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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024090100
(43)【公開日】2024-07-04
(54)【発明の名称】作業車両、制御装置および制御方法
(51)【国際特許分類】
B60L 58/34 20190101AFI20240627BHJP
B60L 7/14 20060101ALI20240627BHJP
H01M 8/00 20160101ALI20240627BHJP
H01M 8/04007 20160101ALI20240627BHJP
H01M 8/0432 20160101ALI20240627BHJP
H01M 8/04858 20160101ALI20240627BHJP
H01M 8/04 20160101ALI20240627BHJP
H01M 8/04228 20160101ALI20240627BHJP
H01M 8/04303 20160101ALI20240627BHJP
H01M 8/04701 20160101ALI20240627BHJP
【ＦＩ】
B60L58/34
B60L7/14
H01M8/00 Z
H01M8/04007
H01M8/0432
H01M8/04858
H01M8/04 J
H01M8/04228
H01M8/04303
H01M8/04701
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022205764
(22)【出願日】2022-12-22
(71)【出願人】
【識別番号】000001236
【氏名又は名称】株式会社小松製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001634
【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小野 悠生
(72)【発明者】
【氏名】佐久間 剛
(72)【発明者】
【氏名】戎崎 英世
【テーマコード（参考）】
5H125
5H127
【Ｆターム（参考）】
5H125AA12
5H125AC07
5H125AC12
5H125BD04
5H125CB02
5H125CD09
5H125EE37
5H125FF08
5H125FF27
5H127AB04
5H127AC15
5H127BA02
5H127BA22
5H127BA57
5H127BB02
5H127BB12
5H127BB37
5H127CC07
5H127DA15
5H127DB74
5H127DC79
5H127DC80
5H127DC90
5H127DC96
5H127EE04
(57)【要約】
【課題】寒冷環境下において燃料電池を効率よく昇温する。
【解決手段】ヒータは、熱媒体と前記燃料電池との熱交換を行う第一熱交換器と同じ流路に設けられる。ヒータは、燃料電池が停止しており、かつ熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、蓄電装置に蓄えられた前記電気エネルギーによって熱媒体を加熱する。
【選択図】図２
【解決手段】ヒータは、熱媒体と前記燃料電池との熱交換を行う第一熱交換器と同じ流路に設けられる。ヒータは、燃料電池が停止しており、かつ熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、蓄電装置に蓄えられた前記電気エネルギーによって熱媒体を加熱する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水素ガスと大気中の酸素とを反応させて電力を生成する燃料電池と、
電気エネルギーを蓄える蓄電装置と、
前記燃料電池に設けられ、熱媒体と前記燃料電池との熱交換を行う第一熱交換器と、
前記熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、前記蓄電装置に蓄えられた前記電気エネルギーによって前記熱媒体を加熱するヒータと、
を備える作業車両。
電気エネルギーを蓄える蓄電装置と、
前記燃料電池に設けられ、熱媒体と前記燃料電池との熱交換を行う第一熱交換器と、
前記熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、前記蓄電装置に蓄えられた前記電気エネルギーによって前記熱媒体を加熱するヒータと、
を備える作業車両。
【請求項2】
前記熱媒体を冷却するための第二熱交換器と、
前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間で前記熱媒体を循環させる循環流路と
を備え、
前記ヒータは、前記循環流路の少なくとも一部に設けられる
請求項１に記載の作業車両。
前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間で前記熱媒体を循環させる循環流路と
を備え、
前記ヒータは、前記循環流路の少なくとも一部に設けられる
請求項１に記載の作業車両。
【請求項3】
前記循環流路のうち、前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間を接続するショートカット流路と、
前記循環流路のうち、前記第二熱交換器と前記ショートカット流路との間に設けられ、前記熱媒体を圧送するポンプと、
前記第二熱交換器から流れる前記熱媒体を、前記第一熱交換器へ通すか前記ショートカット流路へ通すかを切り替え可能であって、前記燃料電池が停止しており、かつ前記熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、前記熱媒体を前記ショートカット流路へ通し、前記燃料電池が駆動しているときに、前記熱媒体を前記第一熱交換器へ通す弁と
を備え、
前記ヒータは、前記循環流路のうち、前記第二熱交換器と前記ショートカット流路との間に設けられる
請求項２に記載の作業車両。
前記循環流路のうち、前記第二熱交換器と前記ショートカット流路との間に設けられ、前記熱媒体を圧送するポンプと、
前記第二熱交換器から流れる前記熱媒体を、前記第一熱交換器へ通すか前記ショートカット流路へ通すかを切り替え可能であって、前記燃料電池が停止しており、かつ前記熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、前記熱媒体を前記ショートカット流路へ通し、前記燃料電池が駆動しているときに、前記熱媒体を前記第一熱交換器へ通す弁と
を備え、
前記ヒータは、前記循環流路のうち、前記第二熱交換器と前記ショートカット流路との間に設けられる
請求項２に記載の作業車両。
【請求項4】
第二熱交換器と、
第三熱交換器と、
前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間で前記熱媒体を循環させる第一循環流路と、
前記第二熱交換器と前記第三熱交換器との間で前記熱媒体を循環させる第二循環流路と、
を備え、
前記ヒータは、前記第二循環流路の少なくとも一部に設けられる
請求項１に記載の作業車両。
第三熱交換器と、
前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間で前記熱媒体を循環させる第一循環流路と、
前記第二熱交換器と前記第三熱交換器との間で前記熱媒体を循環させる第二循環流路と、
を備え、
前記ヒータは、前記第二循環流路の少なくとも一部に設けられる
請求項１に記載の作業車両。
【請求項5】
前記ヒータは、前記燃料電池が停止しており、かつ前記熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、前記蓄電装置に蓄えられた前記電気エネルギーによって前記熱媒体を加熱し、前記燃料電池が停止していないときに、前記熱媒体を加熱しない
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の作業車両。
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の作業車両。
【請求項6】
電気モータである走行モータと、
前記走行モータによって駆動される走行装置と、
を備え、
前記ヒータは、前記走行モータの回生電力を熱エネルギーに変換するリターダブレーキである
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の作業車両。
前記走行モータによって駆動される走行装置と、
を備え、
前記ヒータは、前記走行モータの回生電力を熱エネルギーに変換するリターダブレーキである
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の作業車両。
【請求項7】
水素ガスと大気中の酸素とを反応させて電力を生成する燃料電池と、
電気エネルギーを蓄える蓄電装置と、
熱媒体と前記燃料電池との熱交換を行う第一熱交換器と、
電気エネルギーによって前記熱媒体を加熱するヒータと、
を備える作業車両の制御装置であって、
前記熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、前記蓄電装置に蓄えられた前記電気エネルギーによって前記ヒータを加熱させる
制御装置。
電気エネルギーを蓄える蓄電装置と、
熱媒体と前記燃料電池との熱交換を行う第一熱交換器と、
電気エネルギーによって前記熱媒体を加熱するヒータと、
を備える作業車両の制御装置であって、
前記熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、前記蓄電装置に蓄えられた前記電気エネルギーによって前記ヒータを加熱させる
制御装置。
【請求項8】
水素ガスと大気中の酸素とを反応させて電力を生成する燃料電池と、
電気エネルギーを蓄える蓄電装置と、
熱媒体と前記燃料電池との熱交換を行う第一熱交換器と、
電気エネルギーによって前記熱媒体を加熱するヒータと、
を備える作業車両の制御方法であって、
前記熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、前記蓄電装置に蓄えられた前記電気エネルギーによって前記ヒータを加熱させるステップ
を有する制御方法。
電気エネルギーを蓄える蓄電装置と、
熱媒体と前記燃料電池との熱交換を行う第一熱交換器と、
電気エネルギーによって前記熱媒体を加熱するヒータと、
を備える作業車両の制御方法であって、
前記熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、前記蓄電装置に蓄えられた前記電気エネルギーによって前記ヒータを加熱させるステップ
を有する制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、作業車両、制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
燃料電池は化学反応により電力を取り出すため、適切な温度管理が必要となる。燃料電池の種類によって動作温度帯が存在する。例えば、一般的に固体高分子形燃料電池は６０～８０℃、固体酸化形燃料電池は８００～１０００℃、りん酸形燃料電池は１９０～２００℃、溶融炭酸塩型燃料電池６００～７００℃である。
燃料電池の温度が動作温度帯よりも低い場合、本来電力に変換されるべきエネルギーが熱に変換されるため、発電効率が低下する。そのため、低温環境下において燃料電池を起動させるときや、間欠運転を行う際に、通常運転時より酸化剤ガス（酸素）の化学量論比（ストイキ）を絞って燃料電池を駆動させる暖機運転がなされる。特許文献１には、発電効率の低い運転状態から通常運転状態に早期に復帰させるための技術が開示されている。
燃料電池の温度が動作温度帯よりも低い場合、本来電力に変換されるべきエネルギーが熱に変換されるため、発電効率が低下する。そのため、低温環境下において燃料電池を起動させるときや、間欠運転を行う際に、通常運転時より酸化剤ガス（酸素）の化学量論比（ストイキ）を絞って燃料電池を駆動させる暖機運転がなされる。特許文献１には、発電効率の低い運転状態から通常運転状態に早期に復帰させるための技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１６－０９６０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
燃料電池が駆動に伴って発熱するため、燃料電池には冷却水などの熱媒体が供給される。一方で、低温環境下においては、熱媒体の温度も低くなっており、冷却水の循環によって燃料電池の温度上昇が妨げられる。
本開示の目的は、寒冷環境下において燃料電池を効率よく昇温することができる作業車両、制御装置および制御方法を提供することにある。
本開示の目的は、寒冷環境下において燃料電池を効率よく昇温することができる作業車両、制御装置および制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様によれば、作業車両は、水素ガスと大気中の酸素とを反応させて電力を生成する燃料電池と、電気エネルギーを蓄える蓄電装置と、熱媒体と前記燃料電池との熱交換を行う第一熱交換器と、前記燃料電池が停止しており、かつ前記熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、前記蓄電装置に蓄えられた前記電気エネルギーによって前記熱媒体を加熱するヒータと、を備える。
【発明の効果】
【0006】
上記態様によれば、作業車両は、燃料電池を効率よく昇温することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第一実施形態に係る運搬車両を模式的に示す斜視図である。
【図2】第一実施形態に係る燃料電池を冷却するための冷却システムを示す図である。
【図3】第一実施形態に係る運搬車両が備える電気システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図4】第一実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図5】第一実施形態に係る燃料電池の起動制御方法を示すフローチャートである。
【図6】第一実施形態に係る燃料電池を冷却するための冷却システムを示す図である。
【図7】第一実施形態に係る燃料電池の起動制御方法を示すフローチャートである。
【図8】第二実施形態の変形例に係る冷却システムの構成を示す図である。
【図9】第三実施形態に係る燃料電池を冷却するための冷却システムを示す図である。
【図10】第三実施形態に係る燃料電池の起動制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0008】
〈第一実施形態〉
《運搬車両１０の構成》
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
第一実施形態に係る運搬車両１０は、鉱山等で採掘した砕石物等を運搬するリジッドフレーム式のダンプトラックである。運搬車両１０は、水素ガスを燃料とする燃料電池４１によって駆動する。運搬車両１０は、作業車両の一例である。
図１は、第一実施形態に係る運搬車両１０を模式的に示す斜視図である。運搬車両１０は、ダンプボディ１１と、車体１２と、走行装置１３とを備える。
《運搬車両１０の構成》
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
第一実施形態に係る運搬車両１０は、鉱山等で採掘した砕石物等を運搬するリジッドフレーム式のダンプトラックである。運搬車両１０は、水素ガスを燃料とする燃料電池４１によって駆動する。運搬車両１０は、作業車両の一例である。
図１は、第一実施形態に係る運搬車両１０を模式的に示す斜視図である。運搬車両１０は、ダンプボディ１１と、車体１２と、走行装置１３とを備える。
【0009】
ダンプボディ１１は、積荷が積載される部材である。ダンプボディ１１の少なくとも一部は、車体１２よりも上方に配置される。ダンプボディ１１は、ダンプ動作及び下げ動作する。ダンプ動作及び下げ動作により、ダンプボディ１１は、ダンプ姿勢及び積載姿勢に調整される。ダンプ姿勢とは、ダンプボディ１１が上昇している姿勢をいう。積載姿勢とは、ダンプボディ１１が下降している姿勢をいう。
【0010】
ダンプ動作とは、ダンプボディ１１を車体１２から離隔させてダンプ方向に傾斜させる動作をいう。ダンプ方向は、車体１２の後方である。実施形態において、ダンプ動作は、ダンプボディ１１の前端部を上昇させて、ダンプボディ１１を後方に傾斜させることを含む。ダンプ動作により、ダンプボディ１１の積載面は、後方に向かって下方に傾斜する。
【0011】
下げ動作とは、ダンプボディ１１を車体１２に接近させる動作をいう。実施形態において、下げ動作は、ダンプボディ１１の前端部を下降させることを含む。
【0012】
排土作業を実施する場合、ダンプボディ１１は、積載姿勢からダンプ姿勢に変化するように、ダンプ動作する。ダンプボディ１１に積荷が積載されている場合、積荷は、ダンプ動作により、ダンプボディ１１の後端部から後方に排出される。積込作業が実施される場合、ダンプボディ１１は、積載姿勢に調整される。
【0013】
車体１２は、図示しない車体フレームを含む。車体１２は、車体フレームに設けられたヒンジピンを介してダンプボディ１１を回転可能に支持する。車体１２は、走行装置１３に支持される。車体フレームのうち走行装置１３の前輪の上部に、プラットフォーム１２１が設けられる。プラットフォーム１２１は、車体フレームの上面を構成する平板である。プラットフォーム１２１の上には、運転室１２２、コントロールキャビネット１２３、およびリターダグリッド４４が設けられる。また、車体フレーム上には、燃料電池４１が設けられる。
【0014】
コントロールキャビネット１２３は、電力の変換を行う。具体的には、コントロールキャビネット１２３は、燃料電池４１と各種電気機器（バッテリ４２、走行モータ４３等）とリターダグリッド４４との間の電力制御を行う。
リターダグリッド４４は、走行装置１３の制動によって発生する回生電力を吸収するための抵抗器である。リターダグリッド４４は、回生電力を熱エネルギーに変換する。
リターダグリッド４４は、走行装置１３の制動によって発生する回生電力を吸収するための抵抗器である。リターダグリッド４４は、回生電力を熱エネルギーに変換する。
【0015】
走行装置１３は、車体１２を支持する。走行装置１３は、運搬車両１０を走行させる。走行装置１３は、運搬車両１０を前進又は後進させる。走行装置１３の少なくとも一部は、車体１２よりも下方に配置される。走行装置１３は、一対の前輪と一対の後輪とを備える。前輪は操舵輪であり、後輪は駆動輪である。
【0016】
図２は、第一実施形態に係る燃料電池４１を冷却するための冷却システム２０を示す図である。燃料電池４１は発電時に発熱するため、発電効率の良い動作温度帯を維持するため温度調整を行う必要がある。燃料電池４１は、内部に冷却水などの熱媒体を流通させ、燃料電池４１の本体４１２に熱媒体を流すことで、本体４１２と熱媒体との間で熱交換を行うための冷却機構４１１を備える。冷却機構４１１は、本体４１２を通るメイン流路４１１１と、本体４１２を通らないバイパス流路４１１２と、メイン流路４１１１とバイパス流路４１１２とを切り替える切換弁４１１３と、ポンプ４１１４とを備える。熱媒体がメイン流路４１１１を通ることで、本体４１２と熱媒体との熱交換がなされ、本体４１２を冷却することができる。ポンプ４１１４は、メイン流路４１１１に設けられる。切換弁４１１３およびポンプ４１１４は、燃料電池４１に設けられる電池管理装置４１３によって制御される。冷却機構４１１は、熱媒体と燃料電池４１との熱交換を行う第一熱交換器の一例である。
冷却システム２０は、中間熱交換器２１、ラジエータ２２、第一流路２３、第二流路２４、第一ポンプ２５、第二ポンプ２６を備える。
冷却システム２０は、中間熱交換器２１、ラジエータ２２、第一流路２３、第二流路２４、第一ポンプ２５、第二ポンプ２６を備える。
【0017】
中間熱交換器２１は、一次側と二次側にそれぞれ流路を有し、一次側に流れる熱媒体と二次側に流れる熱媒体との間で熱交換させる。
ラジエータ２２は、熱媒体を通し、熱媒体が持つ熱を外気へ放出させる。
第一流路２３は、燃料電池４１の冷却機構４１１と、中間熱交換器２１の二次側の流路とを循環するように接続する。第一流路２３および中間熱交換器２１の二次側の流路には、ヒータ５０が覆うように設けられる。ヒータ５０は、例えばリボンヒータであってよい。また、第一流路２３には、第一流路２３を流れる熱媒体の温度を計測する温度センサ２３２が設けられる。
第二流路２４は、中間熱交換器２１の一次側の流路とラジエータ２２とを循環するように接続する。
第一ポンプ２５は、第一流路２３に設けられ、熱媒体を圧送する。
第二ポンプ２６は、第二流路２４に設けられ、熱媒体を圧送する。
ラジエータ２２は、熱媒体を通し、熱媒体が持つ熱を外気へ放出させる。
第一流路２３は、燃料電池４１の冷却機構４１１と、中間熱交換器２１の二次側の流路とを循環するように接続する。第一流路２３および中間熱交換器２１の二次側の流路には、ヒータ５０が覆うように設けられる。ヒータ５０は、例えばリボンヒータであってよい。また、第一流路２３には、第一流路２３を流れる熱媒体の温度を計測する温度センサ２３２が設けられる。
第二流路２４は、中間熱交換器２１の一次側の流路とラジエータ２２とを循環するように接続する。
第一ポンプ２５は、第一流路２３に設けられ、熱媒体を圧送する。
第二ポンプ２６は、第二流路２４に設けられ、熱媒体を圧送する。
【0018】
燃料電池４１の熱は、冷却機構４１１を介して第一流路２３を流れる熱媒体へ移動する。第一流路２３を流れる熱媒体の熱は中間熱交換器２１を介して第二流路２４を流れる熱媒体へ移動する。第二流路２４を流れる熱媒体の熱はラジエータ２２を介して大気へ放出される。
【0019】
《電気システム４０の構成》
図３は、第一実施形態に係る運搬車両１０が備える電気システム４０の構成を示す概略ブロック図である。電気システム４０は、燃料電池４１、バッテリ４２、走行モータ４３、リターダグリッド４４、第一ＤＣＤＣコンバータ４５、第二ＤＣＤＣコンバータ４６、インバータ４７、第一ポンプモータ４８、第二ポンプモータ４９、ヒータ５０、制御装置６０を備える。第一ＤＣＤＣコンバータ４５、第二ＤＣＤＣコンバータ４６、インバータ４７および制御装置６０は、コントロールキャビネット１２３内に設けられる。
図３は、第一実施形態に係る運搬車両１０が備える電気システム４０の構成を示す概略ブロック図である。電気システム４０は、燃料電池４１、バッテリ４２、走行モータ４３、リターダグリッド４４、第一ＤＣＤＣコンバータ４５、第二ＤＣＤＣコンバータ４６、インバータ４７、第一ポンプモータ４８、第二ポンプモータ４９、ヒータ５０、制御装置６０を備える。第一ＤＣＤＣコンバータ４５、第二ＤＣＤＣコンバータ４６、インバータ４７および制御装置６０は、コントロールキャビネット１２３内に設けられる。
【0020】
燃料電池４１は、図示しない水素タンクから供給される水素ガスと、外気に含まれる酸素とを反応させ、電力を発生させる。第一ＤＣＤＣコンバータ４５は、燃料電池４１が生成した直流電力を母線Ｂに供給する。
【0021】
バッテリ４２は、燃料電池４１において発生した電力を蓄える。バッテリ４２は、蓄電装置の一例である。バッテリ４２は、走行モータ４３において発生した回生電力を蓄える。バッテリ４２は、蓄えた電力を出力する。第二ＤＣＤＣコンバータ４６は、バッテリ４２に充電された電力を母線Ｂに供給する。また第二ＤＣＤＣコンバータ４６は、母線Ｂに流れる直流電力の電圧を調整してバッテリ４２に供給することで、バッテリ４２を充電させる。つまり、第二ＤＣＤＣコンバータ４６は、充電装置の一例である。バッテリ４２は、バッテリ４２の状態を監視する図示しないＢＭＳ(Battery Management System)を備える。ＢＭＳは、バッテリ４２の充電率を計測し、制御装置６０に計測データを出力する。
【0022】
走行モータ４３は、走行装置１３を駆動させる電気モータ（三相交流電気モータ）である。インバータ４７は、母線Ｂに流れる直流電力を三相交流電力に変換して走行モータ４３に供給する。また、インバータ４７は、走行装置１３の制動によって走行モータ４３に発生する回生電力を直流電力に変換して、母線Ｂに供給する。
【0023】
第一ポンプモータ４８は、母線Ｂに流れる直流電力によって第一ポンプ２５を駆動させる。
第二ポンプモータ４９は、母線Ｂに流れる直流電力によって第二ポンプ２６を駆動させる。
ヒータ５０は、母線Ｂに流れる直流電力によって発熱する。
第二ポンプモータ４９は、母線Ｂに流れる直流電力によって第二ポンプ２６を駆動させる。
ヒータ５０は、母線Ｂに流れる直流電力によって発熱する。
【0024】
制御装置６０は、温度センサ２３２を含む各種センサから受信した計測データに基づいて、第一ＤＣＤＣコンバータ４５、第二ＤＣＤＣコンバータ４６、インバータ４７、第一ポンプモータ４８、第二ポンプモータ４９、およびヒータ５０を制御する。
【0025】
《制御装置６０の構成》
図４は、第一実施形態に係る制御装置６０の構成を示す概略ブロック図である。
制御装置６０は、プロセッサ６１、メインメモリ６２、ストレージ６３、インタフェース６４を備えるコンピュータである。
プロセッサ６１は、プログラムをストレージ６３から読み出してメインメモリ６２に展開し、当該プログラムに従って処理を実行する。プロセッサ６１の例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、マイクロプロセッサなどが挙げられる。
図４は、第一実施形態に係る制御装置６０の構成を示す概略ブロック図である。
制御装置６０は、プロセッサ６１、メインメモリ６２、ストレージ６３、インタフェース６４を備えるコンピュータである。
プロセッサ６１は、プログラムをストレージ６３から読み出してメインメモリ６２に展開し、当該プログラムに従って処理を実行する。プロセッサ６１の例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、マイクロプロセッサなどが挙げられる。
【0026】
プログラムは、制御装置６０に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージに既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、制御装置６０は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサ６１によって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。このような集積回路も、プロセッサの一例に含まれる。
【0027】
ストレージ６３の例としては、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ６３は、バスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース６４または通信回線を介して制御装置６０に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によって制御装置６０に配信される場合、配信を受けた制御装置６０が当該プログラムをメインメモリ６２に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ６３は、一時的でない有形の記憶媒体である。
【0028】
また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能をストレージ６３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【0029】
《制御装置６０による起動制御》
図５は、第一実施形態に係る燃料電池の起動制御方法を示すフローチャートである。
第一実施形態に係る燃料電池４１の起動制御は、運搬車両１０のキーオン時、および制御装置６０によってスケジュールされた間欠運転時に実行される。燃料電池４１の起動とは、稼働していない状態の燃料電池４１へ水素および空気を供給し、燃料電池４１を稼働させることをいう。
図５は、第一実施形態に係る燃料電池の起動制御方法を示すフローチャートである。
第一実施形態に係る燃料電池４１の起動制御は、運搬車両１０のキーオン時、および制御装置６０によってスケジュールされた間欠運転時に実行される。燃料電池４１の起動とは、稼働していない状態の燃料電池４１へ水素および空気を供給し、燃料電池４１を稼働させることをいう。
【0030】
制御装置６０は、燃料電池４１の起動制御を開始すると、温度センサ２３２から計測データを取得する（ステップＳ１）。制御装置６０は、取得した計測データの値が所定の閾値より低いか否かを判定する（ステップＳ２）。閾値は、例えば燃料電池４１の動作温度帯の下限値に近い値に設定される。
【0031】
制御装置６０は、取得した計測データの値が所定の閾値より低い場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、ヒータ５０を起動し、第一流路２３内の熱媒体を加熱する（ステップＳ３）。ヒータ５０を動作させるための電力は、第二ＤＣＤＣコンバータ４６を介してバッテリ４２から供給される。なお、このとき制御装置６０は第一ポンプ２５を駆動させない。これは、燃料電池４１の停止中に外部から強制的に熱媒体が流通されることで、燃料電池４１が備える切替弁４１１３、ポンプ４１１４、本体４１２などに負荷がかかることを抑制するためである。なお、切替弁４１１３およびポンプ４１１４は、電池管理装置４１３によって制御されるものであって、制御装置６０が外部から切替弁４１１３およびポンプ４１１４を制御することは通常できない。
そして、ステップＳ１へ戻り、第一流路２３の温度の監視を継続する。
そして、ステップＳ１へ戻り、第一流路２３の温度の監視を継続する。
【0032】
制御装置６０は、取得した計測データの値が所定の閾値以上である場合（ステップＳ２：ＮＯ）、ヒータ５０を停止させる（ステップＳ４）。なお、ステップＳ３でヒータ５０を起動させていない場合、制御装置６０はヒータ５０を停止させた状態を維持する。次に、第一ポンプモータ４８および第二ポンプモータ４９を駆動させる（ステップＳ５）。これにより、第一ポンプ２５および第二ポンプ２６が駆動し、第一流路２３および第二流路２４の熱媒体が流通する。そして、制御装置６０は、図示しない水素タンクのポンプ及びエアコンプレッサを駆動させることで、燃料電池４１を起動し（ステップＳ６）、処理を終了する。
【0033】
《作用・効果》
このように、第一実施形態に係る運搬車両１０は、熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、バッテリ４２に蓄えられた電気エネルギーによって熱媒体を加熱するヒータ５０を備える。ヒータ５０の動作に用いる電気エネルギーは、燃料電池４１ではなくバッテリ４２から供給されるため、熱媒体を昇温している燃料電池４１の発電効率が悪い間は、燃料電池４１が使用されない。これにより、運搬車両１０は、燃料電池４１の起動時に、低温環境下においても、燃料電池４１を発電効率のよい状態で起動することができる。なお、燃料電池４１が稼働しているときは、燃料電池４１が発熱するため、ヒータ５０は熱媒体を加熱しなくてよい。そのため、第一実施形態に係るヒータ５０は、燃料電池４１が停止しており、かつ熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、熱媒体を加熱する。他の実施形態においては、燃料電池４１が停止しているか否かに関わらず、熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、熱媒体を加熱してもよい。
なお、第一実施形態に係る冷却システム２０は、中間熱交換器２１を備えるが、他の実施形態においては、中間熱交換器２１を備えなくてもよい。この場合、ヒータ５０は、ラジエータ２２および燃料電池４１とラジエータ２２とを接続する配管を覆うように設けられる。
このように、第一実施形態に係る運搬車両１０は、熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、バッテリ４２に蓄えられた電気エネルギーによって熱媒体を加熱するヒータ５０を備える。ヒータ５０の動作に用いる電気エネルギーは、燃料電池４１ではなくバッテリ４２から供給されるため、熱媒体を昇温している燃料電池４１の発電効率が悪い間は、燃料電池４１が使用されない。これにより、運搬車両１０は、燃料電池４１の起動時に、低温環境下においても、燃料電池４１を発電効率のよい状態で起動することができる。なお、燃料電池４１が稼働しているときは、燃料電池４１が発熱するため、ヒータ５０は熱媒体を加熱しなくてよい。そのため、第一実施形態に係るヒータ５０は、燃料電池４１が停止しており、かつ熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、熱媒体を加熱する。他の実施形態においては、燃料電池４１が停止しているか否かに関わらず、熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、熱媒体を加熱してもよい。
なお、第一実施形態に係る冷却システム２０は、中間熱交換器２１を備えるが、他の実施形態においては、中間熱交換器２１を備えなくてもよい。この場合、ヒータ５０は、ラジエータ２２および燃料電池４１とラジエータ２２とを接続する配管を覆うように設けられる。
【0034】
第一実施形態に係るヒータ５０は、中間熱交換器２１および第一流路２３のうち燃料電池４１と中間熱交換器２１とを接続する範囲を覆うように設けられる。これにより、第一ポンプ２５を駆動させて燃料電池４１に負荷をかけることなく、第一流路２３内に保持される熱媒体全体を昇温させることができる。
【0035】
〈第二実施形態〉
第二実施形態に係る運搬車両１０は、第一実施形態と異なる構成の冷却システム２０を備える。図６は、第一実施形態に係る燃料電池４１を冷却するための冷却システム２０を示す図である。
第二実施形態に係る冷却システム２０は、第一実施形態と同様に、中間熱交換器２１、ラジエータ２２、第一流路２３、第二流路２４、第一ポンプ２５、第二ポンプ２６を備える。一方で、第二実施形態に係るヒータ５０および温度センサ２３２は、第二流路２４に設けられる。ヒータ５０は、第二流路２４またはラジエータ２２の一部分に設けられる。温度センサ２３２はヒータ５０の上流側に設けられる。
第二実施形態に係る運搬車両１０は、第一実施形態と異なる構成の冷却システム２０を備える。図６は、第一実施形態に係る燃料電池４１を冷却するための冷却システム２０を示す図である。
第二実施形態に係る冷却システム２０は、第一実施形態と同様に、中間熱交換器２１、ラジエータ２２、第一流路２３、第二流路２４、第一ポンプ２５、第二ポンプ２６を備える。一方で、第二実施形態に係るヒータ５０および温度センサ２３２は、第二流路２４に設けられる。ヒータ５０は、第二流路２４またはラジエータ２２の一部分に設けられる。温度センサ２３２はヒータ５０の上流側に設けられる。
【0036】
《制御装置６０による起動制御》
図７は、第一実施形態に係る燃料電池の起動制御方法を示すフローチャートである。第二実施形態に係る制御装置６０は、燃料電池４１の起動制御を開始すると、温度センサ２３２から計測データを取得する（ステップＳ２１）。制御装置６０は、取得した計測データの値が所定の閾値より低いか否かを判定する（ステップＳ２２）。制御装置６０は、取得した計測データの値が所定の閾値より低い場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、ヒータ５０を起動し、第二流路２４内の熱媒体を加熱する（ステップＳ２３）。ヒータ５０を動作させるための電力は、第二ＤＣＤＣコンバータ４６を介してバッテリ４２から供給される。制御装置６０は第二ポンプモータ４９を駆動させる（ステップＳ２４）。これにより、第二ポンプ２６によって第二流路２４内の熱媒体が流通し、ヒータ５０によって第二流路２４内の熱媒体全体が加熱される。他方、制御装置６０は、第一ポンプ２５を駆動させない。そして、ステップＳ２１へ戻り、第一流路２３の温度の監視を継続する。
図７は、第一実施形態に係る燃料電池の起動制御方法を示すフローチャートである。第二実施形態に係る制御装置６０は、燃料電池４１の起動制御を開始すると、温度センサ２３２から計測データを取得する（ステップＳ２１）。制御装置６０は、取得した計測データの値が所定の閾値より低いか否かを判定する（ステップＳ２２）。制御装置６０は、取得した計測データの値が所定の閾値より低い場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、ヒータ５０を起動し、第二流路２４内の熱媒体を加熱する（ステップＳ２３）。ヒータ５０を動作させるための電力は、第二ＤＣＤＣコンバータ４６を介してバッテリ４２から供給される。制御装置６０は第二ポンプモータ４９を駆動させる（ステップＳ２４）。これにより、第二ポンプ２６によって第二流路２４内の熱媒体が流通し、ヒータ５０によって第二流路２４内の熱媒体全体が加熱される。他方、制御装置６０は、第一ポンプ２５を駆動させない。そして、ステップＳ２１へ戻り、第一流路２３の温度の監視を継続する。
【0037】
制御装置６０は、取得した計測データの値が所定の閾値以上である場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、ヒータ５０を停止させる（ステップＳ２５）。なお、ステップＳ２３でヒータ５０を起動させていない場合、制御装置６０はヒータ５０を停止させた状態を維持する。次に、第一ポンプモータ４８および第二ポンプモータ４９を駆動させる（ステップＳ２６）。これにより、第一ポンプ２５および第二ポンプ２６が駆動し、第一流路２３および第二流路２４の熱媒体が流通する。なお、ステップＳ２４で既に第二ポンプモータ４９が駆動している場合、制御装置６０は第二ポンプモータ４９が駆動している状態を維持する。そして、制御装置６０は、図示しない水素タンクのポンプ及びエアコンプレッサを駆動させることで、燃料電池４１を起動し（ステップＳ２７）、処理を終了する。
【0038】
《作用・効果》
このように、第二実施形態に係るヒータ５０は、第二流路２４に設けられ、熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、バッテリ４２に蓄えられた電気エネルギーによって熱媒体を加熱する。このとき、第二ポンプ２６が駆動し、第二流路２４の熱媒体を圧送する。これにより、ヒータ５０がラジエータ２２、中間熱交換器２１または第二流路２４の一部にのみ設けられる場合であっても、第二流路２４を流通する熱媒体全体を昇温することができる。また、制御装置６０は、第二ポンプ２６を駆動させる一方で第一ポンプ２５は駆動させないため、燃料電池４１に負荷がかからない。
このように、第二実施形態に係るヒータ５０は、第二流路２４に設けられ、熱媒体の温度が所定の閾値より低いときに、バッテリ４２に蓄えられた電気エネルギーによって熱媒体を加熱する。このとき、第二ポンプ２６が駆動し、第二流路２４の熱媒体を圧送する。これにより、ヒータ５０がラジエータ２２、中間熱交換器２１または第二流路２４の一部にのみ設けられる場合であっても、第二流路２４を流通する熱媒体全体を昇温することができる。また、制御装置６０は、第二ポンプ２６を駆動させる一方で第一ポンプ２５は駆動させないため、燃料電池４１に負荷がかからない。
【0039】
図８は、第二実施形態の変形例に係る冷却システム２０の構成を示す図である。なお、他の実施形態では、ヒータ５０に代えてリターダグリッド４４と第二流路２４との熱交換を行う熱交換器を第二流路２４に設けてもよい。この場合、制御装置６０は、ステップＳ２３において、ヒータ５０を起動させることに代えて、インバータ４７にリターダグリッド４４への電力供給を指示する。これにより、リターダグリッド４４によって発生された熱を、第二流路２４へ供給し、第二流路２４内の熱媒体を昇温させることができる。なお、他の実施形態においては、リターダグリッド４４の熱を回収するための流路と、第二流路２４とは別個に設けられ、ラジエータ２２において熱交換がなされてもよい。
【0040】
〈第三実施形態〉
第三実施形態に係る運搬車両１０は、第一、第二実施形態と異なる構成の冷却システム２０を備える。図９は、第一実施形態に係る燃料電池４１を冷却するための冷却システム２０を示す図である。
第三実施形態に係る冷却システム２０は、ラジエータ２２、循環流路２７、ショートカット流路２８、ポンプ２９、切替弁３０を備える。つまり、第三実施形態に係る冷却システム２０は、中間熱交換器２１を備えない。
第三実施形態に係る運搬車両１０は、第一、第二実施形態と異なる構成の冷却システム２０を備える。図９は、第一実施形態に係る燃料電池４１を冷却するための冷却システム２０を示す図である。
第三実施形態に係る冷却システム２０は、ラジエータ２２、循環流路２７、ショートカット流路２８、ポンプ２９、切替弁３０を備える。つまり、第三実施形態に係る冷却システム２０は、中間熱交換器２１を備えない。
【0041】
循環流路２７は、燃料電池４１の冷却機構４１１と、ラジエータ２２とを循環するように接続する。
ショートカット流路２８は、循環流路２７のうち、燃料電池４１の冷却機構４１１と、ラジエータ２２との間を接続する。
ポンプ２９は、循環流路２７のうち、ラジエータ２２とショートカット流路２８との間に設けられる。ポンプ２９は、循環流路２７内の熱媒体を圧送する。
切替弁３０は、循環流路２７とショートカット流路２８との接続箇所に設けられる。切替弁３０は、ラジエータ２２から流れる熱媒体を、燃料電池４１の冷却機構４１１へ通すかショートカット流路２８へ通すかを切り替える。熱媒体は、ショートカット流路２８を通る場合、冷却機構４１１を通らずにラジエータ２２へ循環する。
ショートカット流路２８は、循環流路２７のうち、燃料電池４１の冷却機構４１１と、ラジエータ２２との間を接続する。
ポンプ２９は、循環流路２７のうち、ラジエータ２２とショートカット流路２８との間に設けられる。ポンプ２９は、循環流路２７内の熱媒体を圧送する。
切替弁３０は、循環流路２７とショートカット流路２８との接続箇所に設けられる。切替弁３０は、ラジエータ２２から流れる熱媒体を、燃料電池４１の冷却機構４１１へ通すかショートカット流路２８へ通すかを切り替える。熱媒体は、ショートカット流路２８を通る場合、冷却機構４１１を通らずにラジエータ２２へ循環する。
【0042】
循環流路２７のうち、ショートカット流路２８とラジエータ２２の間には、ヒータ５０が設けられる。また、循環流路２７のうちヒータ５０の上流側には、循環流路２７を流れる熱媒体の温度を計測する温度センサ２３２が設けられる。
【0043】
《制御装置６０による起動制御》
図１０は、第三実施形態に係る燃料電池の起動制御方法を示すフローチャートである。第三実施形態に係る制御装置６０は、燃料電池４１の起動制御を開始すると、制御装置６０は、切替弁３０に、流れ方向をショートカット流路２８側へ切り替える指示信号を出力する（ステップＳ４１）。次に、制御装置６０は、ポンプ２９を駆動させる（ステップＳ４２）。これにより、循環流路２７内の熱媒体は、ラジエータ２２とショートカット流路２８との間を循環する。
図１０は、第三実施形態に係る燃料電池の起動制御方法を示すフローチャートである。第三実施形態に係る制御装置６０は、燃料電池４１の起動制御を開始すると、制御装置６０は、切替弁３０に、流れ方向をショートカット流路２８側へ切り替える指示信号を出力する（ステップＳ４１）。次に、制御装置６０は、ポンプ２９を駆動させる（ステップＳ４２）。これにより、循環流路２７内の熱媒体は、ラジエータ２２とショートカット流路２８との間を循環する。
【0044】
次に、温度センサ２３２から計測データを取得する（ステップＳ４３）。制御装置６０は、ステップＳ４３で取得した計測データの値が所定の閾値より低いか否かを判定する（ステップＳ４４）。制御装置６０は、取得した計測データの値が所定の閾値より低い場合（ステップＳ４４：ＹＥＳ）、ヒータ５０を起動し、第二流路２４内の熱媒体を加熱する（ステップＳ４５）。ヒータ５０を動作させるための電力は、第二ＤＣＤＣコンバータ４６を介してバッテリ４２から供給される。ヒータ５０によって循環流路２７内の熱媒体が加熱される。他方、切替弁３０によって、熱媒体が燃料電池４１の冷却機構４１１へは供給されない。そして、ステップＳ４３へ戻り、第一流路２３の温度の監視を継続する。
【0045】
制御装置６０は、取得した計測データの値が所定の閾値以上である場合（ステップＳ４４：ＮＯ）、ヒータ５０を停止させる（ステップＳ４６）。なお、ステップＳ４５でヒータ５０を起動させていない場合、制御装置６０はヒータ５０を停止させた状態を維持する。次に、制御装置６０は、切替弁３０に、流れ方向を燃料電池４１側へ切り替える指示信号を出力する（ステップＳ４７）。これにより、燃料電池４１へ熱媒体が流通する。そして、制御装置６０は、図示しない水素タンクのポンプ及びエアコンプレッサを駆動させることで、燃料電池４１を起動し（ステップＳ４８）、処理を終了する。
【0046】
《作用・効果》
このように、第三実施形態に係るヒータ５０は、循環流路２７のうちショートカット流路２８とラジエータ２２との間に設けられる。このとき、熱媒体の温度が閾値より低い間、熱媒体は切替弁３０によってショートカット流路２８を通り、燃料電池４１へ供給されない。これにより、制御装置６０は、燃料電池４１に負荷をかけることなく、熱媒体を昇温させることができる。
このように、第三実施形態に係るヒータ５０は、循環流路２７のうちショートカット流路２８とラジエータ２２との間に設けられる。このとき、熱媒体の温度が閾値より低い間、熱媒体は切替弁３０によってショートカット流路２８を通り、燃料電池４１へ供給されない。これにより、制御装置６０は、燃料電池４１に負荷をかけることなく、熱媒体を昇温させることができる。
【0047】
〈他の実施形態〉
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。
上述した実施形態に係る制御装置６０は、単独のコンピュータによって構成されるものであってもよいし、制御装置６０の構成を複数のコンピュータに分けて配置し、複数のコンピュータが互いに協働することで制御装置６０として機能するものであってもよい。このとき、制御装置６０を構成する一部のコンピュータが作業機械の内部に搭載され、他のコンピュータが作業機械の外部に設けられてもよい。
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。
上述した実施形態に係る制御装置６０は、単独のコンピュータによって構成されるものであってもよいし、制御装置６０の構成を複数のコンピュータに分けて配置し、複数のコンピュータが互いに協働することで制御装置６０として機能するものであってもよい。このとき、制御装置６０を構成する一部のコンピュータが作業機械の内部に搭載され、他のコンピュータが作業機械の外部に設けられてもよい。
【符号の説明】
【0048】
１０…運搬車両 １１…ダンプボディ １２…車体 １２１…プラットフォーム １２２…運転室 １２３…コントロールキャビネット １３…走行装置 ２０…冷却システム ２１…中間熱交換器 ２２…ラジエータ ２３…第一流路 ２３２…温度センサ ２４…第二流路 ２５…第一ポンプ ２６…第二ポンプ ４０…電気システム ４１…燃料電池 ４１１…冷却機構 ４２…バッテリ ４３…走行モータ ４４…リターダグリッド ４５…第一ＤＣＤＣコンバータ ４６…第二ＤＣＤＣコンバータ ４７…インバータ ４８…第一ポンプモータ ４９…第二ポンプモータ ５０…ヒータ ６０…制御装置 ６１…プロセッサ ６２…メインメモリ ６３…ストレージ ６４…インタフェース ２７…循環流路 ２９…ポンプ ２８…ショートカット流路 ３０…切替弁
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】