JP4811423B2 - Fuel cell industrial vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、産業車両に搭載されモータに対して電力を供給する鉛バッテリと置き換えて燃料電池ユニットを搭載した燃料電池型産業車両に関する。 The present invention relates to a fuel cell type industrial vehicle in which a fuel cell unit is mounted instead of a lead battery that is mounted on an industrial vehicle and supplies electric power to a motor.
近年、産業車両をはじめとする車両用の駆動源等として、クリーンでエネルギ効率に優れた燃料電池が注目されている。燃料電池を駆動源等とした産業車両として、燃料電池システムと並列にキャパシタを接続し、該キャパシタの検出電圧を制御部により監視しつつ燃料電池システムの発電を制御することで、燃料電池システム全体の効率を向上させることが提案されている(例えば、特許文献1)。また、直列に接続された複数のキャパシタの各電圧を監視し、複数のキャパシタ間の電圧の分布を均等化することが提案されている(例えば、特許文献2)。
ところで、燃料電池を搭載した燃料電池式フォークリフトとして、図6に示すように、鉛バッテリBを駆動源として走行及び荷役動作するバッテリ式のフォークリフト51の鉛バッテリBを、燃料電池ユニットFUに置き換えてバッテリ室52に搭載したものが知られている(所謂「バッテリリプレイスメントタイプ」)。燃料電池ユニットFUは、図示しない燃料電池システムや二次電池から主に構成されている。一般に、燃料電池ユニットFUの二次電池には、鉛バッテリや電気二重層キャパシタが用いられている。図7(a)に示すように、二次電池として鉛バッテリBを用いた場合、放電量と電圧の関係は、略一定の電圧を保ったのち所定の放電量に達してから急激に電圧が低下する特性を示す。また、図7(b)に示すように、二次電池として電気二重層キャパシタを使用した場合には、放電量に略比例して電圧が低下する特性を示すことが知られている。
By the way, as a fuel cell type forklift equipped with a fuel cell, as shown in FIG. 6, the lead battery B of the battery type forklift 51 that travels and loads using the lead battery B as a drive source is replaced with a fuel cell unit FU. Those mounted in the
一方、フォークリフト51には、鉛バッテリBの電圧を計測して放電量を計測する鉛バッテリ用の容量計(電圧計)が搭載されており、該容量計により鉛バッテリBの放電量を確認できるようになっている。そして、図7(a)及び図7(b)に示すように、フォークリフト51は、容量計が計測した電圧が所定の閾値電圧Vk未満の場合、すなわち放電量が予め定めた放電量より多い場合には、所定の警告(報知)を行ったり、フォークリフト51の動作に制限を設けたりして、充電を促すようになっている。ここで閾値電圧Vkは、鉛バッテリBの許容限界放電量を基準として予め定められる値であり、閾値電圧Vk未満となるまで放電すると鉛バッテリBに悪影響を及ぼすおそれがある。 On the other hand, the forklift 51 is equipped with a capacity meter (voltmeter) for a lead battery that measures the discharge amount by measuring the voltage of the lead battery B, and the discharge amount of the lead battery B can be confirmed by the capacity meter. It is like that. As shown in FIGS. 7A and 7B, the forklift 51 is used when the voltage measured by the capacity meter is less than a predetermined threshold voltage Vk, that is, when the discharge amount is larger than a predetermined discharge amount. In this case, a predetermined warning (informing) is performed or a restriction is imposed on the operation of the forklift 51 to promote charging. Here, the threshold voltage Vk is a value determined in advance with reference to the allowable limit discharge amount of the lead battery B, and if the battery is discharged until it becomes less than the threshold voltage Vk, the lead battery B may be adversely affected.
バッテリリプレイスメントタイプの燃料電池式フォークリフトでは、鉛バッテリBを搭載することを前提とした容量計や制御装置をそのまま利用し、燃料電池ユニットFUに対応するように部品の交換や大掛かりな改修を加えることなく燃料電池ユニットFUに置き換えることが行われている。フォークリフト51に対して、鉛バッテリBと置き換えて燃料電池ユニットFUを搭載することで、既に普及しているバッテリ式フォークリフトをそのまま燃料電池式フォークリフトに転用することが出来るという利点がある一方、次の様な問題点があった。すなわち、二次電池として電気二重層キャパシタを使用した燃料電池ユニットFUを搭載した場合、自然放電などにより充電量が少なくなると電気二重層キャパシタの特性から低い電圧になりやすい。そして、フォークリフト51は、該フォークリフト51に鉛バッテリBを搭載することを前提とした容量計により計測された電圧が、同じく鉛バッテリBを前提として設定された閾値電圧Vk未満となることにより「搭載された鉛バッテリの放電量が大きい(電圧が低い)」と判断して、前述の警告や動作の制限を実行してしまうことがあった。なお、これらの警告や動作の制限は、鉛バッテリBに悪影響を及ぼすことを回避するためのものである。このため、これら警告(報知)や動作の制限は、燃料電池ユニットFUにより電力が供給されてキャパシタの電圧が閾値電圧Vk以上となっても再起動しない限り解除されないようになっている。このため、一度警告や動作の制限が実行されると、復帰に時間がかかるという問題があった。 In the battery replacement type forklift of the battery replacement type, the capacity meter and the control device on the premise that the lead battery B is mounted are used as they are, and the parts are replaced or subjected to major repairs so as to correspond to the fuel cell unit FU. Instead, the fuel cell unit FU is replaced. By installing the fuel cell unit FU in place of the lead battery B for the forklift 51, there is an advantage that the battery-type forklift that has already been widely used can be directly used as a fuel cell-type forklift. There were various problems. That is, when a fuel cell unit FU using an electric double layer capacitor is mounted as a secondary battery, if the amount of charge decreases due to natural discharge or the like, the voltage tends to be low due to the characteristics of the electric double layer capacitor. Then, the forklift 51 detects that the voltage measured by the capacity meter on the assumption that the lead battery B is mounted on the forklift 51 is less than the threshold voltage Vk set on the assumption of the lead battery B. In some cases, it is determined that the discharge amount of the lead battery is large (the voltage is low) ", and the above-described warning or operation restriction is executed. Note that these warnings and operation restrictions are for avoiding adverse effects on the lead battery B. For this reason, these warnings (notifications) and operation restrictions are not canceled unless power is supplied from the fuel cell unit FU and the voltage of the capacitor becomes equal to or higher than the threshold voltage Vk unless the capacitor is restarted. For this reason, there is a problem in that it takes time to recover once a warning or operation restriction is executed.
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、鉛バッテリと置き換えて燃料電池ユニットを搭載した燃料電池型産業車両において、低電圧による動作の規制が実行されることを回避することにある。 The present invention has been made paying attention to such problems existing in the prior art, and the object of the present invention is to replace the lead battery with a fuel cell type industrial vehicle equipped with a fuel cell unit. The purpose is to avoid the restriction of operation.
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、駆動力を発するモータと、前記モータへ電力を供給する鉛バッテリと、前記鉛バッテリの電圧を計測する鉛バッテリ用電圧計と、車両の動作を制御するとともに前記鉛バッテリ用電圧計により計測した電圧が所定の閾値電圧に達していない場合に前記車両の動作を規制する車両制御手段と、を備えた産業車両の前記鉛バッテリと置き換えて搭載することにより、前記モータへ供給する電力を燃料電池システムで発電した電力とする燃料電池ユニットを搭載した燃料電池型産業車両において、前記燃料電池ユニットは、前記燃料電池システムで発電した電力を充電可能であって、前記モータを含む電力供給先に対して前記電力を供給可能に接続されるキャパシタと、前記燃料電池ユニットを起動させるための起動信号を入力する信号入力部と、前記燃料電池ユニットの起動により、前記キャパシタの電圧を検出するユニット用電圧計と、前記キャパシタの電圧が前記所定の閾値電圧に達しているか否かを判定する電圧判定手段と、前記電圧判定手段により前記キャパシタの電圧が前記所定の閾値電圧に達していると判定されると、前記車両制御手段による前記車両の制御を開始させる制御開始手段と、を備えたことを要旨とする。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is a motor that generates a driving force, a lead battery that supplies power to the motor, and a voltmeter for a lead battery that measures the voltage of the lead battery. And a vehicle control means for controlling the operation of the vehicle when the voltage measured by the voltmeter for the lead battery does not reach a predetermined threshold voltage, and for controlling the operation of the vehicle. In the fuel cell type industrial vehicle equipped with the fuel cell unit that uses the power supplied to the motor as the power generated by the fuel cell system, the fuel cell unit generates power with the fuel cell system. A capacitor capable of charging electric power and connected to be able to supply the electric power to a power supply destination including the motor; and the fuel cell unit. A signal input unit for inputting an activation signal for activating the unit, a unit voltmeter for detecting the voltage of the capacitor by activation of the fuel cell unit, and whether the voltage of the capacitor has reached the predetermined threshold voltage Voltage determination means for determining whether or not the voltage determination means determines that the voltage of the capacitor has reached the predetermined threshold voltage, and starts control of the vehicle by the vehicle control means And the gist of the above.
これによれば、燃料電池ユニットに備えられた制御開始手段は、ユニット用電圧計が検出するキャパシタの電圧が所定の閾値電圧に達していると電圧判定手段が判定してから、車両制御手段による車両の制御を開始させるようにした。このため、キャパシタの電圧が所定の閾値電圧に達していない状態で車両制御手段による車両の制御が開始され、燃料電池型産業車両の動作が規制されることを回避することができる。 According to this, the control start means provided in the fuel cell unit is determined by the vehicle control means after the voltage determination means determines that the voltage of the capacitor detected by the unit voltmeter has reached the predetermined threshold voltage. The vehicle control is started. For this reason, it is possible to avoid the control of the vehicle by the vehicle control means being started in a state where the voltage of the capacitor has not reached the predetermined threshold voltage, and the operation of the fuel cell type industrial vehicle being restricted.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池型産業車両において、前記燃料電池システム及び前記キャパシタは、前記電力供給先に対して常時電力を供給可能な状態で給電経路に接続されており、前記制御開始手段は、前記車両制御手段に制御の開始を指示する制御開始信号を出力することを要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell type industrial vehicle according to the first aspect, the fuel cell system and the capacitor are connected to a power supply path in a state where electric power can be constantly supplied to the power supply destination. The gist of the invention is that the control start means outputs a control start signal instructing the vehicle control means to start control.
これによれば、車両制御手段は、制御開始手段が出力する制御開始信号を入力して車両の制御を開始する。このため、燃料電池ユニットに備えられたキャパシタの電圧が閾値電圧に達しない状態のまま車両制御手段による車両の制御が開始されることを確実に回避することができる。 According to this, a vehicle control means inputs the control start signal which a control start means outputs, and starts control of a vehicle. For this reason, it is possible to reliably avoid starting the vehicle control by the vehicle control means while the voltage of the capacitor provided in the fuel cell unit does not reach the threshold voltage.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の燃料電池型産業車両において、前記燃料電池ユニットは、前記産業車両に設けられた車両始動部材と前記信号入力部とを接続する入力側接続部と、前記制御開始手段と前記車両制御手段とを接続する出力側接続部と、を備え、前記信号入力部には、前記車両始動部材が始動操作されて出力する車両始動信号が前記起動信号として入力され、前記車両始動信号の入力を契機に前記燃料電池ユニットが起動されることを要旨とする。 According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell type industrial vehicle according to the second aspect, the fuel cell unit is an input side connection for connecting a vehicle starting member provided in the industrial vehicle and the signal input unit. And an output-side connection unit that connects the control start unit and the vehicle control unit, and the signal input unit includes a vehicle start signal that is output when the vehicle start member is started. And the fuel cell unit is started when the vehicle start signal is input.
これによれば、車両始動部材の操作によって燃料電池ユニットが起動され、さらにキャパシタの電圧が閾値電圧に達すると制御開始手段が車両制御手段に車両の制御を開始させる。したがって、単一の操作によって燃料電池ユニットを起動し、且つ車両制御手段の動作を開始させることができ、産業車両全体の起動操作が簡便となる。 According to this, the fuel cell unit is activated by the operation of the vehicle starting member, and when the voltage of the capacitor reaches the threshold voltage, the control start unit causes the vehicle control unit to start controlling the vehicle. Therefore, the fuel cell unit can be activated by a single operation and the operation of the vehicle control means can be started, and the activation operation of the entire industrial vehicle is simplified.
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池型産業車両において、前記燃料電池ユニットの前記燃料電池システム及び前記キャパシタと、前記電力供給先とを接続する給電経路には、該給電経路を、電力の供給が可能な電力供給状態と、電力の供給が遮断された電力非供給状態とに切替える切替手段が設けられており、前記制御開始手段は、前記切替手段を前記電力非供給状態から、前記電力供給状態へ切替えることで、電力の供給を開始して前記車両制御手段による前記車両の制御を開始させることを要旨とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell type industrial vehicle according to the first aspect, the power supply path connecting the fuel cell system and the capacitor of the fuel cell unit and the power supply destination includes the power supply path. Switching means is provided for switching the power supply path between a power supply state in which power can be supplied and a power non-supply state in which power supply is interrupted. The gist is to start the supply of electric power and start the control of the vehicle by the vehicle control means by switching from the supply state to the electric power supply state.
これによれば、制御開始手段は、キャパシタの電圧が閾値電圧に達してから電力供給先への電力供給を開始し、車両制御手段に車両の制御を開始させる。このため、燃料電池ユニットに備えられたキャパシタの電圧が閾値電圧に達しない状態で車両制御手段の動作が開始されることを確実に回避することができる。 According to this, the control start unit starts power supply to the power supply destination after the voltage of the capacitor reaches the threshold voltage, and causes the vehicle control unit to start control of the vehicle. For this reason, it is possible to reliably avoid the operation of the vehicle control means in a state where the voltage of the capacitor provided in the fuel cell unit does not reach the threshold voltage.
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の燃料電池型産業車両において、前記信号入力部には、前記産業車両に設けられ始動操作に基づく車両始動信号を前記車両制御手段に対し出力可能に構成された車両始動部材とは別に前記燃料電池ユニットに設けられたユニット起動操作部材が接続されており、前記信号入力部には、前記ユニット起動操作部材が始動操作されて出力するユニット起動信号が前記起動信号として入力され、前記ユニット起動信号の入力を契機に前記燃料電池ユニットが起動されることを要旨とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fuel cell type industrial vehicle according to the fourth aspect, the signal input unit outputs a vehicle start signal based on a start operation provided to the industrial vehicle to the vehicle control means. A unit starting operation member provided in the fuel cell unit is connected to a vehicle starting member configured to be capable of being connected, and a unit starting that is output when the unit starting operation member is started is output to the signal input unit. A gist is that a signal is input as the activation signal, and the fuel cell unit is activated in response to the input of the unit activation signal.
これによれば、燃料電池ユニットは、ユニット起動操作部材が始動操作されることで起動する。このため、産業車両に燃料電池ユニットを搭載する際に、制御用の配線を別途行う必要がなく、鉛バッテリとの置き換え作業が簡便となる。 According to this, the fuel cell unit is activated when the unit activation operation member is activated. For this reason, when mounting a fuel cell unit on an industrial vehicle, it is not necessary to separately perform control wiring, and the replacement work with a lead battery becomes simple.
本発明によれば、鉛バッテリと置き換えて燃料電池ユニットを搭載した燃料電池型産業車両において、低電圧による動作の規制が実行されることを回避できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can avoid that the regulation of operation | movement by a low voltage is performed in the fuel cell type industrial vehicle which replaced the lead battery and mounted the fuel cell unit.
(第1の実施形態)
以下、本発明を具体化した第1の実施形態について図1〜図3にしたがって説明する。以下の説明において、「前」「後」「上」「下」は、フォークリフトの運転者がフォークリフトの前方(前進方向)を向いた状態を基準とした場合の「前」「後」「上」「下」を示すものとする。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the following description, “front”, “rear”, “upper”, and “lower” are “front”, “rear”, and “upper” when the forklift driver is directed to the front (forward direction) of the forklift. “Bottom” shall be indicated.
図1に示すように、燃料電池型産業車両としてのバッテリ置き換え燃料電池式のフォークリフト11には、車体12の前部にマスト15とフォーク16とを有する荷役装置14が設けられている。車体12の前側下部には、駆動輪(前輪)13aが設けられ、車体12の後側下部には操舵輪(後輪)13bが設けられている。駆動輪13aは、車体12に搭載された走行用モータ13cにより駆動される。なお、荷役装置14を駆動するための荷役系油圧回路の作動油を供給する荷役ポンプは図示しない荷役用モータにより駆動される。
As shown in FIG. 1, a battery replacement fuel cell type forklift 11 as a fuel cell type industrial vehicle is provided with a
また、車体12の中央には、運転室19が設けられている。運転室19の前側には、ハンドル20、荷役装置14の操作を行う操作レバー21、及びフォークリフト11を起動する車両キースイッチ(車両始動部材)22が装備されている。車両キースイッチ22には、フォークリフト11を電源OFFする停止位置と、電源ONする始動位置との間で操作可能に構成されている。そして、車両キースイッチ22は、始動位置へ操作されると、車両キースイッチ22の操作位置が始動位置にあることを示す「車両キースイッチON信号(起動信号,車両始動信号)」を出力可能に構成されている。また、運転室19には、バッテリ容量や走行速度等を表示するための表示装置Dと、音声や効果音等により所定の報知を行う音声装置Sが備えられている(図2に示す)。
A
車体12のうち、運転室19のフロア19aの下側には、バッテリ室23が備えられている。バッテリ室23は、本来鉛バッテリBを搭載するために形成されているが、本実施形態では鉛バッテリBに置き換えて燃料電池ユニットFUが搭載されている。バッテリ室23には、バッテリ室23に搭載された燃料電池ユニットFUの配線(給電経路)17と、フォークリフト11側の電力回路を構成する配線18とを電気的に接続して、フォークリフト11側に電力を供給可能とするコネクタKが設けられている(図2に示す)。図2に示すように、フォークリフト11の配線18には、コネクタKを介して燃料電池ユニットFUから供給される直流を交流に変換するインバータ34が接続されており、該インバータ34により変換された交流により走行用モータ13cなどの各モータが駆動されるようになっている。また、フォークリフト11の配線18には、コネクタKと接続された燃料電池ユニットFU(鉛バッテリBを搭載した場合は、鉛バッテリB)の電圧を検出(計測)する電圧センサ33(鉛バッテリ用容量計)が接続されている。電圧センサ33は、燃料電池ユニットFUから供給される電力の電圧を検出するとともに、検出した電圧に応じた検出信号を出力可能に構成されている。なお、電圧センサ33は、バッテリ室23に鉛バッテリBが搭載されることを前提とした電圧計である。また、電圧センサ33は、コネクタKを介して接続された電源装置が、燃料電池ユニットFUであるか鉛バッテリBであるかを判断することなく、電圧を検出するようになっている。本実施形態では、配線18を含む走行用モータ13cや荷役用モータ等が、燃料電池ユニットFUからの電力供給先(負荷)となる。
A
図1及び図2に示すように、車体12には、フォークリフト11の走行及び荷役動作を制御する車両コントローラ(車両制御手段)26が搭載されている。本実施形態では、車両コントローラ26は、電力供給先(負荷)の1つとなる。車両コントローラ26には、表示装置D及び音声装置Sが接続されており、所定の表示や音声出力が可能に構成されている。また、車両コントローラ26には、インバータ34が電気的に接続されており、該インバータ34の動作を制御して走行用モータ13cに供給する交流の電圧を調節し、走行用モータ13cの回転数を制御可能に構成されている。同様に、車両コントローラ26には、図示しない荷役用インバータが電気的に接続されており、荷役用モータの回転数を制御可能となっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a vehicle controller (vehicle control means) 26 that controls the traveling and cargo handling operations of the
また、図2に示すように、車両コントローラ26には、電圧センサ33が電気的に接続されており、電圧センサ33が出力する検出信号を入力可能に構成されている。そして、本実施形態の車両コントローラ26は、電圧センサ33が検出する電圧が閾値電圧Vk未満の場合(閾値電圧Vkに達していない場合)には、所定の報知及びフォークリフト11の動作を規制するように構成されている。ここで閾値電圧Vkは、鉛バッテリBの許容限界放電量を基準として予め定められる値であり、閾値電圧Vk未満となるまで放電すると鉛バッテリBに悪影響を及ぼすおそれがある。すなわち、閾値電圧Vkは、バッテリ室23に鉛バッテリBが搭載されることを前提として設定される判定値となっている。具体的には、車両コントローラ26は、運転室19に設けられた表示装置Dを制御して「搭載された鉛バッテリの放電量が大きい(電圧が低い)」旨を表示させたり、音声装置Sを制御して「搭載された鉛バッテリの放電量が大きい(電圧が低い)」旨を音声により出力させたりして、警告(報知)を実行する。また、車両コントローラ26は、インバータ34や図示しない荷役用インバータの動作を制御して走行用モータ13c等の各モータへの電力供給を制限し、フォークリフトの走行及び荷役動作を規制する。なお、車両コントローラ26が実行する警告(報知)及び動作の規制は、燃料電池ユニットFUを一旦取り外して再起動しない限り解除できないようになっている。また、鉛バッテリBを搭載している場合であれば鉛バッテリBの充電を行うことで、警告及び動作の規制を解除することができる。
As shown in FIG. 2, a
次に、フォークリフト11のバッテリ室23に搭載される燃料電池ユニットFUについて詳細に説明する。
図1に示すように、本実施形態の燃料電池ユニットFUは、鉛バッテリBと置き換えてフォークリフト11のバッテリ室23に搭載可能な形状及び大きさに形成されている。そして、図1及び図2に示すように、燃料電池ユニットFUは、バッテリ室23に搭載されるとともに、コネクタKで配線18と接続されることで、フォークリフト11の走行用モータ13c等に対して電力を供給可能となっている。なお、フォークリフト11に備えられた電圧センサ33及び車両コントローラ26は、鉛バッテリBと置き換えて燃料電池ユニットFUを搭載する際、所定の配線を除いて燃料電池ユニットFU用に部品交換したり、改修したりしないでそのまま利用される。
Next, the fuel cell unit FU mounted in the
As shown in FIG. 1, the fuel cell unit FU of the present embodiment is formed in a shape and size that can be mounted in the
図2に示すように、燃料電池ユニットFUには、水素及び酸素を使用して発電する燃料電池システム27が搭載されている。燃料電池システム27には、水素及び酸素により発電する燃料電池FC、水素を貯蔵するとともに燃料電池FCに対して水素を供給する水素タンク28、及び燃料電池FCに対して酸素(圧縮空気)を供給するエアコンプレッサ29が備えられている。燃料電池ユニットFUの配線17には、燃料電池システム27が接続されているとともに、該燃料電池システム27に対して並列に電気二重層キャパシタ(以下、「キャパシタ」と示す)31がDC/DCコンバータ30を介して接続されている。キャパシタ31は、コネクタKを介して接続されたフォークリフト11側に、コンバータ等の電圧変換装置等を介することなく直接電力を供給可能に接続されている。そして、キャパシタ31は、燃料電池システム27からの電力供給を受けて充電可能とされている。また、DC/DCコンバータ30は、燃料電池システム27で発電された所定の電圧(例えば、120[V])の電力を、フォークリフト11で使用可能な所定の電圧(例えば、80[V])を目標電圧として変換する。
As shown in FIG. 2, a
また、燃料電池ユニットFUの配線17には、キャパシタ31の電圧(以下、「キャパシタ電圧」と示す)Vcを検出する電圧センサ(ユニット用電圧計)32がキャパシタ31に対して並列に接続されている。電圧センサ32は、キャパシタ電圧Vcを検出するとともに、検出したキャパシタ電圧Vcに応じた「電圧検出信号」を出力可能に構成されている。
Further, a voltage sensor (unit voltmeter) 32 for detecting the voltage Vc of the capacitor 31 (hereinafter referred to as “capacitor voltage”) Vc is connected in parallel to the
そして、燃料電池ユニットFUには、燃料電池ユニットFUの動作を制御する燃料電池ユニットコントローラ(以下、「ユニットコントローラ」と示す)25が搭載されている。ユニットコントローラ25には、予め定められた制御プログラムに従って所定の演算などを実行するCPU、該CPUで各種演算処理を実行するために必要な制御プログラムや制御データ等が予め記憶されたROM、前記CPUで演算処理を実行するのに必要な各種データが一時的に読み書きされるRAM、及び各種の信号を入出力する入出力ポート等が備えられており、燃料電池システム27を含む燃料電池ユニットFUの制御を実行可能に構成されている。なお、前記入出力ポートを備えたユニットコントローラ25が、信号入力部、入力側接続部、及び出力側接続部を構成している。
The fuel cell unit FU is mounted with a fuel cell unit controller (hereinafter referred to as “unit controller”) 25 that controls the operation of the fuel cell unit FU. The
そして、ユニットコントローラ25は、燃料電池システム27と電気的に接続されており、燃料電池システム27による発電の開始及び停止やその発電量を制御している。ユニットコントローラ25は、DC/DCコンバータ30と電気的に接続されており、燃料電池システム27の供給電圧をフォークリフト11で使用可能な所定の電圧(例えば、80[V])に変換するように制御している。また、ユニットコントローラ25は、電圧センサ32と電気的に接続されており、電圧センサ32が出力する「電圧検出信号」を入力可能に構成されている。また、ユニットコントローラ25は、車両キースイッチ22と電気的に接続されており、車両キースイッチ22が出力する「車両キースイッチON信号」を入力可能に構成されている。そして、ユニットコントローラ25は、「車両キースイッチON信号」を入力して各種演算処理を開始するようになっている。なお、ユニットコントローラ25が各種演算処理を開始し、燃料電池システム27が発電を開始した状態が、燃料電池ユニットFUが起動した状態である。
The
また、ユニットコントローラ25は、車両コントローラ26と電気的に接続されており、該車両コントローラ26に対して車両制御の開始を指示する「制御開始信号」を出力可能に構成されている。なお、鉛バッテリBと置き換えて燃料電池ユニットFUをフォークリフト11に搭載する際には、車両キースイッチ22と車両コントローラ26とを接続していた信号線をユニットコントローラ25に接続して、車両キースイッチ22とユニットコントローラ25とを電気的に接続する。同時に、ユニットコントローラ25と車両コントローラ26とを新たな信号線を用いて電気的に接続する。
The
次に、上記燃料電池ユニットFUを搭載したフォークリフト11において、ユニットコントローラ25が実行する制御について図3に従って説明する。なお、以下に説明する制御を実行するユニットコントローラ25が電圧判定手段、及び制御開始手段を構成している。
Next, the control executed by the
ユニットコントローラ25は、「車両キースイッチON信号」を入力する(ステップS11)と各種演算処理を開始し、燃料電池システム27を制御して発電を開始させる(ステップS12)。すなわち、ユニットコントローラ25は、「車両キースイッチON信号」を入力すると、燃料電池ユニットFUを起動させる。次に、ユニットコントローラ25は、電圧センサ32から入力した「電圧検出信号」に示されたキャパシタ電圧Vcが閾値電圧Vk以上であるか否か(閾値電圧Vkに達しているか否か)を判定する(ステップS13)。ユニットコントローラ25は、ステップS13における判定結果が否定である場合には、該判定結果が肯定となるまで待機する。一方、ユニットコントローラ25は、ステップS13における判定結果が肯定である場合には、車両コントローラ26に車両制御を開始させる「制御開始信号」を生成するとともに車両コントローラ26に対して出力する(ステップS14)。つまり、ユニットコントローラ25は、燃料電池システム27の発電によって、キャパシタ電圧Vcが閾値電圧Vk以上となるまで、「制御開始信号」を出力せずに待機することになる。換言すれば、ユニットコントローラ25は、キャパシタ電圧Vcが、車両コントローラ26により「搭載された鉛バッテリの放電量が大きい(電圧が低い)」と判定されない電圧に達してから、車両コントローラ26に対して「制御開始信号」を出力する。
When the “vehicle key switch ON signal” is input (step S11), the
以上の制御を実行するユニットコントローラ25は、キャパシタ電圧Vcが閾値電圧Vk以上となるまで、車両コントローラ26に車両制御を開始させるタイミングを遅延させる遅延手段としてや、キャパシタ電圧Vcが閾値電圧Vk以上となるまでの間、車両コントローラ26による車両制御の開始を規制する規制手段として把握することもできる。
The
「制御開始信号」を入力した車両コントローラ26は、入力した「制御開始信号」に基づき車両制御を開始するとともに、電圧センサ33が検出する電圧の監視や、インバータ34等の制御を実行する。そして、「制御開始信号」を入力して車両コントローラ26が車両制御を開始した時点では、キャパシタ電圧Vcは既に閾値電圧Vk以上となっていることから、車両コントローラ26は、「搭載された鉛バッテリの放電量が大きい(電圧が低い)」と判定することがない。したがって、車両コントローラ26は、所定の警告(報知)やフォークリフト11の動作の規制を実行することがない。
The
したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)燃料電池ユニットFUの起動時において、ユニットコントローラ25は、電圧センサ32が検出するキャパシタ電圧Vcが閾値電圧Vk以上と判定される状態となってから、車両コントローラ26に対して該車両コントローラ26に制御を開始させる「制御開始信号」を出力するようにした。このため、車両コントローラ26は、キャパシタ電圧Vcが車両コントローラ26により「搭載された鉛バッテリの放電量が大きい(電圧が低い)」と判定される低電圧状態のまま制御を開始することがない。したがって、車両コントローラ26により、所定の警告(報知)やフォークリフト11の動作の規制が実行されることを回避することができる。すなわち、鉛バッテリBを前提とした電圧センサ33や車両コントローラ26をそのまま利用し、鉛バッテリBと置き換えて燃料電池ユニットFUを搭載した燃料電池式のフォークリフト11であっても、車両コントローラ26により、フォークリフト11の動作の規制が実行されることを回避することができる。
Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) When the fuel cell unit FU is started, the
(2)車両コントローラ26は、ユニットコントローラ25が出力する「制御開始信号」を入力することを条件として、車両の制御を開始するようにした。このため、キャパシタ電圧Vcが閾値電圧Vk未満の状態のまま車両コントローラ26が制御を開始することを確実に回避することができる。
(2) The
(3)車両キースイッチ22が出力する「車両キースイッチON信号」をユニットコントローラ25に入力するとともに、該ユニットコントローラ25から車両コントローラ26に対して「制御開始信号」を出力するようにした。このため、車両キースイッチ22を操作するだけで、すなわち単一の操作によって燃料電池ユニットFU及び車両コントローラ26を起動させることができ、燃料電池ユニットFUを搭載したフォークリフト11全体の起動操作が簡便となる。
(第2の実施形態)
次に、本発明を具体化した第2の実施形態を図4及び図5にしたがって説明する。以下の説明では、既に説明した実施形態と同一構成及び同一制御内容について同一の符号を付すなどし、その重複する説明を省略又は簡略する。
(3) A “vehicle key switch ON signal” output from the vehicle
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, the same configurations and the same control contents as those of the already described embodiments are denoted by the same reference numerals, and the redundant description thereof is omitted or simplified.
図4に示すように、本実施形態のフォークリフト11に搭載される燃料電池ユニットFUには、燃料電池ユニットFUを起動するためのユニット起動スイッチ(ユニット起動操作部材)41が設けられている。ユニット起動スイッチ41は、ON操作されると「ユニット起動スイッチON信号(起動信号,ユニット起動信号)」を出力可能に構成されている。
As shown in FIG. 4, the fuel cell unit FU mounted on the
また、本実施形態の燃料電池ユニットFUの配線17には、各コネクタKとキャパシタ31との間にリレースイッチ(切替手段)42がそれぞれ設けられている。リレースイッチ42は、所定の制御信号を入力して、燃料電池システム27及びキャパシタ31からフォークリフト11側に電力供給が可能に通電したON状態(電力供給状態)と、燃料電池システム27及びキャパシタ31からフォークリフト11側に電力供給を非通電に遮断されたOFF状態(電力非供給状態)とに切替え動作可能に構成されている。
Further, relay switches (switching means) 42 are respectively provided between the connectors K and the
本実施形態において、ユニットコントローラ25は、ユニット起動スイッチ41と電気的に接続されており、ユニット起動スイッチ41が出力する「ユニット起動スイッチON信号」を前記入出力ポートから入力可能に構成されている。本実施形態では、前記入出力ポートを備えるユニットコントローラ25が、信号入力部を構成する。また、ユニットコントローラ25は、各リレースイッチ42と電気的に接続されており、所定の制御信号を出力してリレースイッチ42のOFF状態とON状態とを切替え可能に構成されている。なお、本実施形態のユニットコントローラ25は、リレースイッチ42を常にはOFF状態に制御している。
In the present embodiment, the
フォークリフト11の車両コントローラ26には、車両キースイッチ22が電気的に接続されており、車両キースイッチ22が出力する「車両キースイッチON信号」を入力可能に構成されている。車両コントローラ26は、「車両キースイッチON信号」を入力して車両制御を開始可能な状態とされ、この状態で燃料電池ユニットFUからの電力供給が開始されることで車両制御を開始し、電圧センサ33が検出する電圧の監視や、インバータ34等の制御を実行する。すなわち、車両コントローラ26は、燃料電池ユニットFUから電力供給されていない場合には駆動源が無いため車両制御を開始できない。
A vehicle
次に、本実施形態のユニットコントローラ25が実行する制御について図5に従って説明する。なお、以下に説明する制御を実行するユニットコントローラ25が電圧判定手段、及び制御開始手段を構成している。
Next, control executed by the
ユニットコントローラ25は、「ユニット起動スイッチON信号」を入力する(ステップS21)と各種演算処理を開始し、燃料電池システム27を制御して発電を開始させる(ステップS22)。すなわち、ユニットコントローラ25は、「ユニット起動スイッチON信号」を入力すると、燃料電池ユニットFUを起動させる。次に、ユニットコントローラ25は、電圧センサ32から入力した「電圧検出信号」に示されたキャパシタ電圧Vcが閾値電圧Vk以上であるか否かを判定する(ステップS23)。ユニットコントローラ25は、ステップS23における判定結果が否定である場合には、該判定結果が肯定となるまで待機する。一方、ユニットコントローラ25は、ステップS23における判定結果が肯定である場合には、OFF状態の各リレースイッチ42に対してON状態に切替える制御信号を出力する(ステップS24)。すなわち、ユニットコントローラ25は、燃料電池システム27の発電によって、キャパシタ電圧Vcが閾値電圧Vk以上となるまで、各リレースイッチ42をOFF状態に制御したまま待機することになる。換言すれば、ユニットコントローラ25は、キャパシタ電圧Vcが、車両コントローラ26により「搭載された鉛バッテリの放電量が大きい(電圧が低い)」と判定されない電圧に達してから、各リレースイッチ42をON状態に制御してフォークリフト11側へ電力供給を開始させるようになっている。
When the “unit activation switch ON signal” is input (step S21), the
第1の実施形態と同様に、本実施形態のユニットコントローラ25は、キャパシタ電圧Vcが閾値電圧Vk以上となるまで、車両コントローラ26に車両制御を開始させるタイミングを遅延させる遅延手段としてや、キャパシタ電圧Vcが閾値電圧Vk以上となるまでの間、車両コントローラ26による車両制御の開始を規制する規制手段として把握することもできる。
Similar to the first embodiment, the
燃料電池ユニットFUからフォークリフト11側への電力供給が開始されると、車両コントローラ26は、車両キースイッチ22から「車両キースイッチON信号」を入力している場合には、燃料電池ユニットFUから電力の供給を受けて車両制御を開始し、電圧センサ33が検出する電圧の監視や、インバータ34等の制御を実行する。この状態では、キャパシタ電圧Vcは既に閾値電圧Vk以上となっていることから、車両コントローラ26が「搭載された鉛バッテリの放電量が大きい(電圧が低い)」と判定することがない。なお、キャパシタ電圧Vcが閾値電圧Vk未満である場合には、各リレースイッチ42はOFF状態に制御されていることから、フォークリフト11側への電力供給が遮断されている。このため、電力の供給を受けられない車両コントローラ26は、「車両キースイッチON信号」を入力していても車両制御を開始することがない。つまり、車両コントローラ26は、所定の警告(報知)やフォークリフト11の動作の規制を実行することがない。
When power supply from the fuel cell unit FU to the
したがって、本実施形態によれば、第1の実施形態の効果(1),(2)に加えて、以下の効果を得ることができる。
(4)燃料電池ユニットFUの起動時において、ユニットコントローラ25は、電圧センサ32が検出するキャパシタ電圧Vcが閾値電圧Vk以上と判定される状態となってから、各リレースイッチ42をON状態に制御してフォークリフト11側へ電力供給を開始させるようにした。このため、車両コントローラ26は、キャパシタ電圧Vcが車両コントローラ26により「搭載された鉛バッテリの放電量が大きい(電圧が低い)」と判定される低電圧状態のまま、電力供給が開始されて車両制御を開始してしまうことがない。したがって、鉛バッテリBに置き換えて燃料電池ユニットFUを搭載しても、車両コントローラ26により、所定の警告(報知)やフォークリフト11の動作の規制が実行されることを回避することができる。
Therefore, according to this embodiment, in addition to the effects (1) and (2) of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(4) When the fuel cell unit FU is started, the
(5)ユニットコントローラ25は、「車両キースイッチON信号」を入力していることを前提とし、燃料電池ユニットFUから電力の供給を受けることで車両制御を開始させる。このため、キャパシタ電圧Vcが閾値電圧Vkに達しない状態で車両コントローラ26による車両制御が開始されることを確実に回避することができる。
(5) The
(6)燃料電池ユニットFUは、燃料電池ユニットFUに備えられたユニット起動スイッチ41をON操作することにより起動されるようにした。このため、鉛バッテリBを燃料電池ユニットFUへ置き換える際に、燃料電池ユニットFUをバッテリ室23に収納するとともにコネクタKと接続するだけでよく、燃料電池ユニットFUを起動させる制御用の配線を別途行う必要がない。したがって、燃料電池ユニットFUへの置き換え作業が簡便となる。
(6) The fuel cell unit FU is activated by turning on a
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 各実施形態において、車両コントローラ26は、該車両コントローラ26が「搭載された鉛バッテリの放電量が大きい(電圧が低い)」と判定した場合に、表示装置Dの表示による警告、及び音声装置Sからの音声出力による警告のうちいずれか一方のみを実行させるように構成してもよい。また、車両コントローラ26は、表示装置Dの表示による警告、及び音声装置Sからの音声出力による警告を実行させないようにして構成してもよい。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
In each embodiment, when the
○ 各実施形態において、電圧センサ32は、キャパシタ電圧Vcが閾値電圧Vk以上となると、電圧検出信号を出力するようにしてもよい。そして、ユニットコントローラ25は、電圧検出信号を入力すると車両コントローラ26に車両制御を開始させるように制御する。このように構成しても、キャパシタ電圧Vcが車両コントローラ26により「搭載された鉛バッテリの放電量が大きい(電圧が低い)」と判定される低電圧状態のまま、車両コントローラ26が車両制御を開始してしまうことがない。
In each embodiment, the
○ 各実施形態において、車両コントローラ26は、該車両コントローラ26が「搭載された鉛バッテリの放電量が大きい(電圧が低い)」と判定した場合に、フォークリフト11の走行及び荷役動作を不能にするように構成してもよい。また、車両コントローラ26は、電圧センサ33が検出する電圧に応じて、段階的にフォークリフト11の動作を規制するように構成してもよい。
In each embodiment, the
○ 各実施形態において、燃料電池ユニットFUには、メタノールや天然ガスなど水素以外の燃料を用いて発電する燃料電池システムを搭載してもよい。
○ 各実施形態において、フォークリフト11に具体化したが、他種の車両(産業車両)に具体化してもよい。
In each embodiment, the fuel cell unit FU may be equipped with a fuel cell system that generates power using a fuel other than hydrogen, such as methanol or natural gas.
In each embodiment, the embodiment is embodied in the
○ 各実施形態において、ユニットコントローラ25が車両コントローラ26に対し「制御開始信号」を出力するか否か、又は各リレースイッチ42をON状態に切替え制御するか否かを判定するための閾値電圧は、車両コントローラ26が「搭載された鉛バッテリの放電量が大きい(電圧が低い)」と判定する閾値電圧Vkと同一値としたが、閾値電圧Vk以上の電圧を設定してもよい。このような閾値電圧を設定しても、ユニットコントローラ25は、車両コントローラ26が「搭載された鉛バッテリの放電量が大きい(電圧が低い)」と判定する閾値電圧Vkよりも高い電圧となった状態で車両コントローラ26に車両制御を開始させることから、車両コントローラ26により所定の警告や動作の規制が実行されることがない。
In each embodiment, the threshold voltage for determining whether the
○ 第2の実記形態において、ユニットコントローラ25と車両キースイッチ22とを電気的に接続し、車両キースイッチ22から「車両キースイッチON信号」を入力したユニットコントローラ25が、燃料電池ユニットFUを起動するようにしてもよい。このように構成すれば、車両キースイッチ22を操作するだけで、燃料電池ユニットFU及び車両コントローラ26を起動させることができ、フォークリフト11全体の起動操作が簡便となる。
In the second embodiment, the
11…フォークリフト、13c…走行用モータ、17…配線、22…車両キースイッチ、25…燃料電池ユニットコントローラ、26…車両コントローラ、27…燃料電池システム、31…キャパシタ、32…電圧センサ、33…電圧センサ、41…ユニット起動スイッチ、42…リレースイッチ、B…鉛バッテリ、FC…燃料電池、FU…燃料電池ユニット。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記燃料電池ユニットは、
前記燃料電池システムで発電した電力を充電可能であって、前記モータを含む電力供給先に対して前記電力を供給可能に接続されるキャパシタと、
前記燃料電池ユニットを起動させるための起動信号を入力する信号入力部と、
前記燃料電池ユニットの起動により、前記キャパシタの電圧を検出するユニット用電圧計と、
前記キャパシタの電圧が前記所定の閾値電圧に達しているか否かを判定する電圧判定手段と、
前記電圧判定手段により前記キャパシタの電圧が前記所定の閾値電圧に達していると判定されると、前記車両制御手段による前記車両の制御を開始させる制御開始手段と、を備えたことを特徴とする燃料電池型産業車両。 A motor that generates driving force, a lead battery that supplies electric power to the motor, a voltmeter for a lead battery that measures the voltage of the lead battery, and a voltage that controls the operation of the vehicle and is measured by the voltmeter for the lead battery Is replaced with the lead battery of an industrial vehicle provided with a vehicle control means for restricting the operation of the vehicle when it does not reach a predetermined threshold voltage, so that the electric power supplied to the motor is supplied to the fuel cell system In a fuel cell type industrial vehicle equipped with a fuel cell unit that generates electricity generated in
The fuel cell unit is
A capacitor capable of charging the power generated by the fuel cell system and connected to be able to supply the power to a power supply destination including the motor;
A signal input unit for inputting an activation signal for activating the fuel cell unit;
A unit voltmeter that detects the voltage of the capacitor by starting the fuel cell unit; and
Voltage determination means for determining whether or not the voltage of the capacitor has reached the predetermined threshold voltage;
Control start means for starting control of the vehicle by the vehicle control means when the voltage determination means determines that the voltage of the capacitor has reached the predetermined threshold voltage. Fuel cell type industrial vehicle.
前記制御開始手段は、前記車両制御手段に制御の開始を指示する制御開始信号を出力することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池型産業車両。 The fuel cell system and the capacitor are connected to a power supply path in a state where electric power can always be supplied to the power supply destination,
2. The fuel cell type industrial vehicle according to claim 1, wherein the control start means outputs a control start signal instructing the vehicle control means to start control.
前記信号入力部には、前記車両始動部材が始動操作されて出力する車両始動信号が前記起動信号として入力され、前記車両始動信号の入力を契機に前記燃料電池ユニットが起動されることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池型産業車両。 The fuel cell unit includes an input-side connecting portion that connects a vehicle starting member provided in the industrial vehicle and the signal input portion, an output-side connecting portion that connects the control start means and the vehicle control means, With
A vehicle start signal output when the vehicle start member is started is input to the signal input unit as the start signal, and the fuel cell unit is started when the vehicle start signal is input. The fuel cell type industrial vehicle according to claim 2.
前記制御開始手段は、前記切替手段を前記電力非供給状態から、前記電力供給状態へ切替えることで、電力の供給を開始して前記車両制御手段による前記車両の制御を開始させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池型産業車両。 The power supply path that connects the fuel cell system and the capacitor of the fuel cell unit to the power supply destination, the power supply state in which power can be supplied to the power supply path, and the power supply is cut off. Switching means for switching to a non-power supply state is provided,
The control start means starts supplying power and starts controlling the vehicle by the vehicle control means by switching the switching means from the non-power supply state to the power supply state. The fuel cell type industrial vehicle according to claim 1.
前記信号入力部には、前記ユニット起動操作部材が始動操作されて出力するユニット起動信号が前記起動信号として入力され、前記ユニット起動信号の入力を契機に前記燃料電池ユニットが起動されることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池型産業車両。 The signal input unit includes a unit start operation provided in the fuel cell unit separately from a vehicle start member provided in the industrial vehicle and configured to output a vehicle start signal based on a start operation to the vehicle control means. The parts are connected,
The signal input unit is supplied with a unit activation signal that is output when the unit activation operation member is activated, and the fuel cell unit is activated in response to the input of the unit activation signal. The fuel cell type industrial vehicle according to claim 4.
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