギーロスが最小となる運転パターンを関連付けたパターンテーブルを記憶する。運転パターンは、第１の実施形態のように第１の運転パターンと第２の運転パターンの何れかであってもよいし、これとは異なるパターンが含まれていてもよい。またパターンテーブルには、運転させる燃料電池１４３の台数Ｎも記録されている。これにより、負荷率決定部１６４は、パターンテーブルにおいて、必要電力決定部１６３が決定した必要電力を含む電力範囲に関連付けられた運転パターンを読み出すことで、エネルギーロスが最小になる運転パターンを特定することができる。
【0043】
《制御装置１６の動作》
図７は、第２の実施形態に係る制御装置１６の動作を示すフローチャートである。第２の実施形態に係る制御装置１６は、所定の燃料電池制御周期（例えば数十msec）ごとに、図７に示す燃料電池１４３の制御処理を実行する。
まず制御装置１６の状況特定部１６１は、各燃料電池１４３に設けられたセンサから状態量を取得することで、各燃料電池１４３の使用状況を特定する（ステップＳ２１）。次に、操作量取得部１６２は、図示しない操作装置からベッセル１１および走行装置１３の操作量を示す操作信号を取得する（ステップＳ２２）。必要電力決定部１６３は、操作量取得部１６２が取得した操作量に基づいて、ベッセル１１および走行装置１３の操作に必要な電力を決定する（ステップＳ２３）。
図７は、第２の実施形態に係る制御装置１６の動作を示すフローチャートである。第２の実施形態に係る制御装置１６は、所定の燃料電池制御周期（例えば数十msec）ごとに、図７に示す燃料電池１４３の制御処理を実行する。
まず制御装置１６の状況特定部１６１は、各燃料電池１４３に設けられたセンサから状態量を取得することで、各燃料電池１４３の使用状況を特定する（ステップＳ２１）。次に、操作量取得部１６２は、図示しない操作装置からベッセル１１および走行装置１３の操作量を示す操作信号を取得する（ステップＳ２２）。必要電力決定部１６３は、操作量取得部１６２が取得した操作量に基づいて、ベッセル１１および走行装置１３の操作に必要な電力を決定する（ステップＳ２３）。
【0044】
次に、負荷率決定部１６４は、記憶部１６７が記憶するパターンテーブルから、ステップＳ２３で決定した必要電力が含まれる電力範囲に関連付けられた運転パターンを特定する（ステップＳ２４）。負荷率決定部１６４は、特定した運転パターンに従って、運転させる燃料電池１４３および各燃料電池１４３の負荷率を決定する（ステップＳ２５）。
【0045】
分担決定部１６５は、ステップＳ２１で特定した燃料電池１４３の負荷に基づいて、負荷が小さい燃料電池１４３ほど高い負荷率を分担するように、各燃料電池１４３の負荷率を決定する（ステップＳ２６）。運転指示部１６６は、分担決定部１６５が決定した分担および負荷率決定部１６４が決定した運転パターンに従って、燃料電池１４３に接続されたＤＣＤＣコンバータ１４５に運転指示を出力する（ステップＳ２７）。
【0046】
なお、制御装置１６は、上記の燃料電池１４３の制御処理と並行して、燃料電池制御周期と同等の周期で、バッテリ１４４に接続されたＤＣＤＣコンバータ１４５に、母線Ｂの電力と必要電力との差の電力を出力させる運転指示を出力する。燃料電池１４３の出力は、瞬時に変化するのではなく、遷移に数秒程度の時間を要する。上記のように、母線Ｂの電力と必要電力との差をバッテリ１４４に吸収させることで、母線Ｂに供給される電力を安定させることができる。
【0047】
このように、第２の実施形態に係る制御装置１６は、第１の運転パターンと第２の運転パターンとのうちエネルギーロスが最小のものに基づいて複数の燃料電池１４３を制御する。これにより、制御装置１６は複数の燃料電池１４３それぞれの負荷率を変数とする複雑な最適化問題を解くことなく、少ない計算量で燃料電池１４３の運転パターンを決定することができる。なお、他の実施形態においては、制御装置１６は、第１の運転パターンおよび第２の運転パターンに加えて、またはこれらの何れかに代えて、他の運転パターンを含めて計算を行ってもよい。
【0048】
また、第２の実施形態に係る制御装置１６は、パターンテーブルにおいて必要電力が含まれる電力範囲に関連付けられたパターンに基づいて、複数の燃料電池１４３それぞれの負荷率を決定する。パターンテーブルとは、電力範囲ごとに、電力範囲内の電力を出力するときにエネルギーロスが最小となる、複数の燃料電池１４３それぞれの負荷率のパターンを関連付けたであり、パターンデータの一例である。これにより、制御装置１６は、少ない計算量で適切に燃料電池１４３の負荷率を決定することができる。
【0049】
〈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１６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１６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１６として機能するものであってもよい。このとき、制御装置１６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運搬車両１０の外部に設けられてもよい。
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１６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１６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１６として機能するものであってもよい。このとき、制御装置１６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運搬車両１０の外部に設けられてもよい。
【0050】
上述した実施形態では、作業機械の例として、運搬車両１０であるダンプトラックについて説明したが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る作業機械は、油圧ショベルやホイールローダなどの他の作業機械であってよい。
【0051】
上述した実施形態では、制御装置１６は予め定められた運転パターンから、燃料電池１４３のエネルギーロスが最小となる運転パターンを選択するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１６は、最適化計算等によってオンラインでエネルギーロスが最小となる運転パターンを演算してもよい。
【0052】
〈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５０は、プロセッサ５１、メインメモリ５３、ストレージ５５、インタフェース５７を備える。
上述の制御装置１６は、コンピュータ５０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５５に記憶されている。プロセッサ５１は、プログラムをストレージ５５から読み出してメインメモリ５３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５１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５３に確保する。プロセッサ５１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。
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５０は、プロセッサ５１、メインメモリ５３、ストレージ５５、インタフェース５７を備える。
上述の制御装置１６は、コンピュータ５０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５５に記憶されている。プロセッサ５１は、プログラムをストレージ５５から読み出してメインメモリ５３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５１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５３に確保する。プロセッサ５１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。
【0053】
プログラムは、コンピュータ５０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５０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５１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。
【0054】
ストレージ５５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５５は、コンピュータ５０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５７または通信回線を介してコンピュータ５０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５０に配信される場合、配信を受けたコンピュータ５０が当該プログラムをメインメモリ５３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５５は、一時的でない有形の記憶媒体である。
【0055】
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５５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。
【符号の説明】
【0056】
１０…運搬車両 １１…ベッセル 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 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…制御装置 １６１…状況特定部 １６２…操作量取得部 １６３…必要電力決定部 １６４…負荷率決定部 １６５…分担決定部 １６６…運転指示部 １６７…記憶部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】