CN107914588B - 搭载有燃料电池系统的工业车辆 - Google Patents

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Abstract

提供一种即使在车辆钥匙开关频繁地接通/断开的使用环境下，也能防止燃料电池堆的劣化和能量效率的下降的、搭载有燃料电池系统的工业车辆。搭载有燃料电池系统(1)的工业车辆(100)的特征在于，当使车辆钥匙开关(22)从断开成为接通时，开始燃料电池系统(1)的发电，当使车辆钥匙开关(22)从接通成为断开时，开始燃料电池系统的电压保持控制，当在车辆钥匙开关(22)为接通时通过该车辆钥匙开关进行预定的操作时，停止燃料电池系统的发电。另外，当开始电压保持控制后经过预定时间时，搭载有燃料电池系统(1)的工业车辆(100)停止燃料电池系统(1)的发电。

Description

搭载有燃料电池系统的工业车辆
技术领域
本发明涉及搭载有燃料电池系统的工业车辆(日文：産業車両)，尤其涉及与车辆钥匙开关的接通(ON)/断开(OFF)联动地进行燃料电池系统的控制的、搭载有燃料电池系统的工业车辆。
背景技术
正在开展搭载有燃料电池系统的车辆的实用化。在一般的燃料电池系统中，向层叠多个发电单元电池(cell)而构成的燃料电池堆供给氢气和空气，这些氢气与空气中的氧在各发电单元电池的内部发生化学反应，由此进行发电。
当前，在叉车等工业车辆中出现了搭载有燃料电池系统的工业车辆。在这样的搭载有燃料电池系统的工业车辆中，存在与车辆钥匙开关的接通/断开联动地进行燃料电池系统的控制的工业车辆。通常，当车辆钥匙开关接通时，开始燃料电池系统的发电并且成为能够进行车辆操作的状态，当车辆钥匙开关断开时，停止燃料电池系统的发电并且成为不能进行车辆操作的状态。在专利文献1中记载了这样的工业车辆的一例。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-50240号公报
发明内容
发明要解决的问题
在叉车等工业车辆中，驾驶员为了进行各种作业会频繁地上下车，此时，作为安全教育的一环，例如经常进行如下指导：即使在暂时从车辆下来时，也要使车辆钥匙开关断开。因此，在工业车辆中车辆钥匙开关会频繁地接通/断开，与此联动地会频繁地反复进行燃料电池系统的发电的开始和停止。
通常，频繁地反复开始和停止燃料电池系统的发电会加快燃料电池堆的劣化的进展。已知特别是在发生超出燃料电池堆的单元电池电压所能取得的最低容许电压(约为0.6V)的电压变动时，劣化会快速进展。
另外，在开始燃料电池系统的发电时，需要开始驱动用于向燃料电池堆供给空气的空气压缩机，空气压缩机在驱动开始时需要较多的电力。另外，在停止燃料电池系统的发电时，在发电停止后也需要驱动空气压缩机一定时间来将残留于燃料电池堆内的水排出，这也需要电力。即，频繁地反复开始和停止燃料电池系统的发电，从能量效率方面来看也存在问题。
本发明是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的在于，提供一种即使在车辆钥匙开关频繁地接通/断开的使用环境下，也能够防止燃料电池堆的劣化和能量效率的下降的、搭载有燃料电池系统的工业车辆。
用于解决问题的技术方案
为了解决上述的问题，本发明的搭载有燃料电池系统的工业车辆，其特征在于，当使车辆钥匙开关从断开成为接通时，开始由燃料电池系统进行的发电，当使车辆钥匙开关从接通成为断开时，开始燃料电池系统的电压保持控制，当在车辆钥匙开关为接通时通过该车辆钥匙开关进行了预定的操作时，停止由燃料电池系统进行的发电。
也可以是，当从开始电压保持控制起经过预定时间时，停止由燃料电池系统进行的发电。
预定的操作可以是以预定次数连续使车辆钥匙开关从接通成为断开的操作。
预定的操作也可以是使车辆钥匙开关从接通成为启动位置然后再使其断开的操作。
发明的效果
根据本发明的搭载有燃料电池系统的工业车辆，即使在车辆钥匙开关频繁地接通/断开的使用环境下，也能够防止燃料电池堆的劣化和能量效率的下降。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的搭载有燃料电池系统的工业车辆的构成的图。
图2是示出本发明的实施方式的搭载有燃料电池系统的工业车辆的车辆钥匙开关的图。
图3是示出根据本发明的实施方式的搭载有燃料电池系统的工业车辆中的车辆钥匙开关的操作而进行的控制的图。
图4是示出本发明的实施方式的搭载有燃料电池系统的工业车辆中的电压保持控制的工作的图。
图5是示出本发明其他的实施方式的搭载有燃料电池系统的工业车辆的车辆钥匙开关的图。
附图标记说明
1 燃料电池系统
22、522 车辆钥匙开关
100 工业车辆。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
实施方式
图1中示出本发明的实施方式的搭载有燃料电池系统1的工业车辆100的构成。此外，以下的说明中，燃料电池系统1是作为搭载在叉车等具有装卸装置的工业车辆上的系统而说明的，但本申请发明的应用范围不限定于此，例如工业车辆100也可以是牵引车等工业车辆。
燃料电池系统1具备燃料电池堆2、能够供给氢气的氢罐3以及能够供给包含氧的空气的空气压缩机4。燃料电池堆2具有将多个发电单元电池层叠而得到的结构，所述发电单元电池是由阳极(氢极)和阴极(空气极)夹着固体高分子电解质而形成的，向各发电单元电池的阳极供给氢气，向阴极供给空气。并且，通过各发电单元电池内部的、氢气与空气中的氧的化学反应生成电能，进行燃料电池堆2的发电。
在氢罐3与燃料电池堆2之间的氢供给管5的路径中设有用于调整向燃料电池堆2供给的氢气的流量的由喷射器(injector)等构成的流量调整阀6和与氢回流管7连接的喷射泵(ejector)8，在氢回流管7的路径中设有电动泵9。
从氢罐3经过氢供给管5向燃料电池堆2供给的氢气，其一部分因燃料电池堆2内的化学反应而被消耗，没有参与化学反应而向氢回流管7排出的氢气在电动泵9的作用下被导入喷射泵8，并再次被供给到燃料电池堆2。
另一方面，从空气压缩机4经过空气供给管10向燃料电池堆2供给的空气，其一部分因燃料电池堆2内的化学反应而被消耗，没有参与化学反应而向空气排气管11排出的空气经由未图示的排气路径被释放到外气中。
燃料电池系统1的发电由燃料电池系统控制器12控制。燃料电池系统控制器12由微计算机构成，能够取得由电压传感器13检测到的燃料电池堆2的单元电池电压Vc。燃料电池系统控制器12通过控制流量调整阀6的开闭和电动泵9的转速来调整向燃料电池堆2供给的氢气的流量，并且通过控制空气压缩机4的排放流量来调整向燃料电池堆2供给的空气的流量，由此对燃料电池堆2的发电电力进行控制。
在燃料电池堆2的输出连接有DC/DC转换器14，在DC/DC转换器14的输出连接有电容器15。电容器15的输出与燃料电池系统1的输出端子16连接。
在燃料电池系统1的输出端子16连接有由装卸马达、行驶马达等构成的车辆负载17。从燃料电池堆2输出的直流电力，在通过DC/DC转换器14降压至预定的电压后被供给至车辆负载17。此时，在燃料电池堆2的发电电力超过车辆负载17的要求电力的情况下，剩余的电力被充电到电容器15，在发电电力低于要求电力的情况下，从电容器15向车辆负载17供给不足部分的电力。
另外，工业车辆100具备由微计算机构成的车辆控制器18。车辆控制器18基于由驾驶员操作的方向盘19、加速器踏板20、升降杆(lift lever)21等、以及车辆钥匙开关22的状态来控制燃料电池系统1和车辆负载17。
如图2所示，由驾驶员操作的车辆钥匙开关22能够取断开和接通这两种状态。在车辆钥匙开关22断开时，工业车辆100为不可操作的停止状态。此时，流量调整阀6为闭状态并且电动泵9以及空气压缩机4也为停止状态，向燃料电池堆2的氢气以及空气的供给完全停止。因此，不进行在燃料电池堆2的发电，其单元电池电压Vc为0V。另外，车辆控制器18以及燃料电池系统控制器12为待机状态。
接着，说明该实施方式的搭载有燃料电池系统1的工业车辆100中的、根据驾驶员对车辆钥匙开关22的操作而进行的控制。
(车辆的启动：开始燃料电池系统的发电)
在使停止状态的车辆启动时，工业车辆100的驾驶员使车辆钥匙开关22从断开成为接通。当车辆钥匙开关22从断开成为接通时，车辆控制器18成为起动状态，成为能够进行车辆的操作的状态。成为了起动状态的车辆控制器18通过对燃料电池系统控制器12发送单元起动信号，使燃料电池系统控制器12成为起动状态。成为了起动状态的燃料电池系统控制器12使流量调整阀6成为开状态并且开始驱动电动泵9以及空气压缩机4，由此开始向燃料电池堆2供给氢气以及空气，开始燃料电池堆2的发电(参照图3(A))。
当燃料电池系统1的发电开始时，燃料电池堆2的单元电池电压Vc从0V起逐渐上升。此后，燃料电池系统控制器12对燃料电池堆2的发电电力进行控制，使得由电压传感器13检测到的单元电池电压Vc不引起各发电电池的性能劣化而维持在可使用的最低电压(最低容许电压：Vmin)与最大电压(最大容许电压：Vmax)之间。
(车辆的短时间的停止：燃料电池系统的电压保持控制)
驾驶员在为了进行各种作业而暂时下车等使车辆成为短时间停止状态时，使车辆钥匙开关22从接通成为断开。当车辆钥匙开关22从接通成为断开时，车辆控制器18使车辆成为不可操作的停止状态，并且对燃料电池系统控制器12发送电压保持控制的开始信号。接收到开始信号的燃料电池系统控制器12开始燃料电池系统1的电压保持控制(参照图3(B))。该电压保持控制是指使燃料电池堆2的发电电力成为最小限度且将其单元电池电压Vc保持在最低容许电压Vmin与最大容许电压Vmax之间的控制。
在燃料电池系统1的电压保持控制中，通常以规格上所容许的最低排放流量驱动空气压缩机4。另一方面，流量调整阀6通常为闭状态，当氢的压力下降时成为开状态，另外，电动泵9也以低转速驱动，从而微量且持续地向燃料电池堆2供给氢气。
如图4所示，在这样的状态下，燃料电池系统控制器12，当由电压传感器13检测到的燃料电池堆2的单元电池电压Vc下降至被设定得比最低容许电压Vmin稍高的预定的阈值电压V1时，以比最低排放流量多的流量驱动空气压缩机4，当燃料电池堆2的单元电池电压Vc上升至被设定得比最大容许电压Vmax稍低的预定的阈值电压V2时，使空气压缩机4再次回到最低排放流量。由此，将燃料电池堆2的单元电池电压Vc保持在最低容许电压Vmin与最大容许电压Vmax之间。
在执行上述的电压保持控制的期间，当由驾驶员再次使车辆钥匙开关22从断开成为接通时，车辆控制器18使车辆成为可操作的启动状态，并且对燃料电池系统控制器12发送再次开始发电信号。接收到再次开始发电信号的燃料电池系统控制器12使燃料电池系统1的发电再次开始。此时，因为燃料电池堆2的单元电池电压Vc一开始就处于比最低容许电压Vmin高的状态，所以单元电池电压Vc没有从0V起跨过最低容许电压Vmin而上升的过程，可防止燃料电池堆2的劣化。另外，在执行电压保持控制的期间，空气压缩机4没有完全停止，因此，可防止在空气压缩机4的驱动开始时消耗大量的电力而使能量效率下降的情况。
另外，当从发送电压保持控制的开始信号起经过预定时间(例如10分钟左右)时，车辆控制器18对燃料电池系统控制器12发送发电停止信号，由此停止燃料电池系统1的发电。这是因为，即使在驾驶员打算使车辆暂时停止而使车辆钥匙开关22从接通成为断开的情况下，也可能因非本意的原因而长时间没有再启动车辆。
(车辆的长时间的停止：停止燃料电池系统的发电)
驾驶员在作业结束时等想要使车辆成为长时间停止状态时，连续两次使车辆钥匙开关22从接通成为断开。此外，连续从接通成为断开的次数不限定于两次，也可以是三次以上。当连续两次使车辆钥匙开关22从接通成为断开时，车辆控制器18使车辆成为不可操作的停止状态，并且对燃料电池系统控制器12发送停止发电信号。
接收到停止发电信号的燃料电池系统控制器12，在使流量调整阀6成为闭状态并且使电动泵9停止后，经过一定时间后使空气压缩机4完全停止，使向燃料电池堆2的氢气以及空气的供给停止，由此使在燃料电池堆2的发电停止(参照图3(C))。当燃料电池系统1的发电停止时，燃料电池系统控制器12以及车辆控制器18成为待机状态。
像以上说明的那样，在本发明的实施方式的搭载有燃料电池系统1的工业车辆100中，驾驶员在欲使车辆长时间停止时连续两次使车辆钥匙开关22从接通成为断开。由此，停止燃料电池系统1的发电。另外，驾驶员在欲使车辆短时间停止时使车辆钥匙开关22从接通成为断开。此时，进行使燃料电池堆2的发电电力成为最小限度且将其单元电池电压Vc保持在最低容许电压Vmin与最大容许电压Vmax之间的电压保持控制。
在执行电压保持控制的期间再次使车辆钥匙开关22接通而开始燃料电池系统1的发电时，因为燃料电池堆2的单元电池电压Vc一开始就处于比最低容许电压Vmin高的状态，所以电池电压Vc没有从0V起跨过最低容许电压Vmin而上升的过程，可防止燃料电池堆2的劣化。另外，在执行电压保持控制的期间，空气压缩机4没有完全停止，因此，可防止在空气压缩机4的驱动开始时消耗大量的电力而使能量效率下降的情况。由此，即使在车辆钥匙开关22频繁地接通/断开的使用环境下，也能够防止燃料电池堆2的劣化和能量效率的下降。
另外，在上述的实施方式中，当从开始电压保持控制起经过预定时间时，停止燃料电池系统1的发电。由此，在驾驶员打算使车辆暂时停止而使车辆钥匙开关22从接通成为断开时，即使在因意想不到的原因而长时间没有再启动车辆的情况下，也可以防止不必要地持续进行发电的情况。
其他实施方式
在上述实施方式中，车辆钥匙开关22是能够取断开和接通这两种状态的车辆钥匙开关，但例如图5所示，也可以使用在发动机搭载型的一般车辆中普及的能够取断开、接通以及启动位置这三种状态的车辆钥匙开关522。在该情况下，可以在欲使车辆短时间停止时使车辆钥匙开关522从接通成为断开，在欲使车辆长时间停止时使车辆钥匙开关522从接通暂时达到启动位置然后使其断开。

Claims (3)

1.一种搭载有燃料电池系统的工业车辆，其特征在于，
当使车辆钥匙开关从断开成为接通时，开始由所述燃料电池系统进行的发电，
当使所述车辆钥匙开关从接通成为断开时，开始所述燃料电池系统的电压保持控制，
当在所述车辆钥匙开关为接通时通过该车辆钥匙开关进行了预定的操作时，停止由所述燃料电池系统进行的发电，
所述预定的操作是以预定次数连续使所述车辆钥匙开关从接通成为断开的操作。
2.一种搭载有燃料电池系统的工业车辆，其特征在于，
当使车辆钥匙开关从断开成为接通时，开始由所述燃料电池系统进行的发电，
当使所述车辆钥匙开关从接通成为断开时，开始所述燃料电池系统的电压保持控制，
当在所述车辆钥匙开关为接通时通过该车辆钥匙开关进行了预定的操作时，停止由所述燃料电池系统进行的发电，
所述车辆钥匙开关按断开、接通、启动位置的顺序具备断开、接通以及启动位置，所述启动位置是使由所述燃料电池系统进行的发电停止时经过的位置，
所述预定的操作是使所述车辆钥匙开关从接通暂时达到所述启动位置然后使其断开的操作。
3.根据权利要求1或2所述的搭载有燃料电池系统的工业车辆，其特征在于，当从开始所述电压保持控制起经过预定时间时，停止由所述燃料电池系统进行的发电。
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