JP5882133B2 - 燃料電池型産業車両 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムを搭載した燃料電池型産業車両に関するものである。

特許文献１に開示の自動車の警報装置においては、フィラーリッドの開閉状態を検出する開閉状態検出手段によりフィラーリッドの開状態が検出されたときに、エンジン始動を阻止するとともにフィラーリッドが開状態であることを報知する構成としている。

特開２００２−２４２８号公報

ところが、フューエルリッド（フィラーリッド）を開けるとリッドスイッチの可動子が切り替わるように構成した場合、リッドスイッチが故障した際に、フューエルリッドの状態を把握できない。よって、より確実にフューエルリッドの状態を検知したいというニーズがある。

この発明の目的は、フューエルリッドの状態把握の精度を向上することができる燃料電池型産業車両を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、機台に燃料電池システムが搭載され、前記燃料電池システムは、発電して車載機器に動力エネルギーを供給する燃料電池と、前記燃料電池に接続された燃料タンクと、前記燃料タンクに接続されるとともに車両外部の燃料供給装置と接続可能な燃料充填口と、前記燃料充填口を覆うように設けられた開閉可能なフューエルリッドと、を備えた燃料電池型産業車両において、前記フューエルリッドの全閉状態を検知する第１の検知手段と、前記フューエルリッドの全開状態を検知する第２の検知手段と、前記第１の検知手段による前記フューエルリッドの全閉状態の検知結果および前記第２の検知手段による前記フューエルリッドの全開状態の検知結果から前記フューエルリッドの状態を判定する判定手段と、を備えたことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、フューエルリッドが燃料充填口を覆うように設けられており、第１の検知手段により、フューエルリッドの全閉状態が検知される。第２の検知手段により、フューエルリッドの全開状態が検知される。判定手段において、第１の検知手段によるフューエルリッドの全閉状態の検知結果および第２の検知手段によるフューエルリッドの全開状態の検知結果からフューエルリッドの状態が判定される。

従って、第１の検知手段と第２の検知手段を用いてフューエルリッドの状態把握の精度を向上することができる。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の燃料電池型産業車両において、前記判定手段による判定結果に基づいて、前記燃料電池を含めた動力システムの起動の許可／不許可、および、前記燃料供給装置から前記燃料充填口を通して前記燃料タンクへの燃料充填の許可／不許可の少なくとも一方を行う制御手段を更に備えたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、制御手段により、判定手段による判定結果に基づいて、燃料電池を含めた動力システムの起動の許可／不許可、および、燃料供給装置から燃料充填口を通して燃料タンクへの燃料充填の許可／不許可の少なくとも一方が行われる。これにより、動力システムの起動の許可／不許可、および、燃料充填の許可／不許可の少なくとも一方を適切に行うことができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の燃料電池型産業車両において、前記制御手段は、前記判定手段による判定結果に加えて乗員の前記機台への搭乗検知情報に基づいて、前記動力システムの起動の許可／不許可、および、前記燃料供給装置から前記燃料充填口を通して前記燃料タンクへの燃料充填の許可／不許可の少なくとも一方を行うことを要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、制御手段により、判定手段による判定結果に加えて乗員の機台への搭乗検知情報に基づいて、動力システムの起動の許可／不許可、および、燃料供給装置から燃料充填口を通して燃料タンクへの燃料充填の許可／不許可の少なくとも一方が行われる。これにより、動力システムの起動の許可／不許可、および、燃料充填の許可／不許可の少なくとも一方をより適切に行うことができる。

請求項４に記載の発明では、請求項２または３に記載の燃料電池型産業車両において、前記制御手段は、前記判定手段による判定結果に加えてパーキングブレーキの操作情報に基づいて、前記動力システムの起動の許可／不許可、および、前記燃料供給装置から前記燃料充填口を通して前記燃料タンクへの燃料充填の許可／不許可の少なくとも一方を行うことを要旨とする。

請求項４に記載の発明によれば、制御手段により、判定手段による判定結果に加えてパーキングブレーキの操作情報に基づいて、動力システムの起動の許可／不許可、および、燃料供給装置から燃料充填口を通して燃料タンクへの燃料充填の許可／不許可の少なくとも一方が行われる。これにより、動力システムの起動の許可／不許可、および、燃料充填の許可／不許可の少なくとも一方をより適切に行うことができる。

本発明によれば、フューエルリッドの状態把握の精度を向上することができる。

実施形態における燃料電池型フォークリフトの側面図。 燃料電池システムの構成図。 燃料電池型フォークリフトの水素充填口付近の斜視図。 燃料電池型フォークリフトの水素充填口付近の縦断面図。 燃料電池型フォークリフトの作用を説明するためのフローチャート。 燃料電池型フォークリフトの作用を説明するためのフローチャート。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、燃料電池型産業車両としての燃料電池型フォークリフト１０の機台（車体）１１の前側下部には駆動輪（前輪）１２が設けられ、機台１１の後側下部には操舵輪（後輪）１３が設けられている。機台１１の前部には荷役装置１４が設けられている。

荷役装置１４を構成するマスト１５は機台１１の前部に立設されている。マスト１５は機台１１に対して前後に傾動可能に支持された左右一対のアウタマスト１５ａと、これにスライドして昇降するインナマスト１５ｂとからなる。各アウタマスト１５ａの後部にはリフトシリンダ１６が配設されている。インナマスト１５ｂの内側にはフォーク１７を備えたリフトブラケット１８が昇降可能に支持されている。そして、リフトシリンダ１６の伸縮作動によりフォーク１７がリフトブラケット１８とともに昇降される。そして、荷役装置を構成するフォーク１７に、機台１１の前部において積荷を昇降可能に搭載することができる。

左右一対のティルトシリンダ１９は、その基端側が機台（機台フレーム）１１に対して回動可能に連結されるとともに、先端側がアウタマスト１５ａの側面に回動可能に連結されている。マスト１５はティルトシリンダ１９が伸縮駆動されることで前後に傾動する。

運転室２０には運転シート２１が設けられているとともにその前側にハンドル２２、リフトレバー２３およびティルトレバー２４が装備されている。リフトレバー２３はフォーク１７を昇降させるためのレバーであり、ティルトレバー２４はマスト１５を前後方向に傾動させるためのレバーである。運転席の床面にはアクセルペダル２５が設けられ、アクセルペダル２５の操作量（ペダル踏み込み量）に応じた車速にされる。

機台１１には燃料電池システム２６、走行用電動モータ２７および荷役用電動モータ２８が搭載されている。燃料電池システム２６はパネル２９で覆われている。燃料電池システム２６により走行用電動モータ２７を駆動させ、駆動輪１２が駆動されるようになっている。詳しくは、走行用電動モータ２７の出力軸が駆動輪１２の回転軸と減速機を介して連結されており、走行用電動モータ２７の駆動により出力軸が回転するとその回転に伴って駆動輪１２の回転軸が回転して駆動輪１２が駆動される。

また、燃料電池システム２６により荷役用電動モータ２８が駆動され、この荷役用電動モータ２８の駆動により油圧ポンプ（図示略）が駆動される。この油圧ポンプの駆動に基づいてリフトシリンダ１６やティルトシリンダ１９を伸縮動作してフォーク１７の上下動やティルト動作を行うことができるようになっている。

次に、燃料電池システム２６について図２を用いて説明する。
図２に示すように、燃料電池（スタック）３０は、例えば固体高分子型の燃料電池が使用される。燃料電池３０は、発電して車載機器としての走行用電動モータ２７および荷役用電動モータ２８に動力エネルギーを供給する。燃料電池３０の水素供給ポートには流路３１を介して燃料タンクとしての水素タンク３２が接続されている。水素タンク３２には圧縮水素が貯蔵される。水素タンク３２の流路３１には流路３３を通して燃料充填口としての水素充填口３４が接続されている。流路３３の途中には逆止弁３５が設けられている。そして、水素充填口３４から高圧水素ガスを供給することにより水素タンク３２に水素を充填することができる。

図３に示すように、機台のパネル２９における角部には開口部３６が形成されている。この開口部３６においてパネル２９の内部には水素充填口（ノズル）３４が設けられている。水素充填口３４はパイプ材の先端部により構成されており、水素充填口３４に対し、パネル開口部３６から地上側の充填ホースＨを差し込んでロックすることができる。このようにして、燃料充填口としての水素充填口３４は、水素タンク３２に接続されるとともに、車両外部の燃料供給装置の充填ホースＨと接続可能となっている。

機台のパネル２９における開口部３６にはフューエルリッド（蓋）３７が開閉可能に設けられ、このフューエルリッド３７により開口部３６を塞ぐことができる。詳しくは、フューエルリッド３７は、板材よりなり、機台のパネル２９における角部の形状に合わせて「く」の字状に屈曲形成されている。「く」の字状のフューエルリッド３７の一端部において蝶番３８によりパネル２９に対し回動可能に支持されている。

このようにして、機台１１に搭載された燃料電池システム２６は、燃料電池３０と水素タンク３２と水素充填口３４とフューエルリッド３７を備え、水素充填口３４を覆うように設けられたフューエルリッド３７は開閉可能となっている。

図３，４に示すように、第１の検知手段としての第１のリミットスイッチ３９と、第２の検知手段としての第２のリミットスイッチ４０が設けられている。各リミットスイッチ３９，４０は異なる位置に配置されている。第１のリミットスイッチ３９は、フューエルリッド３７の「全閉状態」ではオンし、それ以外ではオフする。この第１のリミットスイッチ３９によりフューエルリッド３７の「全閉状態」が検知される。第２のリミットスイッチ４０は、フューエルリッド３７の「全開状態」ではオンし、それ以外ではオフする。この第２のリミットスイッチ４０によりフューエルリッド３７の「全開状態」が検知される。

このようにして、フューエルリッド３７の全開と全閉の状態検出に２水準のリミットスイッチ３９，４０が用いられている。
図２において、燃料電池型フォークリフト１０の機台１１には車両側コントローラ４１が搭載されている。車両側コントローラ４１はマイコンを中心に構成されている。車両側コントローラ４１には第１のリミットスイッチ３９、第２のリミットスイッチ４０が接続され、第１のリミットスイッチ３９、第２のリミットスイッチ４０の出力信号を入力する。

車両側コントローラ４１には警報器４２が接続されている。警報器４２は表示器と音声警報器からなる。車両側コントローラ４１により警報器４２が駆動される。車両側コントローラ４１は動力システムの起動の許可あるいは不許可を行う。許可されると、走行用電動モータ２７および荷役用電動モータ２８を起動して走行および荷役を行うことができる。一方、不許可にされると、走行用電動モータ２７および荷役用電動モータ２８を起動できず走行および荷役を行うことができない。

地上側設備（水素スタンド）においてスタンド側コントローラ５０が備えられている。地上側設備（水素スタンド）において高圧水素ガスの供給ラインの途中には開閉弁５１が設けられるととともに高圧水素ガスの供給ラインの先端側には充填ホースＨが接続されている。開閉弁５１はスタンド側コントローラ５０により駆動される。スタンド側コントローラ５０と車両側コントローラ４１とは水素充填時には無線通信可能となる。

また、車両側コントローラ４１はフォークリフトのメインスイッチと接続されている。メインスイッチは、フォークリフトの運転の際にキーが差し込まれてオン位置まで回動操作される。車両側コントローラ４１はメインスイッチがオフ、即ち、機台停止状態か否か検知している。

次に、このように構成した燃料電池型フォークリフト１０の作用について説明する。
車両側コントローラ４１は図５，６に示す処理を実行する。図５は水素の充填許可フローである。図６は走行許可フロー（燃料電池３０を含めた動力システムの起動の許可／不許可を判定するフロー）である。

図５において、車両側コントローラ４１はステップ１００において機台停止（メインスイッチがオフ）か否か判定して、機台停止状態であると、ステップ１０１に移行する。車両側コントローラ４１はステップ１０１で動力システムが停止しているか否か判定する。車両側コントローラ４１は動力システムが停止であると、ステップ１０２に移行して第１のリミットスイッチ３９がフューエルリッド３７の全閉を非検出であるか否か判定する。車両側コントローラ４１は第１のリミットスイッチ３９がフューエルリッド３７の全閉を非検出であると、ステップ１０３に移行して第２のリミットスイッチ４０がフューエルリッド３７の全開を検知したか否か判定する。車両側コントローラ４１は第２のリミットスイッチ４０がフューエルリッド３７の全開を検知すると、ステップ１０４に移行して水素充填を許可する。即ち、第１のリミットスイッチ３９がフューエルリッド３７の全閉を非検出であり、かつ、第２のリミットスイッチ４０がフューエルリッド３７の全開を検知すると、フューエルリッド３７が全開状態であると判定して水素充填を許可とする。

水素充填の許可に伴い車両側コントローラ４１はスタンド側コントローラ５０を介して開閉弁５１を開く。また、車両側コントローラ４１は警報器４２を駆動して運転者（作業者）に表示器の点灯や音声により水素充填が可能になったことを知らせる。

その結果、充填ホースＨにより高圧水素ガスが水素充填口３４から流路３３を介して水素タンク３２に充填される。
一方、車両側コントローラ４１はステップ１０１，１０２，１０３において条件が不成立であると、ステップ１０５に移行する。即ち、ステップ１０１において動力システムが停止していない場合、ステップ１０２において第１のリミットスイッチ３９がフューエルリッド３７の全閉を検出した場合、ステップ１０３において第２のリミットスイッチ４０がフューエルリッド３７の全開を非検出であった場合には、ステップ１０５に移行する。車両側コントローラ４１はステップ１０５において水素充填を不許可とする。即ち、２つのリミットスイッチ３９，４０が所定の条件（第１のリミットスイッチ３９がフューエルリッド３７の全閉を非検出であり、かつ、第２のリミットスイッチ４０がフューエルリッド３７の全開を検知）を満たさないと、フューエルリッド３７が全開状態でないと判定して水素充填を不許可とする。

水素充填の不許可に伴い車両側コントローラ４１はスタンド側コントローラ５０を介して、水素スタンド側の開閉弁５１を閉じる。また、車両側コントローラ４１は警報器４２を駆動して運転者（作業者）に表示器の点灯や音声により水素充填が不許可になったことを知らせる。

その結果、充填ホースＨによる高圧水素ガスの水素充填口３４（水素タンク３２）への供給は行われない。
図６において、車両側コントローラ４１はステップ２００において機台停止（メインスイッチがオフ）か否か判定して、機台停止状態であると、ステップ２０１に移行する。車両側コントローラ４１はステップ２０１で第２のリミットスイッチ４０がフューエルリッド３７の全開を非検出であるか否か判定する。車両側コントローラ４１は第２のリミットスイッチ４０がフューエルリッド３７の全開を非検出であると、ステップ２０２に移行して第１のリミットスイッチ３９がフューエルリッド３７の全閉を検知したか否か判定する。車両側コントローラ４１は第１のリミットスイッチ３９がフューエルリッド３７の全閉を検知すると、ステップ２０３に移行して動力システムの起動を許可する。即ち、第２のリミットスイッチ４０がフューエルリッド３７の全開を非検出、かつ、第１のリミットスイッチ３９がフューエルリッド３７の全閉を検知すると、フューエルリッド３７が全閉状態であると判定して動力システムの起動を許可する。

動力システムの起動の許可に伴い車両側コントローラ４１は起動シーケンスを実行する。また、車両側コントローラ４１は警報器４２を駆動して運転者（作業者）に表示器の点灯や音声により動力システムの起動が可能になったことを知らせる。

その結果、運転者により燃料電池型フォークリフト１０が走行される。このとき、充填ホースＨが水素充填口３４に差し込まれていることは無い。
一方、車両側コントローラ４１はステップ２０１，２０２において条件が不成立であると、ステップ２０４に移行する。即ち、ステップ２０１において第２のリミットスイッチ４０がフューエルリッド３７の全開を検出した場合、ステップ２０２において第１のリミットスイッチ３９がフューエルリッド３７の全閉を非検知であった場合には、ステップ２０４に移行する。車両側コントローラ４１はステップ２０４において動力システムの起動を不許可とする。即ち、２つのリミットスイッチ３９，４０が所定の条件（第２のリミットスイッチ４０がフューエルリッド３７の全開を非検出、かつ、第１のリミットスイッチ３９がフューエルリッド３７の全閉を検知）を満たさないと、フューエルリッド３７が全閉状態でないと判定して動力システムの起動を不許可とする。

また、動力システムの起動の不許可に伴い車両側コントローラ４１は警報器４２を駆動して運転者（作業者）に表示器の点灯や音声により動力システムの起動が不許可になったことを知らせる。

その結果、水素充填途中に運転者がフォークリフトを走行させてしまい充填ホースＨが水素充填口３４に差し込まれたまま走行することが回避される。
このように、２つのリミットスイッチ３９，４０を用いて全開と全閉の検知を行うことで二重系となる。よって、いずれかのリミットスイッチ３９，４０が故障した際、例えば、リミットスイッチ３９，４０のうちのいずれかにおいて接点可動部がごみ等により動作できなくなった場合（固着してしまった場合）、「動力システムの起動」と「充填」のいずれも行うことができず、事態の悪化を回避できる。

また、フューエルリッド３７が全閉でないと動力システムが起動しないため、充填ホースＨを差し込んだまま走行してしまうことが回避できる。
また、フューエルリッド３７が中間開度状態においては、２水準のリミットスイッチ３９，４０が全開も全閉も検出しないので、充填が不許可になるとともに動力システムの起動も不許可になる。

以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）判定手段としての車両側コントローラ４１は、第１の検知手段としてのリミットスイッチ３９によるフューエルリッド３７の全閉状態の検知結果、および、第２の検知手段としてのリミットスイッチ４０によるフューエルリッド３７の全開状態の検知結果から、フューエルリッド３７の状態を判定する。従って、リミットスイッチ３９とリミットスイッチ４０を用いてフューエルリッド３７の状態把握の精度を向上することができ、二重安全系を構成できる。

（２）制御手段としての車両側コントローラ４１は、フューエルリッド３７の状態の判定結果に基づいて、燃料電池３０を含めた動力システムの起動の許可／不許可、および、燃料供給装置から水素充填口３４を通して水素タンク３２への燃料充填の許可／不許可を行う。これにより、動力システムの起動の許可／不許可、および、燃料充填の許可／不許可を適切に行うことができる。

つまり、燃料電池３０を含めた動力システムの起動の許可／不許可、および、水素の充填の許可／不許可について、第１のリミットスイッチ３９と第２のリミットスイッチ４０を用いた二重安全系を構成できる。そして、例えば、いずれかのリミットスイッチが故障した場合、走行用電動モータ（および荷役用電動モータ）の駆動も充填も行うことができず、充填ホースＨが水素充填口３４に連結された状態で走行してしまうことが防止できる。また、フューエルリッド３７が半開の場合も、走行用電動モータ（および荷役用電動モータ）の駆動も充填も行うことができず安全が確保できる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・制御手段としての車両側コントローラ４１は、フューエルリッド３７の状態の判定結果に基づいて、燃料電池３０を含めた動力システムの起動の許可／不許可のみ行ってもよい。また、制御手段としての車両側コントローラ４１は、フューエルリッド３７の状態の判定結果に基づいて、燃料供給装置から水素充填口３４を通して水素タンク３２への燃料充填の許可／不許可のみを行ってもよい。

・車両側コントローラ４１は、リミットスイッチ３９による検知結果およびリミットスイッチ４０による検知結果に加えて、ＯＰＳ状態（運転者の搭乗状態）やパーキングブレーキ操作状態により、動力システムの起動の許可／不許可、水素充填の許可／不許可を行うようにしてもよい。これにより、動力システムの起動の許可／不許可、および、水素充填の許可／不許可の少なくとも一方をより適切に行うことができる。

つまり、制御手段としての車両側コントローラ４１は、判定手段による判定結果に加えて乗員の機台への搭乗検知情報に基づいて、動力システムの起動の許可／不許可、および、燃料供給装置から水素充填口３４を通して水素タンク３２への燃料充填の許可／不許可の少なくとも一方を行うようにしてもよい。また、制御手段としての車両側コントローラ４１は、判定手段による判定結果に加えてパーキングブレーキの操作情報に基づいて、動力システムの起動の許可／不許可、および、燃料供給装置から水素充填口３４を通して水素タンク３２への燃料充填の許可／不許可の少なくとも一方を行うようにしてもよい。

具体的に説明する。車両側コントローラ４１は、ＯＰＳスイッチ信号を入力する。ＯＰＳスイッチ信号は、乗員検知信号であり、例えば、運転者が正しい運転操作位置にいる場合のみ荷役操作が可能とする信号である。車両側コントローラ４１は、パーキングブレーキスイッチ信号（ＰＫＢスイッチ信号）を入力する。パーキングブレーキ信号は、パーキングブレーキの操作に伴う信号である。そして、車両側コントローラ４１は例えば、パーキングブレーキスイッチがオンとなっているとともにＯＰＳ状態をモニタして運転者が離席していると、水素充填許可とする。また、車両側コントローラ４１は、ＯＰＳ状態をモニタして運転者が着席していると、動力システムの起動を許可する。

このようにして、充填・走行のインターロックをかけるために、パーキングブレーキの動作等も考慮して、高圧水素を取り扱うにあたり、燃料電池型フォークリフトへの水素充填状況に応じたインターロックを行うことができる。また、ＯＰＳ、ＰＫＢ状態等、フォークリフトにもともと装備されている機能をシーケンスに取り込むことでコストアップなく信頼性を向上させることができる。

・第１の検知手段および第２の検知手段として、リミットスイッチを用いたが、他のスイッチ、例えば、開閉スイッチを用いてもよい。要は、第１のスイッチでフューエルリッド３７の全閉状態を検知するとともに、第２のスイッチでフューエルリッド３７の全開状態を検知する構成であればよい。

・燃料電池に用いられる燃料は水素に限ることなく、メタノール等の他の燃料を用いた場合に適用してもよい。
・本発明を産業車両としてのフォークリフトに適用したが、これに限らず、例えば、産業車両としての牽引車（トーイングトラクタ等）やハンドリフタ（移動は作業者が押すことで行い、荷の昇降はリフタで行う装置）等に適用してもよい。

１０…燃料電池型フォークリフト、１１…機台、２６…燃料電池システム、２７…走行用電動モータ、２８…荷役用電動モータ、３０…燃料電池、３２…水素タンク、３４…水素充填口、３７…フューエルリッド、３９…第１のリミットスイッチ、４０…第２のリミットスイッチ、４１…車両側コントローラ。

Claims (4)

1. 機台に燃料電池システムが搭載され、前記燃料電池システムは、発電して車載機器に動力エネルギーを供給する燃料電池と、前記燃料電池に接続された燃料タンクと、前記燃料タンクに接続されるとともに車両外部の燃料供給装置と接続可能な燃料充填口と、前記燃料充填口を覆うように設けられた開閉可能なフューエルリッドと、を備えた燃料電池型産業車両において、
   前記フューエルリッドの全閉状態を検知する第１の検知手段と、
   前記フューエルリッドの全開状態を検知する第２の検知手段と、
   前記第１の検知手段による前記フューエルリッドの全閉状態の検知結果および前記第２の検知手段による前記フューエルリッドの全開状態の検知結果から前記フューエルリッドの状態を判定する判定手段と、
   を備えたことを特徴とする燃料電池型産業車両。
2. 前記判定手段による判定結果に基づいて、前記燃料電池を含めた動力システムの起動の許可／不許可、および、前記燃料供給装置から前記燃料充填口を通して前記燃料タンクへの燃料充填の許可／不許可の少なくとも一方を行う制御手段を更に備えた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。
3. 前記制御手段は、前記判定手段による判定結果に加えて乗員の前記機台への搭乗検知情報に基づいて、前記動力システムの起動の許可／不許可、および、前記燃料供給装置から前記燃料充填口を通して前記燃料タンクへの燃料充填の許可／不許可の少なくとも一方を行う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。
4. 前記制御手段は、前記判定手段による判定結果に加えてパーキングブレーキの操作情報に基づいて、前記動力システムの起動の許可／不許可、および、前記燃料供給装置から前記燃料充填口を通して前記燃料タンクへの燃料充填の許可／不許可の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池型産業車両。