特許 7142053 給電車配車システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-14

(45)【発行日】2022-09-26

(54)【発明の名称】給電車配車システム

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/00 20060101AFI20220915BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20220915BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20220915BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20220915BHJP

   G06Q 50/10 20120101ALI20220915BHJP

【ＦＩ】

E02F9/00 C

E02F9/26 B

H01M10/44 Q

H01M10/48 P

G06Q50/10

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020058013

(22)【出願日】2020-03-27

(65)【公開番号】P2021156035

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2021-11-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090022

【弁理士】

【氏名又は名称】長門 侃二

(72)【発明者】

【氏名】宝 河

【審査官】大塚 裕一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－６９５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－８４６３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１２８５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１８７７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１３０９６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／００－９／１８

９／２４－９／２８

Ｇ０６Ｑ １０／００－１０／１０

３０／００－３０／０８

５０／００－５０／２０

５０／２６－９９／００

Ｇ１６Ｚ ９９／００

Ｈ０１Ｍ １０／４２－１０／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

建設現場で作業を行うバッテリ駆動式の複数の建設機械と、
互いに充電性能が異なる複数の給電車を有し、前記建設機械に前記給電車を配車して前記建設機械を充電させる配車センタと、
前記建設機械の充電状態を管理し、前記配車センタへ前記給電車の配車を指示する管理センタと、を備え、
それぞれの前記建設機械は、自己の運用情報を前記管理センタへ送信し、
前記管理センタは、それぞれの前記建設機械から送信される前記運用情報と、前記建設機械の管理者から受信した給電要望とに基づいて充電の緊急度を設定し、配車する前記給電車を前記緊急度に応じて選択する、給電車配車システム。

【請求項2】

前記管理センタは、前記建設現場における過去の作業情報を記憶するデータベースを含み、過去の前記作業情報と現在の前記運用情報とに基づいて前記緊急度を設定する、請求項１に記載の給電車配車システム。

【請求項3】

前記運用情報は、前記建設機械のＳＯＣ残量、前記建設機械の位置情報、及び前記建設機械の要充電時刻を含む、請求項１又は２に記載の給電車配車システム。

【請求項4】

前記管理センタは、前記建設機械の管理者に給電要望を問い合わせ、前記運用情報に基づき設定された充電の前記緊急度を前記管理者から受信した給電要望に基づいて補正することによって設定する、請求項１に記載の給電車配車システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリ駆動式の建設機械を充電するための給電車配車システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ショベル等の建設機械は、排気ガスや騒音振動等の問題、及び省エネルギー性の観点から、従来のエンジン駆動式に替えてバッテリ駆動式を採用することが提案されている。バッテリ駆動式の建設機械は、電動モータ及びバッテリを搭載し、アクチュエータを直接、若しくは油圧系を用いて間接的に駆動させるものである。

【0003】

このようなバッテリ駆動式の建設機械は、車体に搭載するバッテリのサイズ及び電力容量を制限することによりコストダウンを図ることができるものの、これにより連続運転時間も制限されてしまう。そのため、バッテリ容量が制限される建設機械は、長時間に亘り作業を継続するためには、作業の合間にバッテリ交換又は充電作業により電力が供給される必要がある。

【0004】

例えば、特許文献１には、建設機械の操作者から電力補給の要求があった場合に、充電済のバッテリを搭載したバッテリ搭載車両を建設現場に移動させ、使用済みバッテリと充電済みバッテリとを交換する方法が開示されている。また、特許文献２には、運搬車両がバッテリを搭載した被牽引車を牽引して建設現場へ移動し、建設機械に当該被牽引車の牽引を引き継ぐことにより、建設機械が新たなバッテリを牽引しながら当該バッテリの電力で作業を継続する方法が開示されている。

【0005】

これらの電力供給システムは、充電済みバッテリの建設現場への到着が遅延すると、建設機械の作業が予定外の中断を強いられる可能性が生じる。また、充電済みバッテリは、建設現場への到着が予定よりも早まると、バッテリ搭載車両の往復時間が予定よりも増加して次回の電力供給が遅延する可能性が生じる。そのため、電力供給システムは、建設機械の運用スケジュールに合わせてバッテリ搭載車両を適時に配車することが重要となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００８－６９５１７号公報

【文献】特開２０１６－８４６３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記の特許文献１に係る従来技術では、多くの交換用バッテリを事前に用意しておく必要があるため、導入コストが増加する虞が生じる。また、特許文献２に係る従来技術では、バッテリを搭載した被牽引車を牽引しながら作業を行う必要があるため作業効率が低下するほか、複数の被牽引車及び複数の運搬車両が必要となり、やはり導入コストが増加する虞が生じる。

【0008】

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、バッテリ駆動式の建設機械へ適時に給電することができる給電車配車システムを低コストで提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、建設現場で作業を行うバッテリ駆動式の複数の建設機械と、互いに充電性能が異なる複数の給電車を有し、前記建設機械に前記給電車を配車して前記建設機械を充電させる配車センタと、前記建設機械の充電状態を管理し、前記配車センタへ前記給電車の配車を指示する管理センタと、を備え、それぞれの前記建設機械は、自己の運用情報を前記管理センタへ送信し、前記管理センタは、それぞれの前記建設機械から送信される前記運用情報と、前記建設機械の管理者から受信した給電要望とに基づいて充電の緊急度を設定し、配車する前記給電車を前記緊急度に応じて選択する、給電車配車システムである。

【0010】

＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、上記した本発明の第１の態様において、前記管理センタは、前記建設現場における過去の作業情報を記憶するデータベースを含み、過去の前記作業情報と現在の前記運用情報とに基づいて前記緊急度を設定する、給電車配車システムである。

【0011】

＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、上記した本発明の第１又は２の態様において、前記運用情報は、前記建設機械のＳＯＣ残量、前記建設機械の位置情報、及び前記建設機械の要充電時刻を含む、給電車配車システムである。

【0012】

＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、上記した本発明の第１の態様において、前記管理センタは、前記建設機械の管理者に前記給電要望を問い合わせ、前記運用情報に基づき設定された充電の緊急度を前記管理者から受信した給電要望に基づいて補正することによって設定する、給電車配車システムである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、バッテリ駆動式の建設機械へ適時に給電することができる給電車配車システムを低コストで提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係る給電車配車システムの全体構成を表す構成図である。

【図2】建設機械における充電要求の手順を表すフローチャートである。

【図3】管理センタにおける給電車配車制御の手順を表すフローチャートである。

【図4】建設機械のバッテリ管理を行うための管理表の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施の形態の説明に用いる図面は、いずれも構成要素を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、又は省略などを行なっており、構成要素の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。

【0016】

図１は、本発明に係る給電車配車システム１の全体構成を表す構成図である。給電車配車システム１は、建設現場で作業を行う複数の建設機械２を少数の給電車で適時に給電するためのシステムであり、複数の建設機械２のほか、配車センタ３、管理センタ４、及び管理者端末５を備える。

【0017】

建設機械２は、例えば搭載したバッテリで駆動するバッテリ駆動式油圧ショベルであり、本実施形態においては第１ショベル２ａ～第５ショベル２ｅを含む。また、それぞれの建設機械２は、後述する管理センタ４との間で通信を行うほか、例えばＧＰＳ端末を搭載することにより自己の位置情報を取得する。ここで、建設機械２は、ショベルに限定されるものではなく他の作業機械であってもよい。また、建設機械２の数は必要に応じて適宜変更することができる。

【0018】

更に、建設機械２は、本実施形態においては、第１ショベル２ａ、第２ショベル２ｂ、及び第３ショベル２ｃが第１建設現場Site１で作業を行い、第４ショベル２ｄ、及び第５ショベル２ｅが第２建設現場Site２で作業を行っているものとする。尚、建設現場は、１か所であってもよく、又は３か所以上であってもよい。また、それぞれの建設機械２は、作業期間が例えば数日から数か月に亘ることがあるものとし、その日によって異なる建設現場で作業を行なってもよい。

【0019】

配車センタ３は、互いに充電性能が異なる複数の給電車を有しており、建設機械２を充電する必要が生じた場合に、後述する管理センタ４からの指示に基づいて給電車を建設現場へ配車する。本実施形態に係る配車センタ３は、急速充電が可能な急速給電車３ａ、通常充電が可能な通常給電車３ｂ、及び充電設備３ｃを備える。

【0020】

急速給電車３ａ及び通常給電車３ｂのそれぞれは、給電用バッテリを搭載し、バッテリの充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）が低下した建設機械２に配車されることにより、建設現場において充電ケーブルで建設機械２に接続され、建設機械２に搭載されたバッテリを充電する。

【0021】

充電設備３ｃは、商用電源ＣＰＳから供給される電力を充電に適した電圧に変換し、配車から戻った急速給電車３ａ及び通常給電車３ｂの給電用バッテリを充電することにより次回の配車に備える。

【0022】

ここで、配車センタ３が有する複数の給電車は、２台に限定されるものではなく、また、充電性能として給電可能な電力容量が異なっていてもよい。すなわち、配車センタ３は、電力容量が比較的多く急速充電も可能な給電車を相当数配備せずとも、充電性能にバリエーションを有する比較的少数の給電車を効率的に運用することにより、給電車配車システム１の導入コスト及び運用コストを抑制する。

【0023】

管理センタ４は、コンピュータからなる管理端末システムであり、建設機械管理部４ａ及びデータベース４ｂを含み、給電車配車システム１の各構成部との通信を行うことにより給電車配車システム１の全体を統括管理する。例えば建設機械管理部４ａは、それぞれの建設機械２との間で通信を行うことにより、それぞれの建設機械２に搭載されたバッテリの充電状態を含む作業状況を管理すると共に、充電が必要となった建設機械２に適切な給電車を選択して配車するよう配車センタ３に指示を行う。また、データベース４ｂは、それぞれの建設現場における過去の作業情報を記憶することにより、特に建設機械２のバッテリ消費に係る運用管理に反映させる。更に、管理センタ４は、給電車の選択に際して建設機械２の管理者に問い合わせを行うこともできる。管理センタ４が行う給電車配車手順については詳細を後述する。

【0024】

管理者端末５は、例えば携帯端末やパーソナルコンピュータであり、管理センタ４が建設機械２の管理者と連絡を取るための通信機器である。当該管理者は、管理センタ４からの問い合わせに対し、建設機械２の充電に関する要望を管理者端末５で返答する。管理センタ４と管理者端末５との間における情報の送受信は、メールを利用してもよく、又は専用のアプリケーション上で行なってもよい。

【0025】

そして、上記の給電車配車システム１により、それぞれの建設機械２の充電状態を把握し、適時に建設機械２に給電車を手配する。このとき、それぞれの建設機械２は、自己の運用情報を管理センタ４に送信することにより、搭載したバッテリのＳＯＣ残量が駆動に必要なＳＯＣ下限値を下回る前に充電要求として管理センタ４に通知する。

【0026】

次に、建設機械２が管理センタ４へ充電要求を送信する手順について説明する。図２は、建設機械２における充電要求の手順を表すフローチャートである。それぞれの建設機械２は、作業開始時にメインスイッチがオンに操作されることにより、図２のフローチャートに沿った手順の実行を開始する。

【0027】

当該手順が開始されると、建設機械２は、作業を開始する前に、搭載されたバッテリの端子電圧を測定することによりＳＯＣ残量を読み込む（ステップＳ１）。また、建設機械２は、当該ＳＯＣの値がバッテリに規定されたＳＯＣ下限値以下であるかを確認する（ステップＳ２）。ここで、ＳＯＣ下限値とは、建設機械２を稼働させるのに必要な最低限のＳＯＣ残量を意味し、バッテリごとに設定されるＳＯＣの閾値である。

【0028】

そして、バッテリのＳＯＣがＳＯＣ下限値以下である場合には（ステップＳ２でＹｅｓ）、建設機械２は、搭載したバッテリを過放電によるダメージから保護するため、自己の稼働を禁止する（ステップＳ３）。また、建設機械２は、管理センタ４に対してバッテリ等の状況を含む運用情報、すなわちこの場合にはＳＯＣに係る緊急アラームを管理センタ４に送信して（ステップＳ４）、充電要求の手順を終了する。

【0029】

一方、ステップＳ２において、ＳＯＣ残量がＳＯＣ下限値よりも高いと判定された場合には（ステップＳ２でＮｏ）、建設機械２は、バッテリ残量により稼働することができるものとして建設現場における作業を開始する（ステップＳ５）。

【0030】

また、建設機械２は、作業開始時からの経過時間Ｔｗをカウントし、所定の設定時間Ｔｓが経過したか否かを判定する（ステップＳ６）。ここで、所定の設定時間Ｔｓとは、建設機械２による一定期間の作業により低下したＳＯＣ残量の変化を把握するために予め任意に設定される作業期間であり、例えば本実施形態におけるショベルの場合、掘削、ブーム上げ、90°旋回、及び放土からなるサイクルを１０～１５回繰り返した時間として設定することができる。すなわち、建設機械２は、経過時間Ｔｗが設定時間Ｔｓを超えるまでは、作業中における経過時間Ｔｗのカウントを継続する（ステップＳ６でＮｏ）。

【0031】

そして、経過時間Ｔｗが設定時間Ｔｓを超えると（ステップＳ６でＹｅｓ）、建設機械２は、そのときのＳＯＣを読み込み、作業開始時のＳＯＣとの差分により設定時間Ｔｓにおける時間当たりのバッテリ消費量を算出する（ステップＳ７）。これにより、建設機械２は、ＳＯＣの減少ペースに基づいて、その時点におけるＳＯＣ残量による作業可能時間を算出することができる（ステップＳ８）。

【0032】

また、建設機械２は、算出した作業可能時間を含む運用情報を管理センタ４に送信することにより、バッテリのＳＯＣ残量が上記のＳＯＣ下限値以下に低下する前に給電が必要であるとの給電要求とすることができる。この場合、建設機械２は、ＳＯＣ残量、位置情報、及びバッテリ切れが予想される要充電時刻に加え、バッテリ消費に関係する車体環境データ、すなわちモータ回転数、外気気温、油圧の圧力及び流量等を含む運用情報を管理センタ４に送信する。

【0033】

続いて、管理センタ４が行う給電車配車手順について説明する。図３は、管理センタ４における給電車配車制御の手順を表すフローチャートである。管理センタ４は、全ての建設機械２の稼働に先行して、図３に示す手順を開始する。尚、管理センタ４は、ステップＳ１０～ステップＳ１３において建設機械２のバッテリ管理を行うための準備を行い、以降のステップにおいて建設機械２のバッテリ管理を実行する。

【0034】

まず、管理センタ４は、建設機械管理部４ａにおいて建設機械２のバッテリ管理を行うための管理表を作成する（ステップＳ１０）。ここで、管理表は、例えば管理対象の複数の建設機械２について、ＩＤ、バッテリタイプ、バッテリ容量、建設機械２がその日に作業を行う作業場所、及び作業内容等の情報が個別に纏められる。

【0035】

また、管理センタ４は、各建設現場における過去の作業情報を記憶したデータベース４ｂを読み込むことにより、各建設現場において建設機械２が受ける作業負荷についての事前情報を取得する（ステップＳ１１）。

【0036】

更に、建設機械管理部４ａは、管理対象の建設機械２ごとに、充電が必要となるまでの予測時間をベース時間として算出する（ステップＳ１２）。すなわち、ベース時間は、管理センタ４において事前に取得された情報に基づき、建設機械２ごとに予測される満充電時の作業可能時間の推定値である。ここで、ベース時間は、本実施形態においては、建設機械２のバッテリが満充電であると仮定した場合の予測値であるが、例えば建設機械２の前回の作業終了時点においてＳＯＣ残量が管理センタ４へ送信される場合には、当該ＳＯＣ残量に基づく作業可能時間の推定値であってもよい。

【0037】

そして、管理センタ４は、作成した管理表に上記のベース時間を反映させることにより、建設機械２のバッテリ管理を行うための準備が整ったとして、それぞれの建設機械２からの運用情報、すなわち給電要求の受け入れを開始する（ステップＳ１３）。

【0038】

また、管理センタ４は、それぞれの建設機械２からの運用情報を受信したか否かを常時確認し（ステップＳ１４）、受信するまでは待機する（ステップＳ１４でＮｏ）。そして、管理センタ４は、上記のように建設機械２からの運用情報を受信した場合には（ステップＳ１４でＹｅｓ）、管理表におけるベース時間と当該運用情報とに基づいて、その建設機械２に対する充電の緊急度（優先順位）を設定する（ステップＳ１５）。

【0039】

より具体的には、管理センタ４は、既に管理表に記録されている過去の作業情報が反映されたベース時間に対し、建設機械２から受信した現在の運用情報を用いて補正することで、建設現場での実データを反映させたバッテリ管理が可能となる。尚、管理センタ４は、受信した運用情報をデータベース４ｂに記録することにより、当該建設現場についての作業情報を更新することができる。

【0040】

ここで、建設機械２が送信する運用情報は、建設機械２のＳＯＣ残量、位置情報、及び要充電時刻を含む。管理センタ４は、例えば複数の建設機械２から給電要求があった場合に、ＳＯＣ残量が相対的に少ない建設機械２に対しては緊急度を上昇させる補正を行い、また、位置情報に基づいて算出される建設機械２と配車センタ３との距離が相対的に近い建設機械２に対しては緊急度を低下させる補正を行うと共に、バッテリのＳＯＣ残量から算出される要充電時刻によりそれぞれの建設機械２の緊急度を必要に応じて変更する。

【0041】

更に、管理センタ４は、緊急度の設定後に管理者端末５に対して要望確認情報を送信することにより、建設機械２の管理者へ給電要望に係る問い合わせを行う（ステップＳ１６）。より具体的には、管理センタ４は、充電が必要な建設機械２のＩＤ、建設機械２のＳＯＣ残量、建設機械２への給電予定時間等の情報を送信することで、それぞれの建設機械２の充電方法に関する要望を確認する。

【0042】

これに対し、管理者は、建設機械２ごとの充電の要否、充電希望時間、充電量、及び充電速度（急速給電車３ａ又は通常給電車３ｂの選択）等の要望を、管理者端末５を介して管理センタ４に返答する。

【0043】

これにより、管理センタ４は、管理者から受信した給電要望を組み入れて上記した緊急度を補正する（ステップＳ１７）。例えば、ＳＯＣ残量が低下して比較的高い緊急度が設定された建設機械２であっても、予定を早めてその建設機械２での作業を終了する場合等には、給電車の使用頻度が低下する夜間に給電するよう優先順位を低下させる変更が可能となる。

【0044】

そして、管理センタ４は、給電要望により補正された緊急度に基づいて、建設機械２の給電に必要な給電車を選択し、配車センタ３に対して当該給電車の配車を指示する（ステップＳ１８）。これにより、配車センタ３は、例えば緊急度が相対的に高い建設機械２へ急速給電車３ａを配車し、緊急度が相対的に低い建設機械２に対しては通常給電車３ｂを配車するか又は配車を保留するなどのスケジューリングを行うことができる。

【0045】

ここで、本実施形態においては、管理センタ４が給電車を直接選択する態様を例示しているが、要求される給電仕様を管理センタ４から配車センタ３へ送信することにより配車センタ３が給電車を選択してもよい。

【0046】

尚、管理センタ４は、全ての建設機械２に対する管理が終了した場合には一連の給電車配車手順を終了し（ステップＳ１９でＹｅｓ）、それまでは各建設機械２からの給電要求を順次継続的に受け入れる（ステップＳ１９でＮｏ）。

【0047】

次に、管理センタ４が管理するそれぞれの建設機械２に関する管理表について例示する。図４は、建設機械２のバッテリ管理を行うための管理表の一例を示す図である。

【0048】

管理センタ４は、上記したように管理対象の複数の建設機械２、すなわち第１ショベル２ａ～第５ショベル２ｅについての情報を個別に纏める管理表を作成し、データベース４ｂから読み込んだ過去の作業情報を反映させることにより、ベース時間を算出して例えば図４（Ａ）に示すようなテーブルを作成する。ここでは、個別情報の一部について例示しているものとし、例えばバッテリタイプやバッテリ容量等の情報の記載を省略している。

【0049】

また、管理センタ４は、例えば図４（Ｂ）に示すように、それぞれの建設機械２のうち給電要求を送信した建設機械２の運用情報を管理表に反映させる。ここでは、第１ショベル２ａ、第２ショベル２ｂ、及び第４ショベル２ｄから運用情報を受信した状態を示しており、これらの建設機械２のＳＯＣ残量、位置情報から算出される配車センタ３までの距離、及び充電が必要となる要充電時刻を記載している。そして、管理センタ４は、上記のベース時間とこれらの運用情報とに基づいて、充電の緊急度（優先順位）を設定している。

【0050】

例えば図４（Ｂ）においては、ＳＯＣ残量が相対的に少なく２時間後にバッテリ切れが予想される第１ショベル２ａが最優先の給電対象候補に設定されている。また、次にバッテリ切れが予想される第４ショベル２ｄが２番目の給電対象候補として設定されている。

【0051】

更に、管理センタ４は、この３台の建設機械２の管理者に給電要望を問い合わせ、例えば図４（Ｃ）に示すように緊急度を補正する。ここでは、一例として優先充電の要否のみを問い合わせる例を示している。そして、管理センタ４は、最優先の給電対象候補に設定されていた第１ショベル２ａであっても、優先充電が不要であるとの回答を受けた場合には緊急度を低下させる補正を行い、２番目の給電対象候補であった第４ショベル２ｄの緊急度を相対的に繰り上げる。

【0052】

このため、管理センタ４は、データベースによる事前情報、運用情報による緊急度の設定、及び給電要望の問い合わせを通して、高精度で給電の需要及びタイミングを判断し、少数の給電車を効率的に運用することにより、給電システム全体の導入コスト及び運用コストを抑制する。従って、本発明によれば、バッテリ駆動式の建設機械２へ適時に給電することができる給電車配車システム１を低コストで提供することができる。

【符号の説明】

【0053】

１ 給電車配車システム
２ 建設機械
２ａ～２ｅ 第１ショベル～第５ショベル
３ 配車センタ
３ａ 急速給電車
３ｂ 通常給電車
４ 管理センタ
４ａ 建設機械管理部
４ｂ データベース
５ 管理者端末
Site１、Site２ 第１建設現場、第２建設現場

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】