JP3149400U - 産業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧を発生する燃料電池を使用することにより、燃料電池ユニットよりも機台の方が要求される絶縁抵抗値が低い状態であっても、適応することができる産業車両の提供にある。【解決手段】燃料電池フォークリフトの燃料電池ユニットＦ内において、燃料電池１０からの電力の電圧を降圧するＤＣ−ＤＣコンバータ１２と、燃料電池１０の電力を燃料電池ユニットＦ外部へ出力するためのコネクタ１４との間に絶縁トランス１３を設けた。これにより、燃料電池側の電気回路と機台側の電気回路を切り離すことができる。そして、それぞれの電気回路における最高電圧に対して要求される絶縁抵抗値を設定することができる。【選択図】 図２

Description

本考案は、燃料電池ユニットを駆動源とする産業車両に係り、特に、機台の絶縁抵抗値の方が、燃料電池ユニットの絶縁抵抗値より低く設定されている産業車両に関する。

近年、クリーンなエネルギ源として、燃料電池が注目されており、この燃料電池で発電した電力を駆動源として用いた産業車両が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
例えば、産業車両の一種であるフォークリフトにおいては、図３に示すように鉛バッテリＰを駆動源として走行、荷役の作業を行うバッテリフォークリフト５１の鉛バッテリＰに換えてバッテリ室５２に燃料電池ユニットＦを搭載し、燃料電池５３を駆動源として走行、荷役を行う燃料電池フォークリフト５４がある。このような燃料電池フォークリフト５４は鉛バッテリＰを燃料電池ユニットＦに置き換えることから、「バッテリリプレイスメント型燃料電池フォークリフト」と称されている。
このような燃料電池フォークリフト５４の機台５５はバッテリフォークリフト５１の構成を利用している。即ち、図示しない走行モータや荷役モータ、このモータを制御するコントローラはバッテリフォークリフト５１の構成を使用している。これにより、既に普及しているバッテリフォークリフト５１の機台５５をそのまま燃料電池フォークリフト５４に転用できるという利点がある。

図４に燃料電池フォークリフト５４の電気的構成を示す。燃料電池フォークリフト５４は、燃料電池ユニットＦ内に、発電を行う燃料電池５３と、燃料電池５３から発生した電力の電圧を降圧するＤＣ−ＤＣコンバータ５６を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ５６で降圧された電力は、コネクタ５７及び配線５８を介して、走行モータや荷役モータやコントローラなどの駆動手段５９に接続されている。
ここで、燃料電池５３は搭載性の関係上、単セルを複数枚重ねて配置するという構造となっており、これにより高い電圧を発生させて必要な電力をかせいでいる。一方、バッテリフォークリフト５１に使用されている鉛バッテリＰは、一般的には、燃料電池５３の電圧よりも低い４８Ｖの電圧を発生させている。従って、燃料電池５３で、機台５５の駆動手段５９を駆動するときは、その燃料電池５３で発生した高電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ５６等で鉛バッテリＰの電圧４８Ｖに降圧してから駆動手段５９に供給している。

ところで、図４に示すように、燃料電池５３と駆動手段５９は電気回路としては、直接繋がった構成となっている。即ち、燃料電池５３の電力は、その高電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ５６で降圧されてから駆動手段５９に供給されてはいるのだが、駆動手段５９側の電気回路も燃料電池５３が発生する高電圧を基準とした電気回路として設計としなければならない。
しかし、機台５５の駆動手段５９は、バッテリフォークリフト５１用であるため、鉛バッテリＰにおける４８Ｖの電圧で駆動されることを想定しており、それ以上の高電圧を発生する燃料電池５３を搭載すること前提として設計がされていない可能性が高い。
ここで、フォークリフトなどの産業車両には漏電等を防止するため、それぞれ電気回路の最高電圧に応じて決められた絶縁抵抗値を満たすようにしている。そして、この絶縁抵抗値は、使用する電圧が高いほど高い絶縁抵抗値とする必要がある。

特開２００７−２４２４３４号

しかしながら、上記のように、バッテリリプレイスメント型の燃料電池フォークリフト５４はバッテリフォークリフトの機台５５を流用しているため、以下のような問題があった。
機台５５は、鉛バッテリの電圧４８Ｖにおける絶縁抵抗値を満たすように設計されているため、燃料電池５３の発生する最高電圧から見た絶縁抵抗値としては、不十分である可能性がある。機台５５における絶縁抵抗値が不十分である場合には、このバッテリリプレイスメント型の燃料電池フォークリフト５４は、機台５５において漏電が起こる可能性がある。

本考案は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本考案の目的は、高電圧を発生する燃料電池を使用することにより、燃料電池ユニットよりも機台の方が要求される絶縁抵抗値が低い状態であっても、適応することができる産業車両を提供する。

上記課題を達成するため、請求項１記載の考案では、燃料電池と、前記燃料電池で発電した電力の電圧を所定電圧まで降圧する降圧手段と、前記燃料電池の電力を外部に出力するための接続端子とを備える駆動源としての燃料電池ユニットと、駆動源収容部に前記燃料電池ユニットを搭載するとともに、駆動源からの電力により駆動する駆動手段を有する機台と、を備え、前記機台の絶縁抵抗値が前記燃料電池ユニットの絶縁抵抗値よりも低く設定されている産業車両において、前記燃料電池ユニットは、前記降圧手段と前記接続端子との間に絶縁トランスを備えたことを特徴としている。

請求項１に記載の考案によれば、燃料電池ユニットにおいて、降圧手段と接続端子との間に絶縁トランスを設けているので、絶縁トランスにより降圧手段と接続端子の間で電気的に回路を切り離すことができる。これによって、絶縁トランスよりも燃料電池側の電気回路と、絶縁トランスよりも機台側の電気回路は、直接的に接続されることがなくなる。
したがって、それぞれの電気回路は、それぞれの電気回路における最高電圧に基づく絶縁抵抗値を満たすように設計することができる。つまり、燃料電池側の電気回路は燃料電池の電圧に基づく絶縁抵抗値が設定され、機台側の電気回路は絶縁トランスの出力側にかかる、降圧手段にて降圧された電圧に基づく絶縁抵抗値が設定される。
このようにして、燃料電池側電気回路の絶縁抵抗値よりも機台電気回路側の絶縁抵抗値が低くても、問題が発生することを防止することができる。即ち、燃料電池ユニットよりも機台の方が要求される絶縁抵抗値が低い場合であっても、適応することができる。
ここで、機台の絶縁抵抗値とは、機台側の電気回路と機台（フレーム）との絶縁抵抗値を意味する。
そして、燃料電池ユニットの絶縁抵抗値とは、燃料電池ユニット外側（外枠）と燃料電池側の電気回路との絶縁抵抗値を意味する。

請求項２記載の考案は、請求項１記載の考案であって、前記機台は鉛バッテリを駆動源とするバッテリ産業車両として設計されたものであり、前記バッテリ産業車両の前記駆動源収容部に、前記鉛バッテリに換えて前記燃料電池ユニットを搭載したことを特徴としている。

請求項２に記載の考案によれば、機台に鉛バッテリに換えて燃料電池ユニットを搭載するバッテリリプレイスメント型燃料電池産業車両に適応することができ、現在汎用されている鉛バッテリを駆動源とするバッテリ産業車両の機台を流用することができる。したがって、燃料電池専用の機台を新たに設計する必要がない。

本考案によれば、高電圧を発生する燃料電池を使用することにより、要求される絶縁抵抗値が燃料電池ユニットと機台とを比較して、燃料電池ユニットよりも機台の方が低い状態であっても、適応することができる。

本考案の実施形態に係る燃料電池フォークリフトの構成を示す側面図である。 本考案の実施形態に係る燃料電池フォークリフトの電気的構成を示す図である。 燃料電池フォークリフトの模式側面図である。 従来の実施形態に係る燃料電池フォークリフトの電気的構成を示す図である。

以下、本考案の実施形態における産業車両について図１、２を用いて説明する。
この実施形態は、産業車両としてのフォークリフトについて適用した一例であり、特に、図１に示すように、鉛バッテリＰを駆動源として走行、荷役の作業を行うバッテリ産業車両の一種であるバッテリフォークリフトの鉛バッテリＰに換えて、駆動源収容部としてのバッテリ室２に燃料電池ユニットＦを搭載し、燃料電池ユニットＦを駆動源として走行、荷役を行う「バッテリリプレイスメント型燃料電池フォークリフト１」に適用した例を示す。
バッテリリプレイスメント型燃料電池フォークリフト１（以下、単に燃料電池フォークリフト１という）は、現在汎用されているバッテリフォークリフトの機台３を流用して使用するものであり、具体的には、フォークリフトのフレーム４やウエイト５などの車体部分６や、走行モータ７や荷役モータ８、このモータ７、８を制御するコントローラ９や、ディスプレイ（図示せず）などの駆動源から電力の供給を受けて駆動する駆動手段１１を流用し構成している。また、バッテリ室２には外枠によって覆われた燃料電池ユニットＦが搭載されている。

次に、燃料電池フォークリフト１の電気的構成について、図２を用いて示す。
燃料電池ユニットＦ内には、電力を発生する燃料電池１０と、燃料電池１０から発生した電力の電圧を降圧する降圧手段としてのＤＣ−ＤＣコンバータ１２が備えられている。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２で降圧された電力は、絶縁トランス１３を介して電力を外部に出力するための接続端子としてのコネクタ１４に送られ、燃料電池ユニットＦの外部に出力される。燃料電池ユニットＦ外部に出力された電力は、コネクタ１４に接続された配線１５を介して、駆動手段１１へと供給される。

燃料電池１０は、水素及び酸素を使用して発電するものであり、単セルを複数枚重ねて配置することにより、高い電圧を発生するようになっている。この電圧は、燃料電池１０の搭載性の関係から設定され、駆動手段１１の駆動電圧の２倍程度である。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、燃料電池１０から発生された電圧を機台３で使用する電圧まで降圧するものであり、本実施形態では、燃料電池１０で発生した高電圧を駆動手段１１での電圧である所定電圧としての４８Ｖに降圧している。
また、絶縁トランス１３は、入力側と出力側とは電気的には絶縁状態として、入力された電力は電磁誘導の作用によって入力側の電力を出力側に供給する部品である。この絶縁トランス１３により、燃料電池１０からの電力は、電磁誘導によって機台３の駆動手段１１に供給されているが、図２に示すように、燃料電池側電気回路Ａと機台側電気回路Ｂとは電気的に切り離されている。
したがって、燃料電池側電気回路Ａは、燃料電池１０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と絶縁トランス１３の入力側から構成されている。一方、機台側電気回路Ｂは、絶縁トランス１３の出力側と、コネクタ１４、配線１５、そして、駆動手段１１から構成されている。
コネクタ１４は燃料電池ユニットＦと機台３の配線１５を繋ぐ接続端子であり、配線１５は燃料電池１０からの電力を走行モータ７や荷役モータ８など機台３に設けられた駆動手段１１に対して電力を供給する。

次に、燃料電池ユニットＦと機台３の絶縁抵抗について説明する。
燃料電池ユニットＦ及び機台３においては、漏電等を防止するために、燃料電池ユニットＦにおいては、燃料電池ユニットＦ内部の電気回路と燃料電池ユニットＦの外枠との間で十分に絶縁されている必要がある。また、機台３においては、配線１５など機台３における電気回路と機台３のフレーム４との間において十分に絶縁されている必要がある。そして、この絶縁の状態は一般的に絶縁抵抗値で表現される。この絶縁の状態は、電気回路の電圧と関係しており、電気回路の電圧が高いほど高い絶縁抵抗値としなければならない。
したがって、燃料電池ユニットＦや機台３の設計にあたっては、電気回路における最高電圧値を基準として、その最高電圧において要求される絶縁抵抗値を満たさなければならない。
ここで、燃料電池ユニットＦは、燃料電池ユニットＦが高電圧を発生していることから、高電圧における絶縁抵抗値を、燃料電池ユニットＦ内部の電気回路と燃料電池ユニットＦの外枠の間で満たすように設計している。
一方、機台３はバッテリフォークリフトの機台３を流用しているため、鉛バッテリＰの電圧４８Ｖの電圧を使用することを想定して設計がなされている。したがって、機台３は４８Ｖにおける絶縁抵抗値を、機台３の電気回路と機台３のフレーム４との間で満たすように設計されている。
このように、燃料電池ユニットＦと機台３とでは要求される絶縁抵抗値が異なっており、燃料電池ユニットＦより、機台３の方が要求される絶縁抵抗値が低く設定されている。

次に、燃料電池フォークリフト１の電気的構成における作用について説明する。
本実施形態では、上述したように絶縁トランス１３によって、燃料電池１０側と機台３側で電気回路が切り離されている。したがって、燃料電池側電気回路Ａと機台側電気回路Ｂとは、直接的に接続されることがなくなっている。
このように、燃料電池１０側と機台３側とに電気回路を分離したことにより、それぞれの電気回路における最高電圧が別々に定められることになる。
まず、燃料電池側電気回路Ａは、燃料電池１０が発生する電力は高い電圧であるため、燃料電池側電気回路Ａはこの高電圧を基準に設計を行わなければならない。
また、機台側電気回路Ｂは、絶縁トランス１３に燃料電池側電気回路Ａから供給される電力の電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２によって降圧された値となる。したがって、機台側電気回路Ｂは最高電圧４８Ｖを基準となり、４８Ｖにおける絶縁抵抗値を満たすように設計される。

このように、絶縁トランス１３を設けたことにより、燃料電池側電気回路Ａと機台側電気回路Ｂとによって、最高電圧の値が設定されるため、絶縁抵抗値も、それぞれの最高電圧の値によって決められる。
したがって、燃料電池側電気回路Ａの部分の絶縁抵抗値は、高電圧に対する絶縁抵抗値となり、一方、機台側電気回路Ｂの部分の絶縁抵抗値は、４８Ｖに対する絶縁抵抗値となる。
ここで、燃料電池側電気回路Ａの構成は、全て燃料電池ユニットＦ内に存在するものであり、燃料電池ユニットＦ内においては、高電圧に対する絶縁抵抗値を満たす必要があることになるが、燃料電池ユニットＦは、高電圧における絶縁抵抗値を満たすように専用設計されているものであるため、絶縁抵抗値が不十分となることはない。
一方、機台側電気回路Ｂは、絶縁トランス１３の出力側から駆動手段１１に至る電気回路であり、機台３の電気的構成は全てこの電気回路に含まれている。したがって、機台３は４８Ｖにおける絶縁抵抗値を満たすように設計すればよい。ここで、もともと、機台３は鉛バッテリＰから発生される電力の電圧である４８Ｖに対して絶縁抵抗値を満たすように設計されている。したがって、機台３においても絶縁抵抗値が不十分となることはない。

この実施形態では以下のような効果を有する。
（１）燃料電池ユニットＦ内に設けた絶縁トランス１３によって、燃料電池１０側と機台３側とに電気回路を切り離した。これにより、燃料電池側電気回路Ａと機台側電気回路Ｂとは直接的に接続されることがなくなるため、それぞれ別々にその電気回路の最高電圧に応じた絶縁抵抗値を設定することができる。したがって、燃料電池ユニットＦよりも機台３の方が絶縁抵抗値が低い状態であっても、適応することができる。
（２）本実施形態では、バッテリフォークリフトの機台３のバッテリ部分に燃料電池ユニットＦを搭載するバッテリリスプレイスメント型燃料電池フォークリフトであり、このような燃料電池フォークリフト１においては、機台３が鉛バッテリＰの電圧に応じた絶縁抵抗値となっているが、本実施形態を適応することができる。
（３）本実施形態においては、燃料電池ユニットＦ内の末端であるＤＣ−ＤＣコンバータ１２とコネクタ１４との間に絶縁トランス１３を設けた、このように燃料電池ユニットＦ内の端部に絶縁トランス１３を設けたので、燃料電池ユニットＦ内で確実に電気回路を切り離すことができる。

上記実施形態は前記に限定されるものではなく、以下のように変更してもよい。
本実施形態では、バッテリリプレイスメント型燃料電池フォークリフト１の例で、説明したが、フォークリフトに限られず、建設車両や、牽引車などに適応してもよい。

上記実施形態では、鉛バッテリＰに換えて燃料電池ユニットＦに置き換えるバッテリリプレイスメント型燃料電池フォークリフト１で説明をしたが、このようなタイプに限定されるものではない。燃料電池ユニットＦよりも機台３の方が要求される絶縁抵抗値が低いものであれば適応が可能である。

ここで、燃料電池フォークリフト１について追記をする。
燃料電池１０は電力発生時に同時に熱も発生する。したがって、その発生した熱を排熱するようにしなければならない。通常、燃料電池内に冷却水の流路を設け、燃料電池から発生された熱は、ラジエータにて冷却を行うようにしている。
しかし、ラジエータが大型化する問題があった。そこで、ラジエータと燃料電池の流路の間に、ヒートポンプ式冷却機を追加することにより最終段に設けられるラジエータへ入力される冷却水の温度を上げることにより、ラジエータの冷却効率を上げ、ラジエータの小型化ができるようにしてもよい。

１、５４ 燃料電池フォークリフト
２ バッテリ室
３、５５ 機台
７ 走行モータ
８ 荷役モータ
１０ 燃料電池
１１、５９ 駆動手段
１２、５６ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１３ 絶縁トランス
１４、５７ コネクタ
５１ バッテリフォークリフト
Ｆ 燃料電池ユニット
Ｐ 鉛バッテリ

Claims (2)

1. 燃料電池と、
   前記燃料電池で発電した電力の電圧を所定電圧まで降圧する降圧手段と、
   前記燃料電池の電力を外部に出力するための接続端子とを備える駆動源としての燃料電池ユニットと、
   駆動源収容部に前記燃料電池ユニットを搭載するとともに、駆動源からの電力により駆動する駆動手段を有する機台と、を備え、
   前記機台の絶縁抵抗値が前記燃料電池ユニットの絶縁抵抗値よりも低く設定されている産業車両において、
   前記燃料電池ユニットは、前記降圧手段と前記接続端子との間に絶縁トランスを備えたことを特徴とする産業車両。
2. 前記機台は鉛バッテリを駆動源とするバッテリ産業車両として設計されたものであり、
   前記バッテリ産業車両の前記駆動源収容部に、前記鉛バッテリに換えて前記燃料電池ユニットを搭載したことを特徴とする請求項１記載の産業車両。