WO2024004910A1 - 作業車両、作業車両の制御装置および制御方法 - Google Patents

作業車両、作業車両の制御装置および制御方法 Download PDF

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WO2024004910A1
WO2024004910A1 PCT/JP2023/023488 JP2023023488W WO2024004910A1 WO 2024004910 A1 WO2024004910 A1 WO 2024004910A1 JP 2023023488 W JP2023023488 W JP 2023023488W WO 2024004910 A1 WO2024004910 A1 WO 2024004910A1
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fuel cell
work vehicle
fuel
control device
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洋祐 林
裕喜 南出
幸大 網谷
貴大 高木
憲一 石見
倫祥 坂野
剛 高木
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株式会社クボタ
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    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
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    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present disclosure relates to a work vehicle, a control device for a work vehicle, and a control method.
  • Electric vehicles are becoming popular.
  • Patent Document 1 discloses a tractor equipped with a fuel cell (FC) power generation system and a motor without significantly changing the structure of a conventional engine-driven tractor.
  • FC fuel cell
  • Patent Document 2 discloses a vehicle having a fuel cell system.
  • the vehicle When the ignition is turned off and the entire vehicle system is turned off, the vehicle performs a discharge process to consume the remaining charge in the high voltage system provided in the vehicle. Residual charge in a high voltage system is the charge remaining on the circuit excluding the storage battery, for example, the charge remaining on the capacitor included in the circuit. In this discharge process, electric charge is consumed by a heater that heats water in a water storage tank that stores water generated by power generation by the fuel cell.
  • the present disclosure provides a technique for efficiently discharging residual charge when operation is stopped in a work vehicle equipped with a fuel cell module.
  • a work vehicle includes: a fuel cell module having a fuel cell stack; at least one fuel tank containing fuel to be supplied to the fuel cell stack;
  • the fuel cell module includes a motor connected to a fuel cell module, a traveling device driven by the motor, a power take-off shaft driven by the motor and connected to an implement, and a control device.
  • the control device stops supplying the fuel or oxidizing gas to the fuel cell module in response to the command to stop operation, and then controls the control device in a state where power transmission from the motor to the traveling device is stopped.
  • the motor is rotated to discharge residual charges in the circuit group connected to the motor.
  • Computer-readable storage media may include volatile storage media or non-volatile storage media.
  • the device may be composed of multiple devices. When a device is composed of two or more devices, the two or more devices may be arranged within one device, or may be arranged separately within two or more separate devices. .
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing an example of the basic configuration of a work vehicle according to the present disclosure.
  • 1 is a diagram showing a basic configuration example of a fuel cell power generation system mounted on a work vehicle.
  • 1 is a block diagram schematically showing an example of electrical connection and power transmission between components of a work vehicle according to the present disclosure.
  • FIG. FIG. 2 is a block diagram schematically showing electrical signal paths (thin solid lines) and coolant paths (dotted lines) between component parts in the work vehicle according to the present disclosure.
  • 1 is a perspective view schematically showing a configuration example of a work vehicle in an embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a side view schematically showing a configuration example of a work vehicle in an embodiment of the present disclosure.
  • 3 is a flowchart illustrating an example of a discharge process for a work vehicle.
  • 12 is a flowchart illustrating another example of discharge processing for a work vehicle. It is a flowchart which shows yet another example of discharge processing of a work
  • Work vehicle in this disclosure means a vehicle used to perform work at a work site.
  • a “work site” is any place where work is performed, such as a field, a forest, or a construction site.
  • a “field” is any place where agricultural operations are carried out, such as an orchard, a field, a rice field, a grain farm, or a pasture.
  • the work vehicle may be an agricultural machine such as a tractor, a rice transplanter, a combine harvester, a riding management machine, or a riding mower, or a vehicle used for purposes other than agriculture, such as a construction work vehicle or a snowplow.
  • the work vehicle according to the present disclosure can be equipped with an implement (also referred to as a “work machine” or “work device”) depending on the work content, on at least one of its front and rear parts.
  • an implement also referred to as a "work machine” or “work device”
  • work travel The movement of a work vehicle while performing work is sometimes referred to as "work travel.”
  • agricultural machinery means machinery used for agricultural purposes.
  • agricultural machinery include tractors, harvesters, rice transplanters, riding management machines, vegetable transplanters, mowers, seeders, fertilizer spreaders, and agricultural mobile robots.
  • a working vehicle such as a tractor function as an "agricultural machine” alone, but also an implement attached to or towed by the working vehicle and the entire working vehicle may function as a single "agricultural machine.”
  • Agricultural machines perform agricultural work such as plowing, sowing, pest control, fertilization, planting crops, or harvesting on the ground within a field.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing an example of the basic configuration of a work vehicle 100 according to the present disclosure.
  • the traveling direction when the work vehicle 100 travels straight ahead will be referred to as the "forward direction”
  • the traveling direction when the work vehicle 100 travels straight back will be referred to as the "rear direction”.
  • the direction extending perpendicularly to the right with respect to the "front direction” is called the "right direction”
  • the direction extending perpendicularly to the left with respect to the "front direction” is called the “left direction”.
  • "front”, “back”, “right”, and “left” are indicated by “front”, “rear”, “right”, and “left” arrows, respectively.
  • Both the anterior direction and the posterior direction may be collectively referred to as the "anterior-posterior direction.”
  • the work vehicle 100 in the illustrated example is, for example, a tractor that is an example of an agricultural machine.
  • the technology of the present disclosure is not limited to work vehicles such as tractors, but can also be applied to other types of work vehicles.
  • the work vehicle 100 can travel within a field while carrying or towing an implement and performing agricultural work according to the type of implement. Further, the work vehicle 100 can also travel within the field and outside the field (including roads) with or without the implement mounted.
  • the work vehicle 100 like a conventional tractor, includes a vehicle body (vehicle frame) 102 that rotatably supports left and right front wheels 104F and left and right rear wheels 104R.
  • vehicle body 102 includes a front frame 102A provided with a front wheel 104F, and a transmission case 102B provided with a rear wheel 104R.
  • Front frame 102A is fixed to the front part of transmission case 102B.
  • the front wheel 104F and the rear wheel 104R may be collectively referred to as wheels 104.
  • the wheel 104 is a wheel and is equipped with a tire.
  • "wheel” basically means “wheels and tires” as a whole.
  • One or both of the front wheel 104F and the rear wheel 104R may be replaced with a plurality of wheels (crawlers) equipped with endless tracks instead of wheels with tires.
  • the left and right front wheels 104F, the left and right rear wheels 104R, the axles that rotate these four wheels, and the braking device (brake) that brakes each axle may be collectively referred to as a "travel device.” .
  • the work vehicle 100 in the example of FIG. 1 includes a fuel cell module (FC module) 10 and a motor 70 that are directly or indirectly supported by a front frame 102A.
  • the FC module 10 has a fuel cell stack (FC stack), and functions as an on-vehicle generator that generates electric power from fuel, as will be described later.
  • FC stack fuel cell stack
  • FC stack fuel cell stack
  • the motor 70 is electrically connected to the FC module 10.
  • the motor 70 can convert the electric power generated by the FC module 10 into mechanical motion (power) and generate the driving force (traction) necessary for the work vehicle 100 to travel.
  • An example of motor 70 is an AC synchronous motor. Since the FC stack of the FC module 10 generates DC current, if the motor 70 is an AC synchronous motor, an electric circuit group including an inverter device is provided between the FC stack and the motor 70, so that the DC current is converted to AC. converted into electric current. A part of such an electric circuit group may be inside the FC module 10. Further, another part of the electric circuit group may be attached to the motor 70 as a drive circuit for the motor 70.
  • the motor 70 has an output shaft 71 that rotates.
  • the torque of the output shaft 71 is transmitted to the rear wheels 104R via mechanical parts such as a transmission (speed change device) provided inside the transmission case 102B and a rear wheel differential device (differential gear device).
  • the power generated by the motor 70 which is a power source, is transmitted to the rear wheels 104R by a power transmission system (drive train) 74 including a transmission provided in the transmission case 102B.
  • the "transmission case” may also be referred to as the "mission case.”
  • a portion of the power of the motor 70 is also transmitted to the front wheels 104F.
  • the power of the motor 70 can be used not only for driving the work vehicle 100 but also for driving an implement.
  • a power take-off (PTO) shaft 76 is provided at the rear end of the transmission case 102B.
  • the PTO shaft 76 is driven by the motor 70 and is connected to an implement. Torque of the output shaft 71 of the motor 70 is transmitted to the PTO shaft 76.
  • the implement mounted on or towed by the work vehicle 100 receives power from the PTO shaft 76 and can perform operations according to various tasks.
  • the motor 70 and the power transmission system 74 may be collectively referred to as an electric power train.
  • the work vehicle 100 is not equipped with an internal combustion engine such as a diesel engine, but is equipped with the FC module 10 and the motor 70. Further, the output shaft 71 of the motor 70 is mechanically coupled to a power transmission system 74 such as a transmission within the transmission case 102B.
  • the motor 70 can efficiently generate torque in a relatively wide rotational speed range compared to an internal combustion engine.
  • a power transmission system 74 that includes a transmission, it becomes easier to perform multi-stage or continuously variable speed operation to adjust the torque and rotational speed from the motor 70 over a wider range. Therefore, it becomes possible not only to run the work vehicle 100 but also to efficiently perform various tasks using the implement.
  • the power transmission system 74 may be deleted depending on the purpose or size of the work vehicle 100. For example, part or all of the transmission responsible for the speed change function may be omitted.
  • the number and mounting positions of the motors 70 are also not limited to the example shown in FIG. 1.
  • the work vehicle 100 includes at least one fuel tank 50 that stores fuel to be supplied to the FC module 10.
  • one fuel tank 50 is shown for simplicity.
  • a plurality of fuel tanks 50 are housed in a tank case to constitute a fuel tank module.
  • the fuel tank 50 is supported by a member fixed to the vehicle body 102, as will be described later.
  • the FC module 10 and the fuel tank 50 are connected by piping, an on-off valve, etc., and form an on-vehicle FC power generation system. The configuration and operation of the FC power generation system will be described later.
  • a work vehicle 100 in an embodiment described below includes a driver's seat supported by a vehicle body 102.
  • the driver's seat may be surrounded by a cabin supported by the vehicle body 102.
  • the FC module 10 is placed in front of the driver's seat, and the fuel tank 50 is placed above the driver's seat.
  • the FC module 10 and fuel tank 50 are housed in at least one "container".
  • the "container" functions, for example, as a housing, and serves to protect the FC module 10 and the fuel tank 50 from sunlight and wind and rain.
  • such a container can also control the spread of the fuel gas into the atmosphere and facilitate the detection of the fuel gas when the fuel gas leaks from the FC module 10 or the fuel tank 50.
  • the FC module 10 may be housed in a front housing called a "bonnet", for example.
  • the front housing is part of the "container”.
  • the front housing is supported by the front portion of the vehicle body 102 (front frame 102A).
  • the fuel tank 50 may be housed in a tank case as described above.
  • the tank case is directly or indirectly supported by the vehicle body 102.
  • FC power generation system 180 mounted on the work vehicle 100.
  • the FC power generation system 180 shown in FIG. 2 functions as an on-vehicle power generation system in the work vehicle 100 of FIG. 1.
  • the electric power generated by the FC power generation system 180 is used not only for driving the work vehicle 100 but also for operating the implement towed or attached to the work vehicle 100.
  • the FC power generation system 180 in the illustrated example includes an FC module 10 and at least one fuel tank 50 that accommodates fuel to be supplied to the FC module 10.
  • the FC power generation system 180 also includes a radiator device 34 for cooling the FC module 10.
  • the FC module 10 includes a fuel cell stack (FC stack) 11, an air compressor 12, a fuel circulation pump 24, a coolant pump 31, a booster circuit 40, and a control device 42 as main components. It is equipped with These components are housed within the casing of the FC module 10 and are connected to each other through electrical or fluid communication.
  • the FC stack 11 generates electricity through an electrochemical reaction between "anode gas” which is a fuel and "cathode gas” which is an oxidizing gas.
  • the FC stack 11 in this example is a polymer electrolyte fuel cell.
  • the FC stack 11 has a stack structure in which a plurality of single cells (fuel cells) are stacked.
  • a single cell includes, for example, an electrolyte membrane formed from an ion exchange membrane, an anode electrode formed on one surface of the electrolyte membrane, a cathode electrode formed on the other surface of the electrolyte membrane, and an anode electrode and a cathode electrode. It is equipped with a pair of separators sandwiched from both sides.
  • the voltage generated in a single cell is, for example, 1 volt or less. For this reason, in the FC stack 11, for example, 300 or more single cells are connected in series to generate a voltage of several hundred volts.
  • An anode gas is supplied to the anode electrode of the FC stack 11.
  • the anode gas is called "fuel gas” or simply “fuel.”
  • the anode gas (fuel) is hydrogen gas.
  • Cathode gas is supplied to the cathode electrode.
  • the cathode gas is an oxidizing gas such as air.
  • the anode electrode is called the fuel electrode, and the cathode electrode is called the air electrode.
  • anode off gas The anode gas after being used in the above reaction is referred to as "anode off gas", and the cathode gas after being used in reaction is referred to as “cathode off gas”.
  • the air compressor 12 supplies air taken in from the outside to the cathode electrode of the FC stack 11 as cathode gas.
  • the cathode gas supply system including the air compressor 12 has a cathode gas supply pipe 13 , a cathode off-gas pipe 14 , and a bypass pipe 15 .
  • the cathode gas supply pipe 13 allows cathode gas (air) supplied from the air compressor 12 to flow to the cathode electrode of the FC stack 11 .
  • the cathode off-gas pipe 14 allows cathode off-gas discharged from the FC stack 11 to flow to the outside air.
  • the bypass pipe 15 branches from the cathode gas supply pipe 13 downstream of the air compressor 12, bypasses the FC stack 11, and is connected to the cathode off-gas pipe 14.
  • the bypass pipe 15 is provided with a control valve 16 that adjusts the flow rate of cathode gas flowing into the bypass pipe 15 .
  • the cathode gas supply pipe 13 is provided with a cutoff valve 17 that selectively blocks the inflow of cathode gas into the FC stack 11 .
  • the cathode off-gas pipe 14 is provided with a pressure regulating valve 18 that adjusts the back pressure of the cathode gas.
  • the cathode gas supply system of the FC module 10 is provided with a rotation speed detection sensor S1 that detects the rotation speed of the air compressor 12, and a gas flow rate detection sensor S2 that detects the flow rate of the cathode gas flowing into the cathode gas supply pipe 13. ing.
  • the control valve 16, the cutoff valve 17, and the pressure regulating valve 18 are, for example, electromagnetic valves.
  • the fuel circulation pump 24 supplies the fuel gas (anode gas) sent from the fuel tank 50 to the anode electrode of the FC stack 11.
  • the anode gas supply system including the fuel circulation pump 24 has an anode gas supply pipe 21 , an anode off-gas pipe 22 , and a circulation flow path 23 .
  • the anode gas supply pipe 21 allows anode gas supplied from the fuel tank 50 to flow to the anode electrode of the FC stack 11 .
  • the fuel tank 50 in the embodiment of the present disclosure is a hydrogen tank that stores high-pressure hydrogen gas.
  • the anode off-gas pipe 22 allows the anode off-gas discharged from the FC stack 11 to flow.
  • the anode off-gas is led to the gas-liquid separator 25 through the anode off-gas pipe 22, where water is removed.
  • the anode off-gas from which moisture has been removed is returned to the anode gas supply pipe 21 through the circulation passage 23 by the fuel circulation pump 24 .
  • the anode off-gas circulating in the circulation channel 23 can be discharged through the anode off-gas pipe 22 by opening the exhaust valve 26 .
  • Moisture stored in the gas-liquid separator 25 can be discharged through the anode off-gas pipe 22 by opening the exhaust valve 26.
  • the exhaust valve 26 is, for example, a solenoid valve.
  • the anode off-gas pipe 22 is connected to the cathode off-gas pipe 14.
  • the anode off-gas containing unreacted anode gas that did not contribute to the electrochemical reaction is circulated and supplied to the FC stack 11 again, thereby improving the utilization efficiency of the anode gas. is possible.
  • FIG. 2 shows a coolant circulation system including a coolant pump 31 for the FC stack 11, cooling circulation systems for other electrical components may also be provided, as will be described later.
  • the air compressor 12, fuel circulation pump 24, and coolant pump 31 included in the FC module 10 are each operated by a built-in motor. These motors are also electrical components.
  • the coolant circulation system including the coolant pump 31 in FIG. 2 includes a coolant supply pipe 32, a coolant discharge pipe 33, a radiator device 34, and a temperature sensor S3.
  • This coolant circulation system can adjust the temperature of the FC stack 11 within a predetermined range by circulating the coolant through the FC stack 11. Coolant is supplied to the FC stack 11 through the coolant supply pipe 32. The supplied coolant flows through the coolant flow path formed between the single cells and is discharged to the coolant discharge pipe 33. The coolant discharged to the coolant discharge pipe 33 flows to the radiator device 34.
  • the radiator device 34 radiates heat from the coolant by exchanging heat between the inflowing coolant and the outside air, and supplies the coolant whose temperature has decreased to the coolant supply pipe 32 again.
  • the coolant pump 31 is installed in the coolant supply pipe 32 or the coolant discharge pipe 33 so as to send the coolant to the FC stack 11.
  • a coolant bypass flow path may be provided between the coolant discharge pipe 33 and the coolant supply pipe 32.
  • a branch valve is provided at the branch point where the coolant bypass flow path branches from the coolant discharge pipe 33.
  • the diverter valve can adjust the flow rate of the coolant flowing into the bypass channel.
  • the temperature sensor S3 detects the temperature of the coolant flowing through the coolant discharge pipe 33.
  • the coolant used to cool the FC stack 11 is circulated through the flow path by a coolant electric pump (coolant pump) 31.
  • a coolant control valve may be provided downstream of the FC stack 11. The coolant control valve adjusts the ratio of coolant flowing to the radiator device 34 and coolant bypassing the radiator device 34, allowing the temperature of the coolant to be controlled with greater accuracy. Furthermore, by controlling the amount of water fed by the coolant pump, it is also possible to control the coolant temperature difference between the inlet and outlet of the FC stack 11 to fall within a desired range.
  • the temperature of the coolant in the FC stack 11 can be controlled to a temperature at which the power generation efficiency of the FC stack 11 is high, for example, about 70°C.
  • the coolant flowing through the FC stack 11 has higher insulating properties than the coolant used to cool ordinary electrical components. Since a high voltage exceeding, for example, 300 volts is generated in the FC stack 11, by increasing the electrical resistance of the coolant, current leakage through the coolant or the radiator device 34 can be suppressed. As the use of the coolant progresses, the electrical resistance of the coolant may decrease. This is because ions dissolve into the coolant flowing through the FC stack 11. In order to remove such ions from the coolant and improve insulation, it is desirable that an ion exchanger be disposed in the flow path of the coolant.
  • the boost circuit 40 can increase the voltage output from the FC stack 11 through power generation operation to a desired level.
  • the subsequent stage of the booster circuit 40 is connected to a heavy-duty electric circuit including an inverter device for driving a motor. Note that the subsequent stage of the booster circuit 40 can also be connected in parallel to a weak electric system electric circuit via a step-down circuit.
  • the control device 42 is an electronic control unit (ECU) that controls power generation by the FC module 10.
  • the control device 42 detects or estimates the operating state of the FC power generation system 180 based on signals output from various sensors.
  • the control device 42 controls the operation of the air compressor 12, fuel circulation pump 24, coolant pump 31, and various valves based on the operating state of the FC power generation system 180 and commands output from a host computer or other ECU. is controlled to control power generation by the FC stack 11.
  • the control device 42 includes, for example, a processor, a storage device, and an input/output interface.
  • anode gas will be referred to as "fuel gas” or "fuel”
  • the “anode gas supply pipe” will be referred to as "piping”.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically showing an example of electrical connections and power transmission between components of work vehicle 100 according to the present disclosure.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a more detailed configuration than the example configuration shown in FIG. FIG. 4 schematically shows electrical signal paths (thin solid lines) and coolant paths (dotted lines) between components in work vehicle 100.
  • Electrical connections include both high-power and low-power systems.
  • the electrical connection of the high-voltage system provides, for example, the power supply voltage of the inverter device.
  • Low-voltage electrical connections provide, for example, a power supply voltage for electronic components that operate at relatively low voltages.
  • the work vehicle 100 includes an FC module 10, an inverter device 72, a motor 70, a power transmission system 74, and a PTO shaft 76.
  • the DC voltage of the power generated in the FC stack 11 of the FC module 10 is boosted by the booster circuit 40 and then supplied to the inverter device 72 .
  • Inverter device 72 converts DC voltage into, for example, three-phase AC voltage and supplies it to motor 70 .
  • Inverter device 72 has a bridge circuit including a plurality of power transistors.
  • Motor 70 has a rotating rotor and a stator having a plurality of coils electrically connected to inverter device 72.
  • the rotor is coupled to the output shaft 71, for example, via a reduction gear (speed reducer) or directly.
  • the motor 70 rotates the output shaft 71 with torque and rotational speed controlled according to the waveform of the three-phase AC voltage from the inverter device 72.
  • the inverter device 72 shown in FIG. 4 includes an ECU 73 that controls the motor 70.
  • the ECU 73 controls the switching operation (turn-on or turn-off) of each of the plurality of power transistors included in the bridge circuit of the inverter device 72.
  • the ECU 73 can be connected to a plurality of power transistors in the bridge circuit via a pre-driver (sometimes referred to as a "gate driver").
  • the ECU 73 may be configured to operate under the control of a host computer such as the control device 60.
  • the torque of the output shaft 71 of the motor 70 is transmitted to the power transmission system 74.
  • the power transmission system 74 operates using the motor 70 as a power source, and can drive the wheels 104R, 104F and/or the PTO shaft 76 in FIG.
  • Such a drive train 74 may have a similar or similar structure to a drive train in a conventional tractor with an internal combustion engine, such as a diesel engine.
  • an internal combustion engine such as a diesel engine.
  • the power transmission system 74 includes a driving system power transmission mechanism that transmits the power from the motor 70 to the left and right rear wheels 104R via a clutch, a transmission, a rear wheel differential, etc., and a drive system power transmission mechanism that transmits the power from the motor 70 to the left and right rear wheels 104R via a clutch, a transmission, a rear wheel differential, etc. and a PTO system power transmission mechanism.
  • the power transmission system 74 includes a PTO clutch that switches between a state in which power from the motor 70 is transmitted to the PTO shaft 76 (connected state) and a state in which it is not transmitted (disconnected state).
  • the PTO clutch can be switched manually by the driver operating an operating device, or switched automatically.
  • the rear case is also called the rear axle case.
  • the work vehicle 100 includes a secondary battery (battery pack) 80 that temporarily stores electrical energy generated by the FC module 10.
  • battery packs 80 include lithium ion battery packs.
  • Battery pack 80 is electrically connected to FC module 10 and to motor 70 via inverter device 72 .
  • the battery pack 80 can supply power to the inverter device 72 at the required timing, either in cooperation with the FC module 10 or independently.
  • the battery pack 80 it is possible to employ various battery packs used in passenger electric vehicles.
  • the battery pack 80 may be simply referred to as "battery 80.”
  • the work vehicle 100 includes various electrical components (vehicle-mounted electronic components) that operate using electricity.
  • electrical components include electromagnetic valves such as the on-off valve 20, an air cooling fan of the radiator device 34, an electric pump of the cooling compressor 85, and a temperature control device that heats or cools the FC stack 11.
  • a temperature control device includes an electric heater 86.
  • first and second DC-DC converters 81 and 82 and a storage battery 83 for obtaining a power supply voltage suitable for operation of these electrical components may also be included in the electrical components.
  • various electronic components (such as a lamp, a hydraulic electric motor, etc.) that are not shown may also be included in the electrical components. These electrical components may be, for example, electronic components similar to electrical components installed in conventional agricultural tractors.
  • the first DC-DC converter 81 is a circuit that steps down the voltage output from the booster circuit 40 of the FC module 10 to a first voltage, for example, 12 volts.
  • the storage battery 83 is, for example, a lead storage battery, and can store electrical energy using the voltage output from the first DC-DC converter 81.
  • the storage battery 83 can be used as a power source for various electrical components such as a lamp.
  • the work vehicle 100 shown in FIG. 3 includes not only a first DC-DC converter 81 but also a second DC-DC converter 82 as a voltage conversion circuit that steps down the high voltage output by the FC module 10.
  • the second DC-DC converter 82 is a circuit that steps down the voltage (for example, several hundred volts) output from the booster circuit 40 of the FC module 10 to a second voltage, for example, 24 volts, which is higher than the first voltage.
  • the air cooling fan of the radiator device 34 can be operated using the voltage output from the second DC-DC converter 82, for example.
  • the radiator device 34 is illustrated as a single component in FIG. 3, one work vehicle 100 may include a plurality of radiator devices 34.
  • the electric pump of the cooling compressor 85 and the electric heater 86 can also be operated with the voltage output from the second DC-DC converter 82.
  • the work vehicle 100 shown in FIG. 3 is equipped with a temperature control device that cools or heats the FC stack 11 included in the FC power generation system. Relatively large amounts of electrical power are required to operate such temperature control devices.
  • the relatively high 24 volt voltage output by the second DC-DC converter 82 is provided to such a temperature control device.
  • the temperature control device in this embodiment includes a radiator device 34 that radiates heat from the refrigerant that cools the FC stack 11, and the relatively high second voltage of 24 volts output by the second DC-DC converter 82 is radiator device 34.
  • the temperature control device includes a heater 86 that heats the FC stack 11.
  • the relatively high voltage output by the second DC-DC converter 82 may also be applied to the heater.
  • the relatively high voltage output by the second DC-DC converter 82 may also be applied to an air conditioner such as the cooling compressor 85, for example.
  • the work vehicle 100 may include a third voltage conversion circuit that converts the high voltage output by the FC module 10 into a third voltage higher than the second voltage.
  • the third voltage is, for example, 48 volts.
  • the work vehicle 100 includes another motor apart from the motor 70, the third voltage may be used as a power source for the other motor, for example.
  • Agricultural work vehicles equipped with fuel cell power generation systems are equipped with electrical components necessary for fuel cell power generation operation in addition to the electrical components necessary for agricultural work, so the voltage level suitable for each electrical component may differ. . According to embodiments of the present disclosure, it is possible to supply a voltage of an appropriate magnitude.
  • a plurality of fuel tanks 50 are housed in one tank case 51.
  • the fuel tank 50 is connected to a filling port (fuel filling port) 52 that is filled with fuel from the outside. This connection is made by a pipe 21 for flowing fuel gas.
  • the fuel tank 50 is connected to the FC module 10 via a pipe 21 provided with an on-off valve 20.
  • these pipes 21 may be formed from a material with high resistance to hydrogen embrittlement, for example, austenitic stainless steel such as SUS316L.
  • a valve space 53 is provided in the tank case 51, and various valves including a pressure reducing valve are arranged within this valve space 53.
  • the pipe 21 connects the fuel tank 50 and the FC module 10 via various valves provided in the valve space 53.
  • Fuel gas whose pressure has been reduced by the pressure reducing valve flows through the pipe 21 that connects the tank case 51 and the FC module 10 .
  • the fuel tank 50 may be filled with high-pressure hydrogen gas of, for example, 35 megapascals or more, but after passing through a pressure reducing valve, the hydrogen gas is depressurized to, for example, about 2 atmospheres or less. can be done.
  • FIG. 4 also shows a plurality of ECUs that communicate within the work vehicle 100 and a user interface 1. Communication may be performed via CAN bus wiring, etc., which serves as a path (thin solid line) for electrical signals. Also shown in FIG. 4 is a cooling system for providing thermal management of the components. Specifically, the coolant path (dotted line) is schematically shown.
  • the first and second DC-DC converters 81 and 82 can each output voltages of different magnitudes. These first and second DC-DC converters 81 and 82 are also provided with ECUs that control their respective voltage conversion circuits. These ECUs, like other ECUs, are given a relatively low first voltage output from the first DC-DC converter 81.
  • the work vehicle 100 is equipped with a cooling system in which coolant is circulated by coolant pumps 31A and 31B. These coolant pumps 31A and 31B are provided inside the FC module 10.
  • the cooling system in this example includes a first radiator device 34A that is responsible for cooling the FC stack 11, and a second radiator device 34B that is responsible for cooling other electrical components.
  • the cooling system has a flow path (first flow path) through which a cooling liquid flows between the FC stack 11 and the first radiator device 34A. Further, this cooling system has a flow path (second flow path) through which the cooling liquid flows between the electrical components including the motor 70 and the second radiator device 34B.
  • a heater core 87 used for heating the cabin is provided, and the coolant flowing through the first radiator device 34A flows through this heater core 87.
  • the user interface 1 includes an operating device 2 such as an accelerator pedal (or accelerator lever), a main meter 4, and an FC meter 6.
  • the work vehicle 100 shown in FIG. 4 further includes a control device 60 and a storage device 7.
  • Control device 60 includes main ECU 3 and FC system ECU 5.
  • the main ECU 3 is connected to the FC system ECU 5, the operating device 2, the main meter 4, and the storage device 7.
  • Main ECU 3 controls the overall operation of work vehicle 100.
  • the main meter 4 can display various parameters that specify the running state or operating state of the work vehicle 100.
  • the FC system ECU 5 controls the operation of the FC power generation system.
  • the FC system ECU 5 is connected to the FC meter 6.
  • the FC meter 6 can display various parameters that specify the operating state of the FC power generation system.
  • the storage device 7 includes one or more storage media such as a flash memory or a magnetic disk.
  • the storage device 7 stores various data generated by the main ECU 3 and the FC system ECU 5.
  • the storage device 7 also stores a computer program that causes the main ECU 3 and the FC system ECU 5 to execute desired operations.
  • a computer program may be provided to work vehicle 100 via a storage medium (eg, semiconductor memory or optical disk, etc.) or a telecommunications line (eg, the Internet).
  • a storage medium eg, semiconductor memory or optical disk, etc.
  • a telecommunications line eg, the Internet
  • the cells of the battery pack 80 are controlled by a battery management unit (BMU).
  • BMU battery management unit
  • the BMU includes a circuit that monitors the voltage of each battery cell, monitors overcharging and overdischarging, and performs cell balance control, and a CPU (Central Processing Unit). These circuits and the CPU may be mounted on the battery controller board.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing a configuration example of the work vehicle 200 in this embodiment.
  • FIG. 6 is a side view schematically showing a configuration example of the work vehicle 200 in this embodiment.
  • the work vehicle 200 in this embodiment includes an FC module 10, a fuel tank 50, a motor 70, a driver's seat 107, an operation terminal 400, a control device 60, a traveling device including wheels 104, and a vehicle body 102.
  • the control device 60 includes a main ECU 3 and an FC system ECU 5, as shown in FIG.
  • Control device 60 controls the operation of work vehicle 200 by issuing commands to ECU 73 in inverter device 72 and other ECUs such as ECU 42 in FC module 10 .
  • Each ECU includes a storage device (ROM), and may further include a processing circuit (or processor) such as an FPGA (Field Programmable Gate Array) and/or a GPU (Graphics Processing Unit).
  • ROM storage device
  • processor processor
  • Each ECU either alone or in cooperation with other ECUs while communicating, sequentially executes a computer program stored in a storage device that describes a group of instructions for executing at least one process, and executes the desired process. Execute the action.
  • the operation terminal 400 is a terminal for a user to perform operations related to the traveling of the work vehicle 200 and the operation of the implement 300, and is also referred to as a virtual terminal (VT).
  • Operating terminal 400 may include a touch screen type display and/or one or more buttons.
  • the display device may be a display such as a liquid crystal or an organic light emitting diode (OLED), for example.
  • OLED organic light emitting diode
  • the user can, for example, input information regarding the type of implement 300 and/or the type of work, change control amounts for the work vehicle 200 such as vehicle speed or engine rotational speed, and change the control amount of the work vehicle 200.
  • Various operations can be performed, such as powering on and off the device and switching the implement on and off.
  • Operating terminal 400 may be configured to be detachable from work vehicle 200. A user located away from work vehicle 200 may operate detached operation terminal 400 to control the operation of work vehicle 200.
  • the work vehicle 200 may further include at least one sensing device that senses the environment around the work vehicle 200, and a processor that processes sensor data output from the at least one sensing device.
  • the sensing device may include, for example, multiple cameras, LiDAR sensors, and multiple obstacle sensors. Sensor data output from the sensing device can be used, for example, for obstacle detection and positioning.
  • Various ECUs mounted on the work vehicle 200 may be configured to work together to perform calculations and controls for realizing automatic driving based on sensor data output from the sensing device.
  • the fuel tank 50 is supported by a fixed frame 120.
  • the fixed frame 120 is fixed to the vehicle body 102 across the driver's seat 107.
  • the fuel tank 50 is located above the driver's seat 107.
  • the installation location of the fuel tank 50 is not limited to the illustrated example, and may be inside the front housing 110, for example.
  • the fixed frame 120 is a long axis-shaped structure such as a pipe that is fixed to the vehicle body 102.
  • Fixed frame 120 includes two frames located on the left and right sides of work vehicle 200 (see FIG. 5).
  • the front part of the fixed frame 120 has a curved shape. Note that the illustrated shape of the fixed frame 120 is only an example, and the shape of the fixed frame 120 is not limited to this example.
  • the vehicle body 102 includes a front frame 102A that rotatably supports a front wheel 104F, and a transmission case 102B that rotatably supports a rear wheel 104R.
  • One end (front end) of the fixed frame 120 is fixed to the front frame 102A.
  • the other end (rear end) of the fixed frame 120 is fixed to the transmission case 102B.
  • fixations may be made by any suitable method, such as welding or bolting, depending on the material of the fixation frame 120.
  • the fixed frame 120 may be formed from, for example, metal, synthetic resin, carbon fiber, or a composite material such as carbon fiber reinforced plastic or glass fiber reinforced plastic.
  • the transmission case 102B includes a rear axle case, and the rear end of the fixed frame 120 may be fixed to the rear axle case. Note that when the fixed frame 120 is made of metal, part or all of its surface may be covered with synthetic resin.
  • the work vehicle 200 includes a cabin 105 surrounding a driver's seat 107 between the vehicle body 102 and the fixed frame 120.
  • the driver's seat 107 is located at the rear of the cabin 105 .
  • a steering handle (steering wheel) 106 is provided in front of the driver's seat 107, for example, for changing the direction of the front wheels 104F.
  • Cabin 105 has a cabin frame that constitutes a skeleton.
  • a roof 109 is provided on the top of the cabin frame.
  • the cabin frame of this embodiment is a four-poster type.
  • Cabin 105 is supported by transmission case 102B of vehicle body 102, for example via a vibration-proof mount.
  • the user interface 1 described with reference to FIG. 4 is provided inside the cabin 105. Since the cabin 105 does not directly support the fuel tank 50, there is no need to particularly increase its strength, and a cabin that has been used in conventional tractors can be used.
  • the work vehicle 200 includes a mounting table 51A that connects the left frame 120 and the right frame 120.
  • the fuel tank 50 may be placed on the mounting table 51A. If there is a plurality of fuel tanks 50, the plurality of fuel tanks 50 may be included in the fuel tank module 55. As shown in FIG. 6, the fuel tank module 55 includes a tank case 51 that accommodates a plurality of fuel tanks 50.
  • the left and right fixed frames 120 may be connected to each other by a member other than the mounting table 51A.
  • a coupling device 108 is provided at the rear end of the transmission case 102B, which is the rear portion of the vehicle body 102.
  • the coupling device 108 includes, for example, a three-point support device (also referred to as a "three-point link” or “three-point hitch”), a PTO shaft, a universal joint, and a communication cable.
  • the implement 300 can be attached to and detached from the work vehicle 200 by the coupling device 108.
  • the coupling device 108 can change the position or posture of the implement 300 by raising and lowering the three-point link using, for example, a hydraulic device. Further, power can be sent from the work vehicle 200 to the implement 300 via the universal joint.
  • the work vehicle 200 can cause the implement 300 to perform a predetermined work (agricultural work) while pulling the implement 300.
  • the coupling device 108 may be provided at the front of the vehicle body 102. In that case, the implement 300 can be connected to the front of the work vehicle 200.
  • the implement 300 includes, for example, a drive device, a control device, and a communication device.
  • the drive device performs operations necessary for the implement 300 to perform a predetermined task.
  • the drive device includes a device depending on the application of the implement 300, such as a hydraulic device, an electric motor, or a pump.
  • the control device controls the operation of the drive device.
  • the control device causes the drive device to perform various operations in response to signals transmitted from work vehicle 200 via the communication device. Further, a signal depending on the state of the implement 300 can also be transmitted from the communication device to the work vehicle 200.
  • the implement 300 shown in FIG. 6 is a rotary tiller
  • the implement 300 is not limited to a rotary tiller.
  • any implement such as a seeder, spreader, transplanter, mower, rake, baler, harvester, sprayer, or harrow. It can be used by connecting to the work vehicle 200.
  • the work vehicle 200 shown in FIG. 6 is capable of manned operation, it may also be compatible only with unmanned operation. In that case, components necessary only for manned operation, such as the cabin 105, the steering handle 106, and the driver's seat 107, may not be provided in the work vehicle 200.
  • the unmanned work vehicle 200 can run autonomously or by remote control by a user.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of the operation of the control device 60 when stopping the operation of the work vehicle 200.
  • Control device 60 stops the operation of work vehicle 200 by executing the operations from steps S110 to S150 shown in FIG. 7 while work vehicle 200 is in operation.
  • step S110 the control device 60 determines whether a command to stop operation has been issued.
  • the command to stop operation is a command to stop power supply to each electrical component of work vehicle 200 and power generation by the fuel cell.
  • the command to stop operation may be issued, for example, when the user turns off a power switch (for example, an ignition switch) included in the operating device 2.
  • a command to stop the operation is issued, the process advances to step S120.
  • step S120 the control device 60 stops supplying the oxidizing gas (for example, air) to the FC module 10.
  • the FC system ECU 5 of the control device 60 instructs the ECU 42 of the FC module 10 to close the cutoff valve 17 (see FIG. 2) in response to the instruction to stop operation. This blocks the flow of oxidizing gas into the FC stack 11 and stops power generation. Note that although the supply of oxidizing gas to the FC stack 11 is stopped in this embodiment, the system may be configured so that the supply of fuel (hydrogen gas in this embodiment) is stopped instead.
  • the control device 60 also stops the operation of the air compressor 12.
  • step S130 the control device 60 stops power transmission from the motor 70 to the traveling device.
  • main ECU 3 of control device 60 switches a plurality of clutches in power transmission system 74 from a connected state to a disconnected state to stop power transmission from motor 70 to the traveling device including the axle and wheels 104.
  • the main ECU 3 may connect the PTO clutch to maintain power transmission from the motor 70 to the PTO shaft 76, or disconnect the PTO clutch to maintain power transmission from the motor 70 to the PTO shaft 76. It may be stopped.
  • step S140 the control device 60 rotates the motor 70 to discharge residual charges in the circuit group connected to the motor 70.
  • main ECU 3 in control device 60 issues a command to ECU 73 in inverter device 72 to rotate motor 70, thereby consuming the residual charge.
  • the motor 70 rotates, but since power transmission from the motor 70 to the traveling device is stopped, the traveling device remains stopped.
  • the PTO shaft 76 also rotates as the motor 70 rotates. By rotating the PTO shaft 76, it is possible to consume more energy than when the PTO shaft 76 is not rotated. Thereby, the time required for discharging can be shortened.
  • step S150 the control device 60 stops the operation of the motor 70 and other electrical components. As a result, the operation of work vehicle 200 is stopped.
  • the above discharge process consumes the residual charges in the circuit group connected to the motor 70.
  • the circuit group connected to the motor 70 includes, for example, the bridge circuit in the inverter device 72 shown in FIG. 4, the boost circuit 40, the DC-DC converters 81 and 82, and the like.
  • the boost circuit 40 functions as a boost converter that boosts the DC voltage generated by the FC stack 11.
  • the bridge circuit in inverter device 72 functions as an inverter that converts the DC voltage output from the boost converter into AC voltage and supplies it to motor 70 .
  • These circuits may include multiple capacitors. The discharge process allows charges remaining in those capacitors to be discharged. Thereby, it is possible to prevent unnecessary charges from remaining in the circuit when the work vehicle 200 is powered off.
  • the control device 60 may discharge the residual charge not only by rotating the motor 70 but also by operating other electrical components or charging the battery 80. For example, after stopping the supply of fuel or oxidizing gas to the FC module 10, the control device 60 rotates the air cooling fan (cooling fan) in the radiator device 34A that is responsible for cooling the FC stack 11 shown in FIG. Residual charges in the circuitry within module 10 may be discharged. By rotating not only the motor 70 but also the cooling fan for cooling the FC module 10, the residual charge within the FC module 10 can be effectively discharged.
  • the air cooling fan cooling fan
  • control device 60 rotates the cooling fan in the radiator device 34B, which is responsible for cooling electrical components other than the FC stack 11, to remove residual charges remaining in the DC-DC converter 81, etc. Discharge may also be performed. Further, the control device 60 may be configured to more efficiently consume the residual charge by operating a hydraulic system including a hydraulic pump. However, when operating the hydraulic pump, a hydraulic lock mechanism may be used to prevent the lift arm and the like in the coupling device 108 from operating.
  • the work vehicle 200 of this embodiment may include a first switch R1 provided on the current path between the FC module 10 and the motor 70.
  • Work vehicle 200 may further include a second switch R2 provided on the current path between battery 80 and motor 70.
  • the first switch R1 and the second switch R2 may be relays, for example.
  • the on/off control of each of the first switch R1 and the second switch R2 may be performed by the main ECU 3 in the control device 60. By turning off the first switch R1, power supply from the FC module 10 to the motor 70 is cut off. By turning off the second switch R2, power supply from the battery 80 to the motor 70 is cut off.
  • the control device 60 In response to the command to stop operation, the control device 60 turns off the first switch R1, and then discharges the residual charge by rotating the motor 70 or operating other electrical components. Good too. At this time, the control device 60 may operate other electrical components such as cooling fans in the radiator devices 34A and 34B. By turning off the first switch R1, the residual charge can be discharged while the power supply from the FC module 10 to the motor 70 is cut off.
  • the control device 60 also responds to the command to stop operation by turning off the first switch and the second switch, and then rotating the motor 70 or activating other electrical components to eliminate the residual charge. It is also possible to perform a discharge. Thereby, the residual charge can be discharged while the power supply from the FC module 10 and the battery 80 to the motor 70 is cut off.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation of operating the motor and other electrical components to discharge the residual charge with the switches R1 and R2 turned off.
  • the flowchart shown in FIG. 8 is similar to the flowchart shown in FIG. 7 except that step S140 in FIG. 7 is replaced with steps S240 and S250.
  • step S240 after stopping power transmission from the motor 70 to the traveling device in step S130, the process proceeds to step S240, where the control device 60 turns off the first switch R1 and the second switch R2.
  • step S250 the control device 60 operates the motor 70 and other electrical components (for example, cooling fans, hydraulic systems, and/or electric pumps in the radiator devices 34A, 34B, etc.) to discharge the residual charge. Execute. Through such an operation, the peripheral circuits of the motor 70 and the circuits within the FC module 10 can be efficiently discharged.
  • the control device 60 may change the discharge process depending on whether the implement 300 is connected to the PTO shaft 76 or not. For example, when the implement 300 is connected to the PTO shaft 76, the control device 60 rotates the motor 70 while stopping power transmission from the motor 70 to the PTO shaft 76, and controls the implement 300 to connect to the PTO shaft 76. When the shaft member 300 is not connected, the motor 70 may be rotated while power transmission from the motor 70 to the PTO shaft 76 is maintained. Such control allows the discharge method to be appropriately switched depending on the presence or absence of the implement 300.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of the operation of changing the discharge process depending on whether the implement 300 is connected to the PTO shaft 76.
  • the flowchart shown in FIG. 9 is the same as the example shown in step S8, except that steps S241, S242, and S243 are added between steps S240 and S250 in FIG.
  • the control device 60 determines whether an implement is connected to the PTO shaft 76. Whether or not the implement 300 is connected to the PTO shaft 76 can be determined based on, for example, a signal transmitted from the implement 300 to the work vehicle 200. If the implement is connected, the process advances to step S242. If no implement is connected, the process advances to step S243.
  • step S242 the control device 60 disengages the PTO clutch. As a result, power transmission from the motor 70 to the PTO shaft 76 is stopped.
  • step S243 the control device 60 connects the PTO clutch. Thereby, power transmission from the motor 70 to the PTO shaft 76 is maintained.
  • step S250 the control device 60 operates the motor 70 and other electrical components to discharge the residual charge. Thereafter, in step S150, the operation of the motor 70 and other electrical components is stopped. As a result, the operation of work vehicle 200 is stopped.
  • the PTO shaft 76 may rotate unnecessarily, causing the implement 300 to operate. can be avoided.
  • the implement 300 when the implement 300 is connected to the work vehicle 200, by rotating the PTO shaft, the energy consumed increases and discharge can be performed more efficiently. In this way, it becomes possible to selectively execute an appropriate discharge method depending on the presence or absence of the implement 300.
  • the discharge process is performed when a command to turn off the power of the work vehicle 100 is issued. Similar discharge processing may be performed not only at the timing of turning off the power, but also when a command to idle the FC module 10 (temporary stop of the FC module 10) is issued, for example. By performing the discharge process during idle stop, deterioration of the fuel cell can be suppressed.
  • the present disclosure includes a work vehicle, a work vehicle control device, and a work vehicle control method described in the following items.
  • a fuel cell module having a fuel cell stack; at least one fuel tank containing fuel to be supplied to the fuel cell stack; a motor connected to the fuel cell module; a traveling device driven by the motor; a power take-off shaft driven by the motor and to which an implement is connected; a control device; Equipped with The control device stops supplying the fuel or oxidizing gas to the fuel cell stack in response to the command to stop operation, and then controls the control device in a state where power transmission from the motor to the traveling device is stopped. rotating a motor to discharge residual charges in a circuit group connected to the motor; work vehicle.
  • the control device performs the discharge by rotating the motor while stopping power transmission from the motor to the power take-off shaft. Work vehicle described in item 1.
  • the circuit group is a boost converter that boosts the DC voltage generated by the fuel cell stack; an inverter that converts the DC voltage output from the boost converter into AC voltage and supplies it to the motor;
  • the work vehicle according to any one of items 1 to 5, including:
  • a fuel cell module having a fuel cell stack; at least one fuel tank containing fuel to be supplied to the fuel cell stack; a motor connected to the fuel cell module; a traveling device driven by the motor;
  • a control device for a work vehicle comprising: a power take-off shaft driven by a motor and connected to an implement; In response to a command to stop operation, the supply of the fuel or oxidizing gas to the fuel cell module is stopped, and then the motor is rotated while power transmission from the motor to the traveling device is stopped. discharging residual charges in a circuit group connected to the motor; Control device.
  • a fuel cell module having a fuel cell stack; at least one fuel tank containing fuel to be supplied to the fuel cell stack; a motor connected to the fuel cell module; a traveling device driven by the motor;
  • a method for controlling a work vehicle comprising: a power take-off shaft driven by a motor and connected to an implement; Stopping the supply of the fuel or oxidizing gas to the fuel cell module in response to a command to stop operation; After stopping the supply of fuel, rotating the motor while stopping power transmission from the motor to the traveling device to discharge residual electric charge in a circuit group connected to the motor; control methods including.
  • the technology of the present disclosure can be applied to work vehicles such as agricultural tractors, harvesters, rice transplanters, riding management machines, and vegetable transplanters, for example.

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Abstract

作業車両は、燃料電池スタックを有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池スタックに供給する燃料を収容する少なくとも１つの燃料タンクと、前記燃料電池モジュールに接続されるモータと、前記モータによって駆動される走行装置と、前記モータによって駆動され、インプルメントが接続されるパワーテイクオフ軸と、制御装置とを備える。前記制御装置は、動作停止の指令に応答して、前記燃料電池モジュールへの前記燃料または酸化ガスの供給を停止させ、その後、前記モータから前記走行装置への動力伝達を停止させた状態で前記モータを回転させて前記モータに接続された回路群における残留電荷のディスチャージを行う。

Description

作業車両、作業車両の制御装置および制御方法
　本開示は、作業車両、作業車両の制御装置および制御方法に関する。
　「人」または「物」を移動させることが主目的の自動車の分野では、走行のための駆動力（トラクション）を、内燃機関に代えて電動モータ（以下、「モータ」と称する。）によって発生させる電気自動車（ＥＶ）が普及しつつある。
　一方、脱炭素化社会を実現するため、圃場で使用されるトラクタなどの作業車両が排出する二酸化炭素（ＣＯ２）の量を低減することも求められている。一般的な自動車とは異なり、トラクタなどの作業車両では、インプルメントと呼ばれる作業機を牽引して耕耘などの農作業をさせる必要がある。このため、作業車両の電動化を実現するには、乗用車の電動化とは異なる解決すべき課題がある。
　特許文献１は、従来のエンジン駆動式のトラクタの構造を大幅に変更しないで燃料電池（Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ：　ＦＣ）発電システムとモータとを備えるトラクタを開示している。
　特許文献２は、燃料電池システムを有する車両を開示している。当該車両は、イグニッションがＯＦＦにされて車両システム全体がＯＦＦになる場合に、車両に設けられた高電圧システムに残存する電荷を消費させるディスチャージ処理を行う。高電圧システムに残存する電荷は、蓄電池を除いた回路上に残存する電荷であり、例えば、回路に含まれるコンデンサに残存する電荷である。このディスチャージ処理では、燃料電池の発電によって生成された水を溜める貯水タンク内の水を加熱するヒータによって電荷が消費される。
特開２００２－２２５５７７号公報 特開２０２２－４６３７６号公報
　本開示は、燃料電池モジュールを搭載した作業車両において、動作停止時の残留電荷のディスチャージを効率的に実行するための技術を提供する。
　本開示の一態様による作業車両は、例示的で非限定的な実施形態において、燃料電池スタックを有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池スタックに供給する燃料を収容する少なくとも１つの燃料タンクと、前記燃料電池モジュールに接続されるモータと、前記モータによって駆動される走行装置と、前記モータによって駆動され、インプルメントが接続されるパワーテイクオフ軸と、制御装置と、を備える。前記制御装置は、動作停止の指令に応答して、前記燃料電池モジュールへの前記燃料または酸化ガスの供給を停止させ、その後、前記モータから前記走行装置への動力伝達を停止させた状態で前記モータを回転させて前記モータに接続された回路群における残留電荷のディスチャージを行う。
　本開示の包括的または具体的な態様は、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、もしくはコンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体、またはこれらの任意の組み合わせによって実現され得る。コンピュータが読み取り可能な記憶媒体は、揮発性の記憶媒体を含んでいてもよいし、不揮発性の記憶媒体を含んでいてもよい。装置は、複数の装置で構成されていてもよい。装置が２つ以上の装置で構成される場合、当該２つ以上の装置は、１つの機器内に配置されてもよいし、分離した２つ以上の機器内に分かれて配置されていてもよい。
　本開示の実施形態によれば、動作停止時の残留電荷のディスチャージを効率的に実行することができる。
本開示による作業車両の基本構成例を模式的に示す平面図である。 作業車両に搭載される燃料電池発電システムの基本的な構成例を示す図である。 本開示による作業車両の構成部品間の電気的接続および動力伝達の例を模式的に示すブロック図である。 本開示による作業車両における構成部品間の電気信号の経路（細実線）および冷却液の経路（点線）を模式的に示すブロック図である。 本開示の実施形態における作業車両の構成例を模式的に示す斜視図である。 本開示の実施形態における作業車両の構成例を模式的に示す側面図である。 作業車両のディスチャージ処理の一例を示すフローチャートである。 作業車両のディスチャージ処理の他の例を示すフローチャートである。 作業車両のディスチャージ処理のさらに他の例を示すフローチャートである。
　以下、本開示の実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に関する重複する説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。以下の説明において、同一または類似の機能を有する構成要素については、同じ参照符号を付している。
　下記の実施形態は例示であり、本開示の技術は、以下の実施形態に限定されない。例えば、以下の実施形態について示される数値、形状、材料、ステップ、そのステップの順序、表示画面のレイアウトなどは、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。また、技術的に矛盾が生じない限りにおいて、一の態様と他の態様とを組み合わせることが可能である。
　本開示における「作業車両」は、作業地で作業を行うために使用される車両（ビークル）を意味する。「作業地」は、例えば圃場、山林、または建設現場等の、作業が行われる任意の場所である。「圃場」は、例えば果樹園、畑、水田、穀物農場、または牧草地等の、農作業が行われる任意の場所である。作業車両は、例えばトラクタ、田植機、コンバイン、乗用管理機、もしくは乗用草刈機などの農業機械、または、建設作業車もしくは除雪車などの、農業以外の用途で使用される車両であり得る。本開示における作業車両は、その前部および後部の少なくとも一方に、作業内容に応じたインプルメント（「作業機」または「作業装置」とも呼ばれる。）を装着することができる。作業車両が作業を行いながら走行することを「作業走行」と称することがある。
　なお、「農業機械」は、農業用途で使用される機械を意味する。農業機械の例は、トラクタ、収穫機、田植機、乗用管理機、野菜移植機、草刈機、播種機、施肥機、および農業用移動ロボットを含む。トラクタのような作業車両が単独で「農業機械」として機能する場合だけでなく、作業車両に装着または牽引されるインプルメントと作業車両の全体が一つの「農業機械」として機能する場合がある。農業機械は、圃場内の地面に対して、耕耘、播種、防除、施肥、作物の植え付け、または収穫などの農作業を行う。
　１．＜作業車両の基本構成＞
　本開示における作業車両の基本構成と動作の例を説明する。以下に説明する作業車両は、モータと、モータの駆動に必要な発電を行う燃料電池発電システム（以下、「ＦＣ発電システム」と称する。）を搭載している。
　図１は、本開示における作業車両１００の基本構成の例を模式的に示す平面図である。本開示において、作業車両１００がまっすぐ前に走行するときの進行方向を「前方向」、まっすぐ後ろに走行するときの進行方向を「後方向」と呼ぶことにする。地面に平行な平面内において、「前方向」に対して垂直に右へ延びる方向を「右方向」、垂直に左へ延びる方向を「左方向」と呼ぶ。図１では、「前方向」、「後方向」、「右方向」、および「左方向」を、それぞれ、「前」、「後」、「右」、および「左」の矢印によって示している。前方向および後方向の両方を総称して「前後方向」と呼ぶ場合がある。
　図示されている例における作業車両１００は、例えば、農業機械の一例であるトラクタである。本開示の技術は、トラクタなどの作業車両に限られず、他の種類の作業車両にも適用することができる。作業車両１００は、インプルメントを装着または牽引し、インプルメントの種類に応じた農作業を行いながら圃場内を走行することができる。また、作業車両１００は、インプルメントを持ち上げた状態、または装着しない状態で、圃場内および圃場外（道路を含む）を走行することもできる。
　作業車両１００は、従来のトラクタと同様に、左右の前輪１０４Ｆおよび左右の後輪１０４Ｒを回転可能に支持する車体（車両フレーム）１０２を備えている。車体１０２は、前輪１０４Ｆが設けられるフロントフレーム１０２Ａと、後輪１０４Ｒが設けられる伝動ケース１０２Ｂとを含む。フロントフレーム１０２Ａは、伝動ケース１０２Ｂの前部に固定されている。前輪１０４Ｆおよび後輪１０４Ｒを総称して車輪１０４と称する場合がある。厳密には、車輪１０４は、ホイールであり、タイヤが装着されている。本開示において「車輪」は、原則として、「ホイールおよびタイヤ」の全体を意味する。前輪１０４Ｆおよび後輪１０４Ｒの一方、または両方は、タイヤ付き車輪ではなく無限軌道（ｔｒａｃｋ）を装着した複数の車輪（クローラ）に置き換えられてもよい。本明細書では、左右の前輪１０４Ｆおよび左右の後輪１０４Ｒ、これら４つの車輪を回転させる車軸、および各車軸の制動を行う制動装置（ブレーキ）を総称して「走行装置」と呼ぶ場合がある。
　図１の例における作業車両１００は、フロントフレーム１０２Ａによって直接または間接的に支持される燃料電池モジュール（ＦＣモジュール）１０およびモータ７０を備えている。ＦＣモジュール１０は、燃料電池スタック（ＦＣスタック）を有しており、後述するように、燃料から電力を発生させる車載発電機として機能する。以下、「ＦＣモジュール」または「ＦＣスタック」を、単に「燃料電池」と称する場合がある。
　モータ７０は、ＦＣモジュール１０に電気的に接続される。モータ７０は、ＦＣモジュール１０で発生する電力を機械的運動（動力）に変換して、作業車両１００の走行に必要な駆動力（トラクション）を発生させることができる。モータ７０の例は、交流同期モータである。ＦＣモジュール１０のＦＣスタックは直流電流を生成するため、モータ７０が交流同期モータである場合、ＦＣスタックとモータ７０との間には、インバータ装置を含む電気回路群が設けられ、直流電流が交流電流に変換される。このような電気回路群の一部は、ＦＣモジュール１０の内部にあってもよい。また、電気回路群の他の一部は、モータ７０の駆動回路としてモータ７０に取り付けられていてもよい。
　モータ７０は、回転する出力軸７１を有している。出力軸７１のトルクは、伝動ケース１０２Ｂの内部に設けられたトランスミッション（変速装置）、および後輪差動装置（デファレンシャルギア装置）などの機械部品を介して後輪１０４Ｒに伝達される。言い換えると、動力源であるモータ７０が生み出す動力は、伝動ケース１０２Ｂ内に設けられたトランスミッションを含む動力伝達系（ドライブトレイン）７４によって後輪１０４Ｒに伝えられる。このため、「伝動ケース」を「ミッションケース」と呼んでもよい。なお、四輪駆動モードでは、モータ７０の動力の一部が前輪１０４Ｆにも伝達される。モータ７０の動力は、作業車両１００の走行だけではなく、インプルメントの駆動にも利用され得る。具体的には、伝動ケース１０２Ｂの後端にパワーテイクオフ（ＰＴＯ）軸７６が設けられている。ＰＴＯ軸７６は、モータ７０によって駆動され、インプルメントが接続される。モータ７０の出力軸７１のトルクがＰＴＯ軸７６に伝達される。作業車両１００に装着または牽引されるインプルメントは、ＰＴＯ軸７６から動力を受け取り、種々の作業に応じた動作を実行することができる。モータ７０および動力伝達系７４を総称して電動パワートレインと呼んでもよい。
　このように、本開示による作業車両１００には、ディーゼルエンジンなどの内燃機関が搭載されておらず、ＦＣモジュール１０およびモータ７０が搭載されている。また、モータ７０の出力軸７１は、伝動ケース１０２Ｂ内のトランスミッション等の動力伝達系７４に機械的に結合されている。モータ７０は、内燃機関に比べて相対的に広い回転速度範囲において効率的にトルクを発生することができる。しかし、トランスミッションを含む動力伝達系７４を利用することにより、多段または無段の変速動作を実行して、モータ７０からのトルクおよび回転速度を更に広い範囲で調整することが容易になる。このため、作業車両１００の走行だけではなく、インプルメントを用いた多様な作業を効率的に実行することが可能になる。
　なお、作業車両１００の用途またはサイズに応じて、動力伝達系７４の一部の機能が削除されてもよい。例えば、変速機能を担うトランスミッションの一部または全部が省略されてもよい。モータ７０の個数および搭載位置も、図１に示される例に限定されない。
　作業車両１００は、ＦＣモジュール１０に供給する燃料を収容する少なくとも１つの燃料タンク５０を備えている。図１では、簡単のため、１個の燃料タンク５０が記載されている。ある実施形態では、複数の燃料タンク５０がタンクケースに収容され、燃料タンクモジュールを構成する。燃料タンク５０は、後述するように、車体１０２に固定された部材によって支持される。ＦＣモジュール１０および燃料タンク５０は配管および開閉弁などによって連結され、車載のＦＣ発電システムを形成する。ＦＣ発電システムの構成と動作については後述する。
　後述する実施形態における作業車両１００は、車体１０２によって支持される運転席を備えている。運転席は、車体１０２に支持されるキャビンによって囲まれ得る。後述する実施形態において、ＦＣモジュール１０は運転席の前方に配置され、燃料タンク５０は運転席の上方に配置される。このようなＦＣモジュール１０および燃料タンク５０は、少なくとも１つの「収容体」に収容される。「収容体」は、例えばハウジングとして機能し、ＦＣモジュール１０および燃料タンク５０を太陽光の照射および風雨から保護する役割を果たす。また、このような収容体は、ＦＣモジュール１０または燃料タンク５０から燃料ガスが漏れた場合、燃料ガスの大気中への拡がりを制御して燃料ガスの検知を容易にすることもできる。
　ＦＣモジュール１０は、例えば、「ボンネット」と呼ばれるフロントハウジングに収容され得る。フロントハウジングは、「収容体」の一部である。フロントハウジングは、車体１０２の前部（フロントフレーム１０２Ａ）によって支持される。燃料タンク５０は、前述したようにタンクケースに収容され得る。タンクケースは、車体１０２によって直接または間接的に支持される。
　２．＜ＦＣ発電システム＞
　次に、図２を参照して、作業車両１００に搭載されるＦＣ発電システム１８０の基本的な構成例を説明する。
　図２に示されるＦＣ発電システム１８０は、図１の作業車両１００における車載発電システムとして機能する。ＦＣ発電システム１８０の発電によって生じた電力は、作業車両１００の走行だけではなく、作業車両１００が牽引または装着するインプルメントの動作にも用いられる。
　図示される例におけるＦＣ発電システム１８０は、ＦＣモジュール１０と、ＦＣモジュール１０に供給する燃料を収容する少なくとも１つの燃料タンク５０とを含む。また、ＦＣ発電システム１８０は、ＦＣモジュール１０を冷却するためのラジエータ装置３４を備えている。
　ＦＣモジュール１０は、主な構成部品として、燃料電池スタック（ＦＣスタック）１１と、空気（エア）コンプレッサ１２と、燃料循環ポンプ２４と、冷却液ポンプ３１と、昇圧回路４０と、制御装置４２とを備えている。これらの構成部品は、ＦＣモジュール１０の筐体内に収容され、電気的または流体的連通によって互いに接続されている。
　ＦＣスタック１１は、燃料である「アノードガス」と、酸化ガスである「カソードガス」との電気化学反応によって発電を行う。この例におけるＦＣスタック１１は、固体高分子形燃料電池である。ＦＣスタック１１は、複数の単セル（燃料電池セル）が積層されたスタック構造を有している。単セルは、例えばイオン交換膜から形成された電解質膜と、電解質膜の一方の面に形成されたアノード極と、電解質膜の他方の面に形成されたカソード極と、アノード極およびカソード極を両側から挟む一対のセパレータとを備えている。単セルで生じる電圧は、例えば１ボルト以下である。このため、ＦＣスタック１１では、数百ボルトの電圧を生成するように例えば３００個以上の単セルが直列に接続されている。
　ＦＣスタック１１のアノード極には、アノードガスが供給される。アノードガスは、「燃料ガス」、または、単に「燃料」と呼ばれる。本開示の実施形態において、アノードガス（燃料）は、水素ガスである。カソード極にはカソードガスが供給される。カソードガスは、空気などの酸化ガスである。アノード極は燃料極と呼ばれ、カソード極は空気極と呼ばれる。
　アノード極では、下記の式（１）に示される電気化学反応が生じる。
　２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ－　・・・式（１）
　カソード極では、下記の式（２）に示される電気化学反応が生じる。
　４Ｈ＋＋４ｅ－＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ　・・・式（２）
　全体として、下記の式（３）の反応が生じる。
　２Ｈ２＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ　・・・式（３）
　上記の反応に用いられた後のアノードガスは「アノードオフガス」と称され、反応に用いられた後のカソードガスは「カソードオフガス」と称される。
　空気コンプレッサ１２は、外部から取り入れた空気をカソードガスとしてＦＣスタック１１のカソード極に供給する。空気コンプレッサ１２を含むカソードガス供給系は、カソードガス供給管１３、カソードオフガス管１４、およびバイパス管１５を有している。カソードガス供給管１３は、空気コンプレッサ１２から供給されるカソードガス（空気）をＦＣスタック１１のカソード極に流す。カソードオフガス管１４は、ＦＣスタック１１から排出されるカソードオフガスを外気へ流す。バイパス管１５は、空気コンプレッサ１２の下流におけるカソードガス供給管１３から分岐し、ＦＣスタック１１を迂回してカソードオフガス管１４に接続される。バイパス管１５には、バイパス管１５に流れるカソードガスの流量を調整する制御弁１６が設けられている。カソードガス供給管１３には、ＦＣスタック１１へのカソードガスの流入を選択的に遮断する遮断弁１７が設けられている。カソードオフガス管１４には、カソードガスの背圧を調整する調圧弁１８が設けられている。
　ＦＣモジュール１０のカソードガス供給系には、空気コンプレッサ１２の回転数を検出する回転数検出センサＳ１と、カソードガス供給管１３に流れるカソードガスの流量を検出するガス流量検出センサＳ２とが設けられている。制御弁１６、遮断弁１７、および調圧弁１８は、例えば電磁弁である。
　燃料循環ポンプ２４は、燃料タンク５０から送られてきた燃料ガス（アノードガス）をＦＣスタック１１のアノード極に供給する。燃料循環ポンプ２４を含むアノードガス供給系は、アノードガス供給管２１、アノードオフガス管２２、および循環流路２３を有する。アノードガス供給管２１は、燃料タンク５０から供給されるアノードガスをＦＣスタック１１のアノード極に流す。本開示の実施形態における燃料タンク５０は、高圧水素ガスを貯蔵する水素タンクである。
　アノードオフガス管２２は、ＦＣスタック１１から排出されるアノードオフガスを流す。アノードオフガスは、アノードオフガス管２２を通じて気液分離装置２５に導かれて水分が除去される。水分が除去されたアノードオフガスは、燃料循環ポンプ２４によって循環流路２３を通じてアノードガス供給管２１に戻される。循環流路２３を循環するアノードオフガスは、排気弁２６の開弁により、アノードオフガス管２２を通じて排出され得る。気液分離装置２５に貯留する水分は、排気弁２６の開弁により、アノードオフガス管２２を通じて排出され得る。排気弁２６は、例えば電磁弁である。図の例において、アノードオフガス管２２は、カソードオフガス管１４に接続されている。このような構成を採用することにより、電気化学反応に寄与しなかった未反応のアノードガスを含むアノードオフガスを循環させ、再びＦＣスタック１１に供給することにより、アノードガスの利用効率を向上させることが可能である。
　ＦＣスタック１１の能力を高めるには、その温度制御が重要である。水素ガスと酸素ガスとから水を生成する反応を通じて電気を生み出すとき、熱も発生するため、冷却が必要になる。図２には、ＦＣスタック１１のための冷却液ポンプ３１を含む冷却液循環系が記載されているが、後述するように、他の電装品のための冷却循環系も設けられ得る。なお、ＦＣモジュール１０が備える空気コンプレッサ１２、燃料循環ポンプ２４、および冷却液ポンプ３１は、それぞれが内蔵するモータによって動作する。これらのモータも電装品である。
　図２の冷却液ポンプ３１を含む冷却液循環系は、冷却液供給管３２と、冷却液排出管３３と、ラジエータ装置３４と、温度センサＳ３とを有する。この冷却液循環系は、ＦＣスタック１１を介して冷却液を循環させることによって、ＦＣスタック１１の温度を所定の範囲内に調整することができる。冷却液は、冷却液供給管３２を通じてＦＣスタック１１に供給される。供給された冷却液は、単セル間に形成された冷却液流路を流れ、冷却液排出管３３へと排出される。冷却液排出管３３へ排出された冷却液は、ラジエータ装置３４へと流れる。ラジエータ装置３４は流入した冷却液と外気とを熱交換させることにより冷却液の放熱を行い、温度が低下した冷却液を冷却液供給管３２へと再び供給する。
　冷却液ポンプ３１は、ＦＣスタック１１に冷却液を送り出すように、冷却液供給管３２または冷却液排出管３３に設けられる。冷却液排出管３３と冷却液供給管３２との間には、冷却液のバイパス流路が設けられ得る。その場合、冷却液排出管３３から冷却液バイパス流路が分岐する分岐点には分流弁が設けられる。分流弁は、バイパス流路に流れる冷却液の流量を調整することができる。温度センサＳ３は、冷却液排出管３３を流れる冷却液の温度を検出する。
　ＦＣスタック１１を冷却するために用いられる冷却液は、冷却液用の電動ポンプ（冷却液ポンプ）３１によって流路を循環する。ＦＣスタック１１の下流には冷却液制御バルブが設けられ得る。冷却液制御バルブは、ラジエータ装置３４に流れる冷却液とラジエータ装置３４をバイパスする冷却液の比率を調整し、冷却液の温度をより高い正確度で制御することを可能にする。更に、冷却液ポンプによる送水量を制御することにより、ＦＣスタック１１の入口および出口の冷却液温度差を所望の範囲内に収まるように制御することも可能である。ＦＣスタック１１における冷却液の温度は、ＦＣスタック１１の発電効率が高い温度、例えば７０℃程度になるよう制御され得る。
　ＦＣスタック１１を流れる冷却液は、通常の電装品を冷却するために用いられる冷却液に比べて、より高い絶縁性を有することが好ましい。ＦＣスタック１１には、例えば３００ボルトを超える高い電圧が生じるため、冷却液の電気抵抗を高めることにより、冷却液またはラジエータ装置３４などを介して電流リークが生じることを抑制できる。冷却液の使用が進むにつれて冷却液の電気抵抗が低下する場合がある。ＦＣスタック１１を流れる冷却液にイオンが溶け込むためである。このようなイオンを冷却液から除去して絶縁性を高めるため、冷却液の流路にはイオン交換器が配置されていることが望ましい。
　昇圧回路４０は、ＦＣスタック１１から発電動作によって出力される電圧を所望のレベルに上昇させることができる。昇圧回路４０の後段は、モータ駆動のためのインバータ装置を含む強電系の電気回路に接続される。なお、昇圧回路４０の後段は、降圧回路を介して弱電系の電気回路にも並列的に接続され得る。
　制御装置４２は、ＦＣモジュール１０による発電を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。制御装置４２は、各種センサ類から出力される信号に基づいてＦＣ発電システム１８０の運転状態を検出または推定する。制御装置４２は、ＦＣ発電システム１８０の運転状態、および、上位のコンピュータまたは他のＥＣＵから出力される指令に基づいて、空気コンプレッサ１２、燃料循環ポンプ２４、冷却液ポンプ３１、および各種弁の動作を制御して、ＦＣスタック１１による発電を制御する。制御装置４２は、例えば、プロセッサ、記憶装置、および入出力インタフェースを備える。
　以下の説明においては、簡単のため、「アノードガス」を「燃料ガス」または「燃料」と称し、「アノードガス供給管」を「配管」と称する。
　３．＜作業車両のシステム構成例＞
　次に図３および図４を参照しながら、作業車両１００のシステム構成の例を説明する。図３は、本開示による作業車両１００の構成部品間の電気的接続および動力伝達の例を模式的に示すブロック図である。図４は、図３の構成例よりも詳細な構成を示すブロック図である。図４には、作業車両１００における構成部品間の電気信号の経路（細実線）および冷却液の経路（点線）が模式的に示されている。
　まず、図３を参照して、構成部品の電気的接続および動力伝達の例を説明する。電気的接続は、強電系および弱電系の両方を含む。強電系の電気的接続は、例えばインバータ装置の電源電圧を提供する。弱電系の電気的接続は、例えば、比較的低い電圧で動作する電子部品の電源電圧を提供する。
　図３に示される例において、作業車両１００は、ＦＣモジュール１０、インバータ装置７２、モータ７０、動力伝達系７４、およびＰＴＯ軸７６を備えている。ＦＣモジュール１０のＦＣスタック１１で発生した電力の直流電圧は、昇圧回路４０によって昇圧された後、インバータ装置７２に供給される。インバータ装置７２は、直流電圧を例えば三相交流電圧に変換してモータ７０に与える。インバータ装置７２は、複数のパワートランジスタを含むブリッジ回路を有している。モータ７０は、回転するロータと、インバータ装置７２に電気的に接続される複数のコイルを有するステータとを有する。ロータは、例えばリダクションギア（減速機）を介して、あるいは直接に出力軸７１に結合している。モータ７０は、インバータ装置７２からの三相交流電圧の波形に応じて制御されたトルクおよび回転速度で出力軸７１を回転させる。
　図４に示すインバータ装置７２は、モータ７０を制御するＥＣＵ７３を備える。ＥＣＵ７３は、インバータ装置７２のブリッジ回路に含まれる複数のパワートランジスタのそれぞれのスイッチング動作（ターンオンまたはターンオフ）を制御する。ＥＣＵ７３は、プリドライバ（「ゲートドライバ」と呼ばれる場合がある。）を介してブリッジ回路における複数のパワートランジスタに接続され得る。ＥＣＵ７３は、制御装置６０等の上位コンピュータによる制御の下で動作するように構成され得る。
　モータ７０の出力軸７１のトルクは、動力伝達系７４に伝えられる。動力伝達系７４は、モータ７０を動力源として動作し、図１の車輪１０４Ｒ、１０４Ｆ、および／または、ＰＴＯ軸７６を駆動することができる。このような動力伝達系７４は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関を備える従来のトラクタにおける動力伝達系と同様の構造または類似の構造を有し得る。例えば農業トラクタなどに用いられている動力伝達系を採用することにより、ＦＣ発電システムを搭載した農業用途の作業車両１００を製造するための設計コストおよび製造コストを抑えることが可能になる。動力伝達系７４は、モータ７０からの動力をクラッチ、トランスミッション、および後輪差動装置等を介して左右の後輪１０４Ｒに伝達する走行系動力伝達機構と、モータ７０からの動力をＰＴＯ軸７６に伝達するＰＴＯ系動力伝達機構とを含む。動力伝達系７４は、モータ７０からの動力をＰＴＯ軸７６へ伝達する状態（接続状態）と、伝達しない状態（切断状態）とを切り換えるＰＴＯクラッチを含んでいる。ＰＴＯクラッチは、運転者が操作装置を操作することによって手動で切り替えたり、自動制御で切り替えたりすることが可能である。図１の伝動ケース１０２Ｂは、ＰＴＯクラッチなどのクラッチおよびトランスミッション等を収納した前部ケース（ミッションケース）と、後輪差動装置等を収容した後部ケース（デファレンシャルギアケース）とに分割されていてもよい。後部ケースは、後車軸ケースとも呼ばれる。
　作業車両１００は、ＦＣモジュール１０による発電で生まれた電気エネルギを一時的に蓄える二次電池（バッテリパック）８０を備えている。バッテリパック８０の例は、リチウムイオン電池のパックを含む。バッテリパック８０は、ＦＣモジュール１０に電気的に接続され、かつ、インバータ装置７２を介してモータ７０に電気的に接続される。バッテリパック８０は、ＦＣモジュール１０と協働して、あるいは単独で、インバータ装置７２に必要なタイミングで電力を供給することができる。バッテリパック８０としては、乗用電気自動車で利用されている種々のバッテリパックを採用することが可能である。以下、バッテリパック８０を単に「バッテリ８０」と呼ぶ場合がある。
　作業車両１００は、モータ７０およびインバータ装置７２以外にも、電気によって動作する各種の電装品（車載電子部品）を備えている。電装品の例は、開閉弁２０などの電磁バルブ、ラジエータ装置３４の空冷ファン、冷房用コンプレッサ８５の電動ポンプ、および、ＦＣスタック１１を加熱または冷却する温度制御装置を含む。このような温度制御装置は、電気ヒータ８６を含む。また、これらの電装品の動作に適した電源電圧を得るための第１および第２のＤＣ－ＤＣコンバータ８１、８２、蓄電池８３も、電装品に含まれ得る。更には、図示されていない様々な電子部品（ランプ、油圧系の電動モータなど）も電装品に含まれ得る。これらの電装品は、例えば、従来の農業トラクタに備え付けられていた電装品と同様の電子部品であり得る。
　図３の例において、第１のＤＣ－ＤＣコンバータ８１は、ＦＣモジュール１０の昇圧回路４０から出力される電圧を、第１電圧、例えば１２ボルトに降圧する回路である。蓄電池８３は、例えば鉛蓄電池であり、第１のＤＣ－ＤＣコンバータ８１から出力される電圧で電気エネルギを蓄えることができる。蓄電池８３は、例えばランプなどの各種電装品の電源として利用され得る。
　図３に示す作業車両１００は、ＦＣモジュール１０が出力する高い電圧を降圧する電圧変換回路として、第１のＤＣ－ＤＣコンバータ８１だけではなく、第２のＤＣ－ＤＣコンバータ８２を備えている。第２のＤＣ－ＤＣコンバータ８２は、ＦＣモジュール１０の昇圧回路４０から出力される電圧（例えば数百ボルト）を、第１電圧よりも高い第２電圧、例えば２４ボルトに降圧する回路である。ラジエータ装置３４の空冷ファンは、例えば、第２のＤＣ－ＤＣコンバータ８２から出力される電圧で動作することができる。なお、ラジエータ装置３４は、図３において、単一の部品として記載されているが、一台の作業車両１００が複数のラジエータ装置３４を備えていてもよい。また、冷房用コンプレッサ８５の電動ポンプ、および電気ヒータ８６も、第２のＤＣ－ＤＣコンバータ８２から出力される電圧で動作することができる。
　図３に示す作業車両１００は、ＦＣ発電システムに含まれるＦＣスタック１１を冷却または加熱する温度制御装置を備えている。このような温度制御装置の動作には比較的大きな電力が必要である。第２のＤＣ－ＤＣコンバータ８２が出力する相対的に高い２４ボルトの電圧は、このような温度制御装置に与えられる。本実施形態における温度制御装置は、ＦＣスタック１１を冷却する冷媒の放熱を行うラジエータ装置３４を含み、第２のＤＣ－ＤＣコンバータ８２が出力する相対的に高い２４ボルトの電圧第２電圧は、ラジエータ装置３４に与えられる。温度制御装置は、ＦＣスタック１１を加熱するヒータ８６を含む。第２のＤＣ－ＤＣコンバータ８２が出力する相対的に高い電圧は、ヒータにも与えられてもよい。第２のＤＣ－ＤＣコンバータ８２が出力する相対的に高い電圧は、例えば冷房用コンプレッサ８５のような空調装置にも与えられてもよい。
　なお、作業車両１００は、ＦＣモジュール１０が出力する高い電圧を、第２電圧よりも高い第３電圧に変換する第３の電圧変換回路を備えていてもよい。第３電圧は例えば４８ボルトである。作業車両１００がモータ７０とは別に他のモータを備える場合、例えば第３電圧をそのような他のモータの電源として利用してもよい。
　燃料電池発電システムを搭載する農業用作業車両では、農作業に必要な電装品以外に、燃料電池発電の動作に必要な電装品を備えるため、それぞれの電装品に適した電圧の大きさが異なり得る。本開示の実施形態によれば、適切な大きさの電圧を供給することが可能になる。
　図３の例において、複数の燃料タンク５０が１個のタンクケース５１内に収容されている。燃料タンク５０は、外部から燃料が充填される充填口（燃料充填口）５２に接続されている。この接続は、燃料ガスを流すための配管２１によって行われる。また、燃料タンク５０は、開閉弁２０が設けられた配管２１を介してＦＣモジュール１０に接続される。燃料ガスとして水素が用いられる場合、これらの配管２１は、水素脆化に対する耐性が高い材料、例えばＳＵＳ３１６Ｌなどのオーステナイト系ステンレス鋼から形成され得る。
　タンクケース５１には、バルブスペース５３が設けられており、このバルブスペース５３の中に、減圧バルブを含む種々のバルブが配置される。バルブスペース５３に設けられた各種のバルブを介して、配管２１は燃料タンク５０とＦＣモジュール１０とを接続する。タンクケース５１とＦＣモジュール１０とを接続する配管２１には、減圧バルブによって圧力が低下した燃料ガスが流れる。燃料ガスが水素ガスである場合、燃料タンク５０には、例えば３５メガパスカル以上の高圧水素ガスが充填され得るが、減圧バルブを通過した後の水素ガスは、例えば２気圧程度またはそれ以下に減圧され得る。
　次に図４を参照する。図４には、図３の記載に加えて、作業車両１００内で通信を行う複数のＥＣＵと、ユーザインタフェース１とが記載されている。通信は、電気信号の経路（細実線）として機能するＣＡＮバス配線などを介して実行され得る。図４には、また、構成部品のサーマルマネージメントを実現するための冷却システムも記載されている。具体的には、冷却液の経路（点線）が模式的に示されている。
　なお、前述したように、第１および第２のＤＣ－ＤＣコンバータ８１、８２は、それぞれ、異なる大きさの電圧を出力することができる。これらの第１および第２のＤＣ－ＤＣコンバータ８１、８２にも、それぞれの電圧変換回路を制御するＥＣＵが設けられる。これらのＥＣＵには、他のＥＣＵと同様に、第１のＤＣ－ＤＣコンバータ８１が出力する相対的に低い第１電圧が与えられる。
　図４の例において、作業車両１００は、冷却液ポンプ３１Ａ、３１Ｂによって冷却液が循環する冷却システムを備えている。これらの冷却液ポンプ３１Ａ、３１Ｂは、ＦＣモジュール１０の内部に設けられている。この例における冷却システムは、ＦＣスタック１１の冷却を担う第１のラジエータ装置３４Ａと、他の電装品の冷却を担う第２のラジエータ装置３４Ｂとを含んでいる。冷却システムは、ＦＣスタック１１と第１のラジエータ装置３４Ａとの間を冷却液が流れる流路（第１流路）を有している。また、この冷却システムは、モータ７０を含む電装品と第２のラジエータ装置３４Ｂとの間を冷却液が流れる流路（第２流路）を有している。なお、図４の例では、例えば、キャビンの暖房に利用されるヒータコア８７が設けられており、第１のラジエータ装置３４Ａを流れる冷却液は、このヒータコア８７を流れる。
　ユーザインタフェース１は、アクセルペダル（またはアクセルレバー）などの操作装置２と、メインメータ４と、ＦＣメータ６とを含む。図４に示す作業車両１００は、制御装置６０および記憶装置７をさらに備えている。制御装置６０は、メインＥＣＵ３およびＦＣシステムＥＣＵ５とを含む。
　メインＥＣＵ３は、ＦＣシステムＥＣＵ５、操作装置２、メインメータ４、および記憶装置７に接続される。メインＥＣＵ３は、作業車両１００の全体の動作を制御する。メインメータ４は、作業車両１００の走行状態または動作状態を特定する各種パラメータを表示することができる。ＦＣシステムＥＣＵ５は、ＦＣ発電システムの動作を制御する。ＦＣシステムＥＣＵ５は、ＦＣメータ６に接続される。ＦＣメータ６は、ＦＣ発電システムの動作状態を特定する各種パラメータを表示することができる。
　記憶装置７は、フラッシュメモリまたは磁気ディスクなどの１つ以上の記憶媒体を含む。記憶装置７は、メインＥＣＵ３およびＦＣシステムＥＣＵ５が生成する各種のデータを記憶する。記憶装置７は、メインＥＣＵ３およびＦＣシステムＥＣＵ５に、所望の動作を実行させるコンピュータプログラムも記憶する。そのようなコンピュータプログラムは、記憶媒体（例えば半導体メモリまたは光ディスク等）または電気通信回線（例えばインターネット）を介して作業車両１００に提供され得る。そのようなコンピュータプログラムが、商用ソフトウェアとして販売されてもよい。
　バッテリパック８０のセルは、バッテリマネージメントユニット（ＢＭＵ）によって制御される。ＢＭＵは、バッテリのセルごとの電圧モニタ、過充電・過放電の監視、セルバランス制御を行う回路およびＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）を備えている。これらの回路およびＣＰＵは、バッテリコントローラ基板に搭載され得る。
　４．＜実施形態＞
　（４．１．作業車両の基本構成）
　次に、図５および図６を参照して、本開示による作業車両の実施形態について基本的な構成を説明する。図５は、本実施形態における作業車両２００の構成例を模式的に示す斜視図である。図６は、本実施形態における作業車両２００の構成例を模式的に示す側面図である。
　図６に示すように、本実施形態における作業車両２００は、ＦＣモジュール１０、燃料タンク５０、モータ７０、運転席１０７、操作端末４００、制御装置６０、車輪１０４を含む走行装置、および車体１０２を備えている。作業車両２００は、図１を参照しながら説明した作業車両１００における構成と同様の構成を備えている。制御装置６０は、図４に示すように、メインＥＣＵ３およびＦＣシステムＥＣＵ５を含む。制御装置６０は、インバータ装置７２におけるＥＣＵ７３、およびＦＣモジュール１０におけるＥＣＵ４２などの他のＥＣＵに指令を出すことにより、作業車両２００の動作を制御する。各ＥＣＵは、記憶装置（ＲＯＭ）を含み、さらに、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）および／またはＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の処理回路（またはプロセッサ）を含み得る。各ＥＣＵは、単独で、あるいは他のＥＣＵと通信を行いながら協働して、記憶装置に格納された、少なくとも一つの処理を実行するための命令群を記述したコンピュータプログラムを逐次実行し、所望の動作を実行する。
　操作端末４００は、作業車両２００の走行およびインプルメント３００の動作に関する操作をユーザが実行するための端末であり、バーチャルターミナル（ＶＴ）とも称される。操作端末４００は、タッチスクリーン型の表示装置、および／または１つ以上のボタンを備え得る。表示装置は、例えば液晶または有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などのディスプレイであり得る。ユーザは、操作端末４００のタッチスクリーンを操作することにより、例えばインプルメント３００の種類および／または作業の種類に関する情報の入力、車速またはエンジン回転数などの作業車両２００に対する制御量の変更、作業車両の電源のオン／オフの切り替え、およびインプルメントのオン／オフの切り替えなどの種々の操作を実行することができる。操作端末４００は、作業車両２００から取り外せるように構成されていてもよい。作業車両２００から離れた場所にいるユーザが、取り外された操作端末４００を操作して作業車両２００の動作を制御してもよい。
　作業車両２００は、さらに、作業車両２００の周囲の環境をセンシングする少なくとも１つのセンシング装置と、少なくとも１つのセンシング装置から出力されるセンサデータを処理するプロセッサとを備えていてもよい。センシング装置は、例えば、複数のカメラと、ＬｉＤＡＲセンサと、複数の障害物センサとを含み得る。センシング装置から出力されるセンサデータは、例えば障害物検知および測位に利用され得る。作業車両２００に搭載される各種のＥＣＵが協働して、センシング装置から出力されるセンサデータに基づいて、自動運転を実現するための演算および制御を行うように構成されていてもよい。
　本実施形態では、燃料タンク５０が、固定フレーム１２０によって支持されている。固定フレーム１２０は、運転席１０７を跨いで車体１０２に固定されている。燃料タンク５０は、運転席１０７の上方に位置している。ただし、燃料タンク５０の設置場所は図示される例に限定されず、例えばフロントハウジング１１０の内部であり得る。
　本実施形態において、固定フレーム１２０は、車体１０２に固定されるパイプなどの長軸状の構造物である。固定フレーム１２０は、作業車両２００の左側および右側に位置する２本のフレームを含む（図５を参照）。固定フレーム１２０の前部が湾曲した形状を有している。なお、図示される固定フレーム１２０の形状は一例にすぎず、固定フレーム１２０の形状は、この例に限定されない。
　本実施形態において、車体１０２は、前輪１０４Ｆを回転可能に支持するフロントフレーム１０２Ａと、後輪１０４Ｒを回転可能に支持する伝動ケース１０２Ｂとを有している。固定フレーム１２０の一端（前端）は、フロントフレーム１０２Ａに固定される。固定フレーム１２０の他端（後端）は、伝動ケース１０２Ｂに固定される。これらの固定は、固定フレーム１２０の材料に応じて、溶接またはボルト接合など適切な方法によって行われ得る。固定フレーム１２０は、例えば金属、合成樹脂、炭素繊維、または、炭素繊維強化プラスチックもしくはガラス繊維強化プラスチックなどの複合材料から形成され得る。伝動ケース１０２Ｂは、後車軸ケースを含み、固定フレーム１２０の後端は、後車軸ケースに固定されてもよい。なお、固定フレーム１２０が金属から形成される場合、その表面の一部または全部が合成樹脂によって被覆されていてもよい。
　図６に示されるように、作業車両２００は、車体１０２と固定フレーム１２０との間において、運転席１０７を囲むキャビン１０５を備えている。運転席１０７は、キャビン１０５の室内の後部に位置している。運転席１０７の前方には、例えば、前輪１０４Ｆの向きを変えるためのステアリングハンドル（ステアリングホイール）１０６が設けられている。キャビン１０５は、骨組みを構成するキャビンフレームを有する。キャビンフレームの上部には、ルーフ１０９が設けられている。本実施形態のキャビンフレームは、４柱式である。キャビン１０５は、例えば防振マウントを介して、車体１０２の伝動ケース１０２Ｂに支持されている。図４を参照しながら説明したユーザインタフェース１は、キャビン１０５の内部に設けられる。キャビン１０５は、燃料タンク５０を直接的に支持しないため、特別に強度を高める必要はなく、従来のトラクタに使用されてきたキャビンを採用することができる。
　作業車両２００は、左側フレーム１２０と右側フレーム１２０とを連結する載置台５１Ａを備えている。燃料タンク５０は、載置台５１Ａ上に配置され得る。燃料タンク５０の個数が複数である場合、複数の燃料タンク５０は、燃料タンクモジュール５５内に備えられ得る。図６に示されるように、燃料タンクモジュール５５は、複数の燃料タンク５０を収容するタンクケース５１を備える。左右の固定フレーム１２０は、載置台５１Ａ以外の部材によって互い連結されていてもよい。
　車体１０２の後部である伝動ケース１０２Ｂの後端には、連結装置１０８が設けられている。連結装置１０８は、例えば３点支持装置（「３点リンク」または「３点ヒッチ」とも称する。）、ＰＴＯ軸、ユニバーサルジョイント、および通信ケーブルを含む。連結装置１０８によってインプルメント３００を作業車両２００に着脱することができる。連結装置１０８は、例えば油圧装置によって３点リンクを昇降させ、インプルメント３００の位置または姿勢を変化させることができる。また、ユニバーサルジョイントを介して作業車両２００からインプルメント３００に動力を送ることができる。作業車両２００は、インプルメント３００を引きながら、インプルメント３００に所定の作業（農作業）を実行させることができる。連結装置１０８は、車体１０２の前部に設けられていてもよい。その場合、作業車両２００の前方にインプルメント３００を接続することができる。
　インプルメント３００は、例えば、駆動装置と、制御装置と、通信装置とを備える。駆動装置は、インプルメント３００が所定の作業を実行するために必要な動作を行う。駆動装置は、例えば油圧装置、電気モータ、またはポンプなどの、インプルメント３００の用途に応じた装置を含む。制御装置は、駆動装置の動作を制御する。制御装置は、通信装置を介して作業車両２００から送信された信号に応答して、駆動装置に各種の動作を実行させる。また、インプルメント３００の状態に応じた信号を通信装置から作業車両２００に送信することもできる。
　図６に示すインプルメント３００は、ロータリ耕耘機であるが、インプルメント３００はロータリ耕耘機に限定されない。例えば、シーダ（播種機）、スプレッダ（施肥機）、移植機、モーア（草刈機）、レーキ、ベーラ（集草機）、ハーベスタ（収穫機）、スプレイヤ、またはハローなどの、任意のインプルメントを作業車両２００に接続して使用することができる。
　図６に示す作業車両２００は、有人運転が可能であるが、無人運転のみに対応していてもよい。その場合には、キャビン１０５、ステアリングハンドル１０６、および運転席１０７などの、有人運転にのみ必要な構成要素は、作業車両２００に設けられていなくてもよい。無人の作業車両２００は、自律走行、またはユーザによる遠隔操作によって走行することができる。
　（４．２．動作停止時のディスチャージ処理）
　作業車両２００の制御装置６０は、作業車両２００の動作を停止させる指令が出されたとき、ＦＣモジュール１０の動作を停止させ、システム内の回路群の残留電荷を消費するディスチャージ処理を行う。以下、図７を参照しながら、この処理の例を説明する。
　図７は、作業車両２００の動作を停止させるときの制御装置６０の動作の例を示すフローチャートである。制御装置６０は、作業車両２００の動作中に、図７に示すステップＳ１１０からＳ１５０の動作を実行することによって作業車両２００の動作を停止させる。
　ステップＳ１１０において、制御装置６０は、動作停止の指令が出されたか否かを判定する。動作停止の指令は、作業車両２００の各電装品への電力供給および燃料電池による発電を停止させる指令である。動作停止の指令は、例えばユーザが操作装置２に含まれる電源スイッチ（例えばイグニッションスイッチ）をオフにしたときに発出され得る。動作停止の指令が出されると、ステップＳ１２０に進む。
　ステップＳ１２０において、制御装置６０は、ＦＣモジュール１０への酸化ガス（例えば空気）の供給を停止する。具体的には、制御装置６０のＦＣシステムＥＣＵ５は、動作停止の指令に応答して、ＦＣモジュール１０のＥＣＵ４２に、遮断弁１７（図２参照）を閉じるように指示する。これにより、ＦＣスタック１１への酸化ガスの流入が遮断され、発電が停止される。なお、本実施形態ではＦＣスタック１１への酸化ガスの供給が停止されるが、代わりに燃料（本実施形態では水素ガス）の供給が停止されるようにシステムが構成されていてもよい。ステップＳ１２０において、制御装置６０は、空気コンプレッサ１２の動作も停止させる。
　次に、ステップＳ１３０において、制御装置６０は、モータ７０から走行装置への動力伝達を停止する。具体的には、制御装置６０のメインＥＣＵ３は、動力伝達系７４における複数のクラッチを接続状態から切断状態に切り替えて、モータ７０から車軸および車輪１０４を含む走行装置への動力伝達を停止する。このとき、メインＥＣＵ３は、ＰＴＯクラッチを接続状態にしてモータ７０からＰＴＯ軸７６への動力伝達を維持してもよいし、ＰＴＯクラッチを切断状態にしてモータ７０からＰＴＯ軸７６への動力伝達を停止させてもよい。
　次に、ステップＳ１４０において、制御装置６０は、モータ７０を回転させて、モータ７０に接続された回路群における残留電荷のディスチャージを行う。具体的には、制御装置６０におけるメインＥＣＵ３は、インバータ装置７２におけるＥＣＵ７３に、モータ７０を回転させる指令を出すことによって残留電荷を消費させる。このとき、モータ７０は回転するが、モータ７０から走行装置への動力伝達が停止されているので、走行装置は停止したままである。モータ７０からＰＴＯ軸７６への動力伝達が維持されている場合、モータ７０の回転に伴い、ＰＴＯ軸７６も回転する。ＰＴＯ軸７６が回転することにより、ＰＴＯ軸７６を回転させない場合と比較して、消費するエネルギを大きくすることができる。これにより、ディスチャージに要する時間を短縮できる。一方、モータ７０からＰＴＯ軸７６への動力伝達が停止されている場合は、モータ７０が回転してもＰＴＯ軸７６は回転しない。この場合、消費するエネルギは相対的に小さくなるが、作業車両２００の動作を停止させるときに、ＰＴＯ軸７６に接続されたインプルメント３００が不必要に駆動されることを避けることができる。
　残留電荷のディスチャージが完了すると、ステップＳ１５０に進み、制御装置６０は、モータ７０その他の電装品の動作を停止させる。これにより、作業車両２００の動作が停止する。
　上記のディスチャージ処理によって、モータ７０に接続された回路群の残留電荷が消費される。モータ７０に接続された回路群には、例えば、図４に示すインバータ装置７２におけるブリッジ回路、昇圧回路４０、およびＤＣ－ＤＣコンバータ８１、８２等が含まれる。昇圧回路４０は、ＦＣスタック１１によって生成された直流電圧を昇圧する昇圧コンバータとして機能する。インバータ装置７２におけるブリッジ回路は、昇圧コンバータから出力された直流電圧を交流電圧に変換してモータ７０に供給するインバータとして機能する。これらの回路には、複数のキャパシタ（コンデンサ）が含まれ得る。ディスチャージ処理によって、それらのキャパシタに残留する電荷を放電することができる。これにより、作業車両２００の電源オフの状態で不要な電荷が回路内に残存することを防止することができる。
　ステップＳ１４０のディスチャージ処理において、制御装置６０は、モータ７０を回転させるだけでなく、他の電装品を動作させたり、バッテリ８０を充電したりすることによって残留電荷のディスチャージを行ってもよい。例えば、制御装置６０は、ＦＣモジュール１０への燃料または酸化ガスの供給を停止させた後、図４に示すＦＣスタック１１の冷却を担うラジエータ装置３４Ａにおける空冷ファン（冷却ファン）を回転させてＦＣモジュール１０内の回路の残留電荷のディスチャージを行ってもよい。モータ７０だけでなく、ＦＣモジュール１０を冷却するための冷却ファンを回転させることにより、ＦＣモジュール１０内の残留電荷のディスチャージを効果的に実行することができる。また、制御装置６０は、動作停止の指令に応答して、ＦＣスタック１１以外の電装品の冷却を担うラジエータ装置３４Ｂにおける冷却ファンを回転させて、ＤＣ－ＤＣコンバータ８１等に残存する残留電荷のディスチャージを行ってもよい。さらに、制御装置６０は、油圧ポンプを含む油圧系を作動させることによって残留電荷をさらに効率的に消費するように構成されていてもよい。ただし、油圧ポンプを作動させる場合は、連結装置１０８におけるリフトアーム等が作動しないように、油圧ロック機構が利用され得る。
　図３および図４に示すように、本実施形態の作業車両２００は、ＦＣモジュール１０とモータ７０との間の電流経路上に設けられた第１のスイッチＲ１を備え得る。作業車両２００は、さらに、バッテリ８０とモータ７０との間の電流経路上に設けられた第２のスイッチＲ２を備え得る。第１のスイッチＲ１および第２のスイッチＲ２は、例えばリレーであり得る。第１のスイッチＲ１および第２のスイッチＲ２のそれぞれのオン・オフの制御は、制御装置６０におけるメインＥＣＵ３によって行われ得る。第１のスイッチＲ１をオフにすることで、ＦＣモジュール１０からモータ７０への電力供給が遮断される。第２のスイッチＲ２をオフにすることで、バッテリ８０からモータ７０への電力供給が遮断される。
　制御装置６０は、動作停止の指令に応答して、第１のスイッチＲ１をオフにし、その後、モータ７０を回転させたり、他の電装品を作動させたりすることによって残留電荷のディスチャージを行ってもよい。このとき、制御装置６０は、ラジエータ装置３４Ａ、３４Ｂにおける冷却ファン等の他の電装品を作動させてもよい。第１のスイッチＲ１をオフにすることにより、ＦＣモジュール１０からモータ７０への電力供給を遮断した状態で残留電荷のディスチャージを実行することができる。制御装置６０はまた、動作停止の指令に応答して、第１のスイッチおよび第２のスイッチをオフにし、その後、モータ７０を回転させたり、他の電装品を作動させたりすることによって残留電荷のディスチャージを行ってもよい。これにより、ＦＣモジュール１０およびバッテリ８０からモータ７０への電力供給を遮断した状態で、残留電荷のディスチャージを実行することができる。
　図８は、スイッチＲ１、Ｒ２をオフにした状態で、モータその他の電装品を作動させて残留電荷のディスチャージを実行する動作の一例を示すフローチャートである。図８に示すフローチャートは、図７におけるステップＳ１４０がステップＳ２４０、Ｓ２５０に置き換わっている点を除き、図７に示すフローチャートと同様である。図８の例では、ステップＳ１３０においてモータ７０から走行装置への動力伝達を停止した後、ステップＳ２４０に進み、制御装置６０は、第１のスイッチＲ１および第２のスイッチＲ２をオフにする。次に、ステップＳ２５０において、制御装置６０は、モータ７０およびその他の電装品（例えば、ラジエータ装置３４Ａ、３４Ｂにおける冷却ファン、油圧システム、および／または電動ポンプ等）を作動させて、残留電荷のディスチャージを実行する。このような動作により、モータ７０の周辺回路およびＦＣモジュール１０内の回路のディスチャージを効率的に実行することができる。
　制御装置６０は、ＰＴＯ軸７６にインプルメント３００が接続されている場合と、接続されていない場合とで、ディスチャージ処理を変更してもよい。例えば、制御装置６０は、ＰＴＯ軸７６にインプルメント３００が接続されている場合には、モータ７０からＰＴＯ軸７６への動力伝達を停止させた状態でモータ７０を回転させ、ＰＴＯ軸７６にインプルメント３００が接続されていない場合には、モータ７０からＰＴＯ軸７６への動力伝達を維持した状態でモータ７０を回転させてもよい。そのような制御により、インプルメント３００の有無に応じて適切にディスチャージの方法を切り替えることができる。
　図９は、ＰＴＯ軸７６にインプルメント３００が接続されているか否かに応じてディスチャージ処理を変更する動作の一例を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートは、図８におけるステップＳ２４０とＳ２５０との間にステップＳ２４１、Ｓ２４２、Ｓ２４３が追加されている点を除き、ステップＳ８に示す例と同じである。図９の例では、ステップＳ２４０においてスイッチＲ１、Ｒ２をオフにした後、制御装置６０は、ＰＴＯ軸７６にインプルメントが接続されているか否かを判定する。ＰＴＯ軸７６にインプルメント３００が接続されているか否かは、例えばインプルメント３００から作業車両２００に送信される信号に基づいて判定することができる。インプルメントが接続されている場合、ステップＳ２４２に進む。インプルメントが接続されていない場合、ステップＳ２４３に進む。
　ステップＳ２４２において、制御装置６０は、ＰＴＯクラッチを切断状態にする。これにより、モータ７０からＰＴＯ軸７６への動力伝達が停止される。
　ステップＳ２４３において、制御装置６０は、ＰＴＯクラッチを接続状態にする。これにより、モータ７０からＰＴＯ軸７６への動力伝達が維持される。
　続くステップＳ２５０において、制御装置６０は、モータ７０その他の電装品を作動させて残留電荷のディスチャージを実行する。その後、ステップＳ１５０において、モータ７０およびその他の電装品の動作を停止させる。これにより、作業車両２００の動作が停止する。
　図９に示す制御によれば、インプルメント３００が作業車両２００に接続されている状態において、作業車両２００の動作停止時に、不必要にＰＴＯ軸７６が回転することによってインプルメント３００が作動することを回避することができる。一方、インプルメント３００が作業車両２００に接続されている状態においては、ＰＴＯ軸を回転させることにより、消費するエネルギが増加し、ディスチャージをより効率的に実行することができる。このように、インプルメント３００の有無に応じて適切なディスチャージ方法を選択的に実行することが可能になる。
　上記の各実施形態においては、作業車両１００の電源をオフにする指令が出されたときにディスチャージ処理が行われる。電源をオフにするタイミングに限らず、例えばＦＣモジュール１０のアイドル停止（ＦＣモジュール１０の一時的な停止）の指令が出されたときに同様のディスチャージ処理が行われてもよい。アイドル停止時にディスチャージ処理を行うことにより、燃料電池の劣化を抑制することができる。
　上記の実施形態の構成および動作は例示にすぎず、本開示は上記の実施形態に限定されない。例えば、上記の種々の実施形態を適宜組み合わせて別の実施形態を構成してもよい。
　以上のように、本開示は、以下の項目に記載の作業車両、作業車両の制御装置、および作業車両の制御方法を含む。
　［項目１］
　燃料電池スタックを有する燃料電池モジュールと、
　前記燃料電池スタックに供給する燃料を収容する少なくとも１つの燃料タンクと、
　前記燃料電池モジュールに接続されるモータと、
　前記モータによって駆動される走行装置と、
　前記モータによって駆動され、インプルメントが接続されるパワーテイクオフ軸と、
　制御装置と、
を備え、
　前記制御装置は、動作停止の指令に応答して、前記燃料電池スタックへの前記燃料または酸化ガスの供給を停止させ、その後、前記モータから前記走行装置への動力伝達を停止させた状態で前記モータを回転させて前記モータに接続された回路群における残留電荷のディスチャージを行う、
　作業車両。
　［項目２］
　前記制御装置は、前記モータから前記パワーテイクオフ軸への動力伝達を維持した状態で前記モータを回転させることによって前記ディスチャージを行う、
　項目１に記載の作業車両。
　［項目３］
　前記制御装置は、前記モータから前記パワーテイクオフ軸への動力伝達を停止させた状態で前記モータを回転させることによって前記ディスチャージを行う、
　項目１に記載の作業車両。
　［項目４］
　前記燃料電池モジュールと前記モータとの間の電流経路上に設けられた第１のスイッチをさらに備え、
　前記制御装置は、前記動作停止の指令に応答して、前記第１のスイッチをオフにし、その後、前記モータを回転させることによって前記ディスチャージを行う、
　項目１から３のいずれかに記載の作業車両。
　［項目５］
　前記燃料電池モジュールおよび前記モータに接続されるバッテリと、
　前記バッテリと前記モータとの間の電流経路上に設けられた第２のスイッチと、
をさらに備え、
　前記制御装置は、前記動作停止の指令に応答して、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチをオフにし、その後、前記モータを回転させることによって前記ディスチャージを行う、
　項目４に記載の作業車両。
　［項目６］
　前記回路群は、
　前記燃料電池スタックによって生成された直流電圧を昇圧する昇圧コンバータと、
　前記昇圧コンバータから出力された直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに供給するインバータと、
を含む、項目１から５のいずれかに記載の作業車両。
　［項目７］
　前記燃料電池モジュールを冷却するための冷却ファンをさらに備え、
　前記制御装置は、前記動作停止の指令に応答して前記燃料電池モジュールへの前記燃料または酸化ガスの供給を停止させた後、さらに前記冷却ファンを回転させて前記燃料電池モジュールの残留電荷のディスチャージを行う、
　項目１から６のいずれかに記載の作業車両。
　［項目８］
　前記作業車両は農業機械である、項目１から７のいずれかに記載の作業車両。
　［項目９］
　燃料電池スタックを有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池スタックに供給する燃料を収容する少なくとも１つの燃料タンクと、前記燃料電池モジュールに接続されるモータと、前記モータによって駆動される走行装置と、前記モータによって駆動され、インプルメントが接続されるパワーテイクオフ軸と、を備える作業車両の制御装置であって、
　動作停止の指令に応答して、前記燃料電池モジュールへの前記燃料または酸化ガスの供給を停止させ、その後、前記モータから前記走行装置への動力伝達を停止させた状態で前記モータを回転させて前記モータに接続された回路群における残留電荷のディスチャージを行う、
　制御装置。
　［項目１０］
　燃料電池スタックを有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池スタックに供給する燃料を収容する少なくとも１つの燃料タンクと、前記燃料電池モジュールに接続されるモータと、前記モータによって駆動される走行装置と、前記モータによって駆動され、インプルメントが接続されるパワーテイクオフ軸と、を備える作業車両の制御方法であって、
　動作停止の指令に応答して、前記燃料電池モジュールへの前記燃料または酸化ガスの供給を停止させることと、
　前記燃料の供給を停止させた後、前記モータから前記走行装置への動力伝達を停止させた状態で前記モータを回転させて前記モータに接続された回路群における残留電荷のディスチャージを行うことと、
を含む制御方法。
　本開示の技術は、例えば、農業トラクタ、収穫機、田植機、乗用管理機、野菜移植機などの作業車両に適用することができる。
　１・・・ユーザインタフェース、２・・・操作装置、３・・・メインＥＣＵ、４・・・メインメータ、５・・・ＦＣシステムＥＣＵ、６・・・ＦＣメータ、７・・・記憶装置、１０・・・燃料電池モジュール、１１・・・ＦＣスタック、４０・・・昇圧回路、３４・・・ラジエータ装置、４０・・・昇圧回路、４２・・・制御装置（ＥＣＵ）、５０・・・燃料タンク、５１・・・タンクケース、６０・・・制御装置、７０・・・モータ、７１・・・出力軸、７２・・・インバータ装置、７４・・・動力伝達系、７６・・・パワーテイクオフ（ＰＴＯ）軸、８０・・・バッテリパック、８１・・・第１のＤＣ－ＤＣコンバータ、８２・・・第２のＤＣ－ＤＣコンバータ、８３・・・蓄電池、８５・・・冷房用コンプレッサ、８６・・・ヒータ、１００・・・作業車両、１０２・・・車体、１０２Ａ・・・フロントフレーム、１０２Ｂ・・・伝動ケース、１０４・・・車輪、１０４Ｆ・・・前輪、１０４Ｒ・・・後輪、１０７・・・運転席、１２０・・・固定フレーム

Claims (10)

  1. 　燃料電池スタックを有する燃料電池モジュールと、
    　前記燃料電池スタックに供給する燃料を収容する少なくとも１つの燃料タンクと、
    　前記燃料電池モジュールに接続されるモータと、
    　前記モータによって駆動される走行装置と、
    　前記モータによって駆動され、インプルメントが接続されるパワーテイクオフ軸と、
    　制御装置と、
    を備え、
    　前記制御装置は、動作停止の指令に応答して、前記燃料電池スタックへの前記燃料または酸化ガスの供給を停止させ、その後、前記モータから前記走行装置への動力伝達を停止させた状態で前記モータを回転させて前記モータに接続された回路群における残留電荷のディスチャージを行う、
    　作業車両。
  2. 　前記制御装置は、前記モータから前記パワーテイクオフ軸への動力伝達を維持した状態で前記モータを回転させることによって前記ディスチャージを行う、
    　請求項１に記載の作業車両。
  3. 　前記制御装置は、前記モータから前記パワーテイクオフ軸への動力伝達を停止させた状態で前記モータを回転させることによって前記ディスチャージを行う、
    　請求項１に記載の作業車両。
  4. 　前記燃料電池モジュールと前記モータとの間の電流経路上に設けられた第１のスイッチをさらに備え、
    　前記制御装置は、前記動作停止の指令に応答して、前記第１のスイッチをオフにし、その後、前記モータを回転させることによって前記ディスチャージを行う、
    　請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
  5. 　前記燃料電池モジュールおよび前記モータに接続されるバッテリと、
    　前記バッテリと前記モータとの間の電流経路上に設けられた第２のスイッチと、
    をさらに備え、
    　前記制御装置は、前記動作停止の指令に応答して、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチをオフにし、その後、前記モータを回転させることによって前記ディスチャージを行う、
    　請求項４に記載の作業車両。
  6. 　前記回路群は、
    　前記燃料電池スタックによって生成された直流電圧を昇圧する昇圧コンバータと、
    　前記昇圧コンバータから出力された直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに供給するインバータと、
    を含む、請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
  7. 　前記燃料電池モジュールを冷却するための冷却ファンをさらに備え、
    　前記制御装置は、前記動作停止の指令に応答して前記燃料電池モジュールへの前記燃料または酸化ガスの供給を停止させた後、さらに前記冷却ファンを回転させて前記燃料電池モジュールの残留電荷のディスチャージを行う、
    　請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
  8. 　前記作業車両は農業機械である、請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
  9. 　燃料電池スタックを有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池スタックに供給する燃料を収容する少なくとも１つの燃料タンクと、前記燃料電池モジュールに接続されるモータと、前記モータによって駆動される走行装置と、前記モータによって駆動され、インプルメントが接続されるパワーテイクオフ軸と、を備える作業車両の制御装置であって、
    　動作停止の指令に応答して、前記燃料電池モジュールへの前記燃料または酸化ガスの供給を停止させ、その後、前記モータから前記走行装置への動力伝達を停止させた状態で前記モータを回転させて前記モータに接続された回路群における残留電荷のディスチャージを行う、
    　制御装置。
  10. 　燃料電池スタックを有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池スタックに供給する燃料を収容する少なくとも１つの燃料タンクと、前記燃料電池モジュールに接続されるモータと、前記モータによって駆動される走行装置と、前記モータによって駆動され、インプルメントが接続されるパワーテイクオフ軸と、を備える作業車両の制御方法であって、
    　動作停止の指令に応答して、前記燃料電池モジュールへの前記燃料または酸化ガスの供給を停止させることと、
    　前記燃料の供給を停止させた後、前記モータから前記走行装置への動力伝達を停止させた状態で前記モータを回転させて前記モータに接続された回路群における残留電荷のディスチャージを行うことと、
    を含む制御方法。
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