(57)【要約】【課題】燃費の良い荷役機械の制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】荷役作業用のモータ（４）と、電池（５）と、エンジン（１１）からの動力により発電する発電機（１２）と、直流母線に電池が接続され、発電機及び／又は電池から供給される電力からモータを駆動するための電力変換を行うインバータ（３）と、を備えた荷役機械の制御装置であって、モータの駆動開始時から０以上の第１の所定時間経過後に、エンジンの回転数をアイドル状態の回転数から定格回転数に切り替え、モータの駆動終了時から０以上の第２の所定時間経過後に、エンジンの回転数を定格回転数からアイドル状態の回転数に切り替える。【選択図】図２
2010133333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷役機械の制御装置であって、
前記荷役機械は、
荷役作業用のモータと、
電池と、
エンジンからの動力により発電する発電機と、
直流母線に前記電池が接続され、前記発電機及び／又は前記電池から供給される電力から前記モータを駆動するための電力変換を行うインバータと、
を備えており、
前記制御装置は、
前記モータの駆動開始時から０以上の第１の所定時間経過後に、前記エンジンの回転数をアイドル状態の回転数から定格回転数に切り替え、
前記モータの駆動終了時から０以上の第２の所定時間経過後に、前記エンジンの回転数を定格回転数からアイドル状態の回転数に切り替える、
ことを特徴とする荷役機械の制御装置。
【請求項２】
前記電池は、積層型ニッケル水素電池である、請求項１に記載の荷役機械の制御装置。
【請求項３】
前記荷役機械は、前記電池のＳＯＣ（State of Charge）を算出する電池モニタをさらに備えており、
前記電池モニタにより算出される前記電池のＳＯＣの値に応じて、前記第１の所定時間を設定する、請求項１に記載の荷役機械の制御装置。
【請求項４】
前記荷役機械は、前記電池のＳＯＣ（State of Charge）を算出する電池モニタをさらに備えており、
前記電池モニタにより算出される前記電池のＳＯＣの値に応じて、前記第２の所定時間を設定する、請求項１に記載の荷役機械の制御装置。
【請求項５】
前記荷役作業用のモータは、前記荷役機械において貨物を上昇させるための巻き上げ用モータである、請求項１に記載の荷役機械の制御装置。
【請求項６】
前記荷役作業用のモータは、前記荷役機械を走行させるための走行用モータである、請求項１に記載の荷役機械の制御装置。
【請求項７】
前記荷役作業用のモータは、前記荷役機械において貨物を横行させるための横行用モータである、請求項１に記載の荷役機械の制御装置。
【請求項８】
前記荷役作業用のモータの回生電力により前記電池を充電する、請求項１に記載の荷役機械の制御装置。
【請求項９】
荷役機械の制御方法であって、
前記荷役機械は、
荷役作業用のモータと、
電池と、
エンジンからの動力により発電する発電機と、
直流母線に前記電池が接続され、前記発電機及び／又は前記電池から供給される電力から前記モータを駆動するための電力変換を行う生成するインバータと、
を備えており、
前記制御方法は、
前記モータの駆動開始時から第１の所定時間経過後に、前記エンジンの回転数をアイドル状態の回転数から定格回転数に切り替えるステップと、
前記モータの駆動終了時から第２の所定時間経過後に、前記エンジンの回転数を定格回転数からアイドル状態の回転数に切り替えるステップと、
を含むことを特徴とする荷役機械の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷役機械を制御する制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンテナの積み下ろしなどの荷役作業を行う荷役機械は、エンジン発電機と荷役作業用のモータを備えており、エンジン発電機から出力される電力でモータを駆動し、荷物の積み降ろし動作（荷役動作）を行う。荷役機械において、エンジン発電機からの電力は、さらに、照明装置や運転室の空調設備などの補機にも供給される。そのため、荷役機械では、荷役動作時以外でもエンジン発電機を動作させて、補機に電力を供給する必要がある。
【０００３】
近年、エンジン発電機と電池の両方を備えた荷役機械が開発されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された荷役機械は、無負荷状態が続いたときに、エンジン発電機を定格運転からアイドルに切り替えて、補機への電力供給を電池から行い、電池電圧が所定値以下に低下すると、エンジン発電機をアイドルから定格運転に切り替えて、エンジン発電機から補機に電力を供給している。
【特許文献１】特開２００４−３６０６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エンジン、特に、ディーゼルエンジンは、大きな動力を必要とする荷役作業時の電力供給に適したものであるが、荷役作業が行われていない間は補機を運転すればよく、小さな動力しか必要としない補機への電力供給には適していない。しかし、従来の荷役機械は、荷役作業が行われていない間も、補機に電力を供給する必要があるためにエンジン発電機を動作させるので、エンジンの燃料消費量が多くなり、燃費が悪くなるという問題があった。
【０００５】
また、ディーゼルエンジンは、その特性上、部分負荷運転においては効率（燃費）が悪く、定格負荷近傍で運転するとき最も効率（燃費）が良い。荷役機械においては、一般に貨物の横移動時や荷役機械移動時の必要動力は、巻き上げ時のそれに比べて小さい。このため、貨物の横移動時においては、ディーゼルエンジンは、かなり低負荷で運転することになり、効率の悪い運転を強いられることとなる。例えば、横移動用モータの定格動力が３７ｋｗであり、巻き上げ用モータの定格動力が１７０ｋｗである場合、ディーゼルエンジンは２０％程度と低い負荷で運転することとなり、燃費が悪いのみならず、パティキュレート（煤など）の発生に伴う環境負荷が高くなる。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、その目的とするところは、燃費の良い荷役機械の制御装置及び制御方法を提供することにある。さらには、環境にやさしい荷役機械の制御装置及び制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、荷役機械の制御装置であって、荷役機械は、荷役作業用のモータと、電池と、エンジンからの動力により発電する発電機と、直流母線に電池が接続され、発電機及び／又は電池から供給される電力からモータを駆動するための電力変換を行うインバータと、を備えており、制御装置は、モータの駆動開始時から０以上の第１の所定時間経過後に、エンジンの回転数をアイドル状態の回転数から定格回転数に切り替え、モータの駆動終了時から０以上の第２の所定時間経過後に、エンジンの回転数を定格回転数からアイドル状態の回転数に切り替えることを特徴とする。本発明の荷役機械の制御装置は、図２に示すパワーフロー制御装置７である。
【０００８】
上記電池は、いわゆる蓄電機能を有した蓄電設備であってもよい。好ましくは、上記電池は、積層型ニッケル水素電池である。
【０００９】
荷役機械は、電池のＳＯＣ（State of Charge）を算出する電池モニタをさらに備えてもよい。このとき、電池モニタにより算出される電池のＳＯＣの値に応じて、第１の所定時間を設定してもよい。また、電池モニタにより算出される電池のＳＯＣの値に応じて、第２の所定時間を設定してもよい。
【００１０】
荷役作業用のモータは、荷役機械において貨物を上昇させるための巻き上げ用モータであってもよい。荷役作業用のモータは、荷役機械を走行させるための走行用モータであってもよい。荷役作業用のモータは、荷役機械において貨物を横行させるための横行用モータであってもよい。
【００１１】
荷役作業用のモータの回生電力により電池を充電してもよい。
【００１２】
本発明は荷役機械の制御方法であって、荷役機械は、荷役作業用のモータと、電池と、エンジンからの動力により発電する発電機と、直流母線に電池が接続され、発電機及び／又は電池から供給される電力からモータを駆動するための電力変換を行うインバータと、を備えており、制御方法は、モータの駆動開始時から第１の所定時間経過後に、エンジンの回転数をアイドル状態の回転数から定格回転数に切り替えるステップと、モータの駆動終了時から第２の所定時間経過後に、エンジンの回転数を定格回転数からアイドル状態の回転数に切り替えるステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、モータを駆動しているときは、主としてエンジン発電機から電力を供給し、モータを停止しているときは電池から電力を供給することで、エンジン発電機と電池の負荷分担を調整している。具体的には、モータを駆動している間は、エンジンを定格回転させて、主としてエンジン発電機からの電力でモータを駆動し、モータを停止させている間は、エンジンをアイドルにして、電池のみから補機に電力を供給するようにしている。これにより、エンジンの燃料消費量を低減することができ、燃費が良くなる。
【００１４】
さらには、巻き上げ用モータを駆動しているときは、主としてエンジン発電機から電力を供給し、巻き上げ用モータを停止しているときは、電池から電力を供給するようにしてもよい。かかる場合は、横移動用モータなどの駆動のための電力は、主として、電池から供給することになる。このようにすれば、エンジンは低負荷ないしは部分負荷で運転することを避けることができるので、燃費が良くなり、パティキュレート（煤など）の発生に伴う環境負荷を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に示す本発明の実施形態は、エンジン発電機と、インバータの直流母線に接続された電池と、を備えたハイブリッド方式の荷役機械の制御において、荷役動作を行っている間は、エンジンを定格回転させて、主としてエンジン発電機からの電力でモータを駆動し、荷役動作を行っていない間は、エンジンをアイドルにして、電池のみから補機に電力を供給する。これにより、エンジンの燃費が良くなるという効果が得られる。
【００１６】
１．  荷役機械の構成
図１に、本発明の実施形態の制御装置を含む荷役機械の外観を概略的に示す。本実施形態の荷役機械１００は、港湾等の荷役作業に使用されるクレーン装置の一つであるゴムタイヤ式トランスファークレーン（ＲＴＧ：Rubber Tired Gantry crane）である。荷役機械１００は、コンテナ１０１を吊り上げるスプレッダ１０３と、巻き上げ及び巻き下げによりスプレッダ１０３を上昇及び下降させるワイヤーロープ１０９と、スプレッダ１０３を横行させるためのトラバーサ１０５と、前後の方向に走行が可能なタイヤ１０７と、を有する。荷役機械１００は、コンテナ１０１をスプレッダ１０３で吊り上げ、スプレッダ１０３に取り付けられたワイヤーロープ１０９を巻き上げてスプレッダ１０３を上昇させ、トラバーサ１０５を所望の位置まで横行させた後、ワイヤーロープ１０９を巻き下げてスプレッダ１０３を下降させることにより、コンテナ１０１の積み下ろしを行う。また、荷役機械１００は、タイヤ１０７による走行によって、任意の位置に移動することができる。
【００１７】
図２に、本発明にかかる荷役機械１００のシステム構成をブロック図で示す。荷役機械１００は、交流電力を出力するエンジン発電機１と、エンジン発電機１を制御するエンジン発電機制御装置２と、エンジン発電機１に接続されたインバータ３と、インバータ３から出力される電力により駆動するモータ４と、インバータ３に運転指令を出力する運転指令部８と、を有する。エンジン発電機１は、エンジン１１とエンジン１１に接続された発電機１２とにより構成される。本実施形態において、エンジン１１は、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。エンジン１１が定格回転しているとき発電機１２は動作し、エンジン１１がアイドルのとき発電機１２は停止する。エンジン発電機制御装置２は、エンジン回転数指令に基づいて、エンジン１１を回転させる。インバータ３は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ部３１と、直流電力を交流電力に変換するインバータ部３２とを有する。インバータ３は、運転指令部８から出力される運転指令に従って、コンバータ部３１及びインバータ部３２を制御し、モータ４に電力を供給する。モータ４は、図１に示すワイヤーロープ１０９の巻き上げを行うための巻き上げ用モータである。運転指令部８は、荷役機械１００の運転室などに設けられる。運転指令部８は、操作員から指示された運転指令をインバータ３に出力する。運転指令は、巻き上げ及び巻き下げ指令を含む。
【００１８】
荷役機械１００は、さらに、インバータ３のコンバータ部３１とインバータ部３２との間の直流母線に直結された電池５と、電池５の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）を算出する電池モニタ６と、運転指令と電池５のＳＯＣに基づいて、エンジン発電機制御装置２を制御するパワーフロー制御装置７と、を有する。本実施形態において、電池５はニッケル水素単電池を直列に積層した積層型ニッケル水素電池である。具体的には、ニッケル水素電池は、対向して設けられた一対の板状の集電体の間に、セパレータによって仕切られた正極セルと負極セルとを有する複数の単位電池が、互いに隣り合う一方の前記単位電池の正極セルと他方の前記単位電池の負極セルとが対向するように積層されてなる電池モジュールである。ニッケル水素電池の特性については後述するが、ニッケル水素電池は、ＳＯＣ(state of charge)の変動による電圧変動が小さいという特性を有しているため、直流母線に直結することができる。電池の出力電圧は、単位電池の積層数によって調整することができる。ニッケル水素電池の場合は、１．２Ｖ単位の小さな単位で電池の出力電圧を調整することができる。パワーフロー制御装置７は、運転指令部８からインバータ３に出力される運転指令と電池モニタ６により算出される電池５のＳＯＣに基づいて、エンジン１１にエンジン回転数指令を出力する。エンジン回転数指令は、定格回転数を指示する定格回転指令と、定格回転数より低い回転数であるアイドルを指示するアイドル指令を含む。
【００１９】
また、荷役機械１００は、インバータ３のコンバータ部３１とインバータ部３２との間の直流母線に接続されたＤＣ／ＡＣコンバータ９と、ＤＣ／ＡＣコンバータ９に接続された補機１０とを備える。補機１０は、荷役動作時だけでなく、荷役動作時以外においても電力を必要とするものであって、例えば、荷役機械１００に設けられた照明装置や運転室の空調設備、油圧ユニット（油圧ポンプ等）などである。
【００２０】
２．  荷役機械の動作
荷役機械１００の動作について、巻き上げを指示する運転指令が入力されたときを例にして説明する。図３に、巻き上げを開始するときのパワーフロー制御装置７の制御を示す。巻き上げが開始される前、パワーフロー制御装置７はエンジン回転数指令としてアイドル指令を出力している。エンジン発電機制御装置２は、アイドル指令に従って、エンジン１１をアイドルにしている。このとき、発電機１２の発電電力はゼロである。操作員が巻き上げ指令を運転指令部８に入力すると、運転指令部８は巻き上げ指令を出力する。パワーフロー制御装置７は、運転指令部８からの巻き上げ指令を入力したかどうかを判断する（Ｓ３０１）。巻き上げ指令が入力されると、パワーフロー制御装置７は、電池モニタ６が算出した電池５のＳＯＣを入力する（Ｓ３０２）。電池モニタ６は、電池５の電流、電圧、及び温度を検出して電池５のＳＯＣを算出している。パワーフロー制御装置７は、入力された電池５のＳＯＣが所定値以上かどうかを判断する（Ｓ３０３）。
【００２１】
電池５のＳＯＣが所定値未満であれば（Ｓ３０３でＮｏ）、ステップＳ３０４〜Ｓ３０６の処理を行わず、パワーフロー制御装置７は、エンジン回転数指令をアイドル指令から定格回転指令に切り替え、定格回転指令をエンジン発電機制御装置２に出力する（Ｓ３０７）。ここで、ステップＳ３０４〜Ｓ３０６の処理を行わないとは、遅延時間となる所定時間αをゼロに設定することに相当する。エンジン発電機制御装置２は、定格回転指令に従って、エンジン１１を定格回転させる。このとき、エンジン１１に接続された発電機１２は発電し、エンジン発電機１と電池５の両方からモータ４へ電力が供給され、巻き上げが開始される。
【００２２】
電池５のＳＯＣが所定値以上であれば（Ｓ３０３でＹｅｓ）、電池５の充電状態が十分であり、続いて充電されると、過充電になるおそれがあると判断できる。よって、パワーフロー制御装置７は、まず、電池５のＳＯＣに基づいて、遅延時間となる所定時間αを設定し（Ｓ３０４）、所定時間αが経過するまでは、アイドル指令の出力を継続する（Ｓ３０５）。そのため、エンジン発電機制御装置２は、エンジン１１をアイドルのまま運転する。インバータ３は、運転指令部８から出力される巻き上げ指令に従って動作し、電池５から出力される直流電力を交流電力に変換して、モータ４に供給する。このように、電池５からの電力のみで巻き上げを行う。パワーフロー制御装置７は、設定した所定時間αが経過したかどうかを判断する（Ｓ３０６）。所定時間αが経過すれば、パワーフロー制御装置７は、エンジン回転数指令をアイドル指令から定格回転指令に切り替え、定格回転指令をエンジン発電機制御装置２に出力する（Ｓ３０７）。エンジン発電機制御装置２は、定格回転指令が入力されると、エンジン１１を定格回転させる。このとき、エンジン１１に接続された発電機１２は発電を開始する。これにより、エンジン発電機１と電池５の両方からモータ４に電力が供給され、巻き上げが行われる。
【００２３】
図４に、電池５のＳＯＣに基づいて設定する所定時間αの特性を示す。所定時間αは、電池５のＳＯＣが多いほど所定時間αが長くなるように設定される。本実施形態では、所定時間αは、電池５のＳＯＣに基づいて、０秒〜１２秒の範囲で設定される。より具体的には、所定時間αは、電池５のＳＯＣが所定の閾値（例えば、８０％）未満のときは０秒に設定され、電池５のＳＯＣが所定の閾値（例えば、８０％）以上のときに０秒より大きくなるように設定される。
【００２４】
以上のように、本実施形態によれば、巻き上げ開始時、電池５のＳＯＣが所定値以上であれば、すなわち、続いて充電されると電池５が過充電になるおそれがあると判断されるときは、設定した所定時間αが経過するまで、エンジン１１をアイドルのまま運転して、電池５のみで巻き上げを行う。これにより、電池５が消費され、インバータ３の直流母線に接続された電池５の過充電を防止できる。このように、巻き上げ開始時に電池５の充電状態に従って、電池５を放電させることにより、電池５を常に良好な充電状態に保持できる。
【００２５】
次に、巻き上げ終了時の動作を説明する。図５に、巻き上げ終了時のパワーフロー制御装置７の制御を示す。操作員から運転指令部８に入力されている巻き上げ指令が終了すると、運転指令部８は、巻き上げ指令の出力を停止する。パワーフロー制御装置７は、運転指令部８の出力に基づいて、巻き上げ指令が終了したかどうかを判断する（Ｓ５０１）。巻き上げ指令が終了すると、パワーフロー制御装置７は、電池モニタ６が算出した電池５のＳＯＣを入力する（Ｓ５０２）。電池モニタ６は、電池５の電流、電圧、及び温度を検出して、電池５のＳＯＣを算出している。パワーフロー制御装置７は、算出された電池５のＳＯＣが所定値以下かどうかを判断する（Ｓ５０３）。
【００２６】
電池５のＳＯＣが所定値よりも大きければ（Ｓ５０３でＮｏ）、ステップＳ５０４〜Ｓ５０６の処理を行わず、パワーフロー制御装置７は、エンジン回転数指令を定格回転指令からアイドル指令に切り替えて、アイドル指令を出力する（Ｓ５０７）。ここで、ステップＳ５０４〜Ｓ５０６の処理を行わないとは、遅延時間となる所定時間βをゼロに設定することに相当する。エンジン発電機制御装置２は、アイドル指令に従って、エンジン１１をアイドルに切り替える。これにより、発電機１２の出力はゼロになる。補機１０への電力供給は電池５からの電力のみで行われる。
【００２７】
電池５のＳＯＣが所定値以下であれば（Ｓ５０３でＹｅｓ）、電池５の充電状態が十分でなく、電池５を続けて放電すると、過放電になるおそれがあると判断できる。よって、電池５のＳＯＣが所定値以下であれば、パワーフロー制御装置７は、電池５のＳＯＣに基づいて所定時間βを設定し（Ｓ５０４）、所定時間βが経過するまで、定格回転指令を出力し続ける（Ｓ５０５）。エンジン発電機制御装置２は、定格回転指令に従って、エンジン１１の定格回転を継続する。これにより、エンジン発電機１から出力される電力で電池５が充電される。パワーフロー制御装置７は、設定した所定時間βが経過したかどうかを判断する（Ｓ５０６）。所定時間βが経過すれば、パワーフロー制御装置７は、エンジン回転数指令を定格回転指令からアイドル指令に切り替えて、アイドル指令を出力する（Ｓ５０７）。エンジン発電機制御装置２は、アイドル指令に従って、エンジン１１をアイドルに切り替える。これにより、発電機１２の出力はゼロになる。以後、補機１０への電力供給は電池５からの電力のみで行われる。
【００２８】
図６に、電池５のＳＯＣに基づいて設定する所定時間βの特性を示す。所定時間βは、電池５のＳＯＣが小さいほど所定時間βが長くなるように設定される。本実施形態では、所定時間βは、電池５のＳＯＣに基づいて、０秒〜１２秒の範囲で設定される。より具体的には、所定時間βは、電池５のＳＯＣが所定の閾値（例えば、５０％）よりも大きければ０秒に設定され、電池５のＳＯＣが所定の閾値（例えば、５０％）以下のときに０秒より大きくなるように設定される。
【００２９】
以上のように、本実施形態によれば、巻き上げ終了時、電池５のＳＯＣが所定値以下であれば、すなわち、続けて放電すると電池５が過放電になるおそれがあると判断されるときは、設定した所定時間βが経過するまで、エンジン１１を定格回転のまま運転して、エンジン発電機１からの電力で電池５を充電する。これにより、インバータ３の直流母線に接続された電池５の過放電を防止できる。このように、巻き上げ終了時に電池５の充電状態に従って、電池５を充電させることにより、電池５を常に良好な充電状態に保持できる。
【００３０】
図７〜図９に、巻き上げ及び巻き下げ動作におけるタイミングチャートを示す。図７〜図９において、（ａ）は運転指令部８が出力する巻き上げ指令のオン／オフを示し、（ｂ）はパワーフロー制御装置７が出力するエンジン回転数指令を示し、（ｃ）は運転指令部８が出力する巻き下げ指令のオン／オフを示し、（ｄ）は電池５のＳＯＣを示している。
【００３１】
図７は、電池の充電状態が良好な状態にあるため、所定時間α及び所定時間βが設けられない例を示す。巻き上げ指令が入力されるまで（時刻ｔ０〜時刻ｔ１）、パワーフロー制御装置７は、エンジン回転数指令として、アイドル指令をエンジン発電機制御装置２に出力している。エンジン発電機制御装置２は、アイドル指令に従って、エンジン１１をアイドルにしているため、発電機１２は停止している。この間、補機１０への電力供給は、電池５のみによって行われる。そのため、電池５のＳＯＣは減少していく。
【００３２】
時刻ｔ１で巻き上げ指令が入力される。このときの電池５のＳＯＣは７５％であり、図４に示す所定の閾値（８０％）を超えていないため、所定時間αは設定されない。言い換えると、所定時間αはゼロである。よって、パワーフロー制御装置７は、巻き上げ指令がオンになるとすぐに、アイドル指令から定格回転指令に切り替える。定格回転指令に従って、エンジン発電機制御装置２はエンジン１１を定格回転させる。これにより、エンジン発電機１と電池５からの両方の電力によって巻き上げが行われる（時刻ｔ１〜時刻ｔ３）。
【００３３】
時刻ｔ３で巻き上げ終了の指令が入力される、すなわち、巻き上げ指令がオフになる。このときの電池５のＳＯＣは５５％であり、図６に示す所定の閾値（５０％）より大きいため、所定時間βは設定されない。言い換えると、所定時間βはゼロである。よって、パワーフロー制御装置７は、巻き上げ指令がオフになるとすぐに、定格回転指令からアイドル指令に切り替える。アイドル指令に従って、エンジン発電機制御装置２はエンジン１１をアイドルにする。これにより、発電機１２は停止する。補機１０への電力供給は、電池５のみによって行われる。そのため、電池５のＳＯＣは減少していく（時刻ｔ３〜時刻ｔ５）。
【００３４】
一方、巻き下げの指令が入力されると（時刻ｔ５）、荷役機械１００は巻き下げを開始する。巻き下げは、モータ４を駆動させず、コンテナ１０１の重量により行う。コンテナ１０１の降下に伴いモータ４が回転し、回生電力が発生する。この回生電力により、電池５が充電される。回生電力によって電池５に蓄えられた電力は、補機１０への給電と次の巻き上げ作業に利用される。
【００３５】
図８は、巻き上げ開始時の電池の充電状態が過充電になるおそれがある状態であり、所定時間αが設けられる例を示す。図８において、巻き上げ指令が入力されたときの電池５のＳＯＣは９０％であり（時刻ｔ１）、図４に示す所定の閾値（８０％）を超えている。よって、パワーフロー制御装置７は、図４の特性に示すように所定時間αを電池５のＳＯＣに基づいて設定し、所定時間αが経過するまでの間、エンジン発電機制御装置２にアイドル指令を出力し続ける。この間（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）、発電機１２は停止しているため、巻き上げは、電池５からの電力のみによって行われる。所定時間αが経過すると、パワーフロー制御装置７は、アイドル指令から定格回転指令に切り替えて、定格回転指令をエンジン発電機制御装置２に出力する。エンジン発電機制御装置２は、定格回転指令に従って、エンジン１１を定格回転する。これにより、発電機１２は発電する。よって、所定時間αが経過した後は、エンジン発電機１と電池５の両方からの電力によって巻き上げが行われる（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）。
【００３６】
図９は、巻き上げ終了時の電池の充電状態が過放電になるおそれがある状態であり、所定時間βが設けられる例を示す。図９において、巻き上げ指令が終了したときの電池５のＳＯＣは３０％であり（時刻ｔ３）、図６に示す所定の閾値（５０％）より小さい。パワーフロー制御装置７は、図６の特性に示すように、所定時間βを電池５のＳＯＣに基づいて設定し、所定時間βが経過するまでの間、エンジン発電機制御装置２に定格回転指令を出力し続ける。この間（時刻ｔ３〜時刻ｔ４）、電池５はエンジン発電機１から出力される電力により充電される。所定時間βが経過すると（時刻ｔ４）、パワーフロー制御装置７は、エンジン回転数指令を定格回転指令からアイドル指令に切り替えて、アイドル指令をエンジン発電機制御装置２に出力する。
【００３７】
本実施形態によれば、エンジン発電機１と電池５の負荷分担を運転指令に従って調整している。具体的には、モータ４を駆動している間は、エンジン１１を定格回転させて、主としてエンジン発電機１からの電力でモータ４を駆動し、モータ４を停止させている間は、エンジン１１をアイドルにして、電池５のみから補機１０に電力を供給するようにしている。これにより、エンジン１１の燃費が良くなる。
【００３８】
また、巻き上げ開始時及び巻き上げ終了時には、電池５の充電状態（ＳＯＣ）に基づいて、エンジン回転数の切り替えのタイミングを替えている。よって、インバータ３の直流母線に接続された電池５の過充電及び過放電を防止することができる。
【００３９】
図１０及び図１１は、上記の制御に基づき実際に実験を行った際の実験結果を示す図である。図１０は従来のハイブリッド方式でない荷役機械を用いて行った実験結果を示しており、図１１は本発明のハイブリッド方式の荷役機械を用いて行った実験結果を示している。実験において、定格負荷（４０．６ｔ）の巻上及び巻下と無負荷の巻上及び巻下を１時間にそれぞれ１０回行なった。また、図１１に示す本実施形態の実験においては、図３〜図６に示すように、巻き上げ開始時及び巻き下げ終了時に、電池５のＳＯＣに基づいて所定時間α、βを設定して実験を行った。図１０及び図１１に示すように、エンジンの燃料消費量を比較すると、従来は実験開始から６０分経過後のエンジンの燃料消費量が１７．７リットルであったのに対し、本発明は６．１リットルであった。この実験結果により、本発明の荷役機械１００は、従来の荷役機械と比較して、約６５．５％の燃料消費量を低減できることを確認できた。すなわち、本願発明の荷役機械１００は、従来の荷役機械と比較して燃費が良くなることを確認できた。また、電池５のＳＯＣに基づいて所定時間α、βを設定することにより、図１１のΔＳＯＣに示すように、インバータ３の直流母線に接続された電池５の充電状態が安定することも確認できた。
【００４０】
ここで、ニッケル水素電池の特性について説明する。図１２に、各種電池等のＳＯＣ（state of charge）に対する電圧変化を示すＳＯＣ特性を示す。曲線ａはニッケル水素電池の電圧変化、曲線ｂは鉛蓄電池の電圧変化、曲線ｃはリチウムイオン電池の電圧変化、曲線ｄは電気二重層キャパシタの電圧変化を示す。ＳＯＣの変動に対する電圧変化（ΔＶ／ΔＳＯＣ）は、ニッケル水素電池で約０．１、鉛蓄電池で約１．５、リチウムイオン電池で約２、電気二重層キャパシタで約３になっている。つまり、同じ電圧変化とすれば、ニッケル水素電池は、鉛蓄電池の１／１５に、リチウムイオン電池の１／２０に、電気二重層キャパシタの１／３０に小さくできる。
【００４１】
図１２に示すように、曲線ａで示されるニッケル水素電池は、他の電池等に比較して電圧の変動に対するＳＯＣの変動が広い範囲Ｓという特性を有する。すなわち、ニッケル水素電池は、ＳＯＣの変動に対して電池電圧の変動が小さい。これに比べて、曲線ｂ、ｃ、ｄで示される他の電池等では、ＳＯＣの変動に対して電池電圧の変動が大きい。例えば、ＳＯＣの中央値でみれば、ニッケル水素電池では、中央値の電圧をＶ１とし、電圧変動が範囲ｄＶ１内におさまるように使用する場合、ＳＯＣの範囲Ｓのほぼ全てにおいて使用することができ、電池容量を有効に利用することができる。これに対し、鉛蓄電池を中央値の電圧をＶ２とし、電圧変動がｄＶ２内におさまるように使用する場合には、ＳＯＣが狭い範囲でしか使用することができず、電池容量を有効に利用できない。同様に、リチウムイオン電池を中央値の電圧をＶ３とし電圧変動が範囲ｄＶ３内におさまるように使用する場合には、ＳＯＣが狭い範囲でしか使用することができず、電池容量を有効に利用できない。ここで、電圧変動範囲の大きさは、ｄＶ１／Ｖ１＝ｄＶ２／Ｖ２＝ｄＶ３／Ｖ３とする。
【００４２】
したがって、ＳＯＣが範囲Ｓの中ほど、例えばＳＯＣが４０〜６０パーセントのときの電池電圧が、直流母線の定格出力電圧と等しいあるいは略等しいニッケル水素電池を、図２のように直流母線に直結した場合、ニッケル水素電池の充放電が繰り返されることによりその充電状態が変動しても電池電圧の変動を非常に小さく抑えることができるので、電池容量を有効に利用することができる。
【００４３】
ニッケル水素電池は、直流母線電圧の変動許容範囲で、ＳＯＣ特性の大半がカバーされるため、電池内の容量が有効に利用される。一方、ニッケル水素電池と比較して他の種類の二次電池では、ＳＯＣに対する電圧変化の傾斜が大きいので、直流母線に許容される電圧範囲で、有効な電池容量は比較的小さくなる。即ち、ニッケル水素電池以外の鉛蓄電池やリチウムイオン電池等の二次電池をき電線に直結して使用しようとすれば、ニッケル水素電池と比較して結果的に多数の電池が必要になり、広大な設置面積が必要となり、更に設備費が高価となる。
【００４４】
３．  まとめ
本実施形態によれば、モータ４を駆動しているときは、主としてエンジン発電機１から電力を供給し、モータ４を停止しているときは電池５から電力を供給することで、エンジン発電機１と電池５の負荷分担を調整している。具体的には、モータ４を駆動している間は、エンジン１１を定格回転させて、主としてエンジン発電機１からの電力でモータ４を駆動し、モータ駆動を行わず、大きな電力が不要な期間は、エンジン１１をアイドルにして、電池５のみから補機１０に電力を供給するようにしている。これにより、モータ駆動を行わない期間の燃料消費を低減でき、燃費が良くなる。エンジン１１のアイドル時間が長ければ長いほど、燃料消費量の低減の効果が得られる。
【００４５】
また、巻き上げ用モータを駆動しているときは、主としてエンジン発電機から電力を供給し、巻き上げ用モータを停止しているときは、電池から電力を供給している。よって、横移動用モータなどの駆動のための電力は、主として、電池から供給することになる。これにより、エンジンは低負荷ないしは部分負荷で運転することを避けることができるので、燃費が良くなると共に、パティキュレート（煤など）の発生に伴う環境負荷を抑えることができる。
【００４６】
ニッケル水素電池は、内部抵抗が小さく、かつＳＯＣ(state of charge)の変動による電圧変動が小さく電池容量を有効利用できるため、他の二次電池に比べて小容量の電池を用いることができ、大きな設置場所を必要としない。また、電池５として、ＳＯＣによる電池起電力の変化が小さいニッケル水素電池を使用することにより、電池５をインバータの直流母線に直接接続することが可能となるため、電池５と直流母線との間に従来技術で必要であった、電池５の充放電を制御する充放電制御装置が不要となる。本実施形態によれば、充放電制御装置を用いないため、充放電制御装置の設置スペースが不要となる。また、高価な充放電制御装置を用いないため、装置全体として安価になる。
【００４７】
電池５を直流母線に直接接続すると、電池５への充放電が、電池５の起電力とインバータ３の直流母線の電圧との差によって決まるため、電池５が過充電又は過放電になる場合がある。しかし、本実施形態によれば、運転指令が入力されたとき、電池モニタ６により算出される電池５のＳＯＣに基づいて所定時間αを設定し、設定した時間αが経過するまでの間、エンジン発電機１のエンジン回転数をアイドルのままにしている。よって、巻き上げが電池５からの電力のみで行われ、電池５が消費される。これにより、電池５の過充電を防ぐことができる。また、運転指令の入力が終了したときは、電池モニタ６により算出される電池５のＳＯＣに基づいて、所定時間βを設定し、所定時間βが経過するまでは、エンジン発電機１のエンジン回転数を定格回転のままにしている。これにより、エンジン発電機１から出力される電力で、電池５が充電される。よって、電池５の過放電を防ぐことができる。
【００４８】
また、所定時間α、βの長さを電池モニタ６により算出される電池５のＳＯＣに基づいて設定することにより、電池５を所望のＳＯＣに近づけることができる。よって、より確実に電池５の過充電及び過放電を防止することができる。これにより、電池５の寿命の延命化に寄与できる。
【００４９】
エンジン発電機１と電池５による巻き上げ時の負荷分担はそれぞれの電圧によって決まる。電池５の電圧が発電機１２の電圧よりも低くなるように設定しておけば、巻き上げ時の電池５の負荷分担は小さくなり、巻き上げ時における電池５の放電量が減る。よって、回生によって電池５に蓄積された電力をエンジンアイドル時の補機１０への給電に十分に使用することができる。例えば、インバータ３に電池５を直結する前に、予め電池５の電圧を下げておくことにより、巻き上げ時の電池５の負荷分担を小さくすることができる。
【００５０】
４．  変形例
なお、本実施形態においては、モータ４が巻き上げ用モータである場合について説明したが、モータ４は、トラバーサ１０５を横行させるための横行用モータ、又はタイヤ１０７を走行させるための走行用モータであってもよい。この場合であっても、本実施形態を適用できる。すなわち、走行が行われていない間及び横行が行われていない間、エンジン１１をアイドルにすることにより、燃費を良くすることができる。さらに、走行開始時及び走行終了時、又は横行開始時及び横行終了時において、電池５のＳＯＣに基づいて、所定時間α、βを設定し、エンジン回転数の切り替えタイミングを制御することにより、電池５の過充電及び過放電を防止できる。
【００５１】
なお、電池５は、ニッケル水素電池以外の蓄電設備であってもよい。例えば、電池５は、鉛蓄電池、リチュームイオン電池、電気二重層キャパシタであってもよい。この場合、電池もしくはキャパシタなどの蓄電設備の間には、充放電制御装置を配して、電池等の電圧を適宜、昇降圧して、直流母線に接続してもよい。この場合であっても、本願発明の所定の効果を得ることができる。
【００５２】
なお、本実施形態においては、所定時間α、βを０〜１２秒の範囲で設定したが、この値は変更可能である。例えば、所定時間αは、電池５のＳＯＣが十分に大きいとき（例えば、９０％以上のとき）は、電池５のみで巻き上げを完了することができる時間に設定してもよい。
【００５３】
また、荷役機械１００は、ＲＴＧの他、ガントリークレーン、ジブクレーン等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の制御装置及び制御方法によれば燃費を良くすることができるという効果を有し、ＲＴＧなどの荷役機械に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の制御装置を含む荷役機械の外観図
【図２】図１の荷役機械の構成を示すブロック図
【図３】巻き上げ開始時のフローチャート
【図４】所定時間αの特性図
【図５】巻き上げ終了時のフローチャート
【図６】所定時間βの特性図
【図７】所定時間α、βが設けられない場合の例を示すタイミングチャート
【図８】所定時間αが設けられる場合の例を示すタイミングチャート
【図９】所定時間βが設けられる場合の例を示すタイミングチャート
【図１０】従来の実験結果を示すグラフ
【図１１】本発明の実験結果を示すグラフ
【図１２】各種電池のＳＯＣに対する電圧変化を示すＳＯＣ特性図
【符号の説明】
【００５６】
１        エンジン発電機
２        エンジン発電機制御装置
３        インバータ
４        モータ
５        電池
６        電池モニタ
７        パワーフロー制御装置
８        運転指令部
９        ＤＣ／ＡＣコンバータ
１０      補機
１１      エンジン
１２      発電機
３１      コンバータ部
３２      インバータ部
１００  荷役機械
１０１  コンテナ
１０３  スプレッダ
１０５  トラバーサ
１０７  タイヤ
１０９  ワイヤーロープ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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