JP2019193321A - 燃料電池式産業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】キーオン操作による燃料電池スタックの起動に規制をかける起動規制制御が適用された場合に、安定化電源等の外部設備を使用しなくても、蓄電装置の電圧を回復可能とする。【解決手段】車両本体２００と、燃料電池ユニット１００とを備え、燃料電池ユニット１００は、ＦＣスタック１と、蓄電装置１２とを有し、車両本体２００は、蓄電装置１２を介して燃料電池ユニット１００から供給される電力によって動作する燃料電池式産業車両であって、車両本体２００を制御するためのアクセルペダルスイッチ３３と、燃料電池ユニット１００を制御するためのオートパワーオフ解除スイッチ１５と、蓄電装置１２の電圧が所定閾値電圧未満となってキーオン操作による起動規制制御が適用された状況であっても、上記２つのスイッチが所定の条件を満たすようにオン状態となった場合に、ＦＣスタック１を起動して蓄電装置１２への充電を開始するように制御するＦＣ制御装置５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、産業車両に関し、特に、燃料電池式産業車両に関する。

近年、産業車両をはじめとする車両用の駆動源として、クリーンでエネルギー効率が高い燃料電池が注目されている。燃料電池を駆動源とした燃料電池式産業車両では、燃料電池で発電した電力を蓄電装置に蓄え、この蓄電装置を介して車両負荷に電力を供給する構成が採用されている（たとえば、特許文献１および特許文献２を参照）。

このような構成では、蓄電装置から車両負荷に電力を供給した場合に、蓄電装置の蓄電量の減少にともなって蓄電装置の電圧が低くなる。このため、燃料電池式産業車両においては、蓄電装置の蓄電量を一定のレベル以上に維持するために、蓄電装置の電圧をセンサで検出し、検出した蓄電装置の電圧に基づいて燃料電池の発電状態を制御している。また、燃料電池式産業車両は、コンプレッサと燃料電池スタックを含む燃料電池ユニットを備え、オペレータが車両始動用のキーを停止位置から始動位置に操作（以下、「キーオン操作」という。）したときに、コンプレッサから燃料電池スタックに空気を送ることにより、燃料電池スタックが起動するようになっている。

特開２００６−３５１４０７号公報 特開２００９−２３２５５５号公報

しかしながら、燃料電池式産業車両に何らかの故障が発生し、これが原因で燃料電池スタックを起動できない状況に陥ることがある。そうした場合、燃料電池式産業車両を修理しないままオペレータが何度もキーオン操作を繰り返すと、その都度、燃料電池ユニットでは燃料電池スタックを起動しようとして電力が消費され、蓄電装置の蓄電量が減っていく。そして、蓄電量の減少によって蓄電装置の電圧が下限閾値電圧を下回ると、それ以上の電力消費を避けるために、燃料電池ユニットでは、キーオン操作が行われても燃料電池スタックを起動しないように規制をかける起動規制制御が適用される。

起動規制制御の適用の有無は、蓄電装置の電圧が下限閾値電圧未満であるかどうかによって決まっており、サービスマン等が燃料電池式産業車両を修理して故障を解消した後でも、蓄電装置の電圧が下限閾値電圧以上に回復しないかぎり適用される。このため、修理後に起動規制制御を解除するには、外部設備となる安定化電源を用意して蓄電装置に接続し、安定化電源が出力する電力によって蓄電装置を充電することにより、蓄電装置の電圧を下限閾値電圧以上に回復させる必要がある。
また、外部設備からの充電は、通常の燃料電池による充電とは異なる作業のため、例えば蓄電装置を満充電まで回復させようとした際には蓄電装置が過充電にならないよう、サービスマン等が蓄電装置の電圧を確認しながらゆっくりと充電する必要がある。このため、燃料電池式産業車両の修理を終えてから蓄電装置の電圧を回復させるまでに手間と時間がかかってしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、燃料電池ユニットにおいて蓄電装置の電圧が低くなって起動規制制御が適用された場合に、安定化電源等の外部設備を使用しなくても、蓄電装置の電圧を回復させることができる燃料電池式産業車両を提供することにある。

本発明は、車両本体と、前記車両本体に搭載される燃料電池ユニットとを備え、前記燃料電池ユニットは、燃料電池と、前記燃料電池が発電する電力を蓄える蓄電装置とを有し、前記車両本体は、前記蓄電装置を介して前記燃料電池ユニットから供給される電力によって動作する燃料電池式産業車両であって、前記車両本体を制御するために設けられる第１のスイッチと、前記燃料電池ユニットを制御するために設けられる第２のスイッチと、前記蓄電装置の電圧が所定閾値電圧未満となってキーオン操作による前記燃料電池スタックの起動に規制をかける起動規制制御が適用された状況であっても、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチが所定の条件を満たすようにオン状態となった場合に、前記燃料電池を起動して前記蓄電装置への充電を開始するように制御する制御部と、を備える。

本発明に係る燃料電池式産業車両は、車両始動用のキーの操作に応じてオンオフ状態が切り替わるキースイッチを有し、前記制御部は、前記キースイッチがオン状態となっている期間中に、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチが前記所定の条件を満たすようにオン状態となったか否かを判断してもよい。

また、前記第１のスイッチは、前記車両本体の動作を制御するために操作される操作部材の動きに応じてオンオフ状態が切り替わる操作感知スイッチであってもよい。

また、前記操作部材はブレーキペダルであり、前記操作感知スイッチは、前記ブレーキペダルが押されているときにオン状態となるブレーキペダルスイッチであってもよい。

前記車両本体は、前記燃料電池ユニットを覆う開閉可能なカバーを有し、前記第２のスイッチは、前記燃料電池ユニットと共に前記カバーで覆われ、前記カバーを開けることで操作可能になるスイッチであってもよい。

また、前記第２のスイッチは、オートパワーオフ機能を解除するためのオートパワーオフ解除スイッチであってもよい。

また、前記制御部は、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチが前記所定の条件を満たすようにオン状態となった場合に、前記燃料電池が最大の発電量で発電を開始するように前記燃料電池の発電状態を制御するものであってもよい。

本発明によれば、燃料電池ユニットにおいて蓄電装置の電圧が低くなって起動規制制御が適用された場合に、安定化電源等の外部設備を使用しなくても、蓄電装置の電圧を回復させることができる。

本発明の実施形態に係る燃料電池式産業車両の構成例を模式的に示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池式産業車両の外観を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池式産業車両における燃料電池スタックの発電状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池式産業車両において、ＦＣ制御装置が行う復旧制御処理を説明するタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

＜燃料電池式産業車両の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池式産業車両の構成例を模式的に示すブロック図である。本発明に係る燃料電池式産業車両は、車両本体２００と、車両本体２００に搭載される燃料電池ユニット１００とを備える産業車両である。なお、本発明の実施形態においては、燃料電池式産業車両として、フォークリフト３００を例に挙げて説明する。

（燃料電池ユニット）
燃料電池ユニット１００は、燃料電池スタック(Fuel Cell Stack)１と、水素タンク２と、コンプレッサ３と、を備えている。燃料電池スタック１（以下、「ＦＣスタック」ともいう。）は、図示しない複数の発電セルを積層した構成になっている。各々の発電セルは、たとえば、固体高分子電解質をアノード極とカソード極とによって挟み込んで形成される。水素タンク２は、ＦＣスタック１に対して、発電のための燃料ガスとなる水素を供給する。コンプレッサ３は、ＦＣスタック１に対して、酸化剤ガスとなる酸素を含む空気を供給する。ＦＣスタック１と水素タンク２の間には、流量制御弁４が設けられている。流量制御弁４は、水素タンク２からＦＣスタック１に供給される水素の量を調整するものである。

ＦＣスタック１は、水素タンク２から流量制御弁４を通してＦＣスタック１に供給される水素と、コンプレッサ３からＦＣスタック１に供給される空気中の酸素との化学反応により、電気エネルギーを生成する。すなわち、ＦＣスタック１は、水素と酸素の化学反応により発電する。

ＦＣスタック１には、ＦＣスタック１を冷却するための冷却機構が接続されている。冷却機構は、冷却水路６と、水温センサ７と、ラジエータ８と、ウォータポンプ９と、冷却ファン１０と、を備えた構成になっている。冷却水路６は、ＦＣスタック１を冷却する冷却水が流れる水路である。冷却水路６の一部は、ＦＣスタック１が発生する熱を吸収可能に配置されている。これにより、冷却対象となるＦＣスタック１と、冷却水路６を流れる冷却水との間で熱交換が行われ、この熱交換によってＦＣスタック１が冷却される構成になっている。

水温センサ７は、冷却水路６を流れる冷却水の温度を検出するものである。水温センサ７は、ＦＣスタック１からラジエータ８に至る冷却水路６の途中に設けられている。水温センサ７が検出する冷却水の温度は、ＦＣ制御装置５に入力される。ラジエータ８は、冷却水路６に流れる冷却水を冷却するものである。ウォータポンプ９は、冷却水路６を流れる冷却水を循環させるポンプである。ウォータポンプ９は、ラジエータ８からＦＣスタック１に至る冷却水路６の途中に設けられている。ウォータポンプ９は、ＦＣスタック１の発電量に基づいて回転数が設定されており、冷却ファン１０が回転している時には最大回転数で回転し冷却水を送る。

冷却ファン１０は、ラジエータ８を冷却するものである。冷却ファン１０は、冷却ファン１０自身の回転によって空気流を発生させる。冷却ファン１０が発生する空気流は、ラジエータ８に吹き付けられ、これによってラジエータ８が冷却される。

ＦＣスタック１の出力には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と蓄電装置１２が電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、ＦＣスタック１から出力される直流電圧を所定の直流電圧に降圧して出力するものである。蓄電装置１２は、車両負荷２０に供給される直流電力を安定化させる役目を果たす。蓄電装置１２は、ＦＣスタック１が生成する電気エネルギーを充電によって蓄える充電機能と、充電によって蓄えた電気エネルギーを放出する放電機能とを有する。蓄電装置１２は、たとえば、キャパシタまたは二次電池などによって構成される。充電によって蓄電装置１２に蓄えられた電力は、車両本体２００の車両負荷２０で消費されるほか、燃料電池ユニット１００のコンプレッサ３や冷却ファン１０でも消費される。

蓄電装置１２には電圧センサ１３が電気的に接続されている。電圧センサ１３は、蓄電装置１２の電圧を検出するセンサである。電圧センサ１３が検出する蓄電装置１２の電圧値は、ＦＣ制御装置５に入力される。ＦＣスタック１とＤＣ／ＤＣコンバータ１１の間には、発電量センサ１４が電気的に接続されている。発電量センサ１４は、ＦＣスタック１が発電する発電量を検出するセンサである。発電量センサ１４が検出するＦＣスタック１の発電量は、ＦＣ制御装置５に入力される。

ＦＣ制御装置５は、燃料電池ユニット１００全体の処理および動作を制御するものである。ＦＣ制御装置５は、たとえば、マイクロコンピュータ等によって構成される。ＦＣ制御装置５には、制御対象として、コンプレッサ３と、流量制御弁４と、冷却ファン１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１が、それぞれ電気的に接続されている。また、ＦＣ制御装置５には、水温センサ７と、電圧センサ１３と、発電量センサ１４が、それぞれ電気的に接続されている。これらのセンサは、ＦＣ制御装置５に参照情報を入力するセンサである。参照情報は、ＦＣ制御装置５が制御対象を制御する際に参照する情報である。さらに、ＦＣ制御装置５には、オートパワーオフ解除スイッチ１５と蓋感知スイッチ１６が、それぞれ電気的に接続されている。オートパワーオフ解除スイッチ１５と蓋感知スイッチ１６は、いずれも、燃料電池ユニット１００を制御するためにフォークリフト３００に設けられるスイッチである。

オートパワーオフ解除スイッチ１５は、フォークリフト３００が有するオートパワーオフ機能を解除するためのスイッチである。オートパワーオフ機能は、フォークリフト３００の電源を自動的に切断する機能である。オートパワーオフ機能は、車両始動用のキーの切り忘れを防止するための機能であって、フォークリフト３００の無動作および無操作の状態が所定の時間にわたって継続したときに、フォークリフト３００の電源を自動的に切断する。
一方、フォークリフト３００は、燃料電池ユニット１００で発電した電力を外部の電子機器等へ供給する外部給電機能を有している。そして、オートパワーオフ解除スイッチ１５は、外部給電機能を使用する場合に、フォークリフト３００の電源がオートパワーオフ機能によって外部給電中に自動的に切断されないようにオートパワーオフ機能を無効とするために押圧操作されるスイッチである。

オートパワーオフ解除スイッチ１５は、図２に示すように、フォークリフト３００の車両本体２００に設けられたシートスタンド２０１をＡ方向に持ち上げて開けることで操作可能になるスイッチである。オートパワーオフ解除スイッチ１５は、たとえば、押しボタン式のスイッチであって、スイッチを押しているときにオン状態となり、それ以外はオフ状態となる。シートスタンド２０１は、燃料電池ユニット１００を覆う開閉可能なカバーに相当する。シートスタンド２０１は、シート２０２およびフロアカバー２０３を一体に有し、図示しない支軸を中心とした回動動作により開閉可能に設けられている。

フォークリフト３００の通常の使用時には、シートスタンド２０１は図２に実線で示すように閉じた状態とされ、この閉じ状態でオペレータがシート２０２に座ってフォークリフト３００を操作する。また、図２に二点鎖線で示すように、シートスタンド２０１をＡ方向に持ち上げると、シートスタンド２０１と一緒にシート２０２とフロアカバー２０３が持ち上がる。これにより、シートスタンド２０１が開いた状態となる。

シートスタンド２０１を閉じた状態では、オートパワーオフ解除スイッチ１５がシートスタンド２０１で覆われるため、オートパワーオフ解除スイッチ１５を操作することはできない。これに対し、シートスタンド２０１を開けた状態では、オートパワーオフ解除スイッチ１５が外部に露出するため、オートパワーオフ解除スイッチ１５を操作することができる。

蓋感知スイッチ１６は、燃料ガス充填孔を開閉する蓋（不図示）の開閉状態に応じてオンオフ状態が切り替わるスイッチである。具体的には、蓋感知スイッチ１６は、蓋が閉じているときはオフ状態となり、蓋が開いているときはオン状態となる。燃料ガス充填孔は、燃料ガスとなる水素を水素タンク２に充填するために燃料電池ユニット１００に設けられるものである。燃料ガス充填孔を開閉する蓋は、通常は閉じられており、燃料ガスを充填するときに開けられる。

また、ＦＣ制御装置５には、燃料ガスの充填中にガス漏れの有無を検知するために、ガス漏れ検知センサ１７が電気的に接続されている。ＦＣ制御装置５は、蓋感知スイッチ１６がオン状態になるとガス漏れ検知センサ１７を起動し、ガス漏れ検知センサ１７を用いてガス漏れの有無を検知する。また、ＦＣ制御装置５は、ガス漏れ検知センサ１７でガス漏れの発生を検知した場合は、それを報知するための報知処理を行う。

ＦＣ制御装置５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に電流指令値を出力することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１がＦＣスタック１から取り出す出力電流を制御する。また、ＦＣ制御装置５は、ＦＣスタック１の発電状態に基づいて、冷却ファン１０の回転数を制御する。

ＦＣ制御装置５は、コンプレッサ３による空気の供給量と、流量制御弁４による水素の供給量とを制御することにより、ＦＣスタック１の発電状態を制御する。ＦＣスタック１に供給される水素の量と酸素の量が多くなると、それに応じてＦＣスタック１の発電量が多くなる。このため、ＦＣ制御装置５は、コンプレッサ３と流量制御弁４を制御することで、ＦＣスタック１の発電状態を制御することができる。

ＦＣスタック１の発電状態には、ＦＣスタック１の発電量の違いに応じて複数の状態がある。本実施形態においては、一例として、ＦＣスタック１の発電状態が４つあるものとする。４つの発電状態は、発電停止、低発電、中発電、高発電に分かれる。発電停止は、ＦＣスタック１の発電量がゼロ、すなわちＦＣスタック１が発電を停止している状態である。高発電は、ＦＣスタック１の発電量が最大、すなわち最高発電の状態である。低発電は、ＦＣスタック１の発電量がゼロよりも多く、かつ、中発電時の発電量よりも少ない状態である。中発電は、ＦＣスタック１の発電量が低発電時の発電量よりも多く、かつ、高発電時の発電量よりも少ない状態である。

ＦＣ制御装置５は、ＦＣスタック１の発電状態が、発電停止、低発電、中発電、高発電のうちいずれか１つの状態となるように制御する。具体的には、ＦＣ制御装置５は、図３に示すように、電圧センサ１３が検出する蓄電装置１２の電圧Ｖに基づいて、ＦＣスタック１の発電状態を制御する。以下、ＦＣ制御装置５によるＦＣスタック１の発電状態の制御方法を、発電量を増やす場合と、発電量を減らす場合に分けて説明する。

なお、ＦＣスタック１の発電量を増やす場合は、ＦＣ制御装置５がコンプレッサ３と流量制御弁４を制御することにより、ＦＣスタック１に供給される水素の量と酸素の量を増やすことになる。また、ＦＣスタック１の発電量を減らす場合は、ＦＣ制御装置５がコンプレッサ３と流量制御弁４を制御することにより、ＦＣスタック１に供給される水素の量と酸素の量を減らすことになる。また、ＦＣスタック１の発電を停止する場合は、ＦＣ制御装置５がコンプレッサ３と流量制御弁４を制御することにより、ＦＣスタック１に対して水素の供給と酸素の供給を共に停止することになる。

（発電量を増やす場合）
ＦＣ制御装置５は、ＦＣスタック１の発電状態が発電停止のときに、蓄電装置１２の電圧Ｖが、予め決められた閾値電圧Ｖｔｈ０１を下回ると、ＦＣスタック１の発電状態を発電停止から低発電に切り換える。また、ＦＣ制御装置５は、ＦＣスタック１の発電状態が低発電のときに、蓄電装置１２の電圧Ｖが、予め決められた閾値電圧Ｖｔｈ１２を下回ると、ＦＣスタック１の発電状態を低発電から中発電に切り換える。また、ＦＣ制御装置５は、ＦＣスタック１の発電状態が中発電のときに、蓄電装置１２の電圧Ｖが、予め決められた閾値電圧Ｖｔｈ２３を下回ると、ＦＣスタック１の発電状態を中発電から高発電に切り換える。

（発電量を減らす場合）
ＦＣ制御装置５は、ＦＣスタック１の発電状態が高発電のときに、蓄電装置１２の電圧Ｖが、予め決められた閾値電圧Ｖｔｈ３２を上回ると、ＦＣスタック１の発電状態を高発電から中発電に切り換える。また、ＦＣ制御装置５は、ＦＣスタック１の発電状態が中発電のときに、蓄電装置１２の電圧Ｖが、予め決められた閾値電圧Ｖｔｈ２１を上回ると、ＦＣスタック１の発電状態を中発電から低発電に切り換える。また、ＦＣ制御装置５は、ＦＣスタック１の発電状態が低発電のときに、蓄電装置１２の電圧Ｖが、予め決められた閾値電圧Ｖｔｈ１０を上回ると、ＦＣスタック１の発電状態を低発電から発電停止に切り換える。

図１の説明に戻って、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力側には、蓄電装置１２を介して車両負荷２０が電気的に接続されている。本実施形態においては、車両負荷２０の一例として、走行モータ２１および荷役モータ２２を挙げる。

（車両本体）
車両本体２００は、走行モータ２１を駆動源として走行動作する走行装置（不図示）と、荷役モータ２２を駆動源として荷役動作する荷役装置（不図示）と、走行装置による走行動作および荷役装置による荷役動作を制御するためにオペレータによって操作される操作部材（後述）と、車両本体２００全体の処理および動作を制御する車両制御装置３０と、を備えている。車両制御装置３０とＦＣ制御装置５とは、たとえばＣＡＮ(Controller Area Network)により、互いに通信可能に構成されている。

車両負荷２０を構成する走行モータ２１および荷役モータ２２は、それぞれ、車両制御装置３０に電気的に接続されている。また、走行モータ２１および荷役モータ２２は、それぞれ、燃料電池ユニット１００から車両本体２００に供給される直流電力によって駆動する。車両制御装置３０は、たとえば、マイクロコンピュータ等によって構成される。車両制御装置３０は、制御対象となる走行モータ２１および荷役モータ２２をそれぞれ個別に制御するものである。

車両制御装置３０には、車両本体２００の動作を制御するために操作される操作部材の動きに応じてオンオフ状態が切り替わる操作感知スイッチが電気的に接続されている。本実施形態においては、操作部材の一例として、図示しないアクセルペダル、ブレーキペダル、リフトレバー、チルトレバーを挙げる。アクセルペダルおよびブレーキペダルは、車両本体２００の走行動作を制御するために操作される。リフトレバーおよびチルトレバーは、車両本体２００の荷役動作を制御するために操作される。また、本実施形態においては、上述した操作部材に対応する操作感知スイッチとして、アクセルペダルスイッチ３３、ブレーキペダルスイッチ３４、リフトレバースイッチ３５およびチルトレバースイッチ３６が、それぞれ車両制御装置３０に電気的に接続されている。アクセルペダルスイッチ３３、ブレーキペダルスイッチ３４、リフトレバースイッチ３５およびチルトレバースイッチ３６は、いずれも、車両本体２００を制御するためにフォークリフト３００に設けられるスイッチである。

アクセルペダルスイッチ３３は、アクセルペダルの動きに応じてオンオフ状態が切り替わるスイッチである。アクセルペダルスイッチ３３は、アクセルペダルが押されているときにオン状態となり、アクセルペダルが押されていないときにオフ状態となる。ブレーキペダルスイッチは、ブレーキペダルの動きに応じてオンオフ状態が切り替わるスイッチである。ブレーキペダルスイッチ３４は、ブレーキペダルが押されているときにオン状態となり、ブレーキペダルが押されていないときにオフ状態となる。

リフトレバースイッチ３５は、リフトレバーの動きに応じてオンオフ状態が切り替わるスイッチである。リフトレバースイッチ３５は、リフトレバーがフォーク上昇指令位置（後傾位置）またはフォーク下降指令位置（前傾位置）にあるときにオン状態となり、リフトレバーが中立の位置にあるときにオフ状態となる。チルトレバースイッチ３６は、チルトレバーの動きに応じてオンオフ状態が切り替わるスイッチである。チルトレバースイッチ３６は、チルトレバーがマスト前傾指令位置（前傾位置）またはマスト後傾指令位置（後傾位置）にあるときにオン状態となり、チルトレバーが中立の位置にあるときにオフ状態となる。

また、車両制御装置３０には、キースイッチ３１が電気的に接続されている。キースイッチ３１は、図示しない車両始動用のキーの操作に応じてオンオフ状態が切り替わるスイッチである。車両始動用のキーの操作にはオン操作とオフ操作がある。オン操作は、車両始動用のキーをキー穴等に差し込んで停止位置から始動位置に回す操作、すなわちキーオン操作である。オフ操作は、車両始動用のキーを始動位置から停止位置へと回す操作、すなわちキーオフ操作である。キースイッチ３１は、車両始動用のキーが始動位置にあるときにオン状態となり、車両始動用のキーが停止位置にあるときにオフ状態となる。

＜燃料電池式産業車両の処理および動作＞
次に、本発明の実施形態に係る燃料電池式産業車両の処理および動作の一例として、フォークリフト３００を始動するときに適用される始動制御処理と、フォークリフト３００を故障等から復旧させるときに適用される復旧制御処理について説明する。

（始動制御処理）
フォークリフト３００を始動する場合、オペレータは、車両始動用のキーをキー穴等に差し込んでキーオン操作する。これにより、キースイッチ３１がオフ状態からオン状態に切り替わる。キースイッチ３１がオン状態になると、その旨を知らせる信号（以下、「キーオン信号」ともいう。）が車両制御装置３０からＦＣ制御装置５に出力され、この信号を受けてＦＣ制御装置５がＦＣスタック１を起動する。その際、ＦＣ制御装置５は、ＦＣスタック１を起動する前に、蓄電装置１２の電圧Ｖを電圧センサ１３から読み出す。このとき、蓄電装置１２の電圧Ｖが下限閾値電圧Ｖｍｉｎ以上であれば、ＦＣ制御装置５はＦＣスタック１の起動を許可し、下限閾値電圧Ｖｍｉｎ未満であれば、ＦＣ制御装置５はＦＣスタック１の起動を不許可とする。
つまり、ＦＣ制御装置５は、蓄電装置１２の電圧Ｖが下限閾値電圧Ｖｍｉｎ未満になると、キーオン操作によってキースイッチ３１がオン状態になってもＦＣスタック１を起動しないように規制をかける。
下限閾値電圧Ｖｍｉｎは、蓄電装置１２への電力の供給がない状態で蓄電装置１２の電力を消費し続けた場合に、蓄電装置１２に残っている蓄電量が過度に少なくなって蓄電装置１２の特性に悪影響をおよぼさないようそれ以上の電力消費を避けるために、予め設定される閾値電圧である。

また、下限閾値電圧ＶｍｉｎはＦＣスタック１の起動において、蓄電装置１２に悪影響を及ぼさずＦＣスタック１を起動するのに最小限必要となる電力が蓄電装置１２に残っているときの蓄電装置１２の電圧をＶｐとすると、Ｖmin＞Ｖｐの条件を満たすように設定される。この条件は、その後の何らかの放電等によっても蓄電装置１２の電圧がＶｐ以下とならないように、ある程度余裕を持って設定される。なお、電圧Ｖｐは蓄電装置１２の種類や構造等によって決まっており、下限閾値電圧Ｖｍｉｎは、電圧Ｖｐの値に基づいて、車両の特性や使用状況などの情報を考慮して実験又は計算等に基づいて決定する。したがって、蓄電装置１２の電圧が下限閾値電圧Ｖｍｉｎ未満であっても、電圧Ｖｐ以上であれば、蓄電装置の特性に悪影響を及ぼすことなくＦＣスタック１を起動するための電力は有している。また、下限閾値電圧Ｖｍｉｎは、ＦＣスタック１の発電状態を制御する際に適用される３つの閾値電圧Ｖｔｈ０１、Ｖｔｈ１２、Ｖｔｈ２３（図３参照）と比較すると、いずれの閾値電圧よりも低い電圧値に設定される。

そして、ＦＣ制御装置５がＦＣスタック１の起動を許可する場合は、車両制御装置３０からキーオン信号が出力されたとき、すなわちキースイッチ３１がオン状態になったときに、ＦＣ制御装置５はコンプレッサ３を起動してＦＣスタック１に空気を供給し、これによってＦＣスタック１を起動する。しかし、フォークリフト３００や燃料電池システムに何らかの故障が発生している場合は、ＦＣ制御装置５がＦＣスタック１を起動しようとしても、その故障が直接または間接的な原因となってＦＣスタック１を起動できないことがある。ＦＣスタック１の起動の際には蓄電装置１２の電力を使用するため、起動の繰り返し、具体的には、キースイッチ３１がオフ状態からオン状態に切り替えることを繰り返すと蓄電装置１２の蓄電量が減っていく。

そして、ＦＣ制御装置５は、蓄電装置１２の電圧Ｖが下限閾値電圧Ｖｍｉｎ未満になると、キーオン操作によってキースイッチ３１がオン状態になってもＦＣスタック１を起動しないように規制をかける起動規制制御を適用する。すなわち、燃料電池ユニット１００においては、キーオン操作によるＦＣスタック１の起動に規制をかける起動規制制御がＦＣ制御装置５によって適用された状態となる。ＦＣ制御装置５がＦＣスタック１の起動を不許可とする場合は、車両制御装置３０からキーオン信号が出力されたときでも、ＦＣ制御装置５はＦＣスタック１を起動しない。起動規制制御は、蓄電装置１２の電圧Ｖを下限閾値電圧Ｖｍｉｎ以上に回復させないかぎり適用される。
なお、ＦＣスタック１はコンプレッサ３から空気を供給しないと起動できないため、コンプレッサ３の起動とＦＣスタック１の起動は、実質的に同義である。

（復旧制御処理）
上述した起動規制制御が適用された場合は、その後、サービスマン等がフォークリフト３００を修理して故障を解消しても、蓄電装置１２の電圧Ｖは下限閾値電圧Ｖｍｉｎ未満のままである。このため、キーオン操作によってＦＣスタック１を起動できる状態に戻すためには、蓄電装置１２の電圧Ｖを下限閾値電圧Ｖｍｉｎ以上に回復させる必要がある。そこでＦＣ制御装置５は次のような復旧制御処理を行う。なお、本実施形態においては、復旧制御処理を行うにあたって、キースイッチ３１と、これ以外の２つのスイッチ、すなわちオートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３を適用するものとする。この適用例においては、アクセルペダルスイッチ３３が第１のスイッチに相当し、オートパワーオフ解除スイッチ１５が第２のスイッチに相当する。

図４は、ＦＣ制御装置が行う復旧制御処理を説明するタイムチャートである。
まず、サービスマン等によるキーオン操作によってキースイッチ３１がオン状態にされる。ただし、蓄電装置１２の電圧Ｖが下限閾値電圧Ｖｍｉｎ未満であると、キーオン操作による起動規制制御が適用された状況であるため、ＦＣ制御装置５は、ＦＣスタック１を起動しない。そして、ＦＣ制御装置５は、キースイッチ３１がオン状態となっている状態で、サービスマン等による操作によってオートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３が所定の条件を満たすようにオン状態となったか否かを判断する。アクセルペダルスイッチ３３のオンオフ状態は、車両制御装置３０からＦＣ制御装置５に通知され、この通知を受けてＦＣ制御装置５はアクセルペダルスイッチ３３のオンオフ状態を判別する構成となっている。本実施形態では、一例として、オートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３が共にオン状態になったときに、ＦＣ制御装置５は、それら２つのスイッチが所定の条件を満たすようにオン状態になったと判断するものとする。

ここで、オートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３を共にオン状態にするための具体的な操作方法について説明する。この操作方法には３つの方法がある。第１の操作方法は、オートパワーオフ解除スイッチ１５を押したまま、アクセルペダルを押すように操作する場合である。第２の操作方法は、アクセルペダルを押したまま、オートパワーオフ解除スイッチ１５を押すように操作する場合である。第３の操作方法は、オートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルの両方を同時に押すように操作する場合である。

第１の操作方法では、オートパワーオフ解除スイッチ１５がオン状態に立ち上がった後、アクセルペダルスイッチ３３がオン状態に立ち上がる。そして、アクセルペダルスイッチ３３がオン状態に立ち上がったタイミングで、オートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３を共にオン状態になる。第２の操作方法では、アクセルペダルスイッチ３３がオン状態に立ち上がった後、オートパワーオフ解除スイッチ１５がオン状態に立ち上がる。そして、オートパワーオフ解除スイッチ１５がオン状態に立ち上がったタイミングで、オートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３を共にオン状態になる。第３の操作方法では、オートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３が同時にオン状態に立ち上がり、これによってオートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３を共にオン状態になる。

また、オートパワーオフ解除スイッチ１５に関しては、フォークリフト３００の通常の使用時において、オートパワーオフ解除スイッチ１５がシートスタンド２０１の下に隠れている。このため、オートパワーオフ解除スイッチ１５を操作するには、シートスタンド２０１を持ち上げてオートパワーオフ解除スイッチ１５を外部に露出させる必要がある。また、オートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３を共にオン状態にするためには、たとえば、フォークリフト３００の脇に立つオペレータやサービスマンなどの操作者が、一方の手でオートパワーオフ解除スイッチ１５を操作し、かつ、他方の手でアクセルペダルを操作する必要がある。

図４に示す例では、まず、キースイッチ３１がタイミングＴ０でオフ状態からオン状態に立ち上がった後、オートパワーオフ解除スイッチ１５がタイミングＴ１でオフ状態からオン状態に立ち上がっている。次に、オートパワーオフ解除スイッチ１５がオン状態に保持されている期間内のタイミングＴ２でアクセルペダルスイッチ３３がオフ状態からオン状態に立ち上がっている。その後、オートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３は、いずれもタイミングＴ３で、オン状態からオフ状態に立ち下がっている。この場合、操作者は、上述した第１の操作方法に従ってオートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルを操作したことが分かる。

このような場合、ＦＣ制御装置５は、タイミングＴ２において、オートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３を共にオン状態になったと判断する。また、ＦＣ制御装置５は、アクセルペダルスイッチ３３がタイミングＴ２でオン状態に立ち上がると、上述した起動規制制御が適用された状況であっても、ＦＣスタック１の起動を許可する。すなわち、ＦＣ制御部５は、オートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３を共にオン状態となったタイミングＴ２でＦＣスタック１を起動する。これにより、ＦＣスタック１による発電が開始する。
ＦＣスタック１の起動において、上述のように蓄電装置１２の電圧が下限閾値電圧Ｖｍｉｎ未満であっても、電圧Ｖｐ以上であれば、蓄電装置１２の特性に悪影響を及ぼすことなくＦＣスタック１を起動するための電力は有している。フォークリフト３００の故障が解消されていれば、蓄電装置１２に残っている電力を使ってＦＣスタック１を起動し、ＦＣスタック１の発電を開始することができる。その際、ＦＣ制御装置５は、ＦＣスタック１が最大の発電量Ｗｍａｘ、すなわち高発電で発電を開始するようにＦＣスタック１の発電状態を制御する。

このようにＦＣスタック１の発電を開始すると、ＦＣスタック１が発電する電力が蓄電装置１２に蓄えられ、これによって蓄電装置１２が充電される。このため、蓄電装置１２の電圧Ｖが徐々に高くなる。蓄電装置１２を充電している間、ＦＣ制御装置５は、蓄電装置１２の電圧Ｖを電圧センサ１３から読み出す。そして、たとえばタイミングＴ４において、蓄電装置１２の電圧Ｖが、予め決められた上限閾値電圧Ｖｍａｘに達した場合、すなわち蓄電装置１２が満充電の状態になると、ＦＣ制御装置５は、ＦＣスタック１の発電を自動的に停止し、以降は通常制御モードに移行する。通常制御モードは、図３を用いて説明したように、蓄電装置１２の電圧Ｖに基づいてＦＣスタック１の発電状態を制御する制御モードである。
なお、復旧制御処理のＦＣスタック１の起動において、ＦＣ制御装置５は、蓄電装置１２の電圧がＶｐ以上であるか否か判断する。もし、蓄電装置１２の電圧がＶｐ未満の場合には、ＦＣスタック１の起動を不許可とする。この場合には、外部設備となる安定化電源を用意して起動規制制御を解除する必要がある。
したがって、復旧制御処理のＦＣスタック１の起動は、蓄電装置の電圧がＶｍｉｎ未満で、かつ、Ｖｐ以上のときに行われる。

＜実施形態の効果＞
本発明の実施形態においては、蓄電装置１２の電圧Ｖが下限閾値電圧Ｖｍｉｎ未満となってキーオン操作による前記燃料電池スタックの起動に規制をかける起動規制制御が適用された状況であっても、オートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３が共にオン状態となった場合に、ＦＣ制御装置５が、ＦＣユニット１を起動して蓄電装置１２への充電を開始する。このため、燃料電池ユニット１００において蓄電装置１２の電圧Ｖが低くなって起動規制制御が適用された場合に、緊急的な処理として復旧制御処理をおこなうことで、安定化電源等の外部設備を使用しなくても、蓄電装置１２の電圧Ｖを回復させることができる。

また、本発明の実施形態においては、車両本体２００を制御するために設けられるアクセルペダルスイッチ３３を第１のスイッチとする一方、燃料電池ユニット１００を制御するために設けられるオートパワーオフ解除スイッチ１５を第２のスイッチとしている。この場合、フォークリフト３００の通常の使用において、アクセルペダルスイッチ３３は、フォークリフト３００の操中にオペレータがアクセルペダルを踏み込んだときにオン状態となる。これに対し、オートパワーオフ解除スイッチ１５は、フォークリフト３００を操作するためのスイッチではない。このため、フォークリフト３００の通常の使用中に、オートパワーオフ解除スイッチ１５が誤って押されることがない。よって、本発明の実施形態によれば、フォークリフト３００の通常の使用とは別の用途である、蓄電装置１２の電圧Ｖを回復させるための復旧制御処理のために、オートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３といった２つのスイッチを有効に活用することができる。

また、フォークリフト３００の通常の使用では、オートパワーオフ解除スイッチ１５がシートスタンド２０１で隠されているため、フォークリフト３００の通常の使用中にオペレータがオートパワーオフ解除スイッチ１５を操作することはできない。よって、緊急的な処理である復旧制御処理においてのみ、第１のスイッチと第２のスイッチを使用して蓄電装置１２の電圧Ｖを回復させることができる。

また、起動規制制御の適用を避けるための手段としては、蓄電装置１２の電圧Ｖが下限閾値電圧Ｖｍｉｎ未満でもＦＣ制御装置５がＦＣユニット１の起動を許可するよう、起動規制制御の適用を解除するための新たなスイッチを設けることが考えられる。ただし、現状のフォークリフトではスペース上の制約が大きく、そのようなスイッチを新たに設けることは困難な状況にある。また、新たなスイッチを設けるにはコストアップをともなう。これに対し、本発明の実施形態においては、フォークリフトが備える既存のスイッチであるオートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３を使用している。このため、スペース上の制約を受けることなく、またコストアップをともなうことなく、起動規制制御の適用を避けてＦＣユニット１を起動することができる。

また、本発明の実施形態においては、オートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３が共にオン状態となった場合に、ＦＣスタック１が最大の発電量で発電を開始するように、ＦＣ制御装置５がＦＣスタック１の発電状態を制御する。このため、蓄電装置１２を急速に充電し、短い時間で蓄電装置１２の電圧Ｖを回復させることができる。また、蓄電装置１２の充電を開始してから、蓄電装置１２が満充電の状態になるまでの時間を極力短縮することができる。

＜変形例等＞
本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。

たとえば、上記実施形態においては、ＦＣスタック１の発電状態を、発電停止、低発電、中発電および高発電の４つに分けて制御する例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、ＦＣスタック１の発電状態を２つ、３つ、あるいは５つ以上に分けて制御する構成を採用してもよい。

また、上記実施形態においては、復旧制御処理によってＦＣユニット１を起動する場合に、ＦＣスタック１の発電を高発電で開始するものとしたが、本発明はこれに限らず、中発電または低発電でＦＣスタック１の発電を開始してもかまわない。

また、上記実施形態においては、復旧制御処理に適用する第１のスイッチとして、操作感知センサの１つであるアクセルペダルスイッチ３３を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らない。たとえば、アクセルペダルスイッチ３３に代えて、ブレーキペダルスイッチ３４、リフトレバースイッチ３５またはチルトレバースイッチ３６を復旧制御処理に適用してもよい。また、車両本体２００のライトを点灯させるためのスイッチやクラクションを鳴らすためのスイッチを第１のスイッチとして復旧制御処理に適用してもよい。

特に、復旧制御処理にブレーキペダルスイッチ３４を適用した場合は、これに対応するブレーキペダルが、車両本体２００の走行動作を強制的に停止するときに操作される操作部材となる。このため、復旧制御処理に際してブレーキペダルを操作する操作者に対し、「ブレーキペダルを押していれば車両本体２００が動かない」という安心感を与えることができる。なお、ブレーキペダルスイッチ３４、リフトレバースイッチ３５またはチルトレバースイッチ３６を復旧制御処理に適用する場合は、実際に適用するセンサのオンオフ状態が車両制御装置３０からＦＣ制御装置５に通知され、この通知を受けてＦＣ制御装置５がセンサのオンオフ状態を判別することになる。

また、上記実施形態においては、キースイッチ３１がオン状態となっている期間中に、オートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３が共にオン状態になったか否かをＦＣ制御装置５で判断するようにしたが、本発明はこれに限らない。たとえば、車両始動用のキーがキー穴等から抜かれてキースイッチ３１がオフ状態となっている場合にも、オートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３が共にオン状態となったか否かをＦＣ制御装置５で判断し、この判断結果を基にＦＣユニット１を起動するように制御してもよい。その場合は、蓄電装置１２が満充電の状態になったときにＦＣ制御装置５がＦＣスタック１の発電を自動的に停止することにより、それ以降は、通常の始動時と同様にキーオン操作によってＦＣユニット１を起動できるようになる。

また、上記実施形態においては、オートパワーオフ解除スイッチ１５とアクセルペダルスイッチ３３が共にオン状態になったときに、ＦＣ制御装置５は、それら２つのスイッチが所定の条件を満たすようにオン状態になったと判断する構成を採用したが、本発明はこれに限らない。すなわち、ＦＣ制御装置５で判断の基準とする所定の条件は、種々の変更が可能である。たとえば、第１のスイッチと第２のスイッチのうち、一方のスイッチがオン状態になってから他方のスイッチがオン状態になるまでの時間をタイマー等で計測し、その計測した時間が、予め決められた規定の時間内（たとえば、５秒以内）である場合に、それら２つのスイッチが所定の条件を満たすようにオン状態になったと判断する構成を採用してもよい。また、これ以外にも、たとえば、２つのスイッチが、予め決められた順序でオン状態となった場合に、２つのスイッチが所定の条件を満たすようにオン状態になったと判断する構成を採用してもよい。

また、上記実施形態においては、キーオン操作による起動規制制御が適用された状況の下で、第１のスイッチと第２のスイッチが共にオン状態となった場合に、燃料電池スタックを起動して蓄電装置への充電を開始するように制御したが、本発明はこれに限らない。
すなわち、キーオン操作による起動規制制御が適用されているかどうかにかかわず、第１のスイッチと第２のスイッチが所定の条件を満たすようにオン状態となった場合に、燃料電池スタックを起動して蓄電装置への充電を開始するように制御する構成を採用してもよい。これにより、様々な要因で復旧制御処理が必要になった場合にも、第１のスイッチと第２のスイッチを適宜操作することにより、燃料電池スタックを起動して蓄電装置への充電を開始することができる。

また、上記実施形態においては、燃料電池式産業車両として、フォークリフトを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、たとえばトーイング車（Towing Car）などの他の燃料電池式産業車両に適用してもよい。トーイング車に適用する場合は、運転席の前部または後部に配置されるボンネットの下に燃料電池ユニットが搭載されることもあるため、燃料電池ユニットを覆うカバーに相当するものはボンネットになる。

１ ＦＣスタック（燃料電池スタック）、５ ＦＣ制御装置（制御部）、１２ 蓄電装置、１５ オートパワーオフ解除スイッチ（第２のスイッチ）、３３ アクセルペダルスイッチ（第１のスイッチ）、３４ ブレーキペダルスイッチ（操作感知スイッチ）、１００ 燃料電池ユニット、２００ 車両本体、２０１ シートスタンド（カバー）、３００ フォークリフト。

Claims (8)

1. 車両本体と、前記車両本体に搭載される燃料電池ユニットとを備え、前記燃料電池ユニットは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックが発電する電力を蓄える蓄電装置とを有し、前記車両本体は、前記蓄電装置を介して前記燃料電池ユニットから供給される電力によって動作する燃料電池式産業車両であって、
   前記車両本体を制御するために設けられる第１のスイッチと、
   前記燃料電池ユニットを制御するために設けられる第２のスイッチと、
   前記蓄電装置の電圧が所定閾値電圧未満となってキーオン操作による前記燃料電池スタックの起動に規制をかける起動規制制御が適用された状況であっても、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチが所定の条件を満たすようにオン状態となった場合に、前記燃料電池スタックを起動して前記蓄電装置への充電を開始するように制御する制御部と、
   を備える燃料電池式産業車両。
2. 車両始動用のキーの操作に応じてオンオフ状態が切り替わるキースイッチを有し、
   前記制御部は、前記キースイッチがオン状態となっている期間中に、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチが前記所定の条件を満たすようにオン状態となったか否かを判断する
   請求項１に記載の燃料電池式産業車両。
3. 前記第１のスイッチは、前記車両本体の動作を制御するために操作される操作部材の動きに応じてオンオフ状態が切り替わる操作感知スイッチである
   請求項１または２に記載の燃料電池式産業車両。
4. 前記操作部材はブレーキペダルであり、前記操作感知スイッチは、前記ブレーキペダルが押されているときにオン状態となるブレーキペダルスイッチである
   請求項３に記載の燃料電池式産業車両。
5. 前記車両本体は、前記燃料電池ユニットを覆う開閉可能なカバーを有し、
   前記第２のスイッチは、前記燃料電池ユニットと共に前記カバーで覆われ、前記カバーを開けることで操作可能になるスイッチである
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池式産業車両。
6. 前記第２のスイッチは、オートパワーオフ機能を解除するためのオートパワーオフ解除スイッチである
   請求項５に記載の燃料電池式産業車両。
7. 前記制御部は、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチが前記所定の条件を満たすようにオン状態となった場合に、前記燃料電池スタックが最大の発電量で発電を開始するように前記燃料電池の発電状態を制御する
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池式産業車両。
8. 車両本体と、前記車両本体に搭載される燃料電池ユニットとを備え、前記燃料電池ユニットは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックが発電する電力を蓄える蓄電装置とを有し、前記車両本体は、前記蓄電装置を介して前記燃料電池ユニットから供給される電力によって動作する燃料電池式産業車両であって、
   前記車両本体を制御するために設けられる第１のスイッチと、
   前記燃料電池ユニットを制御するために設けられる第２のスイッチと、
   前記第１のスイッチと前記第２のスイッチが所定の条件を満たすようにオン状態となった場合に、前記燃料電池スタックを起動して前記蓄電装置への充電を開始するように制御する制御部と、
   を備える燃料電池式産業車両。

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