JP2020080211A - 産業車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料電池システムの暖機を早期に完了すること。【解決手段】フォークリフトは電池スタックと、燃料電池スタックに電気的に接続されるキャパシタと、を有する燃料電池システムを備える。燃料電池システムと車両システムとが電気的に接続されている。車両システムは、パワーステアリングシリンダ６３及び荷役シリンダへの作動油の供給を切り替える制御弁と、作動油タンク６１に貯留された作動油を制御弁に供給する荷役ポンプ５６と、荷役ポンプ５６を駆動する荷役モータ５２と、制御弁から作動油タンクに作動油を戻すオンロードバルブ６６と、を備える。燃料電池システム側ＥＣＵは、燃料電池スタックを駆動させることにより燃料電池システムを暖機する暖機制御を実行する。車両用ＥＣＵ５７は、暖機制御の実行中に燃料電池スタックから荷役モータ５２への電力の供給を継続する。【選択図】図３

Description

本発明は、産業車両に関する。
フォークリフト等の産業車両は、例えば特許文献１に記載のように、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに電気的に接続されるキャパシタと、を有するとともに、車両システムに電気的に接続される燃料電池システムを備えている。燃料電池スタックの発電電力が車両システムの要求電力を上回る場合は、余剰の電力がキャパシタに充電される。燃料電池スタックの発電電力が車両システムの要求電力を下回る場合は、不足分の電力がキャパシタから放電される。
特開２０１４−８２０５６号公報
ところで、低温下において燃料電池スタックを駆動させることにより、燃料電池システムの暖機を図る暖機制御を行う場合がある。しかしながら、特許文献１に記載の産業車両で暖機制御を行おうとすると、キャパシタの電気容量が小さいため、暖機制御にて燃料電池スタックで高い電力が生じると、その電力をキャパシタで消費することができない。そのため、燃料電池スタックで生じる電力を低く抑えて暖機制御を行わねばならず、燃料電池システムの暖機が完了するまでに長時間を要するおそれがある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料電池システムの暖機を早期に完了できる産業車両を提供することにある。
上記課題を解決する産業車両は、車両システムに電気的に接続されるとともに、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに電気的に接続されるキャパシタと、を有する燃料電池システムを備える産業車両であって、前記車両システムは、パワーステアリングシリンダ及び荷役シリンダの少なくともいずれか一方を含む供給対象への作動油の供給を切り替える制御弁と、作動油タンクに貯留された作動油を前記制御弁に供給する荷役ポンプと、前記荷役ポンプを駆動する荷役モータと、前記制御弁から前記供給対象への作動油の供給が停止されているときに前記制御弁から前記作動油タンクに作動油を戻すリターン手段と、前記荷役モータの駆動を制御する制御手段と、を含み、前記制御手段は、前記燃料電池スタックを駆動させることにより前記燃料電池システムを暖機する暖機制御を実行するとともに、前記暖機制御の実行中に前記燃料電池スタックから前記荷役モータへの電力の供給を継続することを特徴とする。
上記構成では、荷役モータに燃料電池スタックから電力が供給されると、荷役モータが駆動することによって荷役ポンプが駆動され、荷役ポンプによって作動油タンクから作動油がくみ上げられる。そして、荷役ポンプから制御弁に作動油が供給される。このとき、産業車両の操作部材が操作されているとき等には、制御弁から供給対象に作動油が供給される。こうして制御弁から供給対象への作動油の供給がなされる間、荷役モータの駆動を継続して行うことができる。一方、産業車両の操作部材が操作されていないとき等には、制御弁から供給対象への作動油の供給が停止される。そうした制御弁から供給対象への作動油の供給が停止されるときには、リターン手段によって制御弁から作動油タンクに作動油が戻される。作動油タンクに戻された作動油は、荷役ポンプの駆動によって、作動油タンクから制御弁に供給される。こうして作動油をリターン手段で戻すことにより、供給対象に不要に作動油が供給されないため、供給対象への作動油の供給に伴う不要な産業車両の動作を抑制しつつ、荷役モータの駆動を継続して行うことができる。このように、荷役モータの駆動が暖機制御の実行中に継続されることにより、暖機制御にて燃料電池スタックで高い電力が生じても、その電力を荷役モータの駆動によって消費することができるため、燃料電池スタックで高い電力を生じさせて暖機制御を行うことができる。したがって、燃料電池システムの暖機を早期に完了できる。
産業車両において、前記制御手段は、前記燃料電池スタックの発電電力が一定値となるように前記燃料電池スタックを駆動させて前記暖機制御を実行するとともに、前記暖機制御の実行中に前記荷役モータの回転数が徐々に高くなるように前記荷役モータを駆動することが好ましい。
燃料電池システムの暖機が必要な状況下では、作動油も低温となっている。暖機制御の開始に伴って荷役モータの駆動を開始させる際には、作動油が低温であるため、荷役モータで生じるトルクが高くなり、荷役モータの回転数を低くしても、荷役モータで多くの電力の消費が可能となる。一方、荷役モータの駆動が継続されると、作動油の温度が上昇する。荷役モータの駆動中では、作動油の温度が上昇していくにつれて、荷役モータで生じるトルクが低くなる。そのため、荷役モータの駆動中では、荷役モータの回転数を高くしていくことで、荷役モータでの消費電力を一定に保つことができる。上記構成によれば、作動油の温度上昇に伴って、荷役モータの回転数を徐々に高くすることによって、暖機制御の実行中において、荷役モータでの消費電力を燃料電池スタックでの発電電力量を消費可能な値に保つことができる。
産業車両において、前記燃料電池スタックと前記キャパシタとはＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されており、前記制御手段は、前記キャパシタでの電圧を下回らない一定電圧で前記燃料電池スタックを駆動させて前記暖機制御を実行するとともに、前記暖機制御の実行中に前記荷役モータの回転数が前記燃料電池スタックから供給される電力量を前記荷役モータによって消費可能な回転数となるように前記荷役モータを駆動することが好ましい。
低温下での燃料電池スタックでは、セル内の膜抵抗増加や触媒層での局所的な生成水の凍結のため、電圧が通常時よりも低くなるおそれがある。燃料電池スタックとキャパシタとがＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されている場合、燃料電池スタックの電圧が低くなると、燃料電池スタックの電圧がキャパシタの電圧以下となり、ＤＣ／ＤＣコンバータが正常に動作しなくなるおそれがある。
上記構成によれば、暖機制御をキャパシタでの電圧を下回らない一定電圧で燃料電池スタックを駆動させて行うことにより、上記のようなＤＣ／ＤＣコンバータの異常動作を抑制できる。また、燃料電池スタックを一定電圧で駆動させると、電流の大きさに応じて燃料電池スタックから荷役モータに供給される電力量が異なるようになる。上記構成によれば、暖機制御の実行中に荷役モータの回転数が燃料電池スタックから供給される電力量を荷役モータによって消費可能な回転数となるように荷役モータを駆動することにより、燃料電池スタックから荷役モータに供給される電力量に応じて荷役モータで電力を消費させることができる。
この発明によれば、燃料電池システムの暖機を早期に完了できる。
フォークリフトを示す側面図。 燃料電池システム及び車両システムを示すブロック図。 油圧系システムを示す模式図。 モータ駆動制御の処理手順を示すフローチャート。 （ａ）〜（ｅ）は燃料電池スタックの発電電力量、荷役モータの消費電力量、燃料電池システムの温度、荷役モータの回転数、及び荷役モータのトルクの推移を示すタイムチャート。
以下、産業車両をフォークリフトに具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１に示すように、産業車両としてのフォークリフト１０には、車体１１の前部に荷役装置１２が設けられている。車体１１の中央には、運転席１３が設けられている。車体１１の前下部には駆動輪（前輪）１４が設けられている。車体１１の後下部には操舵輪（後輪）１５が設けられている。駆動輪１４には、車体１１に収容されるとともに、駆動輪１４に対して駆動力を付与する駆動源が連結されている。
荷役装置１２は、車体１１の前部に立設されたマスト１６を有している。マスト１６は、左右一対のアウタマスト１７とインナマスト１８からなる多段式（本実施形態では２段式）とされている。アウタマスト１７には、荷役シリンダとしての油圧式のティルトシリンダ１９が連結されている。アウタマスト１７は、ティルトシリンダ１９の作動により車体１１に対して前後に傾動可能とされている。インナマスト１８には、荷役シリンダとしての油圧式のリフトシリンダ２０が連結されている。インナマスト１８は、リフトシリンダ２０の作動によりアウタマスト１７内をスライドし、昇降可能とされている。運転席１３の下部にはアクセルペダル２１が設けられている。フォークリフト１０は、アクセルペダル２１の操作量に応じた車速にされる。また、マスト１６には、左右一対のフォーク２２がリフトブラケット２３を介して設けられている。リフトブラケット２３は、インナマスト１８に昇降可能に設けられている。
荷役作業（荷取り作業及び荷置き作業）は、荷が積載されたパレット（図示しない）をフォーク２２で掬い上げて所定の位置に置くことによって行われる。そして、フォーク２２は、リフトシリンダ２０の駆動によってインナマスト１８がアウタマスト１７に沿って昇降動作することにより、リフトブラケット２３とともに昇降される。また、フォーク２２は、ティルトシリンダ１９の駆動によってマスト１６とともに傾動（前傾及び後傾）するようになっている。
運転席１３には、ハンドルコラム２４が設けられている。ハンドルコラム２４には、操舵輪１５のタイヤ角を変更して、フォークリフト１０の進行方向を変更するためのステアリング２５が装着されている。また、運転席１３には、フォーク２２を昇降させるためのリフトレバーや、マスト１６を傾動させるためのティルトレバー等、荷役装置１２を操作する操作部材が配設されている。
次に、車体１１が搭載する燃料電池システム３０と車両システム５０について説明する。
図２に示すように、車体１１には燃料電池システム３０及び車両システム５０が搭載されている。燃料電池システム３０は、燃料電池スタック３１、水素タンク３２、コンプレッサ３３、電磁弁３４、ラジエータ３５、ウォータポンプ３６、電子制御ユニット（以下、燃料電池システム側ＥＣＵという）３７、ＤＣ／ＤＣコンバータ３８、及びキャパシタ３９を有する。車両システム５０は、走行モータ５１、荷役モータ５２、インバータ５３，５４、減速機５５、駆動輪１４、荷役ポンプ５６、ティルトシリンダ１９及びリフトシリンダ２０を含む荷役シリンダ、及び電子制御ユニット（以下、車両側ＥＣＵという）５７を有する。
燃料電池システム３０における燃料電池スタック３１は、複数のセルを積層して構成されており、各セルは電気的に直列接続されている。水素タンク３２は、燃料電池スタック３１に水素ガスを供給可能である。コンプレッサ３３は燃料電池スタック３１に酸素を含む空気を供給可能である。そして、水素タンク３２から供給される水素とコンプレッサ３３から供給される空気中の酸素とが燃料電池スタック３１内で化学反応を起こすことによって、電気エネルギーが生成される。また、燃料電池スタック３１と水素タンク３２を繋ぐ配管に電磁弁３４が設けられている。電磁弁３４により燃料電池スタック３１に供給される水素ガス量が調整される。電磁弁３４及びコンプレッサ３３が燃料電池システム側ＥＣＵ３７によって制御されることにより、燃料電池スタック３１の発電電力が制御される。
燃料電池スタック３１には冷却水の循環経路が設けられ、この循環経路にはラジエータ３５とウォータポンプ３６が設けられている。ラジエータ３５はラジエータファン（図示略）を有している。循環経路に冷却水が循環することにより燃料電池スタック３１が冷却される。コンプレッサ３３、ウォータポンプ３６、ラジエータファン等は、燃料電池システム３０における補機であり、燃料電池システム３０の電力により駆動する。また、図示は省略しているが、燃料電池スタック３１には燃料電池スタック３１から排出された空気が流れる空気排出経路が設けられている。この空気排出経路は大気中に繋がっており、空気排出経路を介して空気が燃料電池システム３０外に排出される。
燃料電池スタック３１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３８を介してキャパシタ３９と電気的に接続されている。キャパシタ３９には走行モータ５１及び荷役モータ５２がインバータ５３，５４を介して接続されている。つまり、燃料電池スタック３１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３８、キャパシタ３９及びインバータ５３，５４を介して走行モータ５１及び荷役モータ５２に電気的に接続されている。燃料電池システム３０は車両システム５０に電気的に接続されている。燃料電池スタック３１で発電された直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３８によって所定の電圧まで降圧された後、キャパシタ３９及びインバータ５３，５４を介して走行モータ５１及び荷役モータ５２に出力される。燃料電池システム３０から供給される電力によって走行モータ５１や荷役モータ５２が駆動されることによって、車両の荷役動作や走行動作が行われる。また、車両システム５０においては照明機器やパワーステアリング装置等の補機（図示略）を有し、この補機は燃料電池システム３０から供給される電力によって駆動される。
キャパシタ３９は、車両負荷（走行モータ５１、荷役モータ５２等）と並列に燃料電池スタック３１に電気的に接続されている。キャパシタ３９においては、燃料電池スタック３１の発電電力が車両負荷（走行モータ５１、荷役モータ５２等）の要求電力を上回る場合には、余剰の電力がキャパシタ３９に充電される。一方、発電電力が要求電力を下回る場合には、不足分の電力がキャパシタ３９から放電される。
車両システム５０における車両側ＥＣＵ５７は、マイクロコンピュータを中心に構成されている。アクセルセンサ５８によりアクセルペダル２１の操作量が検出され、車両側ＥＣＵ５７によりアクセルペダル２１の操作量に基づいてインバータ５３が制御される。このインバータ５３の制御により、走行モータ５１の回転数が制御されて減速機５５を介して駆動輪１４が駆動される。このように、燃料電池システム３０から走行モータ用のインバータ５３に電力が供給され、走行モータ用のインバータ５３から走行モータ５１に電力が供給される。走行モータ５１に発生した回転力が減速機５５により減速され駆動輪１４を回転させることにより、車体１１に駆動力が伝達される。
また、荷役操作センサ５９によりリフトレバーやティルトレバー等の操作部材の操作量が検出され、これらの操作部材の操作量に基づいて車両側ＥＣＵ５７によりインバータ５４が制御される。このインバータ５４の制御により、荷役モータ５２の回転数が制御されて荷役ポンプ５６を介して荷役シリンダ（ティルトシリンダ１９及びリフトシリンダ２０）が駆動される。このように、燃料電池システム３０から荷役モータ用のインバータ５４に電力が供給され、荷役モータ用のインバータ５４から荷役モータ５２に電力が供給される。荷役モータ５２に発生する回転力により荷役ポンプ５６が回転し、作動油の圧力又は流量が調整されてティルトシリンダ１９及びリフトシリンダ２０が動作する。
燃料電池システム側ＥＣＵ３７と車両側ＥＣＵ５７とは接続されている。詳しくは、燃料電池システム側ＥＣＵ３７と車両側ＥＣＵ５７とはシリアル通信やＣＡＮ通信等の通信手段により通信できるようになっており、燃料電池システム側ＥＣＵ３７と車両側ＥＣＵ５７とは通信により相互に情報を共有している。なお、アナログ信号で燃料電池システム側ＥＣＵ３７と車両側ＥＣＵ５７とを通信できるようにしてもよい。
次に、車体１１が搭載する油圧系システムについて説明する。
図３に示すように、車体１１には、作動油が貯留された作動油タンク６１が搭載されている。この作動油タンク６１に貯留された作動油は、荷役ポンプ５６によってくみ上げられる。また、車体１１には、荷役装置１２を構成するティルトシリンダ１９やリフトシリンダ２０への作動油の供給を切り替えるコントロールバルブ６２と、パワーステアリングシリンダ６３への作動油の供給を切り替えるパワーステアリングバルブ６４が設けられている。
パワーステアリングシリンダ６３は、一対の油室６３ａ，６３ｂを備えており、これらの油室６３ａ，６３ｂに対する作動油の給排によって操舵輪１５に連結されているロッド６３ｃが駆動する。ロッド６３ｃの駆動によって、操舵輪１５は左右いずれか一方を向くように操舵される。ロッド６３ｃの駆動方向は、車両側ＥＣＵ５７によって目標タイヤ角に応じて制御される。
コントロールバルブ６２とパワーステアリングバルブ６４のそれぞれは、制御弁としての優先弁６５を介して荷役ポンプ５６と繋がっている。優先弁６５に供給された作動油は、パワーステアリングバルブ６４に優先的に流入する。具体的にいえば、優先弁６５に供給された作動油は、予め定められた流量がパワーステアリングバルブ６４に供給され、優先弁６５に供給された作動油のうちパワーステアリングバルブ６４に供給される流量を超えた分だけコントロールバルブ６２に供給される。
また、優先弁６５は、オンロードバルブ６６及びリターンフィルタ（図示略）を介して作動油タンク６１に繋がっている。優先弁６５からオンロードバルブ６６に流れ込む作動油が所定圧以上となると、オンロードバルブ６６が開弁し、オンロードバルブ６６を介して優先弁６５から作動油タンク６１に作動油が流される。これにより、余剰の作動油が優先弁６５から作動油タンク６１に戻されるようになっている。例えば、ステアリング２５が操作されておらず、ティルトレバーやリフトレバー等の荷役装置１２を操作する操作部材が操作されていない状況下では、コントロールバルブ６２及びパワーステアリングバルブ６４に供給されない作動油がオンロードバルブ６６を介して優先弁６５から作動油タンク６１に流される。なお、本実施形態では、ティルトシリンダ１９、リフトシリンダ２０、及びパワーステアリングシリンダ６３が供給対象として機能し、コントロールバルブ６２、パワーステアリングバルブ６４、及び優先弁６５が制御弁として機能し、オンロードバルブ６６がリターン手段として機能する。
本実施形態の燃料電池システム側ＥＣＵ３７は、燃料電池システム３０の暖機を図るため、燃料電池スタック３１を駆動させる燃料電池システム３０の暖機制御を実行する。この暖機制御は、例えば、フォークリフト１０の始動時に、低温始動であることを条件に行われる。ここでは、以下２つの条件のいずれか１つの条件が成立したときに、低温始動であるとして暖機制御が実行される。なお、以下２つの条件の両方が成立したときに低温始動であるとして暖機制御を実行するようにしてもよい。また、低温始動であると判断するための条件として、以下２つの条件のうち１つの条件を採用するようにしてもよい。
・フォークリフト１０の始動時における燃料電池スタック３１の温度が所定温度以下である。
・フォークリフト１０の始動時における外気温が所定温度以下である。
なお、上記燃料電池スタック３１の温度としては、燃料電池スタック３１を冷却する冷却水の循環経路に設けられた冷却水温センサ４２（図２）によって検出される検出値や、燃料電池スタック３１から排出された空気が流れる空気排出経路に設けられた空気温センサ４３（図２）によって検出される検出値を用いることが可能である。これらの検出値のいずれか１つの検出値を燃料電池スタック３１の温度として用いてもよいし、２つの検出値に基づいて燃料電池スタック３１の温度を推定するようにしてもよい。また、上記外気温としては外気温センサ４１（図２）によって検出される検出値を用い、上記所定温度としては、０（ゼロ）度や０（ゼロ）度より高い所定の低い温度を採用する。
暖機制御では、燃料電池スタック３１での発電電力が予め設定された一定の電力量となるように駆動する。そして暖機制御では、燃料電池スタック３１の駆動を予め設定された所定時間継続した後、燃料電池スタック３１の駆動を停止させる。また、本実施形態の車両側ＥＣＵ５７は、上記暖機制御の実行中に荷役モータ５２の駆動を継続させるモータ駆動制御を実行する。本実施形態では、燃料電池システム側ＥＣＵ３７及び車両側ＥＣＵ５７が制御手段として機能する。
次に、モータ駆動制御について、本実施形態の作用と合わせて以下に説明する。なお、モータ駆動制御は、フォークリフト１０が始動されたことを条件に実行される。
図４に示すように、モータ駆動制御では、低温始動と判定されたか否かが判断される（ステップＳ１）。このステップＳ１において、上記の暖機制御における低温始動である条件が満たされないときには低温始動と判定されず、低温始動である条件が満たされるときには低温始動と判定される。低温始動と判定されない場合には（ステップＳ１：ＮＯ）、そのまま本制御が終了される。低温始動と判定される場合には（ステップＳ１：ＹＥＳ）、燃料電池システム３０の暖機制御が実行されるとして、荷役モータ５２に燃料電池スタック３１から電力が供給される（ステップＳ２）。ステップＳ２では、暖機制御にて燃料電池スタック３１の駆動を継続する上記所定時間と同時間だけ燃料電池スタック３１から荷役モータ５２への電力供給が継続される。
また、ステップＳ２においては、荷役モータ５２に燃料電池スタック３１から電力が供給されると、荷役モータ５２が駆動することによって荷役ポンプ５６が駆動され、荷役ポンプ５６によって作動油タンク６１から作動油がくみ上げられる。そして、荷役ポンプ５６から優先弁６５に作動油が供給される。
このとき、ティルトレバーやリフトレバー等の荷役装置１２を操作する操作部材やステアリング２５が操作されている場合には、優先弁６５からパワーステアリングバルブ６４に作動油が優先的に流入し、優先弁６５に供給された作動油のうちパワーステアリングバルブ６４に供給される流量を超えた分だけコントロールバルブ６２に供給される。パワーステアリングバルブ６４に供給された作動油は供給対象としてのパワーステアリングシリンダ６３に供給され、作動油の供給を受けてパワーステアリングシリンダ６３が作動することにより操舵輪１５が操舵される。コントロールバルブ６２に供給された作動油は、供給対象としてのティルトシリンダ１９やリフトシリンダ２０に供給される。ティルトシリンダ１９に作動油が供給されると、ティルトシリンダ１９が作動することによりアウタマスト１７が車体１１に対して前後に傾動する。リフトシリンダ２０に作動油が供給されると、リフトシリンダ２０が作動することによりインナマスト１８がアウタマスト１７内をスライドして昇降する。こうして優先弁６５から上記供給対象への作動油の供給がなされる間、荷役モータ５２の駆動を継続して行うことができる。
一方、荷役装置１２を操作する操作部材やステアリング２５が操作されていない場合では、コントロールバルブ６２及びパワーステアリングバルブ６４が閉弁状態となる。そのため、優先弁６５から上記供給対象への作動油の供給が停止される。このとき、コントロールバルブ６２及びパワーステアリングバルブ６４に供給されない作動油がオンロードバルブ６６を介して優先弁６５から作動油タンク６１に流される。そして、荷役ポンプ５６の駆動によって、作動油タンク６１から優先弁６５に作動油が供給される。こうした作動油の循環が、荷役モータ５２の駆動が継続される間なされる。また、こうして作動油をオンロードバルブ６６によって優先弁６５から作動油タンク６１に戻すことにより、上記供給対象に不要に作動油が供給されないため、上記供給対象への作動油の供給に伴う不要なフォークリフト１０の動作を抑制しつつ、荷役モータ５２の駆動を継続して行うことができる。
そして、ステップＳ２において上記所定時間だけ燃料電池スタック３１から荷役モータ５２への電力供給が継続されると、燃料電池スタック３１から荷役モータ５２への電力供給が停止される（ステップＳ３）。これにより、荷役モータ５２の駆動が停止される。
図５（ａ）〜（ｅ）に示すタイムチャートは、上から、燃料電池スタック３１の発電電力量、荷役モータ５２の消費電力量、燃料電池システム３０の温度、荷役モータ５２の回転数、及び荷役モータ５２のトルクの推移の一例を示す。なお、図５に示す燃料電池システム３０の温度は、燃料電池システム３０中の水の温度を示す。
図５において、ｔ１のタイミングで暖機制御が開始されると、それに伴って、燃料電池スタック３１が駆動され、燃料電池スタック３１から荷役モータ５２へと電力が供給される。このとき、燃料電池スタック３１の発電電力量の多くが、荷役モータ５２によって消費される。なお、燃料電池スタック３１の発電の際には、燃料電池システム３０の補機部品（コンプレッサ３３、ウォータポンプ３６、ラジエータファン等）を動作させるための電力が必要となる。したがって、燃料電池スタック３１から荷役モータ５２に供給される電力は、燃料電池スタック３１の発電する電力（出力電力）と補機部品が消費する電力（損失）を加味した電力となる。図５に示す例では、そうした補機部品が消費する電力の分だけ、燃料電池スタック３１から荷役モータ５２に供給される電力が少なくなっている。
また、タイミングｔ１では、荷役モータ５２において燃料電池スタック３１から供給される電力が消費できるよう、荷役モータ５２の回転数が設定される。タイミングｔ１では、低温下にある影響で作動油が低温となっているため、荷役モータ５２で生じるトルクが高くなり、荷役モータ５２の回転数を低くしても、荷役モータ５２で多くの電力の消費が可能となる。そのため、タイミングｔ１では、予め設定された比較的低い値に荷役モータ５２の回転数が設定される。
タイミングｔ１からタイミングｔ２まで、暖機制御とモータ駆動制御が実行されることにより、燃料電池スタック３１の発電と荷役モータ５２による電力消費とが継続される。タイミングｔ１からタイミングｔ２に推移するにつれて、燃料電池スタック３１の駆動によって燃料電池システム３０の温度が上昇していく。
なお、タイミングｔ１からタイミングｔ２にかけて、作動油が循環されることにより、作動油の温度が上昇する。作動油の温度が上昇していくにつれて、荷役モータ５２で生じるトルクが低くなる。そのため、タイミングｔ１からタイミングｔ２の間においては、荷役モータ５２の回転数を高くしていくことで、荷役モータ５２での消費電力を一定に保っている。タイミングｔ１からタイミングｔ２にかけて行われるモータ駆動制御では、荷役モータ５２の回転数として複数の値を予め設定されており、徐々に回転数が低くなるように荷役モータ５２の回転数を所定時間ごとに変更していく。
タイミングｔ２に至ると、暖機制御が終了される。暖機制御が終了されると、荷役モータ５２の駆動が停止されることにより、荷役モータ５２の回転数及びトルクが０（ゼロ）となる。そして、荷役モータ５２での電力消費がなくなる。一方、暖機制御が終了されると、燃料電池スタック３１の発電電力量が段階的に（図５では３段階で）低くなるように、燃料電池スタック３１の駆動を調整する。これは、燃料電池スタック３１における電圧の変動を抑えるためである。そして、燃料電池スタック３１の駆動が停止されることにより、燃料電池スタック３１で電力が発電されなくなる。
上記実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）荷役モータ５２の駆動が暖機制御の実行中に継続されることにより、暖機制御にて燃料電池スタック３１で高い電力が生じても、その電力を荷役モータ５２の駆動によって消費することができるため、燃料電池スタック３１で高い電力を生じさせて暖機制御を行うことができる。したがって、燃料電池システム３０の暖機を早期に完了できる。
（２）作動油の温度上昇に伴って、荷役モータ５２の回転数を徐々に高くすることによって、暖機制御の実行中において、荷役モータ５２での消費電力を燃料電池スタック３１での発電電力量を消費可能な値に保つことができる。
（３）例えば、暖機制御中における燃料電池スタック３１での発電電力を走行モータ５１に供給するようにしても、燃料電池スタック３１で高い電力を生じさせて暖機制御を行うことができ、燃料電池システム３０の暖機を早期に完了できる。しかしながら、走行モータ５１に電力が供給されると、駆動輪１４が駆動されることになり、フォークリフト１０の予期せぬ動作に繋がるおそれがある。また、例えば、暖機制御中にコンプレッサ３３による吐出圧力を増大させて、燃料電池スタック３１での発電電力の多くをコンプレッサ３３に供給するようにしても、燃料電池スタック３１で高い電力を生じさせて暖機制御を行うことができ、燃料電池システム３０の暖機を早期に完了できる。しかしながら、コンプレッサ３３による吐出圧力を増大させると、燃料電池スタック３１に供給される空気量が増大するため、燃料電池スタック３１が乾燥してしまい、過電圧（ＩＲ損）が大きくなるおそれがある。上記実施形態では、フォークリフト１０の動作や燃料電池スタック３１の性能に影響を及ぼすことを抑制しつつ、燃料電池システム３０の暖機を早期に完了できる。
（４）低温下にない通常時では作動油は低温ではなく粘性が低い。そのため、油圧系システムにおいて作動油は流れやすく、荷役モータ５２の駆動にはそれほど電力を要しない。しかしながら、低温下では作動油の温度も低温となるため、作動油の粘性が高くなる。そのため、油圧系システムにおいて作動油が流れにくくなり、荷役モータ５２の駆動に通常時よりも多くの電力を要することになる。本実施形態では、暖機制御を実行中に、低温下にて消費電力が多い荷役モータ５２に燃料電池スタック３１から電力供給を行うことにより、燃料電池スタック３１の駆動によって発生する電力を好適に消費することができる。
（５）フォークリフト１０の規格によって、燃料電池スタック３１から取り出せる電圧が異なる。フォークリフト１０の規格によらず、燃料電池スタック３１から所望の電力量を走行モータ５１や荷役モータ５２に供給可能とするためには、燃料電池スタック３１と電気的に接続して搭載させる二次電池として、電流発生量の制限のないキャパシタ３９を採用することが好ましい。ただし、キャパシタ３９は容量が小さいため、暖機制御中に燃料電池スタック３１での発電電力をキャパシタ３９の駆動では消費できない。上記実施形態では、そうしたキャパシタ３９を燃料電池システム３０に備える場合でも、燃料電池スタック３１の駆動によって発生する電力を好適に消費することができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○ 低温下での燃料電池スタック３１では、セル内の膜抵抗増加や触媒層での局所的な生成水の凍結のため、電圧が通常時よりも低くなるおそれがある。上記実施形態のように、燃料電池スタック３１とキャパシタ３９とがＤＣ／ＤＣコンバータ３８を介して接続されている場合、燃料電池スタック３１の電圧が低くなると、燃料電池スタック３１の電圧がキャパシタ３９の電圧以下となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３８が正常に動作しなくなるおそれがある。そこで、暖機制御をキャパシタ３９での電圧を下回らない一定電圧で燃料電池スタック３１を駆動させて行うようにしてもよい。これにより、上記のようなＤＣ／ＤＣコンバータ３８の異常動作を抑制できる。また、燃料電池スタック３１を一定電圧で駆動させると、電流の大きさに応じて燃料電池スタック３１から荷役モータ５２に供給される電力量が異なるようになる。そこで、暖機制御の実行中に荷役モータ５２の回転数が燃料電池スタック３１から供給される電力量を荷役モータ５２によって消費可能な回転数となるように荷役モータ５２を駆動するようにしてもよい。これによれば、燃料電池スタック３１から荷役モータ５２に供給される電力量に応じて荷役モータ５２で電力を消費させることができる。
○ 燃料電池システム３０中の水温を検出するとともに、その水温が所定温度以上となったことを条件に暖機制御を終了させるようにしてもよい。
○ 暖機制御の終了の際に、燃料電池スタック３１の電力量を段階を経ずに０（ゼロ）としてもよい。
○ 荷役モータ５２は、パワーステアリングシリンダ６３及び荷役シリンダのいずれか一方に作動油を供給するものであってもよい。
○ フォークリフト１０は、手動運転専用の車両であってもよいし、自動運転専用の車両であってもよいし、自動運転及び手動運転兼用の車両であってもよい。
○ 上記実施形態における暖機制御及びモータ駆動制御を、トーイングトラクタ等、フォークリフト以外の産業車両に適用してもよい。
１０…フォークリフト、１１…車体、１９…ティルトシリンダ、２０…リフトシリンダ、３０…燃料電池システム、３１…燃料電池スタック、３７…燃料電池システム側ＥＣＵ、３８…ＤＣ／ＤＣコンバータ、３９…キャパシタ、５０…車両システム、５１…走行モータ、５２…荷役モータ、５６…荷役ポンプ、５７…車両側ＥＣＵ、６１…作動油タンク、６２…コントロールバルブ、６３…パワーステアリングシリンダ、６４…パワーステアリングバルブ、６５…優先弁、６６…オンロードバルブ。

Claims (3)

  1. 車両システムに電気的に接続されるとともに、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに電気的に接続されるキャパシタと、を有する燃料電池システムを備える産業車両であって、
    前記車両システムは、
    パワーステアリングシリンダ及び荷役シリンダの少なくともいずれか一方を含む供給対象への作動油の供給を切り替える制御弁と、
    作動油タンクに貯留された作動油を前記制御弁に供給する荷役ポンプと、
    前記荷役ポンプを駆動する荷役モータと、
    前記制御弁から前記供給対象への作動油の供給が停止されているときに前記制御弁から前記作動油タンクに作動油を戻すリターン手段と、
    前記荷役モータの駆動を制御する制御手段と、を含み、
    前記制御手段は、前記燃料電池スタックを駆動させることにより前記燃料電池システムを暖機する暖機制御を実行するとともに、前記暖機制御の実行中に前記燃料電池スタックから前記荷役モータへの電力の供給を継続することを特徴とする産業車両。
  2. 前記制御手段は、前記燃料電池スタックの発電電力が一定値となるように前記燃料電池スタックを駆動させて前記暖機制御を実行するとともに、前記暖機制御の実行中に前記荷役モータの回転数が徐々に高くなるように前記荷役モータを駆動する請求項１に記載の産業車両。
  3. 前記燃料電池スタックと前記キャパシタとはＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されており、
    前記制御手段は、前記キャパシタでの電圧を下回らない一定電圧で前記燃料電池スタックを駆動させて前記暖機制御を実行するとともに、前記暖機制御の実行中に前記荷役モータの回転数が前記燃料電池スタックから供給される電力量を前記荷役モータによって消費可能な回転数となるように前記荷役モータを駆動する請求項１に記載の産業車両。
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