JP2021002904A - 燃料電池車両 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の使用される温度環境に応じて、発電した電力や回生電力を有効活用することができる燃料電池車両を提供する。【解決手段】燃料電池１１５と、蓄電装置１１７と、回生電力を生成する電力回生部１２２，１２３，１２４，１２５と、発電電力または回生電力を消費する電力消費部１２６と、発電電力と回生電力の供給を制御する制御部１１１を備え、蓄電装置１１７の内部抵抗を検知する内部抵抗検知手段１１８を有し、制御部１１１は、蓄電装置１１７の内部抵抗が閾値未満である場合、発電電力または回生電力を蓄電装置に供給するよう制御し、内部抵抗が閾値以上である場合、発電電力または回生電力を電力消費部１２６に供給するよう制御する【選択図】図１

Description

この発明は、燃料電池を搭載する燃料電池車両に関する。

フォークリフト、トーイングトラクタといった産業車両において、燃料電池を搭載した燃料電池車両が実用化されている。一般的にこのような燃料電池車両では、燃料電池に接続される負荷と並列に蓄電装置が接続されている。燃料電池の発電電力が負荷の要求電力を上回る場合には、余剰の電力が蓄電装置に充電される。一方、発電電力が負荷の要求電力を下回る場合には、不足分の電力が蓄電装置から放電される。

また、燃料電池車両の走行中におけるアクセルオフまたはブレーキオン時に、走行モータを発電機として動作させて制動を行い、走行中の運動エネルギーを回生電力に変換して蓄電装置に充電する回生制動が、エネルギー効率の向上を図るために行われている。

燃料電池車両において、リチウムイオンバッテリ、またはリチウムイオンキャパシタが蓄電装置として使用されている。これらリチウムイオンバッテリ、またはリチウムイオンキャパシタは、低温時、例えば、氷点下環境において入出力可能な電力が低下する問題がある。したがって、低温時において燃料電池車両の回生制動を行う際に、蓄電装置が受け入れ可能な範囲を超える電力を、抵抗に熱消費させることが一般に行われていた。

回生電力を蓄電装置に充電する際の取り扱いについて、以下の特許文献１に各種の提案がなされている。

特開２００１−２４０３２３号公報

上記特許文献１に記載された回生電力制御装置では、検知された蓄電装置の温度に応じて、通常温度時は回生電力を蓄電装置に充電し、通常より温度が低い低温時は回生電力を抵抗に熱消費させることが提案されている。このような特許文献１記載の技術では、回生電力を有効に活用することができない問題がある。燃料電池車両においては、燃料電池の使用される温度環境に応じて、燃料電池の発電や走行中の回生電力を、蓄電装置の周辺温度環境に応じて効率的に充電するとともに、蓄電装置が受け入れ可能な範囲を超える電力を燃料電池車両や燃料電池車両の運転者らに有益なものに活用することが求められる。

この発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、燃料電池の使用される温度環境に応じて、発電した電力や回生電力を有効に活用することができる燃料電池車両を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、この発明に係る燃料電池車両は、発電する燃料電池と、燃料電池の発電によって生成される発電電力を充電可能な蓄電装置と、回生電力を生成する電力回生部と、発電電力または回生電力を消費する電力消費部と、発電電力と回生電力の供給を制御する制御部とを備える燃料電池車両において、燃料電池車両には蓄電装置の内部抵抗を検知する内部抵抗検知手段を有し、制御部は、内部抵抗検知手段が検知した蓄電装置の内部抵抗が閾値未満である場合、発電電力または回生電力を蓄電装置に供給するよう制御し、内部抵抗が閾値以上である場合、発電電力または回生電力を電力消費部に供給するよう制御する。

蓄電装置の電圧と、蓄電装置を流れる電流を検知するセンサを備え、制御部は、所定タイミング毎に、センサの検知結果を参照し、蓄電装置から流れ出す電流値と、蓄電装置から電流が流れ出しているときの蓄電装置の電圧降下とから、蓄電装置の内部抵抗を求めてもよい。

電流値と電圧降下とに対応する内部抵抗のテーブルを備え、制御部は、センサの検知結果をテーブルに当てはめて内部抵抗を求めるようにしてもよい。

制御部は、回生電力により蓄電装置が充電され、内部抵抗に応じて蓄電装置の電圧が上昇する場合に、蓄電装置が接続されたいずれかの部位に異常が発生することになる電圧に対応する内部抵抗により、閾値を定めるようにしてもよい。

制御部は、アクセルオフ操作の検知信号、ブレーキオン操作の検知信号、スイッチバック操作の検知信号、およびフォーク下降操作の検知信号のいずれかに基づいて、接続状態を制御してもよい。

この発明に係る燃料電池車両によれば、燃料電池の発電した電力や回生電力を有効に活用することができる。

本発明の実施の形態１における燃料電池車両の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態１における蓄電装置の温度と内部抵抗の特性を模式的に示したグラフである。 本発明の実施の形態１における燃料電池車両をフォークリフトに適用した構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態１における燃料電池車両の電力の供給動作を示すフローチャートである。

以下、この発明による燃料電池車両の実施の形態につき、図面を用いて説明する。なお、各図において、同一部分には同一符号を付している。

実施の形態１．
はじめに、本発明の実施の形態１における燃料電池車両１００の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池車両１００の構成を示す機能ブロック図である。

［燃料電池車両の構成］
図１に示される燃料電池車両１００は、燃料電池システム１１０と、車両部１２０と、操作部１３０とを備える。なお、燃料電池車両１００は、フォークリフト、トーイングトラクタといった産業車両である。

燃料電池システム１１０は、燃料電池システム制御部１１１と、水素タンク１１２と、コンプレッサ１１３と、水素供給弁１１４と、燃料電池スタック１１５と、ＤＣＤＣ変換部１１６と、蓄電装置１１７と、センサ１１８と、接続部１１９と、を備える。

燃料電池システム制御部１１１は、燃料電池システム１１０に関連する各種制御を行う制御部としてのコントローラである。燃料電池システム制御部１１１は、車両部１２０内の車両制御部１２１と互いに通信することが可能であり、蓄電装置１１７の内部抵抗を求め、接続部１１９の接続状態を制御する。なお、燃料電池システム制御部１１１は、
内部抵抗検知機能を有しており、後述するセンサ１１８と共に内部抵抗検知手段を構成する。

水素タンク１１２は、充填されている水素を燃料電池スタック１１５に供給する。コンプレッサ１１３は、燃料電池システム制御部１１１に制御され、酸素を含む空気を燃料電池スタック１１５に供給する。水素供給弁１１４は、燃料電池システム制御部１１１に制御され、水素タンク１１２から燃料電池スタック１１５に供給する水素ガス量を調整する。

燃料電池スタック１１５は、燃料電池システム制御部１１１の制御に基づいて、水素供給弁１１４を介した水素タンク１１２からの水素とコンプレッサ１１３からの空気に含まれる酸素とにより発電を行う、積層された燃料電池である。なお、燃料電池スタック１１５は、発電する複数の単セルを積層したスタック構造により構成されている。

ＤＣＤＣ変換部１１６は、燃料電池スタック１１５の発電電力を一定の電圧に変換する。たとえば、ＤＣＤＣ変換部１１６は、電圧８０ボルトを電圧４８ボルトに変換する。ＤＣＤＣ変換部１１６によって電圧変換された電力は、車両部１２０に供給される。

蓄電装置１１７は、接続部１１９を介して、ＤＣＤＣ変換部１１６と車両部１２０とに接続され、燃料電池スタック１１５の発電電力と後述する回生電力とが充電可能である。蓄電装置１１７は、燃料電池スタック１１５の発電時は、ＤＣＤＣ変換部１１６の出力と並列に接続されて充電され、車両部１２０に瞬間的な大電流が流れる際に放電する。蓄電装置１１７は、リチウムイオンバッテリ、リチウムイオンキャパシタなどにより構成される。なお、燃料電池車両１００が産業車両である場合、充放電の特性から、リチウムイオンキャパシタが蓄電装置１１７として使用される。

センサ１１８は電圧センサと電流センサを有しており、蓄電装置１１７の電圧と、蓄電装置１１７を流れる電流を検知し、検知結果を燃料電池システム制御部１１１に通知する。センサ１１８から検知結果を通知された燃料電池システム制御部１１１は、所定タイミング毎において、蓄電装置１１７から流れ出す電流値と、そのときの蓄電装置１１７の電圧降下とから、蓄電装置１１７の内部抵抗を求める。ここで、センサ１１８と、燃料電池システム制御１１１中で蓄電装置１１７の内部抵抗を算出する機能とが、内部抵抗検知手段を構成する。

接続部１１９は、燃料電池システム１１０と車両部１２０の各部を電気的に接続しており、発電、暖機発電、回生制動の有無に応じて、燃料電池システム制御部１１１の制御に基づき、接続状態を以下のように切り替える。なお、回生制動とは、通常は電力を供給されて回転力を出力しているモータに対して、逆に軸回転を入力して発電機として作動させ、運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することで、制動として利用する手法である。

接続部１１９は、燃料電池スタック１１５が通常の発電をしており、非回生制動時において、蓄電装置１１７の内部抵抗が後述する閾値未満であるとき、ＤＣＤＣ変換部１１６を通した発電電力を、蓄電装置１１７と、車両部１２０内の荷役モータ１２３または走行モータ１２５に供給する。接続部１１９は、燃料電池スタック１１５が通常の発電をしており、非回生制動時において、蓄電装置１１７の内部抵抗が閾値以上であるとき、ＤＣＤＣ変換部１１６を通した発電電力を、車両部１２０内の荷役モータ１２３または走行モータ１２５に供給する。

接続部１１９は、回生制動時において、蓄電装置１１７の内部抵抗が閾値未満であるとき、車両部１２０内の荷役モータ１２３または走行モータ１２５の回生により生成される電力（以下、「回生電力」という）を、蓄電装置１１７に供給する。接続部１１９は、回生制動時において、蓄電装置１１７の内部抵抗が閾値以上であるとき、車両部１２０内の荷役モータ１２３または走行モータ１２５により生成された回生電力を、電力消費部としてのシートヒータ１２６に供給する。接続部１１９は、燃料電池スタック１１５が暖機発電を行う際、ＤＣＤＣ変換部１１６を通した暖機発電による発電電力を、電力消費部としてのシートヒータ１２６に供給する。

車両部１２０は、車両制御部１２１と、インバータ１２２と、荷役モータ１２３と、インバータ１２４と、走行モータ１２５と、電力消費部としてのシートヒータ１２６とを有する。

車両制御部１２１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等により構成され、操作部１３０で受け付けた操作に対応し、インバータ１２２を介した荷役モータ１２３の荷役動作と、インバータ１２４を介した走行モータ１２５の走行動作とを制御する。車両制御部１２１は、回生検知部として、操作部１３０の操作により、荷役モータ１２３と走行モータ１２５の回生を検知する。

インバータ１２２は、車両制御部１２１の制御に基づいて、燃料電池システム１１０から供給される直流の電力を三相交流電力に変換し、荷役モータ１２３へ三相交流電力を供給する。インバータ１２２は、荷役モータ１２３の回生制動時に、荷役モータ１２３が生成する回生電力を三相交流から直流に変換し、燃料電池システム１１０側へ電力を供給する。

荷役モータ１２３は、フォークの上昇と下降を制御する荷役用の油圧ポンプを駆動しており、インバータ１２２から供給される三相交流電力の周波数調整により回転数が変化する。荷役モータ１２３は、フォークの下降時に発電機として作用し、回生電力を生成する。ここで、インバータ１２２と、荷役モータ１２３とで、荷役用の電力回生部を構成する。この電力回生部は、電力供給を受けて駆動力を生成し、回生制動時には駆動力に応じて回生電力を生成する。

インバータ１２４は、車両制御部１２１の制御に基づいて、燃料電池システム１１０から供給される直流の電力を三相交流電力に変換し、走行モータ１２５へ三相交流電力を供給する。また、インバータ１２４は、走行モータ１２５の回生制動時に、走行モータ１２５が生成する回生電力を三相交流から直流に変換し、燃料電池システム１１０側へ電力を供給する。

走行モータ１２５は、燃料電池車両１００の駆動輪を駆動しており、インバータ１２４から供給される三相交流電力の周波数調整により回転数が変化する。走行モータ１２５は、燃料電池車両１００の減速時に発電機として作用し、回生電力を生成する。ここで、インバータ１２４と、走行モータ１２５とで、走行用の電力回生部を構成する。この電力回生部は、電力供給を受けて駆動力を生成し、回生制動時には駆動力に応じて回生電力を生成する。

シートヒータ１２６は、電力消費部であり、接続部１１９を介して供給される電力を消費する。そして、シートヒータ１２６は、電力を消費することにより発熱し、燃料電池車両１００の運転席に熱を供給することで、運転者の運転環境を調温する調温装置である。なお、シートヒータ１２６は、座面と背あたりのいずれの領域を温めるような構成であってもよい。

操作部１３０は、キースイッチ１３１と、アクセルペダル１３２と、ブレーキペダル１３３と、リフトレバー１３４と、チルトレバー１３５と、ディレクションレバー１３６とを備える。

キースイッチ１３１がオンされると、燃料電池システム制御部１１１の制御により燃料電池システム１１０が起動して稼働状態になり、燃料電池車両１００が使用可能状態になる。また、キースイッチ１３１がオフにされると、燃料電池システム制御部１１１の制御により燃料電池システム１１０が停止して非稼働状態になり、燃料電池車両１００が使用停止状態になる。

アクセルペダル１３２が踏まれてオン操作されると、車両制御部１２１の制御によりインバータ１２４を通じて走行モータ１２５に電力が供給され、燃料電池車両１００が加速状態または走行状態になる。

ブレーキペダル１３３が踏まれてオン操作されると、またはアクセルペダル１３２の踏み込みが解除されてアクセルオフ操作されると、車両制御部１２１の制御によりインバータ１２４を通じて走行モータ１２５に電力供給が遮断され、燃料電池車両１００が減速状態または停止状態になる。走行モータ１２５は、減速する際に発電機として作用し、回生電力を生成する。

リフトレバー１３４が操作されると、車両制御部１２１の制御によりインバータ１２２を通じて荷役モータ１２３に電力が供給され、フォークが上昇方向または下降方向に移動する。リフトレバー１３４が操作されてフォークが下降する場合、荷役モータ１２３が回生制動により発電機として作用し、回生電力を生成する。チルトレバー１３５が操作されると、車両制御部１２１の制御によりインバータ１２２を通じて荷役モータ１２３に電力が供給され、フォークの傾きが変えられる。

ディレクションレバー１３６が操作されると、車両制御部１２１の制御によりインバータ１２４を通じて走行モータ１２５に供給される電力の位相が切り替えられ、燃料電池車両１００の走行が前進から後進、あるいは後進から前進へと切り替えられる。ディレクションレバー１３６の操作により燃料電池車両１００の進行方向が変わる直前の減速時に、走行モータ１２５は発電機として作用し回生電力を生成する。

［燃料電池システム制御部の特徴］
以上の説明に加え、燃料電池システム制御部１１１は以下のような特徴を有する。

燃料電池システム制御部１１１は、蓄電装置１１７の内部抵抗が閾値未満であり、燃料電池スタック１１５の発電が行われる場合、発電電力を荷役モータ１２３または走行モータ１２５と、蓄電装置１１７に供給するよう、接続部１１９の接続状態を制御する。
燃料電池システム制御部１１１は、蓄電装置１１７の内部抵抗が閾値未満であり、電力回生部で回生が行われることが車両制御部１２１により検知された場合、回生電力を蓄電装置１１７に供給するよう、接続部１１９の接続状態を制御する。

燃料電池システム制御部１１１は、蓄電装置の内部抵抗が閾値以上であり、燃料電池スタック１１５で通常の発電が行われる場合、発電電力を荷役モータ１２３または走行モータ１２５に供給するよう、接続部１１９の接続状態を制御する。燃料電池システム制御部１１１は、蓄電装置の内部抵抗が閾値以上であり、電力回生部で回生が行われることが車両制御部１２１により検知された場合、回生電力を電力消費部としてのシートヒータ１２６に供給するよう、接続部１１９の接続状態を制御する。

燃料電池システム制御部１１１は、蓄電装置の内部抵抗が閾値以上であり、燃料電池スタック１１５で暖機発電が行われる場合、暖機発電による発電電力を電力消費部としてのシートヒータ１２６に供給するよう、接続部１１９の接続状態を制御する。なお、燃料電池システム制御部１１１は、燃料電池システム１１０の温度を参照し、暖機運転が必要か否かを判定する。燃料電池システム制御部１１１は、暖機運転が必要であると判定した場合、発電要求信号を生成し、燃料電池スタック１１５に暖機発電を実行させる。

燃料電池システム制御部１１１は、所定のタイミングにおいてセンサ１１８から通知された検知結果を参照し、蓄電装置１１７から流れ出す電流値と、そのときの蓄電装置１１７の電圧降下とから、蓄電装置１１７の内部抵抗を求める。なお、このように蓄電装置１１７の内部抵抗を求める際、電圧降下を正確に求めるため、蓄電装置１１７はＤＣＤＣ変換部１１６から電力の供給を受けず、充電されている電力の出力のみを行う。

燃料電池システム制御部１１１は、蓄電装置１１７の電流値と電圧降下とに対応する内部抵抗のテーブルを備えており、センサ１１８の検知結果をテーブルに当てはめて、蓄電装置１１７の内部抵抗を求める。

燃料電池システム制御部１１１は、回生電力により蓄電装置１１７が充電され、内部抵抗に応じて蓄電装置１１７の電圧が上昇する場合に、蓄電装置１１７が接続されたいずれかの部位に異常が発生することになる電圧に対応する内部抵抗により、閾値を定める。例えば、蓄電装置１１７とその周囲の各回路が電圧４８ボルトで動作するよう構成されている場合、内部抵抗が通常より高くなっている蓄電装置１１７に充電されることにより、蓄電装置１１７の電圧が上昇する。そして、例えば電圧が６０ボルトに上昇した時点で、蓄電装置１１７の周囲の各回路に異常が生じたとする。異常が生じるとは、システムのシャットダウンが発生することも含む。この場合、回生電力により充電された場合に蓄電装置１１７の電圧が上昇して、回路またはシステムに異常が生じさせる可能性のある内部抵抗により、以上の閾値を定める。

なお、通常動作時よりも低温時、例えば０℃以下の環境において蓄電装置１１７の内部抵抗が上昇し、蓄電装置１１７への充電電流に応じて電圧上昇が発生し、燃料電池システム１１０に異常が発生することがある。このため、０℃の蓄電装置１１７の内部抵抗を、以上の閾値として定めてもよい。また、外気温が２０℃または２５℃の時に測定された蓄電装置１１７の内部抵抗を基準として、基準の２倍または３倍の内部抵抗を、以上の閾値として定めてもよい。図２に示すように、蓄電装置１１７は、温度に応じて内部抵抗が変化する。特に、０℃よりも温度が下がる場合、内部抵抗は０℃よりも高い温度変化の場合と比べて、変化量が大きくなる。

燃料電池システム制御部１１１は、アクセルオフ操作の検知信号、ブレーキオン操作の検知信号、スイッチバック操作の検知信号、およびフォーク下降操作の検知信号を受信した車両制御部１２１から通知を受け、回生が行われることを認識する。

次に、本発明の実施の形態１における燃料電池車両１００の具体例を説明する。図３は、本発明の実施の形態１における燃料電池車両１００をフォークリフトに適用した構成を示す構成図である。なお、以下の説明における「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、および「下」は、燃料電池車両１００のオペレータが運転席に着座して、前進側を向いた状態を基準として示す。

図３に示すように、燃料電池車両１００は、車体１０１、駆動輪１０２Ｆ、操舵輪１０２Ｒ、運転席１０３、荷役装置１０４、燃料電池システム１１０、操作部１３０、を備えている。

車体１０１内に、燃料電池システム１１０としての、燃料電池システム制御部１１１、水素タンク１１２、燃料電池スタック１１５と、を備えている。また、車体１０１内に、車両部１２０としての、車両制御部１２１、荷役モータ１２３、走行モータ１２５と、を備えている。

駆動輪１０２Ｆは、車体１０１の前部に設けられ、走行モータ１２５により駆動される。操舵輪１０２Ｒは、車体１０１の後部に設けられ、ステアリングホイール１３７の操作により向きが変更される。

運転席１０３は、車体１０１の中央付近に設けられている。運転席１０３の座面には、シートヒータ１２６が配置されている。運転席１０３の前方には、操作部１３０が設けられている。

荷役装置１０４は、車体１０１の前部に設けられ、マスト１０４ａ、リフトブラケット１０４ｂ、フォーク１０４ｃ、リフトシリンダ１０４ｄ、を備えている。

マスト１０４ａは、車体１０１の前部に立設され、リフトブラケット１０４ｂを備えている。リフトブラケット１０４ｂは、マスト１０４ａに対して昇降自在に構成されている。フォーク１０４ｃは、左右一対に構成され、リフトブラケット１０４ｂに設けられている。

リフトシリンダ１０４ｄは、マスト１０４ａに設けられており、車体１０１に搭載された油圧ポンプ１２３ｐから供給される作動油により作動する。なお、油圧ポンプ１２３ｐは、荷役モータ１２３により駆動される。以上の構成において、リフトシリンダ１０４ｄの作動によるマスト１０４ａの昇降に伴って、フォーク１０４ｃを備えたリフトブラケット１０４ｂは昇降する。

［走行、減速、リフト下降、回生の基本動作］
次に、本発明の実施の形態１における燃料電池車両１００の走行、荷役、回生について基本的な説明をする。

オペレータがディレクションレバー１３６を前進側に位置させ、アクセルペダル１３２を踏み込んでアクセルオン操作を行うと、車両制御部１２１はアクセルオン操作を検知する。車両制御部１２１は、アクセルオン操作に応じて、インバータ１２４を制御し、走行モータ１２５の回転数を増大させる。これにより、燃料電池車両１００は、増速し、前進する。

オペレータがアクセルペダル１３２の踏み込みを解除し、アクセルオフ操作を行うと、車両制御部１２１はアクセルオフ操作を検知する。車両制御部１２１は、アクセルオフ操作に応じて、インバータ１２４を制御し、走行モータ１２５への電力供給を停止する。これにより、燃料電池車両１００は、減速する。この際に、走行モータ１２５は、発電機として機能し、燃料電池車両１００の運動エネルギーを回生電力に変換する。走行モータ１２５にて生成された回生電力は、インバータ１２４により直流に変換され、接続部１１９を介して、蓄電装置１１７またはシートヒータ１２６へ供給される。

オペレータによりブレーキペダル１３３が踏み込まれ、ブレーキオン操作されたときは、車両制御部１２１はブレーキオン操作を検知する。車両制御部１２１は、ブレーキオン操作に応じて、アクセルオフ操作の場合と同様に走行モータ１２５の回生を行うようにインバータ１２４を制御する。

ディレクションレバー１３６のスイッチバック操作、すなわち前進側から後進側へ切り換える操作が行われると、車両制御部１２１は、スイッチバック操作を検知する。車両制御部１２１は、スイッチバック操作に応じて、アクセルオフ操作やブレーキオン操作の場合と同様に、走行モータ１２５の回生を行うようにインバータ１２４を制御する。

リフトレバー１３４のフォーク下降が行われると、車両制御部１２１は、フォーク下降操作を検知する。車両制御部１２１は、フォーク下降操作に応じて、インバータ１２２を制御し、荷役モータ１２３への電力供給を停止する。これにより、フォーク１０４ｃを備えたリフトブラケット１０４ｂは自重で下降し、荷役モータ１２３は、発電機として機能し、フォークの下降エネルギーを回生電力に変換する。荷役モータ１２３にて生成された回生電力は、インバータ１２２により直流に変換され、接続部１１９を介して、蓄電装置１１７またはシートヒータ１２６へ供給される。

［燃料電池車両の動作］
次に、本発明の実施の形態１における燃料電池車両１００の回生に関する特徴的な動作について、図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施の形態１における燃料電池システム１１０の電力の供給動作を示すフローチャートである。

図４のフローチャートの前提として、キースイッチ１３１がオンされ、燃料電池システム制御部１１１の制御により燃料電池システム１１０が稼働状態になり、燃料電池車両１００が使用可能状態になっている。

ステップＳ１０１において、燃料電池システム制御部１１１は、燃料電池システム１１０における発電要求の発生、及び車両部１２０における車両制御部１２１から回生に関連する通知の発生を監視している。すなわち、燃料電池システム制御部１１１は、アクセルオフ操作の検知信号、ブレーキオン操作の検知信号、スイッチバック操作の検知信号、およびフォーク下降操作の検知信号を受信した車両制御部１２１から通知、及び燃料電池システム１１０における発電要求信号、の受信を待機している。この後、処理がステップＳ１０２へと進む。

ステップＳ１０２において、燃料電池システム制御部１１１は、センサ１１８の検知結果を上述したテーブルに当てはめて、蓄電装置１１７の内部抵抗を算出する。この場合、テーブルを使用することで、内部抵抗を求める演算処理などが不要になり、内部抵抗を高速に算出することができる。この後、処理がステップＳ１０３へと進む。

ステップＳ１０３において、燃料電池システム制御部１１１は、燃料電池システム１１０において発電要求が発生しているか、車両制御部１２１において回生の発生が検知されているか、を確認する。発電または回生の発生が検知されれば、処理がステップＳ１０４へと進む。一方、発電と回生の発生が検知されなければ、処理はステップＳ１０１へ戻る。

ステップＳ１０４において、燃料電池システム制御部１１１は、蓄電装置１１７の内部抵抗が閾値以上であるか否かを判定する。内部抵抗の閾値とは、既に説明したように、蓄電装置１１７に回生電力を充電した場合に異常が生じることがある内部抵抗、０℃の環境における蓄電装置１１７の内部抵抗、または、２０℃または２５℃の時に測定された蓄電装置１１７の内部抵抗の２倍または３倍の内部抵抗などである。

ステップＳ１０４において、蓄電装置１１７の内部抵抗が閾値未満であると判定されれば、処理がステップＳ１０５へと進む。

ステップＳ１０５において、燃料電池システム制御部１１１は、電力回生部において回生電力が生成されているか否かを判定する。回生により電力が生成されていれば処理がステップＳ１０６へと進む。一方、回生による電力の生成がなければ処理がステップＳ１０７へと進む。

ステップＳ１０６において、燃料電池システム制御部１１１は、接続部１１９の接続状態を制御し、荷役モータ１２３または走行モータ１２５により生成される回生電力を蓄電装置１１７に供給する。これにより、回生電力により蓄電装置１１７が充電される。この後、処理がステップＳ１１３へと進む。

ステップＳ１０７において、燃料電池システム制御部１１１は、通常の走行または荷役のための発電を行うよう燃料電池スタック１１５を制御すると共に、接続部１１９の接続状態を制御し、燃料電池スタック１１５により発電された発電電力を、荷役モータ１２３または走行モータ１２５と、蓄電装置１１７に供給する。これにより、発電電力により、荷役モータ１２３または走行モータ１２５が駆動され、蓄電装置１１７が充電される。この後、処理がステップＳ１１３へと進む。

一方、ステップＳ１０４において、蓄電装置１１７の内部抵抗が閾値以上であると判定されれば、処理がステップＳ１０８へと進む。

ステップＳ１０８において、燃料電池システム制御部１１１は、電力回生部において回生により電力が生成されているか否かを判定する。回生により電力が生成されていれば処理がステップＳ１０９へと進む。一方、回生による電力の生成がなければ処理がステップＳ１１０へと進む。

テップＳ１０９おいて、燃料電池システム制御部１１１は、接続部１１９の接続状態を制御し、荷役モータ１２３または走行モータ１２５により生成される回生電力をシートヒータ１２６に供給する。これにより、回生電力は電力消費部としてのシートヒータ１２６に消費される。シートヒータ１２６は、調温装置として燃料電池車両１００の運転者の運転環境を調温する。この後、処理がステップＳ１１３へと進む。

ステップＳ１１０において、燃料電池システム制御部１１１は、燃料電池スタック１１５において暖機発電が実行されているか否かを判定する。暖機発電が実行されていれば処理がステップＳ１１１へと進む。一方、暖機発電が実行されていなければ処理がステップＳ１１２へと進む。

ステップＳ１１１において、燃料電池システム制御部１１１は、暖機発電を行うよう燃料電池スタック１１５を制御すると共に、接続部１１９の接続状態を制御し、燃料電池スタック１１５の暖機発電により発電された発電電力を、電力消費部としてのシートヒータ１２６に供給する。暖機発電により発電された発電電力を供給されたシートヒータ１２６は、調温装置として、燃料電池車両１００の運転者の運転環境を調温する。この後、処理がステップＳ１１３へと進む。

ステップＳ１１２において、燃料電池システム制御部１１１は、通常の走行または荷役のための発電を行うよう燃料電池スタック１１５を制御すると共に、接続部１１９の接続状態を制御し、燃料電池スタック１１５により発電された発電電力を、荷役モータ１２３または走行モータ１２５に供給する。これにより、発電電力により、荷役モータ１２３または走行モータ１２５が駆動される。この後、処理がステップＳ１１３へと進む。

ステップＳ１１３において、燃料電池システム制御部１１１はキースイッチ１３１の状態を確認する。キースイッチ１３１がオンされたままであれば、処理はステップＳ１０１へ戻る。一方、キースイッチ１３１がオフにされると、燃料電池システム制御部１１１は、燃料電池システム１１０の各部の動作を停止する。燃料電池システム制御部１１１から停止の指示を受けた車両制御部１２１は、車両部１２０の各部を停止状態にする。

なお、燃料電池システム制御部１１１は、燃料電池システム制御部１１１は、キースイッチ１３１がオンにされた時点で、各部を初期化するとともに、各部の接続状況と使用可否を確認し、車両部１２０においてシートヒータ１２６が使用可能であるかを判定しておく。

電力消費部としてのシートヒータ１２６が使用可能でない場合、以上のステップＳ１０９における回生電力と、Ｓ１１１における暖機発電による発電電力を、車両部１２０のシートヒータ１２６以外の電力消費部となりうる他の機器に供給する。車両部１２０におけるシートヒータ１２６以外の他の機器としては、運転席１０３に温風を送る温風ヒータ、運転席１０３周囲の温度を調整するエアコン、などの発熱部を有する各種の電力消費部としての調温装置が該当する。なお、電力の供給先の機器として、以上の調温装置以外に、燃料電池スタック１１５の冷却水を加熱する電力消費部を含めてもよい。

また、ステップＳ１０９において、走行モータ１２５の回生制動において回生電力が生成されている場合、車両部１２０におけるシートヒータ１２６以外の他の機器として、荷役モータ１２３が使用可能である。この場合、走行モータ１２５が生成した回生電力を荷役モータ１２３に供給し、油圧ポンプ１２３ｐによって荷役装置１０４を一定状態に駆動することで電力を消費してもよい。

以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る燃料電池車両１００では、蓄電装置１１７の内部抵抗が閾値以上であれば回生電力と暖機発電時の発電電力を蓄電装置１１７ではなく、電力消費部としてのシートヒータ１２６に供給する。これにより、低温時、例えば０℃以下の環境において入出力可能な電力が低下している蓄電装置１１７に対する発電した電力や回生電力の充電を回避し、シートヒータ１２６に電力を供給することで、燃料電池システム１１０の使用される温度環境に応じて、発電した電力や回生電力を有効活用することができる。

また、この発明の実施の形態１に係る燃料電池車両１００では、低温環境において入出力可能な電力が低下している蓄電装置１１７の劣化を予防することができる。なお、低温環境において蓄電装置１１７の内部抵抗が上昇し、蓄電装置１１７への充電電流に応じて電圧上昇が発生し、燃料電池システム１１０に異常が発生するような事態も防止することができる。

また、この発明の実施の形態１に係る燃料電池車両１００では、低温時、例えば０℃以下の環境において、発電した電力や回生電力をシートヒータ１２６に供給して運転席１０３に熱を供給して調温しているため、オペレータに快適な環境を提供することができる。また、接続部１１９の接続状態の制御は、蓄電装置１１７の内部抵抗に基づいて実行しているため、蓄電装置１１７の温度または蓄電装置１１７の電圧を検知する場合よりも迅速かつ適切に実行することが可能になる。

［その他の動作］
本発明の実施の形態１における燃料電池システム１１０の他の動作について、以下に説明する。

以上の説明において、燃料電池システム制御部１１１は、蓄電装置１１７の内部抵抗が閾値以上である場合、接続部１１９の接続状態を制御し、発電した電力や回生電力を、蓄電装置１１７ではなく、電力消費部としてのシートヒータ１２６または他の機器に供給していた。

これに対し、蓄電装置１１７の内部抵抗が閾値以上である場合、発電した電力や回生電力を、蓄電装置１１７の能力に応じて、蓄電装置１１７と、電力消費部に分配してもよい。この場合、接続部１１９として、接続状態を単純にどちらか一方に切り替えるのではなく、電力を分岐または分配できる機能を備える必要がある。

また、蓄電装置１１７と、電力消費部に電力を分配する場合の比率は、５０：５０に限られず、蓄電装置１１７の内部抵抗に応じて、すなわち蓄電装置が受け入れ可能な電力に応じて、０：１００〜５０：５０〜１００：０のように段階的または連続的な比率で分配してもよい。

これにより、低温時、例えば０℃以下の環境において受け入れ可能な電力が低下している蓄電装置１１７に対する充電を低減し、蓄電装置１１７と電力消費部に電力を分配することで、発電した電力と回生電力を有効活用することができる。

また、以上の説明では、燃料電池システム制御部１１１と車両制御部１２１との２つの制御部を有しているが、燃料電池車両１００の全体を統括的に制御する単一の制御部としてもよい。

１００ 燃料電池車両、１１０ 燃料電池システム、１１１ 燃料電池システム制御部（制御部）、１１２ 水素タンク、１１３ コンプレッサ、１１４ 水素供給弁、１１５ 燃料電池スタック（燃料電池）、１１６ ＤＣＤＣ変換部、１１７ 蓄電装置、１１８ センサ、１１９ 接続部、１２０ 車両部、１２１ 車両制御部、１２２ インバータ（電力回生部）、１２３ 荷役モータ（電力回生部）、１２４ インバータ（電力回生部）、１２５ 走行モータ（電力回生部）、１２６ シートヒータ（電力消費部）、１３０ 操作部、１３１ キースイッチ、１３２ アクセルペダル、１３３ ブレーキペダル、１３４ リフトレバー、１３５ チルトレバー、１３６ ディレクションレバー。

Claims (6)

1. 発電する燃料電池と、
   前記燃料電池の発電によって生成される発電電力を充電可能な蓄電装置と、
   回生電力を生成する電力回生部と、
   前記発電電力または前記回生電力を消費する電力消費部と、
   前記発電電力と前記回生電力の供給を制御する制御部と、
   を備える燃料電池車両において、
   燃料電池車両には前記蓄電装置の内部抵抗を検知する内部抵抗検知手段を有し、
   前記制御部は、
   前記内部抵抗検知手段が検知した前記蓄電装置の内部抵抗が閾値未満である場合、前記発電電力または前記回生電力を前記蓄電装置に供給するよう制御し、
   前記内部抵抗が前記閾値以上である場合、前記発電電力または前記回生電力を前記電力消費部に供給するよう制御する
   燃料電池車両。
2. 前記蓄電装置の電圧と、前記蓄電装置を流れる電流を検知するセンサを備え、
   前記内部抵抗検知手段は、前記センサと、前記制御部の内部抵抗検知機能により構成され、
   前記制御部は、所定タイミング毎に、前記センサの検知結果を参照し、前記蓄電装置から流れ出す電流値と、前記蓄電装置から電流が流れ出しているときの前記蓄電装置の電圧降下とから、前記内部抵抗を求める
   請求項１記載の燃料電池車両。
3. 前記電流値と前記電圧降下とに対応する前記内部抵抗のテーブルを備え、
   前記内部抵抗検知手段は、前記制御部が前記センサの検知結果を前記テーブルに当てはめて前記内部抵抗を求める
   請求項２記載の燃料電池車両。
4. 前記制御部は、前記回生電力により前記蓄電装置が充電され、前記内部抵抗に応じて前記蓄電装置の前記電圧が上昇する場合に、前記蓄電装置が接続されたいずれかの部位に異常が発生することになる前記電圧に対応する前記内部抵抗により、前記閾値を定める
   請求項２または請求項３に記載の燃料電池車両。
5. 前記制御部は、アクセルオフ操作の検知信号、ブレーキオン操作の検知信号、スイッチバック操作の検知信号、フォーク下降操作の検知信号、及び暖機運転の発電要求信号のいずれかに基づいて、前記電力消費部への前記発電電力または前記回生電力の供給を制御する
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池車両。
6. 前記電力消費部は燃料電池車両の運転者の運転環境を調温する調温装置であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池車両。

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