(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを貯蔵するガス貯蔵手段と、
該ガス貯蔵手段の内部における前記ガスによるガス圧を検出するガス圧検出手段と、
前記ガス圧の減少量を推定するガス圧推定手段と、
前記推定されたガス圧の減少量、前記検出されたガス圧、及び、前記ガス貯蔵手段の開弁時のガス圧に基づいて、該ガス圧検出手段の異常を検知する異常検知手段と、
前記異常検知手段によって前記異常が検知されない場合に、前記検出されたガス圧に基づいて前記ガス貯蔵手段からの前記ガスの供給制御を行うと共に、前記異常検知手段によって前記異常が検知された場合に、前記推定されたガス圧の減少量及び前記ガス貯蔵手段の開弁時のガス圧に基づいて前記供給制御を行う供給制御手段と
を備えたことを特徴とするガス供給装置。
【請求項２】
前記ガス貯蔵手段を複数備え、
該複数のガス貯蔵手段に夫々対応して前記異常検知手段を複数備え、
前記供給制御手段は、前記複数のガス貯蔵手段のうち、前記異常検知手段によって異常であると検知された一のガス圧検出手段に対応するガス貯蔵手段については、前記推定されたガス圧の減少量及び前記一のガス貯蔵手段の開弁時のガス圧に基づいて前記供給制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のガス供給装置。
【請求項３】
前記複数のガス貯蔵手段は、並列に連結されており、
前記供給制御手段は、前記複数のガス貯蔵手段のうち、前記ガスを供給中である一のガス貯蔵手段についての前記検出又は推定されたガス圧が所定閾値を下回った場合に、前記一のガス貯蔵手段に代えて他のガス貯蔵手段から前記ガスの供給を行うように前記供給制御を行うことを特徴とする請求項２に記載のガス供給装置。
【請求項４】
前記供給制御手段は、前記複数のガス貯蔵手段に夫々対応すると共に相互から独立して開閉可能な複数の開閉バルブを備えることを特徴とする請求項２又は３に記載のガス供給装置。
【請求項５】
前記複数のガス貯蔵手段に夫々接続された複数の枝部と、前記複数の枝部が合成されてなる本体部とを有する、前記ガスの供給経路のうち、前記本体部に配設されると共に、前記本体部における前記ガスの圧力及び流量のうち少なくとも一方のパラメータを測定する測定手段を更に備え、
前記供給制御手段は、前記測定されたパラメータが所定閾値を下回った場合に、前記複数のガス貯蔵手段の間で前記検出又は推定されたガス圧の高い順番に前記ガスを供給するガス貯蔵手段を切り替えることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項６】
前記ガスを燃料として発電する燃料電池の発電によって出力された出力電流を測定する電流測定手段を更に備え、
前記ガス圧推定手段は、前記測定された出力電流に基づいて、前記ガス圧を推定することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項７】
前記測定された出力電流からガス消費量を算出するガス消費量算出手段を更に備え、
前記ガス圧推定手段は、前記算出されたガス消費量に基づいて、前記ガス圧を推定することを特徴とする請求項６に記載のガス供給装置。
【請求項８】
前記ガス圧推定手段は、前記異常が検出された場合、前記異常が検知される以前に、前記ガス圧検出手段によって検出された過去のガス圧に基づいて、前記ガス圧を推定することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項９】
ガスを夫々貯蔵する複数のガス貯蔵手段と、
該複数のガス貯蔵手段の内部における前記ガスによるガス圧を夫々検出又は推定するするガス圧取得手段と、
前記複数のガス貯蔵手段に夫々接続された複数の枝部と、前記複数の枝部が合成されてなる本体部とを有する、前記ガスの供給経路のうち、前記本体部に配設されると共に前記本体部における前記ガスの圧力及び流量のうち少なくとも一方のパラメータを測定する測定手段と、
前記測定されたパラメータが所定閾値を下回った場合に、前記複数のガス貯蔵手段の間で前記検出又は推定されたガス圧の高い順番に前記ガスを供給するガス貯蔵手段を切り替えるように前記供給制御を行う供給制御手段と
を備えたことを特徴とするガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、車載用のガス供給装置に関し、より詳細には、水素ガスの貯蔵及び供給が可能なガス供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のガス供給装置では、例えば、複数の高圧な水素ガス貯蔵タンクの供給口近傍に夫々設けられた複数の圧力センサに対する圧力監視（モニタリング）が独立して行われると共に、複数の水素ガス貯蔵タンクの切り替えに対して統括制御が独立して行われる。
【０００３】
圧力センサに対する圧力監視に関連して、特許文献１には、各開閉弁（開閉バルブ）が閉弁状態から開弁された時に、各圧力センサが測定したガス圧が所定の許容範囲であるか否かによって、各圧力センサの異常を検知するガス供給装置が開示されている。
【０００４】
また、複数の水素ガス貯蔵タンクの切り替えに対する統括制御に関連して、特許文献２には、ガスを供給中の水素ガス貯蔵タンクに対応する圧力センサによって測定されたガス圧が所定閾値より小さくなった場合、又は、ガス圧が所定量だけ減少した場合に、この水素ガス貯蔵タンクに対応する開閉弁を閉弁駆動させると同時に、ガス残量の一番多い水素ガス貯蔵タンクの開閉弁を開弁駆動して、水素ガス貯蔵タンクを順次切り替えるガス供給装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３１７６９５号公報
【特許文献２】特開２００１−２９５９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１によれば、圧力センサの異常を検知することは可能であるが、異常の検知後のフェイルセーフ処理を何も行っていないという技術的な問題点がある。
【０００７】
また、特許文献２によれば、ガスを供給中の水素ガス貯蔵タンクに対応する圧力センサによって測定されたガス圧が所定閾値より小さくなった場合に、水素ガス貯蔵タンクを順次切り替えているため、この圧力センサが故障した場合、ガスの供給を継続することが不可能となってしまう。より具体的には、各水素ガス貯蔵タンクに圧力センサが一個しか設けられていないため、この圧力センサが断線やグラウンドショート等によって、正常な測定ができなくなると、圧力監視が不可能となり、水素ガス貯蔵タンクの切り替えが不可能となり、ひいては、ガスの供給停止、所謂ガス欠、更には、車両の路上故障を引き起こし兼ねない。
【０００８】
そこで本発明は、例えば上記問題点に鑑みなされたものであり、例えば、水素ガス貯蔵タンクの圧力監視を行っている圧力センサが故障した場合など、故障や異常事態の場合でも、ガスの供給を継続することが可能なガス供給装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１のガス供給装置は上記課題を解決するために、ガスを貯蔵するガス貯蔵手段と、該ガス貯蔵手段の内部における前記ガスによるガス圧を検出するガス圧検出手段と、前記ガス圧の減少量を推定するガス圧推定手段と、前記推定されたガス圧の減少量、前記検出されたガス圧、及び、前記ガス貯蔵手段の開弁時のガス圧に基づいて、該ガス圧検出手段の異常を検知する異常検知手段と、前記異常検知手段によって前記異常が検知されない場合に、前記検出されたガス圧に基づいて前記ガス貯蔵手段からの前記ガスの供給制御を行うと共に、前記異常検知手段によって前記異常が検知された場合に、前記推定されたガス圧の減少量及び前記ガス貯蔵手段の開弁時のガス圧に基づいて前記供給制御を行う供給制御手段とを備える。
【００１０】
本発明の第１のガス供給装置によれば、供給制御手段の制御下で、例えば、高圧な水素ガス貯蔵タンク等のガス貯蔵手段の供給口近傍に設けられたガス圧検出手段に対する圧力監視が行われると共に、ガス貯蔵手段に設けられた開閉バルブ等の開閉駆動が行われ、ガスの供給が継続して行われる。
【００１１】
特に、供給制御手段は、異常検知手段によって異常が検知されない場合に、検出されたガス圧に基づいてガス貯蔵手段からのガスの供給制御を行うと共に、異常検知手段によって異常が検知された場合に、推定されたガス圧に基づいて供給制御を行う。
【００１２】
このように、異常検知手段によって異常が検知された場合に、ガス圧推定手段によって、ガス圧が推定されることによって、ガス圧を継続的に監視することが可能である。ここに、本願発明における「推定」とは、ガス圧検出手段によって直接的にガス圧を検出又は測定するのではなく、例えば、水素ガスの電気化学反応等の他の科学的な現象によって、間接的にガス圧を測定することである。より具体的には、水素ガスを燃料として発電する燃料電池の出力電流に基づいて水素ガス消費量を算出し、更に、ガス圧の減少量を算出することによって、ガス貯蔵手段の内部のガス圧を間接的に求めることである。
【００１３】
以上より、異常検知手段によってガス圧検出手段の異常が検知された場合であっても、ガスの供給を継続的に制御することが可能である。よって、ガス圧検出手段の異常の検知に起因されるガスの供給の制御不能、それに伴うガスの供給停止、所謂ガス欠、更には、車両の路上故障を未然に防止することが可能となる。
【００１４】
本発明の第１のガス供給装置の一態様では、前記ガス貯蔵手段を複数備え、該複数のガス貯蔵手段に夫々対応して前記異常検知手段を複数備え、前記供給制御手段は、前記複数のガス貯蔵手段のうち、前記異常検知手段によって異常であると検知された一のガス圧検出手段に対応するガス貯蔵手段については、前記推定されたガス圧の減少量及び前記一のガス貯蔵手段の開弁時のガス圧に基づいて前記供給制御を行う。
【００１５】
この態様によれば、異常検知手段によって少なくとも一つのガス圧検出手段の異常が検知された場合、供給制御手段の制御下で、異常が検知されたガス圧検出手段に対応するガス貯蔵手段については、推定されたガス圧に基づいて供給制御が行われる。よって、ガス圧が推定されることによって、ガス圧を継続的に監視することが可能である。
【００１６】
以上より、異常検知手段によってガス圧検出手段の異常が検知された場合であっても、ガスの供給を継続的に制御することが可能である。よって、複数のガス貯蔵手段の切り替えを継続することが可能である。従って、圧力センサの異常の検知に起因されるガスの供給の制御不能、それに伴うガス貯蔵手段の切り替えの不能、更にそれに伴うガスの供給停止、所謂ガス欠、更に加えて、車両の路上故障を未然に防止することが可能となる。
【００１７】
また、複数のガス貯蔵手段の全てを切り替えるのではなく、異常の起きたガス貯蔵手段のみをガス圧検出手段より精度の低いガス圧推定手段に切り替えるので、ガスの供給を継続的により高い精度で制御することが可能である。
【００１８】
この態様では、前記複数のガス貯蔵手段は、並列に連結されており、前記供給制御手段は、前記複数のガス貯蔵手段のうち、前記ガスを供給中である一のガス貯蔵手段についての前記検出又は推定されたガス圧が所定閾値を下回った場合に、前記一のガス貯蔵手段に代えて他のガス貯蔵手段から前記ガスの供給を行うように前記供給制御を行うように構成してもよい。
【００１９】
このように構成すれば、供給制御手段の制御下で、複数のガス貯蔵手段の切り替えが行われる。より具体的には、ガスを供給中の一のガス貯蔵手段に対応するガス圧検出手段によって検出されたガス圧が所定閾値より小さくなった場合、又は、ガス圧が所定量だけ減少した場合に、この一のガス貯蔵手段に対応する開閉バルブを閉弁駆動させると同時に、ガス圧の一番高い他のガス貯蔵手段の開閉バルブを開弁駆動して、他のガス貯蔵手段へと順次切り替える。
【００２０】
以上より、供給制御手段の制御下で、より高精度の統括制御を実現可能である。
【００２１】
この態様では、前記供給制御手段は、前記複数のガス貯蔵手段に夫々対応すると共に相互から独立して開閉可能な複数の開閉バルブを備えるように構成してもよい。
【００２２】
このように構成すれば、供給制御手段の制御下で、より高精度の統括制御を実現可能である。
【００２３】
この態様では、前記複数のガス貯蔵手段に夫々接続された複数の枝部と、前記複数の枝部が合成されてなる本体部とを有する、前記ガスの供給経路のうち、前記本体部に配設されると共に、前記本体部における前記ガスの圧力及び流量のうち少なくとも一方のパラメータを測定する測定手段を更に備え、前記供給制御手段は、前記測定されたパラメータが所定閾値を下回った場合に、前記複数のガス貯蔵手段の間で前記検出又は推定されたガス圧の高い順番に前記ガスを供給するガス貯蔵手段を切り替えるように構成してもよい。
【００２４】
このように構成すれば、測定手段によって、複数のガス貯蔵手段から供給される全体のガスの圧力及び流量のうち少なくとも一方のパラメータが常時監視されているので、ガス圧検出手段の異常等の他の不安定な要因に関わらずにガスの供給を継続的に制御することが可能である。
【００２５】
本発明の第１のガス供給装置の他の態様では、前記ガスを燃料として発電する燃料電池の発電によって出力された出力電流を測定する電流測定手段を更に備え、前記ガス圧推定手段は、前記測定された出力電流に基づいて、前記ガス圧を推定する。
【００２６】
この態様によれば、ガス圧推定手段は、電流測定手段によって測定された出力電流に基づいて、ガス貯蔵手段の内部のガス圧を間接的に求める。より具体的には、ガス圧の減少量は、燃料電池からの出力電流をガスの供給時間で積分することにより求めることができる。従って、ガス圧の減少量は、電流測定手段により測定される出力電流を時間積分した演算値に変換係数を乗算させることにより間接的に求めることが可能となる。
【００２７】
以上より、異常検知手段によってガス圧検出手段の異常が検知された場合であっても、ガスの供給を継続的に制御することが可能である。よって、ガス圧検出手段の異常の検知に起因されるガスの供給の制御不能、それに伴うガスの供給停止、所謂ガス欠、更には、車両の路上故障を未然により確実に防止することが可能となる。
【００２８】
この態様では、前記測定された出力電流からガス消費量を算出するガス消費量算出手段を更に備え、前記ガス圧推定手段は、前記算出されたガス消費量に基づいて、前記ガス圧を推定するように構成してもよい。
【００２９】
このように構成すれば、ガス圧推定手段は、ガスを燃料として発電する燃料電池の出力電流に基づいてガス消費量を算出し、更に、ガス圧の減少量を算出することによって、ガス貯蔵手段の内部のガス圧を間接的に求める。より具体的には、ガス圧の減少量は、燃料電池で消費したガス消費量（例えば、ｍｏｌ数）と比例関係にある。このガス消費量は燃料電池からの出力電流をガスの供給時間で積分することにより求めることができる。従って、ガス圧の減少量は、電流測定手段により測定される出力電流を時間積分した演算値に変換係数を乗算させることにより間接的に求めることが可能となる。
【００３０】
本発明の第１のガス供給装置の他の態様では、前記ガス圧推定手段は、前記異常が検出された場合、前記異常が検知される以前に、前記ガス圧検出手段によって検出された過去のガス圧に基づいて、前記ガス圧を推定する。
【００３１】
この態様によれば、ガス圧検出手段によって、例えば直近の過去において検出された精度の高いガス圧に基づいて、ガス圧を推定しているので、ガス圧をより高い精度で推定することが可能となる。
【００３４】
本発明の第２のガス供給装置は上記課題を解決するために、ガスを夫々貯蔵する複数のガス貯蔵手段と、該複数のガス貯蔵手段の内部における前記ガスによるガス圧を夫々検出又は推定するするガス圧取得手段と、前記複数のガス貯蔵手段に夫々接続された複数の枝部と、前記複数の枝部が合成されてなる本体部とを有する、前記ガスの供給経路のうち、前記本体部に配設されると共に前記本体部における前記ガスの圧力及び流量のうち少なくとも一方のパラメータを測定する測定手段と、前記測定されたパラメータが所定閾値を下回った場合に、前記複数のガス貯蔵手段の間で前記検出又は推定されたガス圧の高い順番に前記ガスを供給するガス貯蔵手段を切り替えるように前記供給制御を行う供給制御手段とを備える。
【００３５】
本発明の第２のガス供給装置によれば、測定手段によって、複数のガス貯蔵手段から供給される全体のガスの圧力及び流量のうち少なくとも一方のパラメータが常時監視されているので、ガス圧検出手段の異常等の他の不安定な要因に関わらずにガスの供給を継続的に制御することが可能である。具体的には、例えば、ガス圧推定手段を含むガス圧取得手段は、ガス貯蔵手段内の温度の低下によって影響される。即ち、ガス貯蔵手段内の温度の低下によってガス圧の（減少量の）推定誤差が生じる。この推定誤差によって引き起こされるガスの供給停止、所謂ガス欠、更には、車両の路上故障を防止することが可能となる。
【００３６】
仮に、測定手段によって測定されるパラメータの判定が行われない場合、前述した推定されたガス圧は、ガス貯蔵手段内の温度の低下によって影響される測定誤差を含む。即ち、急激に且つ大量にガスが供給されると、ガスの断熱膨張に基づくガス貯蔵手段内の温度の低下によって、ガス圧も実際のガスの供給量以上に減少する。従って、ガス貯蔵手段内のガスが少量の場合、測定誤差によりガス貯蔵手段の切り替えが遅れ、ガスの供給停止、所謂ガス欠を引き起こしてしまう。
【００３７】
これに対して、本発明のガス供給装置によれば、測定手段が常時、圧力監視し、所定閾値を下回った場合に、直ちに次にガスの供給を行なうことが予定されているガス貯蔵手段へと切り替える。従って、ガス貯蔵手段内の温度の低下によって影響されるガス圧の推定誤差によって引き起こされるガスの供給停止、所謂ガス欠、更には、車両の路上故障を防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明のガス供給装置によれば、例えば、水素ガス貯蔵タンクの圧力監視を行っている圧力センサが故障した場合など、故障や異常事態の場合でも、ガスの供給を継続することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明のガス供給装置に係る具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
【００４０】
（ガス供給装置の第１実施形態）
本発明のガス供給装置の第１実施形態の構成及び動作について、図１から図５を参照しながら詳細に説明する。
【００４１】
先ず、図１及び図２を参照して、本発明のガス供給装置の第１実施形態に係る構成について説明する。ここに、図１は、本発明のガス供給装置の第１実施形態に係るガス供給装置を含んだ燃料電池システムの全体構成を示した図式的構成図である。図２は、本発明のガス供給装置の第１実施形態に係るガス供給装置を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electrical Control Unit）、各種センサ、各種弁等を示す概念図である。
【００４２】
図１に示されるように、本発明のガス供給装置の第１実施形態に係るガス供給装置を含んだ燃料電池（Fuel Cell：ＦＣ）システムは、大別すると、ガス供給装置１０、このガス供給装置１０から水素の供給を受けて発電する燃料電池スタック６０、及び、ガス供給装置と燃料電池スタックとを連通させる本発明の「供給経路」の一例を構成する燃料供給管１２２を備えて構成されている。
【００４３】
更に、ガス供給装置１０は、複数の水素貯蔵高圧タンク（以下「タンク」と称す）ＴＫ１からＴＫｎと、装置全体をコントロールするＥＣＵ５０とを備えて構成されている。
【００４４】
タンクＴＫ１からＴＫｎは、減圧装置３１から３ｎ、本発明の「ガス圧検出手段」の一例を構成する圧力センサＰ１からＰｎ、本発明の「開閉バルブ」の一例を構成する開閉バルブ２１から２ｎ、温度センサＴ１からＴｎ、及び、温度調節器ＨＴ１からＨＴｎを備えて構成されている。
【００４５】
減圧装置３１から３ｎは、この減圧装置３１から３ｎの上流側から下流側へ供給される水素の圧力を一定値に減圧する。より具体的には、この減圧装置３１から３ｎの上流側は例えば、４０ＭＰａ（Mega Pascal：メガパスカル）又は４ＭＰａであっても、この減圧装置３１から３ｎの下流側は、例えば、３ＭＰａに減圧される。
【００４６】
圧力センサＰ１からＰｎは、減圧装置３１から３ｎより上流側におけるタンクＴＫ１からＴＫｎの内部の圧力を測定する。
【００４７】
開閉バルブ２１から２ｎが、各タンクＴＫ１からＴＫｎの流出入口に設けられており、その下流側は燃料電池スタック６０のアノード側の燃料供給管１２２に接続されており、タンクＴＫ１からＴＫｎから燃料電池スタック６０に水素の供給ができるようになっている。
【００４８】
温度センサＴ１からＴｎは、減圧装置３１から３ｎより下流側におけるタンクＴＫ１からＴＫｎの内部の温度を測定する。
【００４９】
温度調節器ＨＴ１からＨＴｎは、タンクＴＫ１からＴＫｎの内部における温度調節を行なう。より具体的には、温度調節器ＨＴ１からＨＴｎは、熱交換媒体（例えば、水など）との熱交換により各タンクＴＫ１からＴＫｎを加温又は冷却する循環流路、及び、この循環流路を開閉するバルブ等を備えて構成されていてもよい。
【００５０】
図１及び図２に示されるように、ＥＣＵ５０は、内部にＣＰＵ（Central Processing Unit）５１、ＲＯＭ（Read Only Memory）５２、一時的にデータを記憶するＲＡＭ５３、バックアップＲＡＭ５４等を有するワンチップ・マイクロコンピュータであり、ＣＰＵがＲＯＭ５２に記録されたプログラムに従って、正常時及び異常時におけるガス供給装置を統括制御する。尚、ＥＣＵ５０によって、本発明に係る「供給制御手段」の一例が構成されている。
【００５１】
ＥＣＵ５０には、圧力センサＰ１からＰｎ、燃料電池スタックの出力電流を測定する電流センサ６１、各タンク内の温度を測定する温度センサＴ１からＴｎ、時間を測定するタイマー、及び、その他の各種センサからの種々の信号が入力される。尚、電流センサ６１によって、本発明に係る「電流測定手段」の一例が構成されている。また、電流センサ６１及び前述したＥＣＵ５０によって、本発明に係る「ガス圧推定手段」の一例が構成されている。
【００５２】
ＥＣＵ５０は、上述した入力信号に対応して、次のような制御信号を出力する。
【００５３】
ＥＣＵ５０は、後述されるように、圧力センサＰ１からＰｎによって測定されたタンク内圧力Ｐｎ＿Ｔと比較用圧力Ｐｓｔｄとの偏差と第１所定閾値との比較に基づいて、圧力センサＰ１からＰｎにおいて異常が検知されるか否かが判定される。この判定に基づいて、タンク内圧力減少推定量ΔＰ’を求めるために、図示しない各種演算回路等へ制御信号が出力される。
【００５４】
また、後述されるように、開弁された直後のタンク内圧力Ｐｎ＿０とＴ秒後に測定されたタンク内圧力Ｐｎ＿Ｔとの偏差であるタンク内圧力減少量ΔＰ、及び、第２所定閾値の比較に基づいてタンクの切り替えを行うべきか否かが判定される。この判定に基づいて、開閉バルブ２１から２ｎに対して、開閉弁駆動させる制御信号が出力される。
【００５５】
また、後述されるように、水素を現在供給しているタンクＴＫｎと、次に水素の供給が予定されているタンクＴＫｎ＋１とを加温するために、温度調節器ＨＴ１からＨＴｎを駆動させる制御信号が出力される。
【００５６】
更に、ＥＣＵ５０は、後述される燃料電池スタック６０のコントロールを行なう図示しない燃料電池用電子制御ユニット（以下「ＦＣＥＣＵ：Fuel Cell Electrical Control Unit」と称す）と通信ポート等を介して通信していてもよい。
【００５７】
燃料電池スタック６０は、燃料供給管１２２を介してガス供給装置１０から供給される水素と図示しないブロアにより供給される空気中の酸素を用いて電気化学反応により発電を行う。燃料電池スタック６０の出力端子には、図示しない負荷が接続されており、燃料電池スタック６０から負荷に電力の供給を行なうことができるようになっている。また、燃料電池スタック６０の出力端子間には、出力電流を検出する電流センサ６１が取り付けられており、その検出信号は信号ラインによりＥＣＵ５０へ入力されるようになっている。
【００５８】
（ガス供給制御処理ルーチン−第１実施形態−）
次に、図３から図５に加えて前述した図１及び図２を適宜参照して、本発明のガス供給装置の第１実施形態に係る、複数のタンクから燃料電池スタックへ水素を供給している際のタンクの切り替え動作の制御や、圧力センサの異常が検知された場合のフェイルセーフ処理を行うガス供給制御について説明する。ここに、図３は、本発明のガス供給装置の第１実施形態に係る、複数のタンクから燃料電池スタックへ水素を供給している際のタンクの切り替え動作の制御や、圧力センサの異常が検知された場合のフェイルセーフ処理を行うガス供給制御処理ルーチンを示すフローチャート図である。図４は、本発明のガス供給装置の第１実施形態に係るガス供給制御処理ルーチン内のサブルーチンであるタンク内の圧力センサの異常を検知する圧力センサ診断処理を示すフローチャート図である。図５は、本発明のガス供給装置の第１実施形態に係るガス供給制御処理ルーチン内のサブルーチンであるタンク内が、ガスの消費によって空に近づいたか否かを判定する空判定処理を示すフローチャート図である。ここに、本実施形態に係る「空」とは、タンク内のガスが殆ど又は完全に消費され、タンクから燃料電池スタックへの水素の供給が充分におこなわれなくなった状態を言う。
【００５９】
このガス供給制御処理ルーチンは、予めＣＰＵのＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ガス供給装置が水素を供給している動作中に定期的又は不定期的に、主にＣＰＵによって実行されるルーチンである。このルーチンは好ましくは、例えば、十分に短い時間で（例えば数ｍｓｅｃ或いは数μｓｅｃのオーダで）、繰り返して実行されることにより、圧力センサの異常が検知された場合にも、適切なタイミングで各種制御や、フェイルセーフ処理を実行させることが可能とある。
【００６０】
図３に示されるように、先ず、ガス供給制御処理ルーチンが実行されると、ＥＣＵ５０のＣＰＵ５１の制御下で、タンク内の圧力センサの異常を検知する圧力センサ診断処理が行われる（ステップＳ１００）。尚、この圧力センサ診断処理のサブルーチンについては、後述される図４において説明される。
【００６１】
次に、ＥＣＵ５０のＣＰＵ５１の制御下で、タンク内のガスが完全に消費されタンク内が空になったか否かを判定する空判定処理が行われる（ステップＳ１１０）。尚、この空判定処理のサブルーチンについては、後述される図５において説明される。
【００６２】
次に、ＥＣＵ５０のＣＰＵ５１の制御下で、圧力センサＰｎによって、水素を現在供給しているタンクＴＫｎにガスが供給されることによって発生する圧力変化ｄＰが検出される（ステップＳ１２０）。
【００６３】
続いて、ＥＣＵ５０のＣＰＵ５１の制御下で、この圧力変化量ｄＰが第１所定閾値Ｘ１より大きいか否かが判定される（ステップＳ１２１）。ここに、「第１所定閾値Ｘ１」とは、水素消費機器としての燃料電池スタック６０に供給するのに必要な圧力の下限値またはそれより高い値として設定されるものであり、タンクの切り替えの判断に用いられる基準となる圧力値である。この第１所定閾値は、例えば、実験的、経験的又は理論的若しくはシミュレーション等によって求めることが可能である。具体的には、ＣＰＵ５１の制御下で、圧力センサの値を常時監視し、一定量だけ水素が消費されたら、即ち、タンク内圧力が第１所定閾値Ｘ１だけ減少したら別のタンクに切り替える。より具体的には、圧力センサＰ１からＰｎのうち圧力値が一番高いタンクＴＫ１の開閉バルブ２１を開き、そのタンクＴＫ１の圧力が第１所定閾値Ｘ１以上だけ減少した場合、このタンクＴＫ１に設けられた開閉バルブ２１を閉弁させると同時に又は相前後して、残りのタンクのうちで一番タンク内圧力が高いタンクＴＫ２に設けられた開閉バルブ２２を開弁させる。ここで、この圧力変化量ｄＰが第１所定閾値Ｘ１より大きい場合（ステップＳ１２１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０のＣＰＵ５１の制御下で、後述される空判定フラグＦが「Ｏｎ」となっていないタンクＴＫから、次に水素の供給を行う予定のタンクＴＫｎ＋１が選択される（ステップＳ１２２）。この選択を行うアルゴリズムとしては、水素の残量が多い順番、即ち、タンク内の圧力が高いものから順番に選択してもよいし、また、各タンク内の温度に基づいて切り替えを行う等の予め既定されたシーケンスでもよい。尚、本願発明者による研究によれば、このように、複数のタンク間で水素を供給させるタンクを切り替えるのは、水素の断熱膨張に基づくタンク内の温度の低下をできるだけ抑制し、各タンク内に設けられた、例えば、ゴム製品等の構成要素の劣化を防止するためである。
【００６４】
続いて、ＥＣＵ５０のＣＰＵ５１の制御下で、この選択されたタンクＴＫｎ＋１に設けられた開閉バルブ２ｎ＋１が開弁される（ステップＳ１２３）。
【００６５】
続いて、ＥＣＵ５０のＣＰＵ５１の制御下で、現在、水素を供給中のタンクＴＫｎに設けられた開閉バルブ２ｎが閉弁され、本ルーチンは終了される（ステップＳ１２４）。
【００６６】
他方、ステップＳ１２１の判定の結果、この圧力変化量ｄＰが第１所定閾値Ｘ１より大きくない場合も（ステップＳ１２１：Ｎｏ）、本ルーチンは終了される。
【００６７】
（圧力センサ診断処理サブルーチン）
次に、図４を参照して、ガス供給制御処理ルーチン内のサブルーチンであるタンク内の圧力センサの異常を検知する圧力センサ診断処理について説明する。
【００６８】
先ず、水素を現在供給しているタンクＴＫｎの開弁が開始された時間（ｔ＝０）のタンク内圧力Ｐｎ＿０、及び、現在（ｔ＝Ｔ）のタンク内圧力Ｐｎ＿Ｔが、ＥＣＵ５０内のＲＡＭ５２から取得される（ステップＳ１０１）。
【００６９】
次に、ＣＰＵ５１の制御下で、タンク内圧力減少量ΔＰが推定される（以下、この推定された減少量を「タンク内圧力減少推定量ΔＰ’」と称す）（ステップＳ１０２）。より具体的には、タンク内圧力減少量ΔＰは、燃料電池スタック６０で消費した水素消費量（ｍｏｌ数）と比例関係にある。この水素消費量ΔＨは燃料電池スタック６０からの出力電流Ａを水素の供給開始時であるｔ＝０からｔ＝Ｔまで、時間積分することにより求めることができる。従って、タンク内圧力減少推定量ΔＰ’は、電流センサ６１により測定される出力電流Ａを時間積分した演算値に変換係数Ｋを乗算させることにより求めることが可能となる。即ち、タンク内圧力減少推定量ΔＰ’は、次式（１）又は（２）によって算出される。
【００７０】
タンク内圧力減少推定量ΔＰ’＝変換係数Ｋ×水素消費量ΔＨ……（１）
タンク内圧力減少推定量ΔＰ’＝変換係数Ｋ×出力電流Ａ×監視時間ΔＴ……（２）
続いて、圧力センサＰｎの出力電圧は正常な動作を示す所定範囲内に収まっているか否かが判定される（ステップＳ１０３）。ここで、圧力センサＰｎの出力電圧は正常な動作を示す所定範囲内に収まっている場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、更に、測定された現在（ｔ＝Ｔ）のタンク内圧力Ｐｎ＿Ｔが、圧力センサＰｎの正常な動作を示す所定範囲内に収まっているか否かが判定される（ステップＳ１０４）。ここで、測定された現在（ｔ＝Ｔ）のタンク内圧力Ｐｎ＿Ｔが、圧力センサＰｎの正常な動作を示す所定範囲内に収まっている場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、更に、ＣＰＵ５１の制御下で、「タンク内圧力Ｐｎ＿０」−「タンク内圧力Ｐｎ＿Ｔ」−「タンク内圧力減少推定量ΔＰ’」の値が算出され、この算出値が第２所定閾値Ｘ２より小さいか否かが判定される（ステップＳ１０５）。ここに、「第２所定閾値Ｘ２」とは、圧力センサに対して許容される誤差やそれより若干大きな値として設定される基準となる圧力値である。ここで、この算出値が第２所定閾値Ｘ２より小さい場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、タンク内の圧力“Ｐ”は、圧力センサＰｎが正常に動作しているので、測定された現在（ｔ＝Ｔ）のタンク内圧力Ｐｎ＿Ｔと判定される（ステップＳ１０６）。
【００７１】
他方、ステップＳ１０３の判定の結果、圧力センサＰｎの出力電圧は正常な動作を示す所定範囲内に収まっていない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、ステップＳ１０４の判定の結果、測定された現在（ｔ＝Ｔ）のタンク内圧力Ｐｎ＿Ｔが、圧力センサＰｎの正常な動作を示す所定範囲内に収まっていない場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、及び、ステップＳ１０５の判定の結果、算出値が第２所定閾値Ｘ２より小さくない場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、圧力センサＰｎに、異常が発生していると判定される。より具体的には、圧力センサＰｎの異常とは、断線や、グラウンドショートが原因となって、タンク内の水素を消費しているにも関わらず圧力値の増減が測定されない、或いは、測定されたタンク内圧力Ｐｎ＿Ｔが、最大値又は最小値を超えた値を指し示している等の現象である。
【００７２】
続いて、ＣＰＵ５１の制御下で、「タンク内圧力Ｐｎ＿０」−「タンク内圧力減少推定量ΔＰ’」の値が算出され、この算出値が、タンク内の圧力“Ｐ”として判定される（ステップＳ１０８）。このように、この算出されたタンク内の圧力“Ｐ”は、圧力センサＰｎの測定値に依存しない。
【００７３】
以上のようにして、本サブルーチンは終了される。
【００７４】
（空判定処理サブルーチン）
次に、図５を参照して、ガス供給制御処理ルーチン内のサブルーチンであるタンク内が、ガスの消費によって、タンク内が空に近づいたか否かを判定する空判定処理について説明する。
【００７５】
先ず、タンク内の圧力“Ｐ”が、第３所定閾値Ｘ３より小さいか否かが判定される（ステップＳ１２１）。ここに、「第３所定閾値Ｘ３」とは、圧力センサに対して許容される誤差等を含むと共に、タンク内のガスが完全に消費されタンク内が空になったか否かを判定することが可能な基準となる圧力値である。ここで、タンク内の圧力“Ｐ”が、第３所定閾値Ｘ３より小さい場合（ステップＳ１２１：Ｙｅｓ）、水素を現在供給しているタンクＴＫｎに対応される空判定フラグＦは、「Ｏｎ」に設定される（ステップＳ１２２）。
【００７６】
他方、ステップＳ１２１の判定の結果、タンク内の圧力“Ｐ”が、第３所定閾値Ｘ３より小さくない場合（ステップＳ１２１：Ｎｏ）、前述のステップＳ１２２は、省略される。
【００７７】
以上のようにして、本サブルーチンは終了される。
【００７８】
以上より、第１実施形態では、圧力センサの異常が検知された場合、圧力センサに代わって、燃料電池の出力電流に基づいて水素消費量を算出し、タンク内圧力減少量を推定することによって、タンクの切り替えを継続することが可能である。従って、圧力センサの異常の検知に起因されるタンクの切り替えの不能、それに伴うガスの供給停止、所謂ガス欠、更には、車両の路上故障を未然に防止することが可能となる。
【００７９】
（ガス供給装置の第２実施形態）
次に、図６を参照して、本発明のガス供給装置の第２実施形態に係る構成について説明する。ここに、図６は、本発明のガス供給装置の第２実施形態に係るガス供給装置を含んだ燃料電池システムの全体構成を示した図式的構成図である。
【００８０】
図６に示される第２実施形態に係るガス供給装置の構成については、前述した図１及び図２に示された第１実施形態と概ね同様である。
【００８１】
特に、第２実施形態に係るガス供給装置においては、本発明の「測定手段」の一例を構成するタンク出口圧力センサＰａを更に備えて構成されている。
【００８２】
タンク出口圧力センサＰａは、複数のタンクＴＫ１からＴＫｎを備えて構成されているガス供給装置１０と燃料電池スタック６０とを連通させる燃料供給管１２２に設けられると共に、該燃料供給管１２２を流れるガスの圧力に加えて又は代えて流量を測定する。
【００８３】
（ガス供給制御処理ルーチン−第２実施形態−）
次に、図７を参照して、本発明のガス供給装置の第２実施形態に係るガス供給制御処理について説明する。ここに、図７は、本発明のガス供給装置の第２実施形態に係るガス供給制御処理ルーチンを示すフローチャート図である。
【００８４】
このガス供給制御処理ルーチンは、主にＥＣＵ５０によって実行され、そのＥＣＵ５０等の構成は前述した第１実施形態に係るガス供給制御処理ルーチンと同様である。尚、図７において、第１実施形態に係るガス供給制御処理ルーチンを示した図３と同様のステップには同様のステップ番号を付し、それらの説明は適宜省略する。
【００８５】
図７において、ステップＳ１００からステップＳ１２４については、前述した第１実施形態に係るガス供給制御処理ルーチンを示した図３と同様である。
【００８６】
図７に示した第２実施形態に係るガス供給制御処理では、特に、ＥＣＵ５０の制御下で、タンク出口圧力センサＰａの測定値が所定最低値Ｐｍｉｎより小さいか否かが判定される（ステップＳ２０１）。ここに、「所定最低値」とは、車両の運転を継続するために必要な最低限の水素ガスの圧力又は流量である。このような判定は、例えば、タンク出口圧力センサＰａの出力信号を入力パラメータとしてＥＣＵ５０において判定される。ここで、タンク出口圧力センサＰａの測定値が所定最低値より小さい場合は（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、タンクＴＫｎ＋１以外の全てのタンクＴＫに設けられた開閉バルブが一旦、開弁されると共に、タンクＴＫｎ＋１の空判定フラグＦが「Ｏｎ」にされる（ステップＳ２０２）。
【００８７】
続いて、全てのタンクＴＫに対して前述の図５において説明した空判定処理が行われる（ステップＳ２０３）。ここで、全てのタンクＴＫが、空である場合（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、できるだけガスの供給を継続するために、全てのタンクＴＫに設けられた開閉バルブが開弁される（ステップＳ２０４）。
【００８８】
他方、ステップＳ２０３の判定の結果、全てのタンクＴＫが、空でない場合（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、空判定フラグＦが「Ｏｎ」となっている以外のタンクＴＫから、供給を行うタンクＴＫｎ＋２を選定する（ステップＳ２０５）。より具体的には、供給を行うタンクＴＫｎ＋２は、例えば、水素の残量が多い順番に選定されてもよいし、予め既定されたシーケンスで選定されてもよい。
【００８９】
続いて、選定されたタンクＴＫｎ＋２以外のタンクの開閉バルブは閉弁され、選定されたタンクＴＫｎ＋２の開閉バルブのみ開弁され、開弁状態とされる（ステップＳ２０６）。
【００９０】
他方、ステップＳ２０１の判定の結果、タンク出口圧力センサＰａの測定値が所定最低値より小さくない場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、ガス供給制御処理ルーチンは終了される。
【００９１】
以上より、第２実施形態では、タンク内の温度の低下によって、タンク内圧力減少量ΔＰの推定誤差が影響されるのを抑制することが可能となる。従って、この推定誤差によって引き起こされるタンクの切り替えの遅れ、それに伴うガスの供給の減少、ひいては、ガス欠、更には、車両の路上故障を防止することが可能となる。
【００９２】
仮に、タンク出口圧力センサＰａの測定値の判定が行われない場合、前述した第１実施形態のタンク内圧力減少推定値ΔＰ’は、タンク内の温度の低下によって影響される測定誤差を含む。即ち、急激に水素を消費すると、水素の断熱膨張に基づくタンク内の温度の低下によって、タンク内圧力も実際の水素の消費量以上に減少する。従って、タンク内の水素が少量の場合、測定誤差によりタンクの切り替えが遅れ、ガスの供給停止、所謂ガス欠を引き起こしてしまう。
【００９３】
これに対して、第２実施形態では、タンク出口圧力センサＰａが常時、圧力監視し、所定最低値以下となったら直ちに次に水素の供給を行なうことが予定されているタンクへと切り替える。従って、タンク内温度の低下によって影響されるタンク内圧力減少量ΔＰの推定誤差によって引き起こされるガスの供給停止、所謂ガス欠、更には、車両の路上故障を防止することが可能となる。加えて、タンク出口圧力センサＰａの測定値が所定最低値Ｐｍｉｎより小さい場合に、仮に、少なくとも一つのタンクＴＫの開閉バルブの開弁動作に遅延が発生しても、前述した所謂ガス欠を未然に防止することが可能となる。
【００９４】
尚、加えて、第１実施形態と同様の効果を享受することが可能である。
【００９５】
本実施形態のガス供給装置１０では、水素貯蔵高圧タンクＴＫ１からＴＫｎを、水素以外のガスを供給するものとしてもよい。
【００９６】
また、本実施形態のガス供給装置１０を、ガス供給装置１０を車両に搭載するものとして説明したが、車両に搭載しないものとしてもよい。
【００９７】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うガス供給装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明のガス供給装置の第１実施形態に係るガス供給装置を含んだ燃料電池システムの全体構成を示した図式的構成図である。
【図２】本発明のガス供給装置の第１実施形態に係るガス供給装置を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electrical Control Unit）、各種センサ、各種弁等を示す概念図である。
【図３】本発明のガス供給装置の第１実施形態に係る、複数のタンクから燃料電池スタックへ水素を供給している際のタンクの切り替え動作の制御や、圧力センサの異常が検知された場合のフェイルセーフ処理を行うガス供給制御処理ルーチンを示すフローチャート図である。
【図４】本発明のガス供給装置の第１実施形態に係るガス供給制御処理ルーチン内のサブルーチンであるタンク内の圧力センサの異常を検知する圧力センサ診断処理を示すフローチャート図である。
【図５】本発明のガス供給装置の第１実施形態に係るガス供給制御処理ルーチン内のサブルーチンであるタンク内のガスが完全に消費されタンク内が空になったか否かを判定する空判定処理を示すフローチャート図である。
【図６】本発明のガス供給装置の第２実施形態に係るガス供給装置を含んだ燃料電池システムの全体構成を示した図式的構成図である。
【図７】本発明のガス供給装置の第２実施形態に係るガス供給制御処理ルーチンを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００９９】
１０…ガス供給装置、２１から２ｎ…開閉バルブ、３１から３ｎ…減圧装置、５０…ＥＣＵ、５１…ＣＰＵ（Central Processing Unit）、５２…ＲＯＭ（Read Only Memory）、５３…ＲＡＭ、５４…バックアップＲＡＭ、６０…燃料電池スタック、６１…電流センサ、１１０…燃料電池システム、１２２…燃料供給管、ＨＴ１からＨＴｎ…温度調節器、Ｐ１からＰｎ…圧力センサ、Ｐａ…タンク出口圧力センサ、ＴＫ１からＴＫｎ…水素貯蔵高圧タンク（タンク）、Ｔ１からＴｎ…温度センサ
【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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