(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池の起動停止の過度の繰り返しを抑制するとともに、荷役用アタッチメント駆動時における蓄電手段の駆動電圧の低下を抑制することが可能な燃料電池の運転制御装置を提供すること。【解決手段】燃料電池１の運転制御装置は、発電した電力を蓄える蓄電手段２と、発電量を制御する発電量制御手段３と、操作量に応じて荷役用アタッチメントの作動を制御可能な第１操作手段６の操作量を検出する第１操作量検出手段７を備える。発電量制御手段３は、蓄電手段２に蓄えられた電力が予め定められた所定値よりも小さい場合、燃料電池１の発電量を制御して蓄電手段２に充電を行い、蓄電手段２に蓄えられた電力が所定値以上である場合、第１操作量検出手段７による検出結果に基づいて、燃料電池１による発電量を制御して蓄電手段２に充電可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を用いて発電した電力により駆動される産業車両における燃料電池の運転制御装置であって、
前記燃料電池を用いて発電した電力を蓄える蓄電手段と、
前記燃料電池の発電量を制御する発電量制御手段と、
操作量に応じて前記産業車両の荷役用アタッチメントの作動を制御可能な第１操作手段の操作量を検出する第１操作量検出手段と、
を備え、
前記発電量制御手段は、前記蓄電手段に蓄えられた電力が予め定められた所定値よりも小さい場合、前記燃料電池の発電量を制御して前記蓄電手段に充電を行い、前記蓄電手段に蓄えられた電力が前記所定値以上である場合、前記第１操作量検出手段による検出結果に基づいて、前記燃料電池による発電量を制御して前記蓄電手段に充電可能であることを特徴とする燃料電池の運転制御装置。
【請求項２】
操作量に応じて前記産業車両の走行速度を制御可能な第２操作手段の操作量を検出する第２操作量検出手段を更に備え、
前記発電量制御手段は、前記蓄電手段に蓄えられた電力が前記所定値以上である場合、前記第１操作量検出手段と前記第２操作量検出手段とによる検出結果に基づいて、前記燃料電池による発電量を制御して前記蓄電手段に充電可能であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の運転制御装置。
【請求項３】
前記発電量制御手段は、前記蓄電手段に蓄えられた電力が前記所定値以上である場合、前記第１操作手段の操作量が予め定められた第１規定操作量以上であるとき、または、前記第２操作手段の操作量が予め定められた第２規定操作量以上であるとき、または、前記第２操作手段と前記第１操作手段とが同時に操作されているときに限り、前記燃料電池による発電量を制御して前記蓄電手段に充電することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池の運転制御装置。
【請求項４】
前記第２操作手段と前記第１操作手段とが同時に操作されているときには、前記第１操作手段の操作量と前記第２操作手段の操作量との合算値が所定値以上であるときに限り、前記燃料電池による発電量を制御して前記蓄電手段に充電することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池の運転制御装置。
【請求項５】
前記第１操作量検出手段と前記第２操作量検出手段とによる検出結果に基づいて、前記産業車両の駆動に要する電力である駆動必要電力を計算する必要電力計算手段を更に備え、
前記発電量制御手段は、前記蓄電手段に蓄えられた電力が前記所定値以上である場合、前記必要電力計算手段によって計算された駆動必要電力に基づいて、前記燃料電池による発電量を制御して前記蓄電手段に充電可能であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池の運転制御装置。
【請求項６】
前記産業車両の荷役荷重を検出する荷役荷重検出手段を更に備え、
前記必要電力計算手段は、前記第１操作量検出手段と前記荷役荷重検出手段とによる検出結果から前記産業車両の荷役用アタッチメントの作動に必要な電力である荷役電力を計算し、前記第２操作量検出手段と前記荷役荷重検出手段とによる検出結果から前記産業車両の走行に必要な電力である走行電力を計算し、当該荷役電力と当該走行電力とに基づいて前記駆動必要電力を計算することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池の運転制御装置。
【請求項７】
前記発電量制御手段は、前記蓄電手段に蓄えられた電力が前記所定値以上である場合、前記必要電力計算手段によって計算された前記駆動必要電力が予め定められた規定電力よりも大きい場合は、当該駆動必要電力に基づいて前記燃料電池による発電量を制御して前記蓄電手段に充電することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の燃料電池の運転制御装置。
【請求項８】
前記発電量制御手段は、前記蓄電手段に蓄えられた電力が前記所定値以上である場合、前記必要電力計算手段によって計算された前記駆動必要電力が前記蓄電手段に蓄えられた電力に基づいて決定される規定電力よりも大きい場合は、当該駆動必要電力と当該蓄電手段に蓄えられた電力とに基づいて前記燃料電池による発電量を制御して前記蓄電手段に充電することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の燃料電池の運転制御装置。
【請求項９】
燃料電池を用いて発電した電力により走行及びフォークの昇降を行うフォークリフトにおける当該燃料電池の運転制御装置であって、
前記第１操作量検出手段は、当該フォークリフトのフォークを昇降操作するための荷役レバーの操作量を検出する検出手段であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の燃料電池の運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を用いて発電した電力により駆動する産業車両における当該燃料電池の運転制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池を用いて発電した電力を電気機器や車両等の駆動源として利用するための開発が進められている。特許文献１に開示されている燃料電池を用いた電気車両は、車両の駆動のために要求される電力に基づいて燃料電池の要求発電電流を決定した後、当該要求発電電流に対して実際の燃料電池の発電電流を周期的に増減させるように制御する手段を備えているものであり、電気車両が要求する要求電力を確保するとともに、発電電流を周期的に変化させることにより発電効率を変化させ自己発熱量を調整することができ、これにより暖機運転の迅速化を可能としている。
【特許文献１】特開２００２−３１３３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池車両における燃料電池の運転制御方法は、車両の駆動操作を行った場合、蓄電手段に蓄えられている電力を考慮することなく、燃料電池の発電電流が決定されて、蓄電手段に充電される構成であるため、燃料電池の起動停止を頻繁に繰り返す必要がある。そのため、燃料電池の劣化が起こりやすく、寿命を縮める虞がある。
【０００４】
一方、このような問題に鑑みて、蓄電手段に蓄えられている電力が予め定めた所定値以下になった場合のみ燃料電池の発電を行う方法も考えられる。しかしながら、この方法によると、車両の駆動に要する電力が急激に増加した場合、蓄電手段の電圧降下が大きくなり、駆動に必要な電圧以下に低下して車両の駆動が不安定になる虞がある。
【０００５】
また、特に産業車両においては、車両の走行駆動に伴って高荷重が負荷される荷役用のアタッチメントの駆動も行われるため、高荷重の積荷を昇降等する際に、車両全体の駆動に要する電力が急激に増加することが多く、蓄電手段の電圧降下による影響が大きい。また、このような作業は繰り返し行われるため、上述したような燃料電池の起動停止の繰り返しによる燃料電池の劣化が問題となりやすい。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、燃料電池を用いて発電した電力により駆動する産業車両における燃料電池の運転制御装置であって、燃料電池の起動停止の過度な繰り返しを抑制するとともに、荷役用アタッチメント駆動時における蓄電手段の駆動電圧の低下を抑制することが可能な燃料電池の運転制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００７】
本発明は、燃料電池を用いて発電した電力により駆動される産業車両における燃料電池の運転制御装置に関する。そして、本発明による燃料電池の運転制御装置は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有しており、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の燃料電池の運転制御装置における第１の特徴は、燃料電池を用いて発電した電力により駆動される産業車両における燃料電池の運転制御装置であって、前記燃料電池を用いて発電した電力を蓄える蓄電手段と、前記燃料電池の発電量を制御する発電量制御手段と、操作量に応じて前記産業車両の荷役用アタッチメントの作動を制御可能な第１操作手段の操作量を検出する第１操作量検出手段と、を備え、前記発電量制御手段は、前記蓄電手段に蓄えられた電力が予め定められた所定値よりも小さい場合、前記燃料電池の発電量を制御して前記蓄電手段に充電を行い、前記蓄電手段に蓄えられた電力が前記所定値以上である場合、前記第１操作量検出手段による検出結果に基づいて、前記燃料電池による発電量を制御して前記蓄電手段に充電可能であることである。
【０００９】
この構成によると、発電量制御手段により、蓄電手段に蓄えられた電力が予め定められた所定値よりも小さい場合は、燃料電池の発電により蓄電手段に充電が行われるため、蓄電手段の蓄電容量を所定値以上に増加させ、駆動電圧の低下を抑制することが可能である。
また、蓄電手段に蓄えられた電力が前記所定値以上である場合は、第１操作量検出手段による検出結果である第１操作手段の操作量に基づいて充電可能である。そのため、操作量に基づいて蓄電手段に充電が不要と判断されるときは燃料電池を起動せず、停止した状態に維持することができ、燃料電池の起動停止の繰り返し回数を減らすことができる。したがって、燃料電池の劣化を抑制することが可能である。      
また、同様に蓄電手段に蓄えられた電力が所定値以上の場合であっても、操作量に基づいて蓄電手段を充電する必要があると判断される場合は充電を行うことができ、蓄電手段が産業車両の駆動のために供給可能な駆動電圧の降下を抑制することができる。これより、駆動電圧不足により荷役用アタッチメントの作動が不安定になることを抑制できる。
尚、蓄電手段により蓄えられた電力を駆動力として使用するため、産業車両の操作に対してタイムラグなく車両の駆動電力を供給できる。
【００１０】
本発明の燃料電池の運転制御装置における第２の特徴は、操作量に応じて前記産業車両の走行速度を制御可能な第２操作手段の操作量を検出する第２操作量検出手段を更に備え、前記発電量制御手段は、前記蓄電手段に蓄えられた電力が前記所定値以上である場合、前記第１操作量検出手段と前記第２操作量検出手段とによる検出結果に基づいて、前記燃料電池による発電量を制御して前記蓄電手段に充電可能であることである。
【００１１】
この構成によると、蓄電手段に蓄えられた電力が前記所定値以上である場合は、荷役用アタッチメントの動作を制御可能な第１操作手段と産業車両の走行速度を制御可能な第２操作手段の操作量に基づいて蓄電手段に充電が不要と判断されるときは燃料電池を起動せず、停止した状態に維持することができ、燃料電池の起動停止の繰り返し回数を減らすことができる。したがって、燃料電池の劣化を抑制することが可能である。
また、蓄電手段に蓄えられた電力が所定値以上の場合であっても、荷役用アタッチメントの動作を制御可能な第１操作手段及び産業車両の走行速度を制御可能な第２操作手段の操作量に基づいて蓄電手段を充電する必要があると判断される場合は充電を行うことができ、蓄電手段が産業車両の駆動のために供給可能な駆動電圧の降下を抑制することができる。このように、車両の走行駆動による影響も考慮して燃料電池の起動の要否を判断できるため、操作に応じたより適切な判断が可能となる。よって、駆動電圧不足により車両の走行や、荷役用アタッチメントの作動が不安定になることをより確実に抑制できる。
【００１２】
本発明の燃料電池の運転制御装置における第３の特徴は、前記発電量制御手段は、前記蓄電手段に蓄えられた電力が前記所定値以上である場合、前記第１操作手段の操作量が予め定められた第１規定操作量以上であるとき、または、前記第２操作手段の操作量が予め定められた第２規定操作量以上であるとき、または、前記第２操作手段と前記第１操作手段とが同時に操作されているときに限り、前記燃料電池による発電量を制御して前記蓄電手段に充電することである。
【００１３】
この構成によると、蓄電手段に蓄えられた電力が所定値以上である場合、荷役用アタッチメントの作動を制御するための操作手段の操作量と第１規定操作量との大小の比較、及び、走行速度を制御するための操作手段の操作量と第２規定操作量との大小の比較、及び、荷役用アタッチメントの作動を制御するための第１操作手段と走行速度を制御するための第２操作手段とが同時に操作されているか否かの判断により容易に燃料電池の起動の要否が決定でき、単純な制御機構により実施でき、容易に制御機構の作製が可能である。また、産業車両において、荷役用アタッチメントの作動と走行駆動が同時に行われる場合は、特に消費電力の増加が大きくなるが、この場合においては必ず燃料電池が起動されるため、駆動電圧不足により車両の走行や、荷役用アタッチメントの作動が不安定になることを抑制でき有効である。
【００１４】
本発明の燃料電池の運転制御装置における第４の特徴は、前記第２操作手段と前記第１操作手段とが同時に操作されているときには、前記第１操作手段の操作量と前記第２操作手段の操作量との合算値が所定値以上であるときに限り、前記燃料電池による発電量を制御して前記蓄電手段に充電することである。
【００１５】
この構成によると、第１操作手段の操作と第２操作手段の操作とが同時に行われた場合でも、それぞれの操作量が微小であれば消費電力が少ない場合もあるため、第１操作手段の操作量と第２操作手段の操作量との合算値が所定値よりも小さい場合には、燃料電池の起動を行わないことにより燃料電池の不要な起動をさらに抑制することができる。
【００１６】
本発明の燃料電池の運転制御装置における第５の特徴は、前記第１操作量検出手段と前記第２操作量検出手段とによる検出結果に基づいて、前記産業車両の駆動に要する電力である駆動必要電力を計算する必要電力計算手段を更に備え、前記発電量制御手段は、前記蓄電手段に蓄えられた電力が前記所定値以上である場合、前記必要電力計算手段によって計算された駆動必要電力に基づいて、前記燃料電池による発電量を制御して前記蓄電手段に充電可能であることである。
【００１７】
この構成によると、蓄電手段に蓄えられた電力が所定値以上である場合、必要電力計算手段により、第１操作手段及び第２操作手段の操作量に応じた産業車両の駆動を行うために必要とされる電力、即ち、駆動により消費される電力が計算される。したがって、産業車両全体の駆動に要する全エネルギーを考慮して燃料電池の起動の要否判断ができ、必要な燃料電池の発電量を決定することが可能となる。これより、燃料電池の不要な起動や停止をさらに抑制することができ、効率よく制御を行うことが可能である。
【００１８】
本発明の燃料電池の運転制御装置における第６の特徴は、前記産業車両の荷役荷重を検出する荷役荷重検出手段を更に備え、前記必要電力計算手段は、前記第１操作量検出手段と前記荷役荷重検出手段とによる検出結果から前記産業車両の荷役用アタッチメントの作動に必要な電力である荷役電力を計算し、前記第２操作量検出手段と前記荷役荷重検出手段とによる検出結果から前記産業車両の走行に必要な電力である走行電力を計算し、当該荷役電力と当該走行電力とに基づいて前記駆動必要電力を計算することである。
【００１９】
この構成によると、産業車両に負荷される荷役荷重を考慮して駆動必要電力が算出されるため、荷役荷重を考慮しないで算出する場合に比べ、算出される駆動必要電力を実際に消費される電力により近づけることができ、精度よく駆動必要電力を算出することができる。したがって、駆動電圧不足をより確実に抑制できるとともに、燃料電池の不要な起動を抑制することができる。
【００２０】
本発明の燃料電池の運転制御装置における第７の特徴は、前記発電量制御手段は、前記蓄電手段に蓄えられた電力が前記所定値以上である場合、前記必要電力計算手段によって計算された前記駆動必要電力が予め定められた規定電力よりも大きい場合は、当該駆動必要電力に基づいて前記燃料電池による発電量を制御して前記蓄電手段に充電することである。
【００２１】
この構成によると、必要電力計算手段により算出された駆動必要電力と規定電力とを比較することで、容易に燃料電池の起動の要否が決定でき、単純な制御機構により実施することが可能である。
【００２２】
本発明の燃料電池の運転制御装置における第８の特徴は、前記発電量制御手段は、前記蓄電手段に蓄えられた電力が前記所定値以上である場合、前記必要電力計算手段によって計算された前記駆動必要電力が前記蓄電手段に蓄えられた電力に基づいて決定される規定電力よりも大きい場合は、当該駆動必要電力と当該蓄電手段に蓄えられた電力とに基づいて前記燃料電池による発電量を制御して前記蓄電手段に充電することである。
【００２３】
この構成によると、必要電力計算手段により算出された駆動必要電力と比較される規定電力は、蓄電手段に蓄えられている電力に応じて変化することになる。この規定電力と算出された駆動必要電力との比較により燃料電池の起動の要否が判断されるため、起動の要否を判断する時点における蓄電手段の充電状態に適した判断を行うことができる。これより、燃料電池の不要な起動を更に抑制することができる。
【００２４】
本発明の燃料電池の運転制御装置における第９の特徴は、燃料電池を用いて発電した電力により走行及びフォークの昇降を行うフォークリフトにおける当該燃料電池の運転制御装置であって、前記第１操作量検出手段は、当該フォークリフトのフォークを昇降操作するための荷役レバーの操作量を検出する検出手段であることである。
【００２５】
この構成によると、荷物が積載されたフォークの昇降により大きな電力を消費するフォークリフトの走行及び昇降動作を安定して行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態に係る燃料電池の運転制御装置は、産業車両の駆動電力を発電する燃料電池の運転制御装置として広く適用することができるものである。なお、本実施形態の説明においては、産業車両であるフォークリフトを駆動するための電力を発電する燃料電池の運転制御装置の場合を例にとって説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池の運転制御装置を産業車両であるフォークリフトに用いた制御システムの構成を示す図である。
当該フォークリフトは、油圧シリンダであるリフトシリンダによりマストに取り付けられたフォーク（荷役用アタッチメント）をマストに沿って上下動するものである。リフトシリンダを作動させるための油圧ポンプは荷役モータ５によって駆動される。荷役モータ５は、荷役レバー６（第１操作手段）の操作量に応じて制御され、作業者は、荷役レバー６を操作することによりフォークの昇降を行うことができる。また、当該フォークリフトは、アクセルペダル９（第２操作手段）の踏込み量に応じて制御される走行モータ８を備え、走行モータ８の駆動により走行駆動を行うものである。作業者は、アクセルペダル９を踏込むことによりフォークリフトを走行させることができ、踏込み量に応じて走行速度を制御することができる。尚、荷役モータ５及び走行モータ８の駆動電力はバッテリ２（蓄電手段）から供給される。
【００２８】
また、走行モータ８の駆動を制動するためのブレーキとして、回生ブレーキを用いることでモータ駆動時の運動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリ２に充電することも可能である。また、蓄電手段としてバッテリ２を用いる場合に限らずキャパシタ等、他の蓄電手段を用いることも可能である。また、走行モータ８の駆動制御をアクセルペダル９の操作により行う場合に限らず、ディレクションレバー等を操作して行うことも可能である。
【００２９】
第１実施形態の燃料電池の運転制御装置は、燃料電池１と、燃料電池１により発電された電力を充電可能なバッテリ２（蓄電手段）と、燃料電池１の発電量を制御する発電量制御手段３と、荷役レバー６の操作量を検出するレバー位置センサ７（第１操作量検出手段）と、アクセルペダル９の踏込み量を検出するアクセル開度センサ１０（第２操作量検出手段）とを有する。
【００３０】
燃料電池１は、例えば固体高分子電解質型のものを用いることができ、水素タンク（図示せず）から調整弁等により流量を調整されて供給された燃料ガスとしての水素と、コンプレッサ（図示せず）により供給された空気中の酸素との電気化学反応により発電を行う。
発電量制御手段３は、例えばマイコン等により構成され、バッテリ２から出力可能な電圧であって、バッテリ２に蓄えられた電力に対応するバッテリ電圧が検出されて入力されるとともに、レバー位置センサ７、アクセル開度センサ１０による検出結果が入力される。発電量制御手段３は、入力された情報に基づいて、調整弁、コンプレッサ等を制御することにより水素及び酸素の供給量を制御し、燃料電池１における発電量を制御する。尚、燃料電池１の発電電圧を検出しながらフィードバック制御を行うことも可能である。
【００３１】
図２に第１実施形態に係る燃料電池の運転制御装置による具体的な制御フローを示す。尚、図２に示す制御フローは荷役レバー６の操作またはアクセルペダル９の操作が行われた場合に実行される。尚、一定時間毎にも実行するように設定することも可能である。
また、本実施形態においては、バッテリ２のバッテリ電圧との比較に用いる所定値であるバッテリ電圧上限値Ｖ１及びバッテリ電圧下限値Ｖ３と、フォークリフト駆動時におけるバッテリ電圧の目標値である目標電圧Ｖ２と、荷役レバー６の規定操作量（第１規定操作量）と、及びアクセルペダル９の規定踏込み量（第２規定操作量）とを予め定めておく。以下、図２のフローについて説明する。
【００３２】
まず、発電量制御手段３により、バッテリ２のバッテリ電圧とバッテリ電圧下限値Ｖ３とが比較される（ステップＳ１０１）。バッテリ電圧が、バッテリ電圧下限値Ｖ３以下である場合は、燃料電池１により発電を行うために、発電量制御手段３によりバッテリ電圧に基づいて燃料電池出力が計算される（ステップＳ１０６）。算出された燃料電池出力に基づいて、燃料電池１の発電量が制御され、バッテリ電圧がバッテリ電圧上限値Ｖ１以上になるまで燃料電池１の発電が行われ（ステップＳ１０７、Ｓ１０８）、発電した電力はバッテリ２に充電される。バッテリ電圧が上限値以上になると、燃料電池１による発電が停止される。
【００３３】
バッテリ２のバッテリ電圧が、バッテリ電圧下限値Ｖ３以上である場合は、アクセル開度センサ１０によりアクセル踏込み量が検出され、また、レバー位置センサ７により荷役レバー６の操作量が検出される（ステップＳ１０２）。発電量制御手段３により、荷役レバー６の操作量が規定操作量以上である場合は、燃料電池１による発電量の計算が行われる（ステップＳ１０３、Ｓ１０６）。また、アクセル踏込み量が規定踏込み量以上である場合も、燃料電池１による発電量の計算が行われる（ステップＳ１０４、Ｓ１０６）。また、荷役レバー６とアクセルペダル９とが同時に操作されている場合も燃料電池１による発電量の計算が行われる（ステップＳ１０５、Ｓ１０６）。荷役レバー６の操作量が規定操作量以上でなく、かつ、アクセル踏込み量が規定踏込み量以上でなく、かつ、荷役レバー６とアクセルペダル９とが同時に操作されていない場合は、フォークリフトの昇降動作及び走行駆動による電力消費量は小さく、燃料電池１による発電は不要と判断し、燃料電池１は停止状態に維持される（ステップＳ１００）。
【００３４】
燃料電池１の発電量の計算（ステップＳ１０６）において、発電量制御手段３により、バッテリ電圧が目標電圧Ｖ２に追従するように、バッテリ電圧、荷役レバー６の操作量及びアクセルペダル９の踏込み量から燃料電池出力が計算される。発電量制御手段３は、算出された燃料電池出力に基づいて、例えば調整弁の開度制御により水素タンクから燃料電池１に供給される水素量を調整することにより、また、コンプレッサの吐出流量を制御して燃料電池１に供給される空気量を調整することにより、燃料電池１の発電量を制御する（ステップＳ１０７）。フォークリフトの駆動操作が終了すると燃料電池１の発電はバッテリ電圧が上限値Ｖ１以上になるまで行われた後、停止する（ステップＳ１０７、Ｓ１０８、Ｓ１００）。
【００３５】
図３は、規定操作量以上の荷役レバー６の操作を行った場合の荷役レバー操作量（ａ）、フォークリフト駆動出力（ｂ）、バッテリ電圧（ｃ）、及び燃料電池の運転状態（ｄ）の時間変化を示す図である。バッテリ電圧及び燃料電池の運転状態を示す図において、比較例としてバッテリ電圧が規定の下限値以下になった場合のみ燃料電池を起動する制御方法を用いて燃料電池を制御した状態を一点鎖線で示す。また、燃料電池の運転状態を示す図は、燃料電池の停止状態をＲ０、燃料電池が完全に起動して発電量の制御が可能となった状態をＲ１とし、Ｒ０からＲ１の状態を燃料電池の停止状態から運転状態への移行状態として模式的に示した図である。燃料電池はＲ１の状態において発電量が適宜調整される。
【００３６】
図３（ａ）で示すように、時間Ｔ１において荷役レバー６の操作がされた場合、操作量が規定操作量（図３（ａ）中にＳ１で示す）以上であるため、バッテリ電圧がバッテリ電圧下限値（図３（ｃ）中にＶ３で示す）以上であっても燃料電池１の運転が開始され（図３（ｄ）参照）、バッテリ電圧が目標とする電圧レベル（図３（ｃ）中にＶ２で示す）になるように燃料電池の発電量が制御される。時間Ｔ３にて操作が終了した後、バッテリ電圧が上限値（図３（ｃ）中にＶ１で示す）まで達すると燃料電池の運転が停止される。
このように、燃料電池の運転開始の判断を荷役レバー６の操作情報に基づいて行うため、バッテリ電圧がフォークリフト駆動時の目標電圧Ｖ２から降下することを抑制可能である。
【００３７】
一方、バッテリ電圧が規定の下限値以下になった場合のみ燃料電池を起動する制御方法を用いた場合においては、図３（ｄ）に示すように、Ｔ１の時点でバッテリ電圧は下限値Ｖ３以上であるため燃料電池の停止状態が維持され、バッテリ電圧が降下して、時間Ｔ２にて下限値Ｖ３に達すると、燃料電池の運転が開始される（図３（ｄ）参照）。このように、本発明を用いた場合と比較して燃料電池の運転開始が遅れるため、目標とする電圧レベルＶ２からのバッテリ電圧の降下が大きくなる（図３（ｃ）参照）。
【００３８】
以上より、第１実施形態に係る燃料電池の運転制御装置を用いることで、バッテリ２のバッテリ電圧が予め定められたバッテリ電圧下限値よりも小さい場合は、燃料電池１の発電によりバッテリ２に充電が行われるため、バッテリ電圧を下限値以上に回復させることができる。これより、フォークリフトの駆動操作時にバッテリ電圧が不足してフォークリフトの駆動出力が低下することを抑制できる。
【００３９】
また、バッテリ２に蓄えられた電力がバッテリ電圧下限値以上の場合、荷役レバー６及びアクセルペダル９の操作量が規定量よりも少なく、バッテリ２に充電が不要と判断されるときは燃料電池１を起動せず、停止した状態に維持することができ、燃料電池１の起動停止を繰り返す回数を減少することができる。したがって、燃料電池１の劣化を抑制することが可能である。
【００４０】
また、バッテリ２に蓄えられた電力がバッテリ電圧下限値以上の場合であっても、荷役レバー６及びアクセルペダル９の操作量が規定量よりも大きい場合は、バッテリ２を充電する必要があると判断され充電が開始される。したがって、フォークリフトの駆動のためにバッテリ２から供給可能な駆動電圧であるバッテリ電圧の降下を抑制することができる。これより、駆動電圧不足によりフォークリフトの走行や、フォークの昇降作動が不安定になることを抑制できる。
【００４１】
また、産業車両において、走行駆動と同時に荷役用アタッチメント操作（フォークの昇降動作等）を行う場合は、それぞれ独立して行う場合に比べてバッテリ２の消費電力が大きくバッテリ電圧が急激に低下しやすいため動作が不安定になりやすい。しかしながら、本実施形態においては、荷役レバー６の操作とアクセルペダル９の踏込みとが同時に行われた場合は、それぞれの操作量によらず、燃料電池１による発電が行われるように制御される。したがって、バッテリ電圧が降下することを抑制して安定した動作を行うことが可能となる。
また、バッテリ２により蓄えられた電力を駆動力とするため、フォークリフトの操作に対してタイムラグなく荷役モータ５、走行モータ８に駆動電力を供給することができる。
【００４２】
尚、本実施形態に係る燃料電池の運転制御装置は、荷役レバー６の操作量の検出手段と、アクセルペダル９の踏込み量の検出手段とを備えているが、アクセルペダル９の踏込み量の検出手段を備えず、荷役レバー６の操作量を検出する検出手段のみを備える簡易な構成にすることも可能である。この場合、荷役レバー６の操作量の検出結果のみに基づいて、本実施形態と同様に燃料電池の起動の要否を判断させることができる。産業車両においては特に荷役用アタッチメントの作動による電力消費が大きいため、当該作動操作量の検出結果に基づいた燃料電池の運転制御を行うことで、燃料電池の起動停止の繰り返しを抑制するとともに、バッテリ電圧の降下を抑制することが可能である。
【００４３】
また、本実施形態に係る燃料電池の運転制御装置は、荷役レバー６の操作とアクセルペダル９の踏込みとが同時に行われた場合は、それぞれの操作量によらず、燃料電池１による発電が行われるように制御されるが、荷役レバー６の操作量とアクセルペダル９の踏込み量を合算して、その合算値が所定値以上であるときに限り燃料電池１による発電が行われるように制御してもよい。荷役レバー６の操作とアクセルペダル９の踏込みとが同時に行われた場合でも、微小な操作量や踏込み量では消費電力が少ない場合もあるため、燃料電池１の不要な起動をさらに抑制することができる。尚、荷役レバー６の操作量とアクセルペダル９の踏込み量との合算値は、実際に作業者が操作する操作量、例えば荷役レバー６及びアクセルペダル９の変位量等をそのまま合算した値とする場合に限らず、荷役レバー６の操作量とアクセルペダル９の踏込み量とをそれぞれ合算可能な基準量に変換（例えば所定の係数を乗ずる等）した後に合算した値とすることもできる。
【００４４】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池の運転制御装置をフォークリフトに用いた制御システムの構成を示す図である。第２実施形態は、レバー位置センサ７及びアクセル開度センサ１０の検出結果から操作量に応じた駆動を行うために必要な電力を計算する必要電力計算手段４を更に備える点で第１実施形態と異なる。第１実施形態と同一の構成部には同一の符号を付してその説明を省略する。尚、必要電力計算手段４は例えばマイコン等により構成され、また、発電量制御手段３を構成するマイコン等に組み込んで構成することも可能である。
【００４５】
図５に第２実施形態に係る燃料電池の運転制御装置による具体的な制御フローを示す。尚、図５に示す制御フローは荷役レバー６の操作またはアクセルペダル９の操作が行われた場合に実行される。尚、一定時間毎にも実行するように設定することも可能である。
また、本実施形態においては、バッテリ２のバッテリ電圧下限値、バッテリ電圧上限値、及び発電を開始するか否かの判断基準となる規定電力値Ｐ０を予め定めておく。
【００４６】
まず、発電量制御手段３により、バッテリ２のバッテリ電圧とバッテリ電圧下限値とが比較される（ステップＳ２０１）。バッテリ電圧がバッテリ電圧下限値以下である場合は、第１実施形態と同様にバッテリ電圧が上限値以上になるまで燃料電池１の発電が行われる（ステップＳ２０９、Ｓ２１０、Ｓ２１１）。
【００４７】
バッテリ２のバッテリ電圧が、バッテリ電圧下限値以上である場合は、アクセル開度センサ１０によりアクセル踏込み量が検出される（ステップＳ２０２）。その後、必要電力計算手段４により、アクセル開度センサ１０による検出結果に基づいて走行モータ８で消費される電力Ｐ１が計算される（ステップＳ２０３）。また、レバー位置センサ７により荷役レバー６の操作量が検出される（ステップＳ２０４）。その後、必要電力計算手段４により、レバー位置センサ１０による検出結果に基づいて荷役モータ５で消費される電力Ｐ２が計算される（ステップＳ２０５）。また、走行モータ８及び荷役モータ５以外で電力を消費する機器、例えばコンプレッサ等の燃料電池１を運転するのに必要な補機の消費電力Ｐ３が計算される（ステップＳ２０６）。
これらの消費電力（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を加算して、操作量に応じた駆動をするために必要とされる駆動必要電力Ｐを計算する（ステップＳ２０７）。
【００４８】
次に、発電量制御手段３により、必要電力計算手段４により算出された駆動必要電力Ｐと規定電力値Ｐ０とが比較され、駆動必要電力Ｐが規定電力値Ｐ０以上である場合は、燃料電池１により発電が行われる（ステップＳ２０８、Ｓ２０９、Ｓ２１０）。燃料電池１による発電は、算出された駆動必要電力Ｐに基づいて、例えば燃料電池１による発電量が駆動必要電力Ｐとなるように燃料電池１への水素の供給量及び空気の供給量が制御される。尚、第１実施形態と同様に駆動時の目標電圧を予め定めておき、バッテリ電圧が目標電圧に追従するよう燃料電池出力の計算を行うことも可能である。
【００４９】
また、駆動必要電力Ｐが規定電力値Ｐ０よりも小さい場合は、フォークリフトの昇降動作及び走行駆動による電力消費量は小さく、燃料電池１による発電は不要と判断され、燃料電池１は停止状態に維持される（ステップＳ２０８、Ｓ２００）。
【００５０】
このように燃料電池１の運転を制御することで、バッテリ２のバッテリ電圧がバッテリ電圧下限値以上である場合、必要電力計算手段４により、荷役レバー６及びアクセルペダル９の操作量に応じたフォークリフトの駆動を行うために必要とされる駆動必要電力が計算されるため、当該計算結果により燃料電池の起動の要否と必要な燃料電池の発電量とを同時に決定することができ、効率よく制御を行うことが可能である。
【００５１】
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係る燃料電池の運転制御装置をフォークリフトに用いた制御システムの構成を示す図である。第３実施形態は、フォークに積載されている荷物１１の荷重（荷役荷重）を検出する荷重センサ１２（荷役荷重検出手段）を更に備える点で第２実施形態と異なる。第２実施形態と同一の構成部には同一の符号を付してその説明を省略する。
荷重センサ１２としては、例えばフォークの昇降を行うリフトシリンダの油圧を測定する油圧計や、積荷の荷重が直接負荷されるように取り付けられたロードセルなどを用いることができる。
【００５２】
図７に第３実施形態に係る燃料電池の運転制御装置による具体的な制御フローを示す。尚、図７に示す制御フローは荷役レバー６の操作またはアクセルペダル９の操作が行われた場合に実行される。尚、一定時間毎にも実行するように設定することも可能である。
また、本実施形態においては、第２実施形態と同様に、バッテリ２のバッテリ電圧下限値、バッテリ電圧上限値、及び発電を開始するか否かの判断基準となる規定電力値Ｐ０を予め定めておく。
【００５３】
まず、発電量制御手段３により、バッテリ２のバッテリ電圧とバッテリ電圧下限値とが比較される（ステップＳ３０１）。バッテリ電圧がバッテリ電圧下限値以下である場合は、第１実施形態と同様にバッテリ電圧が上限値以上になるまで燃料電池１の発電が行われる（ステップＳ３１０、Ｓ３１１、Ｓ３１２）。
【００５４】
バッテリ２のバッテリ電圧が、バッテリ電圧下限値以上である場合は、荷重センサ１２により荷役荷重が検出される（ステップＳ３０２）。また、アクセル開度センサ１０によりアクセル踏込み量が検出される（ステップＳ３０３）。その後、必要電力計算手段４により、荷重センサ１２による検出結果とアクセル開度センサ１０による検出結果とに基づいて走行モータ８で消費される電力Ｐ１’（走行電力） が計算される（ステップＳ３０４）。この計算は、検出された荷役荷重とアクセル開度とをパラメータとして走行モータ８の消費電力を算出可能な計算式を予め作成しておき、その計算式を用いて行うことが可能である。これより、荷役荷重が変化することにより変動しうる走行モータ８の駆動に必要な電力をより精度よく算出することができる。
【００５５】
また、レバー位置センサ７により荷役レバー６の操作量が検出される（ステップＳ３０５）。その後、必要電力計算手段４により、荷重センサ１２による検出結果とレバー位置センサ１０による検出結果とに基づいて荷役モータ５で消費される電力Ｐ２’（荷役電力） が計算される（ステップＳ３０６）。この計算は、荷役荷重と荷役レバー６の操作量とをパラメータとして荷役モータ８の消費電力を算出可能な計算式を予め作成しておき、その式を用いて行うことが可能である。これより、荷役荷重が変化することにより変動しうる荷役モータ５の駆動に必要な電力をより精度よく算出することができる。
【００５６】
また、必要電力計算手段４により、補機の消費電力Ｐ３が計算される（ステップＳ３０７）。補機の消費電力Ｐ３についても荷役荷重の影響が大きい場合は、荷重センサ１２により検出された荷役荷重を用いて補正をかけて計算することができる。
必要電力計算手段４は、これらの消費電力（Ｐ１’、Ｐ２’、Ｐ３）を加算して、操作量に応じた駆動をするために必要とされる駆動必要電力Ｐを計算する（ステップＳ３０８）。
【００５７】
次に、発電量制御手段３により、必要電力計算手段４により算出された駆動必要電力Ｐと規定電力値Ｐ０とが比較され、必要電力計算手段４により算出された駆動必要電力Ｐが規定電力値Ｐ０以上である場合は、燃料電池１により発電が行われる（ステップＳ３０９、Ｓ３１０、Ｓ３１１）。また、駆動必要電力Ｐが規定電力値Ｐ０よりも小さい場合は、燃料電池１は停止状態に維持される（ステップＳ３０９、Ｓ３００）。
【００５８】
このように燃料電池１の運転を制御することで、フォークリフトに負荷される荷役荷重を考慮して駆動必要電力Ｐが算出されるため、荷役荷重を考慮しないで算出する場合に比べ、算出される駆動必要電力Ｐを実際に消費される電力により近づけることができ、精度よく駆動必要電力Ｐを算出することができる。したがって、燃料電池１の不要な起動を更に抑制することができる。
【００５９】
また、駆動必要電力Ｐと規定電力Ｐ０とを比較することで、容易に燃料電池１の起動の要否を決定することができるため、発電量制御手段３の制御機構を単純にすることができる。また、その作製が容易に可能である。
【００６０】
尚、本実施形態で示したように、必要電力計算手段４により算出された駆動必要電力Ｐを、予め定めた規定電力Ｐ０と比較して燃料電池１の起動の要否を判断させる場合に限らず、判断時におけるバッテリ２のバッテリ電圧に基づいて規定電力Ｐｔを決定し、当該規定電力Ｐｔと駆動必要電力Ｐとを比較して燃料電池１の起動の要否を判断させることも可能である。
【００６１】
このように燃料電池１の運転を制御することで、燃料電池１の起動の要否を判断する時点におけるバッテリ２のバッテリの充電状態を考慮して、燃料電池１の起動の要否を判断することができる。例えば、判断時のバッテリ電圧がバッテリ電圧下限値に比べて十分に大きい場合は、バッテリ電圧に対応して規定電力Ｐｔも自動的に大きくなるように設定し、操作量に基づいて算出される駆動必要電力Ｐが大きい場合においても規定電力Ｐｔ以下であれば燃料電池１を停止状態に維持するように制御することも可能である。逆に、判断時のバッテリ電圧がバッテリ電圧下限値以上ではあるが、差が少ない場合は、バッテリ電圧に対応して規定電力Ｐｔも小さくなるように設定し、操作量が小さい場合であっても燃料電池１を起動させて発電を開始させるように制御することも可能である。これより、フォークリフトの駆動を不安定にするようなバッテリ電圧の低下を抑制するとともに、燃料電池の不要な起動を抑制することができる。
また、上記のよう決定された規定電力Ｐｔと駆動必要電力Ｐとに基づいて燃料電池１による発電量を制御してバッテリ２に充電することも可能である。例えば、当該規定電力Ｐｔに比べ、算出された駆動必要電力Ｐが著しく大きい場合は、燃料電池１による発電量をより大きくするように制御することも可能である。
【００６２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。
例えば、本発明は、フォークリフトにおけるマストの傾動操作やパワーステアリングによるタイヤ操舵操作などの油圧装置を作動させるために用いるモータを操作する場合にも用いることができる。
また、フォークリフトに限らず荷役用アタッチメントの操作を必要とする農業、土木建設、荷物運搬等に用いる産業車両にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池の運転制御装置の構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る燃料電池の運転制御装置による制御フローを示す図である。
【図３】図３は、荷役レバー操作量（ａ）、フォークリフト駆動出力（ｂ）、バッテリ電圧（ｃ）、及び燃料電池の運転状態（ｄ）の時間変化を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る燃料電池の運転制御装置の構成を示す図である。
【図５】第２実施形態に係る燃料電池の運転制御装置による制御フローを示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る燃料電池の運転制御装置の構成を示す図である。
【図７】第３実施形態に係る燃料電池の運転制御装置による制御フローを示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  燃料電池
２  バッテリ（蓄電手段）
３  発電量制御手段
４  必要電力計算手段
５  荷役モータ
６  荷役レバー（第１操作手段）
７  レバー位置センサ（第１操作量検出手段）
８  走行モータ
９  アクセルペダル（第２操作手段）
１０  アクセル開度センサ（第２操作量検出手段）
１１  荷物
１２  荷重センサ（荷役荷重検出手段）
Ｓ１０１  発電量制御手段
Ｓ１０２  第１操作量検出手段、第２操作量検出手段
Ｓ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５  発電量制御手段
Ｓ１０６  発電量制御手段
Ｓ１０７、Ｓ１０８  発電量制御手段、燃料電池
Ｓ２０１、Ｓ２０８、Ｓ２０９、Ｓ２１１  発電量制御手段
Ｓ２０２  第２操作量検出手段
Ｓ２０３、Ｓ２０５、Ｓ２０６、Ｓ２０７  必要電力計算手段
Ｓ２０４  第１操作量検出手段
Ｓ２１０  発電量制御手段、燃料電池
Ｓ３０１、Ｓ３０９、Ｓ３１０、Ｓ３１２  発電量制御手段
Ｓ３０２  荷役荷重検出手段
Ｓ３０３  第２操作量検出手段
Ｓ３０４、Ｓ３０６、Ｓ３０７、Ｓ３０８  必要電力計算手段
Ｓ３０５  第１操作量検出手段
Ｓ３１１  発電量制御手段、燃料電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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