JP2023013187A - 燃料電池システム及びそれを備えた作業機、並びに燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料電池に対する急激な電力負荷が生じたとしても燃料電池に対する水素ガス供給量を迅速に追従させることができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】水素ガスを貯留する水素タンクと、水素タンクからの水素ガスの供給を受けて電力を発生させる燃料電池と、を備えた燃料電池システムであって、水素タンク内の温度を調整する温度調節装置と、水素タンク内の水素残量に基づいて温度調節装置を制御し、水素残量が第１所定値以下のときに水素タンクの温度を上昇させる制御部と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池システム及びそれを備えたトラクタやバックホー等の作業機、並びに燃料電池システムの制御方法に関する。
近年、自動車の燃料として、大気汚染を防止するクリーンなエネルギー源として水素燃料ガスが注目を浴びている。これに伴い、水素ガス等の燃料ガスと空気等の酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を搭載し、その燃料電池の発電電力を前輪及び後輪の駆動源とする燃料電池駆動式の自動車（ＦＣＶ：Fuel Cell Vehicle）が開発されている（例えば、特許文献１を参照）。このような燃料電池駆動式の自動車では、燃料電池に供給される水素ガス等の燃料ガスを貯留する水素吸蔵合金タンクや高圧タンクなどの燃料ガス貯留用のタンクが搭載されている。
このような大気汚染防止の観点から、燃料電池を駆動源として用いるという技術的なトレンドは自動車のみにとどまらず、例えば田植機やコンバイン等の農業機械、バックホー、コンパクトトラックローダ、スキッドステアローダ等の建設機械など、各種の作業機にも適用するという研究開発が行われている。
特開２００５－１０２４５８号公報
しかしながら、作業装置を装着可能、又は作業装置を有する作業機（産業機械）では、自動車では駆動源のほとんどが走行用の駆動源としてのみ利用されるのに対して、作業機では、該駆動源は走行用の駆動源の他に作業装置の駆動源としても利用される。このため、作業機では、走行用のアクセル位置に関係なく電力負荷が急激に増加する場合がある。従って、燃料電池を駆動源として搭載する作業機においては、該燃料電池に対する水素ガス等の燃料ガスの供給量を迅速に追従させて増加させることができず、ＭＨ（Metal Hydride）タンクから放出される水素ガスの流量が急激に増加すると、ＭＨタンク内の圧力が急激に低下し燃料電池の出力電力の応答性が低下するという問題が生じていた。
また、このような作業機に搭載される燃料電池に供給される水素ガスを貯留するタンクとしては、安全性の向上や高圧ガス保安法遵守の観点から、１．０ＭＰａ以下でも水素ガスを搭載可能な水素吸蔵合金を用いたＭＨタンクが一般的に使用される。このため、ＭＨの吸蔵量が少なくなると、一定温度下では、より圧力を下げなければ水素ガスが放出されなくなってしまう。さらに、燃料電池の発電には所定値以上の水素ガスの圧力が必要とされるため一定温度下では水素ガスの圧力をより下げて水素ガスを放出することができず、ＭＨに吸蔵された水素ガスを多く残したまま、ＭＨタンクに対して次の水素ガスの充填を行わなければならないという問題が生じていた。
本発明は、このような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、燃料電池が搭載された作業機において、該燃料電池に対する急激な電力負荷が生じたとしても燃料電池の出力電力の応答性を低減させることなしに燃料電池に対する水素ガス供給量を迅速に追従させ、さらにはＭＨタンク内の水素吸蔵合金に吸蔵された水素ガスの使い残しを低
減させることできる燃料電池システム及びそれを備えた作業機、並びに燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る燃料電池システムは、水素ガスを貯留する水素タンクと、前記水素タンクからの前記水素ガスの供給を受けて電力を発生させる燃料電池と、を備えた燃料電池システムであって、前記水素タンク内の温度を調整する温度調節装置と、前記水素タンク内の水素残量に基づいて前記温度調節装置を制御し、前記水素残量が第１所定値以下のときに前記水素タンクの温度を上昇させる制御部と、を備えている。
また、燃料電池システムは、前記水素タンク内の温度を調整する第１循環水を循環させる第１循環水供給経路をさらに備え、前記温度調節装置は、前記第１循環水供給経路に配設され、前記第１循環水の温度を上昇させるヒータと、を含み、前記制御部は、前記水素残量が前記第１所定値以下のときに前記ヒータの通電を開始し、前記水素タンクの温度を上昇させる。
また、前記温度調節装置はさらに、前記第１循環水供給経路に配設され、前記第１循環水の温度を冷却する第１ラジエータと、前記第１ラジエータに冷却風を通風させる第１送風機と、をさらに備えている。
また、燃料電池システムは、前記燃料電池を冷却する第２循環水を循環させる第２循環水供給経路をさらに備え、前記第１循環水供給経路は、前記第２循環水供給経路から分岐される。
また、燃料電池システムは、前記第２循環水供給経路に配設され、前記第２循環水の温度を冷却する第２ラジエータと、前記第２ラジエータに冷却風を通風させる第２送風機と、をさらに備えている。
また、前記制御部は、前記水素残量に対する温度の特性マップに基づいて、算出された前記水素残量から目標温度を算出し、前記第１循環水供給経路に流れる前記第１循環水の実温度が該算出された前記目標温度となるように前記ヒータを制御する。
また、燃料電池システムは、前記水素タンクから前記燃料電池に前記水素ガスを供給する水素ガス供給経路をさらに備え、前記水素タンク内に貯留された前記水素ガスの圧力を検出する圧力センサが前記水素ガス供給経路に配設されている。
また、燃料電池システムは、前記第１循環水供給経路に流れる前記第１循環水の流量を調整する流量制御バルブをさらに備え、前記制御部は、第２所定値と前記圧力センサにより検出された前記水素ガスの圧力との偏差に基づいて、前記第１循環水供給経路に流れる前記第１循環水の流量を決定し、前記第１循環水供給経路に流れる流量が該決定された流量となるように前記流量制御バルブを制御する。
また、燃料電池システムは、前記第１循環水供給経路に流れる前記第１循環水の流量を調整するＰＷＭポンプをさらに備え、前記制御部は、前記第１所定値と前記圧力センサにより検出された前記水素ガスの圧力との偏差に基づいて、前記第１循環水供給経路に流れる前記第１循環水の流量を決定し、前記第１循環水供給経路に流れる流量が該決定された流量となるように前記ＰＷＭポンプを制御する。
また、前記第１所定値は、前記燃料電池が動作するのに必要とする前記水素ガスの最低動作圧力と１．０ＭＰａとの間の範囲に位置する。
また、前記燃料電池が動作するのに必要とする前記水素ガスの最低動作圧力は、０．８５ＭＰａに設定されている。
また、前記制御部は、前記圧力センサにより検出された前記水素ガスの圧力が、前記燃料電池が動作するのに必要とする前記水素ガスの最低動作圧力以下となるときに、前記燃料電池の発電を停止する。
また、前記水素タンクは、水素吸蔵合金を有し、該水素吸蔵合金の吸蔵した前記水素ガスを放出して前記燃料電池に供給する。
また、前記制御部は、前記水素ガスの流量値かもしくは前記燃料電池からの電流値に基づいて前記水素残量を算出する。
また、作業機は、上述した燃料電池システムを備えている。
また、燃料電池システムの制御方法は、水素ガスを貯留する水素タンクと、前記水素タンクからの水素ガスの供給を受けて電力を発生させる燃料電池と、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、前記水素タンク内の温度を調整する第１循環水を第１循環水供給経路に循環させるステップと、前記第１循環水供給経路に流れる第１循環水の温度を上昇させるステップと、前記水素タンク内の水素残量に基づいて、前記第１循環水の温度を上昇させるステップと、を含み、前記第１循環水の温度を上昇させるステップにおいて、前記水素タンク内の水素残量を算出し、該算出された水素残量が第１所定値以下のときに前記第１循環水の温度を上昇させる。
また、燃料電池システムの制御方法は、前記水素ガスの流量値かもしくは前記燃料電池からの電流値に基づいて前記水素残量を算出する。
また、燃料電池システムの制御方法は、前記水素残量に対する温度の特性マップに基づいて、前記算出された水素残量から温度を算出し、前記第１循環水供給経路に流れる前記第１循環水の温度が該算出された温度まで上昇させる。
また、燃料電池システムの制御方法は、前記第１循環水供給経路に流れる前記第１循環水の流量を調整するステップと、前記水素タンク内に貯留された前記水素ガスの圧力を検出するステップと、第２所定値と前記圧力センサにより検出された水素ガスの圧力との偏差に基づいて、前記第１循環水供給経路に流れる第１循環水の流量を決定し、該決定された流量となるように前記第１循環水供給経路に流れる流量を制御するステップと、を含む。
また、前記第２所定値は、前記燃料電池が動作するのに必要とする水素ガスの最低動作圧力と１．０ＭＰａとの間の範囲に位置する。
また、前記燃料電池が動作するのに必要とする水素ガスの最低動作圧力は、０．８５ＭＰａに設定されている。
本発明に係る燃料電池システム及びそれを備えた作業機、並びに燃料電池システムの制御方法によれば、燃料電池を搭載した作業機において、該燃料電池に対する急激な電力負荷が生じたとしても応答性を低減させることなしに必要とする燃料電池の出力電力に必要とする水素ガス供給量を迅速に追従させることができ、さらにはＭＨタンク内の水素吸蔵合金に吸蔵された水素ガスの使い残しを低減させることできる。
本実施形態に係る農業用トラクタ１の概略側面図である。 図１の燃料電池システム２２の概略構成を示すブロック図である。 図２の水素タンク２３２Ａの縦断面図である。 図２の燃料電池システム２２により実行される水素ガス供給処理を示すフローチャートである。 （ａ）は水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃから水素ガス供給経路２７を介して燃料電池２２９に流れる水素ガスの時間ｔに対する流量の変化を示す時間軸波形図であり、（ｂ）は（ａ）と経過時間軸を共通にし、図２の水素タンク２３２Ａ内の水素ガスの時間ｔに対する圧力の変化を示す時間軸波形図であり、（ｃ）は（ａ）の時間軸を共通にし、図１の水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃに流れる第１循環水（温水）の時間ｔに対する流量の変化を示す時間軸波形図であり、（ｄ）は（ａ）の時間軸を共通にし、第１循環水（温水）の時間ｔに対する温度の変化を示す時間軸波形図であり、（ｅ）は（ａ）の時間軸を共通にし、図２の燃焼電池２２９の時間ｔに対する動作状態の変化を示す時間軸波形図であり、（ｆ）は（ａ）の時間軸を共通にし、図２の水素タンク２３２Ａ内の水素ガスの時間ｔに対する残量の変化を示す時間軸波形図である。 （ａ）は水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃから水素ガス供給経路２７を介して燃料電池２２９に流れる水素ガスの時間ｔに対する流量の変化を示す時間軸波形図であり、（ｂ）は（ａ）と経過時間軸を共通にし、図２の水素タンク２３２Ａ内の水素ガスの時間ｔに対する圧力の変化を示す時間軸波形図であり、（ｃ）は（ａ）の時間軸を共通にし、図１の水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃに流れる第１循環水（温水）の時間ｔに対する流量の変化を示す時間軸波形図であり、（ｄ）は（ａ）の時間軸を共通にし、第１循環水（温水）の時間ｔに対する温度の変化を示す時間軸波形図であり、（ｅ）は（ａ）の時間軸を共通にし、図２の燃焼電池２２９の時間ｔに対する動作状態の変化を示す時間軸波形図であり、（ｆ）は（ａ）の時間軸を共通にし、図２の水素タンク２３２Ａ内の水素ガスの時間ｔに対する残量の変化を示す時間軸波形図である。 図１の燃料電池システム２２の変形例に係る燃料電池システム２２Ａの概略構成を示すブロック図である。
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付して説明は省略する。
図１～図３は、本実施形態に係る作業機１及びその各部品を図示する。本実施形態の場合、作業機１はトラクタであり、車両進行方向（前方の矢印）をトラクタ１及びトラクタ用各部品の「前方」とし、車両進行方向の逆方向を後方とし、搭乗した操縦者から見た左右方向を、トラクタ１及びトラクタ用部品の「左右」として説明する。また、車体前後方向に直交する水平方向をトラクタ１の幅方向として説明する。ここで、トラクタ１は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池２２９（図２参照）を備え、この燃料電池２２９による発電電力を動力源として構成されている。なお、本実施形態では、作業機として農業用のトラクタを用いて説明したが、本発明はこれに限定されず、作業機として、例えば田植機やコンバイン等の農業機械、バックホー、コンパクトトラックローダ、スキッドステアローダ等の建設機械など、各種の作業機に適用することができる。
図１は本実施形態に係るトラクタ１の概略側面図である。図１のトラクタ１はトラクタ全体の左側面を示す。図１のトラクタ１は、前後方向に長い車体２と、該車体２の前部に設けられたボンネット３と、車体２の後部に搭載され、オペレータが着座する操縦席４を収容するキャビン５と、車体２を走行可能に支持する車輪式の走行装置６と、該走行装置
６を駆動する駆動装置７と、車体２の後端に設けられた３点リンク機構９と、駆動装置７からの動力を伝達するＰＴＯ軸（動力取り出し軸）１０とを備えて構成される。
図１の走行装置６は、左右一対の後輪１１と左右一対の前輪１２とを備え、後輪１１の上方はフェンダー１３で覆われている。ここで、走行装置６は二駆四駆切り替え型の四輪駆動方式であり、後輪１１のみの駆動による二輪駆動状態と、後輪１１及び前輪１２による四輪駆動状態との間で切り替え可能なように構成される。なお、本発明は、後輪のみが駆動する二輪駆動方式、もしくは履帯式（クローラ式）の走行装置を備えたトラクタにも適用可能である。
図１の駆動装置７は、後輪１１の近傍に配置され、走行装置６の車輪又は履帯を駆動する交流式の駆動モータ（電動モータ）２１と、ボンネット３内に配置され、駆動モータ２１に電力を供給する燃料電池システム２２と、ボンネット３内に配置され、該燃料電池システム２２から駆動モータ２１への電力供給を制御するコントローラ２３と、を備えて構成される。さらに、水素ガスを検知する水素ガス検知器を設けるように構成されてもよく、その場合には、該水素ガス検知器が水素ガスを検知した時に開放してキャビン５の内部空間Ｓ１と外部とを連通させる排気扉をキャビン５の天井壁４３に設けるように構成されてもよい。
ここで、駆動モータ２１の出力軸は伝動機構を介して間接的にもしくは直接的に後輪１１の車軸に連動連結されるとともに、二駆四駆切り替え機構を介して切り換え自在に前輪１２に連動連結される。また、燃料電池システム２２は、後述する水素タンク２３２Ａ～２３２Ｃから供給される水素ガスを外部から取り入れた空気（酸素）と反応させて発電し、その電力を駆動モータ２１に供給する。また、コントローラ２３はインバータ機能を有し、燃料電池システム２２で発電される直流電気を交流電気に変換するとともに、周波数制御して駆動モータ２１の回転を制御する。さらに、ボンネット３内には、燃料電池システム２２から駆動モータ２１に供給される電力の余剰電気を蓄積するバッテリー２８が配置され、コントローラ２３は、該バッテリー２８に蓄積された電力を用いて駆動モータ２１の回転を制御するように構成されてもよい。
３点リンク機構９は、車体２の後端下部に上下方向回動可能に支持された左右一対のロワリンク３１と、車体２の後端上部に上下方向回動自在に支持されるとともに油圧装置により駆動される左右一対のリフトアーム３２と、リフトアーム３２の後端部とロワリンク３１の中間部とを連結してリフトアーム３２の回動によりロワリンク３１を回動させる連結リンク３３と、アッパーリンク装着用のブラケット３４とを備えて構成される。左右一対のロワリンク３１の後端部とブラケット３４とに連結されたアッパーリンクにより各種作業装置を上下方向移動可能に支持する。また、ＰＴＯ軸１０にはドライブシャフトを介して各種作業装置の入力部が連結される。また、ＰＴＯ軸１０は駆動モータ２１から動力伝達されて回転する。ここで、作業装置は、耕耘する耕耘装置、肥料を散布する肥料散布装置、農薬を散布する農薬散布装置、収穫を行う収穫装置、牧草等の刈取を行う刈取装置、牧草等の拡散を行う拡散装置、牧草等の集草を行う集草装置、牧草等の成形を行う成形装置（ロールベーラ）等である。
図１のキャビン５は、四隅から立ち上がる４本のキャビンフレーム（支柱）４１と、前面、右面及び後面を覆う透明の壁（符号なし）と、左面を覆う透明の乗降ドア４２と、天井壁４３とから構成される。ここで、操縦席４の前方にはハンドルなどを含む操縦装置４４が配置され、操縦席４の下にはキャビン５の内部空間Ｓ１の空調を行うエアコン（エアコンディショナ）ユニット４６が配置される。また、キャビン５の下方には、オペレータがキャビン５に乗り降りする際に足をかける乗降ステップ８が配置される。ここで、乗降ステップ８は、左側及び右側の各乗降ドア４２の下方に設けられている。
図２は図１の燃料電池システム２２の概略構成を示すブロック図である。図２の燃料電池システム２２は、水素ガスをそれぞれ貯留し、燃料電池２２９に燃料用の水素ガスを供給する３本の水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃと、各水素タンク２３２Ａ～２３２Ｃからの水素ガスの供給を受けて電力を発生させる燃料電池２２９と、各水素タンク２３２Ａ～２３２Ｃ内の温度をそれぞれ調整する第１循環水（温水）を循環させる第１循環水供給経路２４と、第１循環水供給経路２４に配設され、第１循環水（温水）の温度を調整する温度調節装置２２０と、水素タンク２３２Ａ～２３２Ｃ内の水素残量に基づいて、該温度調節装置２２０の温度を制御する制御部（ＥＣＵ）２３０と、各水素タンク２３２Ａ～２３２Ｃから燃料電池２２９に水素ガスをそれぞれ供給する水素ガス供給経路２７と、燃料電池２２９を冷却する第２循環水（冷却水）を循環させる第２循環水供給経路２５と、を備えて構成される。
すなわち、燃料電池システム２２は、燃料電池２２９を冷却する第２循環水（冷却水）を循環させる第２循環水供給経路２５をさらに備え、第１循環水供給経路２４は、第２循環水供給経路２５から分岐される。ここで、温度調節装置２２０は、第１循環水の温度を上昇させるセラミックヒータなどのヒータ２２１と、第１循環水の温度を冷却させる第１ラジエータ２２２と、該第１ラジエータ２２２に冷却風を通風させる第１送風機（ＦＡＮ）２２３とを備えて構成される。
また、水素ガス供給経路２７には、水素タンク２３２内に貯留された水素ガスの圧力を検出する圧力センサＰが配設される。なお、本実施形態では、便宜上、水素タンク３本を配置した例について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、１本もしくは３本以外の複数本の水素タンクを配置するように構成されてもよい。ここで、複数本の水素タンクはそれぞれ直列接続されてもよいしそれぞれ並列接続されてもよい。
図２の第１循環水供給経路２４には、温度調節装置２２０から送出された第１循環水を水素タンク２３２Ａ内の配管２３３Ａに通流させる第１流路２４ａと、水素タンク２３２Ａ内の配管２３３Ａと水素タンク２３２Ｂ内の配管２３３Ｂとを連通する第２流路２４ｂと、水素タンク２３２Ｂ内の配管２３３Ｂと水素タンク２３２Ｃ内の配管２３３Ｃとを連通する第３流路２４ｃと、水素タンク２３２Ｃから送出された第１循環水（温水）を流す第４流路２４ｄと、第４流路２４ｄに流れる第１循環水（温水）の流路を切り換える三方バルブ２３１Ｂと、該三方バルブ２３１Ｂから送出された第１循環水（温水）を流す第５流路２４ｅと、第５流路２４ｅに流れる第１循環水（温水）の流路を切り換える三方バルブ２３１Ａと、三方バルブ２３１Ａを介して温度調節装置２２０に還流させる第６流路２４ｆとが配設される。
ここで、第１流路２４ａには、温度調節装置２２０から水素タンク２３２Ａの配管２３３Ａへと送出された第１循環水（温水）の温度を測定する温度センサＴ１が設けられ、第４流路２４ｄには、水素タンク２３２Ｃの配管２３３Ｃから送出された第１循環水（温水）の温度を測定する温度センサＴ２が設けられている。また、第６流路２４ｆには、三方バルブ２３１Ａを介して温度調節装置２２０に流れる第１循環水（温水）の流量を制御するＰＷＭポンプ２２４が設けられている。ここで、第１循環水（温水）の温度とは、温度センサＴ１またはＴ２のいずれか１つの温度データを取得するように構成されてもよいし、温度センサＴ１及び温度センサＴ２の双方の平均値データを取得するように構成されてもよい。さらに、ここには図示していないが、水素タンク２３２Ａ～２３２Ｃの少なくとも１つに水素タンク内の温度を測定する温度センサをそれぞれ設け、制御部２３０が少なくとも１つの温度データを取得して該温度データを用いて第１循環水（温水）の温度を算出するように構成されてもよい。
また、図２の第１循環水供給経路２４は、ＰＷＭポンプ２２４から送出された第１循環
水（温水）が、温度調節装置２２０、水素タンク２３３Ａ～２３２Ｃ、三方バルブ２３１Ｂ、三方バルブ２３１Ａを順に流路２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ及び各水素タンク内の配管２３３Ａ～２３３Ｃを介して通流し、ＰＷＭポンプ２２４に戻って循環するように、例えば、配管を用いて形成される。ここで、第１循環水（温水）は熱媒体として機能し、第１循環水供給経路２４は、第１循環水（温水）の循環により水素タンク２３３Ａ，２３３Ｂ，２３３Ｃの加熱を行う。本実施形態では、熱媒体として水を用いて説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば熱媒体としてエチレングリコールを主成分とする不凍液を用いて構成されてもよい。
さらに、図２の第２循環水供給経路２５には、燃料電池２２９から送出された第２循環水（冷却水）の流路を切り換える三方バルブ２３１Ａと、三方バルブ２３１Ａから流路を切り換えられた第２循環水を流す第７流路２５ａ、第７流路２５ａに流れる第２循環水の流れの流路を切り換える三方バルブ２３１Ｂと、三方バルブ２３１Ｂから送出された第２循環水を冷却する第２ラジエータ２２６と、該第２ラジエータ２２６に冷却風を通風させる第２送風機（ＦＡＮ）２２７と、第２ラジエータ２２６から送出された第２循環水（冷却水）を燃料電池２２９に還流させる第８流路２５ｂと、が設けられる。
なお、第１循環水供給経路２４の第５流路２４ｅと、第２循環水供給経路２５の第７流路２５ａとは共有の配管で形成されている。ここで、第２ラジエータ２２６は、第２循環水（冷却水）の放熱を行い、第２送風機２２７は第２ラジエータ２２６による放熱を促進する。また、第８流路２５ａには、燃料電池２２９に流れ込む第２循環水（冷却水）の流量を制御するＰＷＭポンプ２２８が設けられる。すなわち、図２の第２循環水供給経路２５は、ＰＷＭポンプ２２８から送出された第２循環水（冷却水）が、燃料電池２２９，三方バルブ２３１Ａ，三方バルブ２３１Ｂ，第２ラジエータ２２６を順に第７流路２５ａ及び第８流路２５ｂを介して通流し、ＰＷＭポンプ２２８に戻って循環するように、例えば、配管を用いて形成される。ここで、第２循環水（冷却水）は熱媒体として機能し、第２循環水供給経路２５は、第２循環水（冷却水）の循環により燃料電池２２９を冷却する。
図２の制御部２３０は、水素タンク２３２Ａ～２３２Ｃ内の水素残量に基づいて温度調節装置２２０を制御し、水素タンク２３２Ａ～２３２Ｃ内の水素残量が所定値以下のときにヒータ２２１の通電を開始するように制御し、水素タンク２３２Ａ～２３２Ｃの温度を上昇させる。さらに、制御部２３０は、例えば夏季に外気温が高くなった場合などの要因で水素タンクの温度が高くなることにより該水素タンク内の圧力を監視し、１．０ＭＰａを越えないように水素タンク内の圧力を制御する。ここで、１．０ＭＰａというのは、高圧ガス保安法の規制により、各水素タンク内の充填圧力は１．０ＭＰａ以下でなければならないと規定されていることに基づいている。なお、所定値は、燃料電池２２９が動作するのに必要とする水素ガスの最低動作圧力ＰＣと１．０ＭＰａとの間の範囲内に位置される。また、本実施形態では、例えば燃料電池２２９が動作するのに必要とする水素ガスの最低動作圧力ＰＣは、０．８５ＭＰａに設定される。
詳細には、制御部２３０は、燃料電池２２９に供給される水素ガスの流量値かもしくは燃料電池２２９から負荷への電流値を取得し、該取得された水素ガスの流量値かもしくは燃料電池２２９から負荷への電流値に基づいて、水素タンク２３２Ａ～２３２Ｃ内の水素残量を算出し、該水素残量に対する温度の特性マップに基づいて、この水素残量から目標温度を算出する。そして、制御部２３０は、第１循環水供給経路２４に流れる第１循環水の実際の温度（実温度）が該算出された目標温度となるようにヒータ２２１及び第１ラジエータ２２２を制御する。ここで、図示されないが、水素ガス供給経路２７には水素ガスの流量値を測定する流量計が配設され、適宜、制御部２３０は該流量計から水素ガスの流量値データを取得するように構成される。
また、図２の制御部２３０は、燃料電池２２９から負荷に出力される電流値を検出する
機能を有するとともに、水素タンク２３２Ａ～２３２Ｃから燃料電池２２９に入力される水素ガスの流量を検出する機能を有している。
ここで、特性マップは、水素タンク２３２Ａ～２３２Ｃ内の水素残量と、第１循環水（温水）の温度と、水素タンク２３２Ａ～２３２Ｃ内の水素ガス圧力と、の関係を示したマップであり、制御部２３０は、この特性マップに基づき、水素残量と水素ガス圧力とから第１循環水（温水）の目標温度を算出し、第１循環水（温水）の実温度が目標温度となるようにヒータ２２１の通電と第１ラジエータ２２２の動作をそれぞれ制御する。すなわち、この特性マップには、燃料電池２２９から電力負荷（図示せず）に出力される電流の積算値と水素消費量との関係が示されており、燃料電池２２９から出力される電流の積算値を算出することにより水素消費量を導くことが可能となる。
この構成により、燃料電池２２９を搭載したトラクタ１（作業機）における該燃料電池２２９に対する電力負荷の急激な増加により、燃料電池２２９の動作に必要とする水素ガスの最低動作圧力ＰＣまで急激に下降させることなしに、この最低動作圧力ＰＣ以上の所定の圧力となった時点で第１循環水の流量を増加させることが可能となる。従って、水素タンク内の水素ガス圧力が燃料電池２２９の最低動作圧力ＰＣ以上の所定の圧力となった時点で第１循環水（温水）の流量を増加させて水素ガスの供給量を増加させることが可能となるので、かかる電力負荷の増加に対して燃料電池２２９に対する水素ガスの供給量を迅速に追従させて増加させることが可能となる。
また、図２の制御部２３０は、所定値と圧力センサＰにより検出された水素ガスの圧力との偏差に基づいて、第１循環水供給経路２４に流れる第１循環水の流量を決定し、第１循環水供給経路２４に流れる流量が該決定された流量となるようにＰＷＭポンプ２２４を制御する。
さらに、制御部２３０は、圧力センサＰにより検出された水素ガスの圧力が、前記燃料電池が動作するのに必要とする水素ガスの最低動作圧力ＰＣ（本実施形態では、０．８５ＭＰａ）以下となるときに、燃料電池２２９の発電を停止させる。
図３は図２の水素タンク２３２Ａの縦断面図である。図３の水素タンク２３２Ａは水素貯蔵材料を充填したタンクであり、水素ガスが充填される内部空間を有するライナー６０と、該ライナー６０の外面に被覆された炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）層６１とを有している。ここで、ライナー６０は水素貯蔵材料として例えば水素吸蔵合金で形成され、圧力を上昇させるかもしくは冷却することにより水素ガスを吸蔵し、圧力を下降させるかもしくは加熱することにより水素ガスを放出する。なお、図２の各水素タンク２３２Ｂ，２３２Ｃの構造は水素タンク２３２Ａの構造と同様である。すなわち、各水素タンク２３２Ａ～２３２Ｃは、水素吸蔵合金を有し、該水素吸蔵合金に吸蔵された水素ガスを放出して燃料電池２２９に供給する。また、各水素タンク２３２Ａ～２３２Ｃは、自己体積の１０００倍以上の水素ガスを吸蔵することが可能な低圧水素タンクである。
以上のように構成された燃料電池システム２２の動作及び作用効果について以下に説明する。図４は図２の燃料電池システム２２により実行される水素ガス供給処理を示すフローチャートである。
先ず、図４のステップＳＴ１００において、制御部２３０は、燃料電池２２９への水素ガス供給を開始させると同時に燃料電池２２９の動作を開始させる。次のステップＳＴ１０１では、制御部２３０は、水素タンク２３３Ａ，２３３Ｂ，２３３Ｃ内の温度を調整する第１循環水を第１循環水供給経路２４に循環させるようにＰＷＭポンプ２２４の動作を開始させる。次に、制御部２３０は、水素タンク２３３Ａ，２３３Ｂ，２３３Ｃ内の水素
残量を算出して（ステップＳＴ１０２）、次のステップＳＴ１０３に移動する。ステップＳＴ１０３では、制御部２３０は、ステップＳＴ１０２で算出された水素残量が所定値ＶＰ（後述する図５Ａ（ｆ），図５Ｂ（ｆ）参照）以下であるか否かを判定し、所定値ＶＰ以下であれば、後述するステップＳＴ１０８に移動し、所定値ＶＰより大きければ、次のステップＳＴ１０４に移動する。
ステップＳＴ１０４では、制御部２３０は、水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の水素ガス圧力値を水素ガス供給経路２７に配設された圧力センサＰから取得する。そして、次のステップＳＴ１０５では、該取得された水素ガス圧力が最低動作圧力ＰＣまで低下したか否かを判定し、取得された水素ガス圧力が最低動作圧力ＰＣ以下であれば、後述するステップＳＴ１０９に移動し、取得された水素ガス圧力が最低動作圧力ＰＣより大きければ、次のステップＳＴ１０６に移動する。
ステップＳＴ１０６では、制御部２３０は、取得された水素ガス圧力が１．０ＭＰａと燃料電池２２９の最低動作圧力ＰＣとの間の範囲内に設定された所定値ＰＤ（後述する図５Ａ（ｂ），図５Ｂ（ｂ）参照）まで低下したか否かを判定し、所定値ＰＤ以下であれば、次のステップＳＴ１０７に移動し、所定値ＰＤより大きければ、上述したステップＳＴ１０２に戻る。ここで、水素ガス圧力の上限値である１．０ＭＰａというのは、高圧ガス保安法の規制により、各水素タンク内の充填圧力は１．０ＭＰａ以下でなければならないと規定されていることに基づいている。
ステップＳＴ１０６において、制御部２３０が取得された水素ガス圧力が１．０ＭＰａと燃料電池２２９の最低動作圧力ＰＣとの間の所定値ＰＤまで低下したと判定した場合には、各水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の配管２３３Ａ，２３３Ｂ，２３３Ｃを通過する第１循環水（温水）の流量を上昇させて、各水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の水素ガス圧力を上昇させて（ステップＳＴ１０７）、上述したステップＳＴ１０４に移動する。
ステップＳＴ１０８では、各水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の配管２３３Ａ，２３３Ｂ，２３３Ｃを通過する第１循環水（温水）の温度を上昇させて、上述したステップＳＴ１０４に戻る。ステップＳＴ１０９では、制御部２３０が、ＰＷＭポンプ２２４の動作を停止させて第１循環水（温水）の循環を停止させ、次のステップＳＴ１１０では、制御部２３０が、燃料電池２２９への水素ガス供給を停止させると同時に燃料電池２２９の動作を停止させて、当該処理は終了する。
次に、図２の燃料電池システム２２が、図４のフローチャートに示した動作を行うことによる作用効果について、図５Ａ及び図５Ｂのグラフを用いて以下詳細に説明する。
ここで、図５Ａでは第１循環水（温水）の流量制御のみを用いた作用効果について、図５Ｂでは第１循環水（温水）の流量制御に加えて第１循環水（温水）の温度制御を用いた作用効果について説明する。
図５Ａ（ａ）は水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃから水素ガス供給経路２７を介して燃料電池２２９に流れる水素ガスの時間ｔに対する流量の変化を示す時間軸波形図であり、図５Ａ（ｂ）は図５Ａ（ａ）と経過時間軸を共通にし、図２の水素タンク２３２Ａ内の水素ガスの時間ｔに対する圧力の変化を示す時間軸波形図であり、図５Ａ（ｃ）は図５Ａ（ａ）の時間軸を共通にし、図１の水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃに流れる第１循環水（温水）の時間ｔに対する流量の変化を示す時間軸波形図であり、図５Ａ（ｄ）は図５Ａ（ａ）の時間軸を共通にし、第１循環水（温水）の時間ｔに対する温度の変化を示す時間軸波形図であり、図５Ａ（ｅ）は図５Ａ（ａ）の時間軸を共通にし、図２の燃焼電池２２９の時間ｔに対する動作状態の変化を示す時間軸波形図であり、図５Ａ（
ｆ）は図５Ａ（ａ）の時間軸を共通にし、図２の水素タンク２３２Ａ内の水素ガスの時間ｔに対する残量の変化を示す時間軸波形図である。
先ず、作業機への作業負荷増加による燃料電池２２９に供給する水素ガス量の増加について図５Ａ（ａ）を用いて説明する。図５Ａ（ａ）を参照すると、水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃから水素ガス供給経路２７を介して燃料電池２２９に流れる水素ガスの流量の変化を示している。ここで、時間０から時間ｔ０までは水素ガスの流量ｆ（ｔ）は一定（流量ｆ（ｔ）＝ｆ０）であるのに対して、時間ｔ０のタイミングにおいて、作業機の作業負荷が増加し、それに伴い、水素ガス流量ｆ（ｔ）が時間ｔａのタイミングで流量ｆ１まで急激に増加していることが示されている。
次に、燃料電池２２９への水素ガス供給量の増加による水素タンク内の水素ガス圧力の減少について図５Ａ（ｂ）を用いて説明する。図５Ａ（ｂ）を参照すると、燃料電池２２９に対する急激な作業負荷の増加により水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の水素ガス圧力Ｐ（ｔ）が時間ｔａを超えた付近で急激に減少している。これは、燃料電池２２９に対する水素ガス供給量の急激な増加によるものである。
次に、水素タンク内の水素ガス圧力の減少に応じて第１循環水（温水）の流量を増加するタイミングについて図５Ａ（ｂ），（ｃ）を用いて説明する。図５Ａ（ｂ），（ｃ）を参照すると、水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の水素ガス圧力Ｐ（ｔ）が所定値ＰＤまで減少した時間Ｔｂのタイミングで第１循環水（温水）の流量を増加させることにより、水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の水素ガス圧力Ｐ（ｔ）が、最低動作圧力ＰＣに到達する直前の時間ｔｃ（＞ｔｂ）のタイミングで上昇に転じていることが示されている（図５Ａ（ｃ）参照）。
ここで、図５Ａ（ｅ）を参照すると、時間ｔｃのタイミングでは、燃料電池２２９の動作状態はオン状態であることが示されている。これにより、水素タンク内の水素ガス圧力Ｐ（ｔ）が、所定の圧力ＰＤからそのまま減少して即座に最低動作圧力ＰＣ以下に達することがなく、水素タンク内の水素ガス圧力Ｐ（ｔ）を一旦上昇させるので、燃料電池２２９の動作に必要とする最低動作圧力ＰＣ以上の水素ガスを燃料電池２２９に供給し続けることが可能となることが示されている。
なお、図５Ａでは、第１循環水（温水）の流量制御のみで温度制御は行われていないので、第１循環水（温水）の温度は一定（Ｔ（ｔ）＝Ｔ０）となるように制御される（図５Ａ（ｄ）参照）。
次に、燃料電池２２９の動作状態がオフ状態となるタイミングについて図５Ａ（ｂ），（ｅ）を用いて説明する。図５Ａ（ｂ），（ｅ）を参照すると、水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の水素ガス圧力Ｐ（ｔ）が時間ｔｄ（ｔ５＜ｔｄ＜ｔ６）のタイミングで減少し始め、下限値である最低動作圧力ＰＣ以下となる時間ｔ７のタイミングで燃料電池２２９はオフ状態となるように制御されていることが示されている。
次に、燃料電池２２９の動作状態がオフ状態となったときに、水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内に残存する水素ガス量（水素ガスの残量）について図５Ａ（ｆ）を用いて説明する。図５Ａ（ｆ）を参照すると、燃料電池２２９がオフ状態となる時間ｔ７のタイミング（図５Ａ（ｅ）参照）で水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の水素ガスの残量Ｖ（ｔ）が残量Ｖ１となることが示されている。
上述したように、制御部２３０は、水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の水素ガス圧力の値（データ）を水素ガス供給経路２７に配設された圧力センサＰから取得し、
該取得された水素ガス圧力が燃料電池２２９の最低動作圧力ＰＣ近傍（１．０ＭＰａと燃料電池２２９の最低動作圧力ＰＣとの間の範囲内に設定された所定値ＰＤ）まで低下すると、各水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の配管２３３Ａ，２３３Ｂ，２３３Ｃを通過する第１循環水（温水）の流量を増加するように制御する。これにより、水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の水素ガス圧力が上昇して該水素ガス圧力が燃料電池２２９の最低動作圧力ＰＣ以下となることなしに、燃料電池２２９の動作状態はオン状態を維持し続けさせることが可能となる。
従って、本実施形態に係る燃料電池システム２２によれば、燃料電池２２９に対する急激な電力負荷が生じたとしても応答性を低減させることなしに必要とする燃料電池２２９の出力電力にために必要とされる水素ガス供給量を迅速に追従させることが可能となる。
上述した図５Ａでは第１循環水（温水）の流量制御のみだけの制御であったが、第１循環水（温水）の温度制御をさらに加えた制御における作用効果について図５Ｂを用いて説明する。
図５Ｂ（ａ）は水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃから水素ガス供給経路２７を介して燃料電池２２９に流れる水素ガスの時間ｔに対する流量の変化を示す時間軸波形図であり、図５Ｂ（ｂ）は図５Ｂ（ａ）と経過時間軸を共通にし、図２の水素タンク２３２Ａ内の水素ガスの時間ｔに対する圧力の変化を示す時間軸波形図であり、図５Ｂ（ｃ）は図５Ｂ（ａ）の時間軸を共通にし、図１の水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃに流れる第１循環水（温水）の時間ｔに対する流量の変化を示す時間軸波形図であり、図５Ｂ（ｄ）は図５Ｂ（ａ）の時間軸を共通にし、第１循環水（温水）の時間ｔに対する温度の変化を示す時間軸波形図であり、図５Ｂ（ｅ）は図５Ｂ（ａ）の時間軸を共通にし、図２の燃焼電池２２９の時間ｔに対する動作状態の変化を示す時間軸波形図であり、図５Ｂ（ｆ）は図５Ｂ（ａ）の時間軸を共通にし、図２の水素タンク２３２Ａ内の水素ガスの時間ｔに対する残量の変化を示す時間軸波形図である。
ここで、図５Ａとの差異点である第１循環水の温度制御について説明する。なお、第１循環水の流量制御については図５Ａで説明したので省略する。
図５Ａに示すように、第１循環水の流量制御のみを行った場合には、燃料電池２２９が停止する時間ｔ７のタイミングでは、水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の水素ガスの残量Ｖ（ｔ）は残量Ｖ１となる（図５Ａ（ｆ）参照）。
これに対して、図５Ｂ（ｂ）を参照すると、燃料電池２２９に対して急激な作業負荷がかかる状態が継続することにより、水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の水素ガス圧力が時間ｔｅ（ｔ７＜ｔｅ＜ｔ８）のタイミングで減少し始め、時間ｔ８のタイミングで最低動作圧力ＰＣに到達してそれ以降では最低動作圧力ＰＣ未満となっていることが示されている。従って、図５Ｂ（ｅ）を参照すると、時間ｔ８のタイミングにおいて、燃料電池２２９はオン状態からオフ状態へと切り替わることが示されている。
次に、燃料電池２２９の動作状態がオフ状態となったときに、水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内に残存する水素ガス量（水素ガスの残量）について図５Ｂ（ｆ）を用いて説明する。図５Ｂ（ｆ）を参照すると、燃料電池２２９がオフ状態となる時間ｔ８（＞ｔ７）のタイミング（図５Ｂ（ｅ）参照）で水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の水素ガスの残量Ｖ（ｔ）が残量Ｖ（ｔ）は残量Ｖ２（＜Ｖ１）となっていることが示されている。
これは、第１循環水（温水）の流量制御のみの制御（図５Ａ）と比較すると、燃料電池
２２９に対する急激な作業負荷がかかる状態の継続による水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の水素ガス圧力の下降開始時間ｔｅ（ｔ７＜ｔｅ＜ｔ８）が、第１循環水の流量制御のみの制御における下降開始時間ｔｄ（ｔ５＜ｔｄ＜ｔ６）よりも遅くなっていることに起因する。ここで、図５Ｂ（ｄ）を参照すると、水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の水素残量Ｖ（ｔ）が所定値ＶＰまで減少した時間ｔ４のタイミングで第１循環水（温水）の温度を上昇させることにより、燃料電池２２９の動作に必要とする最低動作圧力ＰＣ以上の水素ガスを燃料電池２２９に供給し続ける時間がより長くなることが示されている。そして、時間ｔ８のタイミングで水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の水素ガス圧力Ｐ（ｔ）が最低動作圧力ＰＣに到達して燃料電池２２９はオン状態からオフ状態へと切り替わる（図５Ｂ（ｅ）参照）。
以上により、第１循環水の流量制御のみならず温度制御を加えた方が、燃料電池２２９の動作時間をより長くすることが可能となり、強いては水素タンク２３２（ＭＨタンク）内の水素吸蔵合金に吸蔵された水素ガスの使い残しをより低減させることが可能となる。
以上の実施形態に係る燃料電池システム２２によれば、燃料電池２２９を搭載した作業機１における該燃料電池に対する電力負荷の急激な増加により、燃料電池２２９の動作に必要とする水素ガスの最低動作圧力まで急激に下降させることなしに、この最低動作圧力より高い所定の圧力となった時点で水素タンク２３２内の温度を上昇させて水素ガスの供給量（流量）を増加させることが可能となる。従って、燃料電池を搭載した作業機１における該燃料電池２２９に対する電力負荷の急激な増加により、水素タンク２３２内の水素ガス圧力が燃料電池２２９の最低動作圧力より高い所定の圧力となった時点で水素ガスの供給量を増加させることが可能となるので、かかる電力負荷の増加に対して燃料電池２２９に対する水素ガスの供給量を迅速に追従させて増加させることが可能となる。
さらに、水素ガスを搭載可能な水素吸蔵合金を用いた水素タンク２３２（ＭＨタンク）において、圧力を低下させることなしに温度を上昇させることで水素ガスを放出するように制御するので、燃料電池２２９の動作時間をより長くすることができ、さらには水素タンク２３２（ＭＨタンク）内の水素吸蔵合金に吸蔵された水素ガスの使い残しをより低減させることが可能となる。
本実施形態では、温度調節装置２２０に流れる第１循環水の流量を制御するのにＰＷＭポンプ２２４を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＰＷＭポンプ２２４の代わりに流量制御バルブを用いて温度調節装置２２０に流れる第１循環水の流量を制御するように構成されてもよい。詳細には、燃料電池システム２２には、第１循環水供給経路２４に流れる第１循環水の流量を調整する流量制御バルブがＰＷＭポンプ２２４の代わりに設けられ、制御部２３０が、所定値と圧力センサＰにより検出された水素ガスの圧力との偏差に基づいて、第１循環水供給経路２４に流れる第１循環水の流量を決定し、第１循環水供給経路２４に流れる流量が該決定された流量となるように流量制御バルブを制御するように構成される。この場合においても本実施形態と同様の動作及び作用効果を得ることができる。
また、本実施形態では、燃料電池２２９からの電流値に基づいて、水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の水素残量を算出するように構成されたが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明は、水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃから燃料電池２２９に供給される水素ガスの流量を検出する機能を有した流量センサを水素ガス供給経路２７にさらに備え、制御部２３０がこの流量センサから取得される流量（検出値）を積算することにより、水素消費量を算出し、水素タンク２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ内の水素残量を算出するように構成されてもよい。この場合においても本実施形態と同様の動作及び作用効果を得ることができる。
また、本実施形態では、制御部２３０が負荷に出力される電流値を検出する機能及び燃料電池２２９に供給される水素ガスの流量を検出する機能を有するように構成されたが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明は、制御部２３０が負荷に出力される電流値を検出する電流計を設け、検出された値を制御部２３０が適宜取得するように構成されてもよい。この場合においても本実施形態と同様の動作及び作用効果を得ることができる。
さらに、本実施形態では、第１循環水供給経路２４に流れる第１循環水のみを用いて水素タンク２３２Ａ～２３２Ｃの温度を調整するように構成されたが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明は、制御部２３０が燃料電池２２９から生じる熱量を用いて水素タンク２３２Ａ～２３２Ｃの温度を調整するように三方バルブ２３１Ａの切替を制御し、燃料電池２２９から放出された第２循環水を第１循環水供給経路２４に流れるように構成されてもよい。この場合においても本実施形態と同様の動作及び作用効果を得ることができる。さらに、本実施形態と比較すると、燃料電池２２９からの余熱を利用するので、ヒータ２２１の利用時間を短縮することができ、強いては消費電力を削減することが可能となる。
またさらに、本実施形態では、水素タンク２３２内の水素ガスの圧力の変化に基づいて負荷電力の急激な増加を判断して燃料電池に対する水素ガス供給量を制御するように構成されたが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明は、制御部２３０が、オペレータが操作するジョイスティックの操作内容に基づいて急激な作業負荷の増加を事前予測して燃料電池に対する水素ガス供給量を増加するように制御してもよい。この場合においても本実施形態と同様の動作及び作用効果を得ることができる。
［変形例］
図６は図１の燃料電池システム２２の変形例に係る燃料電池システム２２Ａの概略構成を示すブロック図である。図６の燃料電池システム２２Ａは、図１の燃料電池システム２２と比較すると、各水素タンク２３２内の温度をそれぞれ調整する第１循環水を循環させる第１循環水供給経路２４と、燃料電池２２９を冷却する第２循環水（冷却水）を循環する第２循環水供給経路２５とが別々に構成されていることが相違する。詳細には、図１の燃料電池システム２２では、第１循環水供給経路２４の第５流路２４ｅと第２循環水供給経路２５の第８流路２５ａとが共有され、三方バルブ２３１Ａ及び三方バルブ２３１Ｂを用いて、第１循環水（温水）及び第２循環水（冷却水）の流れを第１循環水供給経路２４及び第２循環水供給経路２５それぞれに循環させるように三方バルブ２３１Ａ及び三方バルブ２３１Ｂを切り替えている。
これに対して、図６の燃料電池システム２２Ａでは、第１循環水供給経路２４の第５流路２４ｅと第２循環水供給経路２５の第８流路２５ａとが別々に構成されているので、三方バルブ２３１Ａ及び三方バルブ２３１Ｂを備える必要がない。この場合においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、上述した実施形態に係る図１の燃料電池システム２２のように三方バルブ２３１Ａ及び三方バルブ２３１Ｂを用いて第１，第２循環水の流れをそれぞれ制御する必要がなくなるので、上述した実施形態に係る燃料電池システム２２と比較すると、水素タンク内の温度を上昇させるときの制御と、燃料電池２２９を冷却させるときの制御とを別々とするので、より制御が容易となる。
以上説明したように、第１の態様に係る燃料電池システム２２は、水素ガスを貯留する水素タンク２３２と、水素タンク２３２からの水素ガスの供給を受けて電力を発生させる燃料電池２２９と、を備えた燃料電池システム２２であって、水素タンク２３２内の温度を調整する温度調節装置２２０と、水素タンク２３２内の水素残量に基づいて温度調節装置２２０を制御し、水素残量が第１所定値以下のときに水素タンク２３２の温度を上昇さ
せる制御部２３０と、を備えている。
この構成によれば、水素タンク２３２内の水素残量に基づいて温度調節装置２２０を迅速に制御することができるので、水素タンク２３２内の水素残量が第１所定値以下となるとすぐに水素タンク２３２内の温度を調整することができる。そのため、燃料電池２２９を搭載した作業機１において、該燃料電池２２９に対する急激な電力負荷が生じたとしても温度調節装置２２０を用いて迅速に水素タンク２３２内の温度を調整することにより水素タンク２３２内から燃料電池２２９に出力する水素ガス量を迅速に増加させることができる。従って、応答性を低減させることなしに必要とする燃料電池２２９の出力電力に必要とする水素ガス供給量を迅速に追従させることができる。
第１の態様に係る燃料電池システム２２に加えて次の（ａ）～（ｍ）の少なくとも１個の構成を付加することができる。
（ａ）水素タンク２３２内の温度を調整する第１循環水を循環させる第１循環水供給経路２４をさらに備え、
温度調節装置２２０は、第１循環水供給経路２４に配設され、第１循環水の温度を上昇させるヒータ２２１と、を含み、制御部２３０は、水素残量が第１所定値以下のときにヒータ２２１の通電を開始し、水素タンク２３２の温度を上昇させる。
この構成によれば、ヒータ２２１を用いて、水素タンク２３２内の温度を調整させる第１循環水を即座に上昇させることができるので、水素残量が第１所定値以下のとき即座にヒータ２２１を用いて水素タンク２３２内の温度を上昇させることができ、燃料電池２２９の出力電力に必要とする水素ガス供給量をより迅速に追従させることができる。さらに、水素タンク２３２内の水素ガスの使い残しを低減させることできる。
（ｂ）温度調節装置２２０はさらに、第１循環水供給経路２４に配設され、第１循環水の温度を冷却する第１ラジエータ２２２と、第１ラジエータ２２２に冷却風を通風させる第１送風機２２３と、をさらに備えている。
この構成によれば、第１循環水の温度を冷却する第１ラジエータ２２２をさらに備えているので、水素タンク２３２内の温度を必要以上に上昇させることなしに、水素タンク２３２内の温度を調整することができる。従って、燃料電池２２９の出力電力に必要とする水素ガス供給量を必要以上に供給することを抑制することが可能となる。
（ｃ）燃料電池２２９を冷却する第２循環水を循環させる第２循環水供給経路２５をさらに備え、第１循環水供給経路２４は、第２循環水供給経路２５から分岐されている。
この構成によれば、第２循環水を用いて燃料電池２２９を冷却できるので、燃料電池２２９が発熱により高温となるのを抑制することが可能となる。
（ｄ）第２循環水供給経路２５に配設され、第２循環水の温度を冷却する第２ラジエータ２２６と、第２ラジエータ２２６に冷却風を通風させる第２送風機２２７と、をさらに備えている。
この構成によれば、燃料電池２２９を冷却する第２循環水の温度を冷却する第２ラジエータ２２６をさらに備えているので、燃料電池２２９の冷却効率を長時間維持し続けることが可能となる。
（ｅ）制御部２３０は、水素残量に対する温度の特性マップに基づいて、算出された水素残量から目標温度を算出し、第１循環水供給経路２４に流れる第１循環水の実温度が該算
出された目標温度となるようにヒータ２２１を制御する。
この構成によれば、水素残量に対する温度に関する特性マップを用いて第１循環水の目標温度を決めるので、第１循環水の目標温度を迅速に算出できる。さらに、作業機１に応じて特性マップデータを変更する必要が生じた場合には、簡単に特性マップデータを変更することができる。
（ｆ）水素タンク２３２から燃料電池２２９に水素ガスを供給する水素ガス供給経路２７をさらに備え、
水素タンク２３２内に貯留された水素ガスの圧力を検出する圧力センサＰが水素ガス供給経路２７に配設されている。
この構成によれば、燃料電池２２９に入力される直前の圧力を検出するだけで水素タンク２３２内の水素残量を検出することができる。
（ｇ）第１循環水供給経路２４に流れる第１循環水の流量を調整する流量制御バルブをさらに備え、制御部２３０は、第２所定値と圧力センサＰにより検出された水素ガスの圧力との偏差に基づいて、第１循環水供給経路２４に流れる第１循環水の流量を決定し、第１循環水供給経路２４に流れる流量が該決定された流量となるように流量制御バルブを制御する。
この構成によれば、第２所定値と圧力センサＰにより検出された水素ガスの圧力との偏差に基づいて、第１循環水の流量を決定することができるので、簡単に第１循環水の流量を決定することができる。
（ｈ）第１循環水供給経路２４に流れる第１循環水の流量を調整するＰＷＭポンプ２２８をさらに備え、制御部２３０は、第１所定値と圧力センサＰにより検出された水素ガスの圧力との偏差に基づいて、第１循環水供給経路２４に流れる第１循環水の流量を決定し、第１循環水供給経路２４に流れる流量が該決定された流量となるようにＰＷＭポンプ２２８を制御する。
この構成によれば、第２所定値と圧力センサＰにより検出された水素ガスの圧力との偏差に基づいて、第１循環水の流量を決定することができるので、簡単に第１循環水の流量を決定することができる。
（ｉ）第１所定値は、燃料電池２２９が動作するのに必要とする水素ガスの最低動作圧力と１．０ＭＰａとの間の範囲に位置する。
この構成によれば、燃料電池２２９に供給される水素ガスの圧力が１．０ＭＰａ未満となるように制御されるので、安全性が担保される。
（ｊ）燃料電池２２９が動作するのに必要とする水素ガスの最低動作圧力は、０．８５ＭＰａに設定されている。
（ｋ）制御部２３０は、圧力センサＰにより検出された水素ガスの圧力が、燃料電池２２９が動作するのに必要とする水素ガスの最低動作圧力以下となるときに、燃料電池２２９の発電を停止する。
この構成によれば、水素ガスの最低動作圧力以下となるときに、燃料電池２２９の発電を停止させるので、燃料電池２２９による不必要な電力発電を抑制することが可能となる
。
（ｌ）水素タンク２３２は、水素吸蔵合金を有し、該水素吸蔵合金の吸蔵した水素ガスを放出して燃料電池２２９に供給する。
この構成によれば、低圧で大量の水素ガスを吸蔵することが可能となる。
（ｍ）制御部２３０は、水素ガスの流量値かもしくは燃料電池２２９からの電流値に基づいて水素残量を算出する。
この構成によれば、水素タンク２３２内の水素残量の算出が容易となる。
また、第２の態様に係る作業機１は、第１の態様に係る燃料電池システム２２を備えている。
また、第３の態様に係る燃料電池システム２２の制御方法は、水素ガスを貯留する水素タンク２３２と、水素タンク２３２からの水素ガスの供給を受けて電力を発生させる燃料電池２２９と、を備えた燃料電池システム２２の制御方法であって、水素タンク２３２内の温度を調整する第１循環水を第１循環水供給経路２４に循環させるステップと、第１循環水供給経路２４に流れる第１循環水の温度を上昇させるステップと、水素タンク２３２内の水素残量に基づいて、第１循環水の温度を上昇させるステップと、
を含み、第１循環水の温度を上昇させるステップにおいて、水素タンク２３２内の水素残量を算出し、該算出された水素残量が第１所定値以下のときに第１循環水の温度を上昇させる、。
この構成によれば、水素タンク２３２内の水素残量に基づいて温度調節装置２２０を迅速に制御することができるので、水素タンク２３２内の水素残量が第１所定値以下となるとすぐに水素タンク２３２内の温度を調整することができる。そのため、燃料電池２２９を搭載した作業機１において、該燃料電池２２９に対する急激な電力負荷が生じたとしても温度調節装置２２０を用いて迅速に水素タンク２３２内の温度を調整することにより水素タンク２３２内から燃料電池２２９に出力する水素ガス量を迅速に増加させることができる。従って、応答性を低減させることなしに必要とする燃料電池２２９の出力電力に必要とする水素ガス供給量を迅速に追従させることができる。
第３の態様に係る燃料電池システム２２の制御方法に加えて次の（ｎ）～（ｒ）の少なくとも１個の構成を付加することができる。
（ｎ）水素ガスの流量値かもしくは燃料電池２２９からの電流値に基づいて水素残量を算出する。
この構成によれば、水素タンク２３２内の水素残量の算出が容易となる。
（ｏ）水素残量に対する温度の特性マップに基づいて、算出された水素残量から温度を算出し、第１循環水供給経路２４に流れる第１循環水の温度が該算出された温度まで上昇させる。
この構成によれば、水素残量に対する温度に関する特性マップを用いて第１循環水の目標温度を決めるので、第１循環水の目標温度を迅速に算出できる。さらに、作業機１に応じて特性マップデータを変更する必要が生じた場合には、簡単に特性マップデータを変更することができる。
（ｐ）第１循環水供給経路２４に流れる第１循環水の流量を調整するステップと、水素タンク２３２内に貯留された水素ガスの圧力を検出するステップと、第２所定値と圧力センサＰにより検出された水素ガスの圧力との偏差に基づいて、第１循環水供給経路２４に流れる第１循環水の流量を決定し、該決定された流量となるように第１循環水供給経路２４に流れる流量を制御するステップと、を含む。
この構成によれば、第２所定値と圧力センサＰにより検出された水素ガスの圧力との偏差に基づいて、第１循環水の流量を決定できるので、簡単に第１循環水の流量を決定することができる。
（ｑ）第２所定値は、燃料電池２２９が動作するのに必要とする水素ガスの最低動作圧力と１．０ＭＰａとの間の範囲に位置する
この構成によれば、燃料電池２２９に供給される水素ガスの圧力が１．０ＭＰａ未満となるように制御されるので、安全性が担保される。
（ｒ）燃料電池２２９が動作するのに必要とする水素ガスの最低動作圧力は、０．８５ＭＰａに設定されている。
以上、本発明について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 農業用トラクタ
２ 車体
３ ボンネット
４ 操縦席
５ キャビン
６ 走行装置
７ 駆動装置
８ 乗降ステップ
９ ３点リンク機構
１０ ＰＴＯ軸（動力取り出し軸）
１１ 後輪
１２ 前輪
２１ 駆動モータ
２２，２２Ａ 燃料電池システム
２３ コントローラ
２４ 第１循環水供給経路
２５ 第２循環水供給経路
２７ 水素ガス供給経路
４１ キャビンフレーム
４２ 乗降ドア
４３ 天井壁
４４ 操縦装置
４６ エアコン（エアコンディショナ）ユニット
２２０ 温度調節装置
２２１ ヒータ
２２２，２２６ ラジエータ
２２３，２２７ 送風機（ＦＡＮ）
２２４，２２８ ＰＷＭポンプ
２２９ 燃料電池
２３０ 制御部（ＥＣＵ）

Claims (21)

  1. 水素ガスを貯留する水素タンクと、前記水素タンクからの前記水素ガスの供給を受けて電力を発生させる燃料電池と、を備えた燃料電池システムであって、
    前記水素タンク内の温度を調整する温度調節装置と、
    前記水素タンク内の水素残量に基づいて前記温度調節装置を制御し、前記水素残量が第１所定値以下のときに前記水素タンクの温度を上昇させる制御部と、
    を備えた、燃料電池システム。
  2. 前記水素タンク内の温度を調整する第１循環水を循環させる第１循環水供給経路をさらに備え、
    前記温度調節装置は、前記第１循環水供給経路に配設され、前記第１循環水の温度を上昇させるヒータと、を含み、
    前記制御部は、前記水素残量が前記第１所定値以下のときに前記ヒータの通電を開始し、前記水素タンクの温度を上昇させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記温度調節装置はさらに、
    前記第１循環水供給経路に配設され、前記第１循環水の温度を冷却する第１ラジエータと、
    前記第１ラジエータに冷却風を通風させる第１送風機と、
    をさらに備えた、請求項２に記載の燃料電池システム。
  4. 前記燃料電池を冷却する第２循環水を循環させる第２循環水供給経路をさらに備え、
    前記第１循環水供給経路は、前記第２循環水供給経路から分岐される、請求項２または３に記載の燃料電池システム。
  5. 前記第２循環水供給経路に配設され、前記第２循環水の温度を冷却する第２ラジエータと、
    前記第２ラジエータに冷却風を通風させる第２送風機と、
    をさらに備えた、請求項４に記載の燃料電池システム。
  6. 前記制御部は、前記水素残量に対する温度の特性マップに基づいて、算出された前記水素残量から目標温度を算出し、前記第１循環水供給経路に流れる前記第１循環水の実温度が該算出された前記目標温度となるように前記ヒータを制御する、請求項２～５のうちのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
  7. 前記水素タンクから前記燃料電池に前記水素ガスを供給する水素ガス供給経路をさらに備え、
    前記水素タンク内に貯留された前記水素ガスの圧力を検出する圧力センサが前記水素ガス供給経路に配設された、請求項２～６のうちのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
  8. 前記第１循環水供給経路に流れる前記第１循環水の流量を調整する流量制御バルブをさらに備え、
    前記制御部は、第２所定値と前記圧力センサにより検出された前記水素ガスの圧力との偏差に基づいて、前記第１循環水供給経路に流れる前記第１循環水の流量を決定し、前記第１循環水供給経路に流れる流量が該決定された流量となるように前記流量制御バルブを制御する、請求項７に記載の燃料電池システム。
  9. 前記第１循環水供給経路に流れる前記第１循環水の流量を調整するＰＷＭポンプをさら
    に備え、
    前記制御部は、前記第１所定値と前記圧力センサにより検出された前記水素ガスの圧力との偏差に基づいて、前記第１循環水供給経路に流れる前記第１循環水の流量を決定し、前記第１循環水供給経路に流れる流量が該決定された流量となるように前記ＰＷＭポンプを制御する、請求項７に記載の燃料電池システム。
  10. 前記第１所定値は、前記燃料電池が動作するのに必要とする前記水素ガスの最低動作圧力と１．０ＭＰａとの間の範囲に位置する、請求項１～９のうちのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
  11. 前記燃料電池が動作するのに必要とする前記水素ガスの最低動作圧力は、０．８５ＭＰａに設定された、請求項１０に記載の燃料電池システム。
  12. 前記制御部は、前記圧力センサにより検出された前記水素ガスの圧力が、前記燃料電池が動作するのに必要とする前記水素ガスの最低動作圧力以下となるときに、前記燃料電池の発電を停止する、請求項７～１１のうちのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
  13. 前記水素タンクは、水素吸蔵合金を有し、該水素吸蔵合金の吸蔵した前記水素ガスを放出して前記燃料電池に供給する、請求項１～１２のうちのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
  14. 前記制御部は、前記水素ガスの流量値かもしくは前記燃料電池からの電流値に基づいて前記水素残量を算出する、請求項１～１３のうちのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
  15. 請求項１～１４のうちのいずれか１つに記載の燃料電池システムを備えた作業機。
  16. 水素ガスを貯留する水素タンクと、前記水素タンクからの水素ガスの供給を受けて電力を発生させる燃料電池と、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
    前記水素タンク内の温度を調整する第１循環水を第１循環水供給経路に循環させるステップと、
    前記第１循環水供給経路に流れる第１循環水の温度を上昇させるステップと、
    前記水素タンク内の水素残量に基づいて、前記第１循環水の温度を上昇させるステップと、
    を含み、
    前記第１循環水の温度を上昇させるステップにおいて、前記水素タンク内の水素残量を算出し、該算出された水素残量が第１所定値以下のときに前記第１循環水の温度を上昇させる、燃料電池システムの制御方法。
  17. 前記水素ガスの流量値かもしくは前記燃料電池からの電流値に基づいて前記水素残量を算出する、請求項１６に記載の燃料電池システムの制御方法。
  18. 前記水素残量に対する温度の特性マップに基づいて、前記算出された水素残量から温度を算出し、前記第１循環水供給経路に流れる前記第１循環水の温度が該算出された温度まで上昇させる、請求項１６又は１７に記載の燃料電池システムの制御方法。
  19. 前記第１循環水供給経路に流れる前記第１循環水の流量を調整するステップと、
    前記水素タンク内に貯留された前記水素ガスの圧力を検出するステップと、
    第２所定値と前記圧力センサにより検出された水素ガスの圧力との偏差に基づいて、前記第１循環水供給経路に流れる第１循環水の流量を決定し、該決定された流量となるよう
    に前記第１循環水供給経路に流れる流量を制御するステップと、
    を含む、請求項１６～１８のうちのいずれか１つに記載の燃料電池システムの制御方法。
  20. 前記第２所定値は、前記燃料電池が動作するのに必要とする水素ガスの最低動作圧力と１．０ＭＰａとの間の範囲に位置する、請求項１９に記載の燃料電池システムの制御方法。
  21. 前記燃料電池が動作するのに必要とする水素ガスの最低動作圧力は、０．８５ＭＰａに設定された、請求項２０に記載の燃料電池システムの制御方法。
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