JPH02174502A - 電気車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は電気車に係り、詳しくは、燃料電池を搭載し
た電気車に関するものである。

［従来技術］ 従来から水素と酸素により電気を発生させる燃料電池が
あり、この水素をメタノール改質反応により得る方法が
ある。即ち、メタノールと水とを原料として高温触媒下
で水素を生成するものである。そして、このメタノール
改質装置を備えた燃料電池と補助電池（鉛蓄電池）との
ハイブリッド電源をフォークリフト等の車両に搭載した
場合には、キースイッチのオン操作により燃料電池が起
動され発電を行い、燃料電池と補助電池にて走行用モー
タや荷役用ポンプモータを駆動して、走行や荷役（リフ
１へ、ティル１〜）を行なうことができる。さらに、キ
ースイッチのオフ操作により燃料電池の発電が停止され
るとともにその他の機器の駆動が停止される。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上述した電気車においては、小休止等によりキ
ースイッチが高い頻度でオン・オフ操作（起動・駆動停
止）が行なわれ、改質装置及び燃料電池では加熱・冷却
が繰返し行なわれることになり熱的疲労により寿命を短
くしてしまう。

この発明の目的は、長寿命化に優れた電気車を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段」 この発明は、メタノールと水とを原料として高温雰囲気
触媒下で水素を生成するメタノール改質装置と、その水
素と酸素により電気を発生さぼる燃料電池とを搭載した
電気車において、前記燃料電池以外の、少なくとも電気
車の走行駆動系の動作を停止する第１の駆動停止スイッ
チと、前記燃料電池の発電を停止する第２の駆動停止ス
イッチとを備えてなる電気車をその要旨とするものであ
る。

［作用］ 短時間の駆動停止の際には第１の駆動停止スイッチを操
作することにより燃料電池以外の、少なくとも電気車の
走行駆動系の動作が停止され、長時間の駆動停止の際に
は第２の駆動停止スイッチを操作することににり燃料電
池の発電が停止される。

［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説
明する。

本実施例はメタノール改質装置を備えた燃ｉ１’Ｅｌ電
池と補助電池によるハイブリッド電源をフォークリア１
〜に搭載にしたものであり、当該ハイブリッド電源にて
走行用モータと荷役用ポンプ［−夕が駆動されるように
なっている。

第１図は走行用モータの電源供給系を示し、全体として
メタノール改質装置１と燃料電池２とＤＣ／ＤＣコンバ
ータ３と鉛蓄電池４と走行用直流モータ５ａと荷役用ポ
ンプモータ５ｂとから構成されている。

水タンク６の水は水ポンプ７の駆動により混合器８に供
給されるとともに、メタノールタンク９のメタノールは
メタノールポンプ１０の駆動により混合器８に供給され
、この混合器８にて水とメタノールが混合され、メタノ
ール改質装置１に供給される。

メタノール改質装置１は第２図及び第２図のＡ−△断面
を示す第３図に示すように、円筒形をなすフレーム１１
には断熱材１２が配置されている。

そのフレーム１１内には触ｔｓ層１３が同心円上に複数
立設され、触媒層１３の中には改質触媒１４が充填され
ている。この改質触媒１４としてはＣｕｏ、ｚｎｏ系触
媒が使用される。又、前記混合器８にて混合されたメタ
ノール／水の改質原料は改質原料供給管１５を介してメ
タノール改質装置１のフレーム１１内に供給されるとと
もに、その改質原料供給管１５はフレーム１１内の中心
部に螺旋状に延設され、ざらに、分岐部１６から各触媒
層１３の底部に接続されている。各触媒層１３の上端部
は集合されて水素排出管１７にて外部に連通している。

フレーム１１の内筒上部にはバーナー８が設けられ、そ
のバーナー８にはブロワ１９にて空気（ｒｔｉ索）が供
給されるとともメタノールポンプ２０にて前記メタノー
ルタンク９からメタノールが供給される。そして、メタ
ノール改質装置１の起動時の昇温の際にはバーナー８に
よりメタノールが空気中の酸素にて燃焼してその高温の
燃焼ガスは内筒を通過し前記改質原料供給管１５内のメ
タノール／水の改質原料を加熱するとともに、外筒を通
過し各触媒層１３を加熱して排気通路２１から外部に排
出される。

さらに、バーナー８には燃料電池２の未反応水素が供給
され、メタノール改質装置１の昇温か終了した後におい
てはこの水素が前記ブロワ１９により供給される空気中
の酸素にて燃焼してその高温の燃焼ガスが前記改質原料
供給管１５を加熱するとともに、各触媒層１３を加熱す
る。即ち、メタノール改質装置１の昇温時はメタノール
炎にて触媒層１３を加熱し、−旦反応温度の約３２０’
Ｃに達し、メタノール改質反応が行なわれた後はメタノ
ール炎を停止し燃料電池２からの未反応水素による水素
炎に切換え、改質反応に必要な熱を供給する。そして、
燃焼ガスはメタノール改質装置１の内筒から外筒を通過
し、排気通路２１から外部に排出される。

又、触媒層１３においては、上述したバーナ１Ｂでの燃
焼による高温雰囲気下においてメタンルと水とを原料と
して改質触媒１４にて水素を生成する（　ＣＨ３０Ｈ十
Ｈ２０→３　Ｈ２＋　ＣＯ２ΔＱ）。この水素生成反応
は吸熱反応であるために加熱が必要となっている。

燃料電池２は、リン酸電解質２２を介して水素極２３と
酸素極２４が対向配置され、水素極２３側に前記メタノ
ール改質装置１により生成された水素が前記水素排出管
１７がらフィルタ２５を介して供給される。又、酸素極
２４側にブロワ２６により空気（酸素）が供給される。

ざらに、この燃料電池２には該燃料電池２を加熱及び冷
却するための熱交換器（オイル管）２７か配置され、こ
の管内にはオイルポンプ２８の駆動により熱交換器２９
及びオイルタンク３ｏを介してオイルが循環される。熱
交換器２９には起動用バーナ３１が設（づられ、メタノ
ールポンプ３２により前記メタノールタンク９がらメタ
ノールが供給されるとともにブロワ３３により空気が供
給される。そして、燃料電池２の起動時には起動用バー
ノー３１にてメタノールが燃焼してオイルが加熱され、
オイルが循環され燃料電池２が約１００℃付近まで昇温
される。

燃料電池２の温度が約１００℃に達すると発電が開始さ
れる。燃料電池２は発電を開始すると発熱反応により温
度が上昇するが反応に適正な温度は１９０℃±２０’Ｃ
付近でおり、その温度範囲内に温度制御する必要がある
。燃料電池２の冷却はブロワ３３を駆動し、熱交換器２
９にて循環するオイルが冷却することにより行なわれる
。又、燃料電池２の昇温はメタノールポンプ３２とブロ
ワ３３を駆動するとともに、起動用バーナ３１によりメ
タノール炎を着火し、熱交換器２９にて循環するオイル
を加熱することにより行なわれる。

燃料電池２においては、メタノール改質装置１から供給
される水素とプロ９２６により供給される空気（酸素）
により水素極２３と酸素極２４との間に起電力が発生す
る。又、水素の未反応物は逆火防止器３４を介して前記
メタノール改質装置１のバーナ１８に戻される。

燃料電池２の画電極はＤＣ／ＤＣコンバータ３に接続さ
れている。又、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出ノ′ＪＤｍ
子間には鉛蓄電池４を介して車両の走行用モータ５ａと
荷役用ポンプモータ５ｂが接続されている。走行用モー
タ５ａは切替コンタクタ（前進用、後進用＞３５ａ、３
５ｂが並列に接続されるとともに、走行用モータ５ａに
対し１〜ランジスタ丁ｒが直列に接続されている。又、
接続点ａ、ｂにはフライホイールダイオードＤ１．Ｄ２
か接続されている。そして、運転席に設りた前後進レバ
ーの操作によりいずれかの切替コンタクタ３５　ａ、　
、　３５　ｂを閉路するとともに、運転席に設りたアク
セルペダルの操作により１〜ランジスタＴ　ｒがヂ」ツ
バ制御されて走行用モータ５ａの回転速度が制御される
ようになっている。

又、運転席に設りたす７１〜レバーの操作によりスイッ
チング回路３６が閉路して荷役用ポンブモタ５ｂが駆動
されて作動油をリフ１〜シリンダに供給してフォークの
上昇動作を行なわせる。

システム金体を制御するコン１〜ローラ３７は前記各ブ
ロワ１９．２６．３３、ポンプ７．１０゜２０．２８．
３２を駆動制御するとともに、メタノール改質装置１の
触媒温度を検出する温度センサ３８からの信号と燃料電
池２の温度を検出する温度センサ３９からの信号を入力
して各温度を検知する。又、コンｌ−ローラ３７は電圧
検出部４０による燃料電池２の出力電圧ＶＦＣを検知す
るとともに、電圧検出部４１による鉛蓄電池４の端子電
圧ＶＢを検知する。さらに、コン１ヘローラ３７は電流
センサ４２による鉛蓄電池４の充放電電流ＴＢを検知す
るとともに、温度センサ４３による鉛蓄電池４の温度を
検知する。

コントローラ３７はＤＣ／ＤＣコンバータ３に燃料電池
２からの出力電流指令値を出力するとともに、ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ３と鉛蓄電池４との間に設りられた負荷コ
ンタクタ４４を開閉制御する。

フォークリフトの運転席には第１の駆動停止スイッチと
してのキースイッチ４５と、第２の駆動停止スイッチと
しての完全停止スイッチ４６とが設けられている。この
キースイッチ４５は燃料電池２の発電に関係しない車両
の走行に係る機器の駆動を停止する際に使用され、完全
停止スイッチスイッチ４６は燃料電池２の発電を含む全
ての機器の駆動を停止する際に使用される。この両スイ
ッチ４５．４６からの信号がコンミルローラ３７に入力
される。

次に、前記キースイッチ４５のオン操作に伴うこのシス
テムの起動制御を説明する。

まず、］コン１〜ローラ７はキースイッチ４５がオン操
作されたことを検知すると、メタノール改質装置１の触
ｔｓ温度が改質反応可能な最低温度（約２５０’Ｃ）に
達するまでの間、メタノールポンプ２０とブロワ１９を
駆動してメタノールをバナ１８で燃焼させ触媒層１３を
昇温する。同時に、コン１ヘローラ３７は燃料電池２が
発電可能な最低温度（１００℃）に達するまでの間、メ
タツルポンプ３２とブロワ３３を駆動して起動用バーナ
３１でメタノールを燃焼さＶ１オイルポンプ２８により
オイルを循環さＵ燃料電池２を昇温させる。

そして、コン１〜ローラ３７はメタノール改質装置１の
触媒温度が改質反応可能な最低温度（約２５０’Ｃ）に
達するとともに燃料電池２が発電可能な最低温度（約１
００’Ｃ）に達すると、水ポンプ７とメタノールポンプ
１０を駆動し、メタノール改質装置１に改質原料の供給
を開始する。すると、メタノール改質装置１の改質触媒
１４で改質された水素はフィルタ２５を経由して燃料電
池２に供給される。このとき、燃料電池での未反応水素
は逆火防止器３４を介してメタノール改質装置１のバー
ナ１８で燃焼される。

それ以後、コントローラ３７はメタノール改質装置１の
メタノールポンプ２０を停止しメタノール改質装置１で
のバーナ１８の燃焼を未反応水素主体で行なわせる。

コントローラ３７は燃料電池２への水素供給が始まると
同時にブロワ２６を駆動し空気（酸素）を供給する。水
素と酸素の供給が始まると燃料電池２の両電極間にオー
プン電圧が発生する。コン１〜ローラ３７はＡ−プン電
圧が規定の電圧に達し１ま た後、負荷コンタクタ４４を閉じて外部への電力供給を
開始する。

この時、コン１〜ローラ３７はＤＣ／ＤＣコンバータ３
に燃料電池２からの出力電流指令値を出力し、ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ３はその値に従って多段階に定電流出力制
御を行なっている。ざらに、コン１ヘローラ３７は鉛蓄
電池４の端子電圧ＶＢと充放電電流ｉＢと温度を常時検
出することにより鉛蓄電池４の充電状態を算出している
。Ｄ　Ｃ／ＤＣコンバータ３への出力電流指令値は鉛蓄
電池４の充電状態に相関して出力するようにしている。

即ち、鉛蓄電池４の放電が進んでいる場合には燃料電池
２の出力を最大側に設定し、鉛蓄電池４が充分に充電さ
れている場合には低出力側に設定している。

コントローラ３７は燃料電池２の発電が開始されると同
時に起動用バーナ３１へのメタノール供給を停止しブロ
ワ３３により燃料電池２を冷却する。

次に、この燃料電池２と鉛蓄電池４の運転方法を説明す
る。

燃料電池２の出力電力はＤＣ／ＤＣコンバータ３を経由
して走行用モータ５ａ等の負荷、又は、補助バッテリー
としての鉛蓄電池４に供給されるわけであるが、Ｄ　Ｃ
／Ｄ　Ｃコンバータ３はその出力を常に鉛蓄電池４の充
電電圧ＶＢになるように制御し、燃料電池２と鉛蓄電池
４ににるハイブリッド運転を行なわせる。又、メタノー
ル改質装置１、燃料電池２、Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ
３の出力は鉛蓄電池４の放電が進んでいる状態では出力
最大側にし、満充電状態になるにつれて低い出力になる
ように制御する。

そして、短時間の駆動停止の際には運転者によりキース
イッチ４５がオフ操作される。すると、コン１ヘローラ
３７はキースイッチ４５がオフ操作されたことを検知し
、負荷コンタクタ４４は閉路にしたままで、走行用モー
タ５ａ及び荷役用ポンプモータ５ｂ等の燃料電池２の発
電に関係しない各種機器の駆動を停止させる。従って、
キースイッチ４５のオフ操作では燃料電池２の発電は継
続されるが、走行荷役等の操作はできなくなる。この時
、燃料電池２て発電された電力は鉛蓄電池４に充電され
ることになりコン１−ローラ３７は鉛蓄電池４の充電量
を検出しながら充電が進むにつれて燃料電池２の出力を
下げていく。そして、この状態からキースイッチ４５が
再びオン操作されると走行及び荷役操作することができ
る。

さらに、長時間にわたる駆動停止の際には運転者により
完全停止スイッチ４６が操作される。すると、コン１−
ローラ３７は完全停止スイッチ４６が操作されたことを
検知し、燃料電池２の発電を停止させる。

このように本実施例によれば、キースイッチ４５と完全
停止スイッチ４６を設り、キースイッチ４５のオフ操作
により燃料電池２の発電に関係しない各機器（走行用モ
ータ５ａ、荷役用ポンプモータ５ｂ等）の駆動を停止さ
−ド、完全停止スイッチ４６の操作により燃料電池２の
発電を含む全ての各機器の駆動を停止させるようにした
。従って、短時間の駆動停止の際にはキースイッチ４５
を第フ操作し、又、長時間にわたる駆動停止の際には完
全停止スイッチ４６を操作することにより、メタノール
改質装置１と燃料電池２のオン・オフ操作（起動・駆動
停止）の頻度を少なくしてメタノール改質装置１と燃料
電池２の加熱・冷却の繰返しによる熱的疲労を軽減して
長寿命化することができる。

［発明の効果コ 以上詳述したようにこの発明によれば、長か白化に優れ
た電気車を提供することができる優れた効果を発揮する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の電気車の概略構成図、第２図はメタノ
ール改質装置の断面図、第３図は第２図のＡ−△断面図
である。 １はメタノール改質装置、２は燃料電池、４５は第１の
駆動停止スイッチとしてのキースイッチ、４６は第２の
駆動停止スイッチとしての完全停止スイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、メタノールと水とを原料として高温雰囲気触媒下で
   水素を生成するメタノール改質装置と、その水素と酸素
   により電気を発生させる燃料電池と を搭載した電気車において、 前記燃料電池以外の、少なくとも電気車の走行駆動系の
   動作を停止する第１の駆動停止スイッチと、 前記燃料電池の発電を停止する第２の駆動停止スイッチ
   と を備えてなる電気車。